JP5510022B2 - ウェーハ評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハの端面部における外部物との接触に起因する接触起因欠陥を評価するウェーハ評価方法に関する。

ウェーハの製造プロセスにおける研削工程、スライス工程、研磨工程、洗浄工程等の種々の工程においては、ウェーハの外周の端面部が、ワイヤソー、キャリア、ロボットアーム、砥粒、洗浄液等の種々の外部物と接触する機会が多い。このため、ウェーハの端面部が、外部物から機械的なダメージを受けたり、外部物から汚染されたり、外部物が付着したりして、ウェーハの品質の低下に影響を及ぼすおそれがある。

また、デバイスプロセス（たとえば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）工程や、ＨＤＰ（High Density Plasma）工程等）における膜剥がれによる発塵やトレンチ形成の異常についてもウェーハの端面部の状態に起因して発生することが多い。

近年、デバイスの高集積化に伴って、デバイスプロセスが変更されることがあり、今までは問題とならなかったようなウェーハの最外周（エッジ）やその近傍（エッジ近傍）の品質に起因したデバイスプロセスでの発塵によって、歩留まりが低下する問題が生じている。

したがって、ウェーハの端面部の品質を詳細に評価する方法が求められている。例えば、ウェーハの端面部に存在する欠陥を検出する装置として、ウェーハの端面部に向けてコヒーレント光を照射し、低次元の回折光を効果的に排除する一方、散乱回折光をさえぎることなく光検出器で検出することによりウェーハの端面部の傷を検査する装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−２８７４１２号公報

上記した従来技術によると、ウェーハの端面部の表面における傷しか検査することができず、ウェーハの内部に潜在的に存在する外部物の接触に起因する欠陥を検出することができない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ウェーハの端面部に存在する接触に起因する接触起因欠陥の発生を容易且つ適切に評価することのできる技術を提供することにある。

本発明の第１の観点に係るウェーハ評価方法は、所定のウェーハの端面部における外部物との接触に起因する接触起因欠陥を評価するウェーハ評価方法であって、所定のウェーハに対して、外部物との接触による影響を受けている影響部分と、外部物との接触による影響を受けていない正常部分とで異なるエッチング速度となる条件でドライエッチングを行うドライエッチングステップと、ドライエッチングを行ったウェーハの外観を観察する外観観察ステップと、ウェーハの観察結果に基づいて、ウェーハの端面部における接触起因欠陥を評価する評価ステップとを有する。

係るウェーハ評価方法によると、外部物との接触による影響を受けている影響部分と、外部物との接触による影響を受けていない正常部分とで異なるエッチング速度となる条件でドライエッチングを行うので、ドライエッチングを行ったウェーハにおいては、影響部分と正常部分とで異なる状態となり、ウェーハの外観を観察することにより、ウェーハの端面部における接触起因欠陥を適切に評価することができる。

また、上記ウェーハ評価方法において、外観観察ステップにおいては、ウェーハの端面部に形成された突起物又はピットの少なくとも一方を観察するようにしてもよい。係るウェーハ評価方法によると、ウェーハの端面部に形成された突起物又ピットに基づいて接触起因欠陥を適切に評価することができる。

また、上記ウェーハ評価方法において、外観観察ステップにおいては、ウェーハの表面に付着したドライエッチングによる副生成物を観察するようにしてもよい。係るウェーハ評価方法によると、ウェーハの表面に付着したドライエッチングによる副生成物に基づいて、接触起因欠陥を適切に評価することができる。

また、上記ウェーハ評価方法において、ドライエッチングステップにおいては、影響部分のエッチング速度が、正常部分のエッチング速度の０．５倍以下、又は２倍以上となる条件でドライエッチングを行うようにしてもよい。係るウェーハ評価方法によると、ウェーハの端面部に顕在化する突起物又はピットを比較的観察しやすい大きさにすることができる。

また、上記ウェーハ評価方法において、ドライエッチングステップよりも前に、ウェーハに対して実行されるデバイスプロセスを模擬した熱処理を施す熱処理ステップをさらに有するようにしてもよい。係るウェーハ評価方法によると、デバイスプロセスにおけるウェーハへの影響を考慮して、ウェーハの接触起因欠陥を適切に評価することができる。

また、上記ウェーハ評価方法において、ドライエッチングステップにおいては、ドライエッチングによる影響部分又は正常部分の内のエッチング速度が速い方のエッチング量が０．２μｍ以上であってもよい。係るウェーハ評価方法によると、ウェーハの端面部に顕在化する突起物又はピットの大きさを比較的大きくすることができる。

