KR101017742B1

KR101017742B1 - 단결정 실리콘 웨이퍼의 ｃｏｐ 발생 요인의 판정 방법

Info

Publication number: KR101017742B1
Application number: KR1020087030054A
Authority: KR
Inventors: 슈이치 이나미
Original assignee: 가부시키가이샤 섬코
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2011-02-28
Also published as: US20120029834A1; US20100000318A1; JP4973660B2; KR20090016474A; DE112007001378B4; JPWO2007142026A1; US8549937B2; US8316727B2; DE112007001378T5; WO2007142026A1; TWI329196B; US20130054152A1; US20140005953A1; US8978494B2; US8061225B2; CN101460665A; TW200804789A

Abstract

대상이 되는 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 분할한 판정 영역마다 COP의 밀도를 구해 그 중의 최대치를 COP 밀도_{반경 MAX}로 하고, 최소치를 COP 밀도_{반경 MIN}으로 하며, 「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX}」에 의해 계산한 값을 미리 정한 설정치와 비교해, 명확한 기준 하에서 비결정 기인의 COP와 결정 기인의 COP를 나누어 COP 발생 요인의 판정을 행할 수 있다. 이에 의해, 비결정 기인의 COP인 것임에도 불구하고 결정 기인의 COP라고 판정되어 불합격이 되는 웨이퍼를 구제할 수 있고, 웨이퍼의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

단결정 실리콘 웨이퍼의 ＣＯＰ 발생 요인의 판정 방법{METHOD OF JUDGING COP OCCURRENCE CAUSE FOR SINGLE CRYSTAL SILICON WAFER}

본 발명은, 단결정 실리콘 웨이퍼를 대상으로 하여 적용하는 COP(Crystal Originated Particle) 발생 요인의 판정 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 기판으로서의 단결정 실리콘 웨이퍼는, 실리콘의 단결정 잉곳으로부터 잘라내어져, 수많은 물리적, 화학적, 또한 열적 처리가 실시되어 제조된다. 실리콘의 단결정 잉곳은, 일반적으로, 석영 도가니 내의 용융된 실리콘에 종결정(種結晶)을 침지시키고 끌어올려, 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법(이하, 「CZ법」이라고 한다)에 의해 얻어지지만, 단결정 육성시에 Grown－in 결함이라고 칭해지는 미세 결함이 결정 내에 도입된다.

이 Grown-in 결함은, 단결정 육성 시의 인상 속도와 응고 직후의 단결정 내 온도 분포(인상축 방향의 결정 내 온도 구배)에 의존하고, COP(Crystal Originated Particle) 등으로 불리는 크기가 0.1 ~ 0.2μm 정도인 공공(空孔) 응집 결함, 전위 클러스터로 불리는 크기가 10μm 정도인 미소 전위로 이루어지는 결함 등으로서 단결정 내에 존재한다.

또, CZ법에 의해서 제조된 실리콘 단결정 웨이퍼는, 고온의 산화 열처리를 받았을 때, 링 형상으로 나타나는 산화 유기(誘起) 적층 결함(이하, 「OSF」- 0xidation Induced Stacking Fault - 라고 한다)이 발생하는 경우가 있다. 이 OSF 링이 잠재적으로 발생하는 영역은, 육성 중의 결정의 열 이력에 의존하고, 특히 육성 중의 인상 속도의 영향을 받아, 인상 속도를 작게 해 가면, OSF 링이 나타나는 영역이 결정의 외주측으로부터 내측으로 수축해 간다.

바꿔 말하면, 고속으로 단결정을 육성하면 OSF 링의 내측 영역이 웨이퍼 전체로 넓어지게 되고, 저속으로 육성하면 OSF 링의 외측 영역이 웨이퍼 전체로 넓어진다.

OSF가 디바이스의 활성 영역인 웨이퍼 표면에 존재하는 경우에는, 리크 전류의 원인이 되어 디바이스 특성을 열화시킨다. 또, COP는 초기의 산화막 내압성을 저하시키는 인자이며, 전위 클러스터도 그곳에 형성된 디바이스의 특성 불량의 원인이 된다.

그 때문에, 종래는, 링 형상 OSF의 발생 영역이 결정의 외주부에 위치하도록 인상 속도를 빠르게 하여, 단결정 육성이 행해져 왔다. 예를 들면, 일본국 특허공개 2002－145698호 공보에 기재된 바와 같이, OSF 영역을 웨이퍼의 둘레가장자리부로부터 중심부에 걸쳐 넓게 분포시키고, 그 영역의 내측은 저밀도의 미소 COP 영역으로 한 웨이퍼가 제안되어 있다.

그러나, 최근에 있어서의 소형화, 고도화의 요구로부터 반도체 디바이스의 미세화가 진행됨에 따라, 이 대단히 작은 COP를 최대한 감소시킨 Grown－in 결함이 매우 적은 단결정 실리콘 웨이퍼(이하, 「무결함 결정의 실리콘 웨이퍼」라고도 한 다)가 제조되도록 되어 오고 있다.

그에 따라, 무결함 결정의 실리콘 웨이퍼에서는 COP 평가가 실시되어, 결함(COP)의 개수와 패턴의 유무에 따라 결정성(무결함성)을 보증하는 합격 여부의 판정이 행해지고 있다. 또한, COP 평가를 할 때에는, COP의 검출 방법의 일례로서 구리 석출법(구리 데코레이션법)이라고 칭해지는 방법이 이용되고 있다.

