KR20090016473A - 단결정 실리콘 웨이퍼의 ｃｏｐ 평가 방법 - Google Patents

Abstract

평가 대상의 웨이퍼의 평가 영역을 반경방향으로 동심원형상으로 분할하고, 분할한 평가 영역마다 COP 개수의 상한치를 설정하며, 이 상한치를 기준으로 하여 단결정 실리콘 웨이퍼의 합격 여부의 판정을 행함으로써, 정량성, 또한 객관성이 있는 COP 평가가 가능하고, 명확한 기준 하에서 적정한 판정을 부여할 수 있다. 이 평가 방법을 적용함으로써, COP 평가(검사)의 자동화, 장래에 있어서의 웨이퍼의 고품질화에도 충분히 대응 가능하고, 단결정 실리콘 웨이퍼의 제조, 반도체 디바이스 제조에 널리 이용할 수 있다.

Description

단결정 실리콘 웨이퍼의 ＣＯＰ 평가 방법{SINGLE-CRYSTAL SILICON WAFER COP EVALUATION METHOD}

본 발명은, 단결정 실리콘 웨이퍼, 특히 직경 300mm의 대구경 실리콘 웨이퍼를 대상으로 하여 행하는 COP(Crystal Originated Particle) 평가 방법에 관한 것이다.

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

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

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

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

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

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

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

그에 따라, 무결함 결정의 실리콘 웨이퍼에서는 COP 평가가 실시되고 있다. 또한, COP 평가 시에는, COP의 검출 방법으로서, 일반적으로, 표면 결함 검사 장치(예를 들면, SP2:KLA-Tencor사제)를 이용하는 방법이나 구리 석출법(구리 데코레이션법)이라고 칭해지는 방법 등이 이용되고 있다.

즉, COP 평가에 의해 결함(COP)의 개수와 패턴의 유무에 따라 결정성(무결함성)을 보증하는 합격 여부의 판정이 행해지고, COP의 개수가 웨이퍼 전면(全面)에서 규정수를 초과하는 경우, 또는 패턴이 존재(발생)하고 있는 경우, 그 웨이퍼는 불합격으로 판정된다.

또한, 여기에서 말하는 「COP」란, 전술한 단결정 육성 시에 결정 내에 도입되는 Grown-in 결함으로서의 COP(이하, 「COP」라고 부르며, 특히 구별할 때는 「결정 기인의 COP」라고 한다)를 가리킨다. 그 이외의, 예를 들면 웨이퍼의 핸들링 시에 발생하는 미세한 흠집이나 스크래치 등에 기인하여 발생하는 COP(이들 결정 기인의 COP 이외의 결함을, 이하, 「비결정 기인의 COP」라고 한다)는, 실리콘의 단결정 그 자체에 유래하는 본질적인 결함은 아니므로, COP 평가의 대상으로부터 제외된다.

또, 상기의 「패턴」이란, 육성되는 단결정 실리콘 잉곳의 열 이력이 인상축에 대상인 것, 및 인상 속도와 Grown-in 결함의 분포가 특정한 관계를 갖고 있는 것에 기인하여 발생하는 결정 기인의 COP의 형태로, 일반적으로, 웨이퍼의 중심부에 디스크형상으로 나타나거나(디스크 패턴), 외주부에 링형상으로 나타나거나(링 패턴), 혹은 양자가 혼재하여 나타난다(링 디스크 패턴). 또한, 패턴 형태를 취하지 않고, 웨이퍼 전면에 고밀도로 나타나는 경우도 있다.

전술한 바와 같이, Grown-in 결함이 대단히 적은 무결함 결정의 실리콘 웨이퍼에서는 COP 평가가 실시되고 있다. 그러나, 정량적으로 판정하는 항목은, 웨이퍼 전면(全面)에서의 COP 개수뿐이며, 패턴 판정으로 디스크형상의 패턴이나 링형상의 패턴이 발생하고 있다고 간주할지의 여부는 눈으로 확인하여 판정하는 것에 의존하고 있어, 정량성, 객관성이 없었다.

또한, 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 COP 평가에는, 이하에 서술하는 바와 같이, 「COP 패턴 있음」으로 하는 판정이 너무 엄격하다는 문제가 있었다.

디바이스의 미세화가 진행됨에 따라 합격의 기준을 엄격하게 할 필요가 생긴 것은 사실이지만, 합격의 기준을 과도하게 엄격하게 하는 것은, 실리콘 웨이퍼의 제조 수율의 저하에 직결되므로, 실리콘 웨이퍼에 있어서의 COP 평가는 신중하게 행할 필요가 있다.

본 발명은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, Grown-in 결함이 대단히 적은, 특히 직경 300mm의 대구경의 단결정 실리콘 웨이퍼에 대해, 명확한 기준 하에서 패턴의 유무를 판정할 수 있는, 객관적이고 정량성이 있는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 요지는, 하기의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법에 있다.

