JP5704092B2

JP5704092B2 - ウェーハ面取り部の品質検査方法

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Publication number: JP5704092B2
Application number: JP2012039744A
Authority: JP
Inventors: 康水澤
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: JP2013174524A

Description

本発明は、面取り加工されたウェーハのウェーハ面取り部の品質を、Ｘ線回折のロッキングカーブ半値幅で評価するようにした面取り部品質の検査方法に関する。

半導体集積回路等のデバイスを作製するための基板としては、主にＣＺ(Czochralski)法によって育成されたシリコンウェーハが用いられている。シリコンウェーハにおける重要な外形的特徴のひとつに面取り部(ウェーハエッジ部)形状とその品質が挙げられる。

この面取り部の品質が悪い場合、デバイスプロセス中にカケやワレが発生することがある。その他にも、基板上にエピタキシャル成長膜を作成する場合に周辺部に異常成長が起こることがある。

このように、ウェーハ面取り部の品質は、デバイス工程での発塵や自動搬送中の割れやカケに関係するため、上述した観点から極めて重要である。そのウェーハ面取り部の品質の一つには形状がある。この形状により、ウェーハ外周部におけるエピタキシャル膜の異常成長を抑制することができる。

他方、面取り部を加工する際には、加工による歪みが生じる。この歪みはワレやカケ、さらにはパーティクルの原因になることが知られている。そこで、加工による面取り部の歪みを、除去するための「Lapping」や「Etching」、「Polishing」等の工程がある（非特許文献１）。このような工程により、面取り部の品質を高めている。

上記した面取り部の歪みを除去するための工程により、面取り部の歪みが確実に除去できたかを検査するのにはいくつかの方法が考えられる。一つには実体顕微鏡で面取り部のカケやワレを観察する方法や、歪みに選択性のある薬液を用いた選択エッチングで歪みを顕在化させた後、実体顕微鏡で観察する方法がある。これらは定性的な方法であり、定量的な方法ではない。

その他に、微小な歪みを検出する方法として、特許文献１に記載された方法がある。しかし、この方法はウェーハにエッチングを行うため、破壊検査である。さらに大口径ウェーハであれば、エッチングのムラ等が発生してしまうため、正確にウェーハ面取り部の歪みを定量的に検査することは難しかった。

特開2003-177100

大見忠弘他監修UCS半導体基盤技術研究会編、Surface Science Technology Series3 シリコンの科学、p. 279、1996

本発明者は、上記した従来技術の問題点に鑑み、面取り加工されたウェーハのウェーハ面取り部の品質を定量的且つ非破壊で検査する手法を鋭意研究したところ、Ｘ線回折のロッキングカーブの半値幅により、ウェーハ面取り部の結晶格子の乱れ具合、すなわち品質を定量的且つ非破壊で検査できることを見出し、本発明に到達した。

本発明は、面取り加工されたウェーハのウェーハ面取り部の品質を定量的且つ非破壊で検査できるようにしたウェーハ面取り部の品質検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のウェーハ面取り部の品質検査方法は、ウェーハ面取り部の品質を非破壊で検査する方法であって、面取り加工されたウェーハのウェーハ面取り部にＸ線ビームを照射する照射工程と、前記ウェーハ面取り部の内部で回折した回折Ｘ線のＸ線回折ロッキングカーブを測定する測定工程と、
前記測定されたＸ線回折ロッキングカーブの半値幅に基づいて前記ウェーハ面取り部の品質を評価する評価工程と、を含み、前記照射工程が、前記ウェーハの厚さ以下に絞ったＸ線ビームを前記ウェーハの水平方向から前記ウェーハ面取り部に入射せしめる工程であり、前記測定工程が、前記ウェーハの表面に垂直な格子面で回折した回折Ｘ線のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を測定する工程であり、前記評価工程が、前記測定されたＸ線回折ロッキングカーブの半値幅と、計算により求められるＸ線回折ロッキングカーブの半値幅の理論値の差を比較することで前記ウェーハ面取り部の品質を評価する工程である、ことを特徴とする。

また、前記照射工程が、前記ウェーハの厚さ以下に絞ったＸ線ビームを前記ウェーハの水平方向から前記ウェーハ面取り部に入射せしめる工程であり、前記測定工程が、前記ウェーハの表面に垂直な格子面で回折した回折Ｘ線のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を測定する工程、であるのが好適である。

