JP7035923B2 - インゴットのｖノッチ評価方法、インゴットのｖノッチ加工方法、およびインゴットのｖノッチ評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、インゴットのＶノッチ評価方法、インゴットのＶノッチ加工方法、およびインゴットのＶノッチ評価装置に関する。

従来、シリコンウェーハには、結晶方位を示すために、オリエンテーションフラットが形成されている。しかし、シリコンウェーハの大口径化に伴い、オリエンテーションフラットを形成すると、研削する面積が増加してしまい、歩留まりが低下してしまう。
そこで、近年では、オリエンテーションフラットに替えて、結晶方位を示す目印として、シリコンウェーハの端部にＶノッチを形成し、Ｖノッチの位置によってシリコンウェーハの結晶方位を示している。

シリコンウェーハのＶノッチは、育成されたシリコン単結晶のインゴットの外周研削を行った後、インゴットの長手方向に砥石などによりＶ字状の溝を形成し、インゴットをシリコンウェーハの厚さにスライスすることにより、形成される。
シリコンウェーハのＶノッチは、砥石の劣化や、カケ等の不具合が発生していた場合、正規の形状を維持することができず、後工程のウェーハ加工工程でＶノッチを起点としたウェーハ割れが生じることがある。
このため、特許文献１には、インゴットに形成されたＶ字状の溝をインゴットの端面から撮像し、撮像されたＶノッチ形状と標準形状のＶノッチ形状とを比較することにより、Ｖノッチ形状の良否を判定する技術が開示されている。

特開平９－１９１０３５号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された技術では、シリコンインゴットの端面のＶノッチ形状のみでしかＶノッチの良否判定を行っていないため、シリコンインゴットの中央部にノッチ形状の不具合が生じたときに、この部分の良否判定を行えないという問題がある。

本発明の目的は、インゴットの長手方向に形成されたＶノッチの形状を全体に亘って計測することができ、高精度に良否判定を行うことのできるインゴットのＶノッチ評価方法、インゴットのＶノッチ加工方法、およびインゴットのＶノッチ評価装置を提供することにある。

本発明のインゴットのＶノッチ評価方法は、シリコン単結晶のインゴットの長手方向に形成されたＶノッチを評価するインゴットのＶノッチ評価方法であって、発光部および受光部を備えた光学的測定手段を用いて、前記Ｖノッチの形状を走査する手順と、走査により得られたＶノッチの形状データを取得する手順と、取得された前記Ｖノッチの形状データの座標変換を行い、前記Ｖノッチの形状データを評価するための評価用データを生成する手順と、生成された評価用データに基づいて、前記Ｖノッチの形状の良否を判定する手順と、を実施することを特徴とする。

本発明によれば、インゴットに形成されたＶノッチの形状を光学的測定手段により走査し、Ｖノッチの全体に亘ってＶノッチの加工面の形状データを取得することができる。したがって、取得されたＶノッチの加工面の形状データを座標変換によって評価用データを生成して、Ｖノッチの全体に亘って評価を行うことができ、高精度にＶノッチの良否判定を行うことができる。

本発明では、前記Ｖノッチの形状の良否を判定する手順は、前記Ｖノッチの基準となる基準データに対する前記評価用データの差分が、所定の閾値を超えるときに、前記Ｖノッチを不良と判定するのが好ましい。
なお、所定の閾値は、最終製品である半導体用シリコンウェーハのＶノッチ形状の仕様（許容公差）に基づいて定めることができる。少なくとも、インゴットが加工されて最終的に得られる半導体用シリコンウェーハのＶノッチ形状が、その仕様（許容公差）から外れることのないように、所定の閾値を定めることが好ましい。
良否判定を、基準データに対する評価用データの差分が所定の閾値を超えるか否かで判定することにより、簡単な演算処理で良否判定を行うことができるため、コンピュータ等による演算処理の負荷を軽減して、良否判定の高速化を実現できる。

