JP7420248B2 - Silicon wafer evaluation method, evaluation system and manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウェーハの評価方法、評価システム及び製造方法に関し、特に、シリコンウェーハ中の結晶欠陥密度分布の評価方法及びこれを用いたシリコンウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to an evaluation method, an evaluation system, and a manufacturing method for silicon wafers, and particularly to a method for evaluating crystal defect density distribution in a silicon wafer, and a method for manufacturing silicon wafers using the same.
半導体用シリコンウェーハの多くはチョクラルスキー法（ＣＺ法）により製造されたシリコン単結晶インゴットをスライスして製造される。ＣＺ法では溶融シリコンの保持に石英ルツボを使用するため、溶融シリコン中には石英ルツボの表面から溶け出した酸素が含まれている。シリコン単結晶中に取り込まれた酸素はシリコン単結晶が冷却される過程で過飽和状態となり、凝集して酸素析出物を形成する。シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハ中の酸素析出物の密度は低く、デバイス特性に与える影響は小さい。 Most silicon wafers for semiconductors are manufactured by slicing silicon single crystal ingots manufactured by the Czochralski method (CZ method). Since the CZ method uses a quartz crucible to hold molten silicon, the molten silicon contains oxygen dissolved from the surface of the quartz crucible. Oxygen taken into the silicon single crystal becomes supersaturated during the cooling process of the silicon single crystal, and aggregates to form oxygen precipitates. The density of oxygen precipitates in a silicon wafer cut from a silicon single crystal ingot is low, and their influence on device characteristics is small.
しかし、半導体デバイスの製造工程ではシリコンウェーハに対して種々の熱処理が繰り返し施され、その過程で酸素析出物が高密度化することがある。酸素析出物がデバイス活性領域であるシリコンウェーハの表面に発生すると、接合リーク等のデバイス特性に悪影響を及ぼす。一方、デバイス活性領域よりも深い領域に存在する酸素析出物は、デバイスプロセス中に混入した金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトとして有効に機能する。そのため、シリコンウェーハの表層部には酸素析出物が存在せず、表層部よりも深い領域（ウェーハ内部）には酸素析出物が高密度に存在していることが望ましい。 However, in the manufacturing process of semiconductor devices, silicon wafers are repeatedly subjected to various heat treatments, and oxygen precipitates may become denser during the process. When oxygen precipitates occur on the surface of a silicon wafer, which is a device active region, they adversely affect device characteristics such as junction leakage. On the other hand, oxygen precipitates present in a region deeper than the device active region effectively function as gettering sites that capture metal impurities mixed in during the device process. Therefore, it is desirable that no oxygen precipitates exist in the surface layer of the silicon wafer, and that oxygen precipitates exist at a high density in a region deeper than the surface layer (inside the wafer).
シリコンウェーハの酸素析出物密度を測定する方法としては、選択エッチング法や赤外トモグラフ法がよく知られている。選択エッチング法は、例えば図１５に示すように、面方位が｛１００｝のシリコンウェーハＷを＜１１０＞方向に劈開し、劈開面ＣＳをエッチングすることにより生じたエッチピットを光学顕微鏡で計測して欠陥密度やＤＺ（Denuded Zone）幅を求める方法である。 Selective etching and infrared tomography are well known methods for measuring the density of oxygen precipitates in silicon wafers. In the selective etching method, for example, as shown in FIG. 15, a silicon wafer W having a {100} surface orientation is cleaved in the <110> direction, and the etch pits generated by etching the cleavage plane CS are measured using an optical microscope. This method determines the defect density and DZ (Denuded Zone) width.
また赤外トモグラフ法は、例えば面方位が｛１００｝のシリコンウェーハを＜１１０＞方向に劈開した後、ウェーハの表面（｛１００｝面）から赤外レーザーを入射し、ウェーハの表面に垂直な劈開面（｛１１０｝面）から結晶欠陥による散乱光を検出する方法である。赤外トモグラフ法によれば、散乱光の個数から欠陥密度を求めることができ、散乱光の強度から欠陥サイズを求めることができる。さらに、ウェーハ表面近傍の欠陥分布からＤＺ幅を求めることもできる。 In addition, in the infrared tomography method, for example, after a silicon wafer with a {100} surface orientation is cleaved in the <110> direction, an infrared laser is incident from the surface of the wafer ({100} plane), and the wafer is cleaved in the direction perpendicular to the surface of the wafer. This method detects light scattered by crystal defects from a cleavage plane ({110} plane). According to the infrared tomography method, the defect density can be determined from the number of scattered lights, and the defect size can be determined from the intensity of the scattered lights. Furthermore, the DZ width can also be determined from the defect distribution near the wafer surface.
シリコンウェーハの欠陥評価方法に関し、例えば特許文献１には、シリコンウェーハに熱処理を施して二次欠陥を形成した後、ウェーハ表面を研磨し、該研磨したシリコンウェーハをＬＬＳ（Localized Light Scatters）検査装置で検査することによって、シリコンウェーハの結晶欠陥を評価することが記載されている。 Regarding a defect evaluation method for silicon wafers, for example, Patent Document 1 describes that after heat-treating a silicon wafer to form secondary defects, the wafer surface is polished, and the polished silicon wafer is inspected using an LLS (Localized Light Scatters) inspection device. It has been described that crystal defects in silicon wafers can be evaluated by inspecting them.
上記のように、シリコンウェーハの結晶欠陥密度の測定方法としては選択エッチング法や赤外トモグラフ法が一般的である。しかしながら、選択エッチング法や赤外トモグラフ法による測定結果に基づいて、例えば面方位が｛１００｝のシリコンウェーハの結晶欠陥密度分布を評価する場合、結晶欠陥密度の測定方向が劈開面（｛１１０｝面）に沿った＜１１０＞方向に限定される。そのため、結晶欠陥密度分布の偏心によって＜１１０＞方向以外の方向の結晶欠陥密度が規格から外れていてもこれを検知できず、不良品が流出するおそれがある。 As mentioned above, the selective etching method and the infrared tomography method are common methods for measuring the crystal defect density of silicon wafers. However, when evaluating the crystal defect density distribution of a silicon wafer with a {100} plane orientation based on measurement results by selective etching or infrared tomography, the direction in which the crystal defect density is measured is oriented toward the cleavage plane ({110} is limited to the <110> direction along the plane). Therefore, even if the crystal defect density in a direction other than the <110> direction deviates from the standard due to the eccentricity of the crystal defect density distribution, this cannot be detected, and there is a risk that defective products will be produced.
また、面方位が｛１００｝以外のシリコンウェーハの結晶欠陥密度分布を評価する場合、ウェーハをダイサーで切断したときの切断面がウェーハ表面に対して垂直になるように鏡面研磨しなければならないので、評価用サンプルの作製に時間と費用がかかる。さらに、結晶欠陥密度を測定する方向が切断面に沿った方向に限定されるため、結晶欠陥密度分布の偏心によって切断方向以外の方向の結晶欠陥密度が規格から外れていてもこれを検知できず、不良品が流出するおそれがある。 Additionally, when evaluating the crystal defect density distribution of a silicon wafer with a plane orientation other than {100}, the wafer must be mirror-polished so that the cut surface when cut with a dicer is perpendicular to the wafer surface. , it takes time and money to prepare samples for evaluation. Furthermore, since the direction in which crystal defect density is measured is limited to the direction along the cutting plane, even if the crystal defect density in directions other than the cutting direction deviates from the standard due to eccentricity of the crystal defect density distribution, this cannot be detected. , there is a risk of defective products being leaked.
