JP7687310B2 - Method for evaluating silicon substrates and method for managing the manufacturing process of silicon substrates - Google Patents
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Description
本発明はシリコン基板(シリコンウェーハ)の評価方法およびシリコン基板の製造工程の管理方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating silicon substrates (silicon wafers) and a method for managing the manufacturing process of silicon substrates.
半導体デバイス用の単結晶シリコンウェーハの製造工程において、その主表面は研磨工程において仕上げられる。さらに、シリコンウェーハ表面に研磨工程で付着した研磨剤と金属不純物を除去するために洗浄工程がある。この洗浄工程ではRCA洗浄と呼ばれる洗浄方法が用いられている。このRCA洗浄とはSC1(Standard Cleaning 1)洗浄、SC2(Standard Cleaning 2)洗浄、DHF(Diluted Hydrofluoric Acid)洗浄を、目的に応じて組み合わせて行う洗浄方法である。
このSC1洗浄とは、アンモニア水と過酸化水素水を任意の割合で混合したアルカリ性の洗浄液を用いた洗浄方法で、シリコンウェーハ表面のエッチングによって付着パーティクルをリフトオフさせ、さらにシリコンウェーハとパーティクルの静電気的な反発を利用して、シリコンウェーハへの再付着を抑えながらパーティクルを除去する洗浄方法である。また、SC2洗浄とは、塩酸と過酸化水素水を任意の割合で混合した洗浄液で、シリコンウェーハ表面の金属不純物を溶解除去する洗浄方法である。また、DHF洗浄とは、希フッ酸によってシリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去する洗浄方法である。さらに、強い酸化力を有するオゾン水洗浄も使用される場合があり、シリコンウェーハ表面に付着している有機物の除去やDHF洗浄後のシリコンウェーハ表面の自然酸化膜(化学酸化膜とも言う)形成を行っている。洗浄後のシリコンウェーハのパーティクルや表面粗さなどの表面品質は重要であり、目的に応じてこれらの洗浄を組み合わせて行われている。
In the manufacturing process of single crystal silicon wafers for semiconductor devices, the main surface is finished in a polishing process. In addition, a cleaning process is performed to remove abrasives and metal impurities that have adhered to the silicon wafer surface in the polishing process. This cleaning process uses a cleaning method called RCA cleaning. This RCA cleaning is a cleaning method that combines SC1 (Standard Cleaning 1) cleaning, SC2 (Standard Cleaning 2) cleaning, and DHF (Diluted Hydrofluoric Acid) cleaning depending on the purpose.
The SC1 cleaning is a cleaning method using an alkaline cleaning solution in which ammonia water and hydrogen peroxide water are mixed at an arbitrary ratio, and the adhering particles are lifted off by etching the silicon wafer surface, and the particles are removed while suppressing re-adhesion to the silicon wafer by utilizing the electrostatic repulsion between the silicon wafer and the particles. The SC2 cleaning is a cleaning method in which metal impurities on the silicon wafer surface are dissolved and removed using a cleaning solution in which hydrochloric acid and hydrogen peroxide water are mixed at an arbitrary ratio. The DHF cleaning is a cleaning method in which a natural oxide film on the silicon wafer surface is removed by dilute hydrofluoric acid. In addition, ozone water cleaning, which has a strong oxidizing power, may also be used to remove organic matter adhering to the silicon wafer surface and form a natural oxide film (also called a chemical oxide film) on the silicon wafer surface after DHF cleaning. Surface quality such as particles and surface roughness of the silicon wafer after cleaning is important, and these cleaning methods are combined according to the purpose.
半導体シリコンウェーハの表面にはMOS(Metal Oxide Semiconductor)キャパシタやトランジスタ等の半導体素子が形成される。これら半導体素子に形成されるゲート酸化膜等の絶縁膜は高い電界強度下で使用され、この絶縁膜としては形成が簡便なシリコン酸化膜が良く用いられる。 Semiconductor elements such as MOS (Metal Oxide Semiconductor) capacitors and transistors are formed on the surface of semiconductor silicon wafers. The insulating films formed on these semiconductor elements, such as the gate oxide film, are used under high electric field strength, and silicon oxide film, which is easy to form, is often used as this insulating film.
シリコン基板上の酸化膜の膜厚を評価する手法としてエリプソメーターが挙げられる(特許文献1)。エリプソメーターとは基板試料に偏光状態の光を入射させ、入射光と反射光の偏光状態の変化を測定することで、位相差(Δデルタ)及び振幅比(Ψプサイ)を求めるものである。シリコン基板上のシリコン酸化膜を例にすると、入射光は最表面のシリコン酸化膜及びシリコン酸化膜とシリコン基板との界面で反射することで偏光状態が変化する。なお、エリプソメーターには光源としてレーザーを用いる単波長タイプと多数の波長成分を含み白色光源を用いる分光タイプが存在し、短波長タイプはある特定の波長(例えば633nm)に対するデルタとプサイを測定する方法で、分光タイプは各波長に対するデルタとプサイを測定することができ、情報量の多い分光タイプを用いる方が精度よく膜厚を評価できることが知られている。 An ellipsometer is one method for evaluating the thickness of an oxide film on a silicon substrate (Patent Document 1). An ellipsometer is a device that irradiates a polarized light onto a substrate sample and measures the change in the polarization state of the incident light and the reflected light to determine the phase difference (Δdelta) and amplitude ratio (Ψpsi). Taking a silicon oxide film on a silicon substrate as an example, the polarization state of the incident light changes as it is reflected by the silicon oxide film on the top surface and the interface between the silicon oxide film and the silicon substrate. There are two types of ellipsometers: a single-wavelength type that uses a laser as a light source and a spectral type that uses a white light source containing multiple wavelength components. The short-wavelength type is a method for measuring delta and psi for a specific wavelength (e.g., 633 nm), while the spectral type can measure delta and psi for each wavelength, and it is known that the spectral type with a large amount of information can be used to evaluate the film thickness more accurately.
上述したようにエリプソメーターの測定により得られる情報は位相差及び振幅比であり直接膜厚を求めることは出来ない。膜厚を求めるには基板試料に応じたモデルを作成し、このモデルから理論的に求められるデルタ及びプサイと、エリプソメーターの測定で得られたデルタとプサイとの比較を行う。なお、モデルの作成には試料の物性に応じた条件を設定することで行われ、設定される条件の項目には基板及び膜の材質、各膜層の膜厚、基板及び膜の光学定数などがある。また、各項目の設定には試料に応じた既知のリファレンス、誘電率の波長依存性を示し且つ複数のパラメータを有する所要の分散式等が通常用いられる。 As mentioned above, the information obtained by ellipsometer measurements is the phase difference and amplitude ratio, and it is not possible to directly calculate film thickness. To calculate film thickness, a model corresponding to the substrate sample is created, and the delta and psi theoretically obtained from this model are compared with the delta and psi obtained by ellipsometer measurements. The model is created by setting conditions according to the physical properties of the sample, and the set conditions include the material of the substrate and film, the film thickness of each film layer, and the optical constants of the substrate and film. In addition, a known reference corresponding to the sample and a required dispersion equation that shows the wavelength dependence of the dielectric constant and has multiple parameters are usually used to set each item.
さらに上記比較に対して両者の相違する程度が最小となるように分散式のパラメータ及びモデルの各膜層の膜厚などを変更するプロセスを行う(フィッティングともいう)。両者の相違は通常、最小二乗法を用いた演算で求めており、フィッティングにより最小二乗法で得られた結果がある程度小さくなったと判断された場合、その時の分散式のパラメータの値から膜の屈折率及び消衰係数を求めるとともに、その時の膜厚を試料が有する膜の膜厚として特定することで、膜厚を求めることができる。なお、モデル作成やフィッティングなどはコンピュータを用いて所要のプログラムに基づき手動又は自動で行うことが一般的である。 Furthermore, a process is carried out to change the parameters of the dispersion equation and the film thickness of each film layer of the model so that the degree of difference between the two is minimized for the above comparison (also called fitting). The difference between the two is usually found by calculation using the least squares method, and when it is determined that the result obtained by the least squares method has become small to a certain extent through fitting, the refractive index and extinction coefficient of the film are found from the parameter values of the dispersion equation at that time, and the film thickness at that time is specified as the film thickness of the film possessed by the sample, thereby making it possible to find the film thickness. Note that model creation and fitting are generally performed manually or automatically using a computer based on the required program.
特許文献2にはエリプソメーターで得られたシリコンウェーハ上の自然酸化膜の膜厚が表面粗さに依って変化することが記載されている。具体的には表面が粗いほど膜厚値も厚くなり、粗さと自然酸化膜の膜厚との相関関係から表面粗さを定量的に評価する方法が開示されている。
また、シリコン基板上の表面粗さ指標としては、パーティクルカウンターにより得られるHaze値が挙げられる。Hazeとはいわゆる曇りとして表現されるものであり、シリコン表面の粗さの指標として広く用いられており、このHazeレベルが高いとはウェーハの面が粗いことを示す。
Furthermore, an index of surface roughness on a silicon substrate is the haze value obtained by a particle counter. Haze is expressed as cloudiness and is widely used as an index of roughness on a silicon surface, with a high haze level indicating a rough wafer surface.
ところで、絶縁性が高い緻密なシリコン酸化膜はシリコンウェーハを熱酸化することで作製されるが、パーティクル付着等の観点から出荷時のシリコンウェーハには洗浄で形成した自然酸化膜が存在するため、熱酸化は自然酸化膜が形成されたシリコンウェーハに対し処理されることが多い。この際、熱酸化膜厚さは熱酸化前の自然酸化膜の膜質(膜厚や構造)に影響されることが知られている。
また、近年では半導体集積回路の微細化、多層化に伴って、素子を構成する絶縁膜を含めた各種膜についてより一層の薄膜化が要求されている。この薄膜化により、極薄の絶縁膜即ちシリコン酸化膜を面内あるいは基板間で均一にかつ再現性良く形成する必要がある。しかし、熱酸化膜厚が薄膜化するほど、熱酸化後の膜厚に占める熱酸化前の自然酸化膜厚の割合が増加するため、より一層、熱酸化処理前の自然酸化膜の影響を受けやすくなる。
By the way, dense silicon oxide films with high insulating properties are produced by thermally oxidizing silicon wafers, but because silicon wafers shipped with natural oxide films formed during cleaning have natural oxide films present at the time of shipment in order to prevent particle adhesion, thermal oxidation is often carried out on silicon wafers with natural oxide films formed on them. In this case, it is known that the thickness of the thermal oxide film is affected by the film quality (thickness and structure) of the natural oxide film before thermal oxidation.
In recent years, with the miniaturization and multi-layering of semiconductor integrated circuits, there is a demand for further thinning of various films, including the insulating film constituting the elements. This thinning requires the formation of extremely thin insulating films, i.e., silicon oxide films, uniform and reproducible within a surface or between substrates. However, as the thermal oxide film becomes thinner, the ratio of the native oxide film before thermal oxidation to the film thickness after thermal oxidation increases, making the film more susceptible to the influence of the native oxide film before thermal oxidation.
特許文献3には種々の条件で洗浄したシリコンウェーハと熱酸化後の酸化膜厚との関係について記載されている。具体的にはSC1洗浄液のNH4OH濃度を高濃度にすると化学酸化膜中に含まれるOH基の量が多くなり熱酸化後の膜厚が厚くなること、化学酸化膜の構成と熱酸化後の膜厚との相関関係を用いることで熱酸化後の膜厚を制御する方法が開示されている。
このようにウェーハの洗浄条件に依存し、熱酸化後の膜厚は変化する。このような背景から、シリコンウェーハの製造工程において、製造されるシリコンウェーハの熱酸化膜をウェーハ間で均一化するには、出来る限り同じ条件で洗浄することが望ましい。洗浄プロセスはSC1洗浄、SC2洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の組み合わせとなることが多い。洗浄フローを同じにすることは勿論、薬液濃度、薬液温度、洗浄時間も同じにすることが望ましい。しかしながら、実際の洗浄工程では例えば薬液ライフ初期、中期、末期などで僅かに薬液濃度が変化する場合や、薬液温度を制御する温度センサーの劣化などで温度が僅かに変動することを完全に回避することは難しい。
このような僅かな条件変化であっても特にSC1洗浄はエッチング挙動が変化するため、熱酸化後の膜厚が変動してしまう。したがって、このような膜厚変動が起きていないか確認するには、例えば洗浄工程でウェーハを抜き取り、熱酸化膜を評価することが望ましい。
Thus, the thickness of the film after thermal oxidation varies depending on the cleaning conditions of the wafer. In view of this background, in the manufacturing process of silicon wafers, in order to make the thermal oxide film of the silicon wafers to be manufactured uniform between wafers, it is desirable to clean them under the same conditions as much as possible. The cleaning process is often a combination of SC1 cleaning, SC2 cleaning, hydrofluoric acid cleaning, and ozone water cleaning. It is desirable to make the cleaning flow the same as well as the chemical concentration, chemical temperature, and cleaning time. However, in the actual cleaning process, it is difficult to completely avoid slight changes in the chemical concentration, for example, at the beginning, middle, and end of the chemical life, or slight fluctuations in temperature due to deterioration of the temperature sensor that controls the chemical temperature.
Even such a slight change in conditions can change the etching behavior, especially in SC1 cleaning, and cause the film thickness after thermal oxidation to vary. Therefore, to check whether such film thickness variations have occurred, it is desirable to extract a wafer during the cleaning process, for example, and evaluate the thermal oxide film.
一般的には熱酸化後の膜厚を評価するには、実際に酸化炉を用いて熱酸化処理を行う必要があるが、手間や時間も掛かる上に、酸化炉の維持及び管理も大変である。そのため、特許文献3のように、洗浄後の化学酸化膜の構成から熱酸化処理を行わずに熱酸化後の膜厚を推定することは非常に有効な手法である。この場合、スループットが高く、再現性が高いほど特に製造工程管理には好適である。
また、熱酸化処理を行わずに、熱酸化膜を迅速に評価することができれば、熱酸化膜厚の制御のための洗浄条件を簡便に決定することもできる。また、例えば不良解析などで、洗浄履歴が未知のシリコンウェーハの熱酸化膜厚を推定する場合もある。このような場合にも自然酸化膜の情報から熱酸化膜厚を推定できれば、有用な解析情報にもなる。
Generally, to evaluate the film thickness after thermal oxidation, it is necessary to actually perform thermal oxidation treatment using an oxidation furnace, but this is time-consuming and laborious, and the maintenance and management of the oxidation furnace is also difficult. Therefore, as in
Furthermore, if the thermal oxide film can be quickly evaluated without performing thermal oxidation treatment, cleaning conditions for controlling the thermal oxide film thickness can be easily determined. In addition, for example, in failure analysis, there are cases where the thermal oxide film thickness of a silicon wafer with an unknown cleaning history needs to be estimated. In such cases, if the thermal oxide film thickness can be estimated from the information on the native oxide film, it will be useful analysis information.
