JP6349290B2 - 単結晶ウェーハの表裏判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、単結晶ウェーハの表裏判定方法に関する。

シリコン単結晶ウェーハが、半導体デバイスの製造のために広く用いられている。シリコン単結晶ウェーハでは、通常、表面が（１００）結晶面であるものが多く用いられている。このようなシリコン単結晶ウェーハでは、ウェーハの表面側と裏面側で劈開の方向や半導体デバイスを製造したときの特性が変わらないため、シリコンの単結晶インゴットからシリコン単結晶ウェーハを製造する過程で、仮にウェーハの表面と裏面が入れ替わったとしても、特に問題にはならない。（ただし、ウェーハの表面と裏面で異なる加工を行った後では、この限りではない。）

これに対し、特許文献１には、単結晶インゴット切断時に特定の格子面から傾斜して切断されるようにオフアングルしてスライスされたシリコン単結晶ウェーハでは、ウェーハの表裏を判定する必要があることが開示されている。

そして、シリコン単結晶ウェーハの表面と裏面を判定するために、シリコン単結晶ウェーハに対して相対位置が固定されたＸ線源からＸ線を照射し、シリコン単結晶ウェーハに対して相対位置が固定された検出器によって、オフアングルした結晶面からの回折Ｘ線を検出し、検出器の出力と所定のしきい値とを比較して、表裏の判定を行う方法が開示されている。

特開平０２−２１８９４５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された表裏の判定方法では、オフアングルの無い単結晶ウェーハに対しては、表裏の判定を想定していない。

また、複雑な装置を必要とせずに単結晶ウェーハの表裏の判定を行う方法として、単結晶ウェーハに形成されたノッチ（又はオリフラ）の中心とウェーハ中心を結ぶ基準方向に対して、どの方向（角度）に劈開面があるかを、実際に単結晶ウェーハを割って確認する方法がある。しかしながら、この劈開による表裏判定方法は、破壊検査であるため、検査ウェーハが廃棄になりコスト面で不利であるのに加え、言わばサンプリング検査であり、製品となるウェーハの表裏を１００％保証するものではない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、単結晶ウェーハの表裏を確実に判定し、かつ、コスト面で優れた単結晶ウェーハの表裏判定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、単結晶ウェーハの表裏を判定する方法であって、
前記単結晶ウェーハとして、該単結晶ウェーハの端面に形成された方位特定用の切り込みの中心と前記単結晶ウェーハの中心とを結ぶ基準方向に対して、左右非対称な結晶面を有するものを用い、
前記左右非対称な結晶面に着目し、前記単結晶ウェーハにＸ線を照射し回折Ｘ線を検出することにより、前記着目する結晶面の方位が前記基準方向となす角度を測定し、
該測定された角度の値から、前記単結晶ウェーハの面が表面であるか裏面であるかを判定することを特徴とする単結晶ウェーハの表裏判定方法を提供する。

このように、Ｘ線回折により、着目する結晶面の方位が基準方向となす角度を測定することにより、非破壊で表裏の判定を確実に行うことができる。そのため、低コストで表裏判定を行うことができるのに加え、全数検査を行えば単結晶ウェーハの表裏を１００％保証することができる。

このとき、前記表裏の判定を実施するのとともに、前記着目する結晶面の方位が前記基準方向となす角度の実測値と理論値との差を求めることにより、前記切り込みの所定方位からの方位ずれを測定することができる。

このように、着目する結晶面の方位が基準方向となす角度の実測値と理論値との差を求めることで、別途追加の測定を行うことなしに、切り込みの所定方位からの方位ずれを測定することができる。そのため、単結晶ウェーハの製造過程において、切り込みの方位ずれを測定するための独立した工程を設ける必要がない。

このとき、前記表裏を判定する単結晶ウェーハとして、ウェーハ主面の結晶面が｛１ １ ０｝のウェーハを用いることができる。

このような単結晶ウェーハを用いれば、本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法を好適に適用することができる。尚、ここで、｛１ １ ０｝は（１ １ ０）と等価な面群を表す。

このとき、前記表裏を判定する単結晶ウェーハとして前記ウェーハ主面の結晶面が｛１ １ ０｝のもの用いたときに、前記着目する結晶面の方位を、（１ −１ ０）面の方位とすることが好ましい。

このような結晶面に着目すれば、特に好適に本発明を適用することができる。尚、結晶面の表示においては、マイナスの数字は上にバーを付けて示すべきであるが、表記の都合上、マイナスの数字のまま記載してある（以下でも、同様にマイナスの数字で表すことがある）。