特許文献１に記載の欠陥評価方法は、ＬＬＳ検査装置を用いてウェーハのほぼ全面を測定するので、ウェーハ面内の任意の位置の欠陥密度や欠陥サイズを評価することも可能である。しかし、ＬＬＳ検査装置は、いわゆる無欠陥シリコンウェーハに含まれる微小欠陥を検出するための高感度な装置であるため、最大でも８×１０８／ｃｍ３程度の欠陥密度までしか測定できない。一方、代表的で重要な結晶欠陥である酸素析出物の欠陥密度は、典型的には１×１０８／ｃｍ３～１×１０１０／ｃｍ３程度である。そのため、ＬＬＳ検査装置は、一般的なシリコンウェーハに含まれる酸素析出物の密度やサイズの測定には適していない。Since the defect evaluation method described in Patent Document 1 measures almost the entire surface of the wafer using an LLS inspection device, it is also possible to evaluate the defect density and defect size at any position within the wafer surface. However, since the LLS inspection device is a highly sensitive device for detecting minute defects contained in so-called defect-free silicon wafers, it can only measure defect densities of about 8×10 8 /cm 3 at maximum. On the other hand, the defect density of oxygen precipitates, which are representative and important crystal defects, is typically about 1×10 8 /cm 3 to 1×10 10 /cm 3 . Therefore, the LLS inspection device is not suitable for measuring the density and size of oxygen precipitates contained in general silicon wafers.
また、特許文献１に記載の欠陥評価方法は、結晶欠陥を露出させるためにウェーハ表面を鏡面研磨しなければならず、検査サンプルの作製に時間と費用がかかる。さらに、この欠陥評価方法では、研磨されたウェーハ表面に露出した結晶欠陥を評価するので、評価できる深さ方向の位置は研磨の取り代で決まってしまい、結晶欠陥の深さ方向分布や無欠陥層幅を評価できない。 In addition, the defect evaluation method described in Patent Document 1 requires mirror polishing of the wafer surface to expose crystal defects, and it takes time and cost to prepare the inspection sample. Furthermore, since this defect evaluation method evaluates crystal defects exposed on the surface of a polished wafer, the depth position that can be evaluated is determined by the polishing allowance, and the depth distribution of crystal defects and defect-free Layer width cannot be evaluated.
したがって、本発明の目的は、結晶欠陥密度分布が偏心していても結晶欠陥密度が規格内に収まっていることを短時間で正しく評価することが可能なシリコンウェーハの評価方法、評価システム及び製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a silicon wafer evaluation method, evaluation system, and manufacturing method that can accurately evaluate in a short time whether the crystal defect density is within the standard even if the crystal defect density distribution is eccentric. Our goal is to provide the following.
上記課題を解決するため、本発明によるシリコンウェーハの評価方法は、ウェーハ中心を基準位置とした複数の径方向の結晶欠陥密度分布、又は少なくとも一つの径方向の結晶欠陥密度分布とウェーハの円周方向の結晶欠陥密度分布を測定して、シリコンウェーハの結晶欠陥密度が規格内に入っているか否かを評価することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the silicon wafer evaluation method according to the present invention evaluates a plurality of radial crystal defect density distributions with the wafer center as a reference position, or at least one radial crystal defect density distribution and a wafer circumference. The method is characterized by measuring the crystal defect density distribution in the direction and evaluating whether the crystal defect density of the silicon wafer is within the specifications.
また、本発明によるシリコンウェーハの評価システムは、シリコンウェーハ上の任意の一点の結晶欠陥密度を測定する測定部と、前記シリコンウェーハが載置されるステージ部と、前記ステージ部を水平に動かすことにより前記測定部による前記シリコンウェーハの測定位置を制御する測定位置制御部と、前記測定部による前記結晶欠陥密度の測定結果に基づいて、前記シリコンウェーハの結晶欠陥密度分布を評価する評価部とを備え、前記測定位置制御部は、ウェーハ中心を基準位置とした複数の径方向に沿った複数の測定点、又は少なくとも一つの径方向及びウェーハ外周部の円周方向に沿った複数の測定点において前記結晶欠陥密度を測定するように、前記ステージ部を制御することを特徴とする。 Further, the silicon wafer evaluation system according to the present invention includes a measurement unit that measures the crystal defect density at an arbitrary point on the silicon wafer, a stage unit on which the silicon wafer is placed, and a stage unit that horizontally moves the stage unit. a measurement position control unit that controls the measurement position of the silicon wafer by the measurement unit; and an evaluation unit that evaluates the crystal defect density distribution of the silicon wafer based on the measurement result of the crystal defect density by the measurement unit. The measurement position control unit is configured to perform measurement at a plurality of measurement points along a plurality of radial directions with the wafer center as a reference position, or at a plurality of measurement points along at least one radial direction and a circumferential direction of the wafer outer periphery. The method is characterized in that the stage section is controlled so as to measure the crystal defect density.
本発明によれば、結晶欠陥密度分布の偏心によって本来規格外となるべきシリコンウェーハの検出精度を高めることができ、シリコンウェーハの品質保証の信頼性を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the accuracy of detecting a silicon wafer that should originally be out of specification due to the eccentricity of the crystal defect density distribution, and it is possible to improve the reliability of silicon wafer quality assurance.
本発明によるシリコンウェーハの評価方法は、ウェーハ中心を基準位置とした一つの径方向の結晶欠陥密度分布と前記円周方向の結晶欠陥密度分布を測定して、前記シリコンウェーハの結晶欠陥密度が規格内に入っているか否かを評価することが好ましい。一つの径方向分布で例えば結晶欠陥密度の規格上限に対する合否判定を行い、ウェーハ外周部での円周方向分布で例えば結晶欠陥密度の規格下限に対する合否判定を行うことにより、規格外れを見逃すことなく測定時間を短縮することができる。 The silicon wafer evaluation method according to the present invention measures the crystal defect density distribution in one radial direction and the crystal defect density distribution in the circumferential direction with the wafer center as a reference position, and the crystal defect density of the silicon wafer is determined to be a standard. It is preferable to evaluate whether it is within the range. By using one radial distribution to determine pass/fail for the upper limit of the specification for crystal defect density, for example, and for the circumferential distribution at the outer periphery of the wafer, for example, determining pass/fail for the lower limit of the specification for crystal defect density, it is possible to avoid overlooking deviations from the specifications. Measurement time can be shortened.
本発明によるシリコンウェーハの評価方法は、ウェーハ中心を基準位置とした複数の径方向の結晶欠陥密度分布と前記円周方向の結晶欠陥密度分布を測定して、前記シリコンウェーハの結晶欠陥密度が規格内に入っているか否かを評価することもまた好ましい。これにより、結晶欠陥密度の径方向分布に基づく合否判定の精度を高めることができる。 The silicon wafer evaluation method according to the present invention measures the crystal defect density distribution in a plurality of radial directions and the crystal defect density distribution in the circumferential direction with the wafer center as a reference position, and the crystal defect density of the silicon wafer is determined to be a standard. It is also preferable to evaluate whether it is within the range. Thereby, the accuracy of pass/fail determination based on the radial distribution of crystal defect density can be improved.
本発明において、前記シリコンウェーハの面方位は｛１００｝であってもよく、｛１００｝以外であってもよい。シリコンウェーハの面方位が｛１００｝である場合、複数の径方向は＜１１０＞方向以外の径方向を含むことが好ましい。いずれの面方位であってもシリコンウェーハをダイサーで切断する必要がないので、結晶欠陥密度を測定する方向が切断面に沿った方向に限定されず、結晶欠陥密度分布が偏心していても結晶欠陥密度が規格内に収まっていることを正しく評価することができる。 In the present invention, the plane orientation of the silicon wafer may be {100} or other than {100}. When the surface orientation of the silicon wafer is {100}, it is preferable that the plurality of radial directions include radial directions other than the <110> direction. Since there is no need to cut the silicon wafer with a dicer regardless of the plane orientation, the direction in which the crystal defect density is measured is not limited to the direction along the cut plane, and crystal defect density can be measured even if the crystal defect density distribution is eccentric. It is possible to correctly evaluate whether the density is within the standard.