上述のように、熱酸化処理を行わずに、スループット良く、シリコン基板上に形成される熱酸化膜厚を推定する方法が求められている。上述のように特許文献3には熱酸化処理を行わずに、熱酸化前の化学酸化膜の構成から熱酸化膜厚を推定する方法が開示されている。この手法は実際に熱酸化処理を行う必要がない点は優れているが、この化学酸化膜の構成を評価するための分析やその解析に時間が掛かることが課題であった。即ち、このような化学酸化膜の構成よりもさらにスループット良く、簡便に解析できる、熱酸化膜厚と相関がある指標が求められていた。
As described above, there is a need for a method for estimating the thickness of a thermal oxide film formed on a silicon substrate with good throughput without performing thermal oxidation processing. As described above,
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、従来の化学酸化膜の構成を指標とする方法よりもスループット良く、簡便に、例えばデバイス製造工程などで熱酸化処理を行った場合の熱酸化膜の膜厚を推定できる方法を提供することにある。また、熱酸化膜の膜厚に影響を与える、シリコン基板の製造工程(特には洗浄処理)を高精度に管理できる方法、及び、洗浄履歴が未知のシリコン基板の洗浄履歴(特にはSC1洗浄の有無)を推定する方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a method for estimating the thickness of a thermal oxide film when a thermal oxidation process is performed, for example, in a device manufacturing process, with better throughput and more easily than conventional methods that use the composition of a chemical oxide film as an index. In addition, the present invention aims to provide a method for controlling with high accuracy the manufacturing process of silicon substrates (particularly the cleaning process), which affects the thickness of thermal oxide films, and a method for estimating the cleaning history (particularly the presence or absence of SC1 cleaning) of silicon substrates with unknown cleaning history.
本発明者らは上記課題を達成するために、熱酸化膜厚と相関がある熱酸化前のシリコン基板上の指標に関して鋭意検討した。特に熱酸化膜厚は洗浄条件に依存することから、熱酸化前のシリコン基板に施された洗浄履歴を反映した指標がないか着目した。さらにSC1洗浄ではエッチング作用が進むほど、形成される化学酸化膜の構成が変化する(例えばOH基量が増える)と同時に、シリコン基板の表面粗さも悪化することに着目した。このような化学酸化膜の構成変化や表面粗さの悪化はシリコン基板に施された洗浄履歴と解釈できるとも考えた。
ここで、この化学酸化膜の構成変化とシリコン基板の表面粗さには相関があると考えた。以上の考えから、SC1洗浄で形成されたシリコン基板の表面粗さの度合いはSC1の洗浄履歴でもあり、このような表面粗さを反映した指標があれば、この指標は間接的に化学酸化膜の構成を反映した指標でもあるため、熱酸化膜厚と相関関係が得られると考え、鋭意検討した。
その結果、熱酸化膜厚を推定したいシリコン基板に対し、エッチング作用のない条件で自然酸化膜を剥離した後、エッチング作用のない酸化条件で形成した評価用酸化膜の膜厚が、熱酸化膜厚と相関があること、この評価用酸化膜の膜厚を指標とすることで、熱酸化膜厚を推定できることを見出し、本発明を完成させた。
In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive research into indicators on silicon substrates before thermal oxidation that are correlated with the thickness of the thermal oxide film. In particular, since the thickness of the thermal oxide film depends on the cleaning conditions, they focused on whether there is an indicator that reflects the cleaning history of the silicon substrate before thermal oxidation. Furthermore, they focused on the fact that, as the etching action progresses in SC1 cleaning, the composition of the formed chemical oxide film changes (for example, the amount of OH groups increases) and at the same time, the surface roughness of the silicon substrate also deteriorates. They also considered that such changes in the composition of the chemical oxide film and deterioration in the surface roughness can be interpreted as the cleaning history of the silicon substrate.
Here, we thought that there was a correlation between the change in the composition of this chemical oxide film and the surface roughness of the silicon substrate. Based on the above, we thought that the degree of surface roughness of the silicon substrate formed by SC1 cleaning is also the SC1 cleaning history, and if there is an index that reflects such surface roughness, this index also indirectly reflects the composition of the chemical oxide film, so a correlation with the thermal oxide film thickness can be obtained, and we conducted extensive research.
As a result, the inventors discovered that, for a silicon substrate whose thermal oxide film thickness is to be estimated, the native oxide film is removed under non-etching conditions, and then the thickness of an evaluation oxide film formed under oxidation conditions without etching action correlates with the thickness of the thermal oxide film, and that the thickness of the thermal oxide film can be estimated by using the thickness of this evaluation oxide film as an index, thereby completing the present invention.
即ち、本発明は、シリコン基板の評価方法であって、
前記シリコン基板を被評価基板として準備する基板準備工程と、
前記被評価基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記被評価基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する評価用酸化膜形成工程と、
前記評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
前記準備した被評価基板に熱酸化処理を行うことなく、前記膜厚測定工程で測定した前記評価用酸化膜の膜厚に基づいて、前記被評価基板の評価を行う評価工程を備えており、
該評価工程において、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚を推定評価する膜厚推定評価工程と、
(ii)前記準備した被評価基板の洗浄履歴を推定評価する洗浄履歴推定評価工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の評価方法を提供する。
That is, the present invention is a method for evaluating a silicon substrate, comprising the steps of:
a substrate preparation step of preparing the silicon substrate as a substrate to be evaluated;
an oxide film removing step of completely removing the native oxide film of the evaluation substrate under conditions that do not cause an etching effect;
a step of forming an oxide film for evaluation on the substrate after the native oxide film has been completely removed, under oxidation conditions that have no etching effect;
a thickness measuring step of measuring a thickness of the evaluation oxide film formed in the evaluation oxide film forming step;
an evaluation step of evaluating the evaluation substrate based on the thickness of the evaluation oxide film measured in the film thickness measurement step without performing a thermal oxidation treatment on the evaluation substrate,
In the evaluation step,
(i) a film thickness estimation evaluation step of estimating and evaluating a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate;
(ii) a cleaning history estimation evaluation step of estimating and evaluating the cleaning history of the prepared evaluation substrate.
このようなシリコン基板の評価方法であれば、熱酸化膜と相関がある評価用酸化膜の膜厚を指標とすることで、熱酸化膜厚を推定することができる。また、このような評価手法であれば、従来の化学酸化膜の構成を分析、解析するよりも、簡便にスループット良く、評価することができる。
また、通常の製造工程では、製造されたシリコン基板の洗浄履歴はデータとして保存されているが、所定期間経過した場合など、何らかの原因で洗浄履歴が保存されていない場合が想定される。このような場合に、本発明の評価方法を行うことで、洗浄履歴が未知のシリコン基板の洗浄履歴(特にSC1洗浄が施されているか)を推定することができる。
In the silicon substrate evaluation method, the thickness of the thermal oxide film can be estimated by using the thickness of the evaluation oxide film, which is correlated with the thermal oxide film, as an index. In addition, the evaluation method can be performed more simply and with a higher throughput than the conventional analysis of the composition of a chemical oxide film.
In a normal manufacturing process, the cleaning history of a manufactured silicon substrate is stored as data, but it is possible that the cleaning history is not stored for some reason, such as when a certain period of time has passed. In such a case, the evaluation method of the present invention can be performed to estimate the cleaning history of a silicon substrate whose cleaning history is unknown (in particular, whether SC1 cleaning has been performed).
このとき、前記酸化膜除去工程において、フッ酸洗浄により前記自然酸化膜の完全除去を行うことができる。 At this time, in the oxide film removal process, the native oxide film can be completely removed by cleaning with hydrofluoric acid.
本発明では熱酸化膜厚等を推定したいシリコン基板に施された洗浄履歴を評価用酸化膜の膜厚に反映することが重要である。フッ酸洗浄であればシリコン基板に対しエッチング作用がなく、自然酸化膜を完全に剥離できるため、好適である。 In the present invention, it is important to reflect the cleaning history of the silicon substrate whose thermal oxide film thickness is to be estimated in the film thickness of the oxide film to be evaluated. Hydrofluoric acid cleaning is suitable because it has no etching effect on the silicon substrate and can completely remove the native oxide film.
また、前記評価用酸化膜形成工程において、オゾン水または過酸化水素水により、前記評価用酸化膜を形成することができる。 In addition, in the evaluation oxide film formation process, the evaluation oxide film can be formed using ozone water or hydrogen peroxide water.
前述同様に、余計なエッチング作用がないオゾン水または過酸化水素水で評価用酸化膜を形成することで、本来の目的であるシリコン基板の洗浄履歴を評価用酸化膜の膜厚に反映することができるため、好適である。 As mentioned above, it is preferable to form the oxide film for evaluation using ozone water or hydrogen peroxide water, which does not have any unnecessary etching effect, because the thickness of the oxide film for evaluation can reflect the cleaning history of the silicon substrate, which is the original purpose.
また、前記評価工程において前記膜厚推定評価工程を行うとき、
予め、基準となり、シリコン基板であり、同一の条件で洗浄された複数の予備基板を準備する予備-基板準備工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの一方の予備基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する予備-酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記予備基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する予備-評価用酸化膜形成工程と、
前記予備-評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する予備-膜厚測定工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの他方の予備基板に熱酸化処理を行って熱酸化膜を形成し、該予備基板の熱酸化膜の膜厚を測定する予備-熱酸化膜厚測定工程と、
前記予備基板の評価用酸化膜の膜厚と、前記予備基板の熱酸化膜の膜厚との相関関係を取得する相関関係取得工程と、を行っておき、
前記相関関係に基づいて、前記被評価基板の評価用酸化膜の膜厚から、前記被評価基板の熱酸化膜の膜厚を推定評価することができる。
In addition, when the film thickness estimation evaluation step is performed in the evaluation step,
a spare-substrate preparation process for preparing a plurality of spare silicon substrates that serve as references and that have been cleaned under the same conditions;
a preliminary oxide film removal step of completely removing the native oxide film of one of the prepared preliminary substrates under conditions without etching;
a preliminary-evaluation oxide film forming step of forming an evaluation oxide film on the preliminary substrate after the native oxide film has been completely removed under oxidation conditions that have no etching effect;
a preliminary film thickness measuring step of measuring a film thickness of the evaluation oxide film formed in the preliminary evaluation oxide film forming step;
a preliminary thermal oxide film thickness measuring step of forming a thermal oxide film on another of the plurality of preliminary substrates by performing a thermal oxidation process on the other preliminary substrate and measuring the thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
a correlation acquisition step of acquiring a correlation between a thickness of the evaluation oxide film on the preliminary substrate and a thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
Based on the correlation, the thickness of the thermal oxide film of the evaluation substrate can be estimated from the thickness of the evaluation oxide film of the evaluation substrate.
このような予備試験によって予め相関関係を取得しておけば、被評価基板の熱酸化膜厚の値を容易に推定することができる。 By obtaining a correlation in advance through such preliminary testing, it is possible to easily estimate the thickness of the thermal oxide film on the substrate being evaluated.
また、前記評価工程の前記膜厚推定評価工程で推定評価した前記熱酸化膜の膜厚に基づいて、
前記準備した被評価基板の洗浄履歴を推定評価することができる。
Further, based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step of the evaluation step,
The cleaning history of the prepared evaluation target substrate can be estimated and evaluated.
このようにすれば熱酸化膜厚を簡便に評価できる上に、該推定評価した熱酸化膜厚を指標として、洗浄履歴の推定を簡便に行うことができる。 In this way, the thermal oxide film thickness can be easily evaluated, and the cleaning history can be easily estimated using the estimated thermal oxide film thickness as an index.
また、前記準備した被評価基板の洗浄履歴を推定評価するとき、SC1洗浄が行われているかを判定評価することができる。 In addition, when estimating and evaluating the cleaning history of the prepared evaluation substrate, it is possible to determine whether SC1 cleaning has been performed.
このようにすれば評価用酸化膜や推定評価した熱酸化膜厚を指標として、洗浄履歴におけるSC1洗浄の有無の判定を簡便に行うことができる。 In this way, the evaluation oxide film or estimated thermal oxide film thickness can be used as an indicator to easily determine whether or not SC1 cleaning was performed in the cleaning history.
また本発明は、シリコン基板の製造工程の管理方法であって、
前記シリコン基板を被評価基板として準備する基板準備工程と、
前記被評価基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記被評価基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する評価用酸化膜形成工程と、
前記評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
前記準備した被評価基板に熱酸化処理を行うことなく、前記膜厚測定工程で測定した前記評価用酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記評価用酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の製造工程の管理方法を提供する。
The present invention also provides a method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising the steps of:
a substrate preparation step of preparing the silicon substrate as a substrate to be evaluated;
an oxide film removing step of completely removing the native oxide film of the evaluation substrate under conditions that do not cause an etching effect;
a step of forming an oxide film for evaluation on the substrate after the native oxide film has been completely removed, under oxidation conditions that have no etching effect;
a thickness measuring step of measuring a thickness of the evaluation oxide film formed in the evaluation oxide film forming step;
a management step of managing the manufacturing process based on the film thickness of the evaluation oxide film measured in the film thickness measurement step without performing a thermal oxidation process on the prepared evaluation substrate,
In the management step,
When the thickness of the evaluation oxide film deviates from a predetermined thickness control value set in advance,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one of a cleaning history investigation of the substrate to be evaluated, and a cleaning management process for modifying process conditions for the cleaning treatment in the manufacturing process.
前述した本発明のシリコン基板の評価方法における評価用酸化膜を指標とする手法は、従来よりもスループット良く、簡便であるため、シリコン基板の製造工程の管理方法に用いることもできる。このような管理方法であれば、意図しない、予期できない僅かな洗浄条件の変動を起因とする熱酸化膜厚の変動をいち早く検知することができる。また、この結果を用いて製造工程(洗浄処理)にフィードバックを行い、条件修正(改善)することもできる。 The method of using the evaluation oxide film as an index in the silicon substrate evaluation method of the present invention described above has better throughput and is simpler than conventional methods, so it can also be used as a method for managing the silicon substrate manufacturing process. With such a management method, it is possible to quickly detect fluctuations in the thermal oxide film thickness caused by unintended and unpredictable slight fluctuations in the cleaning conditions. In addition, these results can be used to provide feedback to the manufacturing process (cleaning process) to correct (improve) the conditions.
なお、本発明の製造工程の管理方法においても、前記酸化膜除去工程において、フッ酸洗浄により前記自然酸化膜の完全除去を行うことができ、また、前記評価用酸化膜形成工程において、オゾン水または過酸化水素水により、前記評価用酸化膜を形成することができる。 In the manufacturing process control method of the present invention, the native oxide film can be completely removed by washing with hydrofluoric acid in the oxide film removal process, and the evaluation oxide film can be formed by using ozone water or hydrogen peroxide water in the evaluation oxide film formation process.
シリコン基板に施された洗浄履歴を評価用酸化膜の膜厚に反映することが重要である。フッ酸洗浄であればシリコン基板に対しエッチング作用がなく、自然酸化膜を剥離できるため、好適である。
同様に、余計なエッチング作用がないオゾン水または過酸化水素水で評価用酸化膜を形成することで、本来の目的であるシリコン基板の洗浄履歴を評価用酸化膜の膜厚に反映することができるため、好適である。
It is important that the cleaning history of the silicon substrate is reflected in the thickness of the oxide film to be evaluated. Hydrofluoric acid cleaning is suitable because it has no etching effect on the silicon substrate and can remove the native oxide film.
Similarly, it is preferable to form the oxide film for evaluation using ozone water or hydrogen peroxide water, which have no unnecessary etching effect, because the thickness of the oxide film for evaluation can reflect the cleaning history of the silicon substrate, which is the original purpose.
また本発明は、シリコン基板の製造工程の管理方法であって、
上記のシリコン基板の評価方法の前記評価工程の前記膜厚推定評価工程で推定評価した前記熱酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記推定評価した熱酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の製造工程の管理方法を提供する。
The present invention also provides a method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising the steps of:
The method further includes a management step of managing the manufacturing process based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step of the evaluation step of the silicon substrate evaluation method described above,
In the management step,
When the estimated thickness of the thermal oxide film is out of a predetermined thickness control value,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one of a cleaning history investigation of the substrate to be evaluated, and a cleaning management process for modifying process conditions for the cleaning treatment in the manufacturing process.
