JP6182677B2 - ウエハーの損傷深さを測定する方法 - Google Patents

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Description

実施例は、ウエハーの機械的損傷深さを測定する方法に関する。
一般に、ウエハー製造工程は、インゴットグラインディング（ｉｎｇｏｔ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、インゴットスライシング（ｉｎｇｏｔ ｓｌｉｃｉｎｇ）、またはラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）などの機械的表面処理（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）工程を含むことができる。
このような機械的表面処理工程により、ウエハーの表面は機械的損傷を受ける恐れがある。このような機械的損傷は、研磨またはエッチングなどの後工程によってウエハーを研磨またはエッチングすることによって除去することができる。
機械的損傷の深さによって後工程で除去されるウエハーの量を決定できるが、このためには、機械的損傷の深さを把握するための測定を先に行わなければならない。
機械的損傷を測定する方法としては、エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）及びポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いる方法、Ｘ線回折計を用いる方法、ラマン分光法を用いる方法、またはフォトルミネッセンス（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を用いる方法などがあり得る。
ところが、エッチング及びポリッシングを用いる方法は破壊方法であって、ポリッシング及び熱処理に過多な時間が必要であり得る。また、Ｘ線回折計を用いる方法によると、損傷有無、及び定性的に損傷の大小程度のみが判断可能である。また、ラマン分光法を用いる方法及びフォトルミネッセンスを用いる方法によると、損傷深さの測定が不可能である。
実施例は、非破壊方法を用いてウエハーの機械的損傷深さを正確に測定する方法を提供する。
実施例に係るウエハーの損傷深さを測定する方法は、Ｘ線回折装置（Ｘ―Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）を用いて獲得したウエハーに対する第１の揺動曲線を獲得する段階；前記第１の揺動曲線において基準レベルより高い強度を有するＸ線入射角度の範囲を設定し、前記設定されたＸ線入射角度に対する面間距離を算出し、算出された面間距離を用いて前記ウエハーのストレイン値を算出し、前記算出されたストレイン値に基づいてサンプリングされた各ストレイン値を抽出する段階；前記サンプリングされた各ストレイン値に対応するＸ線回折ビームの強度に基づいて前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階；前記設定されたＸ線入射角度の範囲、前記算出された面間距離、前記サンプリングされた各ストレイン値、及び前記モデリングされた厚さに基づいて第２の揺動曲線を獲得する段階；前記Ｘ線入射角度の範囲、前記面間距離、前記サンプリングされた各ストレイン値、及びモデリングされた厚さのうち少なくとも一つを変化させることによって、前記第２の揺動曲線を前記第１の揺動曲線とマッチングさせる段階；及びマッチングされた結果に基づいて、前記ウエハーの損傷深さを算出する段階；を含む。
前記第１の揺動曲線を獲得する段階は、前記ウエハーで結晶性を評価しようとする各地点を設定する段階；設定されたウエハーの各地点に対する各Ｘ線揺動曲線を獲得する段階；及び前記設定されたウエハーの各地点の各Ｘ線揺動曲線の各半価幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）を比較し、比較した結果によって前記第１の揺動曲線を獲得する段階；を含むことができる。
Ｘ線揺動曲線の半価幅が最も大きいものを、前記第１の揺動曲線として選択することができる。
前記第１の揺動曲線が飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）される回折ビーム（ｂｅａｍ）の強度を前記基準レベルとして設定することができる。
前記ウエハーのストレイン値は、差減面間距離と基準面間距離との比で、前記基準面間距離は、前記第１の揺動曲線において回折ビームの強度が最も大きい値に対応する面間距離で、前記差減面間距離は、前記面間距離算出段階で算出された面間距離と前記基準面間距離との差であり得る。
前記サンプリングされた各ストレイン値を抽出する段階は、前記算出された各ストレイン値のうち最高値に基づいて前記サンプリングされた各ストレイン値を抽出することができる。
前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階は、前記サンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度を獲得する段階；及び前記獲得されたＸ線回折ビームの強度に比例して前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階；を含むことができる。
前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階は、損傷程度によって深さ方向に前記ウエハーを複数の区間に区分する段階；前記サンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度を獲得する段階；及び前記獲得されたＸ線回折ビームの強度にに比例して前記複数の区間のそれぞれの厚さを設定する段階；を含むことができる。
前記第１の揺動曲線を獲得する段階において、前記ウエハーは、単結晶インゴットに対するスライシング工程を行って得られる半導体用ウエハーであるか、または前記半導体用ウエハーの表面に対してラッピング工程、グラインディング工程、及びポリッシング工程のうち少なくとも一つを行ったウエハーであり得る。