즉, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법으로서, 상기 웨이퍼의 평가 영역을 반경방향으로 동심원형상으로 분할하고, 분할한 평가 영역마다 COP 개수의 상한치를 설정하며, 이 상한치를 기준으로 하여 합격 여부의 판정을 행하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법이다.

상기의 「단결정 실리콘 웨이퍼」란, 주로 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼이다. 즉, 본 평가 방법은, 직경 300mm 이상의 대구경 실리콘 웨이퍼를 주된 대상으로 하는 평가 방법이다.

본 평가 방법이 대상으로 하는 실리콘 웨이퍼는, COP가 웨이퍼 표면에 존재해도, 그들이 국소적으로 집중하여 상기의 패턴을 형성하거나, 웨이퍼 전면에서의 개수가 극단적으로 많지 않은 한, 고집적화 IC 생산용의 웨이퍼로서 허용된다.

이 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법에 있어서, 상기 동심원형상으로 분할한 평가 영역 중 중심부와 외주부 영역의 COP 개수가 상기 상한치를 초과하는 경우에 불합격으로 하는 방법(실시 형태 1)을 채용할 수 있다.

이 COP 평가 방법(실시 형태 1을 포함한다)에 있어서, 상기 동심원형상으로 분할하는 각 평가 영역의 폭을 15mm에서 30mm의 범위 내로 하는 것이 바람직하다(실시 형태 2).

이 COP 평가 방법(실시 형태 1, 2를 포함한다)에 있어서, 또한, 상기 웨이퍼 전면에서의 COP 개수를 미리 설정한 상한치 이하로 할 수 있다(실시 형태 3).

본 발명의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법은, 웨이퍼의 평가 영역을 반경방향으로 동심원형상으로 분할하고, 평가 영역마다 COP 개수의 상한치를 설정하는 방법으로, 정량성이 있는 평가 방법이다. 이 방법에 의하면, 예를 들면, 현행의 판정법에서는 COP 수개(數箇)로 디스크 패턴으로 간주되어, 불합격이 되는 웨이퍼에, 명확한 기준 하에서 패턴 없음(합격)의 판정을 부여할 수 있다.

이 평가 방법은, 정량성이 있는 명확한 기준에 의거한 방법이므로, COP 평가(검사)의 자동화에도 대응할 수 있다. 또, 웨이퍼 분할 영역의 폭이나 각 영역에 있어서의 COP 개수의 상한치 등의 평가 기준을 COP의 발생 상황 등을 감안하여 유연하게 재검토할 수 있으므로, 장래의 고품질화에도 충분히 대응 가능하다.

도 1은, 웨이퍼에 있어서의 비결정 기인의 COP의 발생예를 도시한 도면으로, (a)는 곡선형상 또는 점선형상으로 신장되는 COP, (b)는 국소적으로 반점형상으로 발생한 COP이다.

도 2는, 웨이퍼에 있어서의 비결정 기인의 COP의 다른 발생예를 도시한 도면이다.

도 3은, 무결함 결정의 실리콘 웨이퍼에 대한 COP 평가 결과를 도시한 도면이다.

도 4는, 현행의 판정 기준에서, 비결정 기인의 COP임에도 불구하고 불합격이 된 판정예를 도시한 도면이다.

도 5는, 신(新)기준 1에 의한 판정 결과를 도시한 도면이다.

도 6은, 신기준 1에 의한 구제(救濟)가 적절히 행해진 샘플과, 과잉으로 행해진 샘플을 예시한 도면으로, (a)는 적절히 구제된 예, (b)와 (c)는 구제가 과잉으로 행해진 예이다.

도 7은, 샘플 전체의 측정 영역마다의 COP 밀도를 도시한 도면이다.

도 8은, 신기준 2에 의한 불합격률을 영역마다 나누어 도시한 도면이다.

도 9는, 신기준 3에 의한 불합격률을 영역마다 나누어 도시한 도면이다.

도 10은, 현행 기준에서 합격으로 판정되고, 신기준 2에 의한 판정으로 불합격이 된 샘플을 예시한 도면으로, (a)는 디스크 패턴 있음이 된 예, (b)는 링 패턴 있음이 된 예이다.

도 11은, 신기준 1에서 과잉으로 구제되고, 신기준 3에서도 과잉으로 구제된 샘플을 예시한 도면이다.

도 12는, 신기준 4에 의한 불합격률을 영역마다 나누어 도시한 도면이다.

이하에, 본 발명의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법을 구체적으로 설명한다. 본 발명이 대상으로 하는 COP는, 후술하는 Cu 석출 장치를 이용한 구리 석출법에 의해 처리한 후, 웨이퍼 표면의 개수 카운트 및 분포 측정을 눈으로 확인하여 검사함으로써 실시하였다.