上述した製造工程の管理方法は評価用酸化膜を指標とするものであったが、評価用酸化膜厚に代えて、上記の評価方法で推定評価した熱酸化膜厚を指標として製造工程の管理をすることもできる。このような管理方法も熱酸化膜厚の変動をいち早く検知することができ、フィードバックや洗浄処理の条件修正が可能である。 The above-mentioned manufacturing process control method uses the evaluation oxide film as an index, but instead of the evaluation oxide film, the thermal oxide film thickness estimated using the above-mentioned evaluation method can also be used as an index to control the manufacturing process. This type of control method can also quickly detect fluctuations in the thermal oxide film thickness, allowing feedback and correction of cleaning process conditions.
本発明のシリコン基板の評価方法であれば、従来よりもスループット良く、簡便に熱酸化膜厚を評価できる。また、洗浄履歴(特にはSC1洗浄が行われたシリコン基板かどうか)を知ることができる。
また本発明のシリコン基板の製造工程の管理方法であれば、意図しない、予期しない僅かな熱酸化膜厚の変動を迅速に検知し、製造工程にフィードバックし、洗浄処理について改善することができる。
The silicon substrate evaluation method of the present invention allows the thermal oxide film thickness to be evaluated more simply and with a higher throughput than in the past, and also allows the cleaning history (particularly whether the silicon substrate has been subjected to SC1 cleaning) to be known.
Furthermore, the method for controlling the manufacturing process of silicon substrates of the present invention makes it possible to quickly detect unintended and unexpected slight variations in the thickness of the thermal oxide film, and to feed back the results to the manufacturing process to improve the cleaning process.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
<本発明者らによる事前調査>
これまで述べたように、本発明は熱酸化膜厚と相関がある指標を見出すことで熱酸化膜厚を推定する評価方法である。ここでまず、一般的に、シリコンウェーハの洗浄にはSC1、SC2、フッ酸、オゾン水洗浄の組み合わせである。これらの洗浄の中で、特にSC1洗浄はエッチング作用を伴う洗浄方法であり、このエッチング作用はアンモニア濃度が高いほど、薬液温度が高いほど、洗浄時間が長いほど進行する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
<Preliminary investigation by the present inventors>
As described above, the present invention is an evaluation method for estimating the thickness of a thermal oxide film by finding an index that is correlated with the thickness of the thermal oxide film. First, generally, silicon wafers are cleaned using a combination of SC1, SC2, hydrofluoric acid, and ozone water. Among these cleaning methods, SC1 cleaning in particular is a cleaning method that involves an etching action, and this etching action progresses more with a higher ammonia concentration, a higher chemical temperature, and a longer cleaning time.
そして、このようなエッチング作用により、シリコン基板上の化学酸化膜の構成が変化するし(例えばOH基量が増加する)、表面粗さも悪化する。また、この変化量や悪化量はエッチング作用が強いほど、顕著となる。例えばSC1洗浄において、薬液濃度と洗浄時間を固定し、薬液温度を70℃と40℃で変えると、70℃の方が40℃よりもエッチング作用が強いため、化学酸化膜の構成も大きく変化し、表面粗さも悪化するし、熱酸化膜厚も厚くなる。
したがって、化学酸化膜の構成とウェーハ表面粗さには一定の相関があると言える。そして、このウェーハ表面粗さはSC1洗浄のエッチング作用に起因するため、表面粗さが粗いほどエッチング作用が強いこと示す。即ち、シリコン基板に施されたSC1洗浄のエッチング作用で形成されたウェーハ表面粗さを反映した指標を見出すことができれば、この指標は化学酸化膜の構成を反映した指標となり、熱酸化膜厚と相関が得られることになる。
This etching action changes the structure of the chemical oxide film on the silicon substrate (for example, the amount of OH groups increases), and the surface roughness also worsens. The stronger the etching action, the more significant this change or deterioration becomes. For example, in SC1 cleaning, if the chemical solution concentration and cleaning time are fixed and the chemical solution temperature is changed to 70°C and 40°C, the etching action is stronger at 70°C than at 40°C, so the structure of the chemical oxide film changes significantly, the surface roughness worsens, and the thermal oxide film becomes thicker.
Therefore, it can be said that there is a certain correlation between the structure of the chemical oxide film and the wafer surface roughness. And since this wafer surface roughness is caused by the etching action of SC1 cleaning, the rougher the surface roughness, the stronger the etching action. In other words, if an index that reflects the wafer surface roughness formed by the etching action of SC1 cleaning applied to a silicon substrate can be found, this index will be an index that reflects the structure of the chemical oxide film, and a correlation will be obtained with the thermal oxide film thickness.
続いて、SC1洗浄のエッチング作用で形成されたウェーハ表面粗さを反映した指標に関して説明する。初めに、シリコンウェーハの製造工程で形成される様々なウェーハ表面粗さと酸化膜の膜厚との関係について述べる。図12はその調査フローチャートである。
用意したシリコン基板に対し、CMP加工条件、SC1洗浄条件を変え、粗さを形成する粗化処理を行った。次いで、バッチ洗浄機にてフッ酸洗浄により酸化膜を完全に剥離した後、オゾン水洗浄で酸化膜を形成した。どちらの水準(CMP水準、SC1水準)もフッ酸洗浄にて粗化処理の酸化膜が完全に剥離され、その後のオゾン水で形成された酸化膜(再形成した自然酸化膜)が形成されているため、同一手法で酸化膜が形成されていると解釈できる。その後、パーティクルカウンターによるHaze測定を行った後、分光エリプソメトリーにてその自然酸化膜の膜厚を評価した。
Next, we will explain the index reflecting the wafer surface roughness formed by the etching action of SC1 cleaning. First, we will explain the relationship between the thickness of the oxide film and various wafer surface roughnesses formed in the silicon wafer manufacturing process. Figure 12 is the investigation flow chart.
The prepared silicon substrate was subjected to roughening treatment to form roughness by changing the CMP processing conditions and SC1 cleaning conditions. Next, the oxide film was completely peeled off by hydrofluoric acid cleaning in a batch cleaning machine, and then an oxide film was formed by cleaning with ozone water. In both levels (CMP level, SC1 level), the oxide film of the roughening treatment was completely peeled off by hydrofluoric acid cleaning, and the oxide film (reformed natural oxide film) formed by the subsequent ozone water was formed, so it can be interpreted that the oxide film was formed by the same method. After that, haze measurement was performed using a particle counter, and the thickness of the natural oxide film was evaluated by spectroscopic ellipsometry.
図13は各水準のHazeに対する自然酸化膜(上記の再形成したもの)を示した結果である。CMP水準(■)はHaze値が10ppmを超えても自然酸化膜の膜厚は同等であったが、SC1洗浄水準(●)はHazeが高くなると自然酸化膜が厚くなる傾向が得られた。同一手法で酸化膜を形成していることから、膜厚はCMP水準のように同等になると推定されたが、SC1洗浄水準はそうではなかった。 Figure 13 shows the results of the natural oxide film (reformed as described above) for each level of haze. At the CMP level (■), the thickness of the natural oxide film was the same even when the haze value exceeded 10 ppm, but at the SC1 cleaning level (●), there was a tendency for the natural oxide film to become thicker as the haze increased. Since the oxide film was formed using the same method, it was assumed that the film thickness would be the same, as with the CMP level, but this was not the case with the SC1 cleaning level.
さらに図14には粗化処理工程をフッ酸とオゾン水洗浄を組み合わせた枚葉洗浄で行った結果も示した。粗化処理後のフッ酸洗浄及びオゾン水洗浄もバッチ方式ではなく枚葉方式で実施した。バッチ方式のオゾン水洗浄とは酸化膜形成方法が異なるため、上述のSC1水準及びCMP水準での膜厚と、この枚葉洗浄水準での膜厚との比較をすることは出来ないが、枚葉洗浄水準内におけるHazeの影響は議論することができる。その結果、枚葉洗浄水準はCMP水準と同じようにHazeが変化しても自然酸化膜厚は同等であった。
以上の結果をまとめると、CMPと、フッ酸とオゾン水洗浄を組み合わせた枚葉洗浄で形成される粗さは酸化膜の膜厚に影響を与えず、一方で、SC1洗浄で形成される粗さは酸化膜の膜厚を厚くすることが新たに分かった。
Furthermore, Fig. 14 shows the results of the roughening process performed by single-wafer cleaning combining hydrofluoric acid and ozone water cleaning. Hydrofluoric acid cleaning and ozone water cleaning after roughening were also performed by single-wafer cleaning instead of batch-type. Since the oxide film formation method is different from the batch-type ozone water cleaning, it is not possible to compare the film thickness at the above-mentioned SC1 level and CMP level with the film thickness at this single-wafer cleaning level, but it is possible to discuss the influence of haze within the single-wafer cleaning level. As a result, the single-wafer cleaning level had the same natural oxide film thickness even if the haze changed, just like the CMP level.
To summarize the above results, it has been newly discovered that the roughness formed by CMP and single-wafer cleaning that combines hydrofluoric acid and ozone water cleaning does not affect the thickness of the oxide film, while the roughness formed by SC1 cleaning increases the thickness of the oxide film.
以上の結果から、SC1水準では、SC1エッチング作用が強いほど表面粗さも悪化し、その結果、表面粗さの影響により、酸化膜(上記の再形成した自然酸化膜)の膜厚も厚くなることが示された。言い換えれば、このような手法で評価した酸化膜(上記の再形成した自然酸化膜)の膜厚が厚ければ、シリコン基板にエッチング作用が強いSC1洗浄が施されていると判断することができる。 These results show that at the SC1 level, the stronger the SC1 etching action, the worse the surface roughness becomes, and as a result, the thickness of the oxide film (the above-mentioned re-formed native oxide film) also increases due to the effect of surface roughness. In other words, if the oxide film (the above-mentioned re-formed native oxide film) evaluated using this method is thick, it can be determined that the silicon substrate has been subjected to SC1 cleaning, which has a strong etching action.
<本発明のシリコン基板の評価方法>
[シリコン基板の熱酸化膜厚の評価]
上記の事前調査の結果を踏まえて、本発明の評価方法を説明する。図1は本発明のシリコン基板の熱酸化膜厚の評価方法の一例である。実際の評価対象である被評価基板について評価するフローである(本試験のフロー)。なお、この本試験での被評価基板とは別に用意した予備基板を用いて相関関係(評価用酸化膜厚と熱酸化膜厚との関係)を取得する予備試験を行い、該相関関係を本試験での被評価基板の熱酸化膜厚の評価に利用することができるが、その予備試験のフローについては後述する。
以下、本試験でのフローについて詳述する。
(S1:基板準備工程)
初めにS1工程として熱酸化膜厚を推定するシリコン基板を被評価基板として用意する。
この際、シリコン基板の導電型や口径(直径)、形状に制限はない。ただし、表面粗さについては以下の点を考慮して用意すると好適である。具体的には算術平均高さSaが0.5nm以下のものとするのが好ましい。この理由は特許文献2と特許文献3を用いて説明する。
特許文献3にはSC1洗浄やオゾン水洗浄後の表面粗さRaについて記載されており、その値は0.06~0.12nm程度である。このようなRa値が近年使用されるシリコンウェーハのラフネス値である。
特許文献2にはウェーハ表面粗さがエリプソメーターで測定される自然酸化膜厚に影響することが開示されているが、この際の表面ラフネス値はAFMのRa値で0.22~2.05nmであり、上述した表面ラフネス値0.06~0.12nmと比較すると非常に高い。
<Silicon Substrate Evaluation Method of the Present Invention>
[Evaluation of Thermal Oxidation Film Thickness on Silicon Substrate]
Based on the results of the above preliminary investigation, the evaluation method of the present invention will be described. Figure 1 shows an example of the evaluation method of the thermal oxide film thickness of a silicon substrate according to the present invention. This is a flow for evaluating the evaluation substrate, which is the actual evaluation target (main test flow). A preliminary test is performed to obtain a correlation (relationship between the evaluation oxide film thickness and the thermal oxide film thickness) using a spare substrate prepared separately from the evaluation substrate in the main test, and this correlation can be used to evaluate the thermal oxide film thickness of the evaluation substrate in the main test. The flow of this preliminary test will be described later.
The flow of this test is described in detail below.
(S1: Substrate preparation process)
First, in step S1, a silicon substrate for which the thermal oxide film thickness is to be estimated is prepared as a substrate to be evaluated.
In this case, there is no restriction on the conductivity type, aperture (diameter), or shape of the silicon substrate. However, it is preferable to prepare the surface roughness taking the following points into consideration. Specifically, it is preferable that the arithmetic mean height Sa is 0.5 nm or less. The reason for this will be explained using
また、一般的に自然酸化膜は約1nm程度と知られているが、特許文献2では、Ra値が0.22nmでは自然酸化膜厚は0.097nm、Ra値が1.23nmでは自然酸化膜厚は1.586nm、Ra値が2.05nmでは自然酸化膜厚は3.313nmと全て膜厚が約1nmから大きくかけ離れている。このように特許文献2の表面粗さや自然酸化膜の膜厚は、近年使用されるシリコンウェーハの面粗さや膜厚とは大きく異なる。この理由としては、特許文献2では通常のシリコンウェーハの洗浄液では使用されないフッ酸と硝酸の混合液を用いて意図的に面を荒らす処理をしているためと考えられる。即ち、特許文献2に開示されている相関関係を用いて、例えばRaが0.06~0.12nmの範囲の粗さと自然酸化膜厚さについて議論することは困難であり、例えばRa値で1nmを超えるような非常に荒れた場合に適用できると推定される。
In addition, while the natural oxide film is generally known to be about 1 nm thick, in
このような考察から、本発明の評価を行うには、Saが0.5nm以下であるのが好ましい。Sa値が0.5nm以下であれば、粗さの影響を受けて、後述する評価用酸化膜の膜厚が1nmから大きく乖離するのを防ぐことができる。ただし、一般的に、CMP後のシリコンウェーハの表面のSa値は0.1nm以下、裏面(DSP面)のSa値は0.2~0.4nm程度であることから、少なくともDSP加工後や、CMP加工後のウェーハであれば、本発明の洗浄方法は好適である。実際、デバイス作製のために熱酸化処理を行うウェーハはDSP工程、CMP工程、洗浄工程を経たシリコンウェーハであることから、通常、熱酸化膜厚を評価したいシリコン基板の表面粗さSaは0.5nm以下であることが大半である。 From these considerations, it is preferable that Sa is 0.5 nm or less for the evaluation of the present invention. If the Sa value is 0.5 nm or less, it is possible to prevent the thickness of the evaluation oxide film described below from deviating significantly from 1 nm due to the influence of roughness. However, since the Sa value of the front surface of a silicon wafer after CMP is generally 0.1 nm or less and the Sa value of the back surface (DSP surface) is about 0.2 to 0.4 nm, the cleaning method of the present invention is suitable for wafers at least after DSP processing or CMP processing. In fact, wafers that undergo thermal oxidation processing for device fabrication are silicon wafers that have undergone the DSP process, CMP process, and cleaning process, so the surface roughness Sa of silicon substrates for which the thermal oxide film thickness is to be evaluated is usually 0.5 nm or less in most cases.
(S2:酸化膜除去工程)
続いて、S2工程としてエッチング作用のない条件で被評価基板の自然酸化膜を剥離(完全除去)する。
一般的に洗浄工程後のシリコンウェーハにはパーティクル付着を低減させるため、SC1洗浄やO3洗浄で形成された自然酸化膜が形成されている。しかし、これらの自然酸化膜の膜厚は洗浄条件に依っても異なるし、特許文献3に記載の通り、熱酸化膜厚はこの自然酸化膜の膜厚に依存しないため、熱酸化膜の指標にはなりえない。したがって、ここでは一度形成されていた自然酸化膜を完全に剥離し、次のS3工程で再度の自然酸化膜(評価用酸化膜)を形成させる必要がある。
(S2: Oxide film removal step)
Next, in step S2, the native oxide film on the evaluation substrate is peeled off (completely removed) under conditions that do not involve any etching action.