本発明において、評価対象の結晶欠陥は、結晶成長時に生成した酸素析出物又はウェーハ加工後に受けた熱処理によって生成した酸素析出物であってもよく、結晶成長時に生成した空孔凝集体であってもよい。いずれの結晶欠陥であっても、結晶欠陥密度が規格内に収まっていることを正しく評価することができる。 In the present invention, the crystal defects to be evaluated may be oxygen precipitates generated during crystal growth or oxygen precipitates generated by heat treatment after wafer processing, or vacancy aggregates generated during crystal growth. Good too. Regardless of the crystal defect, it can be correctly evaluated that the crystal defect density is within the specification.
本発明によるシリコンウェーハの評価方法は、赤外レーザー明視野干渉法又は赤外光共焦点顕微鏡法を使用して、前記結晶欠陥密度分布を測定することが好ましい。これらの測定方法によれば、シリコンウェーハの劈開面又は切断面を形成する必要がないので、結晶欠陥密度を測定する方向が切断面に沿った方向に限定されず、任意の方向の結晶欠陥密度分布を測定可能である。 In the silicon wafer evaluation method according to the present invention, the crystal defect density distribution is preferably measured using infrared laser bright field interferometry or infrared light confocal microscopy. According to these measurement methods, there is no need to form a cleavage plane or a cut plane of the silicon wafer, so the direction in which the crystal defect density is measured is not limited to the direction along the cut plane, but can be measured in any direction. Distribution can be measured.
また、本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、ＣＺ法により製造されたシリコン単結晶インゴットからシリコンブロックを切り出すステップと、シリコンブロックを加工してシリコンウェーハの評価用サンプルを作製するステップと、上述した本発明によるシリコンウェーハの評価方法により評価用サンプルの結晶欠陥密度分布を評価するステップと、評価用サンプルの結晶欠陥密度が規格内に入っている場合に評価用サンプルが切り出されたシリコンブロックを製品加工するステップとを備えることを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a silicon wafer according to the present invention includes a step of cutting out a silicon block from a silicon single crystal ingot manufactured by the CZ method, a step of processing the silicon block to prepare a silicon wafer evaluation sample, and the above-mentioned steps. A step of evaluating the crystal defect density distribution of the evaluation sample by the silicon wafer evaluation method according to the present invention, and when the crystal defect density of the evaluation sample is within the standard, the silicon block from which the evaluation sample has been cut is manufactured. The method is characterized by comprising a step of processing.
本発明によれば、結晶欠陥密度分布の偏心によって本来規格外となるべきシリコンウェーハの検出精度を高めることができ、シリコンウェーハの品質保証の信頼性を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the accuracy of detecting a silicon wafer that should originally be out of specification due to the eccentricity of the crystal defect density distribution, and it is possible to improve the reliability of silicon wafer quality assurance.
本発明によれば、結晶欠陥密度分布が偏心していても結晶欠陥密度が規格内に収まっていることを短時間で正しく評価することが可能なシリコンウェーハの評価方法、評価システム及び製造方法を提供することにある。 According to the present invention, there is provided a silicon wafer evaluation method, evaluation system, and manufacturing method that can correctly evaluate in a short time whether the crystal defect density is within the standard even if the crystal defect density distribution is eccentric. It's about doing.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の実施の形態によるシリコンウェーハの製造方法を説明するフローチャートである。また、図２は、シリコンウェーハの評価用サンプルの作製方法を示す模式図である。 FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a silicon wafer according to an embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 2 is a schematic diagram showing a method for producing a sample for evaluation of a silicon wafer.
図１及び図２に示すように、シリコンウェーハの製造方法は、ＣＺ法により製造されたシリコン単結晶インゴット１０からシリコンブロック１１を切り出すステップＳ１と、シリコンブロック１１を加工してシリコンウェーハの評価用サンプル１２ｓを作製するステップＳ２と、評価用サンプル１２ｓを熱処理するステップＳ３と、熱処理後の評価用サンプルの結晶欠陥密度分布を測定するステップＳ４と、結晶欠陥密度分布の測定結果に基づいて評価用サンプル１２ｓの結晶欠陥密度が規格内に入っているか否かを評価するステップＳ５と、評価用サンプル１２ｓの結晶欠陥密度が規格内に入っている場合に、評価用サンプル１２ｓの切り出し元のシリコンブロック１１を製品加工するステップＳ６とを備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the method for manufacturing a silicon wafer includes a step S1 of cutting out a silicon block 11 from a silicon single crystal ingot 10 manufactured by the CZ method, and processing the silicon block 11 for evaluation of the silicon wafer. Step S2 of producing the sample 12s, Step S3 of heat-treating the evaluation sample 12s, Step S4 of measuring the crystal defect density distribution of the evaluation sample after the heat treatment, and step S4 of measuring the crystal defect density distribution of the evaluation sample after the heat treatment. Step S5 of evaluating whether or not the crystal defect density of the sample 12s is within the specification; and when the crystal defect density of the evaluation sample 12s is within the specification, the silicon block from which the evaluation sample 12s is cut out; and step S6 for processing 11 into products.
ＣＺ法により製造されるシリコン単結晶インゴット１０は、結晶成長と共に直径が徐々に拡大したショルダー部１０ａ、結晶直径が一定である直胴部１０ｂ、結晶直径が徐々に絞られたテイル部１０ｃを有している。このシリコン単結晶インゴット１０からショルダー部１０ａとテイル部１０ｃを除去し、直胴部１０ｂを適切な長さで分割することにより、複数のシリコンブロック１１が完成する（ステップＳ１）。 A silicon single crystal ingot 10 manufactured by the CZ method has a shoulder portion 10a whose diameter gradually increases as the crystal grows, a straight body portion 10b whose crystal diameter is constant, and a tail portion 10c whose crystal diameter gradually narrows. are doing. A plurality of silicon blocks 11 are completed by removing the shoulder portion 10a and tail portion 10c from this silicon single crystal ingot 10 and dividing the straight body portion 10b into appropriate lengths (step S1).
続いて、シリコンブロック１１の両端又は一端からシリコンウェーハの評価用サンプル１２ｓを切り出す（ステップＳ２）。評価用サンプル１２ｓは、ウェーハ製品と同様に鏡面加工されてポリッシュドウェーハとなる。シリコンウェーハの面方位は｛１００｝面に限定されず、｛１１１｝面や｛１１０｝面であってもよい。 Subsequently, a silicon wafer evaluation sample 12s is cut out from both ends or one end of the silicon block 11 (step S2). The evaluation sample 12s is mirror-finished to become a polished wafer in the same way as a wafer product. The plane orientation of the silicon wafer is not limited to the {100} plane, but may be the {111} plane or the {110} plane.
評価用サンプルの熱処理（ステップＳ３）は、例えば、８００℃で４時間と１０００℃で１６時間の２段熱処理である。このように、半導体デバイスの製造過程を模した酸素析出評価熱処理により、シリコンウェーハ中の酸素析出物を顕在化させることができる。 The heat treatment of the evaluation sample (step S3) is, for example, a two-stage heat treatment at 800° C. for 4 hours and at 1000° C. for 16 hours. In this way, oxygen precipitates in the silicon wafer can be brought to light through the oxygen precipitation evaluation heat treatment that simulates the manufacturing process of semiconductor devices.
評価用サンプルの結晶欠陥密度分布の測定（ステップＳ４）では、ウェーハ中心を基準位置として複数の径方向の結晶欠陥密度分布、あるいはウェーハの円周方向の結晶欠陥密度分布を測定する。結晶欠陥密度の測定には、赤外レーザー明視野干渉法又は赤外光共焦点顕微鏡法を用いることが好ましい。選択エッチング法や赤外トモグラフ法といった従来の結晶欠陥密度の測定方法は、シリコンウェーハを劈開する必要があるため、一方向の結晶欠陥密度を測定することしかできなかった。しかし、赤外レーザー明視野干渉法又は赤外光共焦点顕微鏡法によれば、シリコンウェーハを劈開することなく任意の方向の結晶欠陥密度を測定することが可能である。 In the measurement of the crystal defect density distribution of the evaluation sample (step S4), the crystal defect density distribution in a plurality of radial directions or the crystal defect density distribution in the circumferential direction of the wafer is measured using the wafer center as a reference position. It is preferable to use infrared laser bright field interferometry or infrared light confocal microscopy to measure the crystal defect density. Conventional methods for measuring crystal defect density, such as selective etching and infrared tomography, require the silicon wafer to be cleaved, so they can only measure crystal defect density in one direction. However, according to infrared laser bright field interferometry or infrared light confocal microscopy, it is possible to measure crystal defect density in any direction without cleaving the silicon wafer.