前記マッチングさせる段階は、前記複数の区間のそれぞれに対して設定された厚さを調整することによって、前記第２の揺動曲線を前記第１の揺動曲線とマッチングさせることができる。
前記ウエハーの損傷深さを算出する段階は、前記複数の区間の調整された厚さを全て足し合わせ、足し合わせた結果によって前記ウエハーの損傷深さを算出することができる。
前記結晶性を評価しようとする各地点は、前記ウエハーの中央地点、エッジ地点、及びウエハーの半径の２分の１である地点であり得る。
前記結晶性を評価しようとする各地点は、放射線状に互いに離隔して位置し得る。
他の実施例に係るウエハーの損傷深さを測定する方法は、ウエハーを準備する段階；Ｘ線回折装置を用いて前記ウエハーに対して第１の揺動曲線（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）を獲得する段階；前記第１の揺動曲線に基づいて前記ウエハーの損傷程度による厚さをモデリングする段階；前記モデリング結果に基づいてコンピューターシミュレーション（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を行い、シミュレーション結果による第２の揺動曲線を獲得する段階；前記第２の揺動曲線を前記第１の揺動曲線とマッチングさせる段階；及びマッチングされた結果に基づいて前記ウエハーの損傷深さを算出する段階；を含む。
前記第１の揺動曲線を獲得する段階は、前記ウエハーの中央地点、エッジ地点、及びウエハーの半径の２分の１である地点のそれぞれに対する各Ｘ線揺動曲線を獲得する段階；及び前記獲得された各Ｘ線揺動曲線の各半価幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）を比較し、前記獲得された各Ｘ線揺動曲線のうち最も大きい半価幅を有するいずれか一つを前記第１の揺動曲線として選択する段階；を含むことができる。
前記ウエハーの損傷程度による厚さをモデリングする段階は、前記第１の揺動曲線が飽和される回折ビームの強度を基準レベルとして設定する段階；前記基準レベルより高い強度を有するＸ線入射角度の範囲を設定する段階；ブラッグ回折条件を用いて前記設定されたＸ線入射角度に対する面間距離を算出する段階；算出された面間距離を用いてウエハーのストレイン（ｓｔｒａｉｎ）値を算出する段階；前記算出された各ストレイン値のうち最高値に基づいて、サンプリングされた各ストレイン値を抽出する段階；及び前記サンプリングされた各ストレイン値に対応するＸ線回折ビームの強度に基づいて前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階；を含むことができる。
前記ウエハーのストレイン値は、差減面間距離と基準面間距離との比で、前記基準面間距離は、前記第１の揺動曲線において回折ビームの強度が最も大きい値に対応する面間距離で、前記差減面間距離は、前記面間距離算出段階で算出された面間距離と前記基準面間距離との差であり得る。
前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階は、損傷程度によって深さ方向に前記ウエハーを複数の区間に区分する段階；前記サンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度を獲得する段階；及び前記獲得されたＸ線回折ビームの強度に比例して前記複数の区間のそれぞれの厚さを設定する段階；を含むことができる。
前記第２の揺動曲線を獲得する段階は、前記設定されたＸ線入射角度の範囲、前記設定されたＸ線入射角度に対して算出された面間距離、前記サンプリングされた各ストレイン値、及び前記モデリングされた厚さに基づいて前記第２の揺動曲線を獲得することができる。
前記マッチングさせる段階は、前記複数の区間のそれぞれに対して設定された厚さを調整することによって、前記第２の揺動曲線を前記第１の揺動曲線とマッチングさせることができる。
実施例は、非破壊方法を用いてウエハーの機械的損傷深さを正確に測定することができる。
実施例に係るウエハーの機械的損傷を検出する方法を示すフローチャートである。 ウエハー結晶性評価方法の一実施例を示す図である。 ウエハーの既に設定された各地点に対する各Ｘ線揺動曲線を示す図である。 図１に示したモデリング段階の一実施例を示す図である。 図４に示したモデリング段階を説明するための第１の揺動曲線の一実施例を示す図である。 図４に示したウエハーの機械的損傷程度のモデリングを説明するための図である。 実施例に係る第１の揺動曲線の実測値、及びシミュレーションされた結果による第２の揺動曲線のマッチング過程を示す図である。 実施例に係る第１の揺動曲線の実測値、及びシミュレーションされた結果による第２の揺動曲線のマッチング過程を示す図である。 実施例に係る第１の揺動曲線の実測値、及びシミュレーションされた結果による第２の揺動曲線のマッチング過程を示す図である。 実施例に係る第１の揺動曲線の実測値、及びシミュレーションされた結果による第２の揺動曲線のマッチング過程を示す図である。 エッチング及びポリッシングを用いる方法と実施例に係る方法によって測定される損傷深さを示すグラフである。
以下、各実施例は、添付の図面及び各実施例に対する説明を通じて明白になるだろう。実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンの「上（ｏｎ）」にまたは「下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載する場合において、「上（ｏｎ）」と「下（ｕｎｄｅｒ）」は、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」または「他の層を介在して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されることを全て含む。また、各層の上または下に対しては、図面を基準にして説明する。