Generally, a natural oxide film is formed on a silicon wafer after a cleaning process by SC1 cleaning or O3 cleaning in order to reduce particle adhesion. However, the thickness of these natural oxide films varies depending on the cleaning conditions, and as described in
ここでエッチング作用について説明する。エッチング作用は、例えばシリコンに対し、薬液やプラズマを作用させることで、シリコンを除去することを示す。洗浄工程においては、SC1洗浄がこのエッチング作用を示し、アンモニアから電離した水酸化物イオンがエッチング作用を引き起こす。一般的に、エッチングが進行すると、エッチング後の表面粗さは悪化することが知られている。上述のように、本発明ではシリコン基板に施された洗浄履歴を反映した膜厚を指標とするため、S2工程で余計なエッチング作用が被評価基板に加わると、本来反映したい洗浄履歴の他にS2工程起因の影響が加味されてしまうため、S2工程ではエッチング作用がない条件で酸化膜を剥離する必要がある。ただし、薬液やプラズマで酸化膜を剥離する以上、マクロやミクロな視点でシリコン基板表面に着目すると、完全にエッチング作用がなく、表面が全く粗くならないことは難しい。したがって、本発明のシリコン基板の評価方法(また、後述する本発明のシリコン基板の製造工程の管理方法)においては、「エッチング作用がない」とは本発明の評価方法(管理方法)に影響を及ぼすような表面粗さを創出するエッチング作用がないと定義される。
言い換えれば、無視できるような、非常に僅かなエッチング作用は許容される。
Here, the etching action will be explained. The etching action means that, for example, silicon is removed by applying a chemical solution or plasma to silicon. In the cleaning process, SC1 cleaning exhibits this etching action, and hydroxide ions ionized from ammonia cause the etching action. It is generally known that as etching progresses, the surface roughness after etching worsens. As described above, in the present invention, the film thickness reflecting the cleaning history applied to the silicon substrate is used as an index, so if an unnecessary etching action is applied to the substrate to be evaluated in the S2 process, the influence caused by the S2 process will be taken into account in addition to the cleaning history that is originally desired to be reflected, so it is necessary to peel off the oxide film under conditions without an etching action in the S2 process. However, since the oxide film is peeled off with a chemical solution or plasma, it is difficult to completely eliminate the etching action and to completely prevent the surface from becoming rough when focusing on the silicon substrate surface from a macroscopic or microscopic perspective. Therefore, in the evaluation method of the silicon substrate of the present invention (and the management method of the manufacturing process of the silicon substrate of the present invention described later), "no etching action" is defined as no etching action that creates a surface roughness that affects the evaluation method (management method) of the present invention.
In other words, a very slight, negligible etching effect is acceptable.
そのエッチング作用の例を図2に示す。図2はシリコン基板にフッ酸及びオゾン水洗浄を行ったものと、SC1洗浄を行ったものについての、洗浄前及び洗浄後のHazeと、洗浄前後の差分を示している。尚、SC1洗浄は40℃から70℃、洗浄時間3分で実施した。
全体を見ると、SC1洗浄を行った水準はSC1のエッチング作用が強くなる高温条件ほど、洗浄後にHazeが大きく悪化していることが分かる。対して、フッ酸及びオゾン水洗浄のみでは、僅かにHaze値が悪化しているが、SC1水準と比較すると非常に小さいことが分かる。したがって、フッ酸洗浄とオゾン水洗浄は僅かに面が粗くなるが、その程度が非常に小さく、本発明においてはエッチング作用がないといえる。
An example of this etching effect is shown in Figure 2. Figure 2 shows the haze before and after cleaning, and the difference before and after cleaning, for a silicon substrate that was cleaned with hydrofluoric acid and ozone water and that was cleaned with SC1. The SC1 cleaning was performed at 40°C to 70°C for 3 minutes.
Overall, it can be seen that the higher the temperature conditions, the stronger the etching effect of SC1, the greater the deterioration of haze after cleaning. In contrast, when only hydrofluoric acid and ozone water cleaning was used, the haze value deteriorated slightly, but it was much smaller than the SC1 level. Therefore, although the surface became slightly rough after hydrofluoric acid cleaning and ozone water cleaning, the degree of the deterioration was very small, and it can be said that there was no etching effect in the present invention.
続いて、上記の図2の水準に関して、さらに追加でフッ酸及びオゾン水洗浄を行った後の自然酸化膜の膜厚を図3に示した。
前述したSC1洗浄のエッチング作用により形成されたウェーハ表面粗さの影響を受けて、自然酸化膜の膜厚は洗浄温度が高いほど厚くなる傾向となっている。ここでSC1洗浄無しの場合と比較すると、SC1洗浄の温度が40℃の場合までは膜厚が同等であったが、45℃以上の場合で膜厚が厚くなっていた。即ち、この場合は薬液温度が40℃まではエッチング作用が弱く、膜厚に影響するウェーハ表面粗さが創出されておらず、逆に45℃以上ではウェーハ表面粗さが創出され、自然酸化膜の膜厚が変動したと考えられる。
Next, in relation to the level shown in FIG. 2, the thickness of the native oxide film after additional washing with hydrofluoric acid and ozone water is shown in FIG.
Due to the influence of the wafer surface roughness formed by the etching action of the SC1 cleaning described above, the thickness of the native oxide film tends to become thicker as the cleaning temperature increases. Compared to the case without SC1 cleaning, the film thickness was the same when the SC1 cleaning temperature was up to 40°C, but became thicker when the temperature was 45°C or higher. That is, in this case, the etching action was weak up to the chemical temperature of 40°C, and no wafer surface roughness that would affect the film thickness was created, but conversely, it is thought that at temperatures of 45°C or higher, wafer surface roughness was created, causing the thickness of the native oxide film to fluctuate.
したがって、この場合は洗浄温度が40℃以下の水準であれば、僅かにエッチング作用が生じているものの、本発明の評価方法に影響を及ぼさないと考えられるが、そうではない。この理由はSC1洗浄のエッチング量にある。即ち、S2工程では前述したように被評価基板に形成されている自然酸化膜を完全に剥離する必要がある。そしてS3工程では評価用酸化膜を形成する必要がある。また、一般的に自然酸化膜の膜厚が約1nm以上であることから、S2工程でSC1洗浄を用いる場合、エッチング量を1nm以上にしなければ、自然酸化膜を完全に剥離することができない。
ここで、図4に、図3の水準と同じ洗浄条件で3minエッチングした際のエッチング量を示す。このグラフから、少なくとも洗浄温度を70℃以上にしないと1nmを超えるエッチング量を確保できないことが分かる。ただし、洗浄温度が70℃では図3のグラフに示すように膜厚が顕著に厚くなっており、前述したS2工程起因の影響を受けていると判断される。
尚、洗浄温度を40℃で洗浄時間を長くすることが容易に考えられるが、SC1洗浄で形成される粗さはエッチング量に起因するため、低エッチングレートで長時間エッチングしたとしても、本発明の評価方法に影響を及ぼすことを回避することは困難である。
Therefore, in this case, if the cleaning temperature is at a level of 40° C. or less, a slight etching effect occurs, but it is thought that this does not affect the evaluation method of the present invention. The reason for this lies in the etching amount of SC1 cleaning. That is, in the S2 step, as described above, it is necessary to completely remove the native oxide film formed on the evaluation substrate. And in the S3 step, it is necessary to form an evaluation oxide film. Also, since the thickness of the native oxide film is generally about 1 nm or more, when using SC1 cleaning in the S2 step, the etching amount must be 1 nm or more in order to completely remove the native oxide film.
Here, Fig. 4 shows the etching amount when etching was performed for 3 minutes under the same cleaning conditions as those in Fig. 3. From this graph, it can be seen that an etching amount exceeding 1 nm cannot be ensured unless the cleaning temperature is at least 70°C or higher. However, at a cleaning temperature of 70°C, as shown in the graph in Fig. 3, the film thickness is significantly thicker, which is considered to be due to the influence of the above-mentioned S2 step.
It is easily conceivable to increase the cleaning time at a cleaning temperature of 40° C., but since the roughness formed by SC1 cleaning is due to the amount of etching, it is difficult to avoid the effect on the evaluation method of the present invention even if etching is performed for a long time at a low etching rate.
S2工程での酸化膜除去の手法は「エッチング作用のない条件」ということを除いて特に限定されないものの、上記結果から、SC1洗浄では本発明の評価方法に影響を及ぼす表面粗さの創出の回避と自然酸化膜の完全な除去の両立は難しいと考えられることから、他の手法についても本発明者らは検討した。その結果、最も適した酸化膜の剥離方法はフッ酸洗浄である。尚、自然酸化膜が完全に剥離できれば、フッ酸洗浄の条件は特に限定されない。条件の一例としては、フッ酸濃度が0.3~5.0wt%、温度が10~30℃、洗浄時間が60~360秒である。
その他の酸化膜剥離方法としてはALE(Atomic Layer Etching)のようなドライエッチング手法が挙げられる。この手法において、SiO2のみを選択的にエッチングし、Siはエッチングしない条件を適用することもできる。
Although the method of removing the oxide film in the S2 step is not particularly limited except for "conditions without etching action," the above results suggest that it is difficult to avoid the creation of surface roughness that affects the evaluation method of the present invention while completely removing the native oxide film with SC1 cleaning, and therefore the inventors have investigated other methods. As a result, it was found that the most suitable method of removing the oxide film is hydrofluoric acid cleaning. Note that, as long as the native oxide film can be completely removed, the hydrofluoric acid cleaning conditions are not particularly limited. One example of the conditions is a hydrofluoric acid concentration of 0.3 to 5.0 wt%, a temperature of 10 to 30°C, and a cleaning time of 60 to 360 seconds.
Other oxide film removal methods include dry etching methods such as ALE (Atomic Layer Etching), in which conditions can be applied for selectively etching only SiO 2 and not etching Si.
(S3:評価用酸化膜形成工程)
次に、S3工程として被評価基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する。
ここでもS2工程と同様に、余計なエッチング作用が被評価基板に加わることを避ける必要がある。尚、ここでも「エッチング作用がない」とは本発明の評価方法(管理方法)に影響を及ぼすような表面粗さを創出するエッチング作用がないと定義される。オゾン水や過酸化水素水はどちらも洗浄前後のHaze悪化量が非常に僅かである。
したがって、エッチング作用がないオゾン水や過酸化水素水でウェーハ表面を酸化させることが好ましく、より酸化力の強いオゾン水の方が好ましい。オゾン水または過酸化水素水であれば簡便に酸化膜(再形成された自然酸化膜)を形成することができる。例えば、用いるオゾン水の濃度は3~25ppmの範囲で、温度は10~30℃、洗浄時間は60~360秒である。用いる過酸化水素水の濃度は0.2~5.0wt%、温度が30~90℃、洗浄時間は60~360秒である。このような方法で評価用酸化膜を形成することができる。尚、後述するS5工程でこの評価用酸化膜の膜厚を指標とするため、被評価基板が複数の場合、それら同士で酸化膜形成方法は同一手法とするのが特に好ましい。例えば、オゾン水で形成した評価用酸化膜の膜厚と過酸化水素水で形成した評価用酸化膜の膜厚を比較するよりも、同一手法で形成した膜厚同士を比較する方が、一層精度の高い評価が可能となる。また、オゾン水洗浄同士であっても濃度や洗浄時間が大きく異なる場合よりも、それらが同程度の条件の場合の方が高精度な評価となり好ましい。
また別の酸化手法としては、ALD(Atomic Layer Deposition)のようなドライ方式でプラズマ等を用いて酸化膜を形成することもできる。特にCVD方式であれば、シリコン基板へのエッチング作用はないため、有効である。
(S3: Evaluation oxide film formation process)
Next, in step S3, an oxide film for evaluation is formed on the evaluation substrate under oxidation conditions that have no etching effect.
Here too, as in the S2 step, it is necessary to avoid applying unnecessary etching to the evaluation substrate. Note that here too, "no etching effect" is defined as no etching effect that creates surface roughness that would affect the evaluation method (control method) of the present invention. Both ozone water and hydrogen peroxide water caused very little haze deterioration before and after cleaning.
Therefore, it is preferable to oxidize the wafer surface with ozone water or hydrogen peroxide water, which has no etching effect, and ozone water, which has a stronger oxidizing power, is more preferable. Ozone water or hydrogen peroxide water can easily form an oxide film (reformed natural oxide film). For example, the concentration of ozone water used is in the range of 3 to 25 ppm, the temperature is 10 to 30° C., and the cleaning time is 60 to 360 seconds. The concentration of hydrogen peroxide water used is 0.2 to 5.0 wt%, the temperature is 30 to 90° C., and the cleaning time is 60 to 360 seconds. In this manner, an evaluation oxide film can be formed. In addition, since the thickness of this evaluation oxide film is used as an index in the step S5 described later, when there are multiple substrates to be evaluated, it is particularly preferable to use the same method for forming the oxide film for each of the substrates. For example, a more accurate evaluation can be achieved by comparing the thicknesses of evaluation oxide films formed by the same method, rather than comparing the thicknesses of evaluation oxide films formed by ozone water and hydrogen peroxide water. Furthermore, even when the ozone water cleaning is performed, it is preferable that the concentration and cleaning time are similar, since this results in a more accurate evaluation, rather than when the concentration and cleaning time are significantly different.
As another oxidation method, an oxide film can be formed by using plasma or the like in a dry method such as ALD (Atomic Layer Deposition). In particular, the CVD method is effective because it does not have an etching effect on the silicon substrate.
(S4:膜厚測定工程)
次に、S4工程として評価用酸化膜の膜厚を測定する。
この評価用酸化膜は例えば分光エリプソメーターで測定することができ、公知の方法を用いればよい。このS4工程でシリコン基板の洗浄履歴を反映した膜厚を取得することができる。この際、S3工程後からS4工程までの経過時間は出来る限り、揃えることが好ましい。これはS3工程で形成された評価用酸化膜の膜厚が経過時間とともに、大気中の水分や酸素により酸化され、僅かに酸化膜が厚くなるためである。この変動を抑えるため、例えばS3工程後から約1時間後、24時間後など予め設定した経過時間後に評価することでより高精度に評価できる。
(S4: Film thickness measurement process)
Next, in step S4, the thickness of the evaluation oxide film is measured.
This oxide film for evaluation can be measured, for example, by a spectroscopic ellipsometer, and a known method may be used. In this S4 step, a film thickness reflecting the cleaning history of the silicon substrate can be obtained. In this case, it is preferable to make the elapsed time from the end of the S3 step to the S4 step as uniform as possible. This is because the thickness of the oxide film for evaluation formed in the S3 step is oxidized by moisture and oxygen in the atmosphere over time, and the oxide film becomes slightly thicker. In order to suppress this variation, evaluation can be performed with higher accuracy by evaluating the film after a preset elapsed time, such as about 1 hour or 24 hours after the S3 step.