本発明のインゴットのＶノッチ加工方法は、育成されたシリコン単結晶のインゴットの長手方向にＶノッチ加工を行うインゴットのＶノッチ加工方法であって、育成されたシリコン単結晶のインゴットの外周研削を行う工程と、外周研削されたインゴットにＶノッチ加工を行う工程と、Ｖノッチ加工が施されたインゴットのＶノッチを、前述したインゴットのＶノッチ評価方法により評価する工程と、前記インゴットのＶノッチ評価方法により否と判定されたインゴットを除外する工程と、を実施する
ことを特徴とする。

本発明によれば、Ｖノッチ加工が施されたインゴットのＶノッチを、前述したインゴットのＶノッチの評価方法により良否判定を行うことにより、Ｖノッチに不具合のあるインゴットを除外することができる。したがって、次工程となるスライス工程において、Ｖノッチの不具合に起因する不良品を除外できるため、スライス工程における無駄な加工を軽減することができる。

本発明のインゴットのＶノッチ評価装置は、シリコン単結晶のインゴットの長手方向に形成されたＶノッチを評価するインゴットのＶノッチ評価装置であって、発光部および受光部を備え、前記Ｖノッチの形状を走査する光学的測定手段と、前記インゴットおよび前記光学的測定手段を、前記インゴットの長手方向に相対的に移動させる移動手段と、前記光学的測定手段の走査によって得られたＶノッチ形状データを処理するデータ処理手段と、を備え、前記データ処理手段は、前記光学的測定手段により計測されたＶノッチ形状データを取得する形状データ取得部と、取得されたＶノッチ形状データの座標変換を行い、前記Ｖノッチ形状を評価するための評価用データを生成する評価用データ生成部と、生成された評価用データに基づいて、前記Ｖノッチ形状の良否を判定する良否判定部と、を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、前述した作用および効果と同様の作用および効果を享受できる。

本発明では、前記Ｖノッチに付着した異物を除去する異物除去手段を備えているのが好ましい。
異物除去手段を備えていることにより、インゴットのＶノッチ加工後、Ｖノッチに付着した塵埃、切削水を除去することができるため、光学的測定手段による走査を清浄な状態で行うことができ、Ｖノッチ形状の計測の精度を向上することができる。

本発明の実施の形態に係るＶノッチ評価装置を含むシリコンインゴットの加工装置の構造を示す模式図。 前記実施の形態における光学的測定手段の構造を示す模式図。 前記実施の形態におけるデータ処理手段の構造を示す機能ブロック図。 前記実施の形態における光学的測定手段により走査されたＶノッチの形状データを示すグラフ。 前記実施の形態における光学的測定手段により走査されたＶノッチの全長に亘る形状データを示す模式図。 前記実施の形態における評価用データ生成部により生成した評価用データを示すグラフ。 前記実施の形態におけるＶノッチの良否判定を行うためのデータを示すグラフ。 前記実施の形態におけるＶノッチの良否判定を行うためのデータを示すグラフ。 前記実施の形態におけるＶノッチの良否判定を行うためのデータを示すグラフ。 前記実施の形態におけるＶノッチの加工方法を示すフローチャート。

図１には、本発明の実施の形態に係るＶノッチ評価装置１が示されている。Ｖノッチ評価装置１によるＶノッチ評価方法は、育成されたシリコンインゴットＳＩの外周研削を行い、ＶノッチＶＮの加工を終えた後、次工程となるスライス工程に送る前に実施される。
具体的には、ＶノッチＶＮの加工が施されたシリコンインゴットＳＩは、ストッカー２に保管されている。ストッカー２からのシリコンインゴットＳＩの出庫制御は、出庫ワークステーション３で行われ、出庫ワークステーション３にシリコンインゴットＳＩのナンバーを入力すると、搬出装置４にそのナンバーが出力される。
搬出装置４は、ストッカー２から入力されたナンバーに応じたシリコンインゴットＳＩを保持フレーム６に載置した状態で、搬出ヤードに搬出する。
操業システム５の指令に基づいて、搬出ヤードからは、シリコンインゴットＳＩが次工程となるスライス工程に搬出される。

