JP2002158271A

JP2002158271A - ウェーハの評価方法

Info

Publication number: JP2002158271A
Application number: JP2000355247A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 武史小林; Hiroyuki Takamatsu; 広行高松
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハ欠陥、特に研磨ダメージ（加工誘発
欠陥）をＳＣ１−ＲＴにより安定して、正確に（高感度
に）評価する方法を提供する。【解決手段】アンモニア、過酸化水素及び水よりなる
処理液を用いてシリコン表面に長時間のエッチング処理
を施し、該シリコンウェーハ表面に形成されたＬＰＤの
個数を調べることによりシリコンウェーハの評価を行う
方法において、該処理液中にウェーハ欠陥、特に加工ダ
メージを増感させる物質を添加し評価するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハの評価方
法、特にシリコンウェーハ等の半導体ウェーハ（以下単
にウェーハと称することがある）を加工する際に生じる
加工誘発欠陥の評価方法に関する。

【０００２】

【関連技術】半導体素子の集積度が増加することによ
り、ウェーハの品質が半導体素子の収率と信頼性に大き
な影響を及ぼしている。半導体ウェーハの品質は結晶成
長工程、ウェーハ加工工程及びデバイス製造工程の全工
程を通じて決められるものであるが、ウェーハにおける
欠陥（ウェーハ欠陥）は、主にシリコンのインゴット成
長中に発生する結晶欠陥（ｃｒｙｓｔａｌｄｅｆｅｃ
ｔ）と加工時に形成される（結晶成長工程以外の工程で
生じると考えられる）加工誘発欠陥及び外部汚染源によ
る欠陥とに大きく分けられる。

【０００３】一般に、シリコンウェーハの製造は、チョ
クラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ；ＣＺ）法や
浮遊帯域溶融（ＦｌｏａｔｉｎｇＺｏｎｅ；ＦＺ）法
等を使用して単結晶インゴットを製造する結晶成長工
程、この単結晶インゴットをスライスし、少なくとも一
主面が鏡面状に加工されるウェーハ加工工程を経て行わ
れるものである。

【０００４】更に詳しくその工程を示すと、ウェーハ加
工工程は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状の
ウェーハを得るスライス工程と、該スライス工程によっ
て得られたウェーハの割れ、欠けを防止するためにその
外周部を面取りする面取り工程と、このウェーハを平坦
化するラッピング工程と、面取り及びラッピングされた
ウェーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程
と、そのウェーハ表面を鏡面化する研磨（ポリッシン
グ）工程と、研磨されたウェーハを洗浄して、これに付
着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程を有している。
上記ウェーハ加工工程は、主な工程を示したもので、他
に熱処理や平面研削工程等の工程が加わったり、工程順
が入れ換えられたり、同じ工程を複数段実施したりす
る。

【０００５】これらの工程の中で各工程で加工誘発欠陥
が生じる事があるが、特に研磨工程などの加工時に形成
される研磨ダメージは、たいへん微弱であり検出しづら
い。例えば、鏡面研磨されたウェーハのダメージとして
は、例えば、スクラッチや潜傷が知られている。スクラ
ッチは目視で判断できる欠陥であるが、潜傷は目視では
判断不能であり評価も難しい。また、この他にも研磨起
因のダメージがあると考えられるが明確には検出できな
かった。このような研磨ダメージ（加工誘発欠陥の中で
研磨工程によって生じる欠陥）が存在すると、その後の
デバイス製造工程で歩留まりの低下を引き起こすことが
ある。従って、加工工程、特に最終的な機械加工である
研磨工程での加工誘発欠陥（加工ダメージともいう）を
評価、管理することは重要である。

【０００６】このような欠陥を評価する方法として、ア
ンモニア、過酸化水素及び水から成る薬液を用いウェー
ハを処理し欠陥を観察する方法が開発されている（以下
この方法をＳＣ１−ＲＴと称す）。

【０００７】この方法により評価された欠陥は、ウェー
ハにおける欠陥、主にシリコンのインゴット成長中に発
生する結晶欠陥であるＣＯＰ（ＣｒｙｓｔａｌＯｒｉ
ｇｉｎａｔｅｄＰａｒｔｉｃｌｅｓ）や加工時に形成
される加工ダメージ及び金属などの外部汚染源による欠
陥が検出されていると考えられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】先にも示した通り、Ｓ
Ｃ１−ＲＴでは、結晶欠陥であるＣＯＰ、加工時に形成
される加工ダメージ及びＣｕなどの外部汚染源による欠
陥が検出されていると考えられている。

