KR20240095229A - Oxide film thickness evaluation method and oxide film-attached silicon substrate manufacturing method - Google Patents

Oxide film thickness evaluation method and oxide film-attached silicon substrate manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
KR20240095229A
KR20240095229A KR1020247014988A KR20247014988A KR20240095229A KR 20240095229 A KR20240095229 A KR 20240095229A KR 1020247014988 A KR1020247014988 A KR 1020247014988A KR 20247014988 A KR20247014988 A KR 20247014988A KR 20240095229 A KR20240095229 A KR 20240095229A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film thickness
oxide film
silicon substrate
film
evaluated
Prior art date
Application number
KR1020247014988A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
코타 후지이
타츠오 아베
츠요시 오츠키
켄사쿠 이가라시
마사아키 오세키
Original Assignee
신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 filed Critical 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Publication of KR20240095229A publication Critical patent/KR20240095229A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0641Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
    • H01L21/02236Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor
    • H01L21/02238Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor silicon in uncombined form, i.e. pure silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105After-treatment
    • H01L21/311Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105Etching inorganic layers
    • H01L21/31111Etching inorganic layers by chemical means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/56Measuring geometric parameters of semiconductor structures, e.g. profile, critical dimensions or trench depth

Abstract

본 발명은, AFM으로 측정한 표면거칠기 Sa값이 0.5nm 이하인 실리콘 기판 상의 산화막의 평가방법으로서, 산화막이 형성된 피평가 기판과, 기판 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.1nm3 이하인 기준 기판을 준비하는 공정과, 피평가 기판 상의 산화막의 막두께를 측정하는 제1 막두께 측정공정과, 피평가 기판 및 기준 기판 상의 산화막을 제거하는 공정과, 산화막을 제거한 피평가 기판 및 기준 기판 상에, 동일 조건으로 산화막을 형성하는 공정과, 피평가 기판 및 기준 기판 상의 산화막의 막두께를 측정하는 제2 막두께 측정공정과, 제2 막두께 측정공정에서 취득한 피평가 기판 및 기준 기판 상의 산화막의 막두께로부터, 제1 막두께 측정공정에서 취득한 피평가 기판 상의 산화막에 있어서의 막두께 영향인자 기인의 막두께의 평가를 행하는 공정을 구비하는 산화막의 평가방법이다. 이에 따라, 막두께 영향인자 기인의 산화막의 막두께를 정밀도 높게 평가하는 산화막의 막두께 평가방법이 제공된다.The present invention is a method for evaluating an oxide film on a silicon substrate whose surface roughness Sa value measured by AFM is 0.5 nm or less, comprising a substrate to be evaluated on which an oxide film is formed, and a power spectral density at a spatial frequency of 60 to 90/μm on the surface of the substrate. A process of preparing a reference substrate with an average value of 0.1 nm 3 or less, a first film thickness measurement process of measuring the film thickness of the oxide film on the substrate to be evaluated, a process of removing the oxide film on the substrate to be evaluated and the reference substrate, and an oxide film A process of forming an oxide film under the same conditions on the removed substrate to be evaluated and the reference substrate, a second film thickness measurement process of measuring the film thickness of the oxide film on the substrate to be evaluated and the reference substrate, and the film thickness obtained in the second film thickness measurement process. This is an evaluation method for an oxide film comprising a step of evaluating the film thickness due to a film thickness influencing factor in the oxide film on the substrate to be evaluated obtained in the first film thickness measurement process from the film thickness of the oxide film on the substrate to be evaluated and the reference substrate. . Accordingly, an oxide film thickness evaluation method is provided that evaluates the film thickness of the oxide film due to film thickness influencing factors with high precision.

Description

산화막의 막두께 평가방법 및 산화막부착 실리콘 기판의 제조방법Oxide film thickness evaluation method and oxide film-attached silicon substrate manufacturing method

본 발명은, 산화막의 막두께 평가방법 및 산화막부착 실리콘 기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for evaluating the film thickness of an oxide film and a method for manufacturing a silicon substrate with an oxide film.

반도체 디바이스용 단결정 실리콘 웨이퍼의 제조공정에 있어서, 그 주표면은 연마공정에 의해 마무리된다. 나아가, 실리콘 웨이퍼 표면에 연마공정에서 부착된 연마제와 금속불순물을 제거하기 위해 세정공정이 있다. 이 세정공정에서는 RCA세정이라고 불리는 세정방법이 이용되고 있다.In the manufacturing process of a single crystal silicon wafer for semiconductor devices, its main surface is finished by a polishing process. Furthermore, there is a cleaning process to remove abrasives and metal impurities attached to the surface of the silicon wafer during the polishing process. In this cleaning process, a cleaning method called RCA cleaning is used.

이 RCA세정이란, SC1(Standard Cleaning 1)세정, SC2(Standard Cleaning 2)세정, DHF(Diluted Hydrofluoric Acid)세정을, 목적에 따라 조합하여 행하는 세정방법이다. SC1세정이란, 암모니아수와 과산화수소수를 임의의 비율로 혼합한 알칼리성의 세정액을 이용한 세정방법으로, 실리콘 웨이퍼 표면의 에칭에 의해 부착 파티클을 리프트오프시키고, 나아가 실리콘 웨이퍼와 파티클의 정전기적인 반발을 이용하여, 실리콘 웨이퍼에 대한 재부착을 억제하면서 파티클을 제거하는 세정방법이다. 또한, SC2세정이란, 염산과 과산화수소수를 임의의 비율로 혼합한 세정액으로, 실리콘 웨이퍼 표면의 금속불순물을 용해제거하는 세정방법이다. 또한, DHF세정이란, 희불산에 의해 실리콘 웨이퍼 표면의 자연산화막을 제거하는 세정방법이다. 나아가, 강한 산화력을 갖는 오존수세정도 사용되는 경우가 있으며, 실리콘 웨이퍼 표면에 부착되어 있는 유기물의 제거나, DHF세정 후의 실리콘 웨이퍼 표면의 자연산화막 형성을 행하고 있다. 세정 후의 실리콘 웨이퍼의 파티클이나 표면거칠기 등의 표면품질은 중요하며, 목적에 따라 이들 세정을 조합하여 행해지고 있다.This RCA cleaning is a cleaning method that combines SC1 (Standard Cleaning 1) cleaning, SC2 (Standard Cleaning 2) cleaning, and DHF (Diluted Hydrofluoric Acid) cleaning according to the purpose. SC1 cleaning is a cleaning method using an alkaline cleaning solution mixed with ammonia water and hydrogen peroxide in a random ratio. It lifts off attached particles by etching the surface of the silicon wafer, and further uses the electrostatic repulsion between the silicon wafer and particles. , It is a cleaning method that removes particles while suppressing re-adhesion to the silicon wafer. Additionally, SC2 cleaning is a cleaning method that dissolves and removes metal impurities on the surface of a silicon wafer using a cleaning solution that mixes hydrochloric acid and hydrogen peroxide in an arbitrary ratio. Additionally, DHF cleaning is a cleaning method that removes the natural oxide film on the surface of a silicon wafer using dilute hydrofluoric acid. Furthermore, ozone water cleaning, which has strong oxidizing power, is also sometimes used to remove organic matter adhering to the surface of a silicon wafer or to form a natural oxide film on the surface of the silicon wafer after DHF cleaning. The surface quality of the silicon wafer after cleaning, such as particles and surface roughness, is important, and these cleaning methods are combined depending on the purpose.

반도체 실리콘 웨이퍼의 표면에는, MOS(Metal Oxide Semiconductor) 커패시터나 트랜지스터 등의 반도체 소자가 형성된다. 이들 반도체 소자에 형성되는 게이트산화막 등의 절연막은 높은 전계강도하에서 사용되며, 이 절연막으로는 형성이 간편한 실리콘 산화막이 자주 이용된다.Semiconductor elements such as MOS (Metal Oxide Semiconductor) capacitors and transistors are formed on the surface of a semiconductor silicon wafer. Insulating films such as gate oxide films formed in these semiconductor devices are used under high electric field strengths, and silicon oxide films, which are easy to form, are often used as these insulating films.

실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 평가하는 수법으로서, 엘립소미터를 이용한 측정을 들 수 있다. 엘립소미터란, 기판 시료에 편광상태의 광을 입사시켜 입사광과 반사광의 편광상태의 변화를 측정함으로써, 위상차(Δ델타) 및 진폭비(Ψ프시)를 구하는 것이다. 실리콘 기판 상의 실리콘 산화막을 예로 하면, 입사광은 최표면의 실리콘 산화막, 및, 실리콘 산화막과 실리콘 기판의 계면에서 반사됨으로써 편광상태가 변화한다. 한편, 엘립소미터에는, 광원으로서 레이저를 이용하는 단파장 타입과, 다수의 파장성분을 포함하고 백색광원을 이용하는 분광 타입이 존재하고, 단파장 타입은 어느 특정한 파장(예를 들어 633nm)에 대한 델타와 프시를 측정하는 것에 반해, 분광 타입은 각 파장에 대한 델타와 프시를 측정할 수 있어, 정보량이 많은 분광 타입을 이용하는 편이 정밀도 좋게 막두께를 평가할 수 있는 것이 알려져 있다.A method for evaluating the film thickness of the oxide film on a silicon substrate includes measurement using an ellipsometer. An ellipsometer is a device that determines the phase difference (Δdelta) and amplitude ratio (Ψpsi) by injecting polarized light into a substrate sample and measuring changes in the polarization state of the incident light and reflected light. Taking a silicon oxide film on a silicon substrate as an example, the polarization state changes as incident light is reflected by the silicon oxide film on the outermost surface and the interface between the silicon oxide film and the silicon substrate. On the other hand, in ellipsometers, there are a short-wavelength type that uses a laser as a light source and a spectral type that contains a large number of wavelength components and uses a white light source, and the short-wavelength type has delta and psi for a specific wavelength (for example, 633 nm). In contrast to measuring , the spectral type can measure delta and psi for each wavelength, and it is known that using the spectral type with a large amount of information can evaluate film thickness with greater accuracy.

상기 서술한 바와 같이 엘립소미터의 측정에 의해 얻어지는 정보는 위상차 및 진폭비이며, 직접 막두께를 구할 수는 없다. 막두께를 구하려면 기판 시료에 따른 모델을 작성하고, 이 모델로부터 이론적으로 구해지는 델타 및 프시와, 엘립소미터의 측정으로 얻어진 델타와 프시의 비교를 행한다. 한편, 모델의 작성에는 시료의 물성에 따른 조건을 설정함으로써 행해지고, 설정되는 조건의 항목에는, 기판 및 막의 재질, 각 막층의 막두께, 기판 및 막의 광학상수 등이 있다. 또한, 각 항목의 설정에는, 시료에 따른 기지의 레퍼런스, 유전율의 파장의존성을 나타내고 또한 복수의 파라미터를 갖는 소요의 분산식 등이 통상 이용된다.As described above, the information obtained by measurement with an ellipsometer is the phase difference and amplitude ratio, and the film thickness cannot be directly obtained. To determine the film thickness, a model based on the substrate sample is created, and the delta and psi theoretically obtained from this model are compared with the delta and psi obtained by measurement with an ellipsometer. On the other hand, creation of the model is done by setting conditions according to the physical properties of the sample, and the items of the conditions to be set include the materials of the substrate and film, the film thickness of each film layer, and the optical constants of the substrate and film. In addition, for setting each item, a known reference according to the sample, a required dispersion equation that shows the wavelength dependence of the dielectric constant and has a plurality of parameters, etc. are usually used.

나아가, 상기 비교에 대하여 양자의 상위(相違)한 정도가 최소가 되도록, 분산식의 파라미터 및 모델의 각 막층의 막두께 등을 변경하는 프로세스를 행한다(피팅이라고도 한다). 양자의 상위는, 통상, 최소제곱법을 이용한 연산으로 구하고 있으며, 피팅에 의해 최소제곱법으로 얻어진 결과가 어느 정도 작아졌다고 판단된 경우, 그때의 분산식의 파라미터의 값으로부터 막의 굴절률 및 소쇠계수를 구함과 함께, 그때의 막두께를 시료가 갖는 막의 막두께로서 특정함으로써, 막두께를 구할 수 있다. 한편, 모델 작성이나 피팅 등은, 컴퓨터를 이용하여 소요의 프로그램에 기초하여, 수동 또는 자동으로 행하는 것이 일반적이다.Furthermore, a process of changing the parameters of the dispersion equation and the film thickness of each film layer of the model is performed so that the degree of difference between the two is minimized for the above comparison (also called fitting). The difference between the two is usually obtained by calculation using the least squares method. When the result obtained by the least squares method is judged to be somewhat small through fitting, the refractive index and extinction coefficient of the film are calculated from the values of the parameters of the dispersion equation at that time. The film thickness can be obtained by specifying the film thickness at that time as the film thickness of the film of the sample. On the other hand, model creation, fitting, etc. are generally performed manually or automatically using a computer based on the required program.

시료 표면에 요철(거칠기 혹은 러프니스라고도 한다)이 존재하는 경우는, 유효매질근사라는 사고방식을 이용하는 경우도 있다(예를 들어, 특허문헌 1 등). 이 수법은, 거칠기와 공극을 하나의 평면층으로 정의함으로써, 최소제곱법의 연산결과를 양호하게 하는 수법이다. 또한, 유효매질근사는, 시료의 막 표면에 러프니스가 존재하는 경우뿐만 아니라, 기판과 막의 계면 또는 막층 간의 계면에 러프니스가 존재하는 경우에 있어서의 계면층에 대하여 적용되는 경우도 있다. 나아가, 유효매질근사는, 러프니스의 존재에는 관계없이, 해석(解析)을 행함에 있어서의 테크닉으로서, 굴절률의 값을 낮추기 위해 이용되는 경우도 있다. 당연히, 유효매질근사를 이용함으로써 최소제곱법의 연산결과도 변화하고, 그 결과 막두께의 값도 변화하기 때문에, 작업자는 유효매질근사를 이용할지 여부를, 예를 들어 최소제곱법의 연산결과로부터 판단할 필요가 있다.When irregularities (also referred to as roughness or roughness) exist on the surface of a sample, a method called effective medium approximation may be used (for example, Patent Document 1, etc.). This method improves the calculation results of the least squares method by defining the roughness and voids as one plane layer. In addition, the effective medium approximation may be applied not only to the case where roughness exists on the film surface of the sample, but also to the interface layer when roughness exists at the interface between the substrate and the film or the interface between film layers. Furthermore, the effective medium approximation is sometimes used to lower the value of the refractive index as a technique in performing analysis, regardless of the presence of roughness. Naturally, by using the effective medium approximation, the calculation results of the least squares method also change, and as a result, the value of the film thickness also changes, so the operator can determine whether to use the effective medium approximation, for example, from the calculation results of the least squares method. There is a need to judge.

특허문헌 2에는, 엘립소미터로 얻어진 실리콘 웨이퍼 상의 자연산화막의 막두께가, 표면거칠기에 따라 변화하는 것이 기재되어 있다. 구체적으로는, 표면이 거칠수록 막두께값도 두꺼워지고, 거칠기와 자연산화막의 막두께의 상관관계로부터 표면거칠기를 정량적으로 평가하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 실리콘 기판 상의 표면거칠기를 평가하는 방법으로서, 원자간력현미경(Atomic Force Microscope: AFM)이 알려져 있다. 거칠기의 지표로는, Ra값이나 Sa값 등의 산술평균높이가 자주 이용된다. Ra는 기준길이에 있어서의 산술평균높이로 2차원의 거칠기 지표, Sa는 Ra를 면으로 확장한 파라미터로 3차원의 거칠기 지표이다.Patent Document 2 describes that the film thickness of a native oxide film on a silicon wafer obtained with an ellipsometer changes depending on the surface roughness. Specifically, the rougher the surface, the thicker the film thickness, and a method for quantitatively evaluating surface roughness based on the correlation between roughness and the film thickness of the natural oxide film has been disclosed. Additionally, atomic force microscopy (AFM) is known as a method for evaluating surface roughness on a silicon substrate. As an indicator of roughness, arithmetic mean height such as Ra value or Sa value is often used. Ra is the arithmetic mean height at the standard length and is a two-dimensional roughness index, and Sa is a parameter that extends Ra to a surface and is a three-dimensional roughness index.

보다 상세하게 러프니스를 평가하는 방법으로서, 스펙트럼 해석에 의한 공간주파수 영역으로의 변환을 행할 수도 있다. 이 수법은, 측정된 표면 프로파일로부터 특정 파장의 성분을 추출할 수 있고, 예를 들어, 특정한 공간파장과 그 파장에서의 진폭강도에 관한 파라미터, 예를 들어 PSD(Power Spectrum Density: 파워 스펙트럼 밀도)로 표현된다. 이와 같이 PSD 해석을 행함으로써, 지배적으로 형성되어 있는 거칠기의 공간주파수를 특정할 수 있다. 또한, 파티클카운터에 의해 얻어지는 Haze값을, 거칠기의 지표로 할 수 있다. Haze란, 이른바 흐림으로서 표현되는 것으로, 실리콘 표면의 거칠기의 지표로서 널리 이용되고 있다. 이 Haze레벨이 높다란, 웨이퍼의 면이 거친 것을 나타낸다.As a method of evaluating roughness in more detail, conversion to the spatial frequency domain by spectral analysis can also be performed. This method can extract components at specific wavelengths from the measured surface profile, for example parameters relating to specific spatial wavelengths and amplitude intensity at those wavelengths, such as PSD (Power Spectrum Density). It is expressed as By performing PSD analysis in this way, it is possible to specify the spatial frequency of the dominantly formed roughness. Additionally, the Haze value obtained by the particle counter can be used as an index of roughness. Haze is expressed as so-called cloudiness and is widely used as an indicator of the roughness of the silicon surface. A high Haze level indicates that the surface of the wafer is rough.