本発明の一実施形態に係るウェーハ評価方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る異方性エッチング後のウェーハの端面部の様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るウェーハの表面上の副生成物と、ウェーハの端面部の突起物との関係を説明する図である。 本発明の第１の変形例に係るウェーハ評価方法のフローチャートである。 本発明の第２の変形例に係るウェーハ評価方法のフローチャートである。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

本発明の一実施形態に係るウェーハ評価方法を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るウェーハ評価方法のフローチャートである。

ウェーハ評価方法において、例えば、同一又は類似の工程により作成されたウェーハ集合（例えば、ロット）から選択された一部（例えば、１枚）のウェーハを用いて外部物による接触に起因する欠陥（接触起因欠陥）の評価を行う。

本実施形態では、評価対象となるウェーハは、単結晶のインゴットから切断されたウェーハに対して、砥粒で研磨し、化学的方法により表面処理を施し、研磨砥粒液を使用してケミカル−メカニカルポリッシュを行ったポリッシュトウェーハであってもよく、アニール処理を行ったアニールウェーハであってもよく、ポリッシュトウェーハの表面にシリコン層を気相成長させたエピタキシャルウェーハであってもよい。

まず、評価対象のウェーハに対して、異方性ドライエッチングを実行する(ステップＳ１)。

この異方性エッチング工程においては、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いて、ハロゲン（又はハロゲン化合物）と、酸素とを混合させたガスを供給して行われる。

本実施形態では、ハロゲン（又はハロゲン化合物）と、酸素との混合比を調整すること等により、接触起因欠陥が存在しない部分（正常部分）におけるエッチングレート（エッチング速度）と、接触起因欠陥が潜在化している部分（影響部分）におけるエッチング速度とを異ならせている。例えば、接触起因の一例としての砥粒（シリコン酸化物）の付着を想定すると、Ｓｉ（シリコン）のエッチング速度を、シリコン酸化物のエッチング速度よりも速くすると、シリコン酸化物が付着した部分に突起物が形成される。

本実施形態では、正常部分におけるエッチング速度が、影響部分におけるエッチング速度の０．５倍以下、又は２倍となるようにしている。これによると、正常部分と影響部分とのエッチング量の差が比較的大きくなるので、正常部分と影響部分とのエッチング量の違いにより生じる突起物やピット等を容易に観察することができる。また、本実施形態においては、エッチング速度の速い部分のエッチング量が２μｍ以上、より好ましくは、５μｍ以上となるように、エッチング処理を行っている。これによると、正常部分と影響部分とのエッチング量の違いにより生じる突起物やピット等をある程度のサイズにすることができ、容易に突起物やピットを観察することができる。

次に、異方性エッチング工程において生成され、ウェーハの表面に付着している副生成物を、ウェーハ上から除去する（ステップＳ２）。副生成物には、例えば、薄膜がロール状となったものがある。

次いで、ウェーハの外観（ここでは、ウェーハの端面部）を観察する（ステップＳ３）。ウェーハの外観を観察する装置としては、例えば、顕微鏡、レーザーを用いた端面評価装置、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等を用いてもよい。なお、ウェーハの端面部は、曲面になっているので焦点深度の高いＳＥＭが好ましい。本実施形態においては、突起物や、ピットのサイズをある程度の大きさにすることができているので、比較的低い倍率（例えば、１００倍程度）でも十分に、突起物やピットを観察することができる。

次いで、ウェーハの外観の観察結果に基づいて、端面を評価する（ステップＳ４）。ここで、例えば、ウェーハの評価としては、ウェーハの端面における突起物（又はピット）の発生数や、発生密度、突起物の密集している幅等に基づいて、接触起因欠陥が多いか否かを評価することができる。このように、上記ウェーハ評価方法によると、接触起因欠陥が多いか否かを適切に評価することができる。このため、同一のロットのウェーハに対する接触起因欠陥についても適切に推定することができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る異方性エッチング後のウェーハの端面部の様子を示す図である。

図２Ａは、ポリッシュトウェーハに対して、図１に示す評価方法を実施した際に観察される端面部の様子を示す図であり、図２Ｂは、エピタキシャルウェーハに対して、図１に示す評価方法を実施した際に観察される端面部の様子を示す図であり、図２Ｃは、アニールウェーハに対して、図１に示す評価方法を実施した際に観察される端面部の様子を示す図である。