その後、結晶欠陥密度分布の測定結果に基づいて、評価用サンプルの結晶欠陥密度が規格内に収まっているか否かを評価する（ステップＳ５）。詳細には、ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）の密度及びサイズが規格内に収まっているか否か、或いはＤＺ幅が規格内に収まっているか否かを評価する。このように、評価対象の結晶欠陥は、結晶成長時に生成した酸素析出物及びウェーハ加工後に受けた熱処理によって生成した酸素析出物を含む。 Thereafter, based on the measurement results of the crystal defect density distribution, it is evaluated whether the crystal defect density of the evaluation sample falls within the specification (step S5). Specifically, it is evaluated whether the density and size of BMD (Bulk Micro Defect) are within the standard or whether the DZ width is within the standard. In this way, the crystal defects to be evaluated include oxygen precipitates generated during crystal growth and oxygen precipitates generated by heat treatment after wafer processing.
シリコンウェーハの評価用サンプル１２ｓが規格内に入っている場合、その切り出し元のシリコンブロック１１が製品加工工程に送られる（ステップＳ６）。シリコンブロック１１の製品加工では、ワイヤソーを用いたスライス加工、ラッピング、エッチング、鏡面研磨、洗浄等の工程が行われ、シリコンウェーハ製品１２ｐが完成する。 If the silicon wafer evaluation sample 12s falls within the specifications, the silicon block 11 from which it was cut is sent to the product processing process (step S6). In product processing of the silicon block 11, steps such as slicing using a wire saw, lapping, etching, mirror polishing, and cleaning are performed, and a silicon wafer product 12p is completed.
シリコンウェーハの評価用サンプル１２ｓが規格内に入っていない場合、評価結果が次バッチ以降の結晶引き上げ工程にフィードバックされ、結晶引き上げ条件の調整が行われる。 If the silicon wafer evaluation sample 12s does not fall within the specifications, the evaluation result is fed back to the crystal pulling process for the next batch and subsequent batches, and the crystal pulling conditions are adjusted.
図３は、赤外レーザー明視野干渉法の原理を示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the principle of infrared laser bright field interferometry.
図３に示すように、赤外レーザー明視野干渉法は、赤外レーザー光を二偏光分岐してシリコンウェーハＷの一か所に入射し、透過光を互いに干渉させることで、欠陥からの散乱に起因する位相差を検出する。レーザー光源２１から出射した赤外レーザー光Ｌは、ミラー２２で反射した後、ノマルスキープリズム２４によって互いに直交する振動面を持つ２つの直線偏光Ａ，Ｂに分割され、わずかに重なり合った状態に配置される。２つの直線偏光Ａ，Ｂのどちらか一方の入射位置に欠陥が存在した場合、２つの入射光の間に位相差が生じる。この位相差を第１及び第２検出器２９ａ、２９ｂに入るレーザー光の強度差（信号強度）として検出する。欠陥の種類が同じである場合、信号強度から欠陥サイズを判別することができる。 As shown in Figure 3, infrared laser bright-field interferometry splits an infrared laser beam into two polarized beams and makes them incident on a silicon wafer W at one point, causing the transmitted beams to interfere with each other. Detect the phase difference caused by The infrared laser beam L emitted from the laser light source 21 is reflected by the mirror 22, and then split by the Nomarski prism 24 into two linearly polarized beams A and B with vibration planes perpendicular to each other, which are arranged in a slightly overlapping state. Ru. If a defect exists at the incident position of one of the two linearly polarized lights A and B, a phase difference occurs between the two incident lights. This phase difference is detected as an intensity difference (signal intensity) between the laser beams entering the first and second detectors 29a and 29b. If the defects are of the same type, the defect size can be determined from the signal strength.
測定時にはシリコンウェーハＷをＸ方向に振動させながら、Ｙ方向又はＺ方向に移動させて、信号を取り込む。シリコンウェーハＷの表面の位置は、表面からの反射光を第３検出器２９ｃで検出し、最大反射位置で決定される。結果的に欠陥の深さ方向の分布は表面から１μｍ単位で特定することが可能である。赤外レーザー明視野干渉法によれば、ウェーハ表面から裏面までの任意の深さの欠陥を評価でき、熱処理後のシリコンウェーハＷ中の酸素析出物の体積密度等を求めることができる。 During measurement, the silicon wafer W is vibrated in the X direction and moved in the Y or Z direction to capture signals. The position of the surface of the silicon wafer W is determined by detecting the reflected light from the surface by the third detector 29c and the maximum reflection position. As a result, the distribution of defects in the depth direction can be specified in units of 1 μm from the surface. According to infrared laser bright field interferometry, defects at any depth from the front surface to the back surface of the wafer can be evaluated, and the volume density of oxygen precipitates in the silicon wafer W after heat treatment can be determined.
図４は、赤外光共焦点顕微鏡法の原理を示す模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the principle of infrared light confocal microscopy.
図４に示すように、赤外光共焦点顕微鏡は、シリコンウェーハＷにダメージを与えることなく結晶欠陥の評価を行う装置である。レーザー光源３１から出射した赤外レーザー光Ｌは、コリメーターレンズ３２によって平行光にされた後、ビームスプリッター３３及び対物レンズ３４を通過してシリコンウェーハＷに照射される。シリコンウェーハＷで反射した赤外レーザー光Ｌはビームスプリッター３３によって光路が変更され、集光レンズ３５によって集光され、検出器３６によって検出される。 As shown in FIG. 4, the infrared confocal microscope is a device that evaluates crystal defects without damaging the silicon wafer W. The infrared laser beam L emitted from the laser light source 31 is collimated by the collimator lens 32, passes through the beam splitter 33 and the objective lens 34, and is irradiated onto the silicon wafer W. The optical path of the infrared laser beam L reflected by the silicon wafer W is changed by the beam splitter 33, focused by the condensing lens 35, and detected by the detector 36.
焦点位置がウェーハ表面にある場合、ウェーハ表面からの反射光は検出器３６上でも焦点を結び、ほとんどすべての反射光が検出器３６に届く。しかし非合焦時の光は、ウェーハ表面からずれた位置で焦点を結ぶ反射光は検出器３６上で収束せずに拡散し、大部分の反射光は検出器３６に届かない。このように、赤外光共焦点顕微鏡法は、サンプル表面からの反射光を用いて結晶欠陥を検出する方法であり、焦点が合った位置の情報のみを検出することができる。赤外光共焦点顕微鏡法では、ウェーハ表面から２００μｍまでの任意の深さの結晶欠陥を評価できる。 When the focus position is on the wafer surface, the reflected light from the wafer surface is also focused on the detector 36, and almost all of the reflected light reaches the detector 36. However, when the light is out of focus, the reflected light that is focused at a position shifted from the wafer surface is not converged on the detector 36 but is diffused, and most of the reflected light does not reach the detector 36. In this way, infrared light confocal microscopy is a method of detecting crystal defects using reflected light from the sample surface, and can detect only information at focused positions. Infrared light confocal microscopy allows evaluation of crystal defects at any depth up to 200 μm from the wafer surface.
図５は、本発明の実施の形態によるシリコンウェーハの評価システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a silicon wafer evaluation system according to an embodiment of the present invention.