Ｖノッチ評価装置１は、搬出ヤード上に配置され、搬出ヤードに搬出されたシリコンインゴットＳＩに加工が施されたＶノッチＶＮの評価を行う。Ｖノッチ評価装置１は、レーザー変位計１１、フレーム１２、エアブロー機構１３、およびＶノッチ解析用コンピュータ１４を備える。
光学的測定手段となるレーザー変位計１１は、図２に示すように、発光部１１Ａ、受光部１１Ｂ、および計測値出力ケーブル１１Ｃを備える。

発光部１１Ａは、図示を略したが、レーザー発振器およびシリンドリカルレンズを備え、レーザー発振器から放射されたレーザー光を、シリンドリカルレンズによって帯状かつ距離に応じて次第に幅広となるレーザー光（図２に例示）に変換し、ＶノッチＶＮに照射する。
受光部１１Ｂは、図示を略したが、集光組レンズおよびＣＭＯＳセンサを備え、発光部１１ＡからＶノッチＶＮに照射されたレーザー光の反射光は、受光部１１Ｂの集光組レンズにより集光され、ＣＭＯＳセンサで結像してＶノッチＶＮの形状が計測される。

受光部１１Ｂにより計測されたＶノッチＶＮの計測データは、計測値出力ケーブル１１Ｃを介して、Ｖノッチ解析用コンピュータ１４に出力される。本実施の形態のレーザー変位計１１は、６４ｋＨｚでＶノッチＶＮの計測を行うことができる。所定の速度でシリコンインゴットＳＩと、レーザー変位計１１とを相対移動させて走査することにより、シリコンインゴットＳＩの長手方向に沿って形成されたＶノッチＶＮの形状を全長に亘り短時間で複数回計測することができる。

保持手段としてのフレーム１２は、側面視逆Ｌ字状の角形鋼管から構成される。フレーム１２は、シリコンインゴットＳＩの次工程への搬出方向基端側が搬出ヤードに埋設され、搬出方向先端側が宙に浮いた状態でシリコンインゴットＳＩと対向する。
フレーム１２の先端側の下面には、レーザー変位計１１が吊り下げられ、レーザー変位計１１は、シリコンインゴットＳＩから俯瞰した状態でＶノッチＶＮを、シリコンインゴットＳＩの長手方向に沿って走査できる。なお、レーザー変位計１１によるＶノッチＶＮの走査は、操業システム５からの指令により、シリコンインゴットＳＩを次工程となるスライス工程に搬出するタイミングで行われる。
つまり、本実施の形態では、シリコンインゴットＳＩを次工程に搬出する機構が移動手段として機能している。なお、これに限らず、ベルトコンベア等の他の搬送機構により移動手段を構成してもよく、レーザー変位計１１をシリコンインゴットＳＩの長手方向に移動可能な移動手段としてもよい。

異物除去手段としてのエアブロー機構１３は、レーザー変位計１１の搬出方向基端側に設けられ、フレーム１２の下面に取り付けられている。エアブロー機構１３は、レーザー変位計１１のレーザー走査幅に応じた幅でＶノッチＶＮに対して気流を吹き付ける。レーザー変位計１１の前段で気流を吹き付けることにより、前工程となる外周研削工程、ノッチ形成工程でＶノッチＶＮに付着した塵埃や水分を吹き飛ばすことができるため、清浄な状態のＶノッチＶＮの表面をレーザー変位計１１で走査できる。

データ処理手段としてのＶノッチ解析用コンピュータ１４は、図３に示すように、レーザー変位計１１の計測値出力ケーブル１１Ｃから出力されたＶノッチＶＮの計測値を取り込んで、ＶノッチＶＮの加工形状判定を行う。
Ｖノッチ解析用コンピュータ１４は、演算処理装置１５およびＳＤメモリ、ハードディスク等の記憶装置１６を備えた汎用のコンピュータから構成される。Ｖノッチ解析用コンピュータ１４は、演算処理装置１５上で実行される形状データ取得部１７、評価用データ生成部１８、良否判定部１９、および記憶装置１６内に設けられる評価結果記録部２０を備える。