(S5:評価工程[膜厚推定評価工程])
次にS5工程として、準備した被評価基板に熱酸化処理を行うことなく、S4工程で取得した評価用酸化膜厚に基づいて被評価基板の評価を行う。ここでは、評価用酸化膜厚から、準備した被評価基板に熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜厚を推定する。
なお、想定する上記熱酸化処理の条件は特に限定されない。例えば、酸素ガスによるドライ酸化や水蒸気を用いるウェット酸化などを用いることができる。デバイス作製工程での熱酸化条件等に応じて、形成される狙い膜厚は異なるため、適宜、最高到達温度や時間を調整することができる。
以下、より具体的に説明する。ここでは、洗浄条件や研磨条件を変えて作製したサンプル11水準を各水準で3枚ずつ用意した。なお11水準のうち、2水準はフッ酸とオゾン水で洗浄したものであり、それ以外の9水準はSC1洗浄したものである。
3枚のうち1枚はパーティクルカウンターでHazeを取得した後、分光エリプソで自然酸化膜厚を評価した。その後フッ酸とオゾン水洗浄で評価用酸化膜を形成し、その膜厚を分光エリプソで評価した。
もう一枚はそのまま熱酸化処理を行い、熱酸化膜を分光エリプソで評価した。
最後の1枚は特許文献3に倣い、ATR-FT-IRとXPSでOH基量とサブオキサイドの割合を評価した。
(S5: Evaluation step [film thickness estimation evaluation step])
Next, in step S5, the substrate is evaluated based on the evaluation oxide film thickness obtained in step S4 without performing a thermal oxidation process on the substrate. Here, the thickness of the thermal oxide film formed when the substrate is subjected to a thermal oxidation process is estimated from the evaluation oxide film thickness.
The conditions of the thermal oxidation treatment are not particularly limited. For example, dry oxidation using oxygen gas or wet oxidation using water vapor can be used. The target film thickness varies depending on the thermal oxidation conditions in the device fabrication process, so the maximum temperature and time can be adjusted as appropriate.
A more detailed explanation is given below. Here, 11 levels of samples were prepared by changing the cleaning and polishing conditions, with three samples for each level. Of the 11 levels, two were cleaned with hydrofluoric acid and ozone water, and the remaining nine were cleaned with SC1.
One of the three pieces was used to obtain haze using a particle counter, and the thickness of the native oxide film was evaluated using a spectroscopic ellipsometer. An oxide film for evaluation was then formed using hydrofluoric acid and ozone water cleaning, and the thickness of the oxide film was evaluated using a spectroscopic ellipsometer.
The other piece was subjected to a thermal oxidation treatment as it was, and the thermal oxide film was evaluated by spectroscopic ellipsometry.
For the last piece, the amount of OH groups and the ratio of suboxides were evaluated by ATR-FT-IR and XPS following
図5は各水準における熱酸化膜厚に対するHaze及び自然酸化膜の膜厚の影響を示したものである。どちらも相関係数R2値は小さく、単にウェーハ表面粗さのHazeや自然酸化膜の膜厚と熱酸化膜厚に相関がないことが分かる。これはHazeにはSC1洗浄粗さ以外の、例えばCMP工程などの別の粗さ成分も加味されているためである。また単なる自然酸化膜の膜厚も指標となりえないことが分かる。
図6には化学酸化膜の構成として、OH基量とサブオキサイドの割合を指標とした場合を示した。R2値は図5よりも高く、熱酸化膜と相関があることが分かる。したがって、特許文献3に記載の通り、化学酸化膜の構成から熱酸化膜厚の推定が可能であることが分かる。
図7には本発明の評価用酸化膜の膜厚を指標とした場合を示した。R2値が0.9以上と非常に高く、評価用酸化膜厚と熱酸化膜厚には良好な相関が見られた。したがって、評価用酸化膜が厚いほど、熱酸化膜厚も厚くなると推定することができる。このように本発明の評価用酸化膜の膜厚は熱酸化膜の膜厚と非常に良好な相関が得られるため、高精度に熱酸化膜を推定することができる。なお、グラフ中の左側2つ(評価用酸化膜の厚さが薄い)がフッ酸とオゾン水で洗浄したものであり、右側9つがSC1洗浄したものである。
例えば、複数の被評価基板の各評価用酸化膜厚を比較することで、それらの被評価基板の各熱酸化膜厚の大小の比較評価などを行うことができる。
Figure 5 shows the influence of haze and native oxide film thickness on the thermal oxide film thickness at each level. The correlation coefficient R2 value is small in both cases, and it can be seen that there is simply no correlation between the haze of the wafer surface roughness or the thickness of the native oxide film and the thermal oxide film thickness. This is because the haze also takes into account other roughness components such as those from the CMP process in addition to the SC1 cleaning roughness. It can also be seen that the thickness of the native oxide film alone cannot be used as an indicator.
Fig. 6 shows the composition of the chemical oxide film, with the amount of OH groups and the ratio of suboxides as indicators. The R2 value is higher than that in Fig. 5, and it is clear that there is a correlation with the thermal oxide film. Therefore, as described in
FIG. 7 shows the case where the thickness of the oxide film for evaluation of the present invention is used as an index. The R2 value is very high at 0.9 or more, and a good correlation was observed between the oxide film for evaluation and the thermal oxide film. Therefore, it can be estimated that the thicker the oxide film for evaluation is, the thicker the thermal oxide film will be. In this way, the thickness of the oxide film for evaluation of the present invention has a very good correlation with the thickness of the thermal oxide film, so that the thermal oxide film can be estimated with high accuracy. Note that the two on the left side of the graph (thin oxide film for evaluation) are those cleaned with hydrofluoric acid and ozone water, and the nine on the right side are those cleaned with SC1.
For example, by comparing the thickness of each of the evaluation oxide films on a plurality of evaluation substrates, it is possible to perform a comparative evaluation of the size of each of the thermal oxide films on those evaluation substrates.
ここで予備試験を行うケースについて説明する。
本発明の評価方法では、予め、図7のような評価用酸化膜厚と熱酸化膜厚との相関を取得することで熱酸化膜厚をより具体的に推定することもできる。このような場合の代表的な予備試験におけるフローチャートを図8に示した。なお、予備試験は本試験の評価工程[膜厚推定評価工程]の前に行っておけばよい。
(S11:予備-基板準備工程)
初めにS11工程として、基準となり、シリコン基板であり、洗浄条件が同一である予備基板を複数枚(ここでは2枚とする)用意する。この2枚1組のセットに関して、例えばセットごとに異なる洗浄条件のものを複数セット用意する。セット数は、多いほど高精度な相関関係を得ることができて好ましいが、手間や時間を考慮して適宜決定することができる。上記の図7は11セット(11水準)であると言える。
(S12:予備-酸化膜除去工程、予備-評価用酸化膜形成工程、予備-膜厚測定工程、及び、予備-熱酸化膜厚測定工程)
次いでS12工程で、片方の予備基板には図1のS2-S4工程と同様の工程を行い、予備基板の評価用酸化膜の膜厚を測定する。
また、もう片方には熱酸化処理を行い、熱酸化膜厚を評価する。この熱酸化処理の条件は、前述した本試験で想定した熱酸化処理の条件と同様のものとすると良い。
(S13:相関関係取得工程)
次にS13工程として評価用酸化膜厚(予備基板の評価用酸化膜厚)と熱酸化膜厚(予備基板の熱酸化膜厚)との相関関係を取得する。
以上が予備試験のフローである。
Here, a case where a preliminary test is performed will be described.
In the evaluation method of the present invention, the thermal oxide film thickness can be more specifically estimated by obtaining a correlation between the evaluation oxide film thickness and the thermal oxide film thickness as shown in Fig. 7 in advance. A flow chart of a typical preliminary test in such a case is shown in Fig. 8. The preliminary test may be performed before the evaluation step [thickness estimation evaluation step] of the main test.
(S11: Spare-substrate preparation process)
First, in step S11, a plurality of spare substrates (two substrates in this example) are prepared as a reference, which are silicon substrates and have the same cleaning conditions. For each set of two substrates, a plurality of sets are prepared, each set having different cleaning conditions, for example. The number of sets is preferably as large as possible, since a highly accurate correlation can be obtained, but the number of sets can be appropriately determined in consideration of the effort and time required. The above FIG. 7 can be said to have 11 sets (11 levels).
(S12: preliminary oxide film removal process, preliminary oxide film formation process for evaluation, preliminary film thickness measurement process, and preliminary thermal oxide film thickness measurement process)
Next, in step S12, steps similar to steps S2-S4 in FIG. 1 are carried out on one of the spare substrates, and the thickness of the evaluation oxide film on the spare substrate is measured.
The other side is subjected to a thermal oxidation process to evaluate the thickness of the thermal oxide film. The conditions for this thermal oxidation process should be similar to those for the thermal oxidation process assumed in the above-mentioned main test.
(S13: correlation acquisition step)
Next, in step S13, the correlation between the evaluation oxide film thickness (the evaluation oxide film thickness of the preliminary substrate) and the thermal oxide film thickness (the thermal oxide film thickness of the preliminary substrate) is obtained.
This completes the flow of the preliminary test.
上記予備試験を本試験の前に予め行っておき、その後、本試験のS1工程-S4工程を行うことができる。
そして、S5工程において、熱酸化膜厚が未知のシリコン基板(本試験の被評価基板)の評価用酸化膜厚から、S13の相関関係に基づいて、被評価基板の熱酸化膜厚の具体値を実に容易に推定することができる。
尚、具体的な相関関係の一例としては図7が挙げられる。ここで熱酸化膜厚が未知のシリコン基板(本試験の被評価基板)の評価用酸化膜の膜厚が1.265nmであった場合は、図7の相関式(相関関係)に代入することで熱酸化膜厚が5.147nmと推定することができる。
The above-mentioned preliminary test may be carried out before the main test, and then steps S1 to S4 of the main test may be carried out.
Then, in step S5, the specific value of the thermal oxide film thickness of the evaluation substrate, whose thermal oxide film thickness is unknown, can be estimated very easily based on the correlation in S13 from the evaluation oxide film thickness of the silicon substrate (substrate to be evaluated in this test).
A specific example of the correlation is shown in Fig. 7. If the thickness of the evaluation oxide film on a silicon substrate (substrate to be evaluated in this test) whose thermal oxide film thickness is unknown is 1.265 nm, the thermal oxide film thickness can be estimated to be 5.147 nm by substituting the thickness into the correlation formula (correlation) in Fig. 7.
この手法はシリコン基板に施されると想定される熱処理条件が少ない場合には、実際の熱酸化膜厚を推定することができ非常に有用である。例えば、熱酸化条件がドライ方式1水準とウェット方式1水準の計2水準の場合は予め相関関係を取得しておくことで、容易に熱酸化膜厚を推定できる。シリコン基板に施される熱酸化処理が非常に多い場合には、熱酸化条件ごとに相関関係を取得するのが特に好ましい。 This method is extremely useful when there are only a few thermal treatment conditions that are expected to be applied to a silicon substrate, as it allows the actual thermal oxide film thickness to be estimated. For example, when there are two thermal oxidation conditions, one level for the dry method and one level for the wet method, the thermal oxide film thickness can be easily estimated by obtaining a correlation in advance. When there are a large number of thermal oxidation treatments that are applied to a silicon substrate, it is particularly preferable to obtain a correlation for each thermal oxidation condition.
以上のような本発明の評価方法(熱酸化膜厚の評価)は従来の化学酸化膜の構成を分析、解析するよりも簡便かつスループット良く、熱酸化膜を推定でき、極めて有効な評価方法であると言える。 The evaluation method of the present invention (evaluation of thermal oxide film thickness) described above can estimate thermal oxide films more easily and with better throughput than conventional methods of analyzing the composition of chemical oxide films, and can be said to be an extremely effective evaluation method.
[シリコン基板の洗浄履歴の推定評価(SC1洗浄の判定評価)]
ところで、通常の製造工程では、製造されたシリコンウェーハの洗浄履歴はデータとして保存されているが、所定期間経過した場合など、何らかの原因で洗浄履歴が保存されていない場合が想定される。このような場合、評価用酸化膜厚を指標とする別の形態の本発明の評価方法を行うことで、洗浄履歴を推定可能である。この洗浄履歴の内容は特に限定されないが、ここではそのシリコンウェーハにSC1洗浄が施されているか判定する方法について説明する。図9にこのSC1洗浄の判定評価方法のフローを示す。
手順としては、まず図1のS1工程-S4工程と同様の工程を行い、被評価基板の評価用酸化膜厚を測定する。
(S5’:評価工程[SC1判定評価工程])
その後、S5’工程として、準備した被評価基板に熱酸化処理を行うことなく、評価用酸化膜厚に基づいて、準備した被評価基板の洗浄履歴において、SC1洗浄が行われているかを判定評価する。
[Estimation of cleaning history of silicon substrate (judgment of SC1 cleaning)]
In a normal manufacturing process, the cleaning history of a manufactured silicon wafer is stored as data, but it is possible that the cleaning history is not stored for some reason, such as when a certain period of time has passed. In such a case, the cleaning history can be estimated by carrying out another form of the evaluation method of the present invention using the evaluation oxide film thickness as an index. The content of this cleaning history is not particularly limited, but here, a method for determining whether the silicon wafer has been subjected to SC1 cleaning will be described. Figure 9 shows a flow of the method for determining and evaluating SC1 cleaning.
As for the procedure, first, steps similar to steps S1 to S4 in FIG. 1 are carried out, and the thickness of the evaluation oxide film on the evaluation substrate is measured.
(S5': Evaluation step [SC1 judgment evaluation step])
Thereafter, in step S5', without carrying out a thermal oxidation process on the prepared evaluation substrate, it is determined whether or not SC1 cleaning has been performed in the cleaning history of the prepared evaluation substrate based on the evaluation oxide film thickness.
SC1洗浄の有無の判定基準は特に限定されないが、例えば、洗浄処理の条件(SC1洗浄有りの条件と、SC1洗浄無しの条件)と評価用酸化膜厚(さらには、必要に応じて熱酸化膜厚)との相関関係を取得しておき、それに基づいて判断基準を決めておくことができる。例えば先に説明した図7を例に説明すると、図7のサンプルにおいて、前述したようにフッ酸とオゾン水で洗浄した水準が2つ存在し、それぞれ評価用酸化膜の膜厚は1.236nmと1.237nmとこの水準内では非常に薄い。それ以外の水準はSC1洗浄を行った水準であり、その中でSC1のエッチング量が最も少ない水準の評価用酸化膜の膜厚は1.257nmとなり、前出の1.236nmや1.237nmよりも膜厚が厚い。
したがって、洗浄履歴が未知のシリコンウェーハ(被評価基板)の評価用酸化膜の膜厚が少なくとも1.257nm以上であるならば、SC1洗浄が施されていると推定することができる。
The criteria for determining whether or not SC1 cleaning is performed are not particularly limited, but for example, the correlation between the cleaning conditions (with SC1 cleaning and without SC1 cleaning) and the evaluation oxide film thickness (and, if necessary, the thermal oxide film thickness) can be obtained and the criteria for determination can be determined based on the correlation. For example, in the sample shown in FIG. 7, there are two levels of cleaning with hydrofluoric acid and ozone water as described above, and the thicknesses of the evaluation oxide films are 1.236 nm and 1.237 nm, respectively, which are very thin within these levels. The other levels are levels where SC1 cleaning is performed, and the thickness of the evaluation oxide film at the level with the smallest amount of etching by SC1 is 1.257 nm, which is thicker than the above-mentioned 1.236 nm and 1.237 nm.
Therefore, if the thickness of the evaluation oxide film on a silicon wafer (substrate to be evaluated) with an unknown cleaning history is at least 1.257 nm, it can be assumed that the wafer has been subjected to SC1 cleaning.
