半導体ウェーハの評価装置及び評価方法
【課題】 従来特許の方法ではシリコンウェーハの破壊強度の評価が極めて困難になり、評価法の改善が求められてきた。
【解決手段】 半導体ウェーハの衝撃強度を評価するための装置であって、少なくとも、打撃物質と、該打撃物質を任意の所望の高さから落下させるための落下手段と、半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持する押さえ手段とを具備し、前記押さえ手段により前記試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持した状態で、前記落下手段により前記打撃物質を前記所望の高さから前記試料のエッジ部に向けて落下させることができるものであることを特徴とする半導体ウェーハ評価装置。
【解決手段】 半導体ウェーハの衝撃強度を評価するための装置であって、少なくとも、打撃物質と、該打撃物質を任意の所望の高さから落下させるための落下手段と、半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持する押さえ手段とを具備し、前記押さえ手段により前記試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持した状態で、前記落下手段により前記打撃物質を前記所望の高さから前記試料のエッジ部に向けて落下させることができるものであることを特徴とする半導体ウェーハ評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造プロセス等で使用するウェーハ、たとえばシリコンウェーハの衝撃耐性を評価するための半導体ウェーハの評価装置と評価方法に関し、より具体的には、安定した衝撃耐性を示すウェーハを供給するための半導体ウェーハの評価装置と評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハは静的な応力に比べてウェーハに打撃を与えたときの衝撃強度は桁違いに小さい傾向が見られる。主にウェーハエッジ部に打撃が加わるケースが多く、このエッジ部の衝撃強度の評価が重要である。
【０００３】
半導体デバイス製造プロセスにおいて、材料のシリコンウェーハに割れが発生すると、大きな損失が発生する。
このためデバイス製造時には、割れにくい半導体ウェーハが強く要望されている。
【０００４】
半導体や液晶の製造プロセス、特にドライエッチング、イオン注入、蒸着等の工程においては、高温化／急加熱／急冷が進んでおり、さらに、真空下やドライ環境下で行われる製造工程も増加している。
また、基板としてのシリコンウェーハやガラス基板等はその大口径化が進み、衝撃の耐性が益々重視されるようなっている。
【０００５】
ここで、板ガラスの場合は、衝撃破壊強度を測定し、統計的な処理をする様々な方法がある。
例えば「建築で使用する板ガラスの強度は、１／１０００枚の破壊強度に耐えられる厚さを使用」などが目安として活用されている。
しかし、シリコンウェーハではこのような目安が存在せず、解析手法の開発が望まれている。
【０００６】
ここで、シリコンウェーハはその結晶性から脆性材料といえるため、一般的な材料の評価技術では測定値のバラツキが大きい。
そのため、シリコンウェーハの割れ易さを評価して検査するための標準的な機器は市販されておらず、そのため例えば特許文献１〜４のような評価方法・評価装置が考案されてきた。
【０００７】
ここで、特許文献１の測定装置及び測定方法について簡単に説明する。図５に、特許文献１の機械的強度評価装置の一例である概略図を示す。（ａ）は側面概略図、（ｂ）はその一部の平面概略図である。
この機械的強度測定装置１１０は、半導体ウェーハ１０１を載置する載置台１０２と、載置台１０２に備えられ、半導体ウェーハ１０１をウェーハ外周の少なくとも２点Ａ、Ｂで支持する支持手段１０３と、荷重シャフト１０４を平行移動させて先端部をウェーハ外周に押し当てて荷重する荷重手段１０５とを具備するものである。そして、半導体ウェーハ１０１を載置台１０２に載置した後、支持手段１０３により半導体ウェーハ１０１をウェーハ外周の少なくとも２点Ａ、Ｂで支持しながら、荷重手段１０５により荷重シャフト１０４の先端部をウェーハ外周の１点Ｃに押し当て、半導体ウェーハ１０１の中心Ｏに向かって静圧荷重を加えるものである。
また、荷重手段１０５はエアシリンダ１０５ａと圧力制御バルブ１０５ｂとを具備し、エアシリンダ１０５ａにより荷重シャフト１０４を移動させ、圧力制御バルブ１０５ｂにより静圧荷重を制御する。圧力制御バルブ１０５ｂは、例えばＡｒガスのボンベ１０６に接続されている。
【０００８】
上記測定装置１１０を用いて、まず半導体ウェーハ１０１を載置台１０２に載置する。そして、載置台１０２に備えられた支持手段１０３により半導体ウェーハ１０１をウェーハ外周の少なくとも２点Ａ、Ｂで支持しながら、荷重手段１０５の荷重シャフト１０４を平行移動させて、荷重シャフト１０４の先端部を半導体ウェーハ１０１のウェーハ外周の１点Ｃに押し当て、半導体ウェーハ１０１の中心に向かって静圧荷重を加え、該静圧荷重を増加して半導体ウェーハ１０１が破壊されたときの静圧荷重を測定する。
【０００９】
しかし、上記特許文献１の測定装置及び測定方法でのシリコンウェーハ破壊強度は非常に高くてバラツキが大きく、本発明の目的とする半導体ウェーハの耐衝撃性のわずかの差異を評価するには、感度・精度の能力が不足していると懸念される。
また、特許文献２−４の方式では、強度＝繰り返し打撃回数とする評価方法であり、シリコンウェーハは脆性材料であることを考慮すると、繰り返し打撃回数の影響を過大評価していると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２８７１３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１２５８号公報
【特許文献３】特開平５−２８８６６３号公報
【特許文献４】特開平６−２０１５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
シリコンウェーハは結晶性の脆性材料のために、一般的な材料の評価技術では測定値のバラツキが大きい。また特に問題となるエッジ部の評価については、ＪＩＳ規格は存在していない。
数世代前のシリコンウェーハでは、最外周部に析出や歪などが残っているケースもあって、１ロットにおける破壊強度の「最大値÷最小値＝１０倍」を超えるケースもあった。
このようなケースでは前出の従来技術の方法による強度の評価方法「破壊強度＝繰り返し打撃回数」による選択も可能であった。