前記測定されたＸ線回折ロッキングカーブの半値幅に基づいて前記ウェーハ面取り部の品質を評価するにあたっては、前記測定されたＸ線回折ロッキングカーブの半値幅と、計算により求められるＸ線回折ロッキングカーブの半値幅の理論値の差を比較することで前記ウェーハ面取り部の品質の評価をすることができる。なお、Ｘ線回折ロッキングカーブの半値幅とは、Ｘ線回折ロッキングカーブのピークの半値幅を指す。

さらに、前記回折する格子面の指数が、{220}、{400}、{311}、{331}、{511}、{440}であるのが好ましい。

本発明によれば、面取り加工されたウェーハのウェーハ面取り部の品質を定量的且つ非破壊で検査できるという著大な効果を有する。

本発明に係るウェーハ面取り部の品質検査方法の際の各機器の配置の１例を示す模式的説明図である。図１の要部拡大説明図である。本発明に係るウェーハ面取り部の品質検査方法の一つの実施の形態を示すフローチャートである。実施例において測定したＸ線回折ロッキングカーブを示すグラフである。

以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。

図1に、本発明に係るウェーハ面取り部の品質検査方法の際の各機器の配置の１例を模式的に示す。

図１に示されるように、照射されたＸ線ビーム１０の入射Ｘ線１２は、シリコン単結晶製のモノクロメータ１４を介して発散スリット１６を通り、面取り加工されたウェーハＷのウェーハ面取り部１８で回折される。なお、モノクロメータ１４としては、シリコン又はゲルマニウム単結晶製のモノクロメータ等の公知のものが使用できる。

回折された回折Ｘ線２０は、受光スリット２２を通り、シンチレーションカウンター２４によってその回折強度が測定される。前記ウェーハＷを所定角度の範囲内で連続的に回転させながら得られる回折強度を示す曲線がＸ線回折ロッキングカーブである。

発散スリット１６を通った入射Ｘ線１２の幅ｄ１は、図２によく示される如く、ウェーハＷの厚さｄ２以下に絞られている。図２の例では、発散スリット１６を通った入射Ｘ線１２の幅ｄ１は７００μｍであるのに対して、ウェーハＷの厚さｄ２は７７５μｍである例を示した。また、図２に示される如く、回折格子面２６の指数は（２２０）である例を示した。

次に、本発明に係るウェーハ面取り部の品質検査方法の一つの実施の形態を図３のフローチャートと共に説明する。

まず、面取り加工されたウェーハＷを準備する（ステップ１００）。次に、面取り加工されたウェーハＷのウェーハ面取り部１８にＸ線ビーム１０を照射する（ステップ１０２）。

そして、前記ウェーハ面取り部１８の内部で回折した回折Ｘ線２０のＸ線回折ロッキングカーブを測定し（ステップ１０４）、前記測定されたＸ線回折ロッキングカーブの半値幅に基づいて前記ウェーハ面取り部１８の品質を評価する（ステップ１０６）。

前記照射工程（ステップ１０２）は、図１及び図２によく示される如く、前記ウェーハＷの厚さｄ２以下に絞ったＸ線ビーム１０を前記ウェーハＷの水平方向から前記ウェーハ面取り部１８に入射せしめるのが好ましく、前記測定工程（ステップ１０４）は、前記ウェーハＷの表面に垂直な格子面（図２の例では、格子面の指数（２２０））で回折した回折Ｘ線２０のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を測定するようにするのが好ましい。

以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。

図１に示した各機器を用いて、以下のようにして、ウェーハ面取り部の品質検査を行った。

シリコンインゴットからウェーハを切り出した後、面取り加工の工程は、一般的に「Beveling」、「Lapping」、「Etching」、「Polishing」の順番で行われていく。基本的に工程が進むに従って面取り部の歪みを除去するための工程になるため、歪みは小さくなっていく。

そこで、（１）「Beveling」工程後、（２）「Beveling」工程に加えて「Lapping」工程を行った後、（３）「Beveling」工程に加えて「Lapping」工程を行いさらに「Etching」工程を行った後、という３種類の実施例を行った。

（実施例１）
「Beveling」工程後におけるシリコン単結晶ウェーハの面取り部に対し、図１で示すような各機器の配置で｛220｝反射のＸ線回折ロッキングカーブ測定を行った。入射Ｘ線はCu線源で、Si{220}反射のモノクロメータを用いKα1線に単色化したものを用いた。具体的な測定は、図2で示すように厚さ775μmのウェーハに対しX線を700μmに絞りウェーハ面内平行方向から入射させ、そのロッキングカーブの半値幅で評価を行った。このようにして測定したＸ線回折ロッキングカーブを図４に示す。「Beveling」工程後におけるウェーハの面取り部では、Ｘ線回折ロッキングカーブの半値幅は32arcsecであった。