尚、この洗浄履歴におけるSC1洗浄の有無の判定評価を、予め準備した相関関係から推定された熱酸化膜厚を指標として行っても良い。すなわち、膜厚推定評価工程を行って熱酸化膜厚を推定評価した上で、さらに、その熱酸化膜厚を用いてSC1洗浄の有無を判定評価することもできる。例えば図7では、左から2つ目のサンプル(フッ酸とオゾン水での洗浄)が熱酸化膜厚5.125nmであり、左から3つ目のサンプル(SC1洗浄)が熱酸化膜厚5.127nmであるところ、5.127nm以上をSC1洗浄有りと判定する判定基準とすることができる。なお、このような評価の場合も前述の通り、S3工程からS4工程間の経過時間は揃えることが好ましい。
ところで熱酸化膜厚を推定評価する必要性がない場合は、評価用酸化膜厚に基づく判定評価の方が工程数も少なくて済み、より一層簡便である。ただし、推定評価の熱酸化膜厚を指標とする場合も、被評価基板に実際に熱酸化膜を形成する必要がないため十分に簡便であると言える。
The judgment evaluation of the presence or absence of SC1 cleaning in this cleaning history may be performed using the thermal oxide film thickness estimated from a correlation prepared in advance as an index. That is, after performing a film thickness estimation evaluation process to estimate and evaluate the thermal oxide film thickness, the thermal oxide film thickness can be used to judge the presence or absence of SC1 cleaning. For example, in FIG. 7, the second sample from the left (cleaned with hydrofluoric acid and ozone water) has a thermal oxide film thickness of 5.125 nm, and the third sample from the left (SC1 cleaning) has a thermal oxide film thickness of 5.127 nm, and a judgment criterion for judging that SC1 cleaning has been performed is 5.127 nm or more. In addition, in the case of such an evaluation, it is preferable to align the elapsed time between the S3 process and the S4 process as described above.
By the way, when there is no need to estimate the thermal oxide film thickness, the judgment evaluation based on the evaluation oxide film thickness requires fewer steps and is much simpler. However, even when the thermal oxide film thickness for the estimated evaluation is used as an index, it is still sufficiently simple because there is no need to actually form a thermal oxide film on the evaluation substrate.
以上のような本発明の評価方法(SC1洗浄の判定評価)によって、洗浄履歴が不明なシリコン基板であっても、SC1洗浄が行われたかどうかを判定するのに役立てることができる。 The evaluation method of the present invention (determining and evaluating SC1 cleaning) described above can be useful in determining whether SC1 cleaning has been performed on a silicon substrate, even if the cleaning history of the substrate is unknown.
本発明の評価方法においては、評価工程では、前述した評価用酸化膜厚を利用した膜厚推定評価工程と洗浄履歴推定評価工程のうち少なくとも一方を行えば良く、当然、必要に応じて両方を行っても良い。 In the evaluation method of the present invention, the evaluation step may include at least one of the film thickness estimation evaluation step using the evaluation oxide film thickness described above and the cleaning history estimation evaluation step, and of course, both may be performed as necessary.
<本発明のシリコン基板の製造工程の管理方法>
前述した本発明のシリコン基板の評価方法は、評価用酸化膜厚を指標として利用した手法であるが、これはシリコン基板の製造工程の管理にも用いることができる。
図10にはその代表的なフローチャートを示した。
(S21:基板準備工程)
S21工程として、例えば製造工程中(製造ライン中)のシリコンウェーハを抜き取り、被評価基板として用意する。具体的には、実際にデバイス作製時に用いるシリコンウェーハと同じ製造工程を経たシリコンウェーハが望ましい。一般的にはCMP加工及び洗浄後のシリコンウェーハが挙げられる。この際、洗浄槽では意図しない、予期しない僅かな洗浄条件の変化(薬液濃度変化や温度変化)が生じている可能性が捨てきれない。特にSC1洗浄を用いる場合はこのような変化に依って、エッチング作用も変化し、その結果、熱酸化処理が行われた場合に熱酸化膜厚を変動させる(洗浄条件の変化前の通常時に比べて熱酸化膜厚が変わる)ことに繋がるため特に注意が必要である。したがって、薬液を使用する場合には薬液ライフの初期、中期、末期で抜き取ることで、より高精度に熱酸化膜厚を管理することができる。
<Method of controlling the manufacturing process of silicon substrate according to the present invention>
The above-mentioned silicon substrate evaluation method of the present invention is a technique that utilizes the evaluation oxide film thickness as an index, but this can also be used for managing the manufacturing process of silicon substrates.
A typical flow chart is shown in FIG.
(S21: Substrate preparation step)
In step S21, for example, a silicon wafer during the manufacturing process (in the manufacturing line) is extracted and prepared as a substrate to be evaluated. Specifically, it is desirable to use a silicon wafer that has undergone the same manufacturing process as the silicon wafer actually used in device fabrication. In general, silicon wafers after CMP processing and cleaning can be used. In this case, the possibility cannot be ruled out that there is a slight unintended and unexpected change in the cleaning conditions (change in chemical solution concentration or temperature) in the cleaning tank. In particular, when SC1 cleaning is used, such changes can also change the etching action, which can result in a change in the thermal oxide film thickness when a thermal oxidation process is performed (the thermal oxide film thickness changes compared to normal times before the change in cleaning conditions), so special care is required. Therefore, when using a chemical solution, the thermal oxide film thickness can be managed with higher accuracy by extracting the solution at the beginning, middle, and end of the chemical solution life.
(S22:酸化膜除去工程~膜厚測定工程)
続いてS22工程では図1の本発明のシリコン基板の評価方法におけるS2工程-S4工程(必要に応じてS11工程-S13工程も行う)と同様の工程を行い、評価用酸化膜の膜厚を測定する。
(S22: Oxide film removal process to film thickness measurement process)
Next, in step S22, steps similar to steps S2 to S4 (and steps S11 to S13 as necessary) in the silicon substrate evaluation method of the present invention shown in FIG. 1 are performed, and the thickness of the evaluation oxide film is measured.
(S23~S27:管理工程[膜厚管理工程][洗浄管理工程])
S23工程では、評価用酸化膜の膜厚を予め設定した所定の膜厚管理値(単に、管理値とも言う)と比較する。
ここで、管理値の算出としては、予め、製造のタイミングが異なるシリコンウェーハに対し、S21工程とS22工程を複数回行うことで、評価用酸化膜厚を取得しておいて、これらの評価用酸化膜厚から公知の方法で中心値と上方管理限界値と下方管理限界値を設定することができる。例えば、膜厚の値の平均値を中心値として、中心値の標準偏差σを算出して、中心値に対して+3σを上方管理限界値、-3σを下方管理限界値とすることができる。ただし、この管理値の算出方法は特に制限はない。上記のように評価用酸化膜厚を取得するために抜き出したシリコンウェーハと同じタイミングで製造されたシリコンウェーハが、製造ライン下流のデバイス作製工程等での熱酸化処理により形成された熱酸化膜の膜厚が許容範囲内に収まっているかどうかも考慮しつつ、上記の管理値を決定することができる。
(S23 to S27: Management process [film thickness management process] [cleaning management process])
In step S23, the thickness of the evaluation oxide film is compared with a predetermined film thickness control value (also simply referred to as a control value) that has been set in advance.
Here, the control value can be calculated by performing the steps S21 and S22 multiple times on silicon wafers manufactured at different times to obtain the oxide film thickness for evaluation in advance, and then setting the center value, upper control limit value, and lower control limit value from these oxide film thicknesses for evaluation by a known method. For example, the average value of the film thickness can be set as the center value, and the standard deviation σ of the center value can be calculated, and +3σ from the center value can be set as the upper control limit value, and -3σ can be set as the lower control limit value. However, there is no particular limit to the method of calculating the control value. The above control value can be determined while also taking into consideration whether the thickness of the thermal oxide film formed by the thermal oxidation process in the device manufacturing process downstream of the manufacturing line of a silicon wafer manufactured at the same time as the silicon wafer extracted to obtain the oxide film thickness for evaluation as described above falls within the allowable range.
そして、評価用酸化膜厚がS24工程で管理値内の場合には問題なしとして、S25工程のようにシリコンウェーハが次工程へ送られる。
一方、S24工程で管理値を超えている場合には、S26工程として、下流のデバイス工程などの熱酸化処理において熱酸化膜厚が変動しているとの判断を、シリコン基板の製造工程中にすることができる。また、S27工程として、洗浄履歴調査をして洗浄処理にフィードバックすることで、洗浄処理の処理条件を修正して改善することができる。異常をいち早く検知して、早急な対応が可能になる。
If the evaluation oxide film thickness is within the control value in step S24, it is determined that there is no problem, and the silicon wafer is sent to the next step, such as step S25.
On the other hand, if the control value is exceeded in step S24, it can be determined in step S26 that the thermal oxide film thickness is fluctuating in the thermal oxidation process of the downstream device process or the like during the silicon substrate manufacturing process. Also, in step S27, the cleaning history is investigated and fed back to the cleaning process, so that the process conditions of the cleaning process can be corrected and improved. Abnormalities can be detected early and a prompt response can be made.
例えばSC1洗浄を用いた洗浄ラインにおいて、評価用酸化膜の膜厚が上方管理限界値を超えた場合は、通常時よりもSC1のエッチング作用が強くなっているため、熱酸化膜厚が厚くなることが容易に推定できる。この場合、薬液濃度、薬液温度、洗浄時間の履歴を調査することが有効である。また、例えば薬液ライフ末期に管理値を外れることが多い場合は、薬液濃度の僅かな変動が疑われる。薬液を新液に作り直すことも対策の一つである。
逆に評価用酸化膜の膜厚が下方管理限界値を下回った場合は、熱酸化膜が薄くなっていると判断される。この場合はSC1洗浄のエッチング作用が少ないことが予想され、同様に洗浄履歴調査や対策を講じることで熱酸化膜厚を安定させて、良好なシリコンウェーハの製造が可能となる。
For example, in a cleaning line using SC1 cleaning, if the thickness of the evaluation oxide film exceeds the upper control limit, it can be easily assumed that the etching action of SC1 is stronger than usual, and that the thermal oxide film thickness is thicker. In this case, it is effective to investigate the history of the chemical concentration, chemical temperature, and cleaning time. Also, if the control values are often exceeded at the end of the chemical life, for example, slight fluctuations in the chemical concentration are suspected. One countermeasure is to make a new chemical solution.
Conversely, if the thickness of the evaluation oxide film falls below the lower control limit, it is determined that the thermal oxide film is thin. In this case, the etching effect of the SC1 cleaning is expected to be small, and similarly, by investigating the cleaning history and taking measures, the thermal oxide film thickness can be stabilized, enabling the production of good silicon wafers.
本発明の管理方法においては、前述した評価用酸化膜を利用した膜厚管理工程と洗浄管理工程のうち少なくとも一方を行えば良い。図10ではそれらの両方を行った場合を例に挙げている。 In the control method of the present invention, at least one of the film thickness control process using the evaluation oxide film and the cleaning control process described above may be performed. Figure 10 shows an example in which both processes are performed.
ところで上記製造工程の管理方法は評価用酸化膜厚を指標として利用したものであるが、この他、熱酸化膜厚を指標として製造工程の管理を行うこともできる。すなわち、前述した本発明のシリコン基板の評価方法の膜厚推定評価工程を行って熱酸化膜厚を推定評価した上で、さらに、その推定評価した熱酸化膜厚を評価用酸化膜厚の代わりに用い、別途設定した所定の管理値(熱酸化膜厚の管理値)を基準にして、上記の膜厚管理工程や洗浄管理工程と同様の工程を行うことで、シリコン基板の製造工程の管理をすることもできる。
なお、熱酸化膜厚を推定評価する必要性がない場合は、評価用酸化膜厚に基づく管理方法の方が工程数も少なくて済み、より一層簡便である。ただし、推定評価の熱酸化膜厚を指標とする場合も、被評価基板に実際に熱酸化膜を形成する必要がないため十分に簡便であると言える。
By the way, the above-mentioned manufacturing process control method uses the evaluation oxide film thickness as an index, but the manufacturing process can also be controlled using the thermal oxide film thickness as an index. That is, after estimating and evaluating the thermal oxide film thickness by performing the film thickness estimation evaluation step of the above-mentioned silicon substrate evaluation method of the present invention, the estimated and evaluated thermal oxide film thickness can be used instead of the evaluation oxide film thickness, and the silicon substrate manufacturing process can be controlled by performing steps similar to the above-mentioned film thickness control step and cleaning control step using a separately set predetermined control value (thermal oxide film thickness control value) as a reference.
In addition, when there is no need to estimate the thermal oxide film thickness, the management method based on the evaluation oxide film thickness requires fewer steps and is much simpler. However, even when the estimated thermal oxide film thickness is used as an index, it is still sufficiently simple because there is no need to actually form a thermal oxide film on the evaluation substrate.
以下、本発明を実施例に基づきさらに説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるものではない。
初めに熱酸化膜厚の推定方法を述べる。CMP加工条件や洗浄条件が異なる、熱酸化膜を推定したいシリコンウェーハの7水準(サンプルA~G)を複数枚用意した後、以下の評価を実施した。
各サンプルにおけるCMP加工条件と洗浄条件は具体的には以下の表1のように異ならせた。
The present invention will be further described below with reference to examples. However, these examples are presented for illustrative purposes and should not be construed as limiting.
First, the method for estimating the thermal oxide film thickness will be described. After preparing seven levels of silicon wafers (samples A to G) for which the thermal oxide film thickness was to be estimated, which were different in CMP processing conditions and cleaning conditions, the following evaluation was performed.
Specifically, the CMP processing conditions and cleaning conditions for each sample were varied as shown in Table 1 below.
(実施例1)
各水準1枚のシリコンウェーハに対し、フッ酸洗浄を行って自然酸化膜を完全除去し、オゾン水洗浄を行い、評価用酸化膜を形成した。フッ酸洗浄は濃度0.5wt%、温度25℃、洗浄時間3分、オゾン水洗浄は濃度20ppm、温度25℃、洗浄時間3minとした。次にJ.A.Woollam社製の分光エリプソメーターM-2000Vにて評価用酸化膜の膜厚を評価した。評価用酸化膜厚は表2に示す通りである。
Example 1
One silicon wafer for each level was washed with hydrofluoric acid to completely remove the native oxide film, and then washed with ozone water to form an oxide film for evaluation. The hydrofluoric acid washing was performed with a concentration of 0.5 wt%, at a temperature of 25°C, and for a washing time of 3 minutes, while the ozone water washing was performed with a concentration of 20 ppm, at a temperature of 25°C, and for a washing time of 3 minutes. Next, the thickness of the oxide film for evaluation was evaluated using a spectroscopic ellipsometer M-2000V manufactured by J. A. Woollam Co. The oxide film thickness for evaluation is shown in Table 2.
表2に示すように水準間で膜厚に差が見られた。膜厚は厚い順に、(厚い)G>B>E>F>C>A>D(薄い)となった。この評価用酸化膜の膜厚が厚いほど、熱酸化後の膜厚も厚くなるため、熱酸化後の膜厚は、(厚い)G>B>E>F>C>A>D(薄い)と推定し、熱酸化膜厚を評価することができた。また、サンプルを用意してから、熱酸化膜を推定するまでに要した時間は約1時間であった。 As shown in Table 2, differences in film thickness were observed between the levels. The order of thickness was (thick) G>B>E>F>C>A>D (thin). The thicker the oxide film for evaluation, the thicker the film after thermal oxidation. Therefore, the film thickness after thermal oxidation was estimated to be (thick) G>B>E>F>C>A>D (thin), and the thermal oxide film thickness could be evaluated. It took about one hour from preparing the sample to estimating the thermal oxide film.