【００１２】
しかし、最近のシリコンウェーハは、結晶の製造法やウェーハ加工方法が大幅に改善されている。このため、１ロットにおける破壊強度の「最大値÷最小値」の差はごく僅かであり、破壊強度と繰り返し打撃回数の相関関係が低くなってきた。
このため、従来技術の方法ではシリコンウェーハの破壊強度の評価が極めて困難になり、評価法の改善が求められてきた。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、半導体ウェーハのエッジ部における衝撃強度を安定かつ正確に評価することができる評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明では、半導体ウェーハの衝撃強度を評価するための装置であって、
少なくとも、打撃物質（以下、落鐘ともいう）と、該打撃物質を任意の所望の高さから落下させるための落下手段と、半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持する押さえ手段とを具備し、
前記押さえ手段により前記試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持した状態で、前記落下手段により前記打撃物質を前記所望の高さから前記試料のエッジ部に向けて落下させることができるものであることを特徴とする半導体ウェーハ評価装置を提供する。
【００１５】
このような評価装置であれば、半導体ウェーハからなる試料のエッジ部に与える打撃強度を可変することができ、所謂ステアケース法による半導体ウェーハの衝撃強度の評価を行うことができるため、従来に比べてバラツキ幅の小さな半導体ウェーハの衝撃強度評価を行うことができる。すなわち、半導体デバイス製造プロセスでのウェーハの割れ易さの指標となりうる高い信頼性を有する衝撃強度値を評価することができる評価装置とできる。
【００１６】
また、本発明は、半導体ウェーハのエッジ部の衝撃強度を評価する方法であって、少なくとも下記（１）−（６）の工程を行うことができる。
（１） 半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が打撃物質の落下方向と等しくなるように支持するための押さえ手段によって支持し、前記打撃物質を、所定の重量及び高さから前記試料のエッジ部に落下させる。
（２） ２回目の実験として、（１）工程の試料とは別の試料を前記押さえ手段によって支持し、（１）工程で前記試料が破壊されなかった場合は、（１）工程よりも位置を高くするか、または高重量のものとしてから前記打撃物質を落下させ、（１）工程で前記試料が破壊された場合は、（１）工程よりも位置を低くするか、または低重量のものとしてから前記打撃物質を落下させる。
（３） ３回目の実験として、（１）工程及び（２）工程の試料とは別の試料を前記押さえ手段によって支持し、（２）工程で前記試料が破壊されなかった場合は（２）工程よりも位置を高くするか、または高重量のものとしてから前記打撃物質を落下させ、（２）工程で前記試料が破壊された場合は、（２）工程よりも位置を低くするか、または低重量のものとしてから前記打撃物質を落下させる。
（４） 所定の回数ｎとなるまで、上記工程を繰り返す。
（５） 前記破壊された試料の数とそのときの前記打撃物質の高さもしくは重量、前記破壊されなかった試料の数とそのときの前記打撃物質の高さもしくは重量の関係から、５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）、５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）を算出する。
（６） 前記Ｈ５０、前記ＳＨから５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）、５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ）を計算する。
【００１７】
このように、本発明は打撃物質を所定の高さから落下させることによって、半導体ウェーハのエッジ部における動的応力に対する衝撃耐性を評価することができる。本発明は、曲げ破壊試験などの静的応力の評価を行う一般的な材料試験に比べて、より実際の半導体デバイス工程に近い環境での試験とすることができる。また、所定の回数落下試験を行うため、単発の試験に比べて偶発的なトラブルの入り込む余地を小さくすることができ、精度の高い評価とすることができる。更に直前の試験結果に応じて衝撃強度を変えるため、ウェーハ自体の不良による測定誤差が入り込む余地を減ずることができ、高精度化に寄与することになる。
これら以上の結果から、半導体ウェーハの衝撃強度を安定かつ正確に評価することができる評価方法となる。
【００１８】
またこのとき、各工程における試料を、１枚の半導体ウェーハを分割して作製することが好ましい。
【００１９】
このように、１枚の半導体ウェーハを分割して試料を作製することによって、１枚の半導体ウェーハから複数の衝撃強度を評価できるため、ウェーハを無駄にせずに済み、評価コストが高くなることを防ぐことができる。また、異なる半導体ウェーハでは衝撃強度が微妙に異なる事があるがこのような問題を軽減することができ、より精度の高い半導体ウェーハの衝撃強度の評価方法とすることができる。
【００２０】
またこのとき、（１）−（６）の工程を、前記各工程における試料とは別の種類の半導体ウェーハに対しても行い、それらの結果から半導体ウェーハの衝撃強度の比較を行うことが好ましい。
【００２１】
このように、上述のような本発明の工程（１）−（６）では、半導体ウェーハの衝撃強度を精度良く定量的に評価できるため、半導体ウェーハ同士の衝撃強度を比較するのに非常に好適であり、まず１つの半導体ウェーハに対して上記評価工程を行い、その後別の半導体ウェーハに対しても上記評価工程を行うことによって、半導体ウェーハ同士の衝撃強度を定量的に比較することができるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明のように半導体ウェーハからなる試料のエッジ部に与える打撃強度を可変することで、半導体ウェーハの衝撃強度を統計的に評価することが可能となり、従来の評価方法・評価装置に比べて、評価能力・精度の向上を図ることができ、半導体デバイス製造プロセスでの半導体ウェーハのエッジ部の割れ易さを定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の半導体ウェーハ評価装置の概略の一例を示した図である。