これら図２Ａ〜図２Ｃによると、ポリッシュトウェーハにおける米粒状の突起物の発生量が、エピタキシャルウェーハや、アニールウェーハよりも多くなっている。

これは、エピタキシャルウェーハは、ポリッシュトウェーハ上にエピタキシャル層を成長されたものであるので、ポリッシュトウェーハに存在する接触起因の欠陥を発生させる影響部分がエピタキシャル層により覆われているために、突起物の発生が少ないと考えられる。また、アニールウェーハは、アニール処理によって、影響部分の再配列が発生したり、影響部分の汚染源がアニールアウトされたりして、正常部分に改善しているために、突起物の発生が少ないと考えられる。なお、図２Ｂ、図２Ｃに見られるライン状の像は、異方性エッチングにより生じた段差であり、正常部分及び影響部分に共通する現象であるので、今回の評価には利用していない。

このような状況から、ウェーハに発生する突起物は、接触起因の欠陥を適切に示していることがわかる。

次に、加工プロセスの違うウェーハに対して、図１に示す評価方法を実施した際に観察される端面部の様子を説明する。

図２Ｄは、鏡面面取り処理をせずに、洗浄処理を行ったウェーハに対して、図１に示す評価方法を実施した際に観察される端面部の様子を示し、図２Ｅは、鏡面面取り処理をし、両面研磨処理をし、最終洗浄処理を行ったウェーハに対して、図１に示す評価方法を実施した際に観察される端面部の様子を示す図であり、図２Ｆは、両面研磨処理をし、鏡面面取り処理をし、最終洗浄処理を行ったウェーハに対して、図１に示す評価方法を実施した際に観察される端面部の様子を示す図であり、図２Ｇは、両面研磨処理をし、ウェーハに鏡面面取り処理をし、水洗処理を行ったウェーハに対して、図１に示す評価方法を実施した際に観察される端面部の様子を示す図である。

図２Ｄに示すウェーハは、観察される突起物が多い。これは、鏡面面取り処理をしていないので、それ以前の処理（例えば、研削処理や、スライス処理等）において発生している外部物体との接触に起因していると考えられる。また、図２Ｅに示すウェーハは、観察される突起物が多い。これは、鏡面面取り処理により、ウェーハの端面部の接触起因欠陥となる影響部分を除去できるが、その後の両面研磨処理におけるキャリアとの接触に起因していると考えられる。また、図２Ｆに示すウェーハは、観察される突起物が極めて少ない。これは、鏡面面取り処理によって、研削処理や、両面研磨処理における外部物体との接触による接触起因欠陥となる影響部分を適切に除去できているためであると考えられる。また、図２Ｇに示すウェーハは、観察される突起物が多い。これは、鏡面面取り処理によって、研削処理や、両面研磨処理における外部物体との接触による接触起因欠陥となる影響部分を適切に除去することができるが、鏡面面取り処理における砥粒や、砥液などがウェーハの端面部に接触したまま残っているためであると考えられる。

このような状況から、ウェーハに発生する突起物は、接触起因の欠陥を適切に示していることがわかる。したがって、ウェーハに発生する突起物により、ウェーハの接触起因欠陥を適切に評価することができる。

上記した実施形態では、突起物（又はピット）の個数等に基づいて、ウェーハの接触起因欠陥の評価に用いていたが、本発明はこれに限られず、次の第１の変形例のようにすることもできる。すなわち、異方性エッチング後においてウェーハの表面に付着している、エッチング処理で発生した副生成物に基づいて、ウェーハの接触起因欠陥を評価するようにしてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係るウェーハの表面上の副生成物と、ウェーハの端面部の突起物との関係を説明する図である。図３Ａは、エッチング後においてウェーハの表面に付着している副生成物の個数及びその位置を示し、図３Ｂは、観察面方位と、その面において観察される突起物密集幅との関係を示し、図３Ｃは、突起物密集幅を示し、図３Ｄは、面方位を示している。

異方性エッチングを行った後においては、ウェーハの表面には、エッチングによって生じた副生成物が付着している。例えば、この複生成物は、図３Ａに示すように、＜０−１０＞、＜１００＞、＜０１０＞の面方位に対応する方向における副生成物の個数が多い。ここで、面方位は、図３Ｄに示すように表される。一方、ウェーハの端面部については、＜０−１０＞、＜１００＞、＜０１０＞の面方位における突起物密集幅が大きい。ここで、突起物密集幅とは、図３Ｃに示すように、ウェーハの端面部（面取り部）における突起物が密集している幅を示しており、突起物密集幅が大きいことは、突起物の発生数が多いことを意味している。以上のことから、副生成物の個数と、ウェーハ端面部の突起物の発生数とに類似した傾向が見られ、副生成物に基づいてウェーハの接触起因欠陥を評価することができることを意味している。

図４は、本発明の第１の変形例に係るウェーハ評価方法のフローチャートである。なお、図１と同様な部分については、同様な符号を付すこととする。

まず、評価対象のウェーハに対して、異方性のドライエッチングを実行する(ステップＳ１)。 このドライエッチングにより、ウェーハの表面に副生成物が付着することがある。