図５に示すように、シリコンウェーハの評価システム４０は、シリコンウェーハＷ上の任意の一点の結晶欠陥密度を赤外レーザー明視野干渉法又は赤外光共焦点顕微鏡法により測定する測定部４１と、シリコンウェーハＷが載置されるステージ部４２と、測定部４１による結晶欠陥密度の測定結果に基づいて、シリコンウェーハの結晶欠陥密度分布を評価する評価部４３と、ステージ部４２を水平に動かすことにより測定部４１によるシリコンウェーハＷの測定位置を制御する測定位置制御部４４とを備えている。 As shown in FIG. 5, the silicon wafer evaluation system 40 includes a measurement unit 41 that measures the crystal defect density at any one point on the silicon wafer W using infrared laser bright field interferometry or infrared light confocal microscopy. , the stage section 42 on which the silicon wafer W is placed, the evaluation section 43 that evaluates the crystal defect density distribution of the silicon wafer based on the measurement result of the crystal defect density by the measuring section 41, and the stage section 42 are moved horizontally. The measurement position control section 44 controls the measurement position of the silicon wafer W by the measurement section 41.
赤外レーザー明視野干渉法により結晶欠陥密度を測定する測定部４１の構成は図３に示した通りであり、また赤外光共焦点顕微鏡法により結晶欠陥密度を測定する測定部４１の構成は図４に示した通りである。これらはシリコンウェーハＷ上の任意の一点の結晶欠陥密度に関するものであるため、測定位置制御部４４はシリコンウェーハＷの測定位置を制御する。ステージ部４２をＸ方向およびＹ方向に動かして、ウェーハの径方向に沿った結晶欠陥密度の測定を行い、またウェーハ外周部に沿った円周方向の結晶欠陥密度の測定を行う。ステージ部４２は回転機能を有していてもよく、これによりウェーハ外周部に沿った円周方向の結晶欠陥密度の測定を容易に行うことができる。 The configuration of the measurement unit 41 that measures the crystal defect density by infrared laser bright field interferometry is as shown in FIG. 3, and the configuration of the measurement unit 41 that measures the crystal defect density by infrared light confocal microscopy is This is as shown in FIG. Since these are related to the crystal defect density at any one point on the silicon wafer W, the measurement position control section 44 controls the measurement position on the silicon wafer W. The stage section 42 is moved in the X direction and the Y direction to measure the crystal defect density along the radial direction of the wafer, and also to measure the crystal defect density in the circumferential direction along the outer periphery of the wafer. The stage section 42 may have a rotating function, thereby making it possible to easily measure the crystal defect density in the circumferential direction along the outer circumference of the wafer.
測定位置制御部４４は、予め定められたプログラムに従ってシリコンウェーハＷを載置したステージ部４２の測定位置を制御する。測定位置制御部４４がシリコンウェーハＷを載置したステージ部４２の位置を制御することにより、測定部４１は、ウェーハ中心を基準位置とした複数の径方向に沿った複数の測定点、又は少なくとも一つの径方向及びウェーハ外周部の円周方向に沿った複数の測定点において、結晶欠陥密度を測定する。評価部４３はコンピュータシステムであり、測定部４１による結晶欠陥密度の測定結果に基づいて、シリコンウェーハＷの結晶欠陥密度が規格内に入っているか否かを評価する。評価部４３はデータベースを有し、評価結果及び測定データはシリコンウェーハＷの識別コードと関連付けられてデータベースに保存される。 The measurement position control section 44 controls the measurement position of the stage section 42 on which the silicon wafer W is placed according to a predetermined program. By controlling the position of the stage section 42 on which the silicon wafer W is placed by the measurement position control section 44, the measurement section 41 can measure a plurality of measurement points along a plurality of radial directions with the wafer center as a reference position, or at least The crystal defect density is measured at a plurality of measurement points along one radial direction and the circumferential direction of the outer periphery of the wafer. The evaluation unit 43 is a computer system, and evaluates whether the crystal defect density of the silicon wafer W is within the standard based on the measurement result of the crystal defect density by the measurement unit 41. The evaluation unit 43 has a database, and the evaluation results and measurement data are stored in the database in association with the identification code of the silicon wafer W.
図６（ａ）～（ｄ）は、シリコンウェーハの結晶欠陥密度分布の測定方法を示す模式図である。 FIGS. 6(a) to 6(d) are schematic diagrams showing a method for measuring the crystal defect density distribution of a silicon wafer.
図６（ａ）に示す測定方法は、ウェーハ中心を基準位置とした径方向の結晶欠陥密度分布を９０度間隔で測定するものである。すなわち、シリコンウェーハの中心位置で互いに直交するＸ方向及びＹ方向の結晶欠陥密度分布をそれぞれ測定する。シリコンウェーハの面方位が｛１００｝である場合、Ｘ方向及びＹ方向は＜１１０＞方向であってもよく、＜１１０＞方向以外の方向であってもよい。このように、４つの径方向の結晶欠陥密度分布を測定することにより、径方向の結晶欠陥密度分布に基づく合否判定の精度を高めることができる。 The measurement method shown in FIG. 6A measures the crystal defect density distribution in the radial direction with the wafer center as a reference position at 90 degree intervals. That is, the crystal defect density distributions in the X direction and the Y direction, which are perpendicular to each other, are measured at the center position of the silicon wafer. When the surface orientation of the silicon wafer is {100}, the X direction and the Y direction may be the <110> direction, or may be a direction other than the <110> direction. By measuring the four radial crystal defect density distributions in this manner, it is possible to improve the accuracy of pass/fail determination based on the radial crystal defect density distributions.
図６（ｂ）に示す測定方法は、ウェーハ中心を基準位置とした径方向の結晶欠陥密度分布を４５度間隔で測定するものである。そのため、シリコンウェーハの面方位が｛１００｝である場合、４５度間隔の８つの径方向には、＜１１０＞方向以外の方向が必ず含まれることになる。このように、８つの径方向の結晶欠陥密度分布を測定することにより、図６（ａ）の場合よりも結晶欠陥密度分布の測定結果の信頼性をさらに高めることができる。したがって、結晶欠陥密度分布が偏心していても結晶欠陥密度が規格内に入っているか否かを正しく評価することができ、結晶欠陥密度分布の偏心による規格外れの検出精度を高めることができる。 The measurement method shown in FIG. 6B measures the crystal defect density distribution in the radial direction with the wafer center as the reference position at 45 degree intervals. Therefore, when the plane orientation of the silicon wafer is {100}, the eight radial directions spaced at 45 degrees always include directions other than the <110> direction. By measuring the crystal defect density distribution in eight radial directions in this way, the reliability of the measurement result of the crystal defect density distribution can be further improved than in the case of FIG. 6(a). Therefore, even if the crystal defect density distribution is eccentric, it is possible to correctly evaluate whether the crystal defect density is within the specifications, and it is possible to improve the accuracy of detecting deviations from the specifications due to the eccentricity of the crystal defect density distribution.
図６（ｃ）に示す測定方法は、ウェーハ中心を基準位置とした１つの径方向の結晶欠陥密度分布を測定すると共に、ウェーハの外周近傍における円周方向の結晶欠陥密度分布を測定するものである。結晶欠陥密度の円周方向分布の測定位置（径方向位置）は、ウェーハ最外周から内側に１０ｍｍまでの範囲内であることが好ましく、ウェーハ最外周から内側に２ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内であることが特に好ましい。このように、径方向の結晶欠陥密度分布を測定することにより、径方向の結晶欠陥密度分布が規格内に入っているか否かを評価することができる。また、径方向のみならずウェーハ外周近傍の円周方向の結晶欠陥密度分布を測定することにより、結晶欠陥密度分布の偏心による規格外れの検出精度を高めることができる。 The measurement method shown in FIG. 6(c) measures the crystal defect density distribution in one radial direction with the wafer center as the reference position, and also measures the crystal defect density distribution in the circumferential direction near the outer periphery of the wafer. be. The measuring position (radial position) of the circumferential distribution of crystal defect density is preferably within a range of 10 mm inward from the outermost periphery of the wafer, and within a range of 2 mm or more and 5 mm or less inward from the outermost wafer periphery. This is particularly preferred. By measuring the radial crystal defect density distribution in this way, it is possible to evaluate whether the radial crystal defect density distribution is within the specifications. Furthermore, by measuring the crystal defect density distribution not only in the radial direction but also in the circumferential direction near the outer periphery of the wafer, it is possible to improve the accuracy of detecting deviations from specifications due to eccentricity of the crystal defect density distribution.