図面において、サイズは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略したり、または概略的に図示した。また、各構成要素のサイズは、実際のサイズを全的に反映するものではない。また、同一の参照番号は、図面の説明を通じて同一の要素を示す。以下、添付の図面を参照して実施例に係るウエハーの機械的損傷を検出する方法を説明する。
図１は、実施例に係るウエハーの機械的損傷を検出する方法を示すフローチャートである。
図１を参照すると、まず、機械的損傷を検出するためのウエハーを準備する（Ｓ１１０）。
このときに準備されるウエハーは、単結晶インゴットを成長させ、成長された単結晶インゴットに対するインゴットグラインディング工程、クロッピング（ｃｒｏｐｐｉｎｇ）工程、及びスライシング（ｓｌｉｃｉｎｇ）工程を行って得られる半導体用ウエハーであり得る。例えば、半導体用ウエハーは、サファイアなどのその他の単結晶ウエハーを含むことができる。
または、準備されるウエハーは、前記半導体ウエハーの表面に対してラッピング工程、グラインディング（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）工程、エッチング工程及びポリッシング工程のうち少なくとも一つを行ったものであり得る。
次に、Ｘ線回折装置（Ｘ―Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）を用いて準備されたウエハーに対して第１の揺動曲線を獲得する（Ｓ１２０）。
例えば、準備されたウエハーに対して結晶性評価を行い、結晶性評価結果による第１の揺動曲線を獲得することができる。
例えば、準備されたウエハーの互いに異なる位置の既に設定された各地点（ｐｏｉｎｔｓ）に対する結晶性評価を行い、評価した結果によって最も劣位な結晶性を有する地点を選択することができ、選択された最も劣位な結晶性を有する地点に対するＸ線揺動曲線を第１の揺動曲線として選択することができる。
図２は、ウエハー結晶性評価方法の一実施例を示す図である。
図２を参照すると、まず、結晶性を評価しようとするウエハーの各地点を設定する（Ｓ２１０）。
例えば、結晶性を評価しようとするウエハーの既に設定された各地点は、中央（ｃｅｎｔｅｒ）地点、エッジ（ｅｄｇｅ）地点、及びウエハーの半径の２分の１である地点であり得るが、既に設定された各地点の位置及び数がこれに限定されることはない。他の実施例において、既に設定された各地点は、放射線状に互いに離隔して位置し得る。
次に、Ｘ線回折装置を用いて既に設定された各地点のそれぞれに対するＸ線揺動曲線を獲得する（Ｓ２２０）。
所定の結晶にＸ線を透過させると、ブラッグの回折条件（Ｂｒａｇｇ’ｓ ｌａｗ）によって結晶の特定面でのＸ線の回折角を決定することができる。このとき、結晶が完全無欠であると、Ｘ線回折ビームの強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）は一つの線として表れ得る。
その一方、結晶内に欠陥、例えば、点、線、面、または体積形態の欠陥が存在すると、Ｘ線回折ビームの強度は、一つの線でないガウシアン（ｇａｕｓｓｉａｎ）分布の曲線を示すようになるが、このようなガウシアン分布の曲線をＸ線揺動曲線と称することができる。
図３は、ウエハーの既に設定された各地点に対する各Ｘ線揺動曲線を示す。
ｘ軸は、Ｘ線の入射角度を示し、ｙ軸は、Ｘ線回折ビームの強度を示す。ｇ１は、ウエハーの中央地点（以下、「第１の地点」と言う。）に対するＸ線揺動曲線を示し、ｇ２は、ウエハーの半径の２分の１である地点（以下、「第２の地点」と言う。）に対するＸ線揺動曲線を示し、ｇ３は、ウエハーのエッジ地点（以下、「第３の地点」と言う。）に対するＸ線揺動曲線を示すことができる。
図３を参照すると、第１〜第３の地点に対する各Ｘ線揺動曲線ｇ１、ｇ２、ｇ３はガウシアン形態であることが分かり、第１〜第３の地点のそれぞれには結晶欠陥が存在することが分かる。
次に、既に設定された各地点の各Ｘ線揺動曲線ｇ１、ｇ２、ｇ３の各半価幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）を比較し、結晶性が最も劣位な地点、または結晶性が最も悪い地点を選択する（Ｓ２３０）。半価幅は、揺動曲線において最高強度（ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）値の半分になる各値間の幅を言う。
結晶性が良いことは、欠陥がほとんど存在しないことを意味することができ、ウエハーの表面に機械的損傷が多いことは、物理的な力によってウエハーの表面に欠陥が多いことを意味することができ、揺動曲線の半価幅値が大きいほど欠陥がより多く存在し得る。
ウエハーの既に設定された各地点に対する結晶性の劣位は、ウエハーの既に設定された各地点の半価幅に比例し得る。
図３に示した既に設定された各地点に対する各揺動曲線ｇ１、ｇ２、ｇ３を参照すると、ウエハーの第１の地点に対する揺動曲線ｇ１の半価幅が最も大きいことが分かり、ウエハーの第１の地点の結晶性が最も劣位であると判断することができ、最も劣位な地点としてウエハーの第１の地点を選択することができる。
次に、第１の揺動曲線に基づいて、ウエハーの深さ方向にウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする（Ｓ１３０）。
図４は、図１に示したモデリング段階（Ｓ１３０）の一実施例を示し、図５は、図４に示したモデリング段階（Ｓ１３０）を説明するための第１の揺動曲線の一実施例を示す。
図４及び図５を参照すると、第１の揺動曲線に対する基準レベル（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｌｅｖｅｌ）５０１を設定する（Ｓ３１０）。図５に示した第１の揺動曲線は、Ｓ１２０段階で選択した結晶性が最も劣位な地点に対する揺動曲線であり得るが、これに限定されることはなく、Ｓ２１０段階の既に設定された各地点に対する各揺動曲線のうちいずれか一つであり得る。