【図２】本発明の半導体ウェーハ評価装置の押さえ手段及び用いる試料の一例を示した図である。
【図３】本発明の半導体ウェーハ評価装置の打撃物質及びその落下手段の他の一例の一部を拡大した図である。
【図４】本発明の半導体ウェーハ評価装置における押さえ手段の他の一例を示した図である。
【図５】特許文献１の機械的強度評価装置の一例の側面概略図及びその一部の平面概略図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来技術の方法ではシリコンウェーハの破壊強度の評価が極めて困難であり、評価法の改善が求められてきた。
【００２５】
そこで、本発明者は、半導体ウェーハでは、静的な応力に比べてウェーハに打撃を与えたときの衝撃強度は桁違いに小さい傾向が見られることに着目し、統計的な手法によって半導体ウェーハの衝撃強度を評価することができる評価方法や装置について鋭意検討を重ねた。
【００２６】
その結果、本発明者は、定落下重量でのステアケース法の原理を利用した衝撃耐性試験の方法やそれを行うことができる評価装置を用いること、そして測定結果をステアケース法によって解析することによって、特に半導体ウェーハのエッジ部の衝撃強度を統計的に評価できることを発想した。
【００２７】
ステアケース法とは、ストレスの水準を上下させて各水準に区分したときの試料の破壊の有無のサンプル数とそのときのストレス水準値から衝撃破壊強度を統計解析する手法である（例えばＤｉｘｏｎ， Ｗ．Ｊ． ａｎｄ Ｍｏｏｄ，Ａ．Ｍ．， Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｓｔａｔ．Ａｓｓｎ．， Ｖｏｌ．４３， ｐｐ．１０９−１２６， １９４８等参照）。このステアケース法は、品質検査でよく用いられており、恒常刺激法よりも試行回数を低減できることが利点としてあげられ、またその精度も高いことが知られている。
【００２８】
そしてこのような方法やこれを行うことができる装置であれば、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの衝撃破壊強度を統計的に評価することが可能となることを発見し、本発明を完成させた。
【００２９】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明の半導体ウェーハ評価装置の概略の一例を示した図である。
【００３０】
図１に示すように、本発明の半導体ウェーハ評価装置１は、少なくとも、打撃物質５と、例えば高さ調整レール２とスライダー３と電磁磁石４からなり、打撃物質５を任意の所望の高さから落下させるための落下手段１５と、評価装置１のベースとなる装置ベース８と、半導体ウェーハである試料Ｗの径方向と打撃物質５の落下方向とが等しくなるように一定の力で支持するための押さえ手段７ａとを具備するものである。
そして、試料Ｗを押さえ手段７ａにより試料Ｗの径方向と打撃物質５の落下方向とが等しくなるように支持した状態で、落下手段１５により打撃物質５を所望の高さから試料Ｗのエッジ部に向けて垂直に落下させることができるものである。
【００３１】
また、押さえ手段７ａの上には、試料Ｗが割れた際の破片や試料Ｗに衝突した後の打撃物質５等の飛散防止対策のためのポリカーボネートカバー６を設置することが望ましい。
打撃物質５は、電磁磁石４から落下し始め、ポリカーボネートカバー６を通過して試料Ｗのエッジ部に衝突する。その後、打撃物質５は、ポリカーボネートカバー６によって回収される。
【００３２】
図２は、本発明の半導体ウェーハ評価装置の押さえ手段及び用いる試料の一例を示した図である。
シリコンウェーハＷ０は面方位で表すと（１００）ウェーハであり、ノッチ９が（０１１）に刻まれている。このウェーハを（１１０）のヘキ開面に沿って４分割して、扇状のシリコン片である試料Ｗを作成する。
試料Ｗを切り欠き１０ａから露出するように置いて、２つの押さえ手段７ａでしっかりと挟みこみ、一定の力で保持されている。
そして、装置ベース８に試料Ｗの径方向が打撃物質５の落下方向と等しくなるように、押さえ手段７ａを設置する。
【００３３】
図２の切り欠き１０ａは小さな半円状である。これにより試料Ｗの保持領域を広くして、変形領域を狭くしている。このような押さえ手段は、シリコン片の変形量が少ない「微小部の破壊開始の強度」を評価する時に利用される。
試料Ｗのエッジ部は図２に示すように扇形の弧の形状をしているので、打撃物質５の底部との打撃領域は、必ず鉛直方向の点当りの衝撃力が加わる。この点で、打撃物質５は球状よりも円柱状が望ましい。
【００３４】
このような評価装置１では、破壊エネルギーの強さを、打撃物質５の重量（サイズ）の増減と落下の高さを変更してコントロールすることが可能となっている。
具体的には、半導体ウェーハの衝撃強度を評価する際には、高さ調整レール２によってスライダー３を上下させ、任意の高さ（０〜２０００ｍｍ）から打撃物質５を落下させ、試料Ｗのエッジ部が破損するか否かを評価し、試料が破損した場合は落下基準位置を下げ、破損しなかった場合は落下基準位置を上げることを繰り返すことができるようになっているものである。なお、打撃物質の高さではなく、打撃物質の重量を増減することもできるが、高さを調整する方が容易である。
なお、一連の衝撃強度の評価中は、打撃物質の落下高さまたは打撃物質の重量の一方を固定し、もう一方のみを変更することが望ましい。
【００３５】
このような評価装置であれば、半導体ウェーハからなる試料のエッジ部に、強度の異なる打撃を簡単に加えることができるため、実際の半導体プロセスにおいて加わる衝撃を模擬することができる。また、加える衝撃は打撃物質を落下させる高さを変えることによって容易に変更して繰り返すことができ、ステアケース法のような統計的な手法を採用することができる。よってバラツキの小さい半導体ウェーハの衝撃強度評価を行うことができ、高い信頼性を有する衝撃強度値を得ることができる。
【００３６】
ここで、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを評価する際には、シリコンの硬度（モース硬度７）が高いため、打撃物質や押さえ手段等は割れたシリコン片で傷つくことが予想される。また、打撃物質を任意の所望の高さから落下させるための落下手段としては、電磁磁石による保持が機構的に容易である。これらの打撃物質の保持と、劣化時の交換の事情から、打撃物質の材質はクロム鋼等が好適である。
【００３７】
なお本発明では、上記の装置構造・材料のみに限定はされず、各種の特殊条件の測定が可能な装置構造にすることができる。