形状データ取得部１７は、レーザー変位計１１から計測値出力ケーブル１１Ｃを介して出力されたＶノッチＶＮの計測値（Ｖノッチ形状データ）を取得する。具体的には、形状データ取得部１７は、図４に示すように、ＶノッチＶＮの横方向長さ位置（ＶノッチＶＮの幅方向位置）、および縦方向位置（ＶノッチＶＮの深さ方向位置）を計測値として取得する。レーザー変位計１１は、相対的に移動してＶノッチＶＮの全長に亘って計測値を取得するので、形状データ取得部１７は、図５に示すように、ＶノッチＶＮの全長に亘って横方向位置および縦方向位置を計測値として取得する。取得された計測値は、評価用データ生成部１８に出力される。

評価用データ生成部１８は、形状データ取得部１７により取得されたＶノッチＶＮの計測値を、良否判定部１９により判定できる形に座標変換する。評価用データ生成部１８は、取得された計測値を、拡大、縮小、平行移動、回転移動、スキューを行うアフィン変換行列を用いて座標変換して、評価用データを生成する。
具体的には、評価用データ生成部１８は、図６に示すように、まず、ＶノッチＶＮの加工面が真上を向くように回転移動を行う。次に、評価用データ生成部１８は、ＶノッチＶＮの加工面の底部が原点となるように平行移動を行って評価用データを生成する。生成された評価用データは、良否判定部１９に出力される。

なお、評価用データ生成部１８による座標変換は、本実施の形態では、アフィン変換行列で行っているが、本発明はこれに限られない。たとえば、レーザー変位計１１による走査が、ＶノッチＶＮの斜め上方から行われている場合は、走査面が奥行きのある台形状に変形しているので、射影変換行列を用いて座標変換してもよい。
また、前述したように、本発明は、最終製品である半導体用シリコンウェーハのＶノッチ形状の良否をインゴット状態で判定することを目的としている。そのため、評価用データは、後の工程であるスライス工程でスライス面に現れるＶノッチ形状と同じになるように座標変換されたものであることが好ましい。

良否判定部１９は、評価用データ生成部１８により生成された評価用データに基づいて、シリコンインゴットＳＩに形成されたＶノッチＶＮの良否を判定する。具体的には、良否判定部１９は、図７に示すように、データ１からデータ３に比較して、ＶノッチＶＮの加工面が差分δだけ落ち込んだデータ４を加工不良と判定する。
そこで、良否判定部１９は、図６の縦方向の加工面のδの落ち込みを、図８に示すように、基準データとなる計測データの基準位置からの縦方向の加工面の深さ位置として評価用データを修正する。計測データの基準位置は、たとえば、設計上のＶノッチＶＮの加工面を採用することができ、設計上の加工面に対して実際の加工面が、どの程度の深さ位置の偏差となっているかにより、把握することができる。図８によれば、データ４の加工面が不良であることが一目で判る。

しかし、実際に生成された評価用データにより良否判定を行う場合、良否判定部１９は、シリコンインゴットＳＩのＶノッチＶＮの全長を走査した際の計測データの平均値からの偏差となる標準偏差に閾値ＴＨを設けることで良否判定を行う。シリコンインゴットＳＩに砥石によりＶノッチＶＮを形成した場合、砥石は摩擦により徐々に摩滅していき、設計上のＶノッチＶＮよりも徐々に浅く幅狭になるので、これを考慮したためである。
具体的には、良否判定部１９は、図９に示すように、ＶノッチＶＮの計測データの平均値から一定の閾値ＴＨ（たとえば、標準偏差：０．０３ｍｍ）を設けておき、閾値ＴＨ以下の場合はＶノッチＶＮの加工は良、閾値ＴＨを超える場合はＶノッチＶＮの加工は否と判定する。

次に、本発明のシリコンインゴットＳＩのＶノッチ加工方法について、シリコンインゴットＳＩのＶノッチ評価方法の手順も含めて、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、シリコン単結晶の育成装置によって育成されたシリコンインゴットＳＩの外周研削を行う（工程Ｓ１）。
シリコンインゴットＳＩの外周研削を終えたら、シリコンインゴットＳＩの長手方向全長に亘ってＶノッチＶＮの加工を行う（工程Ｓ２）。