절연성이 높은 치밀한 실리콘 산화막은 실리콘 웨이퍼를 열산화함으로써 제작되는데, 파티클부착 등의 관점에서 출하시의 실리콘 웨이퍼에는 세정으로 형성한 자연산화막이 존재하기 때문에, 열산화는 자연산화막이 형성된 실리콘 웨이퍼에 대하여 처리되는 경우가 많다. 이때, 열산화막두께는 열산화 전의 자연산화막의 막질(막두께나 구조)에 영향을 받는 것이 알려져 있다(특허문헌 3).A dense silicon oxide film with high insulating properties is produced by thermal oxidation of a silicon wafer. Since a natural oxide film formed by cleaning exists on a silicon wafer upon shipment from the viewpoint of particle adhesion, etc., thermal oxidation is performed on a silicon wafer with a natural oxide film formed on it. In many cases, it is processed. At this time, it is known that the thermal oxidation film thickness is influenced by the film quality (film thickness or structure) of the natural oxide film before thermal oxidation (Patent Document 3).

최근, 반도체 집적회로의 미세화, 다층화에 수반하여, 소자를 구성하는 절연막을 포함한 각종 막에 대하여 보다 한층 박막화가 요구되고 있다. 이 박막화에 의해, 극박의 절연막 즉 실리콘 산화막을, 면 내 혹은 기판 사이에서 균일하게 또한 재현성 좋게 형성할 필요가 있다. 그를 위해서는, 실리콘 산화막의 품질에 영향을 주는 실리콘 웨이퍼 출하시의 자연산화막의 막질, 특히 막두께를 제어하는 것이 요구된다. 일반적으로는 자연산화막이 두꺼우면, 열산화막의 두께도 두꺼워진다. 열산화막을 얇게 하고자 하는 경우는 자연산화막도 얇은 편이 좋고, 열산화막을 두껍게 하고자 하는 경우는 자연산화막도 두꺼운 편이 좋다. 따라서, 어느 일정한 범위 내에서 자연산화막두께를 재현성 좋게 제어하는 것이 최근 특히 요구되고 있다.Recently, with the miniaturization and multilayering of semiconductor integrated circuits, further thinning of various films, including insulating films constituting devices, has been required. By this thinning, it is necessary to form an ultra-thin insulating film, that is, a silicon oxide film, uniformly and with good reproducibility within the plane or between substrates. For this purpose, it is required to control the film quality, especially the film thickness, of the natural oxide film at the time of shipment of the silicon wafer, which affects the quality of the silicon oxide film. In general, the thicker the natural oxidation film, the thicker the thermal oxidation film. If you want to make the thermal oxidation film thin, it is better for the natural oxide film to be thinner, and if you want to make the thermal oxidation film thick, it is better for the natural oxide film to be thicker. Therefore, controlling the natural oxide film thickness within a certain range with good reproducibility has recently been particularly demanded.

특허문헌 3에는, 다양한 조건으로 세정한 실리콘 웨이퍼와 열산화 후의 산화막두께의 관계에 대하여 기재되어 있다. 구체적으로는 SC1세정액의 NH4OH 농도를 고농도로 하면 자연산화막 중에 포함되는 OH기의 양이 많아져 열산화 후의 막두께가 두꺼워지는 것, 자연산화막의 구성(막질)과 열산화 후의 막두께의 상관관계를 이용함으로써 열산화 후의 막두께를 제어하는 방법이 개시되어 있다.Patent Document 3 describes the relationship between silicon wafers cleaned under various conditions and the oxide film thickness after thermal oxidation. Specifically, if the NH 4 OH concentration of the SC1 cleaning solution is made high, the amount of OH groups contained in the natural oxidation film increases, and the film thickness after thermal oxidation becomes thicker. The composition (film quality) of the natural oxide film and the film thickness after thermal oxidation increase. A method of controlling film thickness after thermal oxidation by using correlation is disclosed.

일본특허공개 2005-283502호 공보Japanese Patent Publication No. 2005-283502 일본특허공개 H6-163662호 공보Japanese Patent Publication No. H6-163662 일본특허 제6791453호 공보Japanese Patent No. 6791453 Publication

상기 서술한 바와 같이, 실리콘 기판 상의 자연산화막 및 열산화막의 막두께를 제어하는 것이 요구되고 있다. 일반적으로 실리콘 기판의 제조공정에 있어서, 기판의 표면거칠기는 연마와 그 후의 세정으로 형성된다. 연마 후의 기판의 세정에는 SC1세정이나 불산세정이나 오존수세정이 이용되고, 세정공정에서는 주로 에칭작용이 있는 SC1세정으로 면이 거칠어지는 것이 알려져 있다.As described above, it is required to control the film thickness of the natural oxide film and the thermal oxide film on the silicon substrate. Generally, in the manufacturing process of a silicon substrate, the surface roughness of the substrate is formed through polishing and subsequent cleaning. SC1 cleaning, hydrofluoric acid cleaning, or ozone water cleaning are used to clean the substrate after polishing, and it is known that the cleaning process mainly uses SC1 cleaning, which has an etching effect, to roughen the surface.

특허문헌 3에는, SC1세정이나 오존수세정 후의 표면거칠기Ra에 대하여 기재되어 있고, 그 값은 0.06~0.12 정도이다. 이러한 Ra값이 최근 사용되는 실리콘 기판의 러프니스값이다.Patent Document 3 describes the surface roughness Ra after SC1 cleaning or ozone water cleaning, and the value is about 0.06 to 0.12. This Ra value is the roughness value of recently used silicon substrates.

특허문헌 2에는, 기판의 표면거칠기가 엘립소미터로 측정되는 자연산화막두께에 영향을 주는 것이 개시되어 있는데, 이때의 표면 러프니스값은 AFM 측정의 Ra값으로 0.22~2.05nm이며, 상기 서술한 표면거칠기Ra값 0.06~0.12nm와 비교하면 매우 높다.Patent Document 2 discloses that the surface roughness of the substrate affects the natural oxide film thickness measured with an ellipsometer, and the surface roughness value at this time is 0.22 to 2.05 nm as the Ra value of AFM measurement, as described above. It is very high compared to the surface roughness Ra value of 0.06~0.12nm.

또한, 일반적으로 자연산화막의 막두께는 약 1nm 정도로 알려져 있는데, 특허문헌 2에서는 Ra값이 0.22nm에서는 자연산화막의 막두께는 0.097nm, Ra값이 1.23nm에서는 자연산화막의 막두께는 1.586nm, Ra값이 2.05nm에서는 자연산화막의 막두께는 3.313nm로, 모두 막두께가 약 1nm로부터 크게 동떨어져 있다. 이와 같이 특허문헌 2에 기재된 표면거칠기나 자연산화막의 막두께는, 최근 사용되는 실리콘 기판의 표면의 거칠기나 막두께와는 크게 상이하다. 이 이유로는, 특허문헌 2에 기재된 발명에서는, 통상의 실리콘 기판의 세정액에서는 사용되지 않는 불산과 질산의 혼합액을 이용하여 의도적으로 면을 거칠게 하는 처리를 하고 있기 때문으로 생각된다. 즉, 특허문헌 2에 개시되어 있는 상관관계를 이용하여, 예를 들어 Ra가 0.06~0.12nm의 범위인 거칠기와 자연산화막의 두께에 대하여 의논하는 것은 곤란하며, 예를 들어 Ra값으로 1nm를 초과하는 매우 거친 경우에 적용할 수 있다고 추정된다.In addition, it is generally known that the film thickness of the natural oxide film is about 1 nm. In Patent Document 2, when the Ra value is 0.22 nm, the film thickness of the natural oxide film is 0.097 nm, and when the Ra value is 1.23 nm, the film thickness of the natural oxide film is 1.586 nm. At an Ra value of 2.05 nm, the film thickness of the natural oxide film is 3.313 nm, which is far from approximately 1 nm in film thickness. In this way, the surface roughness and the film thickness of the natural oxide film described in Patent Document 2 are significantly different from the surface roughness and film thickness of recently used silicon substrates. The reason for this is thought to be that, in the invention described in Patent Document 2, treatment to intentionally roughen the surface is performed using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, which is not used in normal cleaning solutions for silicon substrates. In other words, using the correlation disclosed in Patent Document 2, it is difficult to discuss the thickness of the natural oxide film and the roughness where Ra is in the range of 0.06 to 0.12 nm, for example, and the Ra value exceeds 1 nm. It is assumed that it can be applied in very rough cases.

여기서, 특허문헌 3에 기재되어 있는, SC1세정의 NH4OH 농도를 할당한 경우의 AFM의 Ra값과 분광 엘립소법으로 얻어진 열산화막두께에 착안하면, NH4OH 농도가 높은 수준 쪽이 AFM의 Ra값이 높고, 열산화막두께도 두꺼워지고 있는 경향이 얻어지고 있다(특허문헌 3의 도 9). 특허문헌 3에서는 세정공정에서 형성되는 자연산화막(화학산화막)의 구성(막질), 예를 들어 ATR(Attenuated Total Reflectance)-FT(Fourier Transform)-IR(Infrared Spectoroscopy)법으로 측정되는 OH기의 양이 열산화막두께와 상관이 있는 것이 개시되어 있고, NH4OH 농도가 높은 편이 OH기의 양이 증가하기 때문에 열산화막이 두꺼워진다고 기재되어 있다.Here, focusing on the Ra value of AFM when assigning the NH 4 OH concentration of SC1 cleaning described in Patent Document 3 and the thermal oxide film thickness obtained by the spectroscopic ellipso method, the higher the NH 4 OH concentration, the higher the AFM. There is a tendency that the Ra value is high and the thermal oxidation film thickness is also becoming thicker (FIG. 9 of Patent Document 3). In Patent Document 3, the composition (film quality) of the natural oxide film (chemical oxide film) formed in the cleaning process, for example, the amount of OH groups measured by ATR (Attenuated Total Reflectance)-FT (Fourier Transform)-IR (Infrared Spectoroscopy) method. It is disclosed that this is related to the thermal oxidation film thickness, and that the higher the NH 4 OH concentration, the thicker the thermal oxidation film is because the amount of OH groups increases.

그러나, 상기 서술한 바와 같이 AFM 측정으로 얻어지는 Ra값과, 엘립소미터로 얻어지는 열산화 후의 막두께에는 상관이 있는 것처럼도 해석(解釋)할 수 있는 결과이기도 하다. 이와 같이, 최근 사용되는 실리콘 기판의 제조공정에서 형성되는 기판의 표면거칠기 등의, 산화막의 막두께에 영향을 주는 인자(이하, 간단히 「막두께 영향인자」라고 한다)가 존재하며, 엘립소미터로 얻어지는 자연산화막 및 열산화막의 두께에 영향을 줄 가능성이 있는 것을 본 발명자들은 발견했으나, 막두께 영향인자에 대하여 기재되어 있는 공지문헌은 없다. 가령, 예를 들어 Ra값 0.06~0.12nm와 같은 실리콘 기판의 제조공정에서 형성되는 기판의 표면거칠기가 산화막두께에 영향을 주는 인자의 하나이면, 자연산화막 및 열산화막의 막두께를 제어함에 있어서, 상기 서술한 자연산화막의 구성(막질)과 마찬가지로 중요한 품질로 생각할 수 있다.However, as described above, it is also a result that can be interpreted as if there is a correlation between the Ra value obtained by AFM measurement and the film thickness after thermal oxidation obtained by an ellipsometer. In this way, there are factors that affect the film thickness of the oxide film (hereinafter simply referred to as “film thickness influencing factors”), such as the surface roughness of the substrate formed in the manufacturing process of the recently used silicon substrate, and the ellipsometer The present inventors have discovered that there is a possibility of influencing the thickness of the natural oxide film and the thermal oxidation film obtained by , but there is no known literature that describes factors affecting the film thickness. For example, if the surface roughness of the substrate formed in the manufacturing process of a silicon substrate, such as an Ra value of 0.06 to 0.12 nm, is one of the factors affecting the oxide film thickness, in controlling the film thickness of the natural oxide film and the thermal oxidation film, It can be considered an important quality, similar to the composition (film quality) of the natural oxide film described above.

본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 엘립소미터로 측정된 피평가 실리콘 기판의 막두께값에 대하여, 실리콘 기판의 제조공정에서 형성되는 실리콘 기판의 표면거칠기 등의, 종래 알려지지 않았던 막두께 영향인자의 영향을 포함한 막두께값인지 여부를 판정하고, 막두께 영향인자 기인의 막두께를 정밀도 높게 평가하는 산화막의 막두께 평가방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problem, and the film thickness value of the silicon substrate to be evaluated measured with an ellipsometer is a previously unknown film such as the surface roughness of the silicon substrate formed in the manufacturing process of the silicon substrate. The purpose is to provide a film thickness evaluation method of an oxide film that determines whether the film thickness value includes the influence of the thickness influencing factor and evaluates the film thickness due to the film thickness influencing factor with high precision.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것으로, 원자간력현미경에 의해 측정한 표면거칠기의 Sa값이 0.5nm 이하인 실리콘 기판 상의 산화막의 평가방법으로서, 평가를 행하는 산화막이 형성된 피평가 실리콘 기판과, 기판 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.1nm3 이하인 기준 실리콘 기판을 준비하는 기판 준비공정과, 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 엘립소미터로 측정하는 제1 막두께 측정공정과, 상기 피평가 실리콘 기판 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막을 완전히 제거하는 산화막 제거공정과, 상기 산화막을 제거한 후의 상기 피평가 실리콘 기판 및 상기 기준 실리콘 기판 상에, 동일 조건으로 산화막을 형성하는 산화막 형성공정과, 상기 산화막 형성공정 후의 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를, 엘립소미터로 측정하는 제2 막두께 측정공정과, 상기 제2 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께에 기초하여, 상기 제1 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 상기 산화막의 막두께 전체에 있어서의 막두께 영향인자 기인의 막두께의 평가를 행하는 막두께 평가공정을 구비하는 산화막의 막두께 평가방법을 제공한다.The present invention has been made to achieve the above object, and is a method for evaluating an oxide film on a silicon substrate whose surface roughness Sa value measured by an atomic force microscope is 0.5 nm or less, comprising: a silicon substrate to be evaluated on which an oxide film is formed; , a substrate preparation process of preparing a reference silicon substrate with an average value of power spectral density of 0.1 nm 3 or less at a spatial frequency of 60 to 90/μm on the substrate surface, and measuring the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated using an ellipsometer. A first film thickness measurement process of measuring, an oxide film removal process of completely removing the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate, and on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate after removing the oxide film, An oxide film formation process of forming an oxide film under the same conditions, a second film thickness measurement process of measuring the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the oxide film on the reference silicon substrate after the oxide film formation process with an ellipsometer, Based on the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the film thickness of the oxide film on the reference silicon substrate obtained in the second film thickness measurement step, the oxide film on the silicon substrate to be evaluated acquired in the first film thickness measurement step. A method for evaluating the film thickness of an oxide film is provided, which includes a film thickness evaluation process for evaluating the film thickness due to the film thickness influencing factors in the entire film thickness.

이러한 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 평가방법이면, 엘립소미터로 측정된 피평가 실리콘 기판의 막두께값에 대하여, 실리콘 기판의 표면거칠기 등의 막두께 영향인자의 영향을 포함한 막두께값인지 여부를 판정하고, 막두께 영향인자 기인의 막두께를 정밀도 높게 평가할 수 있다.This method of evaluating the film thickness of the oxide film on a silicon substrate determines whether the film thickness value of the silicon substrate being evaluated measured with an ellipsometer is a film thickness value that includes the influence of film thickness influencing factors such as the surface roughness of the silicon substrate. It is possible to determine and evaluate the film thickness due to the film thickness influencing factors with high precision.

이때, 상기 산화막 제거공정에 있어서, 불산세정에 의해 산화막의 제거를 행하는 산화막의 평가방법으로 할 수 있다.At this time, in the oxide film removal process, an oxide film evaluation method may be used in which the oxide film is removed by hydrofluoric acid cleaning.

불산은 실리콘 기판 상의 자연산화막만을 에칭할 수 있기 때문에, 안정적으로 자연산화막만을 완전히 제거할 수 있고, 표면거칠기도 불산세정 전후에서 크게 변화하지 않으므로, 표면거칠기의 영향을 평가하기 위해 특히 유효하다.Since hydrofluoric acid can only etch the natural oxide film on a silicon substrate, it can stably and completely remove only the natural oxide film, and the surface roughness does not change significantly before and after hydrofluoric acid cleaning, so it is particularly effective for evaluating the effect of surface roughness.

이때, 상기 산화막 형성공정에 있어서, 오존수세정 또는 과산화수소수세정에 의해 산화막을 형성하는 산화막의 막두께 평가방법으로 할 수 있다.At this time, in the oxide film forming process, the oxide film thickness evaluation method may be used to form the oxide film by ozone water cleaning or hydrogen peroxide water cleaning.

오존수나 과산화수소수는 강한 산화작용이 있어, 약 1nm 정도의 자연산화막을 안정적으로 형성할 수 있기 때문에, 보다 안정적으로 막두께 영향인자 기인의 막두께의 평가를 행할 수 있다.Ozone water and hydrogen peroxide water have a strong oxidizing effect and can stably form a natural oxide film of about 1 nm, so the film thickness due to film thickness influencing factors can be evaluated more stably.

이때, 상기 피평가 실리콘 기판 상의 상기 평가를 행하는 산화막의 막두께를 25nm 이하로 하는 산화막의 막두께 평가방법으로 할 수 있다.At this time, an oxide film thickness evaluation method may be used in which the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated is 25 nm or less.

막두께가 25nm 이하인 경우, 실리콘 기판의 표면거칠기의 영향이 보다 현저해지기 때문에, 본 발명에서는 이와 같은, 보다 막두께가 얇은 경우에 보다 정밀도 높게 평가를 행할 수 있다.When the film thickness is 25 nm or less, the influence of the surface roughness of the silicon substrate becomes more significant, so in the present invention, in the case of such a thinner film thickness, evaluation can be performed with higher precision.