例えば、本発明の半導体ウェーハ評価装置の打撃物質及びその落下手段の他の一例の一部を拡大した図である図３のように、落下手段１５´はストッパー１２及び落鐘保持パイプ１３をからなり、高さ調整レールに相当する落錘保持パイプ１３はポリカーボネートからなり、落下高さ調整穴１４が数多く開いている。そして、弾丸状の落錘５´をストッパー１２によって所定の高さで保持することができるものである。
この落錘保持パイプ１３はポリカーボネート製ならば、単軸スライダー方式のように高さの制限が無く、落錘５´の高さを１０ｍ以上と高くすることが出来る。そして、斜めや先端を曲げて保持することにより、シリコン片Ｗと落錘５´を特定の角度で激突させることも可能である。
そして、弾丸状の落錘５´は、ファインセラミックなどシリコンより硬度は高いが電磁磁石で保持が出来ない材質でも落錘を作製することが可能であり、落錘に歪ゲージを取り付けて評価することで、より子細な破壊挙動の特性を評価することが可能である。
【００３８】
次に、上記のような本発明の半導体ウェーハ評価装置を用いた、本発明の半導体ウェーハの評価方法（半導体ウェーハのエッジ部の衝撃強度を評価する方法）の一例を以下に示すが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
以下、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを用いて、打撃物質の高さを変更して測定を行う場合を例にして説明するが、もちろん半導体ウェーハはこれに限定されず、貼り合わせ半導体ウェーハや半導体装置を搭載した石英基板、ガラス基板、あるいは化合物半導体基板等の各種半導体ウェーハの衝撃強度を評価できることや、打撃物質の高さのみならず、打撃物質の重量等を変更することによっても測定を行うことができることは言うまでもない。
【００３９】
まず、試料の基となるシリコンウェーハや落下させる打撃物質、打撃物質を任意の所定の高さから落下させるための落下手段を準備する。
ここで、１枚の半導体ウェーハを分割することによって試料を作製することができる。例えば、直径３００ｍｍ、導電型はＰ−型、抵抗率１０Ω・ｃｍ、酸素濃度１２ｐｐｍａ、０．７８ｍｍ厚の（１００）ウェーハを５枚用意し、それらを４分割することによって２０枚の試料を用意することができる。
【００４０】
１枚の半導体ウェーハを分割して試料を作製することによって、１枚の半導体ウェーハから試料を多く作製することができるため、ウェーハの無駄が発生しにくく、評価を安く行うことができる。そして、異なる半導体ウェーハを用いる場合に発生する各半導体ウェーハ間の微妙な衝撃強度の違いの影響を軽減することができるため、より高精度な衝撃強度の評価とすることができる。
この分割方法としては、ウェーハ４分割・ウェーハ１２分割・ウェーハ２４分割等いずれの形態やサイズでもかまわず、特に限定されない。
【００４１】
そして、先に準備した試料のうち１枚を選択し、試料を押さえ手段によって支持する。
また、試料の材質・厚み等から基本条件を決定する。例えば、打撃物質（落鐘）の形状を円柱、直径８ｍｍ、長さ２０ｍｍ、重さ８．６ｇ、打撃物質（落鐘）のスタート時の高さを１００ｃｍ、高さの変化水準を１０ｃｍとすることができる。
【００４２】
ここで、（１）工程として、押さえ手段によって支持された試料を装置ベースの上にセットし、電磁磁石によって保持されていた打撃物質を落下させ、試料のエッジ部に衝撃力を与える。
そして、試料の割れ欠けの有無を確認する。試料は割れ欠けの有無に関らず、打撃物質を落下させる操作を一回のみとして、新しい試料と交換する。これは、２つ目以降の試料についても同様である。
【００４３】
次に（２）工程として、２回目の実験として、（１）工程とは別の試料を押さえ手段によって支持し、（１）工程で試料のエッジ部が破壊されなかった場合は（１）工程よりも高くした位置（例えば一水準高くした位置）から打撃物質を落下させ、（１）工程で試料のエッジ部が破壊された場合は（１）工程よりも低くした位置（例えば一水準低くした位置）から打撃物質を落下させる。
【００４４】
そして、（３）工程として、３回目の実験として、（１）工程及び（２）工程とは別の試料を押さえ手段によって支持し、（２）工程で試料のエッジ部が破壊されなかった場合は（２）工程よりも高くした位置（例えば一水準高くした位置）から打撃物質を落下させ、（２）工程で試料のエッジ部が破壊された場合は（２）工程よりも低くした位置（例えば一水準低くした位置）から打撃物質を落下させる。
なお、試料の破壊の有無の判断は、試料の衝撃部位表面の亀裂・破断・破砕の有無を肉眼によって観察することによって行うことができるが、もちろんこれに限定されない。
【００４５】
そして、（４）工程として、上記工程を、所定の回数ｎとなるまで繰り返す。試料１品種の評価について、ｎ≧２０すなわち上記工程を２０回以上繰り返すことが望ましい。
また、このときの実験結果を下記表１に示す。表中の○は試料のエッジ部が破壊されなかった場合、×はエッジ部が破壊された場合を示している。
【００４６】
【表１】
【００４７】
更に、（５）工程として、エッジ部が破壊された試料の数とそのときの打撃物質の落下高さ、エッジ部が破壊されなかった試料の数とそのときの打撃物質の落下高さの関係から、５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）、５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）を算出する。この５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）は試験数の５０％が破壊を起こす高さと推定されるものであり、また５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）はその標準偏差である。
この５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）、５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）の算出には、ステアケース法の計算を用いるのが好ましい。
【００４８】
例えば、エッジ部が破壊された試料の数とそのときの打撃物質の高さ、エッジ部が破壊されなかった試料の数とそのときの打撃物質の高さを整理して、エッジ部の破壊の有無において、測定された数の少なかった方を選び、その各落下高さに対する測定された数をｆｎとする。
そして、５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）および５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）は