ＸＲＤ測定時、第１の揺動曲線のｘ軸の範囲（ｒａｎｇｅ）である入射角度を十分に大きくすると、第１の揺動曲線が飽和される回折ビームの強度を有するが、これを基準レベルまたはバックグラウンドレベル（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｌｅｖｅｌ）として設定することができる。これは、ＸＲＤ測定時、第１の揺動曲線の回折ビームの強度や基底レベル（ｂａｓｅ ｌｅｖｅｌ）などが、ＸＲＤ測定条件であるパワー（ｐｏｗｅｒ）、スリットサイズ（ｓｌｉｔ ｓｉｚｅ）、Ｘ線チューブライフタイム（ｘ―ｒａｙ ｔｕｂｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ）、サンプル（ｓａｍｐｌｅ）状態などによって変わり得るためである。
ここで、基準レベルは、測定状態のノイズ（ｎｏｉｓｅ）であると仮定し得るが、飽和時にこのような基準レベルの設定が必要である。理論上には、ブラッグの回折条件を満足させないので、強度のピーク（ｐｅａｋ）が表れる地点以外では強度がゼロ（０）になるべきであるが、このような基準レベルが測定され得る。
次に、Ｘ線揺動曲線において基準レベル５０１より高い強度を有するＸ線入射角度（θ）の範囲（θＬ〜θＲ）を設定する（Ｓ３２０）。このとき、設定するＸ線入射角度（θ）の範囲（θＬ〜θＲ）は、ウエハーの種類、ウエハーの表面や結晶状態によって決定することができる。
例えば、シリコンウエハーの場合は、ウエハーの加工面が（１００）面であり得る。また、Ｘ―線回折原理（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆａｃｔｏｒ）によってシリコンの回折が（１００）面で発生しないので、（１００）面と平行で且つ回折が起こる（４００）面に対してＸ線回折法による揺動曲線を測定することができる。このように回折が発生しない結晶面を基準面として設定することができる。
例えば、Ｘ線検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）の角度を固定させ、（４００）面に入射されるＸ―線の入射角度を変化させながらＸ線の強度を測定することができ、基準レベル５０１より高い強度を有するＸ線入射角度（θ）の範囲（θＬ〜θＲ）は実質的に約３３．６゜〜３５．０゜であり得る。
しかし、ウエハーの加工面が変わる場合は、Ｘ線入射角度（θ）の範囲は変わり得る。例えば、（１１１）ウエハーまたは（１１０）ウエハーの場合は、Ｘ線回折を測定する結晶面自体が変わるので、Ｘ線入射角度（θ）の範囲がシリコンウエハーと比較するときに変わり得る。また、サファイアなどのウエハーの場合も、シリコンウエハーと比較するとき、Ｘ線入射角度（θ）の範囲が変わり得る。
ここで、（１００）ウエハーは、ウエハーの加工面（前面または後面）の指数が（１００）であるウエハーを意味することができ、（１１１）ウエハー及び（１１０）ウエハーも、加工面がシリコンの各結晶面のうち（１１１）、（１１０）であるウエハーを意味することができる。（１００）面は、面指数が（１００）であるシリコンの結晶面を意味することができる。ここで、加工とは、インゴットのスライシングを意味することができ、スライシングと共に、ラッピング、グラインディング、ポリッシング、エッチングなども含ませることができる。
一般に、シリコンウエハーは、正確に基準面、例えば、（１００）面にスライシングされるのではなく、（１００）面から特定角度（ｏｆｆ―ａｎｇｌｅ）だけ傾斜した方向にスライシングされ得る。ここで、特定角度は、顧客の要請によって決定することができる。
以下、加工面が基準面と一致するウエハーを第１のウエハーと言い、加工面が基準面から特定角度だけ傾斜したウエハーを第２のウエハーと言う。
第１のウエハーに対する揺動曲線のピーク値が表れる角度は、基準面に対する揺動曲線のピーク値が表れる角度（以下、「第１の角度」と言う）と一致し得る。
基準面、例えば、シリコンの（４００）面の場合、面間距離、及びＸ線の波長が定められているので、ブラッグの回折条件によってピーク値が表れる角度（例えば、３４．５６６゜）を求めることができる。
その一方、第２のウエハーに対する揺動曲線のピーク値が表れる角度（以下、「第２の角度」と言う）は、基準面に対する揺動曲線のピーク値が表れる角度と一致しない場合もあり、角度の差が発生し得る。
したがって、第２のウエハーに対しては次のように揺動曲線の補正が必要であり得る。また、第２のウエハーに対しては、補正された揺動曲線を用いて基準レベル５０１より高い強度を有するＸ線入射角度（θ）の範囲を設定することができ、後続して進行される手順も補正された揺動曲線に基づいて行うことができる。
すなわち、第１の角度と第２の角度との差だけ、第２のウエハーに対する揺動曲線の角度を補正することができる。例えば、第１の角度と第２の角度との差だけ、第２のウエハーに対する揺動曲線をＸ軸方向に平行移動させることができる。
次に、λ＝２ｄｓｉｎθというブラッグの法則（Ｂｒａｇｇ’ｓ ｌａｗ）を用いて、設定されたＸ線入射角度（θ）の範囲（θＬ〜θＲ）に対する面間距離（ｄ）を算出する（Ｓ３３０）。
ここで、面間距離（ｄ）は、ウエハーの各基準面間の距離であり得る。
例えば、シリコンウエハーの場合、面間距離（ｄ）は、各（４００）面間の距離を意味することができる。すなわち、機械的加工による損傷によって変形した各（４００）面間の面間距離を意味することができる。
次に、算出された面間距離（ｄ）を用いて、Ｘ線入射角度（θ）の範囲（θＬ〜θＲ）内のウエハーの各ストレイン値を算出する（Ｓ３４０）。ストレインは、所定の物理的または機械的要因によって変化した面間距離（ｄ）が基準面間距離（ｄ０）に比べてどれほど変わったのかに対する比率を意味することができる。
例えば、ウエハーのストレイン値は、差減面間距離（ｄ１）と基準面間距離（ｄ０）との比（ｄ１／ｄ０）であり得る。
基準面間距離（ｄ０）は、ウエハーの各基準面間の距離であり得る。
基準面間距離（ｄ０）は、第１の揺動曲線において回折ビームの強度が最も大きい値に対応する面間距離であり得る。例えば、基準面間距離（ｄ０）は、第１の揺動曲線において強度が最も大きい場所での面間距離であり得る。