이때, 상기 산화막의 막두께에 있어서의 막두께 영향인자는, 상기 피평가 실리콘 기판의 표면거칠기를 포함하고, 상기 막두께 평가공정에 있어서, 상기 제2 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께로부터, 상기 제2 막두께 측정공정에서 취득한 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 뺀 차분 막두께가 0.02nm 이상, 0.20nm 이하인 경우에, 상기 제1 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께에 상기 피평가 실리콘 기판의 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함되어 있다고 판정하는 산화막의 막두께 평가방법으로 할 수 있다.At this time, the film thickness influencing factor in the film thickness of the oxide film includes the surface roughness of the silicon substrate to be evaluated, and in the film thickness evaluation process, the silicon substrate to be evaluated acquired in the second film thickness measurement process. When the differential film thickness obtained by subtracting the film thickness of the oxide film on the reference silicon substrate obtained in the second film thickness measurement process from the film thickness of the oxide film on the above is 0.02 nm or more and 0.20 nm or less, the film thickness obtained in the first film thickness measurement process This can be an oxide film thickness evaluation method that determines that the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated includes the film thickness of the oxide film resulting from the surface roughness of the silicon substrate to be evaluated.

이러한 평가방법이면, 엘립소미터로 얻어진 막두께값이, 표면거칠기의 영향을 받고 있는지 여부를 보다 정밀도 높게 판정할 수 있다.With this evaluation method, it is possible to determine with greater precision whether the film thickness value obtained with the ellipsometer is affected by surface roughness.

이때, 상기 막두께 평가공정에 있어서, 상기 제1 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께로부터 상기 차분 막두께를 뺌으로써, 상기 피평가 실리콘 기판의 상기 표면거칠기의 영향을 제거한 산화막의 막두께의 평가를 행하는 산화막의 막두께 평가방법으로 할 수 있다.At this time, in the film thickness evaluation process, the influence of the surface roughness of the silicon substrate to be evaluated is determined by subtracting the differential film thickness from the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated obtained in the first film thickness measurement process. This can be done using an oxide film thickness evaluation method that evaluates the film thickness of the removed oxide film.

이러한 평가방법이면, 표면거칠기의 영향을 제거한 산화막의 막두께를 평가할 수 있다.With this evaluation method, it is possible to evaluate the film thickness of the oxide film with the influence of surface roughness removed.

이때, 상기 표면거칠기는 공간주파수가 60~90/μm의 거칠기성분인 산화막의 막두께 평가방법으로 할 수 있다.At this time, the surface roughness can be determined by evaluating the film thickness of the oxide film, which is a roughness component with a spatial frequency of 60 to 90/μm.

이에 따라, 보다 정밀도 높게 표면거칠기의 영향의 평가를 행할 수 있다. 공간주파수 60~90/μm의 거칠기성분이 산화막두께에 영향을 주기 때문이다.Accordingly, the influence of surface roughness can be evaluated with greater precision. This is because the roughness component with a spatial frequency of 60 to 90/μm affects the oxide film thickness.

이때, 상기 표면거칠기는 SC1세정으로 형성된 거칠기성분인 산화막의 막두께 평가방법으로 할 수 있다.At this time, the surface roughness can be determined by evaluating the film thickness of the oxide film, which is a roughness component formed by SC1 cleaning.

이와 같이 본 발명에 따른 막두께 평가방법에서는, 특정한 세정공정에서 기인한 표면거칠기의 영향의 평가를 보다 정밀도 높게 행할 수 있다. 공간주파수 60~90/μm의 거칠기는, 특히 SC1세정으로 형성되기 때문이다.In this way, in the film thickness evaluation method according to the present invention, the influence of surface roughness resulting from a specific cleaning process can be evaluated with greater precision. This is because the roughness at a spatial frequency of 60 to 90/μm is especially formed by SC1 cleaning.

이때, 상기 산화막의 막두께 평가방법에 의해 평가한 상기 막두께 영향인자 기인의 막두께에 기초하여 실리콘 기판의 산화막 형성 전의 세정조건 및/또는 산화조건을 설정하고, 상기 세정조건 및/또는 산화조건을 이용하여 상기 실리콘 기판의 세정과 상기 실리콘 기판 상에 대한 산화막의 형성을 행하여, 산화막부착 실리콘 기판을 제조하는 산화막부착 실리콘 기판의 제조방법으로 할 수 있다.At this time, the cleaning conditions and/or oxidation conditions before forming the oxide film on the silicon substrate are set based on the film thickness due to the film thickness influencing factor evaluated by the film thickness evaluation method of the oxide film, and the cleaning conditions and/or oxidation conditions are set. It can be used as a manufacturing method for a silicon substrate with an oxide film, in which a silicon substrate with an oxide film is manufactured by cleaning the silicon substrate and forming an oxide film on the silicon substrate.

이에 따라, 보다 고정밀도로 산화막의 막두께를 제어하여 산화막부착 실리콘 기판을 제조할 수 있다.Accordingly, it is possible to manufacture a silicon substrate with an oxide film by controlling the film thickness of the oxide film with higher precision.

본 발명은, 또한, 실리콘 기판 상에 형성하는 산화막의 막두께의 평가방법으로서, 산화막의 막두께에 있어서의 막두께 영향인자로서 상기 실리콘 기판의 표면거칠기를 포함하고, 상기 실리콘 기판의 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.15nm3 이상인 경우에, 상기 실리콘 기판 상에 형성하는 산화막의 막두께에, 상기 막두께 영향인자인 상기 실리콘 기판의 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함된다고 판정하는 산화막의 막두께 평가방법을 제공한다.The present invention also provides a method for evaluating the film thickness of an oxide film formed on a silicon substrate, including the surface roughness of the silicon substrate as a film thickness influencing factor in the film thickness of the oxide film, and the space of the surface of the silicon substrate. When the average value of the power spectral density at a frequency of 60 to 90/μm is 0.15 nm 3 or more, the thickness of the oxide film formed on the silicon substrate is caused by the surface roughness of the silicon substrate, which is a factor influencing the film thickness. A method for evaluating the film thickness of an oxide film that determines that the film thickness of one oxide film is included is provided.

이러한 본 발명의 산화막의 막두께 평가방법에 따르면, 엘립소미터로 측정된 산화막의 막두께값에 대하여, 신속하고 매우 용이하게 기판의 표면거칠기의 영향을 받고 있는지 여부를 판정할 수 있다.According to the oxide film thickness evaluation method of the present invention, it is possible to quickly and very easily determine whether the oxide film thickness value measured with an ellipsometer is affected by the surface roughness of the substrate.

이상과 같이, 본 발명에 따른 산화막의 막두께 평가방법에 의하면, 엘립소미터로 측정된 피평가 실리콘 기판의 막두께값에 대하여, 실리콘 기판의 제조공정에서 형성되는 실리콘 기판의 표면거칠기 등의, 종래 알려지지 않았던 막두께 영향인자의 영향을 포함한 막두께값인지 여부를 판정하고, 막두께 영향인자 기인의 막두께를 정밀도 높게 평가할 수 있다. 또한, 그 표면거칠기 등에서 기인하는 막두께값을 산출함으로써, 자연산화막 및 열산화 후의 막두께를 보다 상세하게 해석할 수 있다. 이 해석결과를 활용함으로써, 실리콘 기판 상의 산화막두께를 정밀도 좋게 제어할 수 있다.As described above, according to the method for evaluating the film thickness of the oxide film according to the present invention, the film thickness value of the silicon substrate to be evaluated measured with an ellipsometer is determined by determining the surface roughness of the silicon substrate formed in the manufacturing process of the silicon substrate, etc. It is possible to determine whether the film thickness value includes the influence of a previously unknown film thickness influencing factor, and to evaluate the film thickness due to the film thickness influencing factor with high precision. Additionally, by calculating the film thickness value resulting from the surface roughness, etc., the natural oxidation film and the film thickness after thermal oxidation can be analyzed in more detail. By utilizing this analysis result, the oxide film thickness on the silicon substrate can be controlled with high precision.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 평가방법의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 2는 실리콘 기판의 표면거칠기와 산화막두께의 관계의 조사에 따른 플로우차트를 나타낸다.
도 3은 도 2의 조화처리를 CMP 및 SC1세정으로 실시한 실리콘 기판의 표면거칠기(Haze)와, 자연산화막 및 5nm 산화막의 두께의 관계를 나타낸 그래프를 나타낸다.
도 4는 도 2의 조화처리를 매엽세정으로 실시한 실리콘 기판의 표면거칠기(Haze)와 자연산화막 및 5nm 산화막의 두께의 관계를 나타낸 그래프를 나타낸다.
도 5는 도 2의 조화처리를 액조성 NH4OH:H2O2:H2O=1:1:10, 세정온도 80℃, 세정시간 0, 3, 6, 12min으로 세정한 후의 Haze와 자연산화막의 관계를 나타낸 그래프를 나타낸다.
도 6은 각 샘플의 AFM 측정결과와 PSD 곡선을 나타낸다.
도 7은 SC1세정을 변경하여 자연산화막의 막두께를 변동시킨 경우의 본 발명에 따른 평가 및 해석방법의 일례를 나타낸다.
1 is a flow chart showing an example of a method for evaluating the film thickness of an oxide film on a silicon substrate according to the present invention.
Figure 2 shows a flow chart according to the investigation of the relationship between the surface roughness of the silicon substrate and the oxide film thickness.
FIG. 3 shows a graph showing the relationship between the surface roughness (Haze) of a silicon substrate subjected to the roughening process of FIG. 2 using CMP and SC1 cleaning and the thickness of a natural oxide film and a 5 nm oxide film.
FIG. 4 shows a graph showing the relationship between the surface roughness (Haze) of a silicon substrate subjected to the roughening treatment of FIG. 2 by single-wafer cleaning and the thickness of a natural oxide film and a 5 nm oxide film.
Figure 5 shows Haze after cleaning the roughening treatment of Figure 2 with a liquid composition of NH 4 OH:H 2 O 2 :H 2 O=1:1:10, cleaning temperature of 80°C, and cleaning time of 0, 3, 6, and 12 min. A graph showing the relationship between natural oxide films is shown.
Figure 6 shows the AFM measurement results and PSD curves of each sample.
Figure 7 shows an example of the evaluation and analysis method according to the present invention when the film thickness of the native oxide film is changed by changing the SC1 cleaning.

이하, 본 발명을 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

상기 서술한 바와 같이, 엘립소미터로 측정된 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께값에 대하여, 실리콘 기판의 제조공정에서 형성되는 표면거칠기 등의, 종래 알려지지 않았던 막두께 영향인자의 영향을 포함한 막두께값인지 여부를 판정하고, 막두께 영향인자 기인의 막두께를 정밀도 높게 평가하는 산화막의 막두께 평가방법이 요구되고 있었다.As described above, the film thickness value of the oxide film on the silicon substrate measured with an ellipsometer includes the influence of previously unknown film thickness influencing factors such as surface roughness formed during the manufacturing process of the silicon substrate. There has been a demand for a film thickness evaluation method for the oxide film that determines whether or not it is recognized and evaluates the film thickness due to film thickness influencing factors with high precision.

본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 예의 검토를 거듭한 결과, 원자간력현미경에 의해 측정한 표면거칠기의 Sa값이 0.5nm 이하인 실리콘 기판 상의 산화막의 평가방법으로서, 평가를 행하는 산화막이 형성된 피평가 실리콘 기판과, 기판 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.1nm3 이하인 기준 실리콘 기판을 준비하는 기판 준비공정과, 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 엘립소미터로 측정하는 제1 막두께 측정공정과, 상기 피평가 실리콘 기판 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막을 완전히 제거하는 산화막 제거공정과, 상기 산화막을 제거한 후의 상기 피평가 실리콘 기판 및 상기 기준 실리콘 기판 상에, 동일 조건으로 산화막을 형성하는 산화막 형성공정과, 상기 산화막 형성공정 후의 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를, 엘립소미터로 측정하는 제2 막두께 측정공정과, 상기 제2 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께에 기초하여, 상기 제1 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 상기 산화막의 막두께 전체에 있어서의 막두께 영향인자 기인의 막두께의 평가를 행하는 막두께 평가공정을 구비하는 산화막의 막두께 평가방법에 의해, 엘립소미터로 측정된 피평가 실리콘 기판의 막두께값에 대하여, 실리콘 기판의 표면거칠기 등의 막두께 영향인자의 영향을 포함한 막두께값인지 여부를 판정하고, 막두께 영향인자 기인의 막두께를 정밀도 높게 평가할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.As a result of intensive study of the above problem, the present inventors have developed a method for evaluating an oxide film on a silicon substrate with a surface roughness Sa value of 0.5 nm or less as measured by an atomic force microscope. The silicon to be evaluated has an oxide film formed thereon. A substrate preparation step of preparing a substrate and a reference silicon substrate having an average value of power spectral density of 0.1 nm 3 or less at a spatial frequency of 60 to 90/μm on the substrate surface, and determining the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated. A first film thickness measurement process using a lipsomometer, an oxide film removal process to completely remove the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate, and a process for completely removing the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate after removing the oxide film. an oxide film formation process of forming an oxide film under the same conditions, and a second film thickness measurement process of measuring the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the oxide film on the reference silicon substrate after the oxide film formation process using an ellipsometer. and, based on the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated acquired in the second film thickness measurement step and the film thickness of the oxide film on the reference silicon substrate, on the silicon substrate to be evaluated acquired in the first film thickness measurement step. The film thickness of the silicon substrate to be evaluated measured with an ellipsometer by the oxide film film thickness evaluation method including a film thickness evaluation process for evaluating the film thickness due to the film thickness influencing factors in the entire film thickness of the oxide film. Regarding the value, it is determined whether the film thickness value includes the influence of film thickness influencing factors such as the surface roughness of the silicon substrate, and it was discovered that the film thickness due to the film thickness influencing factors can be evaluated with high precision, thereby completing the present invention. did.

본 발명자들은, 또한, 실리콘 기판 상에 형성하는 산화막의 막두께의 평가방법으로서, 산화막의 막두께에 있어서의 막두께 영향인자로서 상기 실리콘 기판의 표면거칠기를 포함하고, 상기 실리콘 기판의 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.15nm3 이상인 경우에, 상기 실리콘 기판 상에 형성하는 산화막의 막두께에, 상기 막두께 영향인자인 상기 실리콘 기판의 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함된다고 판정하는 산화막의 막두께 평가방법에 의해, 엘립소미터로 측정된 산화막의 막두께값에 대하여, 신속하고 매우 용이하게 기판 표면의 거칠기의 영향을 받고 있는지 여부를 판정할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.The present inventors also provide a method for evaluating the film thickness of an oxide film formed on a silicon substrate, including the surface roughness of the silicon substrate as a film thickness influencing factor in the film thickness of the oxide film, and the space of the surface of the silicon substrate. When the average value of the power spectral density at a frequency of 60 to 90/μm is 0.15 nm 3 or more, the thickness of the oxide film formed on the silicon substrate is caused by the surface roughness of the silicon substrate, which is a factor influencing the film thickness. Using the oxide film thickness evaluation method that determines that the film thickness of one oxide film is included, it is quickly and very easily determined whether the oxide film thickness value measured with an ellipsometer is affected by the roughness of the substrate surface. By discovering what could be done, the present invention was completed.

이하, 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, description will be made with reference to the drawings.

본 발명자들은, 산화막 형성에 있어서의 막두께 영향인자에 관하여 예의 검토를 행하였다. 그 결과, 웨이퍼 제조공정에서 형성되는 거칠기, 구체적으로는 연마공정, 세정공정에서 형성되는 거칠기나, 산화막의 막질이, 엘립소미터로 측정되는 자연산화막 및 열산화막의 막두께에 영향을 미치고 있는 것을 발견하였다. 특히 기판의 표면거칠기에 대해서는, 어느 특정한 주파수대의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값이 소정값 이상이 되면, 산화막의 막두께가 두꺼워지는 것을 발견하였다.The present inventors conducted intensive studies on factors affecting film thickness in oxide film formation. As a result, it was found that the roughness formed in the wafer manufacturing process, specifically the roughness formed in the polishing process and cleaning process, and the film quality of the oxide film affect the film thickness of the natural oxide film and thermal oxidation film measured with an ellipsometer. Found it. In particular, with regard to the surface roughness of the substrate, it was found that when the average value of the power spectrum density (intensity) of a certain frequency band exceeds a predetermined value, the film thickness of the oxide film becomes thick.

먼저, 실리콘 기판의 제조공정에서 형성되는 다양한 표면거칠기와 산화막의 막두께의 관계에 대하여 서술한다. 도 2는 그 조사 플로우차트이다. 준비한 실리콘 기판에 대하여, CMP가공조건, SC1세정조건을 변경하고, 거칠기를 형성하는 조화처리를 행하여, 복수 수준의 실리콘 기판을 준비하였다. 이어서, 배치세정기로 불산세정에 의해 산화막을 완전히 제거한 후, 오존수세정으로 자연산화막을 형성하였다. 어느 쪽의 수준도 불산세정으로 조화처리에서 형성된 산화막이 완전히 제거되고, 그 후의 오존수세정으로 산화막이 형성되어 있기 때문에, 복수 수준의 실리콘 기판에 있어서 동일 조건으로 산화막이 형성되어 있다고 해석할 수 있다. 그 후 파티클 카운터에 의한 Haze 측정을 행한 후, 일부의 실리콘 기판은 막두께 5nm 목표로 열산화를 행하고, 분광 엘립소미트리로 자연산화막 및 5nm 목표로 형성한 산화막의 막두께를 평가하였다.First, the relationship between various surface roughnesses formed during the manufacturing process of a silicon substrate and the film thickness of the oxide film is described. Figure 2 is a flow chart of the investigation. For the prepared silicon substrate, the CMP processing conditions and SC1 cleaning conditions were changed, and roughening treatment was performed to form roughness, thereby preparing silicon substrates of multiple levels. Next, the oxide film was completely removed by hydrofluoric acid cleaning using a batch scrubber, and then a natural oxide film was formed by ozone water cleaning. At both levels, the oxide film formed in the roughening treatment is completely removed by hydrofluoric acid cleaning, and the oxide film is formed by subsequent ozone water cleaning, so it can be interpreted that the oxide film is formed under the same conditions on the silicon substrate at multiple levels. After performing Haze measurement using a particle counter, some of the silicon substrates were thermally oxidized with a film thickness of 5 nm, and the film thicknesses of the natural oxide film and the oxide film formed with a 5 nm target were evaluated using spectroscopic ellipsometry.