ここで、上記の評価が妥当であるか否かの検証を行った。各水準の別の1枚をドライ方式の熱酸化処理(最高到達温度900℃、時間60分)を行い、M-2000Vにて、熱酸化処理で形成された熱酸化膜厚を評価した。サンプル間の熱酸化膜厚は(厚い)G>B>E>F>C>A>D(薄い)となり、上記評価方法の結果と同じ結果であることが確認された。すなわち、上記評価方法が妥当であることを確認できた。 Here, we verified whether the above evaluation was valid. A separate piece from each level was subjected to dry thermal oxidation treatment (maximum temperature reached: 900°C, time: 60 minutes), and the thermal oxide film thickness formed by the thermal oxidation treatment was evaluated at M-2000V. It was confirmed that the thermal oxide film thickness between samples was G>B>E>F>C>A>D (thin), which was the same as the results of the above evaluation method. In other words, it was confirmed that the above evaluation method was valid.
(実施例2)
次いで、実施例1での検証等で測定した評価用酸化膜の膜厚と熱酸化膜厚との相関関係を取得したところ、図11の相関関係となった。相関係数R2値は非常に良好で、評価用酸化膜と熱酸化膜厚には良い相関があることが確認された。
この相関関係の取得を予備試験とし、次に本試験として、熱酸化膜厚を推定したいシリコンウェーハを2枚用意し、実施例1と同じようにして評価用酸化膜の膜厚の測定を行ったところ、その評価用酸化膜の膜厚は、それぞれ1.271nmと1.314nmと求まった。次に、図11の相関関係(相関式)に代入し、熱酸化膜厚を求めたところ、5.153nm、5.223nmと推定できた。
なお、上記の用意した2枚のシリコンウェーハの各々と同様のシリコンウェーハについて熱酸化処理(実施例1の検証時と同様の条件)を行ったところ、上記の推定評価した熱酸化膜厚とほぼ同様の値であり、上記評価方法が適切で優れていることが確認できた。
Example 2
Next, the correlation between the thickness of the evaluation oxide film measured in the verification in Example 1 and the thickness of the thermal oxide film was obtained, which resulted in the correlation shown in Fig. 11. The correlation coefficient R2 value was very good, and it was confirmed that there is a good correlation between the evaluation oxide film and the thermal oxide film.
Obtaining this correlation was a preliminary test, and then as a main test, two silicon wafers for which the thermal oxide film thickness was to be estimated were prepared, and the thicknesses of the evaluation oxide films were measured in the same manner as in Example 1. The thicknesses of the evaluation oxide films were found to be 1.271 nm and 1.314 nm, respectively. Next, by substituting these values into the correlation (correlation formula) in Figure 11 to determine the thermal oxide film thicknesses, the thicknesses were estimated to be 5.153 nm and 5.223 nm.
When a thermal oxidation process (under the same conditions as in the verification of Example 1) was performed on silicon wafers similar to each of the two silicon wafers prepared above, the thicknesses of the thermal oxide films were almost the same as the estimated thermal oxide film thicknesses evaluated above, and it was confirmed that the evaluation method described above is appropriate and excellent.
(比較例)
特許文献3の評価方法に沿って、各水準1枚のシリコンウェーハに対し、ATR-FT-IR測定を行い、化学酸化膜の構成としてOH基量を算出した。結果が表3に示す通りである。
Comparative Example
According to the evaluation method of
表3に示すようにOH基量に違いが見られた。ここでOH基量は(多い)B>G>E>F>D>A>C(少ない)となった。この結果から推定される熱酸化膜厚は(厚い)B>G>E>F>D>A>C(薄い)となった。しかしながら、実施例1で検証した熱酸化処理後の膜厚順とは完全には一致しなかった。したがって、検証結果と一致した実施例1、2の本発明の評価方法の方が、熱酸化膜の推定精度がより高いことが示された。
また、サンプルを用意してから、熱酸化膜厚の順序を推定するまでに要した時間は約6時間であった。
したがって、実施例1の方がスループット良く、熱酸化膜厚をより確実に推定できることも示された。
As shown in Table 3, differences were observed in the amount of OH groups. Here, the amount of OH groups was (large) B>G>E>F>D>A>C (small). The thermal oxide film thickness estimated from this result was (thick) B>G>E>F>D>A>C (thin). However, this did not completely match the order of film thickness after the thermal oxidation process verified in Example 1. Therefore, it was shown that the evaluation method of the present invention in Examples 1 and 2, which matched the verification results, had a higher accuracy in estimating the thermal oxide film.
The time required from preparation of the samples to estimation of the order of thermal oxide film thickness was about 6 hours.
Therefore, it was also shown that Example 1 had a better throughput and was capable of more reliably estimating the thickness of the thermal oxide film.
(実施例3)
シリコンウェーハの製造工程管理方法として、本発明の管理方法を実施した。初めに管理値の範囲を決めるため、洗浄工程後のシリコンウェーハを2枚抜き取り、実施例1と同様にして評価用酸化膜の膜厚を測定した。この測定を製造日を変えて5回実施した(なお、抜き取ったシリコンウェーハと同タイミングで製造したシリコンウェーハにおいては、製造ライン下流のデバイス作製工程で熱酸化処理した際に形成された熱酸化膜厚はいずれも許容範囲であった。)。これらの評価用酸化膜厚値の平均値を算出したところ、1.241nmと求まった。次に標準偏差σは0.005nmとなった。これらの結果から中心値を平均値である1.241nmとした。上方管理限界値は中心線+3σで1.256nm、下方管理限界値は中心線-3σで1.226nmと設定した。
Example 3
The control method of the present invention was carried out as a method for controlling the manufacturing process of silicon wafers. First, in order to determine the range of the control value, two silicon wafers were taken out after the cleaning process, and the thickness of the evaluation oxide film was measured in the same manner as in Example 1. This measurement was carried out five times on different manufacturing dates (note that, in silicon wafers manufactured at the same time as the taken out silicon wafers, the thermal oxide film thickness formed during the thermal oxidation treatment in the device manufacturing process downstream of the manufacturing line was all within the allowable range). The average value of these evaluation oxide film thickness values was calculated to be 1.241 nm. Next, the standard deviation σ was 0.005 nm. From these results, the center value was set to the average value of 1.241 nm. The upper control limit was set to 1.256 nm at the center line +3σ, and the lower control limit was set to 1.226 nm at the center line -3σ.
続いて、製造工程中のシリコンウェーハ(被評価基板)を抜き取り、実施例1と同様に評価用酸化膜の膜厚を測定した。その結果、評価用酸化膜厚は1.238nmとなり、管理値の範囲を満たす膜厚であったため、製造工程に異常はないと判断し、製造を続けた。
なお、実際のところ、抜き取ったシリコンウェーハと同じ製造タイミングのシリコンウェーハに熱酸化処理を施したところ、熱酸化膜厚は許容範囲内であった。
Next, a silicon wafer (substrate to be evaluated) was sampled during the manufacturing process, and the thickness of the oxide film for evaluation was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the oxide film for evaluation was found to have a thickness of 1.238 nm, which was within the range of the control value, so it was determined that there was no abnormality in the manufacturing process, and manufacturing was continued.
In fact, when a thermal oxidation process was performed on a silicon wafer manufactured at the same time as the extracted silicon wafer, the thickness of the thermal oxide film was within the allowable range.
さらに、上述とは異なるタイミングで同様の抜き取り評価を行ったところ、膜厚が1.259nmとなり、上方管理限界値を越える値となった。この結果から、熱酸化処理をする工程(デバイス作製時の熱酸化処理)で熱酸化膜厚の変動があった(通常形成される膜厚値よりも大きな膜厚となった)と判断し、製造履歴調査(洗浄履歴調査)を実施した。その結果、洗浄工程において薬液温度を制御する熱電対に不具合があり、設定温度よりも薬液温度が高くなっていたことが判明した。したがって、薬液温度が高温になりエッチングが進み過ぎたことで、評価用酸化膜の膜厚も厚くなったと推定された。
その後熱電対を交換することで、設定温度と同等の薬液温度を確認した後、シリコンウェーハを洗浄し、実施例1と同様に評価用酸化膜の膜厚を評価したところ、1.244nmとなり、管理値の範囲内であることを確認した。この確認後にシリコンウェーハの製造を再開した。
なお、実際のところ、抜き取ったシリコンウェーハと同じ製造タイミングのシリコンウェーハの熱酸化膜厚を確認したところ、許容範囲から外れていた。
以上のようなシリコンウェーハの製造工程管理方法であれば、僅かな熱酸化膜の変動を検知し、製造工程にフィードバックし、いち早く洗浄処理における条件の改善を行うことができる。
Furthermore, when a similar sampling evaluation was performed at a different timing from the above, the film thickness was 1.259 nm, which was a value exceeding the upper control limit. From this result, it was determined that there was a fluctuation in the thermal oxide film thickness in the thermal oxidation process (thermal oxidation process during device fabrication) (the film thickness was larger than the film thickness value that is usually formed), and a manufacturing history investigation (cleaning history investigation) was performed. As a result, it was found that there was a malfunction in the thermocouple that controls the chemical solution temperature in the cleaning process, and the chemical solution temperature was higher than the set temperature. Therefore, it was estimated that the thickness of the evaluation oxide film became thicker because the chemical solution temperature became too high and etching proceeded too far.
After that, by replacing the thermocouple, it was confirmed that the chemical temperature was equal to the set temperature, and then the silicon wafer was cleaned, and the thickness of the evaluation oxide film was evaluated in the same manner as in Example 1, and it was found to be 1.244 nm, which was within the range of the control value. After this confirmation, the production of silicon wafers was resumed.
In fact, when the thermal oxide film thickness of a silicon wafer manufactured at the same time as the sampled silicon wafer was checked, it was found to be outside the allowable range.
The above-described method for controlling the manufacturing process of silicon wafers makes it possible to detect slight variations in the thermal oxide film and provide feedback to the manufacturing process, thereby enabling the conditions in the cleaning process to be improved as quickly as possible.
本明細書は、以下の態様を包含する。
[1]: シリコン基板の評価方法であって、
前記シリコン基板を被評価基板として準備する基板準備工程と、
前記被評価基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記被評価基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する評価用酸化膜形成工程と、
前記評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
前記準備した被評価基板に熱酸化処理を行うことなく、前記膜厚測定工程で測定した前記評価用酸化膜の膜厚に基づいて、前記被評価基板の評価を行う評価工程を備えており、
該評価工程において、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚を推定評価する膜厚推定評価工程と、
(ii)前記準備した被評価基板の洗浄履歴を推定評価する洗浄履歴推定評価工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えているシリコン基板の評価方法。
[2]: 前記酸化膜除去工程において、フッ酸洗浄により前記自然酸化膜の完全除去を行う上記[1]のシリコン基板の評価方法。
[3]: 前記評価用酸化膜形成工程において、オゾン水または過酸化水素水により、前記評価用酸化膜を形成する上記[1]または上記[2]のシリコン基板の評価方法。
[4]: 前記評価工程において前記膜厚推定評価工程を行うとき、
予め、基準となり、シリコン基板であり、同一の条件で洗浄された複数の予備基板を準備する予備-基板準備工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの一方の予備基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する予備-酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記予備基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する予備-評価用酸化膜形成工程と、
前記予備-評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する予備-膜厚測定工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの他方の予備基板に熱酸化処理を行って熱酸化膜を形成し、該予備基板の熱酸化膜の膜厚を測定する予備-熱酸化膜厚測定工程と、
前記予備基板の評価用酸化膜の膜厚と、前記予備基板の熱酸化膜の膜厚との相関関係を取得する相関関係取得工程と、を行っておき、
前記相関関係に基づいて、前記被評価基板の評価用酸化膜の膜厚から、前記被評価基板の熱酸化膜の膜厚を推定評価する上記[1]から上記[3]のいずれかのシリコン基板の評価方法。
[5]: 前記評価工程の前記膜厚推定評価工程で推定評価した前記熱酸化膜の膜厚に基づいて、
前記準備した被評価基板の洗浄履歴を推定評価する上記[1]から上記[4]のいずれかのシリコン基板の評価方法。
[6]: 前記準備した被評価基板の洗浄履歴を推定評価するとき、SC1洗浄が行われているかを判定評価する上記[1]から上記[5]のいずれかのシリコン基板の評価方法。
[7]: シリコン基板の製造工程の管理方法であって、
上記[1]から上記[6]のいずれかのシリコン基板の評価方法の前記評価工程の前記膜厚推定評価工程で推定評価した前記熱酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記推定評価した熱酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えているシリコン基板の製造工程の管理方法。
[8]: シリコン基板の製造工程の管理方法であって、
前記シリコン基板を被評価基板として準備する基板準備工程と、
前記被評価基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記被評価基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する評価用酸化膜形成工程と、
前記評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
前記準備した被評価基板に熱酸化処理を行うことなく、前記膜厚測定工程で測定した前記評価用酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記評価用酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えているシリコン基板の製造工程の管理方法。
[9]: 前記酸化膜除去工程において、フッ酸洗浄により前記自然酸化膜の完全除去を行う上記[8]のシリコン基板の製造工程の管理方法。
[10]: 前記評価用酸化膜形成工程において、オゾン水または過酸化水素水により、前記評価用酸化膜を形成する上記[8]または上記[9]のシリコン基板の製造工程の管理方法。
The present specification includes the following aspects.
[1]: A method for evaluating a silicon substrate, comprising:
a substrate preparation step of preparing the silicon substrate as a substrate to be evaluated;
an oxide film removing step of completely removing the native oxide film of the evaluation substrate under conditions that do not cause an etching effect;
a step of forming an oxide film for evaluation on the substrate after the native oxide film has been completely removed, under oxidation conditions that have no etching effect;
a thickness measuring step of measuring a thickness of the evaluation oxide film formed in the evaluation oxide film forming step;
an evaluation step of evaluating the evaluation substrate based on the film thickness of the evaluation oxide film measured in the film thickness measurement step, without performing a thermal oxidation treatment on the evaluation substrate;
In the evaluation step,
(i) a film thickness estimation evaluation step of estimating and evaluating a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate;
(ii) a cleaning history estimation and evaluation step of estimating and evaluating the cleaning history of the prepared evaluation target substrate.
[2]: The method for evaluating a silicon substrate according to the above [1], wherein in the oxide film removing step, the native oxide film is completely removed by washing with hydrofluoric acid.
[3]: The method for evaluating a silicon substrate according to the above [1] or [2], wherein in the evaluation oxide film forming step, the evaluation oxide film is formed using ozone water or hydrogen peroxide water.
[4]: when the film thickness estimation evaluation step is performed in the evaluation step,
a spare-substrate preparation process for preparing a plurality of spare silicon substrates that serve as references and that have been cleaned under the same conditions;
a preliminary oxide film removal step of completely removing the native oxide film of one of the prepared preliminary substrates under conditions without etching;
a preliminary-evaluation oxide film forming step of forming an evaluation oxide film on the preliminary substrate after the native oxide film has been completely removed under oxidation conditions that have no etching effect;
a preliminary film thickness measuring step of measuring a film thickness of the evaluation oxide film formed in the preliminary evaluation oxide film forming step;
a preliminary thermal oxide film thickness measurement step of performing a thermal oxidation process on another of the plurality of prepared preliminary substrates to form a thermal oxide film and measuring the thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
a correlation acquisition step of acquiring a correlation between a thickness of the evaluation oxide film on the preliminary substrate and a thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
The method for evaluating a silicon substrate according to any one of the above [1] to [3], further comprising estimating and evaluating a thickness of a thermal oxide film of the evaluation substrate from a thickness of an evaluation oxide film of the evaluation substrate based on the correlation.
[5]: based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step of the evaluation step,
The method for evaluating a silicon substrate according to any one of the above [1] to [4], further comprising estimating and evaluating a cleaning history of the prepared evaluation substrate.
[6]: The method for evaluating a silicon substrate according to any one of [1] to [5] above, which determines whether SC1 cleaning has been performed when estimating the cleaning history of the prepared evaluation substrate.