次いで、ウェーハの外観（ここでは、ウェーハの表面）を観察する（ステップＳ５）。ウェーハの外観を観察する装置としては、例えば、顕微鏡、レーザーを用いた端面評価装置、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等を用いてもよい。また、パーティクルカウンターを用いて観察をしてもよい。この観察においては、ウェーハの表面の副生成物の個数や、密度等を観察する。

次いで、ウェーハの外観の観察結果に基づいて、端面を評価する（ステップＳ６）。ここで、例えば、ウェーハの評価としては、ウェーハの表面における副生成物の個数や、密度等に基づいて、接触起因欠陥が多いか否かを評価する。例えば、ウェーハの表面における副生成物の個数が所定の数以上である場合には、接触起因欠陥が多いと評価する。このように、上記ウェーハ評価方法によると、接触起因欠陥が多いか否かを適切に評価することができる。

次に、本発明の第２の変形例に係るウェーハ評価方法を説明する。第２の変形例に係るウェーハ評価方法は、ウェーハの表面に付着した副生成物と、ウェーハの端面部に発生した突起物（又はピット）とに基づいて、ウェーハの端面部の評価を行う方法である。

図５は、本発明の第２の変形例に係るウェーハ評価方法のフローチャートである。なお、図１、図２と同様な部分については、同様な符号を付すこととする。

まず、評価対象のウェーハに対して、異方性のドライエッチングを実行する(ステップＳ１)。 次いで、ウェーハの外観（ここでは、ウェーハの表面）を観察する（ステップＳ５）。次に、エッチング工程において生成され、ウェーハの表面に付着している副生成物を、ウェーハ上から除去する（ステップＳ２）。次いで、ウェーハの外観（ここでは、ウェーハの端面部）を観察する（ステップＳ３）。
る。

次いで、ウェーハの外観の観察結果（ウェーハの表面の副生成物及びウェーハの端面部の突起物）に基づいて、端面を評価する（ステップＳ７）。ここで、例えば、ウェーハの評価としては、ウェーハの端面における突起物（又はピット）の発生数や、発生密度、ウェーハの表面の副生成物の個数や、密度等に基づいて、接触起因欠陥が多いか否かを評価することができる。このように、上記ウェーハ評価方法によると、接触起因欠陥が多いか否かを適切に評価することができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態及び変形例に限られず、他の様々な態様に適用可能である。例えば、上記実施形態及び変形例において、異方性エッチングを実行する前（図１、図４、図５のステップＳ１の前）に、ウェーハに対して実行されるデバイスプロセスを模擬した熱処理を施すようにしてもよい。このようにすると、デバイスプロセスにおける熱処理の影響を考慮して、ウェーハの接触起因欠陥を評価することができる。

また、上記実施形態では、ロット単位毎に、ウェーハを一枚取り出して評価するようにしていたが、本発明はこれに限られず、例えば、同一のラインにより製造される複数のロットについて、ウェーハを一枚取り出して評価するようにしてもよく、要は、少なくとも類似の傾向が考えられる複数のウェーハを単位として、一部のウェーハを取り出して評価するようにしてもよい。

Claims (4)

1. 所定のウェーハの端面部における外部物との接触に起因する接触起因欠陥を評価するウェーハ評価方法であって、
   所定のウェーハに対して、前記外部物との接触による影響を受けている影響部分と、前記外部物との接触による影響を受けていない正常部分とで異なるエッチング速度となる条件でドライエッチングを行うドライエッチングステップと、
   ドライエッチングを行った前記ウェーハの端面部に形成された突起物又はピットの少なくとも一方と、前記ウェーハの表面に付着したドライエッチングによる副生成物と、を観察する外観観察ステップと、
   前記ウェーハの観察結果に基づいて、前記ウェーハの前記端面部における前記接触起因欠陥を評価する評価ステップと
   を有するウェーハ評価方法。
2. 前記ドライエッチングステップにおいては、前記影響部分のエッチング速度が、前記正常部分のエッチング速度の０．５倍以下、又は２倍以上となる条件でドライエッチングを行う
   請求項１に記載のウェーハ評価方法。
3. 前記ドライエッチングステップよりも前に、ウェーハに対して実行されるデバイスプロセスを模擬した熱処理を施す熱処理ステップを
   さらに有する
   請求項１又は請求項２に記載のウェーハ評価方法。
4. 前記ドライエッチングステップにおいては、
   ドライエッチングによる前記影響部分又は前記正常部分の内のエッチング速度が速い方のエッチング量が０．２μｍ以上である
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のウェーハ評価方法。