ＶノッチＶＮの加工を終えたら、シリコンインゴットＳＩを保持フレーム６に載置して、ストッカー２に搬入して保管する（工程Ｓ３）。
オペレータが出庫ワークステーション３を操作して、ストッカー２からシリコンインゴットＳＩを保持フレーム６とともに搬出し（工程Ｓ４）、搬出ヤードに配置する。
この際、出庫ワークステーション３から出力されるシリコンインゴットＳＩのインゴットナンバーは、Ｖノッチ解析用コンピュータ１４にも出力される。

オペレータは、操業システム５を操作して、次工程となる切断工程にシリコンインゴットＳＩの搬出を開始する（工程Ｓ５）。
シリコンインゴットＳＩの搬出開始後、エアブロー機構１３から気流が噴出し、ＶノッチＶＮに残留した塵埃、水分等の異物を除去する（工程Ｓ６）。
異物除去後、レーザー変位計１１によりＶノッチＶＮの加工面を操作し、ＶノッチＶＮの計測を実施する（工程Ｓ７）。

ＶノッチＶＮの加工面の走査は、ＶノッチＶＮの全長に亘るまで行われ（工程Ｓ８）、ＶノッチＶＮの全長の走査が終了したら、Ｖノッチ解析用コンピュータ１４の形状データ取得部１７は、レーザー変位計１１で取得された計測値を取得する（工程Ｓ９）。
評価用データ生成部１８は、取得された計測値に基づいて、評価用データを生成する（工程Ｓ１０）。
良否判定部１９は、生成された評価用データに基づいて、シリコンインゴットＳＩの良否判定を行う（工程Ｓ１１）。

シリコンインゴットＳＩのＶノッチＶＮの加工が、図９における閾値ＴＨ（標準偏差：０．０３ｍｍ）以内に入っているか否かを判定する（工程Ｓ１２）。
良品と判定されたら、操業システム５は、シリコンインゴットＳＩを次工程となるスライス工程に搬出する（工程Ｓ１３）。
不良品と判定されたら、Ｖノッチ解析用コンピュータ１４から操業システム５にその旨が出力され、操業システム５は、該当するシリコンインゴットＳＩの搬出を停止し、除外する（工程Ｓ１４）。

このような本実施の形態によれば、以下のような効果がある。
本実施の形態では、シリコンインゴットＳＩに形成されたＶノッチＶＮを、シリコンインゴットＳＩの長手方向に沿ってレーザー変位計１１により走査し、ＶノッチＶＮの全長に亘ってＶノッチＶＮの加工面の形状データを取得できる。したがって、取得されたＶノッチＶＮの加工面の形状データを座標変換によって評価用データを生成して、ＶノッチＶＮの全体に亘って評価を行うことができ、高精度にＶノッチＶＮの良否判定を行うことができる。

本実施の形態では、良否判定部１９は、ＶノッチＶＮの計測データの平均値からの偏差となる標準偏差に閾値ＴＨを設けることにより、ＶノッチＶＮの良否判定を行っている。これにより、ＶノッチＶＮの加工を行う砥石の摩滅を考慮しなくとも、ＶノッチＶＮの加工が適切に行われているか否かを判定できるため、ＶノッチＶＮの良否判定を高精度に行うことができる。
また、平均値と標準偏差と閾値ＴＨという簡単な数値で良否判定を行うことができるため、Ｖノッチ解析用コンピュータ１４による演算処理の負荷を軽減して、良否判定の高速化を実現できる。