이것은, 웨이퍼의 표면에 절연막(산화막)을 형성하면 결함(COP)이 존재하고 있는 부위에서 산화막이 불균일하게 되는 것을 이용하는 방법이며, 웨이퍼의 표면에 소정 두께의 산화막을 형성시킨 후, 외부 전압을 인가하고, 상기 웨이퍼 표면의 결함 부위에서 산화막을 파괴시킴과 함께 구리를 석출시켜, 이 석출시킨 구리를 육안으로 관찰함으로써, 혹은 투과전자현미경(TEM), 주사전자현미경(SEM)을 이용해 관찰함으로써 결함(COP)을 검출하는 방법이다.

그런데, COP의 발생 요인은 결정 기인과 비결정 기인의 2가지로 나눌 수 있다. 결정 기인의 COP란, 전술의 단결정 육성시에 결정 내에 도입되는 Grown－in 결함을 가리킨다.

이 결정 기인의 COP의 발생 패턴은, 지금까지의 조사에 의해 다음의 4가지로 구분되는 것을 알게 되었다. 즉,

(1) 웨이퍼 중심에 디스크 형상으로 나타난다.

(2) 웨이퍼 외주를 따르도록 링 형상으로 나타난다.

(3) 상기 (1)과 (2)가 동시에, 즉 디스크 링 형상으로 나타난다.

(4) 웨이퍼 전면(全面)에 고밀도(직경 300mm 웨이퍼에서 300개 이상)로 나타 난다.

한편, 비결정 기인의 COP는, 엄밀한 의미에서는 COP는 아니지만, 실리콘 웨이퍼의 핸들링 시에 웨이퍼 표면에 생기는 미세한 흠집이나 스크래치에 기인하는 것이고, 표면 결함 검사 장치(예를 들면, SP2：KLA－Tencor사 제조)나 구리 석출법(구리 데코레이션법)을 이용해 관찰했을 경우에, 선형상으로 발생하는 것이나, 국소적으로 또는 웨이퍼 전면에 반점형상으로 발생하는 것 등이 있다.

비결정 기인의 COP는 웨이퍼를 구성하는 실리콘의 단결정 그 자체에 유래하는 본질적인 결함은 아니기 때문에, COP 평가에서는 제외되어야 되는 것이며, 현재 행해지고 있는 COP 평가에서도, 비결정 기인으로 용이하게 판단할 수 있는 COP는 평가로부터 제외되고 있다.

그러나, 비결정 기인의 COP와 결정 기인의 COP를 나누는(즉, 양자를 판별해 비결정 기인의 COP를 평가로부터 제외하는) 적절한 방법이 없고, 특히 웨이퍼 전면에 반점형상으로 나타나는 비결정 기인의 COP를 결정 기인의 COP는 아니라고 판정할 방법이 없었다.

전술과 같이, 무결함 결정의 실리콘 웨이퍼에서는 COP 평가가 실시되고 있다. 그러나, COP 평가에서는 제외되어야 할 비결정 기인의 COP, 특히 웨이퍼 전면(全面)에 반점형상으로 나타난 COP를 결정 기인의 COP로부터 나누는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.

즉, 선형상으로 발생하는 COP나 국소적으로 반점형상으로 발생하는 COP는 비결정 기인이라고 판단하기 쉽지만, 웨이퍼 전면에 반점형상으로 발생했을 경우에는 그것이 결정 기인인지 비결정 기인인지 여부의 판단은 어려우며, 판정은 그것을 위한 교육을 받은 오퍼레이터에게 맡겨지고 있다. COP가 발생해 있어도, 그 기원이 비결정 기인이라면 그 웨이퍼는 합격으로 되어야 할 것이기 때문에, 그러한 합격품을 불합격으로 판정했을 경우는 웨이퍼의 제조 수율을 부당하게 저하시키게 된다.

이 합격 여부 판단의 정밀도를 향상시키는 하나의 수단으로서, 특히 웨이퍼 전면에 반점형상으로 나타나고 있는 COP의 발생 요인의 판정 기준의 명확화를 들 수 있지만, 인간의 눈에 의한 판단(시각적 판정)에 의존하고 있기 때문에, 그 판정 기준을 말로 표현하는 것은 어렵다.

향후, 생산량이 증대했을 경우에 있어서도, 제조 수율을 높임과 더불어, 안정된 품질의 웨이퍼의 제공을 실현하기 위해서, 비결정 기인의 COP의 판정 기준을 명확하게 하는 것, 바꿔 말하면, 수치에 의해 정량적으로 규정하는 것은 지극히 중요하다. 이는, COP의 평가(검사)를 자동화하는 경우에도 필요하다.

본 발명은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, COP의 평가를 적정하게 행하기 위해, 명확한 기준 하에서 비결정 기인의 COP와 결정 기인의 COP를 나누는 정량성이 있는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명자는, 상기의 과제를 해결하고, 명확한 기준 하에서 COP의 발생 요인을 판정할 수 있는 방법을 확립하기 위해 검토를 거듭했다. 그 결과, 후술하는 결정 기인의 COP의 발생 거동의 특징을 이용하여, 웨이퍼의 r 방향(반경 방향), 또는 θ 방향(둘레 방향)에 있어서의 COP의 밀도를 계산해서 구한 밀도 분포를 반경험적 수법으로 설정한 역치와 대조함으로써, 혹은 COP의 발생 위치를 고려해, 결정 기인의 COP인지 비결정 기인의 COP인지 여부를 판정하는 방법을 고안했다.