본 발명의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법은, 상기와 같이, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법으로서, 상기 웨이퍼의 평가 영역을 반경방향으로 동심원형상으로 분할하고, 분할한 평가 영역마다 COP 개수의 상한치를 설정하며, 이 상한치를 기준으로 하여 합격 여부의 판정을 행하는 방법이다. 즉, 분할한 평가 영역마다의 COP 개수가 모든 영역에 있어서 상한치 이하이면 합격, 어느 하나 이상의 영역에서 상한치를 초과하면 불합격으로 판정한다.

이와 같이, 웨이퍼를 반경방향으로 동심원형상으로 분할하고, 분할한 평가 영역마다 COP 개수의 상한치를 설정하는 것은, 판정을 정량적인 기준에 의거하여 행하고, 판정자가 다른 것에 의해 생길 수 있는 판정 결과의 변동을 최대한 없애, 판정 결과에 객관성을 갖게 하기 위함이다.

즉, 종래의 COP 평가의 합격 여부의 판정에서는, 웨이퍼의 중심부에 디스크형상의 패턴이 발생한 경우, 또는 외주부에 링형상의 패턴이 발생한 경우, 그것을 패턴으로 간주할지의 여부는 사람의 눈에 의한 방법만으로 판정되어, 정량성이 없었지만, 영역마다 COP 개수의 상한치를 설정함으로써 판정을 정량적으로 행하는 것이 가능해진다.

반경방향으로 동심원형상으로 평가 영역을 분할하는 것은, 육성되는 단결정 실리콘 잉곳의 열 이력이 인상축에 대칭이고, COP의 발생이 인상축 대칭이 되기 때문이다.

상기 설정하는 상한치의 구체적인 수치에 대해서는, 특별히 규정하지 않는다. 후에 구체예를 들어 상술하는 바와 같이, 종래의 COP 평가에 있어서의 실적을 기초로, COP의 발생 상황, 웨이퍼에 요구되는 품질 및 제조 수율 등을 고려하여 정하게 된다.

본 발명의 COP 평가 방법에 있어서는, 상기 동심원형상으로 분할하는 각 평 가 영역(요컨대, 링)의 폭을 15mm에서 30mm의 범위 내로 하는 상기 실시 형태 2의 방법을 채용하는 것이 바람직하다.

본 평가 방법의 주된 대상은 직경 300mm 웨이퍼이다. 통상, 최외주(最外周)의 폭 10mm의 링형상의 영역은 평가의 대상으로부터 제외되므로, 웨이퍼의 직경을 300mm로 하면, 평가의 대상이 되는 영역은 웨이퍼의 중심으로부터 반경 140mm까지이다. 이 범위를 링형상으로 분할하는 경우, 그 폭이 15mm보다 좁으면 영역이 너무 많아져 평가가 번잡하게 되어, 비용이 높아진다.

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

본 발명의 COP 평가 방법에 있어서, 상기 동심원형상으로 분할한 평가 영역 중 중심부와 외주부의 영역의 COP 개수가 상기 상한치를 초과하는 경우에 불합격으로 하는 실시 형태 1의 방법을 채용할 수 있다. 바꿔 말하면, 이 방법은, 웨이퍼를 반경방향에서 봐서 그 중간부에 COP가 있어도, 그것은 비결정 기인의 COP로 간주하는 방법이다.

이것은, 일반적으로 결정 기인의 COP는, 웨이퍼의 중심부에서 디스크형상으로 나타나거나, 웨이퍼의 외주부에서 링형상으로 나타나거나, 혹은 그들이 동시에 디스크-링형상으로서 나타나기 때문이다. 결정 기인의 COP가 웨이퍼 전면에 고밀도로 나타나는 경우도 있지만, 그 경우는, COP 개수가, 복수의(많은) 영역에서 평 가 영역마다 설정한 COP 개수의 상한치를 초과하게 되므로, 합격 여부의 판정을 할 수 있다. 이 방법은, 결정 기인의 COP의 존재(발생) 상태의 특징에 의거하여 COP의 평가를 간단히 행할 수 있으므로, 효율적인 평가 방법이라고 할 수 있다.

이 경우, 중심부 영역과 외주부 영역의 구체적인 범위는 특별히 규정하지 않는다. COP의 발생 상황이나 평가 실적 등에 의거하여 적절히 정하면 되지만, 직경 300mm의 웨이퍼의 경우, 일반적으로, 웨이퍼와 중심을 동일하게 하는 동심원의 직경을 φ로 하고, 중심부 영역이 50>φ>30mm의 직경을 갖는 원(디스크)이며, 외주부 영역이 φ=260mm와 φ=290mm의 직경을 갖는 원으로 끼워지는 부분(링)이면, 평가의 신뢰성이 높아지므로 바람직하다.