本実施の形態では、Ｖノッチ加工が施されたシリコンインゴットＳＩのＶノッチＶＮを、シリコンインゴットＳＩのＶノッチ評価方法により良否判定を行うことにより、ＶノッチＶＮに不具合のあるインゴットを除外することができる。したがって、次工程となるスライス工程において、ＶノッチＶＮの不具合に起因する不良品を除外できるため、スライス工程における無駄な加工を軽減することができる。
本実施の形態では、レーザー変位計１１の走査方向前方にエアブロー機構１３を設けている。したがって、シリコンインゴットＳＩのＶノッチＶＮの加工後、ＶノッチＶＮに付着した塵埃、切削水を除去することができるため、レーザー変位計１１による走査を清浄な状態で行うことができ、Ｖノッチ形状の計測の精度を向上することができる。

１…Ｖノッチ評価装置、２…ストッカー、３…出庫ワークステーション、４…搬出装置、５…操業システム、６…保持フレーム、１１…レーザー変位計、１１Ａ…発光部、１１Ｂ…受光部、１１Ｃ…計測値出力ケーブル、１２…フレーム、１３…エアブロー機構、１４…Ｖノッチ解析用コンピュータ、１５…演算処理装置、１６…記憶装置、１７…形状データ取得部、１８…評価用データ生成部、１９…良否判定部、２０…評価結果記録部、ＳＩ…シリコンインゴット、ＴＨ…閾値、ＶＮ…Ｖノッチ。

Claims (5)

1. シリコン単結晶のインゴットの長手方向に形成されたＶノッチを評価するインゴットのＶノッチ評価方法であって、
   発光部および受光部を備えた光学的測定手段を用いて、前記Ｖノッチの形状を走査する手順と、
   走査により得られたＶノッチの形状データを取得する手順と、
   取得された前記Ｖノッチの形状データの座標変換を行い、前記Ｖノッチの形状データを評価するための評価用データを生成する手順と、
   生成された評価用データに基づいて、前記Ｖノッチの形状の良否を判定する手順と、
   を実施し、
   前記評価用データを生成する手順では、前記Ｖノッチの形状データを、前記インゴットからスライスされたシリコンウェーハのスライス面に現れるＶノッチの形状と同じになるように、前記評価用データへ座標変換することを特徴とするインゴットのＶノッチ評価方法。
2. 請求項１に記載のインゴットのＶノッチ評価方法において、
   前記Ｖノッチの形状の良否を判定する手順は、前記Ｖノッチの基準となる基準データに対する前記評価用データの差分が、所定の閾値を超えるときに、前記Ｖノッチを不良と判定することを特徴とするインゴットのＶノッチ評価方法。
3. 育成されたシリコン単結晶のインゴットの長手方向にＶノッチ加工を行うインゴットのＶノッチ加工方法であって、
   育成されたシリコン単結晶のインゴットの外周研削を行う工程と、
   外周研削されたインゴットにＶノッチ加工を行う工程と、
   Ｖノッチ加工が施されたインゴットのＶノッチを、請求項１または請求項２に記載のインゴットのＶノッチ評価方法により評価する工程と、
   前記インゴットのＶノッチ評価方法により否と判定されたインゴットを除外する工程と、
   を実施することを特徴とするインゴットのＶノッチ加工方法。
4. シリコン単結晶のインゴットの長手方向に形成されたＶノッチを評価するインゴットのＶノッチ評価装置であって、
   発光部および受光部を備え、前記Ｖノッチの形状を走査する光学的測定手段と、
   前記インゴットおよび前記光学的測定手段を、前記インゴットの長手方向に相対的に移動させる移動手段と、
   前記光学的測定手段の走査によって得られたＶノッチ形状データを処理するデータ処理手段と、を備え、
   前記データ処理手段は、
   前記光学的測定手段により計測されたＶノッチ形状データを取得する形状データ取得部と、
   取得されたＶノッチ形状データの座標変換を行い、前記Ｖノッチ形状を評価するための評価用データを生成する評価用データ生成部と、
   生成された評価用データに基づいて、前記Ｖノッチ形状の良否を判定する良否判定部と、を備えていることを特徴とするインゴットのＶノッチ評価装置。
5. 請求項４に記載のインゴットのＶノッチ評価装置において、
   前記Ｖノッチに付着した異物を除去する異物除去手段を備えていることを特徴とするインゴットのＶノッチ評価装置。

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