図６（ｄ）に示す測定方法は、ウェーハ中心を基準位置とした径方向の結晶欠陥密度分布を９０度間隔で測定すると共に、ウェーハの外周近傍における円周方向の結晶欠陥密度分布を測定するものである。このように、４方向の結晶欠陥密度分布を測定することにより、径方向の結晶欠陥密度分布の測定結果の信頼性を高めることができる。また、径方向のみならずウェーハ外周近傍の円周方向の結晶欠陥密度分布を測定することにより、結晶欠陥密度分布の偏心による規格外れの検出精度を高めることができる。 The measurement method shown in FIG. 6(d) measures the crystal defect density distribution in the radial direction with the wafer center as the reference position at 90 degree intervals, and also measures the crystal defect density distribution in the circumferential direction near the outer periphery of the wafer. It is something. By measuring the crystal defect density distribution in the four directions in this manner, the reliability of the measurement result of the crystal defect density distribution in the radial direction can be increased. Furthermore, by measuring the crystal defect density distribution not only in the radial direction but also in the circumferential direction near the outer periphery of the wafer, it is possible to improve the accuracy of detecting deviations from specifications due to eccentricity of the crystal defect density distribution.
一又は複数の径方向の結晶欠陥密度分布と円周方向の結晶欠陥密度分布を組み合わせる場合、円周方向の測定点の数は、径方向の測定ライン数よりも大きいことが必要である。例えば、径方向の結晶欠陥密度分布を９０度間隔で測定する場合、これによりウェーハの外周近傍の４点が測定されるので、円周方向の結晶欠陥密度分布の測定では、前記４点を除いた他の測定点の結晶欠陥密度を測定する必要がある。例えば、ウェーハの外周近傍の結晶欠陥密度を円周方向に３０度間隔で測定することにより、４つの径方向だけを測定する場合よりも測定点の総数を８つ増やすことができ、円周方向の結晶欠陥密度分布をより正確に評価することができる。 When combining one or more radial crystal defect density distributions with circumferential crystal defect density distributions, the number of measurement points in the circumferential direction needs to be larger than the number of measurement lines in the radial direction. For example, when measuring the crystal defect density distribution in the radial direction at 90 degree intervals, four points near the outer circumference of the wafer are measured. It is necessary to measure the crystal defect density at other measurement points. For example, by measuring the crystal defect density near the outer periphery of the wafer at 30 degree intervals in the circumferential direction, the total number of measurement points can be increased to 8 compared to measuring only in 4 radial directions. The crystal defect density distribution of can be evaluated more accurately.
選択エッチング法や赤外トモグラフ法を用いた従来のシリコンウェーハの評価方法は、例えば面方位が｛１００｝のシリコンウェーハであれば＜１１０＞方向に劈開し、劈開面に沿った一方向の結晶欠陥密度分布しか検査できないので、結晶欠陥密度分布が周方向に均一でない場合には、結晶欠陥密度の変化が大きいウェーハの外周部で結晶欠陥密度が顧客仕様から外れていたとしてもこれを検知することができなかった。 Conventional methods for evaluating silicon wafers using selective etching or infrared tomography, for example, cleave a silicon wafer in the <110> direction if the plane orientation is {100}, and produce crystals in one direction along the cleavage plane. Since only the defect density distribution can be inspected, if the crystal defect density distribution is not uniform in the circumferential direction, this can be detected even if the crystal defect density deviates from customer specifications at the outer periphery of the wafer, where the crystal defect density changes greatly. I couldn't.
しかしながら、本発明によるシリコンウェーハの評価方法は、ウェーハ断面に依存せず内部の欠陥を評価できる装置、具体的には赤外レーザー明視野干渉法または赤外光共焦点顕微鏡法を原理とする装置を使用して、複数の径方向の結晶欠陥密度分布、或いは少なくとも一つの径方向及び円周方向の結晶欠陥密度分布を測定するので、結晶欠陥密度分布が偏心していても結晶欠陥密度が顧客仕様を満たしているか否かを正しく評価することができる。 However, the silicon wafer evaluation method according to the present invention requires an apparatus that can evaluate internal defects without depending on the wafer cross section, specifically an apparatus based on infrared laser bright field interferometry or infrared light confocal microscopy. is used to measure multiple radial crystal defect density distributions or at least one radial and circumferential crystal defect density distribution, so even if the crystal defect density distribution is eccentric, the crystal defect density can be adjusted to customer specifications. It is possible to correctly evaluate whether or not the requirements are met.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is included within the scope.
例えば、上記実施形態においては、評価熱処理後のシリコンウェーハの結晶欠陥密度分布を評価する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、評価熱処理前のAs-grownシリコンウェーハの結晶欠陥密度分布の評価に用いることも可能である。また、結晶成長時に生成した空孔凝集体の評価に用いることも可能である。 For example, in the above embodiment, the case where the crystal defect density distribution of the silicon wafer after the evaluation heat treatment is evaluated is taken as an example, but the present invention is not limited to this, and the As-grown silicon wafer before the evaluation heat treatment is evaluated. It can also be used to evaluate the crystal defect density distribution of a wafer. Furthermore, it can also be used to evaluate vacancy aggregates generated during crystal growth.
＜実施例１＞
面方位が｛１００｝、ノッチ方位が＜１１０＞、酸素濃度が１３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ASTM F121-79）、直径が３００ｍｍのｐ型ＣＺシリコンウェーハの表面に厚さが４μｍのエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハ製品がある。この製品の結晶欠陥密度の下限規格は、５×１０８／ｃｍ３である。この製品用のシリコンブロックから評価用サンプルを作製し、酸素雰囲気中で、８００℃で４時間と１０００℃で１６時間の２段熱処理を施して、欠陥密度測定サンプルを得た。<Example 1>
An epitaxial layer with a thickness of 4 μm was placed on the surface of a p-type CZ silicon wafer with a surface orientation of {100}, a notch orientation of <110>, an oxygen concentration of 13×10 17 atoms/cm 3 (ASTM F121-79), and a diameter of 300 mm. There are epitaxial wafer products with layers formed thereon. The lower limit standard for crystal defect density of this product is 5×10 8 /cm 3 . An evaluation sample was prepared from a silicon block for this product, and subjected to two-step heat treatment at 800° C. for 4 hours and at 1000° C. for 16 hours in an oxygen atmosphere to obtain a sample for defect density measurement.
次に赤外光共焦点顕微鏡（Semilab製SIRM-2500）を用いて、ウェーハ表面から１５０μｍの深さの結晶欠陥密度を測定した。ノッチから左回りに９０度の方向を０度として、４５度間隔で測定した結晶欠陥密度の径方向分布を図７（ａ）～（ｈ）に示す。また、ウェーハ中心から１４８ｍｍの位置で、３０度間隔で測定した結晶欠陥密度の円周方向分布を図８に示す。 Next, the crystal defect density at a depth of 150 μm from the wafer surface was measured using an infrared light confocal microscope (SIRM-2500 manufactured by Semilab). FIGS. 7(a) to (h) show the radial distribution of crystal defect density measured at 45-degree intervals, with the direction 90 degrees counterclockwise from the notch being 0 degrees. Further, FIG. 8 shows the circumferential distribution of crystal defect density measured at 30 degree intervals at a position 148 mm from the center of the wafer.