【０００９】加工誘発欠陥の中で研磨ダメージのみを評
価する場合、例えば、微小なスクラッチであれば、ＣＯ
Ｐのないウェーハ（例えば、エピタキシャルウェーハや
ＦＺウェーハ）を用い、評価したい工程で研磨後、研磨
したウェーハをＨＦで洗浄し、ＳＣ１洗浄液で洗浄し、
その後ＬＰＤ数を検出し、加工工程の評価を行う方法が
ある。これによりスクラッチ状に形成された欠陥は評価
可能である。

【００１０】しかし、このような方法により研磨ダメー
ジを評価しても、あるはずの研磨ダメージが全く検出さ
れないなどの問題があった。例えば、研磨工程は通常複
数段で研磨されることが多いが、その最終段である仕上
げ研磨工程は、加工ダメージを減らす研磨であり、加工
ダメージは殆ど存在しないと考えられる。しかし、仕上
げ研磨の加工時間を増やすと発生する欠陥があることが
示唆された。このような加工誘発欠陥（加工ダメージ）
を管理し、製造工程を見直すことは重要であるが、この
ようなレベルの加工ダメージはたいへん微弱であり、単
なるフッ酸処理＋ＳＣ１洗浄では、ほとんど検出できな
い。従って、このような仕上げ研磨で発生するような加
工ダメージも評価できる方法が必要とされていた。

【００１１】本発明では、ウェーハ欠陥、特に研磨ダメ
ージ（加工誘発欠陥）をＳＣ１−ＲＴにより安定して、
正確に（高感度に）評価する方法を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のウェーハの評価
方法、特に加工誘発欠陥の評価方法は、アンモニア、過
酸化水素及び水よりなる処理液を用いてシリコン表面に
長時間のエッチング処理を施し、該シリコンウェーハ表
面に形成されたＬＰＤ（ＬｉｇｈｔＰｏｉｎｔＤｅ
ｆｅｃｔ）の個数を調べることによりシリコンウェーハ
の評価を行う方法において、該処理液中にウェーハ欠
陥、特に加工ダメージを増感させる物質を添加し評価す
ることを特徴とする。

【００１３】加工ダメージ、特に仕上げ研磨工程で生じ
る研磨ダメージはたいへん検出しづらい欠陥である。汚
染の全くないアンモニア、過酸化水素水及び水系（ＳＣ
１液）を用いて、ＳＣ１−ＲＴ評価を行うとこの研磨ダ
メージが検出されず、適度に汚染（例えばＣｕによる汚
染）させたＳＣ１液を用いて評価することによって研磨
ダメージが高感度で検出可能になることが判明した。従
って、本発明では予めＳＣ１液に加工ダメージを増感さ
せる物質（増感剤）を添加し評価するようにした。

【００１４】特に加工ダメージを増感させる物質とし
て、Ｃｕ化合物単体又はＣｕ化合物とＣａ化合物、Ｃｒ
化合物及びＺｎ化合物からなる群から選択された少なく
とも一つの化合物とを組み合せてなる物質を用いるのが
好適である。これらの化合物はアンモニア系の水溶液に
溶解可能なものであれば良く、例えばＣｕ化合物であれ
ば硝酸銅、硫酸銅、塩化銅等、また同じくＣａやＣｒ、
Ｚｎ等も硝酸塩等の化合物を用いれば良い。アンモニア
系の水溶液中で各金属がイオン化するものであれば、本
発明における加工ダメージを増感させる物質として用い
ることができる。

【００１５】上記加工ダメージを増感させる物質として
Ｃｕ以外の金属としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等のＳｉに
比べイオン化傾向が小さい金属の化合物でアンモニア系
の水溶液に溶解するものが使用可能である。またＣｕと
その他金属の組み合せで更に感度に影響する事がわかっ
た。例えば、Ｃｕを添加させたＳＣ１溶液に更にＮｉ、
Ｆｅなどの汚染があった場合は加工ダメージの検出を阻
害し、逆にＣｕと更にＣａ、Ｃｒ、Ｚｎが添加された場
合、わずかなＣｕの添加でも、Ｃａ等の相乗作用により
感度が向上することがわかった。従って、Ｃｕ化合物以
外にもＣａ化合物、Ｃｒ化合物、Ｚｎ化合物等を添加す
ることによっても加工ダメージを高感度で検出すること
ができる。