このとき、前記方位特定用の切り込みが、ノッチ又はオリフラであることが好ましい。

このように、方位特定用の切り込みが、ノッチ又はオリフラであれば、広く一般に用いられているものであるため、単結晶ウェーハに特別な加工を行う必要がない。

以上のように、本発明によれば、ウェーハの端面に形成された切り込みの中心とウェーハの中心とを結ぶ基準方向に対して左右非対称な結晶面を有する単結晶ウェーハを、非破壊で確実に表裏判定することができるので、低コストの表裏判定を行うことができるのに加え、全数検査を行うことで単結晶ウェーハの表裏を１００％保証することができる。さらに、表裏の判定を実施するのとともに、切り込みの所定方位からの方位ずれを測定することもできる。

本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法の工程フローを示す図である。 単結晶インゴットを製品ウェーハに加工することを示す概略図である。 切り込みを示す概略図（（ａ）ノッチ、（ｂ）オリフラ）である。 本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法で用いることができるシリコン単結晶ウェーハの結晶面の方位を示す概略図である。 単結晶インゴットを製品単結晶ウェーハへ加工する工程フローを示す図である。

以下、本発明をより詳細に説明する。

上記のように、単結晶ウェーハの表裏判定方法において、非破壊で確実に表裏判定する単結晶ウェーハの表裏判定方法が求められている。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、単結晶ウェーハとして、該単結晶ウェーハの端面に形成された方位特定用の切り込みの中心と単結晶ウェーハの中心とを結ぶ基準方向に対して、左右非対称な結晶面を有するものを用い、
左右非対称な結晶面に着目し、単結晶ウェーハにＸ線を照射し回折Ｘ線を検出することにより、着目する結晶面の方位が基準方向となす角度を測定し、
該測定された角度の値から、単結晶ウェーハの面が表面であるか裏面であるかを判定する単結晶ウェーハの表裏判定方法が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

半導体デバイスの微細化にともない、近年、シリコン単結晶ウェーハへの要求は厳しく、また、多様化している。このような要求の中に、ＣＺ（チョクラルスキー）法で引上げを行った単結晶インゴットの尾部側（ルツボ側）をウェーハの表面側（鏡面研磨面側）とするというものがある。これについて、図２を参照して説明する。

図２は単結晶インゴットを製品ウェーハに加工することを示す概略図である。図２の単結晶シリコンインゴット１１は、上が尾部側１２、下が種側１３となるように配置されている。単結晶シリコンインゴット１１は、後述するスライス、面取り、切り込みの方位ずれの測定、研磨、及び様々な検査工程等を経て、製品シリコン単結晶ウェーハ１４に加工される。従来、製品ウェーハの表面が、確実に単結晶シリコンインゴット１１の尾部側１２であることを保証するためには、一連の加工及び検査工程で表裏を崩さない（保持する）ように細心の注意を払うとともに、要所となる工程ではウェーハを抜き取り、劈開を確認する破壊検査により表裏の確認を行う必要があった。しかし、このようにして製品シリコン単結晶ウェーハ１４を製造したとしても、検査が破壊検査であるため、製品シリコン単結晶ウェーハ１４の表裏を１００％保証することはできていなかった。

また、単結晶ウェーハの端面に方位特定用として形成される切り込みとしては、ノッチやオリフラ（オリエンテーションフラット）が一般に用いられているが、この切り込みの所定方位からの方位ずれを極めて厳しい規格内に収めるという要求もある。例えば、要望値レベルでは、所定方位からのずれ量が±１０’（分）以内というものもある。このため、単結晶ウェーハごとに切り込みの方位ずれを高い精度で簡便に測定する必要があった。

ここで、本発明の単結晶ウェーハの判定方法で用いることができる装置について説明する。本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法で用いる装置は、Ｘ線をウェーハに照射するＸ線源と、ウェーハの結晶面からの回折Ｘ線を検出するＸ線検出器と、単結晶ウェーハを保持する試料保持機構を備えている。このとき、回折Ｘ線は、入射するＸ線とウェーハの結晶面がブラッグの関係を満たす方向で検出される。このため、試料保持機構はウェーハを回転させる機構を、Ｘ線検出器は可動機構を備えることが好ましい。このような構造を備える装置としては、ディフラクトメータがある。

次に、本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法について図１を参照して説明する。図１は、本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法の工程フローを示す図である。本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法では、図１のＡ工程に示したように、検査対象の単結晶ウェーハとして、方位特定用の切り込みの中心とウェーハの中心を結ぶ基準方向に対して、左右非対称な結晶面を有する単結晶ウェーハを準備する。

方位特定用の切り込みとしては、前述のように、ノッチやオリフラがある。ここで、切り込みの中心とは、ノッチやオリフラで指定する方位を正しく表す点のことであるが、切り込みが図３（ａ）に示したノッチ１７の場合には、例えば切り込みの中心をノッチの頂点とすることができる。また、切り込みが図３（ｂ）に示すようにオリフラ１８の場合には、例えば切り込みの中心をオリフラの中点とすることができる。また、ノッチ１７の中心とウェーハ１５の中心１６を結ぶ直線で表される方向が基準方向１９となる。同様に、オリフラ１８の中点とウェーハの中心１６を結ぶ直線で表される方向が基準方向１９となる。