例えば、シリコン（４００）面に対する基準面間距離（ｄ０）は、１．３５７７オングストローム（Å）であり得る。
差減面間距離（ｄ１）は、Ｓ３３０段階で算出された面間距離（ｄ）と基準面間距離（ｄ０）との差（ｄ−ｄ０）であり得る。
次に、Ｘ線入射角度（θ）の範囲（θＬ〜θＲ）に対応して算出された各ストレイン値をサンプリングし、サンプリングされた各ストレイン値を抽出する（Ｓ３５０）。
例えば、算出された各ストレイン値のうち最高の値に基づいて、サンプリングされた各ストレイン値を抽出することができる。算出された各ストレイン値のうち最高の値を一定の値だけ減少させることによって、各ストレイン値のサンプルを抽出することができる。
例えば、サンプリングされた各ストレイン値の差は５０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍであり得るが、これに限定されることはない。ｐｐｍは、ｐａｒｔｓ―ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎの略字であって、１０-6を意味する。
例えば、算出されたストレインの最も大きい値が１０００ｐｐｍであると仮定すると、１００ｐｐｍずつストレイン値を減少させながら各サンプル（例えば、１０００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、７００ｐｐｍなど）を抽出することができる。
次に、抽出されたサンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度に基づいてウエハーの機械的損傷の程度による厚さをモデリングすることができる（Ｓ３６０）。
抽出された各ストレイン値から面間距離（ｄ）を算出することができ、ブラッグの回折条件を用いて算出された面間距離（ｄ）に対応するＸ線の入射角度（θ）を算出することができ、第１の揺動曲線を用いて算出したＸ線入射角度（θ）に対応するＸ線回折ビームの強度を獲得することができる。獲得されたＸ線回折ビームの強度に比例して、ウエハーの機械的損傷の程度による厚さをモデリングすることができる。
例えば、ウエハーは、機械的損傷程度によってウエハーの深さ方向に複数の区間に区分することができる。そして、サンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度に基づいて各区間のそれぞれの厚さを設定することができる。
例えば、各区間の厚さは、サンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度に比例して設定することができる。ビームの強度自体が測定条件によって変わり得るので、Ｘ線回折ビームの強度に基づいて各区間の大略的な厚さを選定することができる。
図６は、図４に示したウエハーの機械的損傷程度のモデリングを説明するための図である。
図６を参照すると、ウエハーが受ける機械的損傷の程度は、ウエハーの表面で最も激しく、ウエハーの深さ方向６０３に進行するほど機械的損傷の程度が減少し、所定以上の深さでは機械的損傷が表れない場合もある。
ここで、ウエハーの表面６０１は、Ｘ線が入射するウエハー面であり、バルク（ｂｕｌｋ）６０２はウエハーの内側に位置し得る。ウエハーの深さ方向６０３は、ウエハーの表面６０１からバルク６０２に進行する方向であり得る。
ウエハーは、機械的損傷程度によってウエハーの深さ方向６０３に複数の区間（例えば、６１２、６１４、６１６）に区分することができる。ウエハーの表面６０１に隣接する第１の区間（例えば、６１２）は最も大きいストレイン値を有することができ、機械的損傷程度が最も激しいことが分かる。また、バルク６０２に隣接する第３の区間（例えば、６１６）は最も小さいストレイン値を有することができ、機械的損傷程度が最も弱いことが分かる。
サンプリングされた各ストレイン値（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度に基づいて、各区間（例えば、６１２、６１４、６１６）のそれぞれの厚さｔ１、ｔ２、ｔ３を設定することができる。
各区間（例えば、６１２、６１４、６１６）の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３は次のように設定することができる。
例えば、算出された各ストレインの最も大きな値が１０００ｐｐｍであると仮定すると、１００ｐｐｍずつストレイン値を減少させながら各区間（例えば、６１２、６１４、６１６）を設定することができる。
ウエハーの表面からバルク方向に行くほど損傷の程度が減少するので、同一の１００ｐｐｍ間隔でストレインを分けても、ストレイン値が小さいほど区間の厚さは遥かに大きく増加し得る。
図６に示したように、ストレインを各区間Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に分けると、同一のストレイン別の厚さは増加し得る（ｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）。
各ストレイン値をサンプリングし、サンプリングされた各値（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に対応する各区間６１０、６１２、６１４、６１６を定めることができる。このとき、サンプリングされたストレイン値が大きいほど、これに対応する区間は下側に配置され得る（例えば、Ｓ０―６１０）。
サンプリングされた各ストレイン値（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）のそれぞれに対応する回折ビームの強度に比例して、各区間６１０、６１２、６１４、６１６の厚さｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３を設定することができる。
これは、図５に示した第１の揺動曲線を見ても、基準レベル５０１より高い強度が開始される地点のストレイン値からストレインを等区間に分けたとき、Ｘ線回折ビームの強度は、ストレインが減少するほど急激に増加することを確認することができる。