도 3은, 도 2의 조화처리를 CMP 및 SC1세정으로 실시한 실리콘 기판의 표면거칠기(Haze)와, 자연산화막 및 5nm 목표의 산화막의 막두께의 관계를 나타낸 그래프이다. CMP수준(■)에서는, Haze값이 10ppm을 초과해도 자연산화막 및 5nm 목표의 산화막의 막두께는 동등했으나, SC1세정수준(●)에서는, Haze가 높아지면 자연산화막 및 5nm 목표의 산화막의 어느 쪽도 두꺼워지는 경향이 얻어졌다. 동일 조건으로 산화막을 형성하고 있는 점에서, 막두께는 CMP수준과 같이 동등해진다고 추정되었으나, SC1세정수준은 그렇지 않았다.FIG. 3 is a graph showing the relationship between the surface roughness (Haze) of a silicon substrate subjected to the roughening process of FIG. 2 by CMP and SC1 cleaning and the film thickness of the native oxide film and the 5 nm target oxide film. At the CMP level (■), even when the Haze value exceeded 10 ppm, the film thicknesses of the natural oxide film and the 5 nm target oxide film were the same, but at the SC1 cleaning level (●), when the Haze increased, the film thicknesses of the natural oxide film and the 5 nm target oxide film were reduced. A tendency toward thickening was also obtained. Since the oxide film was formed under the same conditions, the film thickness was assumed to be equivalent to the CMP level, but this was not the case for the SC1 cleaning level.

나아가 도 4에는, 도 2의 조화처리를 불산과 오존수세정을 조합한 매엽세정으로 실시한 실리콘 기판의 표면거칠기(Haze)와 자연산화막 및 5nm 목표의 산화막의 막두께의 관계를 나타낸다. 또한, 조화처리 후의 불산세정 및 오존수세정도, 배치방식이 아닌 매엽방식으로 실시하였다. 이 경우, 배치방식의 오존수세정과는 산화막 형성방법이 상이하기 때문에, 상기 서술한 SC1 및 CMP수준과 매엽세정수준의 막두께의 비교를 할 수는 없지만, 매엽세정수준 내에 있어서의 Haze의 영향은 의논할 수 있다. 그 결과, 매엽세정수준은 CMP수준과 동일하게, Haze가 변화해도 자연산화막 및 5nm 목표의 산화막의 막두께는 동등하였다. 이상의 결과를 정리하면, CMP와 매엽세정으로 형성되는 거칠기는 산화막의 막두께에 영향을 주지 않고, SC1세정으로 형성되는 기판의 표면거칠기는 산화막의 막두께를 두껍게 하도록 영향을 미치는 것을 새롭게 알 수 있었다.Furthermore, Figure 4 shows the relationship between the surface roughness (Haze) of a silicon substrate subjected to the roughening treatment of Figure 2 by sheet wafer cleaning combining hydrofluoric acid and ozone water cleaning and the film thickness of the native oxide film and the 5 nm target oxide film. In addition, hydrofluoric acid cleaning and ozone water cleaning after roughening treatment were performed using a sheet method rather than a batch method. In this case, since the oxide film formation method is different from the batch-type ozone water cleaning, it is not possible to compare the film thickness of the SC1 and CMP levels described above with the sheet wafer cleaning level, but the effect of Haze within the single wafer cleaning level is not possible. We can discuss. As a result, the sheet wafer cleaning level was the same as the CMP level, and the film thicknesses of the natural oxide film and the 5 nm target oxide film were the same even when the Haze changed. Summarizing the above results, it was newly found that the roughness formed by CMP and sheet wafer cleaning does not affect the film thickness of the oxide film, but the surface roughness of the substrate formed by SC1 cleaning influences the film thickness of the oxide film to be thicker. .

이에, SC1세정수준에 대하여 추가조사를 행한 결과에 대하여 설명한다. 조화처리의 SC1세정을, 액조성 NH4OH:H2O2:H2O=1:1:10, 세정온도를 80℃, 세정시간을 3, 6, 12min의 배치세정으로 행하고, 불산세정으로 산화막을 완전히 제거하여, 오존수세정을 행한 후의, 자연산화막의 막두께와 Haze값을 나타낸 결과가 도 5이다. Ref.가 되는 세정시간 없음(0min으로 한다)의 자연산화막의 막두께 1.207nm에 대하여, 세정시간 3min에서는 1.258nm, 6min에서는 1.258nm, 12min에서는 1.261nm가 되었다. 세정시간 3, 6, 12min의 막두께의 평균값 1.259nm와, 세정 없음(세정시간 0min)의 막두께 1.207nm의 차분은 0.052nm인 점에서, 조화처리의 SC1세정 기인의 후막화량은 약 0.052nm로 생각된다. Haze는 세정시간이 길수록 높아지는 경향이 된 것에 반해, 세정시간 3, 6, 12min의 후막화량은 동등한 것에 근거하면, SC1세정으로 형성되는 특정한 거칠기성분이 막두께의 후막화 거동에 영향을 주고, 3, 6, 12min의 막두께가 동등한 것은 막두께(후막화)에 관여하는 거칠기성분이 동등한 것이 생각된다.Accordingly, the results of additional investigation into the SC1 cleaning level will be explained. The SC1 cleaning of the roughening treatment was performed as a batch cleaning with a liquid composition of NH 4 OH:H 2 O 2 :H 2 O=1:1:10, a cleaning temperature of 80°C, and a cleaning time of 3, 6, and 12 min, followed by hydrofluoric acid cleaning. Figure 5 shows the results showing the film thickness and Haze value of the natural oxide film after completely removing the oxide film and performing ozone water cleaning. With respect to the film thickness of 1.207 nm of the natural oxide film without cleaning time (0 min), which is Ref., it became 1.258 nm at 3 min, 1.258 nm at 6 min, and 1.261 nm at 12 min. Since the difference between the average value of the film thickness of 1.259 nm for cleaning times of 3, 6, and 12 min and the film thickness of 1.207 nm without cleaning (cleaning time of 0 min) is 0.052 nm, the amount of film thickening due to the SC1 cleaning of the roughening treatment is approximately 0.052 nm. It is thought that Haze tends to increase as the cleaning time is longer, whereas the amount of film thickening at cleaning times of 3, 6, and 12 min is the same. Based on this, the specific roughness component formed by SC1 cleaning affects the thickening behavior of the film thickness, and 3 The fact that the film thicknesses of , 6, and 12min are equal is thought to mean that the roughness component involved in film thickness (film thickening) is equal.

이들을 검증하기 위해, 대표적인 CMP, SC1세정, 매엽세정수준의 기판의 표면거칠기를 AFM(원자간력현미경)으로 평가하였다. 관찰시야는 1μm×1μm이고, 3차원의 산출평균높이 Sa 외에, 표면 프로파일 데이터의 스펙트럼 해석으로부터 PSD 곡선을 취득하였다. 도 6에, 각 샘플의 AFM 측정결과와 PSD 곡선을 나타낸다.To verify these, the surface roughness of substrates at representative CMP, SC1 cleaning, and sheetfed cleaning levels was evaluated using AFM (atomic force microscopy). The observation field of view was 1 μm × 1 μm, and in addition to the three-dimensional calculated average height Sa, a PSD curve was obtained from spectral analysis of the surface profile data. Figure 6 shows the AFM measurement results and PSD curves of each sample.

먼저 CMP수준에 착안한다. CMP수준에서는, 도 3에서 Haze값이 가장 작은 수준(CMP-1)과, 가장 큰 수준(CMP-2)을 평가하였다. CMP-2에서는 저주파수대(1~10/μm)의 파워 스펙트럼 밀도(강도)가 매우 높고, 주로 저주파수측의 거칠기가 지배적이었다. AFM상(像)도 큰 기복과 같은 상이 얻어져 있으며 일치하였다. 상기 서술한 바와 같이 CMP로 형성되는 거칠기는 산화막두께에 영향을 주지 않는 점에서, 이 저주파수측의 성분은 산화막두께에는 영향을 주지 않는다고 할 수 있다.First, focus on the CMP level. At the CMP level, the level with the smallest Haze value (CMP-1) and the level with the largest Haze value (CMP-2) were evaluated in Figure 3. In CMP-2, the power spectrum density (intensity) in the low frequency band (1 to 10/μm) was very high, and the roughness on the low frequency side was dominant. The AFM image also showed an image with large relief and was consistent. As described above, since the roughness formed by CMP does not affect the oxide film thickness, it can be said that this low-frequency component does not affect the oxide film thickness.

다음으로 SC1세정수준에 착안한다. SC1세정수준에서는, 액조성 NH4OH:H2O2:H2O=1:1:10, 세정온도와 세정시간을 60℃/3min, 80℃/3min, 80℃/12min의 3수준을 평가하였다. 이들은 동일 조건으로 산화막을 형성하면, 동일한 두께만큼 막두께가 두꺼워지는 수준이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 전체 3수준 모두 CMP-2와 비교하여 고주파수대(10~100/μm)의 거칠기가 지배적이고, 이것은 AFM상에서 미세한 입상의 거칠기가 얻어지고 있는 것과 일치한다. 따라서, CMP와 SC1세정에서는 형성되는 거칠기성분(공간주파수대)이 크게 상이하다고 할 수 있다.Next, focus on the SC1 cleaning level. At the SC1 cleaning level, the liquid composition is NH 4 OH:H 2 O 2 :H 2 O=1:1:10, and the cleaning temperature and cleaning time are set at 3 levels: 60℃/3min, 80℃/3min, and 80℃/12min. evaluated. When an oxide film is formed under the same conditions, the film thickness becomes thicker by the same amount. As shown in Figure 6, compared to CMP-2, the roughness of all three levels is dominant in the high frequency range (10 to 100/μm), which is consistent with the fact that fine grain-like roughness is obtained in the AFM image. Therefore, it can be said that the roughness component (spatial frequency band) formed in CMP and SC1 cleaning is significantly different.

마지막으로 매엽세정수준에 착안한다. 매엽세정수준에서는 도 4에서 Haze값이 가장 작은 수준(매엽세정-1)과 가장 큰 수준(매엽세정-2)을 평가하였다. 매엽세정수준의 파워 스펙트럼 밀도(강도)는 고주파수대(10~100/μm)에서는 CMP와 SC1세정의 중간 정도였다.Lastly, focus on the level of sheetfed cleaning. At the sheet-fed cleaning level, in Figure 4, the level with the smallest Haze value (sheet-fed cleaning-1) and the level with the highest (sheet-fed cleaning-2) were evaluated. The power spectrum density (intensity) of the sheet wafer cleaning level was intermediate between CMP and SC1 cleaning in the high frequency range (10~100/μm).

이들 거칠기 평가결과와 산화막의 막두께에 대한 영향을 고찰한다. 특히 SC1세정-80℃/3min과 매엽세정-2의 양자의 Sa값은 어느 쪽도 0.108nm인 것에 반해, SC1세정-80℃/3min에서는 산화막의 막두께가 두꺼워지고, 매엽세정-2에서는 두꺼워지지 않는 결과에 착안한다. 양자의 PSD 곡선을 보면, 저주파수대(1~10/μm)에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도(강도)는 동등한 것에 반해, 고주파수대(특히 50/μm 이상)의 파워 스펙트럼 밀도(강도)는, SC1세정-80℃/3min 쪽이 매엽세정-2보다도 크다. 따라서, AFM상에서는 양자에 큰 차이는 보이지 않으나, PSD 곡선으로부터는 SC1세정-80℃/3min 쪽이 보다 고주파수대의 거칠기가 지배적이라고 할 수 있다. 나아가 도시한 SC1세정의 3수준(60℃/3min, 80℃/3min, 80℃/12min)은 모두 동일한 두께만큼(약 0.05nm) 두꺼워지는 것에 근거하면, 공간주파수대 60~90/μm 범위의 파워 스펙트럼 밀도(강도)는 전체 3수준 모두 동등하고, 또한 매엽세정-2보다도 높은 것을 알 수 있다. 따라서, 이 60~90/μm 범위의 거칠기성분이 자연산화막 및 5nm 산화막의 막두께에 영향을 주는 거칠기성분인 것이 새롭게 명백해졌다.These roughness evaluation results and their influence on the film thickness of the oxide film are considered. In particular, while the Sa value of both SC1 cleaning - 80℃/3min and single-wafer cleaning-2 is 0.108nm, the oxide film thickness becomes thicker in SC1 cleaning-80℃/3min, and thicker in single-wafer cleaning-2. Focus on results that do not give up. Looking at both PSD curves, while the power spectral density (intensity) in the low frequency band (1 to 10/μm) is equal, the power spectral density (intensity) in the high frequency band (especially 50/μm or more) is SC1 cleaning. -80℃/3min is greater than sheet cleaning-2. Therefore, although there is no significant difference between the two on the AFM, it can be said that the roughness in the high frequency range is more dominant in the SC1 cleaning - 80°C/3min from the PSD curve. Furthermore, based on the three levels of SC1 cleaning shown (60℃/3min, 80℃/3min, 80℃/12min) all being thickened by the same thickness (approximately 0.05nm), the power in the spatial frequency range of 60~90/μm It can be seen that the spectral density (intensity) is the same for all three levels and is also higher than that of Sheetwafer Cleaning-2. Therefore, it became newly clear that the roughness component in the 60-90/μm range is a roughness component that affects the film thickness of the natural oxide film and the 5 nm oxide film.

한편, 공간주파수대가 50/μm 이하인 파워 스펙트럼 밀도(강도)는 SC1세정의 3수준 내에서,Meanwhile, the power spectrum density (intensity) of the spatial frequency band of 50/μm or less is within the 3 levels of SC1 cleaning,

80℃/12min>80℃/3min>60℃/3min80℃/12min>80℃/3min>60℃/3min

의 대소관계가 되고, Sa값의 대소관계인,It becomes a magnitude relationship of and is a magnitude relationship of Sa value,

80℃/12min>80℃/3min>60℃/3min80℃/12min>80℃/3min>60℃/3min

과도 일치하고 있으며, 이 경우의 Sa값은 강도가 높은 저주파수측의 거칠기 정보가 지배적인 것이, 상기 서술한 매엽세정-2와 SC1세정-80℃/3min이 동일한 Sa값 0.108nm에도 불구하고, 산화막의 막두께에 차가 생긴 요인으로 생각된다.This also coincides with the Sa value in this case, which is dominated by the roughness information on the low-frequency side with high intensity. Despite the same Sa value of 0.108 nm for the sheet-fed cleaning-2 and SC1 cleaning-80°C/3min described above, the oxide film It is thought that this is the reason for the difference in film thickness.

이상의 결과를 정리하면, 공간주파수대 60~90/μm의 거칠기성분인 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값이 임계값 이상 존재하면, 산화막이 두꺼워진다고 생각된다. 여기서 SC1세정의 3수준의 60~90/μm 범위의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값을 산출하면, SC1세정-60℃/3min에서는 0.16nm3, SC1세정-80℃/3min에서는 0.18nm3, SC1세정-80℃/12min에서는 0.17nm3였다. 한편, 상기 서술한 산화막이 두꺼워지지 않는 매엽세정-2의 평균값은 0.11nm3였다. 따라서, 60~90/μm의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값 0.15nm3이 임계값으로 생각되고, 0.15nm3 이상의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값이 존재하는 실리콘 기판 상의 실리콘 산화막의 막두께에는, 기판의 표면거칠기가 영향을 주어, 기판의 표면거칠기 기인의 막두께가 포함되어 있다고 판정할 수 있다.To summarize the above results, it is believed that if the average value of the power spectrum density (intensity), which is the roughness component in the spatial frequency band of 60 to 90/μm, is above the threshold, the oxide film becomes thick. Here, if we calculate the average value of the power spectrum density (intensity) in the range of 60~90/μm of the three levels of SC1 cleaning, it is 0.16nm 3 at SC1 cleaning-60℃/3min, 0.18nm 3 at SC1 cleaning-80℃/3min, In SC1 cleaning-80℃/12min, it was 0.17nm 3 . On the other hand, the average value of sheet-fed cleaning-2, in which the oxide film did not thicken as described above, was 0.11 nm 3 . Therefore, the average value of the power spectral density (intensity) of 60 to 90/μm, 0.15 nm 3 , is considered to be the critical value, and the film thickness of the silicon oxide film on the silicon substrate where the average value of the power spectral density (intensity) of 0.15 nm 3 or more exists is , it can be determined that the surface roughness of the substrate has an influence and the film thickness caused by the surface roughness of the substrate is included.

이상의 지견으로부터, 특정한 표면거칠기가 산화막두께에 영향을 주는 인자(막두께 영향인자)의 하나라고 해석할 수 있다. 여기서 자연산화막 및 열산화막의 막두께 영향인자로는, 예를 들어, 특허문헌 3에 기재되어 있는 자연산화막(화학산화막)의 구조와 지금까지 서술해 온 실리콘 기판의 표면거칠기의 두 가지를 들 수 있다. 따라서, 자연산화막(화학산화막)의 구조와 기판의 표면거칠기를 조정함으로써 자연산화막 및 열산화막의 막두께를 제어할 수 있다고 생각된다. 나아가 세정조건을 변경하여, 자연산화막 및 열산화막을 두껍게 하거나 혹은 얇게 하고자 하는 경우에, 세정 후의 실리콘 기판의 막두께가 자연산화막의 구조와 기판의 표면거칠기 중 어느 쪽의 인자의 영향을 보다 강하게 받고 있는지 해석할 수 있으면, 세정조건을 결정함에 있어서 유용한 지견이 된다. 본 발명에 따른 산화막의 막두께 평가방법은 이러한 경우에 매우 유효하며, 그 유효성을 나타내는 일례를, 이하, 구체적으로 설명한다.From the above knowledge, it can be interpreted that specific surface roughness is one of the factors affecting the oxide film thickness (film thickness influencing factors). Here, the factors influencing the film thickness of the natural oxide film and the thermal oxidation film include, for example, the structure of the natural oxide film (chemical oxide film) described in Patent Document 3 and the surface roughness of the silicon substrate described so far. there is. Therefore, it is believed that the film thickness of the natural oxide film and the thermal oxidation film can be controlled by adjusting the structure of the natural oxide film (chemical oxide film) and the surface roughness of the substrate. Furthermore, when the cleaning conditions are changed to thicken or thin the natural oxide film and thermal oxidation film, the film thickness of the silicon substrate after cleaning is more strongly influenced by either the structure of the natural oxide film or the surface roughness of the substrate. If you can interpret whether it exists, it will be useful knowledge in determining cleaning conditions. The method for evaluating the film thickness of an oxide film according to the present invention is very effective in such cases, and an example showing its effectiveness will be described in detail below.