본 발명의 요지는, 하기의 (1) ~ (4)의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법에 있다.

(1) 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서, 상기 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 분할한 판정 영역마다 COP의 밀도를 구해 그 중의 최대치를 COP 밀도_{반경 MAX}로 하고, 최소치를 COP 밀도_{반경 MIN} 로 하며, 「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX}」에 의해 계산한 값이 미리 정한 설정치 이하인 경우는, COP의 발생 요인이 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법이다.

(2) 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서, 상기 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 분할한 판정 영역 중 중심부와 외주부를 제외한 영역에서 발생한 COP는 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법이다.

상기 (1) 또는 (2)의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법에 있어서, 상기 동심원 형상으로 분할하는 각 판정 영역의 폭을 15mm에서 30mm의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

(3) 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서, 상기 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 또한 원주 방향으로 분할하며, 동일 반경의 판정 영역마다 원주 방향의 각 판정 영역의 COP의 밀도를 구해 동일 반경의 판정 영역 내에 있어서의 최대치를 COP 밀도_{원주 MAX}로 하고, 최소치를 COP 밀도_{원주 MIN}로 하여,「(COP 밀도_{원주 MAX} － COP 밀도_{원주 MIN})／COP 밀도_{원주 MAX}」에 의해 계산한 값이 미리 정한 설정치 이상인 경우는, COP의 발생 요인이 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법이다.

상기 (3)의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법에 있어서, 상기 동심원 형상으로 분할할 때의 각 판정 영역의 폭을 15mm부터 30mm의 범위 내로 하고, 또한 상기 원주 방향의 분할을 3분할부터 8분할로 하는 것이 바람직하다.

(4) 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서, COP가 선형상, 점선형상 또는 국부적으로 반점형상으로 발생하고 있는 경우는, COP의 발생 요인이 결정 육성시에 있어서의 도입 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법이다.

상기 (1) ~ (4)의 COP 발생 요인의 판정 방법에 있어서, 「단결정 실리콘 웨이퍼」란, 주로 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼이다. 즉, 본 판정 방법은 직경 300mm 이상의 대구경 실리콘 웨이퍼를 주된 대상으로 하는 판정 방법이다.

본 발명의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법은, 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 또는 원주 방향으로 더 분할해, 판정 영역마다 구한 COP의 밀도에 의거하여, 혹은 COP의 발생 위치를 고려해 비결정 기인의 COP와 결정 기인의 COP를 나누는 방법으로, 명확한 기준 하에서 COP 발생 요인의 판정을 행할 수 있다.

이 방법에 의하면, 비결정 기인의 COP임에도 불구하고 결정 기인의 COP라고 판정되어 불합격이 되는 웨이퍼를 구제할(합격품으로 할) 수 있고, 웨이퍼의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또, 판정 기준의 명확화에 의해 안정된 품질의 웨이퍼의 제공이 가능하다.

도 1은, Grown－in 결함의 분포 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 2는, COP 발생 요인의 판정 방법의 검토 과정에서, 비결정 기인의 COP라고 판정할 수 없었던 샘플에 있어서의 COP를 예시하는 도면이다.

도 3은, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 프로세스를 나타내는 도면이다.

도 4는, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 프로세스에 의한 COP의 평가 결과를 예시하는 도면이다.

이하에, 상기 (1) ~ (4)에 기재된 본 발명의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법을 구체적으로 설명한다. 본 발명이 대상으로 하는 COP는, 표 면 결함 검사 장치(예를 들면, SP1：KLA－Tencor사 제조)를 이용하는 방법으로, 웨이퍼 표면의 개수 카운트 및 분포 측정을 시각적 검사로 실시했다.

일반적으로, 결정 기인의 COP는 디스크 형상, 링 형상 혹은 디스크－링 형상으로 나타난다. 또, 웨이퍼 전면에 고밀도로 나타나는 것도 있다. COP가 이와 같이 패턴을 가지고 나타나는 것은, 석영 도가니 내의 용융EHLS 실리콘에 종결정을 침지시켜 끌어올릴 때의 인상 속도와 단결정 육성시에 도입되는 Grown－in 결함의 분포가, 이하에 말한 바와 같이 특정의 관계에 있기 때문이다.

도 1은, Grown－in 결함이 극히 적은 웨이퍼를 제조할 수 있는 육성 장치에 의해 끌어올린 실리콘 단결정의 단면의 결함 분포 상태의 일례를 인상 속도와 대비시켜 모식적으로 나타낸 도면이다. 이것은, 성장시킨 단결정을 인상축을 따라 절단하고, 질산구리 수용액에 침지시켜 Cu를 부착시키고, 열처리 후 X선 토포그래피법에 의해 미소 결함의 분포 상태를 관찰한 결과를 나타내고 있다.

도 1에 있어서, 「V－rich」란 COP가 많은 영역이며, 「I－rich」란 단결정 육성시에 유입된 격자간 원자에 기인하는 전위 클러스터 결함이 많은 영역이다. 또, 「P－band」는 산소 유발 적층 결함(OSF)이다. 인상 속도가 그것보다 저속측의 「PV」는 산소 석출 촉진 영역에서, 공공(空孔)이 우세한 무결함 영역이며, 또한 저속측의 「PI」는 산소 석출 억제 영역에서, 격자간 원자가 우세한 무결함 영역이다.