（ａ） Ｈ５０＝Ｈ０＋（高さの変位量）×（Ａ／Ｃ±１／２）
（ｂ） ＳＨ＝１．６２×（高さの変位量）×（（ＣＢ−Ａ２）／Ｃ２＋０．０２９）
上記の計算式によって求めることができる。
但しＨ０はｎ＝０に対する打撃物質の高さの値、また（ａ）式の±の符号については、エッジ部が破壊された試料の数をｆｎとした場合は−、エッジ部が破壊されなかった試料の数をｆｎとした場合は＋、Ａ＝Σｎｆｎ、Ｂ＝Σｎ２ｆｎ、Ｃ＝Σｆｎとする。
【００４９】
このときにＨ５０とＳＨが以下の条件１及び２を満足できない場合は、上記（１）から（５）の工程を再度行うことが望ましい。
条件１：Ｈ５０−ＳＨ＜スタート時の基準高さ＜Ｈ５０＋ＳＨ
条件２：０．５×ＳＨ＜高さの変化水準＜２×ＳＨ
【００５０】
そして、（６）工程として、先に算出したＨ５０、ＳＨから、５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）、５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ）を計算する。
５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）は、例えば
Ｅ５０＝打撃物質の質量×重力加速度×５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）
から算出することができる。
また５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ）は、例えば各打撃物質の高さに打撃物質の質量と重力加速度を乗算したものの標準偏差から算出することができる。
【００５１】
上述のように、（１）工程のように打撃物質を所定の高さから落下させることによって、半導体ウェーハの動的応力に対する衝撃耐性を評価することができる。本発明は、曲げ破壊試験などの一般的な材料試験に比べて、より実際の半導体デバイス工程に近い環境での試験とすることができる。
また、（４）工程に示すように、（２）−（３）工程を所定の回数ｎになるまで繰り返すことによって、単発の試験に比べて偶発的なトラブルの入り込む余地を小さくすることができ、精度の高い評価とすることができる。更に直前の試験結果に応じて衝撃強度を変えるため、ウェーハ自体の不良による測定誤差が入り込む余地を減ずることができ、高精度化に寄与することになる。
そして（５）−（６）工程のようにＨ５０、ＳＨを算出、Ｅ５０、ＳＥを計算することによって、半導体ウェーハの衝撃強度を他の半導体ウェーハと評価可能な程度に定量的に評価することができる。
これら以上のことによって、半導体ウェーハの衝撃強度を安定かつ正確に評価することができるようになる。
【００５２】
また試料を準備する段階において、ウェーハを分割せずに丸ごと用いてももちろん良い。その一例を図４に示す。
【００５３】
図４の押さえ手段７ｂは、各種の特殊条件の測定が可能な保持治具の構造である。
シリコンはダイヤモンド構造の立方晶系であり、ヤング率などの物性には異方性が存在している。図４の押さえ手段７ｂでは丸ごとのウェーハを使って、特定の結晶面での衝撃強度を評価する事が可能である。
また、図４の切り欠き１０ｂは、大きな半楕円状になっている。これによりシリコンウェーハＷ０の保持領域を小さくして、変形領域を広くしている。
【００５４】
またこのとき、シリコンウェーハＷ０のノッチ９に打撃物質５が衝突しないように、図中のθ分だけ打撃物質５の落下位置とノッチ９をずらす必要がある。このときのθの値は、ノッチ９の位置から反時計回りに０〜３６０°の範囲で任意に選択することができる。
例えば、結晶方位（１００）ウェーハでノッチが（０１１）に刻まれている場合は、θの値を標準的な方向とされている４５°とすることが好ましい。しかしシリコン等の異方性の結晶は、同じウェーハでもθの値によって衝撃破壊強度の測定値が異なってしまうため、測定を行う上で最適な角度θを任意に選択することが必要である。
【００５５】
直径３００ｍｍのシリコンウェーハは、面積に比較して厚さは０．７８ｍｍと薄い。自重によっておおきく撓む場合もある。図４の押さえ手段７ｂと切り欠き１０ｂはこのような弾性変形や座屈などの現象が見られる場合の、シリコンウェーハのマクロの破壊強度を評価する時に利用される。
このように、本発明は試料の保持方法における切り欠きや打撃物質の形状を変更することで、各種の子細な破壊挙動や特性を評価することが可能である。
【００５６】
また、上記（１）−（６）の工程を、別の種類の半導体ウェーハに対しても行い、半導体ウェーハの衝撃強度の比較を行うことができる。
上述の衝撃強度の評価方法であれば、統計的な手法によって衝撃強度を評価しているため、精度良く定量的に衝撃強度を評価できる。
そのため、半導体ウェーハ同士の衝撃強度を比較するのに非常に適しており、各種シリコンウェーハの衝撃破壊強度の比較をするのに好適である。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すような半導体ウェーハ評価装置を用いて実験を行った。対象ウェーハとして、直径３００ｍｍ、導電型はＰ−型、抵抗率１０Ω・ｃｍ、酸素濃度１２ｐｐｍａ、０．７８ｍｍ厚、結晶方位（１００）のシリコンウェーハ１０枚を準備し、このウェーハを各々４分割し、それぞれ２枚はそのまま、２枚は熱処理をした。すなわち、「熱処理をしていないシリコン片２０枚と熱処理をしたシリコン片２０枚」の比較評価を行った。
このとき、上記熱処理を（８００℃、２ｈｒ）に続けて（１０００℃、１６ｈｒ）の条件で行った。
また、このときの打撃物質は材質をクロム鋼、熱処理品、形状を円柱、直径を８ｍｍ、長さを２０ｍｍ、重さを８．６ｇとし、打撃物質のスタート時の高さを１００ｃｍ、高さの変化水準を１０ｃｍとした。
【００５８】
このとき、熱処理をしなかったシリコン片２０枚については、９０度散乱ＬＳＴ（ＭＯ４４１）ＢＭＤ欠陥測定機では、ＢＭＤ欠陥を検出することが出来なかった。
尚、５０％衝撃破壊エネルギー及びその標準偏差は以下のようになった。
５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０） ＝ ０．０８２Ｊ
５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ） ＝ ０．０１４Ｊ
【００５９】
また、熱処理を行ったシリコン片２０枚については、９０度散乱ＬＳＴ（ＭＯ４４１）測定では、ＢＭＤ欠陥が１．０×１０９／ｃｍ３検出された。
またこのとき、５０％衝撃破壊エネルギー及びその標準偏差は以下のようになった。