여기서는 일례로서, SC1세정조건을 할당하여 산화막의 두께를 제어하는 예를 나타낸다. 도 7의 (A)와 같이 실리콘 기판에 대하여 SC1세정을 행하였다. 세정조건은, 액조성을 NH4OH:H2O2:H2O=1:1:10, 세정시간을 3min으로 하고, 세정온도를 45, 60, 80℃의 3수준으로 하였다. 한편, 각각의 수준에 대하여 복수의 기판의 처리를 행하였다. 이어서, 각 수준에 있어서의 반수의 웨이퍼를 불산세정으로 자연산화막을 제거한 후, 오존수세정을 행하여, 동일 조건으로 산화막을 형성하였다. 그 후 자연산화막의 막두께를 분광 엘립소미트리로 평가하였다. 그 결과 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, SC1세정 후(■)는 세정온도가 높을수록 막두께가 두꺼워졌다. 여기서는 SC1세정 후(■)의 막두께에 대하여, 세정온도가 고온일수록 두꺼워지는 인자를 보다 상세히 해석한다.Here, as an example, an example of controlling the thickness of the oxide film by assigning SC1 cleaning conditions is shown. As shown in Figure 7 (A), SC1 cleaning was performed on the silicon substrate. The cleaning conditions were that the liquid composition was NH 4 OH:H 2 O 2 :H 2 O=1:1:10, the cleaning time was 3 min, and the cleaning temperature was set at 3 levels of 45, 60, and 80°C. Meanwhile, a plurality of substrates were processed for each level. Next, half of the wafers at each level were cleaned with hydrofluoric acid to remove the natural oxide film, and then washed with ozone water to form an oxide film under the same conditions. Afterwards, the film thickness of the natural oxide film was evaluated by spectroscopic ellipsometry. As a result, as shown in Figure 7 (B), after SC1 cleaning (■), the higher the cleaning temperature, the thicker the film thickness was. Here, with respect to the film thickness after SC1 cleaning (■), the factor that the film thickness becomes thicker as the cleaning temperature increases is analyzed in more detail.

먼저 실리콘 기판의 표면거칠기의 영향을 서술한다. HF→O3세정 후(●)의 막두께는 SC1세정 없음은 1.207nm, 세정온도 45℃는 1.206nm, 세정온도 60℃는 1.258nm, 세정온도 80℃는 1.258nm가 되었다. SC1세정 없음의 1.207과 세정온도 45℃의 1.206nm는 동등한 막두께로 해석할 수 있다. 이에 반해 세정온도 60, 80℃에서는, 표면거칠기 기인의 막두께가 두꺼워져 있다고 해석할 수 있다. 표면거칠기 기인의 후막화량을 산출하면, 세정온도 60℃에서는 1.258nm와, SC1세정 없음 1.207nm의 차분이 0.051nm가 되고, 세정온도 80℃에서는 1.258nm와, SC1세정 없음1.207nm의 차분이 0.051nm가 되었다. 이 0.051nm가 거칠기 기인의 후막화량이다.First, the influence of the surface roughness of the silicon substrate is described. The film thickness after HF→O 3 cleaning (●) was 1.207 nm without SC1 cleaning, 1.206 nm at a cleaning temperature of 45°C, 1.258 nm at a cleaning temperature of 60°C, and 1.258 nm at a cleaning temperature of 80°C. 1.207 nm without SC1 cleaning and 1.206 nm with a cleaning temperature of 45°C can be interpreted as equivalent film thicknesses. On the other hand, at cleaning temperatures of 60 and 80°C, it can be interpreted that the film thickness is thicker due to surface roughness. When calculating the amount of film thickening due to surface roughness, at a cleaning temperature of 60℃, the difference between 1.258nm and 1.207nm without SC1 cleaning is 0.051nm, and at a cleaning temperature of 80℃, the difference between 1.258nm and 1.207nm without SC1 cleaning is 0.051nm. It became nm. This 0.051 nm is the amount of film thickening caused by roughness.

다음으로 SC1세정 후(■)의 세정온도 60℃, 80℃의 막두께로부터 표면거칠기 기인의 후막화량 0.051nm를 뺀 막두께가, 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께(▲)가 된다. 세정온도 45℃는 거칠기의 영향이 없기 때문에, 고려할 필요가 없다. 결과를 보면, 세정온도 60℃에서는 1.058nm, 세정온도 80℃에서는 1.072nm로 구해졌다. 따라서, 표면거칠기의 영향을 제거한 후에도 세정온도가 높은 80℃ 쪽이 60℃보다도 막두께가 두꺼운 점에서, 이 차는 자연산화막의 구조에서 기인한다고 해석할 수 있다.Next, the film thickness obtained by subtracting the amount of film thickening of 0.051 nm due to surface roughness from the film thickness at the cleaning temperature of 60°C and 80°C after SC1 cleaning (■) becomes the film thickness with the influence of surface roughness removed (▲). Since the cleaning temperature of 45°C has no effect on roughness, there is no need to consider it. Looking at the results, it was obtained as 1.058nm at a cleaning temperature of 60℃ and 1.072nm at a cleaning temperature of 80℃. Therefore, even after removing the influence of surface roughness, the higher cleaning temperature of 80°C has a thicker film thickness than 60°C, and this difference can be interpreted as resulting from the structure of the natural oxide film.

표면거칠기의 영향의 막두께분을 제거한 후의, 세정온도 45℃에 대한 세정온도 60℃, 80℃의 차분 막두께가 자연산화막의 구조에서 기인하는 막두께로 해석하면, 도 7의 (C)에 나타내는 바와 같이, SC1세정온도 45℃에 대한, 세정온도 60℃, 80℃인 경우의 거칠기 기인과 구조 기인의 후막화량을 구별할 수 있다. 세정온도 60℃와 80℃의 거칠기 기인의 후막화량은 동등한 점에서, 세정조건을 세정온도 80℃로 한 경우에는 자연산화막의 구조 기인의 막두께가 두꺼워짐으로써, 세정 후의 전체 막두께가 두꺼워지는 것을 새롭게 알 수 있었다. 이번에는 거칠기 기인의 막두께가 포화되어 있는 예인데, 조건에 따라서는 거칠기와 구조의 후막화량이 포화되어 있지 않은 경우도 추정된다. 그러한 경우에 있어서, 이러한 평가방법으로 후막화하는 요인을 이해해 둠으로써, 산화막을 보다 안정적으로 막두께의 제어성 높게 제조하는 것이 요구되는 경우에는, 이번에 예시한 SC1세정온도 60℃나 80℃와 같이 거칠기 기인의 후막화량을 포화시켜 둠으로써, 막두께 영향인자가 산화막의 구조만이 되고, 보다 막두께의 변동을 작게 하여 제조할 수 있다. 이상의 이유에서, 기판의 표면거칠기를 고려한 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 평가방법은 매우 유용하다.If the differential film thickness of the cleaning temperature of 60°C and 80°C with respect to the cleaning temperature of 45°C after removing the film thickness effect of the surface roughness is interpreted as the film thickness resulting from the structure of the natural oxide film, it is shown in Figure 7 (C). As shown, the amount of film thickening due to roughness and structure-related in the case of cleaning temperatures of 60°C and 80°C with respect to the SC1 cleaning temperature of 45°C can be distinguished. Since the amount of film thickening due to roughness at the cleaning temperature of 60℃ and 80℃ is the same, when the cleaning condition is set to 80℃, the film thickness due to the structure of the natural oxide film becomes thicker, and the total film thickness after cleaning becomes thicker. I was able to learn something new. This is an example in which the film thickness caused by roughness is saturated, but depending on the conditions, it is assumed that the roughness and the amount of thickened structure may not be saturated. In such cases, when it is required to manufacture the oxide film more stably and with high film thickness controllability by understanding the factors that cause film thickening using this evaluation method, such as the SC1 cleaning temperature of 60°C or 80°C as exemplified this time. By saturating the amount of film thickening due to roughness, the only factor influencing film thickness becomes the structure of the oxide film, and it is possible to manufacture with smaller fluctuations in film thickness. For the above reasons, a method for evaluating the film thickness of the oxide film on a silicon substrate considering the surface roughness of the substrate is very useful.

<제1 실시형태><First embodiment>

상기 서술한 내용에 근거하여, 본 발명에 따른 제1 실시형태에 따른 산화막의 막두께 평가방법에 대하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 평가방법의 일례를 나타내는 플로우차트이다.Based on the above-described content, the method for evaluating the film thickness of the oxide film according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. 1 is a flow chart showing an example of a method for evaluating the film thickness of an oxide film on a silicon substrate according to the present invention.

[산화막의 막두께 평가방법][Method for evaluating the film thickness of oxide film]

본 발명에 따른 제1 실시형태에 따른 산화막의 막두께 평가방법은, 원자간력현미경에 의해 측정한 표면거칠기의 Sa값이 0.5nm 이하인 실리콘 기판 상의 산화막의 평가방법으로서, 평가를 행하는 산화막이 형성된 피평가 실리콘 기판과, 기판 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.1nm3 이하인 기준 실리콘 기판을 준비하는 기판 준비공정과, 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 엘립소미터로 측정하는 제1 막두께 측정공정과, 피평가 실리콘 기판 및 기준 실리콘 기판 상의 산화막을 완전히 제거하는 산화막 제거공정과, 산화막을 제거한 후의 피평가 실리콘 기판 및 상기 기준 실리콘 기판 상에, 동일 조건으로 산화막을 형성하는 산화막 형성공정과, 산화막 형성공정 후의 피평가 실리콘 기판 상의 산화막 및 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를, 엘립소미터로 측정하는 제2 막두께 측정공정과, 제2 막두께 측정공정에서 취득한 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 및 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께에 기초하여, 제1 막두께 측정공정에서 취득한 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 전체에 있어서의 막두께 영향인자 기인의 막두께의 평가를 행하는 막두께 평가공정을 구비하는 산화막의 막두께 평가방법이다. 이하, 각 공정에 대하여 상세히 설명한다.The method for evaluating the film thickness of an oxide film according to the first embodiment of the present invention is a method for evaluating an oxide film on a silicon substrate whose surface roughness Sa value measured by an atomic force microscope is 0.5 nm or less, where the oxide film to be evaluated is formed. A substrate preparation process of preparing a silicon substrate to be evaluated and a reference silicon substrate with an average value of power spectral density of 0.1 nm 3 or less at a spatial frequency of 60 to 90/μm on the substrate surface, and the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated. A first film thickness measurement process of measuring with an ellipsometer, an oxide film removal process of completely removing the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate, and on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate after removing the oxide film, An oxide film formation process of forming an oxide film under the same conditions, a second film thickness measurement process of measuring the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the oxide film on the reference silicon substrate after the oxide film formation process with an ellipsometer, and a second film thickness measurement process. Based on the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the film thickness of the oxide film on the reference silicon substrate obtained in the thickness measurement process, the film thickness of the entire film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated acquired in the first film thickness measurement process. This is a film thickness evaluation method of an oxide film that includes a film thickness evaluation process for evaluating the film thickness due to influencing factors. Hereinafter, each process will be described in detail.

(기판 준비공정)(Substrate preparation process)

먼저, 도 1의 S1에 나타내는 바와 같이, 평가대상인 피평가 실리콘 기판과 기준이 되는 실리콘 기판(이하, 「기준 실리콘 기판」이라고 한다)을 준비한다. 어느 쪽도 도전형, 직경, 시료형태에 제한은 없다. 피평가 실리콘 기판 상의 실리콘 산화막의 종류에도 제한은 없고, 예를 들어 자연산화막, 열산화막, CVD산화막 등이 있다. 한편, 피평가 실리콘 기판 상의 평가를 행하는 산화막의 막두께는 특별히 한정되지 않는데, 25nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 막두께가 25nm 이하인 경우, 실리콘 기판의 표면거칠기의 영향이 보다 현저해지기 때문에, 본 발명에서는 이와 같은, 보다 막두께가 얇은 경우에 보다 정밀도 높게 평가를 행할 수 있다. 또한, 피평가 실리콘 기판 상의 평가를 행하는 산화막의 막두께의 하한값은 측정할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는데, 0.5nm 이상으로 할 수 있다.First, as shown in Fig. 1 S1, a silicon substrate to be evaluated, which is an evaluation object, and a silicon substrate to be a reference (hereinafter referred to as a “reference silicon substrate”) are prepared. In either case, there are no restrictions on conductivity type, diameter, or sample shape. There is no limitation on the type of silicon oxide film on the silicon substrate being evaluated, and examples include natural oxide film, thermal oxide film, and CVD oxide film. On the other hand, the film thickness of the oxide film to be evaluated on the silicon substrate to be evaluated is not particularly limited, but is preferably 25 nm or less. When the film thickness is 25 nm or less, the influence of the surface roughness of the silicon substrate becomes more significant, so in the present invention, in the case of such a thinner film thickness, evaluation can be performed with higher precision. In addition, the lower limit of the film thickness of the oxide film to be evaluated on the silicon substrate to be evaluated is not particularly limited as long as it can be measured, but can be 0.5 nm or more.

단, 표면거칠기에는 제약이 있다. 우선 피평가 실리콘 기판의 표면거칠기는 Sa값으로 0.5nm 이하일 필요가 있다. 이 이유로는, Sa값이 0.5nm보다 큰 경우는 특허문헌 2와 같이 자연산화막의 막두께값이 1nm로부터 크게 괴리되기 때문이다. 구체적으로는, SC1세정액의 조성을 NH4OH:H2O2:H2O=1:1:1000으로 통상보다 희석하고, 에칭 우세로 한 약액으로 의도적으로 표면을 조화한 실리콘 기판을 2수준 제작하여, AFM으로 거칠기 Sa와 분광 엘립소미트리로 자연산화막을 평가한 결과, Sa값 0.65nm에서 막두께 3.34nm, Sa값 1.05nm에서 막두께 5.12nm가 되었다. 이와 같이 Sa값이 0.5nm를 초과하는 거칠기가 존재하면, 분광 엘립소미트리로 산출되는 산화막두께가 약 1nm로부터 크게 괴리되기 때문에, Sa값은 0.5nm 이하로 할 필요가 있다. 한편, 일반적인 실리콘 웨이퍼의 연마공정으로는, DSP(양면연마) 후에 표면측은 CMP(편면연마)가 행해지고, 각 연마공정 후에 세정이 행해진다. 일반적으로 CMP 후의 실리콘 웨이퍼의 표면의 Sa값은 0.1nm 이하, 이면(DSP면)의 Sa값은 0.2~0.4nm 정도인 점에서, 통상의 실리콘 기판의 제조공정에 있어서, Sa값이 0.5nm를 초과하는 표면거칠기는 형성되지 않는다. 적어도 DSP가공 후에 계속해서, CMP가공 후의 웨이퍼이면 본 발명의 피평가 실리콘 기판으로 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 Sa값이 0.5nm 이하인 표면거칠기의 피평가 실리콘 기판에 적용할 수 있다. 한편, 피평가 실리콘 기판의 표면거칠기의 하한값은 Sa값으로 0.0nm 이상인데, 0.01nm 이상으로 할 수도 있다.However, there are limitations to surface roughness. First, the surface roughness of the silicon substrate being evaluated must be less than 0.5 nm in Sa value. The reason for this is that when the Sa value is greater than 0.5 nm, the film thickness value of the natural oxide film deviates greatly from 1 nm, as shown in Patent Document 2. Specifically, the composition of the SC1 cleaning solution was diluted to NH 4 OH:H 2 O 2 :H 2 O = 1:1:1000, and a two-level silicon substrate was produced with the surface intentionally roughened using a chemical solution with an etching advantage. As a result of evaluating the natural oxide film by AFM for roughness Sa and spectroscopic ellipsometry, the film thickness was 3.34 nm at an Sa value of 0.65 nm and a film thickness of 5.12 nm at an Sa value of 1.05 nm. In this way, if there is roughness with a Sa value exceeding 0.5 nm, the oxide film thickness calculated by spectroscopic ellipsometry greatly deviates from about 1 nm, so the Sa value needs to be set to 0.5 nm or less. On the other hand, in a typical polishing process for a silicon wafer, after DSP (double-side polishing), CMP (single-side polishing) is performed on the surface side, and cleaning is performed after each polishing process. Generally, the Sa value of the surface of a silicon wafer after CMP is 0.1 nm or less, and the Sa value of the back side (DSP surface) is about 0.2 to 0.4 nm. Therefore, in the normal silicon substrate manufacturing process, the Sa value is 0.5 nm. Excessive surface roughness is not formed. Any wafer that has undergone at least DSP processing and CMP processing can be used as a silicon substrate to be evaluated according to the present invention. In this way, the present invention can be applied to silicon substrates to be evaluated with a surface roughness of Sa value of 0.5 nm or less. Meanwhile, the lower limit of the surface roughness of the silicon substrate being evaluated is Sa value of 0.0 nm or more, but can also be 0.01 nm or more.