이 무결함 영역에 상당하는 인상 속도로 단결정을 끌어올렸을 경우는, Grown－in 결함이 극히 적은 웨이퍼를 얻을 수 있지만, 인상 속도가 그것보다 고속측으 로 벗어났을 경우, 특정의 패턴을 가진 COP가 발생한다. 예를 들면, 실리콘 단결정의 단면이 도 1에 나타낸 것과 같은 결함 분포 상태일 때에, 인상 속도 Vd로 끌어올리면, 중심부에 디스크 형상의 COP가 존재하는 웨이퍼가 된다.

V－rich측의 결함(LPD, OSF)의 면 내 분포는, 인상로(爐)의 열 이력에 의해, 도 1에 나타낸 것과 같은, 중심부와 외주부가 거의 균등하게 저속측으로 튀어나온 형상 외에, 중심부가 저속측으로 튀어나온 형상이나, 외주부가 저속측으로 튀어나온 형상을 취할 수 있다. 그러나, 반경을 r로 하여, r／2 정도(즉, 중심으로부터 반경 방향으로 1／2 정도의 거리)의 부분이 저속측으로 튀어나오는 경우는 없다. 따라서, 결정 기인의 COP는 디스크 형상이나 링 형상의 패턴을 가지게 된다. 특히 링 패턴은 r／2 정도의 장소에 발생할 일은 없으며, 결정의 외주를 따르도록 발생한다.

또, 열 이력이 축(인상축) 대칭인 것으로 인해, COP는 θ 방향(웨이퍼의 둘레 방향)으로도 균등하게 발생한다. 따라서, 링 형상이나 디스크 형상으로 발생한 COP의 밀도는 둘레 방향으로 거의 균일하게 되어 있다.

COP가 웨이퍼 전면에 고밀도로 나타나는 것은, 인상 속도가 크고 고속측으로 벗어났을 경우이다. 다만, 그 경우에 발생하는 COP 밀도는 고밀도로, COP의 개수는 웨이퍼 전면에서 300 ~ 400개 이상이 된다. 따라서, COP가 웨이퍼 전면에 나타나고 있어도, COP 개수가 200개 정도 이하인 경우, 그 발생 요인은 결정 기인이 아니라고 생각하는 것이 타당하다.

결정 기인의 COP는, 이상 기술한 바와 같은 발생 거동을 나타낸다. 본 발명 의 COP 발생 요인의 판정 방법은, 이 발생 거동을 이용해 COP가 결정 기인인지 비결정 기인인지 여부의 판정을 행하는 방법이다.

본 발명 중에, 상기 (1)에 기재된 판정 방법은, Grown－in 결함이 극히 적은 단결정 실리콘 웨이퍼를 대상으로 하여, 상기 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 분할한 판정 영역마다 COP의 밀도를 구해 「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX}」에 의해 계산한 값이 미리 정한 설정치 이하인 경우는, COP의 발생 요인이 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 방법이다. 여기에서, COP 밀도_{반경 MAX}는 분할한 판정 영역마다 구한 COP의 밀도 중 최대치를, COP 밀도_{반경 MIN}는 최소치를 의미한다.

상기 (1)에 기재된 판정 방법은, COP의 r 방향(웨이퍼의 반경 방향)의 밀도 분포에 주목한 방법이다. 상기의, 분할한 판정 영역마다 COP의 밀도를 구해 계산한 「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX}」(여기에서는, 「평가 함수」라고 한다)의 값은, COP의 분포가 균일한지 아닌지의 여부를 나타내는 하나의 지표이며, 이 값이 작으면, 분할한 판정 영역마다의 COP 밀도의 차이가 작고, 웨이퍼 표면에서의 r 방향의 COP 분포가 균일하다고 말할 수 있다.

전술과 같이, 결정 기인의 COP는 디스크 형상이나 링 형상의 패턴을 가지고 있으므로, 이 결정 기인의 COP가 발생하고 있는 경우는, COP 분포는 r 방향으로 균일하지 않으며, 「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX}」의 값은 커 진다. 따라서, 평가 함수「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX}」의 값이 미리 정한 설정치 이하인 경우는 디스크 형상이나 링 형상의 패턴을 가지고 있지 않다고 간주할 수 있고, COP의 발생 요인은 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것(즉, 비결정 기인의 COP)이라고 판정할 수 있다.

상기의 설정치는, 종래의 판정에 있어서의 실적 등을 근거로 하여, 반경험적 수법으로 설정한다.

상기 (2)에 기재된 판정 방법은, 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 분할한 판정 영역 중 중심부와 외주부를 제외한 영역에서 발생한 COP는 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 방법이다.

상기 (2)에 기재된 판정 방법은, COP의 r 방향에 있어서의 발생 위치에 주목한 방법이다. 결정 기인의 COP는 디스크 형상이나 링 형상의 패턴을 가지고 있고, 웨이퍼의 중심부와 외주부 이외의 영역에는 발생하지 않기 때문에, 중심부와 외주부를 제외한 영역의 COP는 비결정 기인의 COP라고 간주할 수 있다.