（実施例２）
「Beveling」工程に加えて「Lapping」工程を行った後（「Beveling」+「Lapping」）におけるシリコン単結晶ウェーハの面取り部に対し、図１で示すような各機器の配置で｛220｝反射のＸ線回折ロッキングカーブ測定を行った。入射Ｘ線はCu線源で、Si{220}反射のモノクロメータを用いKα1線に単色化したものを用いた。具体的な測定は、図2で示すように厚さ775μmのウェーハに対しX線を700μmに絞りウェーハ面内平行方向から入射させ、そのＸ線回折ロッキングカーブの半値幅で評価を行った。このようにして測定したＸ線回折ロッキングカーブを図４に示す。「Beveling」工程に加えて「Lapping」工程を行った後におけるウェーハの面取り部では、Ｘ線回折ロッキングカーブの半値幅は14.1arcsecであった。

（実施例３）
「Beveling」工程に加えて「Lapping」工程を行いさらに「Etching」工程を行った後（「Beveling」+「Lapping」+「Etching」）におけるシリコン単結晶ウェーハの面取り部に対し、図１で示すような各機器の配置で｛220｝反射X線ロッキングカーブ測定を行った。入射Ｘ線はCu線源で、Si{220}反射のモノクロメータを用いKα1線に単色化したものを用いた。具体的な測定は、図２で示すように厚さ775μmのウェーハに対しX線を700μmに絞りウェーハ面内平行方向から入射させ、そのＸ線回折ロッキングカーブの半値幅で評価を行った。このようにして測定したＸ線回折ロッキングカーブを図４に示す。「Beveling」工程に加えて「Lapping」工程を行いさらに「Etching」工程を行った後におけるウェーハの面取り部では、Ｘ線回折ロッキングカーブの半値幅は6.6arcsecであった。

図４からもわかるように、面取り加工の工程が進むにつれてＸ線回折ロッキングカーブの半値幅が狭くなっていくことが判明した。具体的には、「Beveling」後は、32sec、「Beveling」+「Lapping」後は14.1sec、「Beveling」+「Lapping」+「Etching」後は6.6secであった。X線源にCuKα1線を用いた場合のSi{220}反射のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅の理論値は約5secであることから、「Etching」後でほぼ、歪みのない状態であることがわかり、ワレ、カケの可能性が低くなっていることが判明した。

このようにして、本発明によれば、面取り加工されたウェーハのウェーハ面取り部の品質を定量的且つ非破壊で検査できる。

１０：Ｘ線ビーム、１２：入射Ｘ線、１４：モノクロメータ、１６：発散スリット、１８：ウェーハ面取り部、２０：回折Ｘ線、２２：受光スリット、２４：シンチレーションカウンター、２６：回折格子面、ｄ１：入射Ｘ線の幅、ｄ２：ウェーハの厚さ、Ｗ：ウェーハ。

Claims

ウェーハ面取り部の品質を非破壊で検査する方法であって、
面取り加工されたウェーハのウェーハ面取り部にＸ線ビームを照射する照射工程と、
前記ウェーハ面取り部の内部で回折した回折Ｘ線のＸ線回折ロッキングカーブを測定する測定工程と、
前記測定されたＸ線回折ロッキングカーブの半値幅に基づいて前記ウェーハ面取り部の品質を評価する評価工程と、
を含み、
前記照射工程が、前記ウェーハの厚さ以下に絞ったＸ線ビームを前記ウェーハの水平方向から前記ウェーハ面取り部に入射せしめる工程であり、
前記測定工程が、前記ウェーハの表面に垂直な格子面で回折した回折Ｘ線のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅を測定する工程であり、
前記評価工程が、前記測定されたＸ線回折ロッキングカーブの半値幅と、計算により求められるＸ線回折ロッキングカーブの半値幅の理論値の差を比較することで前記ウェーハ面取り部の品質を評価する工程である、
ことを特徴とするウェーハ面取り部の品質検査方法。
前記回折する格子面の指数が、{220}、{400}、{311}、{331}、{511}、{440}であることを特徴とする請求項１記載のウェーハ面取り部の品質検査方法。