ここで、さらに、基準方向に対して非対称な結晶面を有する単結晶ウェーハについて、図４を参照して説明する。図４はシリコン単結晶ウェーハを種側から見たときの、非対称な結晶面と劈開の方位の例を示す模式図である。図４に示した主面は｛１ １ ０｝面であり、図４はノッチ１７が（１ −１ −２）面の方位のシリコン単結晶ウェーハ２０を示している。

図４では、例えば、（１ −１ ０）面が左右非対称な結晶面であり、着目する結晶面とできる。また、（１ −１ ０）面に対する左右対称な結晶面が（−１ １ −４）面であり、ウェーハが表裏反転すると、本来の（１ −１ ０）面の方位が（−１ １ −４）面の方位になる。（１ −１ ０）面の方位と基準方向のなす角度をα_１、（−１ １ −４）面の方位と基準方向のなす角度をα_２とすると、α_１とα_２の絶対値は等しい。時計回りの方向を正（プラス）とすると、α_１＝＋５４．７４°である。また、（１ −１ −２）面の方位と（１ −１ ２）面の方位が劈開の方向である。

このように、ウェーハ主面の結晶面が｛１ １ ０｝のウェーハでは、基準方向に対して左右非対称な結晶面が含まれるので、本発明を好適に適用することができる。

さらに、表裏判定する単結晶ウェーハとして、ウェーハ主面の結晶面が｛１ １ ０｝のものを用いたときに、着目する結晶面の方位を、（１ −１ ０）面の方位とすることができる。このような単結晶ウェーハでは、着目する結晶面が図４に示した方位にあり、本発明を特に好適に適用することができる。

次に、準備した単結晶ウェーハの左右非対称な結晶面に着目し、単結晶ウェーハにＸ線を照射して回折Ｘ線を検出することにより、着目する結晶面の方位が基準方向となす角度を測定する（図１のＢ工程）。既に図４を用いて説明したように、単結晶ウェーハの表裏が反転すると、着目する結晶面が本来の位置に現れなくなる。この場合、単結晶ウェーハの着目する結晶面が含まれるはずの位置にＸ線を照射しても、所定のブラッグの関係を満たす回折Ｘ線は検出されない。このため、単結晶ウェーハ及び入射Ｘ線の相対的な位置関係を調整し回折Ｘ線を検出することで、着目する結晶面の方位が基準方向となす角度を測定することができる。以下では、この着目する結晶面の方位が基準方向となす角度の実測値をβと言うことがある。

続いて、測定された角度の値から、単結晶ウェーハの面が表面であるか裏面であるかを判定する（図１のＣ工程）。着目する結晶面の方位は、単結晶ウェーハを表面からみるか裏面からみるか、あるいは端面からみるかによって異なり、当然、それらの方位が基準方向となす角度も異なる。これらの角度の理論上の値は計算により予め求めておくことができる（以下ではこの角度の理論値をαと言うことがある）。従って、上述のＢ工程で実測された角度βと理論上の角度αを比較することにより、単結晶ウェーハの表裏を判定することができる。

また、上述の表裏の判定を実施するのとともに、着目する結晶面の方位が基準方向となす角度の実測値βと理論値αとの差（β−α）を求めることにより、切り込みの所定方位からの方位ずれを測定することができる。適切なＸ線回折装置を用いることにより、着目する結晶面の方位が基準方向となす角度を正確に求めることが可能である。そのため、（β−α）の値から切り込みの方位ずれを求めることができる。ここで、所定方位とは、切り込みの方位を表す結晶面の方位のことである。

以上で本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法について説明したが、以下では単結晶インゴットを製品単結晶ウェーハへ加工する工程に、本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法を適用した場合の効果について、図５を参照して説明する。

図５は、単結晶インゴットを製品単結晶ウェーハに加工する工程フローを示す図である。本発明の説明に直接関係のない工程は、適宜省略して示している。

まず、切り込みが形成された単結晶インゴットは、スライス工程でウェーハ形状に加工される。

さらに、面取り、ラップ等の後続の工程の前後のいずれかの位置に、本発明の単結晶ウェーハの表裏判定を行う工程を設ける。なお、面取り工程では、ノッチの方位ずれを測定している。図５に示した表裏判定工程の位置は例示であり、この位置に限定されるものではない。このとき、本発明による単結晶ウェーハの表裏判定を、異形面取り（面取り幅等が表裏で異なるもの）、レーザーマーク、外部ゲッタリング、及びポリッシング等の表裏を視覚的に判別可能にする加工を行う工程の直前か、又は、そのような工程の後に行うことが好ましい。単結晶ウェーハの表裏を視覚的に判別可能にする加工を行う工程の直前に表裏の判定を行えば、表裏を間違えて加工することがないので、誤った加工による単結晶ウェーハの廃棄をなくすことができる。また、単結晶ウェーハの表裏を視覚的に判別可能にする加工を行う工程の後に表裏の判定を行えば、加工が間違いなく行われたか否かを確認することができる。さらに、単結晶インゴットから製品結晶ウェーハまでの工程フロー内で本発明を行う回数は特に限定されない。また、１ロット当たり表裏判定を行う枚数も特に限定されないが、１００％保証するためには、全数検査が好ましい。