이 COP 평가 방법에 있어서, 또한, 상기 웨이퍼 전면에서의 COP 개수를 미리 설정한 상한치 이하로 하는 상기 실시 형태 3의 방법을 채용할 수 있다.

이것은, 패턴의 존재의 유무를 판정하는 패턴 판정에 더하여, COP 개수의 총 수의 상한을 규정하는 것이다. 이 경우, 분할한 평가 영역마다의 COP 개수의 상한치의 합계수를 웨이퍼 전면에서의 COP 개수의 상한치에 맞추어도 되고, 평가 영역마다의 COP 개수의 상한치의 합계수를 작게 취하고, 이 합계수와는 별도로, 상기와 같이 웨이퍼 전면에서의 COP 개수의 상한치를 설정해도 된다.

전술한 본 발명의 COP 평가 방법에 있어서는, COP의 발생 요인이 결정 육성 시에 도입된 결함 이외의 요인에 의한 것(요컨대, 비결정 기인에 의한 것)이라고 판단되는 COP를 제외하고 합격 여부의 판정을 행한다. 이것은 종래의 COP 평가에서도 행해지고 있는 것이지만, 비결정 기인의 COP는, 결정 기인의 COP와는 달리, 웨이퍼가 본래 갖고 있는 결함은 아니기 때문이다.

도 1은, 웨이퍼에 있어서의 비결정 기인의 COP의 발생예를 모식적으로 도시한 도면으로, (a)는 곡선형상으로 신장되는 COP(도면 중에 부호 A로 표시)와 점선형상으로 신장되는 COP(파선의 타원으로 둘러싸인 부분), (b)는 국소적으로 반점형상으로 발생한 COP(파선의 타원으로 둘러싸인 부분)이다.

이 도 1은, COP의 검출 방법으로서 일반적으로 이용되고 있는 전술한 구리 석출법에 의해 석출시킨 구리를 이미지 스캐너(웨이퍼의 매크로 검사 화상 입력 장치)로 촬영한 화상에 의거하여 묘사(스케치)한 도면이고, 검은 점은 COP의 존재 위치를 나타낸다. 화상 상의 동심원은 본 발명에서 말하는 영역 분할을 위한 보조선이다. 또, 직교선은 화상을 제1 사분면∼제4 사분면으로 분할하는 보조선이다(후에 나타내는 도 2, 4, 6, 10 및 11에 있어서도 동일).

상기의 구리의 석출 처리는, 이하의 순서 (i)∼(iii)에 의거하여 행하였다. 또한, Cu 석출 장치는, 소정의 간격으로 배치된 상부 플레이트(전극판)와 하부 플레이트(전극판)를 구비하고 있으며, 이들 양 플레이트와 측벽부에 의해 둘러싸인 공간 내에 전해질 용액(Cu²⁺를 용출시킨 메탄올액)을 수용하고, 하부 플레이트 상에 웨이퍼를 장착하여 양 플레이트(전극판) 사이에 전압을 인가할 수 있도록 구성되어 있다.

(i) 웨이퍼를 세정하여 파티클 등의 외부 오염원을 제거한다.

(ii) 열 산화를 행하여 웨이퍼 표면에 소정 두께의 절연막(산화막 ; 여기에 서는, 두께 50nm로 하였다)을 형성한다. 또한, 웨이퍼 하부(이면(裏面))와 하부 플레이트(전극판) 사이의 전기적 접촉을 확보하기 위해, 웨이퍼 하부의 절연막의 일부를 에칭에 의해 박리한다.

(iii) Cu 석출 처리를 행한다. 즉, Cu 석출 장치를 이용하여, 상부 플레이트(전극판)가 하부 플레이트(전극판)에 대해 음전위가 되도록 제1 전압을 인가하고(여기에서는, 두께 50nm의 절연막에 대해 50V를 인가), 그 후, 상기 상부 플레이트(전극판)가 양전위가 되도록 제2 전압을 인가한다(두께 50nm의 절연막에 대해 25V를 인가).

상기 (iii)에서 이용한 전압 인가 방법은, 본 출원인이 일본국 특허출원 2005-302199에서 제안한 웨이퍼 검사 방법에서 이용하는 전압 인가 방법으로, 제1 전압 인가의 공정과, 제2 전압 인가의 공정으로 분리함으로써, Grown-in 결함이 대단히 적은 단결정 실리콘 웨이퍼에 대해서도 높은 신뢰성으로 검사할 수 있는 것이 확인되어 있다.

또, 구리 석출법에 의해 처리한 후의 웨이퍼 표면의 COP의 개수 카운트 및 COP 평가 판정(결정 기인, 비결정 기인의 판별)은 눈으로 확인하여 검사함으로써 실시하였다.