次に、ウエハーの機械的損傷の程度のモデリング結果に基づいてコンピューターシミュレーションを行い、シミュレーション結果による第２の揺動曲線を獲得する（Ｓ１４０）。
Ｓ１３０段階でモデリングした結果と測定条件に対するデータに基づいてコンピューターシミュレーションを行い、シミュレーション結果による第２の揺動曲線を獲得することができる。
ここで、Ｓ１３０段階でモデリングした結果は、ストレイン（例えば、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、及び厚さｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３を意味することができる。また、測定条件は、第１の揺動曲線のピーク強度（ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）、基準レベルの強度、Ｘ線回折装置の光学（ｏｐｔｉｃ）条件、Ｘ軸の測定間隔、及び第１の揺動曲線の設定されたＸ線入射角度の範囲を含むことができる。
図７ａ〜図７ｄは、実施例に係る第１の揺動曲線の実測値、及びシミュレーションされた結果による第２の揺動曲線のマッチング過程を示す。
ｆ１は、Ｓ２２０段階で獲得した第１の揺動曲線の実測値を示す。
ｆ２は、Ｓ１４０段階によってコンピューターシミュレーションが行われた結果による第２の揺動曲線を示す。
ｆ３は、第１次マッチングによるコンピューターシミュレーション結果による第２の揺動曲線を示し、ｆ４は、第２次マッチングによるコンピューターシミュレーション結果による第２の揺動曲線を示し、ｆ５は、第３次マッチングによるコンピューターシミュレーション結果による第２の揺動曲線を示す。
Ｘ線揺動曲線を算出するコンピューターシミュレーションプログラムを用いて、Ｓ３２０で設定されたＸ線入射角度（θ）の範囲、Ｓ３３０で算出された面間距離（ｄ）、Ｓ３５０で抽出されたサンプリングされた各ストレイン値、Ｓ３６０でモデリングされた各区間に対して設定された厚さに基づいてコンピューターシミュレーションを行い、図７ａに示した第２の揺動曲線を算出することができる。
次に、Ｓ２２０段階で獲得した第１の揺動曲線の実測値とＳ１４０段階で獲得した第２の揺動曲線とをマッチングさせる（Ｓ１５０）。
例えば、第２の揺動曲線のピーク強度の位置、Ｘ線入射角度（θ）の範囲、面間距離（ｄ）、サンプリングされた各ストレイン値、及び各区間の各厚さのうち少なくとも一つを変化させることによって、第２の揺動曲線を第１の揺動曲線の実測値と一致させることができる。
例えば、サンプリングされた各ストレイン値または図６の各区間（例えば、６１２、６１４、６１６）の厚さ（例えば、ｔ１、ｔ２、ｔ３）を調整することによって、第２の揺動曲線（例えば、図７のｆ２）を第１の揺動曲線の実測値（例えば、図７のｆ１）とマッチング（ｍａｔｃｈｉｎｇ）または一致させることができる。図７ｂ〜図７ｄに示したように、このようなマッチング過程は複数回繰り返して行うことができる。
次に、マッチングされた結果に基づいてウエハーの損傷深さを算出する（Ｓ１６０）。
Ｓ１５０段階のシミュレーション結果がＳ２２０段階の実測値と一致することは、シミュレーション結果で入力したサンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対して設定された厚さが、ウエハーが実際に有している損傷の深さと一致することを意味すると解釈することができる。
したがって、Ｓ１５０段階でマッチングさせたシミュレーション結果で入力したサンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応して調整された厚さを全て足し合わせることによって、ウエハーの損傷深さを算出することができる。
実施例は、非破壊方法でウエハーの機械的損傷深さを把握することができ、サファイアウエハーのようにエッチングが難しいウエハーの機械的損傷深さを容易に把握することができる。
同一のウエハーに対してエッチング及びポリッシングを用いる方法によって測定された損傷深さと実施例によって測定された損傷深さとを比較すると、実施例によって測定された損傷深さがより深いことを確認することができる。これは、実施例が、エッチング及びポリッシングを用いる方法によって確認されないサイズが小さい損傷に対しても損傷深さを測定できることを意味することができる。すなわち、実施例は、エッチング及びポリッシングを用いる方法よりも正確に機械的損傷深さを測定することができる。
図８は、エッチング及びポリッシングを用いる方法（Ｇ１）と実施例に係る方法（Ｇ２）によって測定される損傷深さを示すグラフである。ケース１は、スライシング工程が完了したウエハーの損傷深さを測定した結果で、ケース２は、ラッピング工程が完了したウエハーの損傷深さを測定した結果で、ケース３は、グラインディング工程の完了後、ＯＩＳＦ熱処理工程前のウエハーの損傷深さを測定した結果で、ケース４は、グラインディング工程及びＯＩＳＦ熱処理工程完了後のウエハーの損傷深さを測定した結果である。
図８を参照すると、Ｇ１の損傷深さに比べてＧ２の損傷深さが４μｍ〜４．５μｍさらに深く観察されることが分かる。このような差は、Ｇ１の場合、視覚化のためにウェハーに対してエッチングを３０秒間進行した後、顕微鏡を用いて観察するが、損傷（ｄａｍａｇｅ）が大きいウエハーの表面付近ではエッチングを通じて損傷層（ｄａｍａｇｅ ｌａｙｅｒ）が観察されるが、損傷が小さいウエハーのバルク領域ではエッチングを通じて損傷層が観察されないためである。
Ｇ１は、ウエハーを切り取り、ポリッシング及びエッチングを行うので、損傷深さの測定時間が長くかかり、破壊分析であるという短所を有する。また、Ｇ１は、ケース３の場合に損傷深さが測定されないので、ＯＩＳＦ熱処理後に損傷深さを測定しなければならなく、測定時間が長くかかる。