상기 (1) 또는 (2)의 판정 방법에서는, 상기 동심원 형상으로 분할하는 각 판정 영역(즉, 링)의 폭을 15mm부터 30㎜의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

이러한 판정 방법을 적용하는 주된 대상은 직경 300mm 웨이퍼이다. 통상, 최외주의 폭 10mm의 링 형상의 영역은 평가의 대상으로부터 제외하므로, 웨이퍼의 직경을 300mm로 하면, 평가의 대상이 되는 판정 영역은 웨이퍼의 중심으로부터 반 경 140mm까지이다. 이 범위를 링 형상으로 분할하는 경우, 그 폭이 15mm보다 좁으면 판정 영역이 너무 많아져 평가가 번잡하게 되고, 고비용이 된다.

또, 폭이 30mm보다 넓으면 평가가 허술해져, 평가의 정밀도가 손상되기 쉽다. 직경 300㎜ 웨이퍼의 경우의 바람직한 폭은, 25㎜ 정도이다. 또한, 분할하는 각 판정 영역의 폭은 통상은 균등하게 하는 것이 좋지만, 반드시 이것에 한정되지 않고, COP의 발생 상황 등에 의거해 적절히 결정해도 된다.

상기 (3)에 기재된 판정 방법은, 상기 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 또한 원주 방향으로 분할하며, 동일 반경의 판정 영역마다 원주 방향의 각 영역의 COP의 밀도를 구해 동일 반경의 영역 내에 있어서의 최대치를 COP 밀도_{원주 MAX}로 하고, 최소치를 COP 밀도_{원주 MIN}로 하며,「(COP 밀도_{원주 MAX} － COP 밀도_{원주 MIN})／COP 밀도_{원주 MAX}」에 의해 계산한 값이 미리 정한 설정치 이상인 경우는, COP의 발생 요인이 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 방법이다. 또한, COP 밀도_{원주 MAX}는 동일 반경의 판정 영역에 있어서의 원주 방향의 각 판정 영역의 COP의 밀도 중 최대치를, COP 밀도_{원주 MIN}는 최소치를 의미한다.

상기 (3)에 기재된 판정 방법은, COP의 θ 방향(웨이퍼의 둘레 방향)의 분포 거동에 주목한 방법이다. 전술한 바와 같이, 성장시킨 단결정의 열 이력은 인상축에 대칭이기 때문에, COP는 θ 방향으로 균등하게 발생하고, 링 형상이나 디스크 형상으로 발생한 COP의 밀도는 θ 방향으로 거의 균일하게 되어 있다.

따라서, 상기 (3)의 판정 방법에 있어서는, 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 또한 원주 방향으로 분할하며, 동일 반경의 판정 영역마다 원주 방향의 각 영역의 COP의 밀도를 구해, 평가 함수 「(COP 밀도_{원주 MAX} － COP 밀도_{원주 MIN})／COP 밀도_{원주 MAX}」의 값이 미리 정한 설정치 이상인 경우는, 원주 방향의 각 판정 영역에 있어서의 COP의 밀도가 균일하다고는 말할 수 없으므로, COP의 발생 요인은 비결정 기인이라고 판정한다.

상기 (3)에 기재된 판정 방법에 있어서는, 상기 동심원 형상으로 분할할 때의 각 판정 영역(즉, 링)의 폭을 15mm부터 30mm의 범위 내로 하고, 또한 상기 원주 방향의 분할을 3분할부터 8분할로 하는 것이 바람직하다.

동심원 형상으로 분할할 때의 각 판정 영역의 폭을 15mm부터 30mm의 범위 내로 하는 이유는, 전술한 바와 같다. 또, 상기 원주 방향의 분할을 3분할부터 8분할로 하는 것은, 원주 방향의 분할 수는 너무 세세해도 판정의 정밀도가 그만큼 향상하는 것은 아니며, 2분할로는, 판정 영역이 너무 넓기 때문에 θ 방향에 있어서의 COP의 분포 밀도가 변화해도 현저하게는 나타나지 않고, 판정의 정밀도가 저하한다.

상기 (4)에 기재된 판정 방법은, COP가 선형상, 점선형상 또는 국부적으로 반점형상으로 발생하고 있는 경우는, COP의 발생 요인이 결정 육성시에 있어서의 도입 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 방법이다.

선형상, 점선형상 또는 국부적으로 반점형상으로 발생하고 있는 COP는, 샘플 표면에 생기는 미세한 흠집이나 스크래치에 기인하는 것임이 분명하고, 용이하게 비결정 기인의 COP라고 판정할 수 있다. 따라서, 이와 같은 COP는 판정의 대상 외로서 제외한다.

이하에, 본 발명의 판정 방법에 따라 COP 발생 요인의 판정을 행해, 적용의 가부를 검토한 결과에 대해 기술한다.

판정에 이용한 방법은, 다음의 (a) ~ (e)의 방법이다. 또한, (a) ~ (c)는 웨이퍼의 r 방향에 있어서의 COP의 밀도 분포에 주목한 방법(상기 (1)의 판정 방법)이고, (d)는 r 방향에 있어서의 COP의 발생 위치에 주목한 방법(상기 (2)의 판정 방법), (e)는 웨이퍼의 θ 방향에 있어서의 COP의 분포 거동에 주목한 방법(상기 (3)의 판정 방법)이다.

(a) φ50 ~ φ250에 있어서의 COP의 밀도 분포가 균일하면, 비결정 기인의 COP로 판정하는 방법.

φ50 ~ φ250의 링 형상의 영역을 r 방향으로 복수의 영역으로 분할하고, 각각의 판정 영역에서 평가 함수 「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX} 」의 값을 구해 이 값이 미리 정한 설정치(역치) 이하일 때, 비결정 기인의 COP로 판정한다. 또한, 상기의 「φ50 ~ φ250」은 직경 50mm ~ 직경 250mm 사이의 링 형상의 영역을 나타낸다.