図７（ａ）～（ｈ）では、１３５度の方向において、結晶欠陥密度が下限規格を下回っていることが分かる。また図８では、１２０度、１５０度、及び１８０度の方向において、結晶欠陥密度が下限規格を下回っていることが分かる。 In FIGS. 7A to 7H, it can be seen that the crystal defect density is below the lower limit standard in the 135 degree direction. Further, in FIG. 8, it can be seen that the crystal defect density is below the lower limit standard in the directions of 120 degrees, 150 degrees, and 180 degrees.
図７（ａ）～（ｈ）の径方向分布から分かるように、結晶欠陥密度分布の偏心の影響は、結晶欠陥密度が急激に低下するウェーハ外周部以外では小さい。従って、結晶欠陥密度の上限規格については一つの径方向分布測定で合否判定が可能である。規格外れを見逃すことなく測定時間を短縮するには、一つの径方向分布で上限に対する合否判定を行い、ウェーハ外周部での円周方向分布で下限に対する合否判定を行えば良い。例えば、図７（ａ）の０度方向の径方向分布と図８の円周方向分布を組み合わせて、結晶欠陥密度の合否を判定するのである。実施例２と３についても同様である。 As can be seen from the radial distributions in FIGS. 7(a) to (h), the effect of eccentricity on the crystal defect density distribution is small except at the outer periphery of the wafer where the crystal defect density rapidly decreases. Therefore, it is possible to pass or fail the upper limit specification for crystal defect density by one radial distribution measurement. In order to shorten the measurement time without overlooking deviations from the specifications, it is sufficient to make a pass/fail judgment for the upper limit based on one radial distribution, and to make a pass/fail judgment for the lower limit based on the circumferential distribution at the outer periphery of the wafer. For example, the radial distribution in the 0 degree direction in FIG. 7A and the circumferential distribution in FIG. 8 are combined to determine whether the crystal defect density is acceptable or not. The same applies to Examples 2 and 3.
＜実施例２＞
面方位が｛１１１｝、ノッチ方位が＜１１０＞、酸素濃度が１１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ASTM F121-79）、直径が３００ｍｍのｎ型ＣＺシリコンウェーハ製品がある。この製品の結晶欠陥密度の下限規格は、１×１０８／ｃｍ３である。この製品用のシリコンブロックから評価用サンプルを作製し、酸素雰囲気中で、８００℃で４時間と１０００で１６時間の２段熱処理を施して、欠陥密度測定サンプルを得た。<Example 2>
There is an n-type CZ silicon wafer product with a plane orientation of {111}, a notch orientation of <110>, an oxygen concentration of 11×10 17 atoms/cm 3 (ASTM F121-79), and a diameter of 300 mm. The lower limit standard for crystal defect density of this product is 1×10 8 /cm 3 . An evaluation sample was prepared from a silicon block for this product, and subjected to two-step heat treatment at 800° C. for 4 hours and at 1000° C. for 16 hours in an oxygen atmosphere to obtain a sample for defect density measurement.
次に赤外光共焦点顕微鏡（Semilab製SIRM-2500）を用いて、ウェーハ表面から１５０μｍの深さの結晶欠陥密度を測定した。ノッチから左回りに９０度の方向を０度として、４５度間隔で測定した結晶欠陥密度の径方向分布を図９（ａ）～（ｈ）に示す。また、ウェーハ中心から１４８ｍｍの位置で、３０度間隔で測定した結晶欠陥密度の円周方向分布を図１０に示す。 Next, the crystal defect density at a depth of 150 μm from the wafer surface was measured using an infrared light confocal microscope (SIRM-2500 manufactured by Semilab). FIGS. 9A to 9H show the radial distribution of crystal defect density measured at 45 degree intervals, with the direction 90 degrees counterclockwise from the notch being 0 degree. Further, FIG. 10 shows the circumferential distribution of crystal defect density measured at 30 degree intervals at a position 148 mm from the center of the wafer.
図９（ａ）～（ｈ）では、４５度の方向において、結晶欠陥密度が下限規格を下回っていることが分かる。また図１０では、３０度及び６０度の方向において、結晶欠陥密度が下限規格を下回っていることが分かる。 In FIGS. 9A to 9H, it can be seen that the crystal defect density is below the lower limit standard in the 45 degree direction. Further, in FIG. 10, it can be seen that the crystal defect density is below the lower limit standard in the directions of 30 degrees and 60 degrees.
＜実施例３＞
面方位が｛１１０｝、ノッチ方位が＜１１０＞、酸素濃度が１３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ASTM F121-79）、直径が２００ｍｍのｐ型ＣＺシリコンウェーハ製品がある。この製品の結晶欠陥密度の下限規格は、５×１０８／ｃｍ３である。この製品用のシリコンブロックから評価用サンプルを作製し、酸素雰囲気中で、８００℃で４時間と１０００℃で１６時間の２段熱処理を施して、欠陥密度測定サンプルを得た。<Example 3>
There is a p-type CZ silicon wafer product with a plane orientation of {110}, a notch orientation of <110>, an oxygen concentration of 13×10 17 atoms/cm 3 (ASTM F121-79), and a diameter of 200 mm. The lower limit standard for crystal defect density of this product is 5×10 8 /cm 3 . An evaluation sample was prepared from a silicon block for this product, and subjected to two-step heat treatment at 800° C. for 4 hours and at 1000° C. for 16 hours in an oxygen atmosphere to obtain a sample for defect density measurement.
次にHigh Yield Technology製ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）を用いて、ウェーハ表面から３００μｍの深さの結晶欠陥密度を赤外レーザー明視野干渉法により測定した。ノッチから左回りに９０度の方向を０度として、４５度間隔で測定した結晶欠陥密度の径方向分布を図１１（ａ）～（ｈ）に示す。また、ウェーハ中心から９５ｍｍの位置で、３０度間隔で測定した結晶欠陥密度の円周方向分布を図１２に示す。 Next, using an OPP (Optical Precipitate Profiler) manufactured by High Yield Technology, the crystal defect density at a depth of 300 μm from the wafer surface was measured by infrared laser bright field interferometry. FIGS. 11(a) to 11(h) show the radial distribution of crystal defect density measured at 45-degree intervals, with the direction 90 degrees counterclockwise from the notch being 0 degrees. Further, FIG. 12 shows the circumferential distribution of crystal defect density measured at 30 degree intervals at a position 95 mm from the center of the wafer.
図１１（ａ）～（ｈ）では、２２５度の方向において、結晶欠陥密度の下限規格を下回っていることが分かる。また図１２では、１８０度、２１０度、２４０度、及び２７０度の方向において、結晶欠陥密度の下限規格を下回っていることが分かる。 In FIGS. 11A to 11H, it can be seen that the crystal defect density is below the lower limit standard in the 225 degree direction. Further, in FIG. 12, it can be seen that the crystal defect density is below the lower limit standard in the directions of 180 degrees, 210 degrees, 240 degrees, and 270 degrees.
＜比較例１＞
実施例１で使用した欠陥密度測定サンプルをノッチの位置から劈開して、表面（｛１００｝面）に対して垂直な劈開面（｛１１０｝面）を有する半円形のサンプルを作製した。このサンプルの結晶欠陥密度を赤外トモグラフ装置（Semilab製LST-2500）で測定した。詳細には、劈開面から７０μｍ離れた表面に、赤外レーザー光を入射し、サンプルを劈開面に平行な方向に走査した。サンプル内部の結晶欠陥によって散乱された赤外光をカメラで撮像して、表面から１００～３００μｍの範囲の散乱像を得た。散乱像を画像処理して、結晶欠陥密度を測定した。ウェーハ中心から外周（ノッチの反対側）に向かって測定した結晶欠陥密度の径方向分布（実施例１の９０度方向に相当）を図１３に示す。<Comparative example 1>
The defect density measurement sample used in Example 1 was cleaved from the notch position to produce a semicircular sample having a cleavage plane ({110} plane) perpendicular to the surface ({100} plane). The crystal defect density of this sample was measured using an infrared tomography device (Semilab LST-2500). Specifically, an infrared laser beam was applied to the surface 70 μm away from the cleavage plane, and the sample was scanned in a direction parallel to the cleavage plane. Infrared light scattered by crystal defects inside the sample was imaged with a camera to obtain a scattering image in the range of 100 to 300 μm from the surface. The scattering image was image-processed and the crystal defect density was measured. FIG. 13 shows the radial distribution of crystal defect density (corresponding to the 90 degree direction in Example 1) measured from the center of the wafer toward the outer periphery (the opposite side of the notch).