５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０） ＝ ０．１０１Ｊ
５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ） ＝ ０．００９Ｊ
【００６０】
熱処理をしなかったシリコン片と熱処理を行ったシリコン片の破壊された破壊強度の分布から、母平均の検定（有意水準０．０５）を行うと、母平均に有意差が見られた。
また、実施例において用いたシリコンウェーハは、熱処理によりＢＭＤ欠陥が多数発生し、５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）が約２３％程度高くなることがわかった。
このように本発明の評価装置により、半導体ウェーハのエッジ部の衝撃強度を統計的に評価することが可能になった。これにより従来の検査機に比べて評価能力の向上の効果が得られた。
【００６１】
（比較例１）
図５に示すような特許文献１に記載の機械的強度測定装置を用いて、実施例１と同じ条件のシリコンウェーハの衝撃強度の評価を行った。尚、試料として熱処理をしないシリコンウェーハを２０枚、熱処理を行うシリコンウェーハを２０枚用意した。
【００６２】
このとき、熱処理をしなかったシリコンウェーハ２０枚については、９０度散乱ＬＳＴ（ＭＯ４４１）ＢＭＤ欠陥測定機では、ＢＭＤ欠陥を検出することが出来なかった。
尚、シリコンウェーハのエッジ部の機械的強度、その平均値及びその標準偏差は以下のようになった。
機械的強度： ４５Ｋｇ〜８５Ｋｇ
機械的強度の平均値 ＝ ５５．１Ｋｇ
機械的強度の標準偏差 ＝ ９．１Ｋｇ
【００６３】
また、熱処理を行ったシリコンウェーハ２０枚については、９０度散乱ＬＳＴ（ＭＯ４４１）測定で、ＢＭＤ欠陥が１．０×１０９／ｃｍ３検出された。
またこのとき、シリコンウェーハエッジ部の機械的強度、その平均値及びその標準偏差は以下のようになった。
機械的強度： ４６Ｋｇ〜８３Ｋｇ
機械的強度の平均値 ＝ ５４．８ Ｋｇ
機械的強度の標準偏差 ＝ １０．１ Ｋｇ
【００６４】
比較例１の測定結果では熱処理の有無による破壊強度の差異は確認できなかった。この装置でのシリコンウェーハ破壊強度は非常に高く、半導体デバイス製造プロセスではこのような高荷重が加わると考える事は難しい。また、破壊されたウェーハは非常に細かく粉砕された形状であり、デバイス製造時の割れとは異なる形態が見られた。
これらの原因はウェーハに静的荷重が加わるときには、座屈などのウェーハ変形により大きな内部応力が溜まって、破壊の発生の瞬間にウェーハを粉々にするからだと予想される。
【００６５】
比較例１の測定結果と本発明の実施例１の結果は単位が異なるために単純には比較することは出来ない。しかし、本発明の実施例１では熱処理の有無による破壊強度の差を評価できる点で、比較例１の測定装置よりも検出精度が高いと考えられる。
【００６６】
（比較例２）
特許文献２−４に記載されている評価装置は、ウェーハの保持方法やそれぞれ評価手段が異なっているために、本発明の結果と単純には比較することは出来ない。
しかし、上記の評価装置はいずれも１回にウェーハに与える衝撃強度を可変にすることが難しい。このために、破壊強度＝繰り返し打撃回数が評価の基準である。
そこで本発明の半導体ウェーハ評価装置を使用して、「打撃強度を可変した破壊強度を評価（実施例１）」と「繰り返し打撃回数による破壊強度を評価（比較例２）」のどちらが破壊強度の解析手法として優れているかを比較した。
【００６７】
具体的には、まず実施例１と同じ手法でウェーハ片である試料を作製し、装置ベースの上で保持する。尚、対象ウェーハとウェーハ片に対する熱処理は実施例１と同一の条件である。
その後、実施例１と同じ条件で落鐘を用意し、試料のエッジ部に向かって落下させる。尚、試料が破壊されたかどうかの判断は、試料の衝撃部位表面の亀裂・破断・破砕の有無を肉眼によって判断する。
【００６８】
このとき、試料のエッジ部が破壊されなかった場合は、再び落鐘を繰り返し先程と同じ高さ（１００ｃｍ）から落下させる。そして、試料の破壊が発生するまで何回も繰り返し打撃を与え続ける。
そして、試料のエッジ部が破壊されるまでの繰り返し打撃回数を記録して、熱処理をしなかった試料及び熱処理を行った試料各２０枚ずつ全てに繰り返し衝撃試験を行う。
上記の実験結果によって得られた繰り返し打撃回数から、Σ打撃数（打撃回数×枚数 ２０枚分の総和）と、割れるまでの平均打撃数を計算する。このときの結果を、下記表２に示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
このとき、熱処理をしなかったシリコン片２０枚については、打撃１回目で１１枚が破壊、繰り返し打撃２回目で３枚が破壊され、繰り返し打撃１０回目で最後の１枚が破壊された。
結果は、Σ打撃数５４回、割れるまでの平均打撃数２．７回／枚であった。
【００７１】
また、熱処理を行ったシリコン片２０枚については、打撃１回目で８枚が破壊され、繰り返し打撃７回目で最後の１枚が破壊された。
結果は、Σ打撃数５２回・割れるまでの平均打撃数２．６回／枚であった。
以上の結果から「繰り返し打撃回数による破壊強度を評価（比較例２）」の解析手法では、熱処理の有無による品種間の破壊強度の差異を見出す事ができなかった。
【００７２】
比較例２のケースでは、なかなか割れなかった１枚のサンプル試料が測定結果に大きく影響している。なかなか割れなかったサンプル試料を子細に観察すると、打撃により肉眼では確認できないサイズのミクロの打痕が発生しており、打痕が拡大することによって破壊に至っている。
この手法では破壊に繋がるちょうど良い強さの打撃強度で、同じ地点を何回も繰り返し打撃することが必要である。ちょうど良い強さの打撃強度は品種により異なるので、調整は難しい。
また、なかなか破壊されないサンプル試料の有無の影響を小さくするには評価枚数を多くする必要がある。評価時間が非常にかかる問題点もある。しかも、ミクロの打痕の発生などは状況がバラツキ易いので、再現性のある測定をすることは難しい。
従って、比較例２の評価方法は、シリコンウェーハは脆性材料であることを考慮すると、繰り返し打撃回数の影響を過大に評価する危険性があると考えられる。
【００７３】
一方、本発明の「打撃強度を可変する破壊強度の評価法（実施例１）」は、１回の打撃で試料の破壊の有無によらずに、新しい試料と交換している。これによりミクロの打痕が破壊強度に与える影響を排除している。
本発明の実施例１では熱処理の有無による耐衝撃性のわずかの差異を、統計的に評価できるため、従来の強度測定装置よりも検出感度・精度が高いと予想される。