도 1(a)는 스크래치에 기인한다고 판단되는 COP의 예이다. 이 도면 (b)는 국소적으로 반점형상으로 발생한 COP의 예로, 당해 부분에 흠집이 존재하고 있다고 판단할 수 있다. 이들 2예는 용이하게 비결정 기인이라고 판단할 수 있는 COP의 예이다.

도 2는, 웨이퍼에 있어서의 비결정 기인의 COP의 다른 발생예를 도시한 도면이다. 웨이퍼 표면에, 도 1에 예시한 곡선형상 또는 점선형상으로 신장되는 COP나, 국소적으로 반점형상으로 발생한 COP는 보이지 않으며, COP가 웨이퍼의 전면에 각별한 특징을 나타내지 않고 발생하고 있으므로, 비결정 기인이라고 판단하기 어려운 예이다.

이와 같이, COP가 비결정 기인인지의 여부의 판단이 용이한 것과 곤란한 것이 있지만, 본 발명의 COP 평가 방법을 적용할 때에는, 비결정 기인에 의한다고 판단되는 COP를 가능한 한 제외하고 합격 여부의 판정을 행한다.

이하에, 본 발명의 COP 평가 방법의 적용예에 대해 서술한다. 또한, COP의 계수에서는, 도 1에 나타낸 바와 같은 비결정 기인이라고 용이하게 판단할 수 있는 COP는 계수로부터 제외하고, 도 2에 나타낸 바와 같은 COP는, 비결정 기인일 가능성은 강하지만, 판단이 어려우므로 결함(COP)으로서 계수하였다.

〔신기준 1〕짐작

우선 처음에 전체 상(像)을 파악하기 위해 러프한 영역 설정에서의 합격 여부의 판정을 행하였다. 평가 영역의 분할은 직경 100mm 이하의 디스크 영역과 직경 100∼280mm의 링 영역으로 분할하였다. 설정한 COP의 개수는 직경 100mm 이하의 디스크 영역의 상한치로서 25개, 직경 100∼280mm의 링 영역의 상한치로서는 50개를 설정하였다.

이와 같이 하여 구한 영역 구분과 COP 개수의 상한치를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

표 1에 있어서, 「<φ100」은 직경 100mm 미만의 디스크형상의 영역을, 「φ100∼280」은 직경 100mm∼직경 280mm 사이의 링형상의 영역을 의미한다. 후술하는 표 2∼표 4에 있어서도 동일하다.

〔신기준 2〕

신기준 1의 판정 기준에서는 R방향의 영역 구분이 러프하여, 국소적으로 COP가 발생하는 경우의 대응을 할 수 없는 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 예를 들면, 직경 100mm 미만의 영역에서, COP 개수가 25개 이하여도 디스크 패턴이 되는 경우가 있지만, 그 경우, 신기준 1에서는 불합격으로 판정할 수 없다.

그래서, 영역 구분을 세분화하여, 각각의 영역에서 COP 개수의 상한치를 설정하기로 하였다. COP 개수의 상한치의 산출 방법은 신기준 1의 경우와 동일하게 하였다. 단, 반올림 시에는, 직경 100mm 미만의 영역의 COP 상한치의 합계가 신기준 1의 경우와 똑같이 25개가 되고, 직경 100mm∼280mm의 영역에 대해서도 동일하게 신기준 1의 경우와 똑같이 50개가 되도록 조정하였다.

표 2에 영역 구분과 COP 개수의 상한치를 나타낸다. 또한, 웨이퍼 전면에서의 COP 개수의 상한치는 75개이다.

[표 2]

〔신기준 3〕

신기준 1, 2에서는 웨이퍼 전면에서의 COP 개수의 상한치는 75개이다. 판정 기준의 완화를 의도하여, 신기준 3으로서, 웨이퍼 전면에서의 COP 개수의 상한이 100개가 되도록 조정하였다. 그 때, 신기준 2에서의 영역 사이의 COP 개수의 비율을 유지한 채로, 웨이퍼 전면에서의 COP 개수가 100개가 되도록 조정하였다.

표 3에 영역 구분과 COP 개수의 상한치를 나타낸다.

[표 3]

〔신기준 4〕

신기준 1, 2 및 3에서의 판정 상황을 검토하여, 패턴이 나타나 있는 웨이퍼를 패턴 없음으로 판정하여 합격으로 하거나, 패턴이 없는 웨이퍼를 불합격으로 하는 경우가 없도록 COP 개수의 상한치를 조정하였다. 그 결과로서 얻어진 기준을 신기준 4로 하였다.

표 4에 영역 구분와 COP 개수의 상한치를 나타낸다.

[표 4]

이들 신기준 1∼신기준 4의 판정 기준에 의해, 무결함 결정의 실리콘 웨이퍼(n=173)에 대해 COP 평가를 실시하여, 판정 기준의 타당성에 대해 검토하였다. 또한, 300mm 웨이퍼에 대한 현행의 기준(즉, COP의 개수가 웨이퍼 전면에서 100을 초과하는 경우, 또는 눈으로 확인하여 판정함으로써 패턴 있음으로 간주되는 경우, 불합격으로 판정)에 의한 평가도 동시에 행하였다.