(b) φ100 ~ φ250에 있어서의 COP의 밀도 분포가 균일하면, 비결정 기인의 COP로 판정하는 방법.

상기 (a)에 있어서, COP의 관찰 위치를 바꾼 방법으로, 그 이외에 대해서는 (a)와 동일하다.

(c) COP 평가 방법에 의해 불합격이 된 웨이퍼에 대해서, 그 불합격 영역의 COP가 비결정 기인의 COP인지 아닌지 여부를, COP의 밀도 분포에 의해 판정하는 방법. 또한, 상기의 COP 평가 방법이란, COP의 개수나 전술한 패턴의 유무에 의해 결정성(무결함성)을 보증할 수 있는지 아닌지의 합격 여부 판정에 이용하는 방법으로, 여기에서는, 본 발명자가 제안하는, 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 분할한 판정 영역마다 COP 개수의 상한치를 설정하고, 이 상한치를 기준으로 하여 합격 여부의 판정을 행하는 COP 평가 방법을 이용하고 있다. 이 방법을, 여기에서는 「신(新)평가법」이라고 기재한다.

상기 「신평가법」에 의해 불합격이 된 웨이퍼마다, 불합격 판정(이하, 「NG」라고 한다)을 받은 판정 영역, 즉, COP의 개수가 기준치를 초과한 판정 영역을 추출해, COP의 밀도를 계산한다. 그러한 판정 영역에 대해서만 평가 함수 「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX}」의 값을 구하고, 이 값이 미리 정한 설정치(역치) 이하일 때, 비결정 기인의 COP로 판정한다. 단, COP의 개수가 기준치를 초과한 영역이 1개뿐일 때에는 COP 밀도_{반경 MIN} = 0으로 하여 평가 함수의 값은 1로 한다.

(d) COP가 비결정 기인의 COP인지 아닌지 여부를, COP의 발생 위치에 의해 판정하는 방법.

φ50 ~ φ200에서 발생한 COP는 비결정 기인의 COP로 판정한다.

(e) 신평가법에 의해 불합격이 된 웨이퍼에 대해, 웨이퍼의 θ 방향에 있어서의 COP의 밀도 분포가 균일하지 않으면, 비결정 기인의 COP로 판정하는 방법.

웨이퍼를 제1 ~ 제4의 4개의 사분면으로 분할하고, 사분면마다 계수한 COP 개수로부터 COP의 밀도를 구하고, 동일 반경의 판정 영역 내에 있어서의 평가 함수 「(COP 밀도_{원주 MAX} － COP 밀도_{원주 MIN})／COP 밀도_{원주 MAX}」에 의해 계산한 값이 미리 정한 설정치(역치) 이상인 경우, 비결정 기인의 COP로 판정한다.

표 1에, (a) 및 (b)의 방법에 의한 판정 결과를 나타낸다. 판정의 대상으로서 이용한 웨이퍼(샘플)는, 시각적 판정으로 비결정 기인의 반점형상의 COP라고 판정된 9 샘플(같은 표에, 기준으로서 아울러 표시)이다. (a), (b) 양 방법 모두 역치를 2 수준으로 바꾸어, 합계 4조건으로 판정을 행했다.

［표 1］

표 1에 나타낸 바와 같이, 시각적 판정으로 비결정 기인의 COP라고 판정된 9 샘플에 대해서, (a)의 판정 방법에서는 7 샘플, (b)의 판정 방법에서는 7 또는 8 샘플이 비결정 기인의 COP라고 판정할 수 있었다.

도 2는, (a) 또는 (b)의 판정 방법으로 비결정 기인의 COP라고 판정할 수 없 었던 샘플에 있어서의 COP를 나타내는 도면이고, 도 2(a)는 상기 (a), (b)의 판정 방법에 있어서의 4조건 모두로 비결정 기인의 COP라고 판정할 수 없었던 샘플, 도 2(b)는 상기 (b)의 판정 방법으로 역치를 0.7로 했을 경우에는 비결정 기인의 COP라고 판정할 수 있었지만, 나머지 3조건으로는 판정할 수 없었던 샘플이다. 도 2(a)에서, 파선의 타원으로 둘러싼 부분은 선형상으로 발생한 비결정 기인의 COP이다.

표 2에, (c) 및 (d)의 방법에 의한 판정 결과를 나타낸다. 이용한 샘플은, 상기 (a) 또는 (b)의 판정 방법에서 이용한 것과 동일한 9 샘플이다.

［표 2］

(c)의 판정 방법에서는, 상기와 같이, 신평가법에 의해 불합격이 된 샘플에 대해서, COP 개수가 기준치를 초과하여 NG가 된 영역에 대해서만 평가 함수 「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})/COP 밀도_{반경 MAX}」의 값을 구하고, 이 값이 0.8 이하인 것을 비결정 기인으로 판정했다. 이 경우, 비결정 기인의 샘플 9개 중 8개를 비결정 기인으로 판정할 수 있었다.

(d)의 판정 방법은, φ50 ~ 200에서 발생한 COP는 비결정 기인의 COP로 판정하는 방법이지만, 이 방법으로는, 비결정 기인의 COP가 발생하고 있는 샘플 9개 중 3개를 비결정 기인으로 판정할 수 있었다.