従来は、その後の中間検査工程で１ロット当たり１枚〜数枚の劈開による表裏確認を行っていたが、図５に示した、本発明を適用した工程フローにおいてはそのような破壊検査をする必要はない。そのため、中間検査工程でのウェーハ廃棄をなくすことができる。

そして、単結晶ウェーハの表面側を鏡面研磨し、鏡面の検査（ＰＷ検査）工程を経て、製品単結晶ウェーハとなる。

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
以下の表１に示す仕様（品名Ａ）の、左右非対称な結晶面を有するシリコン単結晶ウェーハを２０枚準備した。これらのウェーハの切り込みはいずれもノッチである。尚、品名Ａには、図４に示した位置に着目する結晶面（１ −１ ０）がある。また、本実施例では、ウェーハの端面に現れる左右非対称な結晶面に着目した。

品名Ａのシリコン単結晶ウェーハ２０枚に対して、各ウェーハ１０回、計２００回、本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法で表裏の判定検査を行った。２００回のうち、所定の回数だけ表裏を反転させておき、それを正しく判定することができるか評価した。その結果を表２に示した。

表２に示したように、各品名のシリコン単結晶ウェーハについて、誤判定は一度も発生しなかった。このように、本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法により、１００％の精度でシリコン単結晶ウェーハの表裏を判定することができた。

（実施例２）
品名Ａのシリコン単結晶ウェーハを３枚準備した。そして、各シリコン単結晶ウェーハを各１０回、本発明の表裏判定方法で検査し、ノッチの方位ずれを測定した。その結果を表３に示した。

表３において、基準値とは、従来装置で測定した値である。基準値差は、１０回のノッチの方位ずれの測定の平均値と基準値との差である。標準偏差は、各ウェーハの１０回のノッチの方位ずれの測定値から求めた標準偏差である。品名Ａのいずれのウェーハについても、基準値差は絶対値で１分１０秒以内、標準偏差は１０秒以内に収まっていた。この結果から、本発明の単結晶ウェーハの表裏判定方法により、切り込みの所定方位からの方位ずれを高い精度で求めることができることが分かった。また、本方式では表裏判定とともに、ノッチの方位ずれを測定することにより、面取り工程での独立したノッチの方位ずれ測定工程を省くことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１１…単結晶シリコンインゴット、 １２…尾部側、 １３…種側、
１４…製品シリコン単結晶ウェーハ、 １５…ウェーハ、 １６…ウェーハの中心、
１７…ノッチ、 １８…オリフラ、 １９…基準方向、
２０…シリコン単結晶ウェーハ。

Claims (5)

1. 単結晶ウェーハの表裏を判定する方法であって、
   前記単結晶ウェーハとして、該単結晶ウェーハの端面に形成された方位特定用の切り込みの中心と前記単結晶ウェーハの中心とを結ぶ基準方向に対して、左右非対称な結晶面を有するものを用い、
   前記左右非対称な結晶面に着目し、前記単結晶ウェーハにＸ線を照射し回折Ｘ線を検出することにより、前記着目する結晶面の方位が前記基準方向となす角度を測定し、
   該測定された角度の値から、前記単結晶ウェーハの面が表面であるか裏面であるかを判定することを特徴とする単結晶ウェーハの表裏判定方法。
2. 前記表裏の判定を実施するのとともに、前記着目する結晶面の方位が前記基準方向となす角度の実測値と理論値との差を求めることにより、前記切り込みの所定方位からの方位ずれを測定することを特徴とする請求項１に記載の単結晶ウェーハの表裏判定方法。
3. 前記表裏を判定する単結晶ウェーハとして、ウェーハ主面の結晶面が｛１ １ ０｝のウェーハを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶ウェーハの表裏判定方法。
4. 前記表裏を判定する単結晶ウェーハとして前記ウェーハ主面の結晶面が｛１ １ ０｝のもの用いたときに、前記着目する結晶面の方位を、（１ −１ ０）面の方位とすることを特徴とする請求項３に記載の単結晶ウェーハの表裏判定方法。
5. 前記方位特定用の切り込みが、ノッチ又はオリフラであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の単結晶ウェーハの表裏判定方法。
   

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