【００７４】
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。
【符号の説明】
【００７５】
１…半導体ウェーハ評価装置、 ２…高さ調整レール、 ３…スライダー、
４…電磁磁石、 ５、５´…打撃物質（落鐘）、 ６…ポリカーボネートカバー、
７ａ、７ｂ…押さえ手段、 ８…装置ベース、 ９…ノッチ、
１０ａ、１０ｂ…切り欠き、 １２…ストッパー、
１３…落錘保持パイプ、 １４…落下高さ調整穴、 １５、１５´…落下手段、
１０１…半導体ウェーハ、 １０２…載置台、 １０３…支持手段、
１０４…荷重シャフト、 １０５ａ…エアシリンダ、 １０５ｂ…圧力制御バルブ、
１０６…ボンベ、 Ａ、Ｂ…ウェーハが支持される点、
Ｃ…荷重シャフトの先端部を押し当てる点、 Ｏ…ウェーハ中心、
Ｗ…試料、 Ｗ０…シリコンウェーハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造プロセス等で使用するウェーハ、たとえばシリコンウェーハの衝撃耐性を評価するための半導体ウェーハの評価装置と評価方法に関し、より具体的には、安定した衝撃耐性を示すウェーハを供給するための半導体ウェーハの評価装置と評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハは静的な応力に比べてウェーハに打撃を与えたときの衝撃強度は桁違いに小さい傾向が見られる。主にウェーハエッジ部に打撃が加わるケースが多く、このエッジ部の衝撃強度の評価が重要である。
【０００３】
半導体デバイス製造プロセスにおいて、材料のシリコンウェーハに割れが発生すると、大きな損失が発生する。
このためデバイス製造時には、割れにくい半導体ウェーハが強く要望されている。
【０００４】
半導体や液晶の製造プロセス、特にドライエッチング、イオン注入、蒸着等の工程においては、高温化／急加熱／急冷が進んでおり、さらに、真空下やドライ環境下で行われる製造工程も増加している。
また、基板としてのシリコンウェーハやガラス基板等はその大口径化が進み、衝撃の耐性が益々重視されるようなっている。
【０００５】
ここで、板ガラスの場合は、衝撃破壊強度を測定し、統計的な処理をする様々な方法がある。
例えば「建築で使用する板ガラスの強度は、１／１０００枚の破壊強度に耐えられる厚さを使用」などが目安として活用されている。
しかし、シリコンウェーハではこのような目安が存在せず、解析手法の開発が望まれている。
【０００６】
ここで、シリコンウェーハはその結晶性から脆性材料といえるため、一般的な材料の評価技術では測定値のバラツキが大きい。
そのため、シリコンウェーハの割れ易さを評価して検査するための標準的な機器は市販されておらず、そのため例えば特許文献１〜４のような評価方法・評価装置が考案されてきた。
【０００７】
ここで、特許文献１の測定装置及び測定方法について簡単に説明する。図５に、特許文献１の機械的強度評価装置の一例である概略図を示す。（ａ）は側面概略図、（ｂ）はその一部の平面概略図である。
この機械的強度測定装置１１０は、半導体ウェーハ１０１を載置する載置台１０２と、載置台１０２に備えられ、半導体ウェーハ１０１をウェーハ外周の少なくとも２点Ａ、Ｂで支持する支持手段１０３と、荷重シャフト１０４を平行移動させて先端部をウェーハ外周に押し当てて荷重する荷重手段１０５とを具備するものである。そして、半導体ウェーハ１０１を載置台１０２に載置した後、支持手段１０３により半導体ウェーハ１０１をウェーハ外周の少なくとも２点Ａ、Ｂで支持しながら、荷重手段１０５により荷重シャフト１０４の先端部をウェーハ外周の１点Ｃに押し当て、半導体ウェーハ１０１の中心Ｏに向かって静圧荷重を加えるものである。
また、荷重手段１０５はエアシリンダ１０５ａと圧力制御バルブ１０５ｂとを具備し、エアシリンダ１０５ａにより荷重シャフト１０４を移動させ、圧力制御バルブ１０５ｂにより静圧荷重を制御する。圧力制御バルブ１０５ｂは、例えばＡｒガスのボンベ１０６に接続されている。
【０００８】
上記測定装置１１０を用いて、まず半導体ウェーハ１０１を載置台１０２に載置する。そして、載置台１０２に備えられた支持手段１０３により半導体ウェーハ１０１をウェーハ外周の少なくとも２点Ａ、Ｂで支持しながら、荷重手段１０５の荷重シャフト１０４を平行移動させて、荷重シャフト１０４の先端部を半導体ウェーハ１０１のウェーハ外周の１点Ｃに押し当て、半導体ウェーハ１０１の中心に向かって静圧荷重を加え、該静圧荷重を増加して半導体ウェーハ１０１が破壊されたときの静圧荷重を測定する。
【０００９】
しかし、上記特許文献１の測定装置及び測定方法でのシリコンウェーハ破壊強度は非常に高くてバラツキが大きく、本発明の目的とする半導体ウェーハの耐衝撃性のわずかの差異を評価するには、感度・精度の能力が不足していると懸念される。
また、特許文献２−４の方式では、強度＝繰り返し打撃回数とする評価方法であり、シリコンウェーハは脆性材料であることを考慮すると、繰り返し打撃回数の影響を過大評価していると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２８７１３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１２５８号公報
【特許文献３】特開平５−２８８６６３号公報
【特許文献４】特開平６−２０１５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
シリコンウェーハは結晶性の脆性材料のために、一般的な材料の評価技術では測定値のバラツキが大きい。また特に問題となるエッジ部の評価については、ＪＩＳ規格は存在していない。
数世代前のシリコンウェーハでは、最外周部に析出や歪などが残っているケースもあって、１ロットにおける破壊強度の「最大値÷最小値＝１０倍」を超えるケースもあった。
このようなケースでは前出の従来技術の方法による強度の評価方法「破壊強度＝繰り返し打撃回数」による選択も可能であった。
【００１２】
しかし、最近のシリコンウェーハは、結晶の製造法やウェーハ加工方法が大幅に改善されている。このため、１ロットにおける破壊強度の「最大値÷最小値」の差はごく僅かであり、破壊強度と繰り返し打撃回数の相関関係が低くなってきた。
このため、従来技術の方法ではシリコンウェーハの破壊強度の評価が極めて困難になり、評価法の改善が求められてきた。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、半導体ウェーハのエッジ部における衝撃強度を安定かつ正確に評価することができる評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明では、半導体ウェーハの衝撃強度を評価するための装置であって、