상기 (e)의 θ 방향에 있어서의 분포 거동에 의해 비결정 기인의 COP로 판정하는 방법으로 대해서, 상기 (a) 또는 (b)의 판정 방법에서 이용한 것과 동일한 9 샘플을 대상으로 하여, 적용을 시도하였다. 즉, 링 형상으로 분할한 각 판정 영역을 제1 ~ 제4의 사분면으로 분할하고, 동일 링 영역의 각 사분면의 사이에서 평가 함수 「(COP 밀도_{원주 MAX} － COP 밀도_{원주 MIN})／COP 밀도_{원주 MAX}」의 계산을 행하고, 역치를 0.8로 하여, 모든 링 영역에서 「(COP 밀도_{원주 MAX} － COP 밀도_{원주 MIN})／COP 밀도_{원주 MAX}」＞ 0.8이 성립했을 경우, 그 웨이퍼에 발생하고 있는 COP는 비결정 기인에 의한 것이라고 판정했다.

그 결과, 비결정 기인의 COP라고 판정할 수 있었던 것은 1예뿐이었다.

따라서, 이 방법은, 상기의 비결정 기인의 COP가 발생하고 있는 샘플에 대한 비결정 요인을 판정하는 방법으로서는 적절하지 않다고 판단할 수 있다.

이상, 본 발명의 COP 발생 요인의 판정 방법의 적용예에 대해 기술하였다.

상기 (e), 즉 상기 (3)에 기재된 θ 방향에 있어서의 분포 거동에 의해 비결정 기인의 COP로 판정하는 방법은, 여기에서 이용한 샘플에 대한 판정 방법으로서는 적절하지 않다고 판단되었지만, 이하에 기술한 바와 같이, 본 발명의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서의 의의를 잃는 것은 아니다.

즉, 상기 (1) ~ (3)에 기재된 판정 방법은, 모두, 실제로 적용할 때, 제조되는 웨이퍼에 있어서의 COP의 발생(존재) 상태, 웨이퍼에 요구되는 품질 레벨 등을 감안하고, 과거의 COP 발생 요인의 판정 실적을 활용하는 반경험적 수법을 도입하며, 웨이퍼 판정 영역의 분할폭이나 설정치(역치) 등에 대한 구체적인 기준을 정하는 것이 매우 중요하다.

따라서, 상기 (3)에 기재된 판정 방법에 있어서도, 상기 구체적인 기준에 대해서, 보다 적절한 조건을 찾아냄으로써, 충분히 적용 가능한 판정 방법으로서 확립시킬 수 있기 때문이다.

본 발명의 COP 발생 요인의 판정 방법을 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가에 적용할 때에는, 물론 이 방법 단독으로도 적용 가능하고, 명확한 기준 하에서 COP 발생 요인의 판정을 행하여, 비결정 기인의 COP를 결정 기인의 COP로부터 나눌(COP의 평가로부터 제외할) 수 있다. 그러나, 종래 이용되고 있는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법, 바람직하게는, 더 개선된 COP 평가 방법과 조합함으로써, 본 발명의 판정 방법을 한층 유효하게 활용해, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가의 정밀도 및 신뢰성을 높이는 것이 가능하게 된다.

이하에, 본 발명의 COP 발생 요인의 판정 방법을 상기 「신평가법」과 조합하여 행하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방식(프로세스)에 대해 설명한다. 이 COP 평가 프로세스는, 전술한 본 발명의 판정 방법의 적용 가부 검토 결과에 의거하는 것이고, 예를 들면, 제조 조건의 변경 등에 의해 평가 대상의 웨이퍼가 바뀌면, 웨이퍼에 있어서의 COP의 발생(존재) 상태 등에 변화가 생기므로, 웨이퍼 판정 영역의 분할폭이나 역치 등에 대해서는 보다 적정한 설정이 필요하게 되는 경우가 있다.

본 발명의 COP 발생 요인의 판정 방법을 포함시킨 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 프로세스에 있어서의 순서(공정)는 다음과 같다.

순서 1. 웨이퍼 전면에서의 COP 개수에 의한 판정을 행한다. 합격인 것은 순서 2의 「신평가법」으로 판정한다. 불합격인 것은 순서 3으로 이동한다.

순서 2. 「신평가법」을 이용해 실리콘 웨이퍼의 합격 여부의 판정을 행한다. 이 합격 여부의 판정에서는, 패턴 판정을 행한다.

순서 3. 상기의 순서 1 및 2에서 불합격인 것(상세하게는, COP의 개수가 기준치를 초과하여, 그 결과, COP 총 수가 기준치를 초과하게 된 것)에 대해서, COP의 밀도 분포에 의해 비결정 기인의 COP인지 아닌지 여부의 판정을 행한다. 예를 들면, 전술의 (a)의 COP 발생 요인의 판정 방법을, 설정치(역치) 0.7로 하여 실시한다. 이 판단으로 합격이 된 것에 대해서는, 시각에 의한 최종 판정을 실시한다.

순서 4. 상기의 순서 3에서 불합격이 된 것에 대해서, COP의 발생 위치에 의해 비결정 기인의 COP인지 아닌지 여부의 판정을 행한다. 예를 들면, 전술의 (d)의 COP 발생 요인의 판정 방법을, 설정치(역치) 0.8로 하여 실시한다. 이 판단으로 합격이 된 것에 대해서는, 시각에 의한 최종 판정을 실시한다.