기준 실리콘 기판은, Sa값이 0.5nm 이하이고 또한 공간주파수대 60~90/μm의 범위의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값이 0.1nm3 이하일 필요가 있다. 공간주파수대 60~90/μm의 범위의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값이 0.1nm3보다 큰 실리콘 기판을 기준 실리콘 기판으로 하면, 표면거칠기 유래의 산화막의 후막화분의 분리가 곤란해지기 때문이다. 상기 서술한 바와 같이, 60~90/μm의 거칠기성분은 CMP나 매엽세정이 아닌 SC1세정으로 형성되는 점에서, 기준 실리콘 기판을 준비할 때에는 연마 후의 세정조건을 제한할 필요가 있다. 통상, 연마 후는 연마입자가 다량으로 부착되어 있어, 세정공정이 필수이다. 이때, 스핀세정기(매엽세정)로 불산과 오존수를 조합한 세정 혹은 배치방식으로 불산과 오존수를 조합한 세정을 행함으로써, 60~90/μm 범위의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값을 0.1nm3 이하로 할 수 있다. 또한, SC1세정을 행하는 경우에는, 액조성 NH4OH:H2O2:H2O=1:1:10의 경우에는 세정온도를 45℃ 이하로 함으로써, 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값을 0.1nm3 이하로 할 수 있다. 불산과 오존수세정과 SC1을 조합한 세정을 행해도 상관없다. 이러한 플로우로 기준 실리콘 기판을 준비할 수 있다. 이때, 준비한 실리콘 기판의 AFM 측정을 행하여, 60~90/μm 범위의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값이 0.1nm3 이하인 것을 확인하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 공간주파수대 60~90/μm의 범위의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값의 하한값은 0.0nm3 이상인데, 0.01nm3 이상으로 할 수도 있다.The reference silicon substrate needs to have a Sa value of 0.5 nm or less and an average value of the power spectral density (intensity) in the spatial frequency range of 60 to 90/μm of 0.1 nm 3 or less. This is because if a silicon substrate with an average value of power spectrum density (intensity) in the spatial frequency range of 60 to 90/μm greater than 0.1 nm 3 is used as a reference silicon substrate, it becomes difficult to separate the thick oxide film due to surface roughness. As described above, since the roughness component of 60 to 90/μm is formed by SC1 cleaning rather than CMP or single-wafer cleaning, it is necessary to limit the cleaning conditions after polishing when preparing a reference silicon substrate. Usually, after polishing, a large amount of abrasive particles adhere, so a cleaning process is essential. At this time, by performing cleaning with a combination of hydrofluoric acid and ozonated water using a spin cleaner (sheet wafer cleaning) or cleaning with a combination of hydrofluoric acid and ozonated water using a batch method, the average value of the power spectrum density (intensity) in the range of 60 to 90/μm is 0.1nm 3 It can be done as below. Additionally, when performing SC1 cleaning, when the liquid composition is NH 4 OH:H 2 O 2 :H 2 O=1:1:10, the cleaning temperature is set to 45°C or lower to obtain the average value of the power spectrum density (intensity). It can be set to 0.1nm 3 or less. It is okay to perform a cleaning using a combination of hydrofluoric acid and ozone water cleaning and SC1. A reference silicon substrate can be prepared with this flow. At this time, it is more desirable to perform AFM measurement of the prepared silicon substrate and confirm that the average value of the power spectrum density (intensity) in the range of 60 to 90/μm is 0.1 nm 3 or less. Meanwhile, the lower limit of the average value of the power spectrum density (intensity) in the spatial frequency range of 60 to 90/μm is 0.0 nm 3 or more, but can also be 0.01 nm 3 or more.

(제1 막두께 측정공정)(First film thickness measurement process)

다음으로, 도 1의 S2에 나타내는 바와 같이, 피평가 실리콘 기판의 산화막두께를 엘립소미터로 측정한다. 전술한 바와 같이 엘립소미터에는, 광원으로서 레이저를 이용하는 단파장 타입과, 다수의 파장성분을 포함하고 백색광원을 이용하는 분광 타입이 존재한다. 광원의 제한은 없는데, 정밀도 좋게 막두께를 평가할 수 있는 정보량이 많은 분광 타입을 이용하는 편이 보다 바람직하다. 또한, 엘립소미터의 측정방법은 공지의 방법으로 행할 수 있다. 막두께를 구하려면 기판 시료에 따른 모델을 작성할 필요가 있고, 이 모델의 작성에는 시료의 물성에 따른 조건을 설정함으로써 행해지며, 설정되는 조건의 항목에는 기판 및 막의 재질, 각 막층의 막두께, 기판 및 막의 광학상수 등이 있다. 특히, 광학상수 등은 기지의 문헌값을 인용할 필요가 있고, 이때, 문헌값의 보고예는 복수 존재한다. 따라서, 본 발명에서는 제1 막두께 측정공정 및 후술하는 제2 막두께 측정공정의 모델 및 인용하는 광학상수를 동일하게 하는 것이 보다 바람직하고, 동일하게 함으로써 보다 정밀도 좋게 막두께를 평가할 수 있다. 이때, 제1 막두께 측정에서 얻어진 막두께는, 상기 서술한 기판의 표면거칠기의 영향을 받고 있을 가능성이 있다. 이에, 후술하는 방법으로, 이 표면거칠기 기인의 막두께가 포함되어 있는지 검증, 판정을 행한다.Next, as shown in Fig. 1 S2, the oxide film thickness of the silicon substrate to be evaluated is measured with an ellipsometer. As described above, there are two types of ellipsometers: a short-wavelength type that uses a laser as a light source, and a spectroscopic type that includes multiple wavelength components and uses a white light source. There are no restrictions on the light source, but it is more preferable to use a spectroscopic type with a large amount of information that can accurately evaluate the film thickness. Additionally, the measurement method of the ellipsometer can be performed by a known method. To obtain the film thickness, it is necessary to create a model according to the substrate sample. This model is created by setting conditions according to the physical properties of the sample. The items of the conditions to be set include the materials of the substrate and film, the film thickness of each film layer, These include the optical constants of the substrate and film. In particular, it is necessary to cite known literature values for optical constants and the like, and at this time, there are multiple reported examples of literature values. Therefore, in the present invention, it is more preferable to make the model and quoted optical constants of the first film thickness measurement process and the second film thickness measurement process described later the same, and by making them the same, the film thickness can be evaluated with greater precision. At this time, the film thickness obtained in the first film thickness measurement may be affected by the surface roughness of the substrate described above. Accordingly, by a method described later, it is verified and determined whether the film thickness caused by this surface roughness is included.

(산화막 제거공정)(Oxidation film removal process)

계속해서 실리콘 기판의 표면거칠기의 영향을 조사한다. 도 1의 S3에 나타내는 바와 같이, 피평가 실리콘 기판과 기준 실리콘 기판의 산화막을 완전히 제거한다. 제거방법은 특별히 한정되지 않는데, 불산세정을 행하는 것이 보다 바람직하다. 불산의 작용으로는, 산화막은 에칭하지만 Si는 에칭하지 않기 때문에, 간편하게 안정적으로 자연산화막만을 완전히 제거할 수 있고, 게다가 표면거칠기도 불산세정 전후에서 크게 변화하지 않으므로, 특히 표면거칠기의 영향을 평가하기 위해 유효하다. 이때, 불산의 농도나 세정시간 등에 제한은 없고, 완전히 산화막이 제거되면 된다. 예를 들어 완전히 산화막이 제거된 경우는 베어면이 노출되기 때문에, 발수면이 된다. 이에 반해 표면에 산화막이 존재하는 경우는 친수면이 되기 때문에, 세정 후의 면상태에서 산화막이 제거되어 있는지 판단할 수 있다. 조건의 일례는, 예를 들어, 불산 농도가 0.3~5.0wt%, 온도가 10~30℃, 세정시간이 60~360초이다.We continue to investigate the influence of the surface roughness of the silicon substrate. As shown in Figure S3, the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate is completely removed. The removal method is not particularly limited, but hydrofluoric acid washing is more preferable. Because the action of hydrofluoric acid etches the oxide film but does not etch Si, only the natural oxide film can be completely removed easily and stably. Moreover, since the surface roughness does not change significantly before and after hydrofluoric acid cleaning, it is particularly useful to evaluate the effect of surface roughness. It is valid for At this time, there are no restrictions on the concentration of hydrofluoric acid or cleaning time, and the oxide film can be completely removed. For example, when the oxide film is completely removed, the bare surface is exposed and becomes a water-repellent surface. On the other hand, if an oxide film exists on the surface, it becomes a hydrophilic surface, so it can be determined whether the oxide film has been removed from the surface after cleaning. Examples of conditions include, for example, a hydrofluoric acid concentration of 0.3 to 5.0 wt%, a temperature of 10 to 30°C, and a cleaning time of 60 to 360 seconds.

(산화막 형성공정)(Oxide film formation process)

다음으로, 도 1의 S4에 나타내는 바와 같이, 산화막이 완전히 제거된 피평가 실리콘 기판과 기준 실리콘 기판에 대하여, 동일 조건으로 산화막을 형성한다. 이와 같이 동일 조건으로 산화막을 형성함으로써, 후술하는 제2 막두께 측정의 결과로부터 기판의 표면거칠기의 영향을 의논할 수 있다. 이때, 산화막 형성방법으로는 특별히 제한은 없는데, 보다 바람직하게는 오존수 혹은 과산화수소수로 기판 표면을 산화하는 것이 바람직하다. 오존수나 과산화수소수는 강한 산화작용이 있어, 약 1nm 정도의 자연산화막을 간편하게 안정적으로 형성할 수 있기 때문에, 보다 안정적으로 막두께 영향인자 기인의 막두께에 대한 영향의 평가를 행할 수 있다. 특히 스핀세정 및 배치세정기이면, 전술한 불산세정과 그 후의 오존수 혹은 과산화수소수세정을 1배치로 행할 수 있어, 수고도 적게 든다. 과산화수소수보다 산화작용이 강하고, 안정되어 있는 오존수세정을 행하는 것이 보다 바람직하다. 이 공정에 있어서의 피평가 실리콘 기판과 기준 실리콘 기판의 산화막의 막두께 편차는, 가능한 한 작은 편이 바람직하기 때문이다.Next, as shown in S4 of FIG. 1, an oxide film is formed under the same conditions on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate from which the oxide film has been completely removed. By forming the oxide film under the same conditions in this way, the influence of the surface roughness of the substrate can be discussed from the results of the second film thickness measurement described later. At this time, there is no particular limitation on the method of forming the oxide film, but it is more preferable to oxidize the substrate surface with ozone water or hydrogen peroxide water. Since ozone water and hydrogen peroxide have a strong oxidizing effect and can easily and stably form a natural oxide film of about 1 nm, the influence on film thickness due to film thickness influencing factors can be evaluated more stably. In particular, if it is a spin cleaning or batch cleaning machine, the hydrofluoric acid cleaning and the subsequent ozone water or hydrogen peroxide cleaning can be performed in one batch, requiring less effort. It is more preferable to clean with ozone water, which has a stronger oxidizing effect and is more stable than hydrogen peroxide. This is because it is desirable that the film thickness difference between the oxide film of the silicon substrate being evaluated and the reference silicon substrate in this process be as small as possible.

(제2 막두께 측정공정)(Second film thickness measurement process)

다음으로, 도 1의 S5에 나타내는 바와 같이, 동일 조건으로 산화막을 형성한 피평가 실리콘 기판과 기준 실리콘 기판의 산화막두께를, 엘립소미터로 평가한다. 평가방법은 제1 막두께 측정과 동일한 방법을 이용하면 된다.Next, as shown in S5 in FIG. 1, the oxide film thickness of the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate on which the oxide film was formed under the same conditions are evaluated using an ellipsometer. The evaluation method may be the same as the first film thickness measurement.

(막두께 평가공정)(Film thickness evaluation process)

다음으로, 도 1의 S6에 나타내는 바와 같이, 제1 막두께 측정공정에서 취득한 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 전체에 있어서의 막두께 영향인자 기인의 막두께의 평가를 행한다.Next, as shown in Fig. 1 S6, the film thickness due to the film thickness influencing factor in the entire film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated obtained in the first film thickness measurement process is evaluated.

먼저 제2 막두께 측정결과의 해석에 대하여 서술한다. 제2 막두께 측정에서는 동일 조건으로 형성된 산화막의 막두께를 평가하고 있다. 따라서, 기판(각 수준) 사이에 표면거칠기 등의 막두께 영향인자 기인의 영향이 없으면, 양자는 동등한 막두께가 될 것이다. 후막화되도록 기판의 표면거칠기의 영향을 받고 있는 경우는, 피평가 실리콘 기판의 막두께 쪽이 기준 실리콘 기판의 막두께보다도 두꺼워진다. 이러한 경우는, 제1 공정에서 취득한 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께에는, 피평가 실리콘 기판 상의 특정한 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함되어 있다고 판정할 수 있다.First, the interpretation of the second film thickness measurement results will be described. In the second film thickness measurement, the film thickness of the oxide film formed under the same conditions is evaluated. Therefore, if there is no influence between the substrates (each level) due to film thickness influencing factors such as surface roughness, both will have the same film thickness. When the surface roughness of the substrate is influenced to thicken the film, the film thickness of the silicon substrate being evaluated becomes thicker than the film thickness of the reference silicon substrate. In this case, it can be determined that the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated, obtained in the first step, includes the film thickness of the oxide film resulting from the specific surface roughness on the silicon substrate to be evaluated.

이때, 구체적으로는, 제2 막두께 측정공정에서 취득한 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께로부터, 제2 막두께 측정공정에서 취득한 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 뺀 차분 막두께가 0.02nm 이상, 0.2nm 이하인 경우에, 제1 막두께 측정공정에서 취득한 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께에 피평가 실리콘 기판의 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함되어 있다고 판정하는 것이 바람직하다. 본 발명자들이 조사한 결과, 차분 막두께가 0.02nm 미만인 경우는 엘립소미터 측정의 편차 기인의 가능성도 생각되기 때문에, 하한 임계값을 0.02nm 이상으로 하면 보다 정밀도가 높아진다. 또한, 세정조건을 할당한 피평가 실리콘 기판을 복수 준비하고, 제2 막두께 측정으로부터 얻어지는 차분 막두께를 산출한 결과, 그 차분은 최대로도 0.2nm였기 때문에, 상한 임계값을 0.2nm로 하는 것이 현실적이다. 이와 같이 평가를 행하는 것으로 하면, 엘립소미터로 얻어진 막두께값이, 특히, 표면거칠기의 영향을 받고 있는지 여부를 정밀도 높게 판정할 수 있다.At this time, specifically, the differential film thickness obtained by subtracting the film thickness of the oxide film on the reference silicon substrate obtained in the second film thickness measurement process from the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated obtained in the second film thickness measurement process is 0.02 nm or more. , if it is 0.2 nm or less, it is desirable to determine that the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated, obtained in the first film thickness measurement process, includes the film thickness of the oxide film resulting from the surface roughness of the silicon substrate to be evaluated. As a result of investigation by the present inventors, it is thought that if the differential film thickness is less than 0.02 nm, it may be due to deviation in the ellipsometer measurement. Therefore, if the lower limit threshold is set to 0.02 nm or more, the accuracy will be further increased. In addition, a plurality of silicon substrates to be evaluated to which cleaning conditions were assigned were prepared, and the differential film thickness obtained from the second film thickness measurement was calculated. As a result, the difference was 0.2 nm at the maximum, so the upper limit threshold was set to 0.2 nm. It is realistic. By performing evaluation in this way, it is possible to determine with high precision whether the film thickness value obtained with the ellipsometer is particularly affected by surface roughness.

나아가, 제1 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께로부터, 차분 막두께, 즉 표면거칠기에서 기인한 막두께를 뺌으로써, 피평가 실리콘 기판의 표면거칠기의 영향을 제거한 산화막의 막두께를 산출, 평가할 수 있다. 특히 피평가 실리콘 기판이 복수 수준 있는 경우에는, 도 7에 나타낸 바와 같은 수준 사이에 있어서의 막두께 변동인자를 상대적으로 평가할 수 있다.Furthermore, the differential film thickness, that is, the film thickness resulting from surface roughness, is subtracted from the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated obtained in the first film thickness measurement process, so that the influence of the surface roughness of the silicon substrate to be evaluated is removed. The film thickness can be calculated and evaluated. In particular, when the silicon substrate to be evaluated has multiple levels, the film thickness variation factor between levels as shown in FIG. 7 can be relatively evaluated.

또한, 본 발명에 따른 산화막의 막두께 평가방법에 있어서의 상기 표면거칠기는, 공간주파수가 60~90/μm인 거칠기성분으로 할 수 있다. 공간주파수 60~90/μm의 거칠기성분이 산화막두께에 따라 강한 영향을 주기 때문에, 보다 정밀도 높게 표면거칠기의 영향의 평가를 행할 수 있다. 또한, 상기 표면거칠기는 SC1세정으로 형성된 거칠기성분으로 할 수 있다. 공간주파수 60~90/μm의 거칠기성분은 특히 SC1세정으로 형성되기 때문이며, 특정한 세정공정에서 기인한 표면거칠기의 영향의 평가를 보다 정밀도 높게 행할 수 있다.In addition, the surface roughness in the method for evaluating the film thickness of an oxide film according to the present invention can be a roughness component with a spatial frequency of 60 to 90/μm. Since the roughness component with a spatial frequency of 60 to 90/μm has a strong influence depending on the oxide film thickness, the influence of surface roughness can be evaluated with greater precision. Additionally, the surface roughness can be determined by the roughness component formed by SC1 cleaning. This is because the roughness component with a spatial frequency of 60 to 90/μm is especially formed by SC1 cleaning, and the influence of surface roughness resulting from a specific cleaning process can be evaluated with greater precision.