[7]: A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising:
The method includes a management step of managing the manufacturing process based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step of the evaluation step of the silicon substrate evaluation method according to any one of [1] to [6] above,
In the management step,
When the estimated thickness of the thermal oxide film is out of a predetermined thickness control value,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one of a cleaning history investigation of the substrate to be evaluated, and a cleaning management process for modifying processing conditions for a cleaning treatment in the manufacturing process.
[8]: A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising:
a substrate preparation step of preparing the silicon substrate as a substrate to be evaluated;
an oxide film removing step of completely removing the native oxide film of the evaluation substrate under conditions that do not cause an etching effect;
a step of forming an oxide film for evaluation on the substrate after the native oxide film has been completely removed, under oxidation conditions that have no etching effect;
a thickness measuring step of measuring a thickness of the evaluation oxide film formed in the evaluation oxide film forming step;
a management step of managing the manufacturing process based on the film thickness of the evaluation oxide film measured in the film thickness measurement step without performing a thermal oxidation process on the prepared evaluation substrate,
In the management step,
When the thickness of the evaluation oxide film deviates from a predetermined thickness control value set in advance,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one of a cleaning history investigation of the substrate to be evaluated, and a cleaning management process for modifying processing conditions for a cleaning treatment in the manufacturing process.
[9]: The method for managing a silicon substrate manufacturing process according to the above [8], wherein in the oxide film removing step, the native oxide film is completely removed by washing with hydrofluoric acid.
[10]: The method for managing a silicon substrate manufacturing process according to the above [8] or [9], wherein in the evaluation oxide film forming step, the evaluation oxide film is formed using ozone water or hydrogen peroxide water.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above-described embodiments. The above-described embodiments are merely examples, and anything that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibits similar effects is included within the technical scope of the present invention.
Claims (18)
前記シリコン基板を被評価基板として準備する基板準備工程と、
前記被評価基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記被評価基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する評価用酸化膜形成工程と、
前記評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
前記準備した被評価基板に熱酸化処理を行うことなく、前記膜厚測定工程で測定した前記評価用酸化膜の膜厚に基づいて、前記被評価基板の評価を行う評価工程を備えており、
該評価工程において、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚を推定評価する膜厚推定評価工程と、
(ii)前記準備した被評価基板の洗浄履歴を推定評価する洗浄履歴推定評価工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の評価方法。 A method for evaluating a silicon substrate, comprising the steps of:
a substrate preparation step of preparing the silicon substrate as a substrate to be evaluated;
an oxide film removing step of completely removing the native oxide film of the evaluation substrate under conditions that do not cause an etching effect;
a step of forming an oxide film for evaluation on the substrate after the native oxide film has been completely removed, under oxidation conditions that have no etching effect;
a thickness measuring step of measuring a thickness of the evaluation oxide film formed in the evaluation oxide film forming step;
an evaluation step of evaluating the evaluation substrate based on the thickness of the evaluation oxide film measured in the film thickness measurement step without performing a thermal oxidation treatment on the evaluation substrate,
In the evaluation step,
(i) a film thickness estimation evaluation step of estimating and evaluating a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate;
(ii) a cleaning history estimation and evaluation step of estimating and evaluating the cleaning history of the prepared evaluation substrate.
予め、基準となり、シリコン基板であり、同一の条件で洗浄された複数の予備基板を準備する予備-基板準備工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの一方の予備基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する予備-酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記予備基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する予備-評価用酸化膜形成工程と、
前記予備-評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する予備-膜厚測定工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの他方の予備基板に熱酸化処理を行って熱酸化膜を形成し、該予備基板の熱酸化膜の膜厚を測定する予備-熱酸化膜厚測定工程と、
前記予備基板の評価用酸化膜の膜厚と、前記予備基板の熱酸化膜の膜厚との相関関係を取得する相関関係取得工程と、を行っておき、
前記相関関係に基づいて、前記被評価基板の評価用酸化膜の膜厚から、前記被評価基板の熱酸化膜の膜厚を推定評価することを特徴とする請求項1に記載のシリコン基板の評価方法。 When the film thickness estimation evaluation step is performed in the evaluation step,
a spare-substrate preparation process for preparing a plurality of spare silicon substrates that serve as references and that have been cleaned under the same conditions;
a preliminary oxide film removal step of completely removing the native oxide film of one of the prepared preliminary substrates under conditions without etching;
a preliminary-evaluation oxide film forming step of forming an evaluation oxide film on the preliminary substrate after the native oxide film has been completely removed under oxidation conditions that have no etching effect;
a preliminary film thickness measuring step of measuring a film thickness of the evaluation oxide film formed in the preliminary evaluation oxide film forming step;
a preliminary thermal oxide film thickness measurement step of performing a thermal oxidation process on another of the plurality of prepared preliminary substrates to form a thermal oxide film and measuring the thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
a correlation acquisition step of acquiring a correlation between a thickness of the evaluation oxide film on the preliminary substrate and a thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
2. The method for evaluating a silicon substrate according to claim 1, further comprising estimating and evaluating a thickness of a thermal oxide film of the evaluation substrate from a thickness of an evaluation oxide film of the evaluation substrate based on the correlation.
予め、基準となり、シリコン基板であり、同一の条件で洗浄された複数の予備基板を準備する予備-基板準備工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの一方の予備基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する予備-酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記予備基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する予備-評価用酸化膜形成工程と、
前記予備-評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する予備-膜厚測定工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの他方の予備基板に熱酸化処理を行って熱酸化膜を形成し、該予備基板の熱酸化膜の膜厚を測定する予備-熱酸化膜厚測定工程と、
前記予備基板の評価用酸化膜の膜厚と、前記予備基板の熱酸化膜の膜厚との相関関係を取得する相関関係取得工程と、を行っておき、
前記相関関係に基づいて、前記被評価基板の評価用酸化膜の膜厚から、前記被評価基板の熱酸化膜の膜厚を推定評価することを特徴とする請求項2に記載のシリコン基板の評価方法。 When the film thickness estimation evaluation step is performed in the evaluation step,
a spare-substrate preparation process for preparing a plurality of spare silicon substrates that serve as references and that have been cleaned under the same conditions;
a preliminary oxide film removal step of completely removing the native oxide film of one of the prepared preliminary substrates under conditions without etching;
a preliminary-evaluation oxide film forming step of forming an evaluation oxide film on the preliminary substrate after the native oxide film has been completely removed under oxidation conditions that have no etching effect;
a preliminary film thickness measuring step of measuring a film thickness of the evaluation oxide film formed in the preliminary evaluation oxide film forming step;
a preliminary thermal oxide film thickness measurement step of performing a thermal oxidation process on another of the plurality of prepared preliminary substrates to form a thermal oxide film and measuring the thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
a correlation acquisition step of acquiring a correlation between a thickness of the evaluation oxide film on the preliminary substrate and a thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
3. The method for evaluating a silicon substrate according to claim 2, further comprising estimating and evaluating a thickness of a thermal oxide film of the evaluation substrate from a thickness of an evaluation oxide film of the evaluation substrate based on the correlation.
予め、基準となり、シリコン基板であり、同一の条件で洗浄された複数の予備基板を準備する予備-基板準備工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの一方の予備基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する予備-酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記予備基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する予備-評価用酸化膜形成工程と、
前記予備-評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する予備-膜厚測定工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの他方の予備基板に熱酸化処理を行って熱酸化膜を形成し、該予備基板の熱酸化膜の膜厚を測定する予備-熱酸化膜厚測定工程と、
前記予備基板の評価用酸化膜の膜厚と、前記予備基板の熱酸化膜の膜厚との相関関係を取得する相関関係取得工程と、を行っておき、
前記相関関係に基づいて、前記被評価基板の評価用酸化膜の膜厚から、前記被評価基板の熱酸化膜の膜厚を推定評価することを特徴とする請求項3に記載のシリコン基板の評価方法。 When the film thickness estimation evaluation step is performed in the evaluation step,
a spare-substrate preparation process for preparing a plurality of spare silicon substrates that serve as references and that have been cleaned under the same conditions;
a preliminary oxide film removal step of completely removing the native oxide film of one of the prepared preliminary substrates under conditions without etching;
a preliminary-evaluation oxide film forming step of forming an evaluation oxide film on the preliminary substrate after the native oxide film has been completely removed under oxidation conditions that have no etching effect;
a preliminary film thickness measuring step of measuring a film thickness of the evaluation oxide film formed in the preliminary evaluation oxide film forming step;
a preliminary thermal oxide film thickness measurement step of performing a thermal oxidation process on another of the plurality of prepared preliminary substrates to form a thermal oxide film and measuring the thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
a correlation acquisition step of acquiring a correlation between a thickness of the evaluation oxide film on the preliminary substrate and a thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
4. The method for evaluating a silicon substrate according to claim 3, further comprising estimating and evaluating a thickness of a thermal oxide film of the evaluation substrate from a thickness of an evaluation oxide film of the evaluation substrate based on the correlation.
予め、基準となり、シリコン基板であり、同一の条件で洗浄された複数の予備基板を準備する予備-基板準備工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの一方の予備基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する予備-酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記予備基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する予備-評価用酸化膜形成工程と、
前記予備-評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する予備-膜厚測定工程と、
前記準備した複数の予備基板のうちの他方の予備基板に熱酸化処理を行って熱酸化膜を形成し、該予備基板の熱酸化膜の膜厚を測定する予備-熱酸化膜厚測定工程と、
前記予備基板の評価用酸化膜の膜厚と、前記予備基板の熱酸化膜の膜厚との相関関係を取得する相関関係取得工程と、を行っておき、
前記相関関係に基づいて、前記被評価基板の評価用酸化膜の膜厚から、前記被評価基板の熱酸化膜の膜厚を推定評価することを特徴とする請求項4に記載のシリコン基板の評価方法。 When the film thickness estimation evaluation step is performed in the evaluation step,
a spare-substrate preparation process for preparing a plurality of spare silicon substrates that serve as references and that have been cleaned under the same conditions;
a preliminary oxide film removal step of completely removing the native oxide film of one of the prepared preliminary substrates under conditions without etching;
a preliminary-evaluation oxide film forming step of forming an evaluation oxide film on the preliminary substrate after the native oxide film has been completely removed under oxidation conditions that have no etching effect;
a preliminary film thickness measuring step of measuring a film thickness of the evaluation oxide film formed in the preliminary evaluation oxide film forming step;
a preliminary thermal oxide film thickness measurement step of performing a thermal oxidation process on another of the plurality of prepared preliminary substrates to form a thermal oxide film and measuring the thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
a correlation acquisition step of acquiring a correlation between a thickness of the evaluation oxide film on the preliminary substrate and a thickness of the thermal oxide film on the preliminary substrate;
5. The method for evaluating a silicon substrate according to claim 4, further comprising estimating and evaluating a thickness of a thermal oxide film of the evaluation substrate from a thickness of an evaluation oxide film of the evaluation substrate based on the correlation.
前記準備した被評価基板の洗浄履歴を推定評価することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のシリコン基板の評価方法。 Based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step of the evaluation step,
9. The method for evaluating a silicon substrate according to claim 1, further comprising the step of estimating and evaluating a cleaning history of the prepared evaluation target substrate.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のシリコン基板の評価方法の前記評価工程の前記膜厚推定評価工程で推定評価した前記熱酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記推定評価した熱酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の製造工程の管理方法。 A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising the steps of:
The method for evaluating a silicon substrate according to any one of claims 1 to 8 further comprises a management step of managing the manufacturing process based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step of the evaluation step,
In the management step,
When the estimated thickness of the thermal oxide film is out of a predetermined thickness control value,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one step of investigating a cleaning history of the substrate to be evaluated, and a cleaning management step of modifying processing conditions for a cleaning treatment in the manufacturing process.
請求項9に記載のシリコン基板の評価方法の前記評価工程の前記膜厚推定評価工程で推定評価した前記熱酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記推定評価した熱酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の製造工程の管理方法。 A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising the steps of:
The evaluation method of the silicon substrate according to claim 9 further comprises a management step of managing the manufacturing process based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step of the evaluation step,
In the management step,
When the estimated thickness of the thermal oxide film is out of a predetermined thickness control value,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one step of investigating a cleaning history of the substrate to be evaluated, and a cleaning management step of modifying processing conditions for a cleaning treatment in the manufacturing process.
請求項10に記載のシリコン基板の評価方法の前記評価工程の前記膜厚推定評価工程で推定評価した前記熱酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記推定評価した熱酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の製造工程の管理方法。 A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising the steps of:
The evaluation method of the silicon substrate according to claim 10 further comprises a management step of managing the manufacturing process based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step,
In the management step,
When the estimated thickness of the thermal oxide film is out of a predetermined thickness control value,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one step of investigating a cleaning history of the substrate to be evaluated, and a cleaning management step of modifying processing conditions for a cleaning treatment in the manufacturing process.
請求項11に記載のシリコン基板の評価方法の前記評価工程の前記膜厚推定評価工程で推定評価した前記熱酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記推定評価した熱酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の製造工程の管理方法。 A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising the steps of:
The evaluation method of the silicon substrate according to claim 11 further comprises a management step of managing the manufacturing process based on the thickness of the thermal oxide film estimated and evaluated in the thickness estimation evaluation step of the evaluation step,
In the management step,
When the estimated thickness of the thermal oxide film is out of a predetermined thickness control value,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one step of investigating a cleaning history of the substrate to be evaluated, and a cleaning management step of modifying processing conditions for a cleaning treatment in the manufacturing process.
前記シリコン基板を被評価基板として準備する基板準備工程と、
前記被評価基板の自然酸化膜をエッチング作用のない条件で完全に除去する酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を完全除去した後の前記被評価基板にエッチング作用のない酸化条件で評価用酸化膜を形成する評価用酸化膜形成工程と、
前記評価用酸化膜形成工程で形成した前記評価用酸化膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
前記準備した被評価基板に熱酸化処理を行うことなく、前記膜厚測定工程で測定した前記評価用酸化膜の膜厚に基づいて、前記製造工程の管理を行う管理工程を備えており、
前記管理工程において、
前記評価用酸化膜の膜厚が予め設定した所定の膜厚管理値を外れた場合に、
(i)前記準備した被評価基板に前記熱酸化処理を行った場合に形成される熱酸化膜の膜厚が変動していると評価する膜厚管理工程と、
(ii)前記被評価基板の洗浄履歴調査、及び、前記製造工程における洗浄処理の処理条件の修正を行う洗浄管理工程、のうちのいずれか1つ以上の工程を備えていることを特徴とするシリコン基板の製造工程の管理方法。 A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising the steps of:
a substrate preparation step of preparing the silicon substrate as a substrate to be evaluated;
an oxide film removing step of completely removing the native oxide film of the evaluation substrate under conditions that do not cause an etching effect;
a step of forming an oxide film for evaluation on the substrate after the native oxide film has been completely removed, under oxidation conditions that have no etching effect;
a thickness measuring step of measuring a thickness of the evaluation oxide film formed in the evaluation oxide film forming step;
a management step of managing the manufacturing process based on the film thickness of the evaluation oxide film measured in the film thickness measurement step without performing a thermal oxidation process on the prepared evaluation substrate,
In the management step,
When the thickness of the evaluation oxide film deviates from a predetermined thickness control value set in advance,
(i) a film thickness control step of evaluating whether a film thickness of a thermal oxide film formed when the thermal oxidation treatment is performed on the prepared evaluation substrate varies;
(ii) A method for managing a manufacturing process of a silicon substrate, comprising at least one step of investigating a cleaning history of the substrate to be evaluated, and a cleaning management step of modifying processing conditions for a cleaning treatment in the manufacturing process.
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