이 COP 평가 프로세스의 적용의 최초는 테스트 운용이 되므로, 순서 3 및 4에서 시각적 판정을 행하여 웨이퍼 분할 판정 영역의 폭이나 설정치(역치) 등의 타당성을 확인한다.

도 3은, 이 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 프로세스의 개략 공정예를 나타내는 도면이다. 동 도면 내에 나타낸 「순서 1」~ 「순서 4」, 및 순서 3, 4 중 의 (a) ~ (d)는, 상기의 「순서 1」~ 「순서 4」, 및 전술의 (a) ~ (d)의 방법에 대응한다. 또, 실선의 테두리로 둘러싼 「합격」, 「불합격」은 COP 평가의 도중 단계에 있어서의 합격 또는 불합격을 나타내고, 이중 실선의 테두리로 둘러싼 「합격」, 「불합격」은 COP 평가의 최종 결과를 나타낸다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 COP 발생 요인의 판정 방법을 「신평가법」과 조합함으로써, COP 총수 판정(순서 1)에서 불합격이 된 웨이퍼, 또는 패턴 판정(순서 2)에서 불합격이 된 웨이퍼를, 비결정 기인의 COP에 의한 것이라고 판정하여 구제하고(화살표를 붙인 굵은 실선 참조), 웨이퍼의 제조 수율을 높일 수 있다.

도 4는, 상기 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 프로세스에 의한 COP의 평가 결과를 예시하는 도면이다. 무결함 결정의 실리콘 웨이퍼(n = 173)에 적용했을 경우이다.

도 4에 있어서, 가로축의 「＜φ50」은 직경 50mm 미만의 디스크 형상의 영역을, 또, 예를 들면 「φ50 ~ 100」은 직경 50㎜ ~ 직경 100㎜ 사이의 링 형상의 영역을 의미한다. 「＜φ50」~ 「φ250 ~ φ280」까지의 각 판정 영역에 있어서의 불합격률은, 동 도면의 하방에 나타낸 판정 기준에 의해 불합격이 된 웨이퍼의 모든 웨이퍼수에 대한 비율로, 판정 영역마다의 불합격률은 중복하는 것을 포함하고 있다.

가로축의 「신평가법」에서의 불합격률이 이러한 판정 기준으로 불합격이 된 것의 총계(상기의 중복을 제외함)이며, 「결정 기인」에서의 불합격률이, COP 평가 프로세스에 포함된 본 발명의 판정 방법을 적용해 비결정 기인의 COP와 결정 기인의 COP를 나누고, 비결정 기인의 COP로 판정된 것을 가로축의 「신평가법」에서 불합격이 된 것으로부터 제외한 불합격률이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 판정 방법을 적용함으로써, 불합격률이 0.139에서 0.087로 저하하고 있고, 그 만큼 웨이퍼의 제조 수율이 향상하고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법에 의하면, 명확한 기준 하에서 비결정 기인의 COP와 결정 기인의 COP를 나누어 COP 발생 요인의 판정을 행할 수 있다. 이 방법에 의하면, 비결정 기인의 COP임에도 불구하고 결정 기인의 COP라고 판정되어 불합격이 되는 웨이퍼를 구제할 수 있고, 웨이퍼의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 COP 발생 요인의 판정 방법은, 단결정 실리콘 웨이퍼의 제조, 반도체 디바이스 제조에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서, 상기 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 분할한 판정 영역마다 COP의 밀도를 구해 그 중의 최대치를 COP 밀도_{반경 MAX}로 하고, 최소치를 COP 밀도_{반경 MIN}로 하며,「(COP 밀도_{반경 MAX} － COP 밀도_{반경 MIN})／COP 밀도_{반경 MAX}」에 의해 계산한 값이 미리 정한 설정치 이하인 경우는, COP의 발생 요인이 상기 단결정 실리콘 웨이퍼의 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법.
단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서, 상기 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 분할한 판정 영역 중 중심부와 외주부를 제외한 영역에서 발생한 COP는 상기 단결정 실리콘 웨이퍼의 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 동심원 형상으로 분할하는 각 판정 영역의 폭을 15mm부터 30mm의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방 법.
단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서, 상기 웨이퍼의 판정 영역을 반경 방향으로 동심원 형상으로 분할하고, 또한 원주 방향으로 분할하며, 동일 반경의 판정 영역마다 원주 방향의 각 판정 영역의 COP의 밀도를 구해 동일 반경의 판정 영역 내에 있어서의 최대치를 COP 밀도_{원주 MAX}로 하고, 최소치를 COP 밀도_{원주 MIN}로 하며,「(COP 밀도_{원주 MAX}－ COP 밀도_{원주 MIN})／COP 밀도_{원주 MAX}」에 의해 계산한 값이 미리 정한 설정치 이상인 경우는, COP의 발생 요인이 상기 단결정 실리콘 웨이퍼의 결정 육성시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 동심원 형상으로 분할할 때의 각 판정 영역의 폭을 15mm부터 30㎜의 범위 내로 하고, 또한 상기 원주 방향의 분할을 3분할부터 8분할로 하는 것을 특징으로 하는, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법.
단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법으로서, COP가 선형상, 점선형상 또는 국부적으로 반점형상으로 발생하고 있는 경우는, COP의 발생 요인이 상기 단결정 실리콘 웨이퍼의 결정 육성시에 있어서의 도입 이외의 요인에 의한 것이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생 요인의 판정 방법.