현행 기준에 의한 판정 :

도 3에, 현행 기준에 의한 판정 결과를 나타낸다. 또한, 이 도면에 있어서, 불합격률은 평가에 사용한 전체 웨이퍼수에 대한 불합격품의 비율이다. 후술하는 도 5, 도 8, 도 9 및 도 12에 있어서도 동일하다.

도 3에 있어서, 가로축의 「R」,「D」,「RD」는 각각 링 패턴, 디스크 패턴 또는 링 디스크 패턴이 존재하는 것에 의한 불합격품의 비율이다. 이들은 서로 중복되어 있지 않다. 따라서, 이 3개의 패턴을 합계한 「PATTERN」이 패턴 불합격으로 판정된 불합격품의 비율이 된다. 「종합」은 패턴 불합격에 더하여, 웨이퍼 전면의 COP 개수가 100개를 초과함으로써 불합격으로 판정된 것을 포함하는 불합격률이다.

또한, 「결정 기인」이란, 비결정 기인인지의 여부의 판단이 어려워 결정 기 인의 COP로서 계수한 COP를, 본 발명자가 고안한 「COP 발생 요인의 판정 방법」에 의해 비결정 기인의 COP로 판정하여 제외한, 결정 기인의 COP만의 존재에 의한 불합격 비율이다. 후에 나타내는 도 5, 도 8, 도 9 및 도 12에 있어서도 동일하다.

도 4는, 현행의 판정 기준에서, 비결정 기인의 COP임에도 불구하고 불합격이 된 판정예를 도시한 도면이다. 이 웨이퍼(샘플)에서는 링 패턴이나 디스크 패턴은 발생하고 있지 않고, 반점형상으로 비결정 기인의 COP가 발생하고 있지만, 웨이퍼 전면에서의 개수가 100개를 초과하였기 때문에 불합격이 된 샘플이다.

신기준 1에 의한 판정 :

도 5에, 신기준 1에 의한 판정 결과를 나타낸다.

도 5에 있어서, 가로축의 「합계」는 웨이퍼 전면에서의 COP 개수가 100개를 초과하였기 때문에 불합격이 된 것의 비율이다. 「<φ100」, 「φ100-280」은 각각 상기 표 1에 나타낸 기준에 의해 불합격이 된 것으로, 영역마다의 불합격률은 중복되는 것을 포함하고 있다. 「신기준 1」이, 이 기준에서 불합격이 된 것의 총계(중복을 제외한다)이다.

현행 기준에 의한 불합격률(도 3)과 비교하면, 불합격률이 0.046 저하하고 있다. 불합격률의 저하분이 현행 기준으로부터 구제된(요컨대, 현행 기준에서 불합격으로 판정된 것 중, 신기준 1에서 합격이 된) 샘플이 된다.

표 5에, 패턴별로, 구제가 적절한 샘플과, 과잉인(요컨대, 구제되어서는 안 되는 것이 구제된) 샘플의 개수를 정리하여 나타내었다.

[표 5]

표 5에 나타낸 바와 같이, 디스크형상, 링형상의 양 패턴을 합하면, 구제된 샘플의 합계가 10에 대해 과잉으로 구제된 샘플이 6이고, 현행 기준에 의한 판정에서 패턴이 발생하고 있다고 하여 불합격이 된 것에 신기준 1을 적용하여 판정한 경우, 대략 반수가 과잉으로 구제되어 버리는 것을 알 수 있다.

도 6은, 신기준 1에 의한 구제가 적절히 행해진 샘플과, 과잉으로 행해진 샘플을 예시한 도면으로, (a)는 적절히 구제된 예, (b)와 (c)는 구제가 과잉으로 행해진 예이다.

도 6(a)에 나타낸 샘플은, 현행 기준에서 디스크 패턴이 발생하였다고 하여 불합격이 되었지만, 신기준 1에서 적절히 구제되어 합격이 된 샘플이다. 이 도면 (b)는, 디스크 패턴이 나타나 있음에도 불구하고, 신기준 1에서 비결정 기인의 COP(여기에서는, 가공에 기인하여 국소적으로 발생한 COP)로 판정되어, 합격이 된 샘플이다.

또, 도 6(c)는, 현행 기준에서 링 패턴으로 판정되었지만, 신기준 1에서, 굵은 실선의 타원으로 둘러싸인 영역의 COP가 비결정 기인(가공 기인)의 COP로 판정된 샘플의 예이다. 이 샘플은, 타원으로 둘러싸인 이외의 COP도 가공에 기인하여 발생했을 의혹이 강한 것이 있고, 결정 기인과 비결정 기인을 나누기 어려운 예이 다.