その一方、実施例は非破壊であるという長所を有する。また、実施例は、初期にはモデリングを作り、これを用いてコンピューターシミュレーションを通じて実測値とマッチングさせる作業に多くの時間が要されるが、一旦プロトタイプ（ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ）のモデルが樹立された後には、プロトタイプのモデルに基づいて各サンプル別に少し変形すると、短い時間に損傷深さ評価を行うことができる。
以上で各実施例に説明した特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、各実施例の属する分野で通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み合わせたり変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせ及び変形と関係した各内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきであろう。
実施例は、ウエハー製造工程に使用することができる。

Claims (20)

  1. Ｘ線回折装置（Ｘ―Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）を用いて獲得したウエハーに対する第１の揺動曲線を獲得する段階；
    前記第１の揺動曲線において基準レベルより高い強度を有するＸ線入射角度の範囲を設定し、前記設定されたＸ線入射角度に対する面間距離を算出し、算出された面間距離を用いて前記ウエハーのストレイン値を算出し、前記算出されたストレイン値に基づいてサンプリングされた各ストレイン値を抽出する段階；
    前記サンプリングされた各ストレイン値に対応するＸ線回折ビームの強度に基づいて前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階；
    前記設定されたＸ線入射角度の範囲、前記算出された面間距離、前記サンプリングされた各ストレイン値、及び前記モデリングされた厚さに基づいて第２の揺動曲線を獲得する段階；
    前記Ｘ線入射角度の範囲、前記面間距離、前記サンプリングされた各ストレイン値、及びモデリングされた厚さのうち少なくとも一つを変化させることによって、前記第２の揺動曲線を前記第１の揺動曲線とマッチングさせる段階；及び
    マッチングされた結果に基づいて、前記ウエハーの損傷深さを算出する段階；を含み、前記面間距離は、前記ウエハーの各基準面間の距離であり、前記基準面はウエハーの所定の結晶面である
    ことを特徴とするウエハーの損傷深さを測定する方法。
  2. 前記第１の揺動曲線を獲得する段階は、
    前記ウエハーで結晶性を評価しようとする各地点を設定する段階；
    設定されたウエハーの各地点に対する各Ｘ線各揺動曲線を獲得する段階；及び
    前記設定されたウエハーの各地点の各Ｘ線各揺動曲線の各半価幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）を比較し、比較した結果によって前記第１の揺動曲線を獲得する段階；を含む
    ことを特徴とする、請求項１に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  3. Ｘ線揺動曲線の半価幅が最も大きいものを前記第１の揺動曲線として選択することを特徴とする、請求項２に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  4. 前記第１の揺動曲線が飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）される回折ビーム（ｂｅａｍ）の強度を前記基準レベルとして設定することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  5. 前記ウエハーのストレイン値は、差減面間距離と基準面間距離との比で、前記基準面間距離は、前記第１の揺動曲線において回折ビームの強度が最も大きい値に対応する面間距離で、前記差減面間距離は、前記面間距離算出段階で算出された面間距離と前記基準面間距離との差である、請求項１から４のいずれかに記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  6. 前記サンプリングされた各ストレイン値を抽出する段階は、
    前記算出された各ストレイン値のうち最高値に基づいて前記サンプリングされた各ストレイン値を抽出することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  7. 前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階は、
    前記サンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度を獲得する段階；及び
    前記獲得されたＸ線回折ビームの強度に比例して前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階；を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  8. 前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階は、
    損傷程度によって深さ方向に前記ウエハーを複数の区間に区分する段階；
    前記サンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度を獲得する段階；及び
    前記獲得されたＸ線回折ビームの強度に比例して前記複数の区間のそれぞれの厚さを設定する段階；を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  9. 前記第１の揺動曲線を獲得する段階において、前記ウエハーは、単結晶インゴットに対するスライシング工程を行って得られる半導体用ウエハーであるか、または、前記半導体用ウエハーの表面に対してラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）工程、グラインディング工程、及びポリッシング工程のうち少なくとも一つを行ったウエハーであることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  10. 前記マッチングさせる段階は、