[산화막부착 실리콘 기판의 제조방법][Manufacturing method of silicon substrate with oxide film]

상기 본 발명에 따른 산화막의 막두께 평가방법에 의해 평가한 막두께 영향인자 기인의 막두께에 기초하여 실리콘 기판의 산화막 형성 전의 세정조건 및/또는 산화조건을 설정하고, 이 세정조건 및/또는 산화조건을 이용하여 실리콘 기판의 세정과 실리콘 기판 상에 대한 산화막의 형성을 행하여, 산화막부착 실리콘 기판을 제조하는 산화막부착 실리콘 기판의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따른 산화막의 막두께 평가방법에 의하면, 막두께 영향인자 기인의 후막화분을 판별할 수 있기 때문에, 예를 들어 실리콘 기판의 산화막의 막두께가 자연산화막의 구조와 기판 표면거칠기 중 어느 쪽의 인자의 영향을 보다 강하게 받고 있는지 해석할 수 있고, 이 결과를 이용하여, 자연산화막의 구조, 기판의 표면거칠기 및/또는 산화조건을 조정함으로써 산화막의 막두께를 정밀도 높게 제어하여 산화막부착 실리콘 기판을 제조할 수 있다.Based on the film thickness due to the film thickness influencing factors evaluated by the film thickness evaluation method of the oxide film according to the present invention, cleaning conditions and/or oxidation conditions before forming the oxide film on the silicon substrate are set, and these cleaning conditions and/or oxidation conditions are set. A method for manufacturing a silicon substrate with an oxide film is provided, in which a silicon substrate with an oxide film is manufactured by cleaning the silicon substrate and forming an oxide film on the silicon substrate using conditions. According to the method for evaluating the film thickness of the oxide film according to the present invention, it is possible to determine the thickness of the film due to the film thickness influencing factor. For example, the film thickness of the oxide film of a silicon substrate is determined by either the structure of the natural oxide film or the substrate surface roughness. It is possible to analyze whether the factors of can be manufactured.

<제2 실시형태><Second Embodiment>

다음으로, 본 발명에 따른 제2 실시형태에 따른 산화막의 막두께 평가방법에 대하여 상세히 설명한다.Next, a method for evaluating the film thickness of an oxide film according to a second embodiment of the present invention will be described in detail.

[산화막의 막두께 평가방법][Method for evaluating the film thickness of oxide film]

실리콘 기판의 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.15nm3 이상인 경우에, 실리콘 기판 상에 형성하는 산화막의 막두께에, 막두께 영향인자인 실리콘 기판의 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함된다고 판정하는 산화막의 막두께 평가방법이 제공된다. 상기 서술한 바와 같이 공간주파수대 60~90/μm 범위의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값이 0.15nm3 이상 존재하면, 엘립소미터로 측정되는 자연산화막의 막두께에 실리콘 기판의 표면거칠기 기인의 막두께가 포함된다. 따라서, 실리콘 기판의 AFM 측정을 행하고, 표면 프로파일 데이터의 스펙트럼 해석으로부터 PSD 곡선을 취득함으로써, 막두께 영향인자인 실리콘 기판의 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함되는지 여부를 간편하게 판정할 수 있다.When the average value of the power spectral density at a spatial frequency of 60 to 90/μm on the surface of the silicon substrate is 0.15 nm 3 or more, the surface of the silicon substrate, which is a film thickness influencing factor in the film thickness of the oxide film formed on the silicon substrate, A method for evaluating the film thickness of an oxide film is provided, which determines that the film thickness of the oxide film resulting from roughness is included. As described above, if the average value of the power spectrum density (intensity) in the spatial frequency range of 60 to 90/μm is more than 0.15 nm 3 , the film thickness of the natural oxide film measured with an ellipsometer is due to the surface roughness of the silicon substrate. Thickness is included. Therefore, by performing AFM measurement of the silicon substrate and obtaining a PSD curve from spectral analysis of the surface profile data, it can be easily determined whether the film thickness of the oxide film resulting from the surface roughness of the silicon substrate, which is a film thickness influencing factor, is included. .

이상 설명한 실리콘 기판 상의 산화막 평가방법이면, 엘립소미터로 얻어지는 산화막의 막두께에 대하여, 표면거칠기 등의 막두께 영향인자의 영향을 고려한 산화막의 막두께를 평가할 수 있다. 나아가 산화막의 막두께 변동요인을 실리콘 기판의 표면거칠기와 자연산화막의 구조로 구별하는 것도 가능하여, 종래보다도 정밀도 높게 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 평가할 수 있다.Using the method for evaluating the oxide film on a silicon substrate described above, it is possible to evaluate the film thickness of the oxide film obtained with an ellipsometer, taking into account the influence of film thickness influencing factors such as surface roughness. Furthermore, it is possible to distinguish the factors causing variation in the film thickness of the oxide film from the surface roughness of the silicon substrate and the structure of the native oxide film, making it possible to evaluate the film thickness of the oxide film on the silicon substrate with greater precision than before.

실시예Example

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하는데, 이는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, which do not limit the present invention.

(실시예 1)(Example 1)

피평가 실리콘 기판으로서, CMP 연마 후에, 매엽세정, SC1세정으로 세정한 실리콘 웨이퍼를 준비하였다. 구체적인 조건은 표 1과 같다.As a silicon substrate to be evaluated, a silicon wafer cleaned by CMP polishing, sheet wafer cleaning, and SC1 cleaning was prepared. Specific conditions are listed in Table 1.

미리, 수준 0의 기판에 대하여, 관찰시야 1μm×1μm로 AFM 측정을 행하고, 프로파일 데이터의 스펙트럼 해석으로부터, PSD 곡선을 취득하였다. Sa는 0.0521nm로, 0.5nm 이하이고, 공간주파수 60~90/μm의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값은 0.081nm3로, 0.1nm3 이하였던 점에서, 이 수준 0을 기준 실리콘 기판으로 하였다. 그리고 수준 1~6을 피평가 실리콘 기판으로 하였다. 이어서 피평가 실리콘 기판의 제1 막두께 측정을, J.A.Woollam사제 분광 엘립소미터 M-2000V로 실시하였다. 그 결과, 수준 1이 1.033nm, 수준 2가 1.109nm, 수준 3이 1.121nm, 수준 4가 1.169nm, 수준 5가 1.114nm, 수준 6이 1.109nm가 되었다.In advance, AFM measurement was performed on a level 0 substrate with an observation field of view of 1 μm x 1 μm, and a PSD curve was obtained from spectral analysis of the profile data. Sa is 0.0521 nm, which is 0.5 nm or less, and the average value of the power spectrum density (intensity) at a spatial frequency of 60 to 90/μm is 0.081 nm 3 and is 0.1 nm 3 or less, so this level of 0 was used as the reference silicon substrate. . And levels 1 to 6 were used as silicon substrates to be evaluated. Next, the first film thickness measurement of the silicon substrate to be evaluated was performed using a spectroscopic ellipsometer M-2000V manufactured by JAWoollam. As a result, level 1 was 1.033nm, level 2 was 1.109nm, level 3 was 1.121nm, level 4 was 1.169nm, level 5 was 1.114nm, and level 6 was 1.109nm.

다음으로 피평가 실리콘 기판 6수준과 기준 실리콘 기판 1수준의 합계 7수준의 기판에 대하여, 0.5wt%의 불산세정을 세정온도 25℃, 세정시간 3min으로 산화막 제거를 행하였다. 세정 후의 면상태가 발수면인 점에서, 완전히 산화막이 제거되어 있는 것을 확인하였다. 다음으로 상기 합계 7수준의 기판을, 농도 20ppm의 오존수로 세정온도 25℃, 세정시간 3min으로 세정하여, 동일 조건으로 표면에 자연산화막을 형성하였다.Next, 0.5 wt% hydrofluoric acid cleaning was performed on a total of 7 levels (level 6 of the evaluated silicon substrate and level 1 of the reference silicon substrate) to remove the oxide film at a cleaning temperature of 25°C and a cleaning time of 3 minutes. Since the surface after washing was a water-repellent surface, it was confirmed that the oxide film had been completely removed. Next, the substrates of the above total 7 levels were cleaned with ozone water with a concentration of 20 ppm at a cleaning temperature of 25°C and a cleaning time of 3 minutes, and a natural oxide film was formed on the surface under the same conditions.

계속해서 J.A.Woollam사제 분광 엘립소미터 M-2000V로, 합계 7수준의 실리콘 기판의 제2 막두께 측정을 행하였다. 그 결과, 수준 0이 1.199nm, 수준 1이 1.202nm, 수준 2가 1.248nm, 수준 3이 1.250nm, 수준 4가 1.291nm, 수준 5가 1.206nm, 수준 6이 1.202nm가 되었다. 제2 막두께에 있어서의 각 수준과 수준 0의 차분 막두께를 산출한 결과, 수준 1이 0.003nm, 수준 2가 0.049nm, 수준 3이 0.051nm, 수준 4가 0.092nm, 수준 5가 0.007nm, 수준 6이 0.003nm가 되었다. 수준 1, 5, 6의 차분 막두께는 0.01nm 이하인 점에서, 수준 1, 5, 6의 제1 막두께에는, 표면거칠기 기인의 막두께가 포함되어 있지 않다고 판단하였다. 수준 2, 3, 4는, 차분 막두께가 0.02nm 이상 또한 0.20nm 이하인 점에서, 수준 2, 3, 4의 제1 막두께에는, 표면거칠기 기인의 막두께가 포함되어 있다고 판단하였다.Subsequently, the second film thickness of a total of 7 levels of silicon substrate was measured using a spectroscopic ellipsometer M-2000V manufactured by J.A.Woollam. As a result, level 0 was 1.199nm, level 1 was 1.202nm, level 2 was 1.248nm, level 3 was 1.250nm, level 4 was 1.291nm, level 5 was 1.206nm, and level 6 was 1.202nm. As a result of calculating the differential film thickness of each level and level 0 in the second film thickness, level 1 was 0.003 nm, level 2 was 0.049 nm, level 3 was 0.051 nm, level 4 was 0.092 nm, and level 5 was 0.007 nm. , level 6 became 0.003nm. Since the differential film thickness of levels 1, 5, and 6 was 0.01 nm or less, it was determined that the first film thickness of levels 1, 5, and 6 did not include the film thickness due to surface roughness. In levels 2, 3, and 4, the differential film thickness was 0.02 nm or more and 0.20 nm or less, so it was judged that the first film thickness of levels 2, 3, and 4 included the film thickness caused by surface roughness.

나아가 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께를 산출하였다. 수준 2, 3, 4는, 제1 막두께로부터 제2 막두께에 있어서의 수준 0과의 차분 막두께를 뺌으로써 산출하였다. 예를 들어 수준 2에서 생각하면, 제1 막두께 1.109nm로부터 제2 막두께의 차분 막두께 0.049nm를 뺀 1.060nm가, 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께가 된다. 한편, 수준 1, 5, 6은 거칠기의 영향이 없기 때문에, 제1 막두께를 그대로 채용하고, 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께는 제1 막두께와 동일한 값으로 하였다. 이와 같이 하여 계산한 결과, 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께는, 수준 1이 1.033nm, 수준 2가 1.060nm, 수준 3이 1.070nm, 수준 4가 1.077nm, 수준 5가 1.114nm, 수준 6이 1.109nm가 되었다.Furthermore, the film thickness excluding the influence of surface roughness was calculated from the first film thickness. Levels 2, 3, and 4 were calculated by subtracting the difference film thickness from level 0 in the second film thickness from the first film thickness. For example, considering at level 2, 1.060 nm obtained by subtracting the differential film thickness of 0.049 nm of the second film thickness from the first film thickness of 1.109 nm becomes the film thickness with the influence of surface roughness removed from the first film thickness. On the other hand, since there is no influence of roughness in levels 1, 5, and 6, the first film thickness was adopted as is, and the film thickness after removing the influence of surface roughness from the first film thickness was set to the same value as the first film thickness. As a result of calculation in this way, the film thickness after removing the effect of surface roughness from the first film thickness is 1.033 nm for level 1, 1.060 nm for level 2, 1.070 nm for level 3, 1.077 nm for level 4, and 1.114 nm for level 5. nm, level 6 became 1.109nm.

여기서 수준 1, 2, 3, 4에 착안하면, 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께의 대소관계와 제1 막두께의 대소관계가 어느 쪽도,Here, focusing on levels 1, 2, 3, and 4, both the magnitude relationship between the film thickness that removes the influence of surface roughness from the first film thickness and the magnitude relationship between the first film thickness are:

수준 4>수준 3>수준 2>수준 1Level 4>Level 3>Level 2>Level 1

이 되었다. 수준 1, 2, 3, 4는 SC1세정조건을 변경하고 있는 수준인 점에서, 세정조건에 따라 자연산화막의 표면거칠기와 구조의 양방이 작용함으로써, 제1 막두께의 값이 변동된 것을 밝혀냈다.It became. Since levels 1, 2, 3, and 4 are levels where the SC1 cleaning conditions are changed, it was found that the value of the first film thickness changed due to both the surface roughness and structure of the natural oxide film acting depending on the cleaning conditions.

나아가 표 2에는, 수준 1, 2, 3, 4에 있어서, 제1 막두께가 가장 얇은 수준 1에 대하여, 수준 2, 3, 4의 막두께가 두꺼워지는 요인에 대하여 해석한 결과를 나타낸다. 여기서는, 제2 막두께의 수준 1에 대한 차분 막두께를 표면거칠기 기인의 막두께(α), 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께에 대한, 수준 2-4의 수준 1에 대한 차분 막두께를 자연산화막의 구조 기인의 막두께(β)로 하였다.Furthermore, Table 2 shows the results of analysis of the factors that cause the film thicknesses of levels 2, 3, and 4 to become thicker with respect to level 1, where the first film thickness is the thinnest, in levels 1, 2, 3, and 4. Here, the differential film thickness for level 1 of the second film thickness is the film thickness (α) due to surface roughness, the film thickness with the effect of surface roughness removed from the first film thickness, and level 1 of levels 2-4. The differential film thickness was taken as the film thickness (β) due to the structure of the natural oxide film.

그 결과, α는 수준 2에서 0.046nm, 수준 3에서 0.048nm, 수준 4에서 0.089nm가 되고, β는 수준 2에서 0.027nm, 수준 3에서 0.037nm, 수준 4에서 0.044nm가 되었다. 나아가 α/β를 산출하면, 수준 2가 1.703, 수준 3이 1.297, 수준 4가 2.022가 되었다. 이 결과를 고찰하면, 수준 2와 3은 α의 값이 거의 동등한 점에서, 수준 2, 3은 표면거칠기 기인의 막두께가 포화되어 있다고 생각된다. 수준 2보다 수준 3이 제1 측정의 막두께가 두꺼운 것은, 수준 3이 자연산화막의 구조 기인의 막두께가 두꺼워지기 때문이라고 알 수 있었다. 수준 4는 α/β가 가장 높고, 이것은 액조성을 1:1:10에서 1:1:100으로 하여, 보다 에칭 우세의 약액이 됨으로써, 표면거칠기 기인의 막두께가 지배적이 된다고 생각된다. 이와 같이, 세정조건을 변경했을 때의 막두께 변동요인을 상세히 해석할 수 있었다.As a result, α became 0.046 nm at level 2, 0.048 nm at level 3, and 0.089 nm at level 4, and β became 0.027 nm at level 2, 0.037 nm at level 3, and 0.044 nm at level 4. Furthermore, calculating α/β, level 2 was 1.703, level 3 was 1.297, and level 4 was 2.022. Considering this result, since the values of α for levels 2 and 3 are almost equal, it is considered that the film thickness at levels 2 and 3 is saturated due to surface roughness. It was found that the film thickness of level 3 in the first measurement was thicker than that of level 2 because the film thickness of level 3 was thicker due to the structure of the natural oxide film. Level 4 has the highest α/β, and it is thought that this changes the liquid composition from 1:1:10 to 1:1:100, making it a more etching-dominant chemical liquid, and the film thickness caused by the surface roughness becomes dominant. In this way, it was possible to analyze in detail the factors causing variation in film thickness when cleaning conditions were changed.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 2에서는, 열산화막의 막두께 평가를 행하였다. 피평가 실리콘 기판으로서, CMP 연마 후에, 매엽세정 또는 SC1세정으로 세정한 실리콘 기판을 준비하였다. 구체적인 조건은 표 3과 같다.In Example 2, the film thickness of the thermal oxidation film was evaluated. As a silicon substrate to be evaluated, a silicon substrate cleaned by sheet wafer cleaning or SC1 cleaning after CMP polishing was prepared. Specific conditions are shown in Table 3.

준비한 실리콘 기판에 대하여, 막두께 5nm 목표로 열산화를 행하였다. 그 후, 수준 A의 기판에 대하여 관찰시야 1μm×1μm로 AFM 측정을 행하고, 프로파일 데이터의 스펙트럼 해석으로부터 PSD 곡선을 취득하였다. 그 결과, Sa는 0.011nm로 0.5nm 이하, 공간주파수 60~90/μm의 파워 스펙트럼 밀도(강도)의 평균값은 0.094nm3로 0.1nm3 이하였던 점에서, 이 수준 A의 기판을 기준 실리콘 기판으로 하고, 수준 B, C, D, E의 4수준의 기판을 피평가 실리콘 기판으로 하였다.The prepared silicon substrate was thermally oxidized with a target film thickness of 5 nm. After that, AFM measurement was performed on the level A substrate with an observation field of view of 1 μm x 1 μm, and a PSD curve was obtained from spectral analysis of the profile data. As a result, Sa was 0.011 nm, which is 0.5 nm or less, and the average value of the power spectrum density (intensity) at the spatial frequency of 60 to 90/μm was 0.094 nm 3 , which was 0.1 nm 3 or less, so this level A substrate was considered the reference silicon substrate. , and four level substrates of levels B, C, D, and E were used as silicon substrates to be evaluated.

이어서 피평가 실리콘 기판의 제1 막두께 측정을, J.A.Woollam사제 분광 엘립소미터 M-2000V로 실시하였다. 그 결과, 수준 B가 5.185nm, 수준 C가 5.269nm, 수준 D가 5.272nm, 수준 E가 5.318nm가 되었다.Next, the first film thickness measurement of the silicon substrate to be evaluated was performed using a spectroscopic ellipsometer M-2000V manufactured by J.A.Woollam. As a result, level B was 5.185 nm, level C was 5.269 nm, level D was 5.272 nm, and level E was 5.318 nm.