신기준 2, 신기준 3에 의한 판정 :

전술한 바와 같이, 신기준 1에 의한 판정에서는, 본래 디스크 패턴이나, 링 패턴으로서 불합격으로 해야 할 것까지 합격으로 해 버리는 것을 알 수 있었다. 그래서, 합격 여부의 판정의 정밀도를 향상시키는 방법에 대해 검토하였다.

도 7은, 샘플 전체의 측정 영역마다의 COP 밀도를 도시한 도면이다.

이 도 7로부터, 특히 「<φ50」의 영역과 「φ250-280」의 영역의 COP 밀도가 큰 것을 알 수 있다. 이것은, 각각 디스크 패턴, 링 패턴으로서 발생한 COP가 당해 영역에 많이 분포하고 있는 것을 반영하고 있다. 따라서 이러한 패턴을 파악하기 위해서는, 신기준 1에서 구분된 영역보다 좁은 영역으로 구분하여 COP 개수를 평가할 필요가 있다.

그래서, 폭을 25mm로 한 링 영역으로 분할하여, 링 영역마다 합격이 되는 COP 개수를 마련하여 평가를 행하였다. 신기준 2는 표 2에, 신기준 3은 표 3에 각각 나타낸 바와 같다. 신기준 2는 신기준 1의 판정 기준을 분할한 영역에 할당한 것이고, 신기준 3은 신기준 2에서의 영역 사이의 COP 개수의 비율을 유지한 채로, 웨이퍼 전면에서의 COP 개수(COP 총수)를 75개에서 100개로 확장한 것이다.

도 8 및 도 9는, 이들 신기준에 의한 불합격률을 영역마다 나누어 도시한 도면으로, 도 8은 신기준 2에 의한 불합격률을 나타내고, 도 9는 신기준 3에 의한 불합격률을 나타낸다. 양 도면에 있어서, 가로축의 「<φ50」∼「φ250∼φ280」까지의 각 영역에 있어서의 불합격률은 각각 상기 표 2 또는 표 3에 나타낸 기준에 의해 불합격이 된 것으로, 평가 영역마다의 불합격률은 중복되는 것을 포함하고 있다. 가로축의 「신기준 2」 또는 「신기준 3」이, 이들 기준에서 불합격이 된 것의 총계(중복을 제외한다)이다.

신기준 1∼신기준 3에 의한 판정 결과에 있어서 특징적인 것은, 종합한 불합격률이 신기준 1, 2, 3의 순서로, 0.0982, 0.1619, 0.1272가 되고 있고, 신기준 2, 3에 의한 판정 결과 쪽이 신기준 1에 의한 판정 결과보다 불합격률이 높아지고 있는 것이다. 이 차이는, 신기준 1에서는 불합격으로 해야 하는 「패턴 있음」의 샘플이 합격으로 판정되었으므로 불합격률이 낮은 것에 반해, 신기준 2, 3에서는, 불합격으로 해야 하는 「패턴 있음」의 샘플이, 불합격 판정으로 되어 있기 때문이다.

신기준 2에 의한 합격 여부의 판정을 상세하게 검토하면, 신기준 1에서 적절히 구제된(합격이 된) 샘플 중, 신기준 2에서 불합격으로 판정된 것은 1예로, 디스크 패턴 있음으로 판정된 것에 의한 것이다. 또, 신기준 1에서 과잉으로 구제(요컨대, 구제되어서는 안 되는 것이 구제)되어 있었던 것은, 신기준 2에서는 모두 불합격이 되어 있어, 판정 기준의 개선의 효과를 볼 수 있었다.

그러나, 현행의 판정 기준(패턴 판정은 눈으로 확인하는 것에 의한다)에서 패턴 없음(요컨대, 합격)의 판정이었던 것이, 신기준 2에서는 디스크 패턴 있음(불합격)으로 판정된 것이 1예와 링 패턴 있음(불합격)으로 판정된 것이 4예 있었다.

도 10은, 현행 기준에서 패턴 없음(합격)으로 판정되고, 신기준 2에 의한 판정에서 패턴 있음(불합격)이 된 샘플을 예시한 도면으로, (a)는 디스크 패턴 있음 이 된 예, (b)는 링 패턴 있음이 된 예이다.

눈으로 확인하여 판정하는 것에서는 패턴으로 인정되지 않으므로, 이들 샘플을 실태에 맞추어 적정하게 합격으로 하기 위해서는, 신기준 2에 있어서 기준이 되는 COP 개수를 재검토할 필요가 있다.

다음에, 신기준 3에서의 합격 여부의 판정을 상세하게 검토한다.

신기준 1에서 과잉으로 구제된 것이, 신기준 3에서도 1예만 과잉으로 구제되어 있다. 또, 신기준 3에서는, 신기준 2와 같이 현행 기준에서 합격된 것이 불합격이 된 예는 없다.