【００１６】また、このような金属化合物を添加しすぎ
ると、例えば、Ｃｕ等が数百ｐｐｂ以上含まれた薬液中
でウェーハを処理するとウェーハ表面にピット（金属起
因の欠陥）が発生するので、上限としては３００ｐｐｂ
程度が好ましい。またＣｕ単独では０．５ｐｐｂ以下で
は効果が弱いことから、安定に評価するにはこれ以上の
濃度が必要と考えられる。更に好ましい添加量は、３〜
１０ｐｐｂである。３ｐｐｂ以上だと検出感度が向上
し、１０ｐｐｂ以下であれば、金属汚染起因の欠陥の発
生が完全に抑えられ好ましい。

【００１７】また、この好ましい添加量の範囲内でＣｕ
等の添加量を増やせば増やすほど感度は向上し、弱い加
工ダメージのものまで評価できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
するが、本発明の技術思考から逸脱しない限り、種々の
変形が可能であることはいうまでもない。

【００１９】パーティクルカウンターで検出するＬＰＤ
のサイズは０．１２μｍ以上のものをカウントする。こ
れは、パーティクルカウンターの能力にもよるが、現行
の装置では通常０．１０μｍ程度のＬＰＤをカウントす
るとウェーハのヘイズを検出してしまい。加工誘発欠陥
と、ヘイズとの区別ができなくなるためである。装置で
ヘイズを分離可能であれば更に小さいＬＰＤをカウント
しても良いが、現状０．１２μｍ以上のＬＰＤを検出す
る事が好ましい。

【００２０】従って、本発明の評価方法において、アン
モニア、過酸化水素及び水よりなる処理液を用いてシリ
コン表面に長時間のエッチング処理を施す時間もヘイズ
の発生を防止し、加工誘発欠陥のサイズが十分に大きく
なるように設定する事が好ましい。特に２０分から６０
分程度の処理時間が好ましい。

【００２１】なお、洗浄に用いられているＳＣ１液は、
通常２８％アンモニア水、３０％過酸化水素水、水を
１：１：５程度で調合した液である。このような洗浄に
用いる組成では、加工誘発欠陥のエッチング効果が小さ
く感度は良くない。そこでＳＣ１液の中でも更に高感度
に検出するには、アンモニア、過酸化水素、水系の処理
液は、アンモニア濃度が０．３〜３．０重量％、過酸化
水素濃度が０．１５〜０．８重量％であり、アンモニア
濃度を過酸化水素濃度より高濃度とする事が好ましい。

【００２２】更に、処理液によるエッチング速度が１．
０〜４．０ｎｍ／ｍｉｎとなるような処理液を用いると
高感度で欠陥を検出することができる。例えば、２８重
量％アンモニア水と３０重量％の過酸化水素水と純水を
容量比で１０：２：１００で調合し、薬液温度８０℃で
４０分程度処理すれば好ましい条件となる。

【００２３】また、本発明の評価方法は、加工工程のど
の工程で生じても、また研磨工程後に発生する大きな欠
陥から小さな欠陥まで評価可能であるが、特に仕上げ研
磨工程のような研磨ダメージの非常に小さい工程の評価
に特に好適である。仕上げ研磨工程では通常加工ダメー
ジは存在しないものと考えられるが、本発明の評価方法
により、大変微弱な研磨ダメージも検出することができ
る。従って、この評価結果をもとに研磨条件等を検討す
ることにより、操業条件を最適なものへ改善することが
できる。

【００２４】具体的には、ＣＯＰのない鏡面研磨された
ウェーハを準備し、該ウェーハを被研磨工程（評価した
い研磨工程）で加工し、前記Ｃｕ等を添加したＳＣ１液
を用いた評価方法で加工誘発欠陥を評価し、検出された
ＬＰＤ数に基づいて、被研磨工程の調整をするように研
磨工程を管理すればよい。

【００２５】ＣＯＰのない鏡面研磨ウェーハは、例えば
エピタキシャル層を形成したウェーハやＦＺウェーハ等
が使用できる。研磨工程の調整とは、例えば、装置の立
ち上げ時には加工圧力等の加工条件や研磨剤などの使用
する備品の評価、また操業中は研磨布などの劣化しやす
い部材などの見直し（交換）等を本発明の評価結果を基
に調整（改善）すれば良い。

【００２６】また、本発明の評価方法は、日常の工程管
理にも使用できる。つまり本発明は安定した評価方法で
あるため、増感剤の量を固定し、同じ処理条件で管理
し、通常のウェーハのＬＰＤレベルを把握しておき、そ
れより極端に多いＬＰＤが検出された場合異常と判断し
工程の見直し等を行う。