    前記複数の区間のそれぞれに対して設定された厚さを調整することによって、前記第２の揺動曲線を前記第１の揺動曲線とマッチングさせることを特徴とする、請求項８に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  11. 前記ウエハーの損傷深さを算出する段階は、
    前記複数の区間の調整された厚さを全て足し合わせ、足し合わせた結果によって前記ウエハーの損傷深さを算出することを特徴とする、請求項１０に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  12. 前記結晶性を評価しようとする各地点は、前記ウエハーの中央地点、エッジ地点、及びウエハーの半径の２分１である地点であることを特徴とする、請求項２に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  13. 前記結晶性を評価しようとする各地点は、放射線状に互いに離隔して位置することを特徴とする、請求項２に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  14. ウエハーを準備する段階；
    Ｘ線回折装置を用いて前記ウエハーに対して第１の揺動曲線（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）を獲得する段階；
    前記第１の揺動曲線に基づいて前記ウエハーの損傷程度による厚さをモデリングする段階；
    前記モデリング結果に基づいてコンピューターシミュレーション（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を行い、シミュレーション結果による第２の揺動曲線を獲得する段階；
    前記第２の揺動曲線を前記第１の揺動曲線とマッチングさせる段階；及び
    マッチングされた結果に基づいて前記ウエハーの損傷深さを算出する段階；を含むことを特徴とするウエハーの損傷深さを測定する方法。
  15. 前記第１の揺動曲線を獲得する段階は、
    前記ウエハーの中央地点、エッジ地点、及びウエハーの半径の２分１である地点のそれぞれに対する各Ｘ線揺動曲線を獲得する段階；及び
    前記獲得された各Ｘ線各揺動曲線の各半価幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ）を比較し、前記獲得された各Ｘ線揺動曲線のうち最も大きい半価幅を有するいずれか一つを前記第１の揺動曲線として選択する段階；を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  16. 前記ウエハーの損傷程度による厚さをモデリングする段階は、
    前記第１の揺動曲線が飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）される回折ビーム（ｂｅａｍ）の強度を基準レベルとして設定する段階；
    前記基準レベルより高い強度を有するＸ線入射角度の範囲を設定する段階；
    ブラッグ回折条件を用いて前記設定されたＸ線入射角度に対する面間距離を算出する段階；
    算出された面間距離を用いてウエハーのストレイン（ｓｔｒａｉｎ）値を算出する段階；
    前記算出された各ストレイン値のうち最高値に基づいて、サンプリングされた各ストレイン値を抽出する段階；及び
    前記サンプリングされた各ストレイン値に対応するＸ線回折ビームの強度に基づいて前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階；を含み、前記面間距離は、前記ウエハーの各基準面間の距離であり、前記基準面はウエハーの所定の結晶面である
    ことを特徴とする、請求項１４または１５に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  17. 前記ウエハーのストレイン値は、差減面間距離と基準面間距離との比で、前記基準面間距離は、前記第１の揺動曲線において回折ビームの強度が最も大きい値に対応する面間距離で、前記差減面間距離は、前記面間距離算出段階で算出された面間距離と前記基準面間距離との差である、請求項１６に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  18. 前記ウエハーの損傷の程度による厚さをモデリングする段階は、
    損傷程度によって深さ方向に前記ウエハーを複数の区間に区分する段階；
    前記サンプリングされた各ストレイン値のそれぞれに対応するＸ線回折ビームの強度を獲得する段階；及び
    前記獲得されたＸ線回折ビームの強度に比例して前記複数の区間のそれぞれの厚さを設定する段階；を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  19. 前記第２の揺動曲線を獲得する段階は、
    前記設定されたＸ線入射角度の範囲、前記設定されたＸ線入射角度に対して算出された面間距離、前記サンプリングされた各ストレイン値、及び前記モデリングされた厚さに基づいて前記第２の揺動曲線を獲得することを特徴とする、請求項１６に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
  20. 前記マッチングさせる段階は、
    前記複数の区間のそれぞれに対して設定された厚さを調整することによって、前記第２の揺動曲線を前記第１の揺動曲線とマッチングさせることを特徴とする、請求項１８に記載のウエハーの損傷深さを測定する方法。
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