実施例１では、結晶欠陥密度が下限規格を下回る位置が見つかったにも関わらず、比較例１の検査方法では結晶欠陥密度がウェーハ外周部でも下限規格を下回らなかった。そのため、比較例１では、本来不合格であるサンプルが合格と判定されてしまう場合があることが分かった。 In Example 1, although a position where the crystal defect density was below the lower limit specification was found, in the inspection method of Comparative Example 1, the crystal defect density did not fall below the lower limit specification even at the outer periphery of the wafer. Therefore, in Comparative Example 1, it was found that a sample that was originally rejected was sometimes determined to be passed.
＜比較例２＞
実施例２で使用した欠陥密度測定サンプルをノッチの位置からダイサーで半分に切断し、切断面から１ｃｍ離れた位置を切断面に平行にダイサーで切断して、幅が１ｃｍの短冊状サンプルを作製した。この短冊状サンプルの切断面を鏡面研磨して、表面（｛１１１｝面）に対して垂直で、平滑な断面を有する短冊状サンプルを作製した。このサンプルの結晶欠陥密度を赤外トモグラフ装置（三井金属鉱業製ＭＯ－４４１）で測定した。詳細には、劈開面から４０μｍ離れた表面に、赤外レーザー光を入射し、サンプルを劈開面に平行な方向に走査した。サンプル内部の結晶欠陥によって散乱された赤外光をカメラで撮像して、表面から１００～３００μｍの範囲の散乱像を得た。散乱像を画像処理して、結晶欠陥密度を測定した。ウェーハ中心から外周（ノッチの反対側）に向かって測定した結晶欠陥密度の径方向分布（実施例２の９０度方向に相当）を図１４に示す。<Comparative example 2>
The defect density measurement sample used in Example 2 was cut in half with a dicer from the notch position, and cut with a dicer at a position 1 cm away from the cut surface parallel to the cut surface to produce a strip-shaped sample with a width of 1 cm. did. The cut surface of this strip-shaped sample was mirror-polished to produce a strip-shaped sample having a smooth cross section perpendicular to the surface ({111} plane). The crystal defect density of this sample was measured using an infrared tomography device (MO-441 manufactured by Mitsui Mining and Mining Co., Ltd.). Specifically, an infrared laser beam was applied to the surface 40 μm away from the cleavage plane, and the sample was scanned in a direction parallel to the cleavage plane. Infrared light scattered by crystal defects inside the sample was imaged with a camera to obtain a scattering image in the range of 100 to 300 μm from the surface. The scattering image was image-processed and the crystal defect density was measured. FIG. 14 shows the radial distribution of crystal defect density (corresponding to the 90 degree direction in Example 2) measured from the center of the wafer toward the outer periphery (the opposite side of the notch).
実施例２では、結晶欠陥密度が下限規格を下回る位置が見つかったにも関わらず、比較例２の検査方法では結晶欠陥密度がウェーハ外周部でも下限規格を下回らなかった。そのため、比較例２では、本来不合格であるサンプルが合格と判定されてしまう場合があることが分かった。 In Example 2, although a position where the crystal defect density was lower than the lower limit specification was found, in the inspection method of Comparative Example 2, the crystal defect density did not fall below the lower limit specification even at the outer periphery of the wafer. Therefore, in Comparative Example 2, it was found that a sample that was originally rejected was sometimes determined to be passed.
１０ シリコン単結晶インゴット
１０ａ ショルダー部
１０ｂ 直胴部
１０ｃ テイル部
１１ シリコンブロック
１２ｓ シリコンウェーハの評価用サンプル
１２ｐ シリコンウェーハ製品
２１ レーザー光源
２２ ミラー
２３ ビームスプリッター
２４ ノマルスキープリズム
２５ 集光レンズ
２６ 集光レンズ
２７ ノマルスキープリズム
２８ ウォーラストンプリズム
２９ａ 第１検出器
２９ｂ 第２検出器
２９ｃ 第３検出器
３１ レーザー光源
３２ コリメーターレンズ
３３ ビームスプリッター
３４ 対物レンズ
３５ 集光レンズ
３６ 検出器
４０ 評価システム
４１ 測定部
４２ ステージ部
４３ 評価部
４４ 測定位置制御部
Ｌ 赤外レーザー光
ＣＳ 劈開面
Ｗ シリコンウェーハ
Ｓ１ シリコンブロック切り出しステップ
Ｓ２ 評価用サンプル作製ステップ
Ｓ３ 熱処理ステップ
Ｓ４ 結晶欠陥密度分布測定ステップ
Ｓ５ 評価ステップ
Ｓ６ 製品加工ステップ10 Silicon single crystal ingot 10a Shoulder part 10b Body part 10c Tail part 11 Silicon block 12s Silicon wafer evaluation sample 12p Silicon wafer product 21 Laser light source 22 Mirror 23 Beam splitter 24 Nomarski prism 25 Condensing lens 26 Condensing lens 27 Nomarski Prism 28 Wollaston prism 29a First detector 29b Second detector 29c Third detector 31 Laser light source 32 Collimator lens 33 Beam splitter 34 Objective lens 35 Condensing lens 36 Detector 40 Evaluation system 41 Measuring section 42 Stage section 43 Evaluation section 44 Measurement position control section L Infrared laser beam CS Cleavage plane W Silicon wafer S1 Silicon block cutting step S2 Evaluation sample preparation step S3 Heat treatment step S4 Crystal defect density distribution measurement step S5 Evaluation step S6 Product processing step
Claims (10)
前記シリコンウェーハが載置されるステージ部と、
前記ステージ部を水平に動かすことにより前記測定部による前記シリコンウェーハの測定位置を制御する測定位置制御部と、
前記測定部による前記結晶欠陥密度の測定結果に基づいて、前記シリコンウェーハの結晶欠陥密度分布を評価する評価部とを備え、
前記測定位置制御部は、ウェーハ中心を基準位置とした少なくとも一つの径方向及びウェーハ外周部の円周方向に沿った複数の測定点において、前記結晶欠陥密度を測定するように前記ステージ部を制御することを特徴とするシリコンウェーハの評価システム。 a measurement unit that measures crystal defect density at any one point on a silicon wafer;
a stage section on which the silicon wafer is placed;
a measurement position control unit that controls the measurement position of the silicon wafer by the measurement unit by horizontally moving the stage unit;
an evaluation unit that evaluates the crystal defect density distribution of the silicon wafer based on the measurement result of the crystal defect density by the measurement unit,
The measurement position control unit controls the stage unit to measure the crystal defect density at a plurality of measurement points along at least one radial direction and a circumferential direction of the wafer outer circumference with the wafer center as a reference position. A silicon wafer evaluation system characterized by:
前記シリコンブロックを加工してシリコンウェーハの評価用サンプルを作製するステップと、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの評価方法により前記評価用サンプルの結晶欠陥密度分布を評価するステップと、
前記評価用サンプルの結晶欠陥密度が規格内に入っている場合に前記評価用サンプルが切り出された前記シリコンブロックを製品加工するステップとを備えることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 cutting out a silicon block from a silicon single crystal ingot manufactured by the CZ method;
processing the silicon block to produce a silicon wafer evaluation sample;
A step of evaluating the crystal defect density distribution of the evaluation sample by the silicon wafer evaluation method according to any one of claims 1 to 8;
A method for manufacturing a silicon wafer, comprising the step of processing the silicon block from which the evaluation sample has been cut out into a product if the crystal defect density of the evaluation sample is within a standard.
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