【００２７】

【実施例】以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的
に説明する。

【００２８】（実施例１）原料ウェーハはＣＯＰの存在
しないウェーハ、例えば、Ｐ型基板に３μｍのエピタキ
シャル層を積んだ８インチエピタキシャルウェーハ（以
下エピウェーハともいう）を用いた。このエピウェーハ
は、パーティクルカウンターＬＳ−６５００（日立電子
エンジニアリング社製）を用い、結晶起因のＣＯＰが存
在していないことを確認してある。

【００２９】このエピウェーハを評価したい工程、例え
ば、スエードタイプの研磨布及びコロイダルシリカを含
有した研磨剤を用い０．１μｍ程度の研磨を行なう仕上
げ研磨工程に導入し、ウェーハ表面を研磨した。なお、
本実施例では、研磨ダメージのあるウェーハを評価する
ため、研磨剤中に極微量の異物（酸化亜鉛）を添加し、
故意に研磨ダメージを生じさせている。

【００３０】その後、本発明のＳＣ１液を用い評価し
た。つまり、安定した研磨ダメージを評価するために、
まず、ＳＣ１−ＲＴに用いる処理容器を塩酸等の酸溶液
により洗浄し、次に、アンモニア濃度２．２７重量％、
過酸化水素濃度０．５９重量％、残水の処理液（ＳＣ１
液）３０リットルを用意し、処理容器内に入れた。更
に、Ｃｕイオン濃度が５ｐｐｂとなるように、硝酸銅を
添加した。

【００３１】このようなＳＣ１液を用い、先に研磨した
エピウェーハを薬液中に浸漬し、エッチング時間、約４
０分で行った。

【００３２】その後、純水でリンスし、ＩＰＡ（イソプ
ロピルアルコール）により乾燥後、パーティクルカウン
ターＬＳ−６５００（日立電子エンジニアリング社製）
で、ウェーハ上の０．１２μｍ以上のＬＰＤ数をカウン
トした。その結果、ＬＰＤ数は２００００個以上と非常
に多くの欠陥が観察された。

【００３３】（実施例２）実施例１と同様の原料ウェー
ハを用い、研磨剤中に異物を混入しないで、研磨ダメー
ジを極力小さくして研磨したウェーハを実施例１と同様
な処理液を用い同様に評価した場合、ＬＰＤ数は５００
０〜８０００個程度であった。

【００３４】実施例１と実施例２から明らかなように、
Ｃｕを添加した処理液を用いた場合、研磨ダメージによ
る差（研磨剤中に異物が入った状態で研磨した時の差）
がはっきりと観察された。銅の添加量や、処理条件によ
って異なるが、上記実施例２でＬＰＤは５０００個程度
検出されている。このように多くのＬＰＤが検出されて
いるが、これは大変微弱で現状のレベルでは品質に影響
のない程度の加工誘発欠陥が検出されているものであ
る。

【００３５】（比較例１）実施例１と同様に研磨したエ
ピウェーハを、通常の洗浄等で用いられる純度の高い薬
液（Ｃｕを添加していない薬液）を用い、実施例１と同
様な組成、つまりアンモニア濃度２．２７重量％、過酸
化水素濃度０．５９重量％、残水の処理液（ＳＣ１液）
を用意し、同条件で処理し評価を行った。その結果、Ｌ
ＰＤ数は５０〜１００個とそれほど多くなかった。

【００３６】比較例１の評価結果では、加工誘発欠陥が
検出されているのかどうか明確には判断できない。

【００３７】（比較例２）研磨剤中に異物を混入しない
で、研磨ダメージを極力小さくして研磨したエピウェー
ハを比較例１と同じ処理液で同様に評価した場合、ＬＰ
Ｄ数は５０〜１００個程度であった。

【００３８】比較例１と比較例２から明らかなように、
研磨ダメージによる差（研磨剤中に異物が入った状態で
研磨した時の差）ははっきりと見られなかった。つま
り、銅を添加していない場合、研磨ダメージの有無が評
価できていないことがあることがわかる。

【００３９】以上の結果よりＣｕ等を添加したＳＣ１液
を用いた場合、検出感度が向上することがわかった。

【００４０】〔実験例１：加工ダメージを増感させる物
質（増感剤）の効果を確認した。〕実施例１で用いたウ
ェーハと同様のエピウェーハを用い、増感剤以外は同じ
処理条件で、処理液中に添加する物質を下記（ａ）〜
（ｇ）のように変えて評価した。