다음으로, 피평가 실리콘 기판 4수준과 기준 실리콘 기판 1수준의 합계 5수준의 기판에 대하여, 5wt%의 불산세정을, 세정온도 25℃, 세정시간 10min으로 행하였다. 막두께가 두껍기 때문에, 농도와 세정시간을 실시예 1로부터 변경하였다. 세정 후의 면상태가 발수면인 점에서, 완전히 산화막이 제거되어 있는 것을 확인하였다. 다음으로 농도 20ppm의 오존수를 이용하여 합계 5수준의 기판을 세정온도 25℃, 세정시간 3min으로 세정하여, 동일 조건으로 표면에 자연산화막을 형성하였다.Next, a 5 wt% hydrofluoric acid cleaning was performed on a total of 5 levels of the silicon substrate to be evaluated (level 4 and standard silicon substrate level 1) at a cleaning temperature of 25°C and a cleaning time of 10 minutes. Because the film thickness was thick, the concentration and cleaning time were changed from Example 1. Since the surface after washing was a water-repellent surface, it was confirmed that the oxide film had been completely removed. Next, a total of 5 levels of substrate were cleaned using ozonated water with a concentration of 20 ppm at a cleaning temperature of 25°C and a cleaning time of 3 minutes, and a natural oxide film was formed on the surface under the same conditions.

계속해서, J.A.Woollam사제 분광 엘립소미터 M-2000V로, 합계 5수준의 실리콘 기판의 제2 막두께 측정을 행하였다. 그 결과, 수준 A가 1.201nm, 수준 B가 1.201nm, 수준 C가 1.249nm, 수준 D가 1.249nm, 수준 E가 1.285nm가 되었다. 제2 막두께에 있어서의 각 수준 B, C, D, E와 수준 A의 차분 막두께를 산출한 결과, 수준 B가 0.000nm, 수준 C가 0.048nm, 수준 D가 0.048nm, 수준 E가 0.084nm가 되었다. 수준 B의 차분 막두께는 0.01nm 이하인 점에서, 수준 B의 제1 막두께에는 표면거칠기 기인의 막두께가 포함되어 있지 않다고 판단하였다. 수준 C, D, E는 차분 막두께가 0.02nm 이상 또한 0.20nm 이하인 점에서, 수준 C, D, E의 제1 막두께에는 표면거칠기 기인의 막두께가 포함되어 있다고 판단하였다.Subsequently, the second film thickness of a total of 5 levels of silicon substrate was measured using a spectroscopic ellipsometer M-2000V manufactured by J.A.Woollam. As a result, level A was 1.201 nm, level B was 1.201 nm, level C was 1.249 nm, level D was 1.249 nm, and level E was 1.285 nm. As a result of calculating the differential film thickness of each level B, C, D, E and level A in the second film thickness, level B was 0.000 nm, level C was 0.048 nm, level D was 0.048 nm, and level E was 0.084 nm. It became nm. Since the differential film thickness of level B was 0.01 nm or less, it was determined that the first film thickness of level B did not include the film thickness due to surface roughness. Since the differential film thickness of levels C, D, and E was 0.02 nm or more and 0.20 nm or less, it was determined that the first film thickness of levels C, D, and E included the film thickness due to surface roughness.

나아가, 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께를 산출하였다. 수준 C, D, E는 제1 막두께로부터, 제2 막두께에 있어서의 수준 A와의 차분 막두께를 뺌으로써 산출하였다. 수준 B는 거칠기의 영향이 없기 때문에, 제1 막두께를 그대로 채용하고, 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께는 제1 막두께와 동일한 값으로 하였다. 이와 같이 하여 계산한 결과, 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께는, 수준 B가 5.185nm, 수준 C가 5.221nm, 수준 D가 5.224nm, 수준 E가 5.234nm가 되었다.Furthermore, the film thickness after removing the influence of surface roughness was calculated from the first film thickness. Levels C, D, and E were calculated by subtracting the difference film thickness from level A in the second film thickness from the first film thickness. Since level B has no influence of roughness, the first film thickness was adopted as is, and the film thickness after removing the influence of surface roughness from the first film thickness was set to the same value as the first film thickness. As a result of calculation in this way, the film thickness after removing the effect of surface roughness from the first film thickness was 5.185 nm for level B, 5.221 nm for level C, 5.224 nm for level D, and 5.234 nm for level E.

여기서 수준 B, C, D, E에 착안하면, 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께의 대소관계와 제1 막두께의 대소관계가 어느 쪽도,Here, focusing on levels B, C, D, and E, the magnitude relationship between the film thickness excluding the influence of surface roughness from the first film thickness and the magnitude relationship between the first film thickness are:

수준 E>수준 D>수준 C>수준 BLevel E>Level D>Level C>Level B

가 되었다. 수준 B, C, D, E는 SC1세정조건을 변경하고 있는 수준인 점에서, 세정조건에 따라 자연산화막의 표면거칠기와 구조의 양방이 작용함으로써 제1 막두께의 값이 변동된 것을 밝혀냈다.It has become. Since levels B, C, D, and E are levels where the SC1 cleaning conditions are changed, it was found that the value of the first film thickness changed due to the effect of both the surface roughness and structure of the natural oxide film depending on the cleaning conditions.

나아가 표 4에는, 수준 B, C, D, E에 있어서, 제1 막두께가 가장 얇은 수준 B에 대하여, 수준 C, D, E의 막두께가 두꺼워지는 요인에 대하여 해석한 결과를 나타낸다. 여기서는, 제2 막두께의 수준 B에 대한 차분 막두께를 표면거칠기 기인의 막두께(α), 제1 막두께로부터 표면거칠기의 영향을 제거한 막두께에 대하여, 수준 C, D, E의 수준 B에 대한 차분 막두께를 자연산화막의 구조 기인의 막두께(β)로 하였다.Furthermore, Table 4 shows the results of analysis of the factors that cause the film thicknesses of levels C, D, and E to become thicker with respect to level B, where the first film thickness is the thinnest, in levels B, C, D, and E. Here, the differential film thickness for level B of the second film thickness is the film thickness (α) caused by surface roughness, and the film thickness obtained by removing the influence of surface roughness from the first film thickness is level B of levels C, D, and E. The differential film thickness was taken as the film thickness (β) due to the structure of the natural oxide film.

그 결과, α는, 수준 C에서 0.048nm, 수준 D에서 0.048nm, 수준 E에서 0.084nm가 되고, β는, 수준 C에서 0.036nm, 수준 D에서 0.039nm, 수준 E에서 0.049nm가 되었다. 나아가 α/β를 산출하면, 수준 C가 1.333, 수준 D가 1.230, 수준 E가 1.714가 되었다. 이와 같이, 세정조건을 변경했을 때의 막두께 변동요인을 상세히 해석할 수 있었다.As a result, α became 0.048 nm at level C, 0.048 nm at level D, and 0.084 nm at level E, and β became 0.036 nm at level C, 0.039 nm at level D, and 0.049 nm at level E. Furthermore, calculating α/β, level C was 1.333, level D was 1.230, and level E was 1.714. In this way, it was possible to analyze in detail the factors causing variation in film thickness when cleaning conditions were changed.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 웨이퍼의 제조공정에서 형성되는 웨이퍼 표면거칠기 등의 막두께 영향인자의 영향을 포함한 막두께값인지 여부를 판정하고, 막두께 영향인자 기인의 막두께를 정밀도 높게 평가할 수 있었다.As described above, according to the embodiment of the present invention, it is determined whether the film thickness value includes the influence of film thickness influencing factors such as wafer surface roughness formed in the silicon wafer manufacturing process, and the film thickness due to the film thickness influencing factor is determined. could be evaluated with high precision.

한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.Meanwhile, the present invention is not limited to the above embodiments. The above-mentioned embodiment is an example, and anything that has substantially the same structure as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibits the same effects is included in the technical scope of the present invention.

Claims (10)

원자간력현미경에 의해 측정한 표면거칠기의 Sa값이 0.5nm 이하인 실리콘 기판 상의 산화막의 평가방법으로서,
평가를 행하는 산화막이 형성된 피평가 실리콘 기판과, 기판 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.1nm3 이하인 기준 실리콘 기판을 준비하는 기판 준비공정과,
상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 엘립소미터로 측정하는 제1 막두께 측정공정과,
상기 피평가 실리콘 기판 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막을 완전히 제거하는 산화막 제거공정과,
상기 산화막을 제거한 후의 상기 피평가 실리콘 기판 및 상기 기준 실리콘 기판 상에, 동일 조건으로 산화막을 형성하는 산화막 형성공정과,
상기 산화막 형성공정 후의 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를, 엘립소미터로 측정하는 제2 막두께 측정공정과,
상기 제2 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께 및 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께에 기초하여, 상기 제1 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 상기 산화막의 막두께 전체에 있어서의 막두께 영향인자 기인의 막두께의 평가를 행하는 막두께 평가공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
A method for evaluating an oxide film on a silicon substrate with a Sa value of surface roughness measured by an atomic force microscope of 0.5 nm or less,
A substrate preparation step of preparing a silicon substrate to be evaluated on which an oxide film is formed, and a reference silicon substrate having an average power spectral density of 0.1 nm 3 or less at a spatial frequency of 60 to 90/μm on the surface of the substrate;
A first film thickness measurement process of measuring the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated with an ellipsometer;
An oxide film removal process to completely remove the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate;
An oxide film forming step of forming an oxide film under the same conditions on the silicon substrate to be evaluated and the reference silicon substrate after removing the oxide film;
A second film thickness measurement process of measuring the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the oxide film on the reference silicon substrate after the oxide film formation process with an ellipsometer;
Based on the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated and the film thickness of the oxide film on the reference silicon substrate obtained in the second film thickness measurement step, the oxide film on the silicon substrate to be evaluated acquired in the first film thickness measurement step. A method for evaluating the film thickness of an oxide film, comprising a film thickness evaluation process for evaluating the film thickness due to the film thickness influencing factors in the entire film thickness.
제1항에 있어서,
상기 산화막 제거공정에 있어서, 불산세정에 의해 산화막의 제거를 행하는 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
According to paragraph 1,
A method for evaluating the film thickness of an oxide film, characterized in that in the oxide film removal step, the oxide film is removed by hydrofluoric acid cleaning.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 산화막 형성공정에 있어서, 오존수세정 또는 과산화수소수세정에 의해 산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
According to claim 1 or 2,
In the oxide film forming process, a method for evaluating the film thickness of an oxide film, characterized in that the oxide film is formed by ozone water cleaning or hydrogen peroxide water cleaning.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피평가 실리콘 기판 상의 상기 평가를 행하는 산화막의 막두께를 25nm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
According to any one of claims 1 to 3,
A method for evaluating the film thickness of an oxide film, wherein the film thickness of the oxide film on which the evaluation is performed on the silicon substrate to be evaluated is set to 25 nm or less.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화막의 막두께에 있어서의 막두께 영향인자는, 상기 피평가 실리콘 기판의 표면거칠기를 포함하고,
상기 막두께 평가공정에 있어서, 상기 제2 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께로부터, 상기 제2 막두께 측정공정에서 취득한 상기 기준 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께를 뺀 차분 막두께가 0.02nm 이상, 0.20nm 이하인 경우에, 상기 제1 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께에 상기 피평가 실리콘 기판의 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
According to any one of claims 1 to 4,
The film thickness influencing factor in the film thickness of the oxide film includes the surface roughness of the silicon substrate to be evaluated,
In the film thickness evaluation process, the difference obtained by subtracting the film thickness of the oxide film on the reference silicon substrate obtained in the second film thickness measurement process from the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated obtained in the second film thickness measurement process. When the film thickness is 0.02 nm or more and 0.20 nm or less, the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated obtained in the first film thickness measurement process includes the film thickness of the oxide film resulting from the surface roughness of the silicon substrate to be evaluated. A method for evaluating the film thickness of an oxide film, characterized in that it is determined that the film is thick.
제5항에 있어서,
상기 막두께 평가공정에 있어서, 상기 제1 막두께 측정공정에서 취득한 상기 피평가 실리콘 기판 상의 산화막의 막두께로부터 상기 차분 막두께를 뺌으로써, 상기 피평가 실리콘 기판의 상기 표면거칠기의 영향을 제거한 산화막의 막두께의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
According to clause 5,
In the film thickness evaluation process, the influence of the surface roughness of the silicon substrate to be evaluated is removed by subtracting the differential film thickness from the film thickness of the oxide film on the silicon substrate to be evaluated obtained in the first film thickness measurement process. A method for evaluating the film thickness of an oxide film, characterized in that the film thickness is evaluated.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 표면거칠기는 공간주파수가 60~90/μm인 거칠기성분인 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
According to claim 5 or 6,
A method for evaluating the film thickness of an oxide film, wherein the surface roughness is a roughness component with a spatial frequency of 60 to 90/μm.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면거칠기는 SC1세정으로 형성된 거칠기성분인 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
According to any one of claims 5 to 7,
A method for evaluating the film thickness of an oxide film, wherein the surface roughness is a roughness component formed by SC1 cleaning.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 산화막의 막두께 평가방법에 의해 평가한 상기 막두께 영향인자 기인의 막두께에 기초하여 실리콘 기판의 산화막 형성 전의 세정조건 및/또는 산화조건을 설정하고, 상기 세정조건 및/또는 산화조건을 이용하여 상기 실리콘 기판의 세정과 상기 실리콘 기판 상에 대한 산화막의 형성을 행하여, 산화막부착 실리콘 기판을 제조하는 것을 특징으로 하는 산화막부착 실리콘 기판의 제조방법.Based on the film thickness due to the film thickness influencing factor evaluated by the oxide film thickness evaluation method according to any one of claims 1 to 8, the cleaning conditions and/or oxidation conditions before forming the oxide film on the silicon substrate are set. and cleaning the silicon substrate and forming an oxide film on the silicon substrate using the cleaning conditions and/or oxidation conditions to manufacture a silicon substrate with an oxide film. 실리콘 기판 상에 형성하는 산화막의 막두께의 평가방법으로서,
산화막의 막두께에 있어서의 막두께 영향인자로서 상기 실리콘 기판의 표면거칠기를 포함하고, 상기 실리콘 기판의 표면의 공간주파수가 60~90/μm에 있어서의 파워 스펙트럼 밀도의 평균값이 0.15nm3 이상인 경우에, 상기 실리콘 기판 상에 형성하는 산화막의 막두께에, 상기 막두께 영향인자인 상기 실리콘 기판의 표면거칠기에서 기인한 산화막의 막두께가 포함된다고 판정하는 것을 특징으로 하는 산화막의 막두께 평가방법.
As a method for evaluating the film thickness of an oxide film formed on a silicon substrate,
When the film thickness influencing factor in the film thickness of the oxide film includes the surface roughness of the silicon substrate, and the average value of the power spectral density at the spatial frequency of the surface of the silicon substrate is 60 to 90/μm is 0.15 nm 3 or more. A method for evaluating the film thickness of an oxide film, characterized in that it is determined that the film thickness of the oxide film formed on the silicon substrate includes the film thickness of the oxide film resulting from the surface roughness of the silicon substrate, which is a factor influencing the film thickness.
KR1020247014988A 2021-11-08 2022-10-12 Oxide film thickness evaluation method and oxide film-attached silicon substrate manufacturing method KR20240095229A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2021-182075 2021-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240095229A true KR20240095229A (en) 2024-06-25

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9340900B2 (en) Epitaxial wafer and method of producing same
JP4385978B2 (en) Semiconductor wafer evaluation method and manufacturing method
Angermann et al. Characterization of chemically prepared Si-surfaces by uv-vis and IR spectroscopic ellipsometry and surface photovoltage
US6384415B1 (en) Method of evaluating quality of silicon wafer and method of reclaiming the water
EP1900858B1 (en) Epitaxial wafer and method of producing same
JP4817887B2 (en) Semiconductor substrate cleaning method
Bouchilaoun et al. A Hydrogen plasma treatment for soft and selective silicon nitride etching
KR20240095229A (en) Oxide film thickness evaluation method and oxide film-attached silicon substrate manufacturing method
CN108885982B (en) Single-side polishing method of silicon wafer
WO2023079919A1 (en) Method for evaluating film thickness of oxide film and method for producing silicon substrate with oxide film
WO2023090009A1 (en) Method for washing silicon wafer, and method for producing silicon wafer with natural oxide film
KR20240095427A (en) Cleaning method of silicon wafer and manufacturing method of silicon wafer with natural oxide film
KR100902586B1 (en) Method for removing poly silicon
JP2023112235A (en) Standard sample group for film thickness measurement apparatus, manufacturing method for the same, and management method for film thickness measurement apparatus using standard sample group
WO2023032488A1 (en) Method for cleaning silicon wafer and method for producing silicon wafer
WO2022190830A1 (en) Method for cleaning silicon wafer, method for producing silicon wafer, and silicon wafer
JP2024034416A (en) Silicon substrate evaluation method and method for managing silicon substrate manufacturing process
JP7484808B2 (en) Method for evaluating crystal defects in semiconductor single crystal substrate
JP2006278513A (en) Method for evaluating semiconductor wafer and process for producing semiconductor wafer
WO2022264843A1 (en) Method for forming thermally oxidized film of semiconductor substrate and method for manufacturing semiconductor device
JP2006203087A (en) Micro roughness evaluating method of thin film soi wafer
KR101815763B1 (en) The oxide layer control method of semiconductor and the semiconductor manufactured thereby
JP2022138089A (en) Method of cleaning silicon wafer, method of manufacturing silicon wafer, and silicon wafer
WO2023032497A1 (en) Silicon wafer cleaning method and production method, method for evaluating concentration of hydrogen peroxide in cleaning fluid, and method for managing hydrogen peroxide concentration in cleaning fluid
Henrion et al. Application of UV‐VIS and FTIR Spectroscopic Ellipsometry to the Characterization of Wet‐Chemically Treated Si Surfaces