도 11은, 상기의 신기준 1에서 과잉으로 구제되고, 신기준 3에서도 과잉으로 구제된 샘플을 도시한 도면이다.

신기준 2에서 디스크 패턴 있음으로 판정되어 불합격이 된 샘플의 경우, 「<φ50」의 영역에서의 COP 개수의 상한치는 7개이고, 신기준 3에서, 디스크 패턴 있음으로 불합격된 것을 과잉으로(요컨대, 합격시켜서는 안 되는데) 합격으로 한 예에서는, 동일하게 「<φ50」의 영역에서의 COP 개수의 상한치는 10개이다. 합격 여부의 차이는 불과 COP 개수 3개이다. 이와 같이 디스크 판정 기준이 되는 「<φ50」의 영역에서의 COP 개수의 설정은 디스크 패턴의 유무의 판정에 미묘하게 영향을 주므로, COP의 발생 상태를 충분히 파악하여, 실태에 입각한 설정을 행하는 것이 필요하다.

신기준 4에 의한 판정 :

신기준 1, 2, 3에 의한 판정 결과에 대한 검토를 기초로, 신기준 4를 설정하 였다. 신기준 4에서는, 신기준 3과 비교하여, 「<φ50」의 영역에서의 COP 개수의 상한을 10개에서 8개로 감소시키고, 「φ250-280」의 영역에서의 COP 개수의 상한을 16개에서 20개로 증가시켰다. 또, 웨이퍼 전면에서의 COP 개수를 100개로 하기 위해, 「φ50-100」의 영역의 COP 개수를 23개에서 21개로 감소시켰다.

도 12는, 신기준 4에 의한 불합격률을 영역마다 나누어 도시한 도면이다.

신기준 4에서의 불합격률은 0.1387이었다. 이 신기준 4에 의한 COP 평가에서는, 신기준 1, 2 또는 3에 의한 평가에서 볼 수 있었던 패턴 판정에 있어서의 문제점은 없었다.

이상, 본 발명의 COP 평가 방법의 적용예에 대해 서술하였다. 신기준 1∼신기준 4는 모두 전술한 본 발명의 COP 평가 방법에 있어서의 규정에 의거하여, 평가 영역의 폭, 각 평가 영역에 있어서의 상한치 등을 구체적으로 정한 COP의 판정 기준이지만, 이 경우는, 신기준 4가 평가 기준으로서 최적이었다.

이와 같이, 본 발명의 COP 평가 방법을 적용하는데 있어서는, 제조되는 웨이퍼에 있어서의 COP의 발생(존재) 상태, 요구되는 품질 레벨 등을 감안해, 과거의 평가(검사) 실적을 활용하는 반경험적 수법을 도입하여, 웨이퍼의 평가 영역의 분할 폭, 각 평가 영역에 있어서의 COP 개수의 상한치 등에 대한 구체적인 기준을 정하는 것이 중요하다.

본 발명의 COP 평가 방법을 적용할 때에는, 이 구체적인 기준에 의거하여 합격 여부의 판정을 행하므로, 명확한(정량적인) 기준 하에서, 판정자의 주관에 의지하지 않고 객관적으로 평가하는 것이 가능하다. 또, 그러므로, COP 평가(검사)가 자동으로 행해지게 된 경우에도 충분히 대응할 수 있다.

또한, 상기 평가 영역의 분할 폭, COP 개수의 상한치 등에 대해, 반경험적 수법을 도입하여 평가 기준의 재검토를 유연하게 행할 수 있으므로, 장래의 고품질화에도 충분히 대응하는 것이 가능하다.

본 발명의 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법에 의하면, 정량성, 객관성이 있는 평가가 가능하고, 명확한 기준 하에서 적정한 판정을 부여할 수 있다. 이 평가 방법은, COP 평가(검사)의 자동화, 장래에 있어서의 웨이퍼의 고품질화에도 충분히 대응 가능하고, 단결정 실리콘 웨이퍼의 제조, 반도체 디바이스 제조에 널리 이용할 수 있다.

Claims (4)

1. 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법으로서, 상기 웨이퍼의 평가 영역을 반경방향으로 동심원형상으로 분할하고, 분할한 평가 영역마다 COP 개수의 상한치를 설정하며, 그 상한치를 기준으로 하여 합격 여부의 판정을 행하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 동심원형상으로 분할한 평가 영역 중 중심부와 외주부 영역의 COP 개수가 상기 상한치를 초과하는 경우에 불합격으로 하는 것을 특징으로 하는, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 동심원형상으로 분할하는 각 평가 영역의 폭을 15mm에서 30mm의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   또한, 상기 웨이퍼 전면(全面)에서의 COP 개수가 미리 설정한 상한치 이하인 것을 특징으로 하는, 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 평가 방법.

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