【００４１】（ａ）増感剤なし（ｂ）Ｃｕ（硝酸銅）０．５ｐｐｂ添加（増感剤１）（ｃ）Ｃｕ５ｐｐｂ添加（増感剤２）（ｄ）Ｃｕ０．５ｐｐｂ＋Ｃａ（硝酸カルシウム）１ｐ
ｐｂ添加（増感剤３）（ｅ）Ｃｕ０．５ｐｐｂ＋Ｃｒ（硝酸クロム）１ｐｐｂ
添加（増感剤４）（ｆ）Ｃｕ５ｐｐｂ＋Ｎｉ（硝酸ニッケル）１ｐｐｂ添
加（増感剤５）（ｇ）Ｃｕ５ｐｐｂ＋Ｆｅ（硝酸鉄）１ｐｐｂ添加（増
感剤６）

【００４２】評価した結果を図１に示す。図１から明ら
かなように、増感剤がない場合及び、Ｃｕが０．５ｐｐ
ｍ以下ではＬＰＤは殆ど検出されない。Ｃｕを５ｐｐｍ
添加した場合、またＣｕが０．５ｐｐｂと少なくともＣ
ｕの他にＣａやＣｒを一緒に添加すると感度が向上して
いる。逆にＣｕを多く添加してもＮｉやＦｅが処理液中
に混在すると感度を下げてしまう事がわかる。

【００４３】（実施例３）実施例１と同様のエピウェー
ハ及び処理条件で、日時や測定場所等の環境を変え、図
２に示した環境条件１〜７において研磨ダメージについ
て評価した。その結果、図２に示すように安定した評価
が可能である事がわかった。

【００４４】なお、本発明の実施例は上記例に限定され
るものではない。実施例２でウェーハ自体良品であるに
も関わらず、ＬＰＤが５０００個と多く検出されてい
る。これは増感剤の添加量を調整する事により小さくす
ることも大きくする事も可能であり、実施例２より増感
剤の量を少なくする事で（例えば、Ｃｕを１ｐｐｂ程度
にすることで）良品のＬＰＤ数を小さくし、加工誘発欠
陥がある時のみ大きな数値で現われるように調整する事
も可能である。この添加量は適宜調整すれば良い。

【００４５】通常、増感剤の添加量は固定しておき、良
品のレベルを把握しておき、そのレベルより極端に大き
い数値が出た場合に異常と判断するように管理すれば良
い。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の評価方法に
よれば、従来のウェーハ評価では十分に評価できなかっ
た研磨ダメージを高感度に評価することができる。本発
明の評価方法を用いれば、安定した加工誘発欠陥（加工
ダメージ）、特に仕上げ研磨などの研磨ダメージ評価が
可能になった。これにより研磨ダメージ低減のため、研
磨工程の改善に役に立つ評価を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験例１における増感剤の種類と検出された
ＬＰＤ数との関係を示すグラフである。

【図２】実施例３における環境条件１〜７と検出され
たＬＰＤ数との関係を示すグラフである。

フロントページの続きＦターム(参考） 4M106 AA01 BA05 CB19 CB20 DH12 DH32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンモニア、過酸化水素及び水よりなる
処理液を用いてシリコン表面に長時間のエッチング処理
を施し、該シリコンウェーハ表面に形成されたＬＰＤの
個数を調べることによりシリコンウェーハの評価を行う
方法において、該処理液中にウェーハ欠陥を増感させる
物質を添加し評価することを特徴とするウェーハの評価
方法。
【請求項２】前記ウェーハ欠陥が加工ダメージである
ことを特徴とする請求項１記載のウェーハの評価方法。
【請求項３】前記加工ダメージを増感させる物質とし
て、Ｃｕ化合物単体又はＣｕ化合物とＣａ化合物、Ｃｒ
化合物及びＺｎ化合物からなる群から選択された少なく
とも一つの化合物とを組み合せてなる物質を用いること
を特徴とする請求項２記載のウェーハの評価方法。
【請求項４】前記加工ダメージを増感させる物質を処
理液中にＣｕイオンとして３ｐｐｂ〜１０ｐｐｂ添加す
ることを特徴とする請求項２又は３記載のウェーハの評
価方法。
【請求項５】前記アンモニア、過酸化水素及び水より
なる処理液として、アンモニア濃度が０．３〜３．０重
量％、過酸化水素濃度が０．１５〜０．８重量％であ
り、アンモニア濃度が過酸化水素濃度より高濃度の組成
である処理液を用いることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１項に記載のウェーハの評価方法。