少なくとも、打撃物質（以下、落鐘ともいう）と、該打撃物質を任意の所望の高さから落下させるための落下手段と、半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持する押さえ手段とを具備し、
前記押さえ手段により前記試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持した状態で、前記落下手段により前記打撃物質を前記所望の高さから前記試料のエッジ部に向けて落下させることができるものであることを特徴とする半導体ウェーハ評価装置を提供する。
【００１５】
このような評価装置であれば、半導体ウェーハからなる試料のエッジ部に与える打撃強度を可変することができ、所謂ステアケース法による半導体ウェーハの衝撃強度の評価を行うことができるため、従来に比べてバラツキ幅の小さな半導体ウェーハの衝撃強度評価を行うことができる。すなわち、半導体デバイス製造プロセスでのウェーハの割れ易さの指標となりうる高い信頼性を有する衝撃強度値を評価することができる評価装置とできる。
【００１６】
また、本発明は、半導体ウェーハのエッジ部の衝撃強度を評価する方法であって、少なくとも下記（１）−（６）の工程を行うことができる。
（１） 半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が打撃物質の落下方向と等しくなるように支持するための押さえ手段によって支持し、前記打撃物質を、所定の重量及び高さから前記試料のエッジ部に落下させる。
（２） ２回目の実験として、（１）工程の試料とは別の試料を前記押さえ手段によって支持し、（１）工程で前記試料が破壊されなかった場合は、（１）工程よりも位置を高くするか、または高重量のものとしてから前記打撃物質を落下させ、（１）工程で前記試料が破壊された場合は、（１）工程よりも位置を低くするか、または低重量のものとしてから前記打撃物質を落下させる。
（３） ３回目の実験として、（１）工程及び（２）工程の試料とは別の試料を前記押さえ手段によって支持し、（２）工程で前記試料が破壊されなかった場合は（２）工程よりも位置を高くするか、または高重量のものとしてから前記打撃物質を落下させ、（２）工程で前記試料が破壊された場合は、（２）工程よりも位置を低くするか、または低重量のものとしてから前記打撃物質を落下させる。
（４） 所定の回数ｎとなるまで、上記工程を繰り返す。
（５） 前記破壊された試料の数とそのときの前記打撃物質の高さもしくは重量、前記破壊されなかった試料の数とそのときの前記打撃物質の高さもしくは重量の関係から、５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）、５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）を算出する。
（６） 前記Ｈ５０、前記ＳＨから５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）、５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ）を計算する。
【００１７】
このように、本発明は打撃物質を所定の高さから落下させることによって、半導体ウェーハのエッジ部における動的応力に対する衝撃耐性を評価することができる。本発明は、曲げ破壊試験などの静的応力の評価を行う一般的な材料試験に比べて、より実際の半導体デバイス工程に近い環境での試験とすることができる。また、所定の回数落下試験を行うため、単発の試験に比べて偶発的なトラブルの入り込む余地を小さくすることができ、精度の高い評価とすることができる。更に直前の試験結果に応じて衝撃強度を変えるため、ウェーハ自体の不良による測定誤差が入り込む余地を減ずることができ、高精度化に寄与することになる。
これら以上の結果から、半導体ウェーハの衝撃強度を安定かつ正確に評価することができる評価方法となる。
【００１８】
またこのとき、各工程における試料を、１枚の半導体ウェーハを分割して作製することが好ましい。
【００１９】
このように、１枚の半導体ウェーハを分割して試料を作製することによって、１枚の半導体ウェーハから複数の衝撃強度を評価できるため、ウェーハを無駄にせずに済み、評価コストが高くなることを防ぐことができる。また、異なる半導体ウェーハでは衝撃強度が微妙に異なる事があるがこのような問題を軽減することができ、より精度の高い半導体ウェーハの衝撃強度の評価方法とすることができる。
【００２０】
またこのとき、（１）−（６）の工程を、前記各工程における試料とは別の種類の半導体ウェーハに対しても行い、それらの結果から半導体ウェーハの衝撃強度の比較を行うことが好ましい。
【００２１】
このように、上述のような本発明の工程（１）−（６）では、半導体ウェーハの衝撃強度を精度良く定量的に評価できるため、半導体ウェーハ同士の衝撃強度を比較するのに非常に好適であり、まず１つの半導体ウェーハに対して上記評価工程を行い、その後別の半導体ウェーハに対しても上記評価工程を行うことによって、半導体ウェーハ同士の衝撃強度を定量的に比較することができるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明のように半導体ウェーハからなる試料のエッジ部に与える打撃強度を可変することで、半導体ウェーハの衝撃強度を統計的に評価することが可能となり、従来の評価方法・評価装置に比べて、評価能力・精度の向上を図ることができ、半導体デバイス製造プロセスでの半導体ウェーハのエッジ部の割れ易さを定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の半導体ウェーハ評価装置の概略の一例を示した図である。
【図２】本発明の半導体ウェーハ評価装置の押さえ手段及び用いる試料の一例を示した図である。
【図３】本発明の半導体ウェーハ評価装置の打撃物質及びその落下手段の他の一例の一部を拡大した図である。
【図４】本発明の半導体ウェーハ評価装置における押さえ手段の他の一例を示した図である。
【図５】特許文献１の機械的強度評価装置の一例の側面概略図及びその一部の平面概略図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来技術の方法ではシリコンウェーハの破壊強度の評価が極めて困難であり、評価法の改善が求められてきた。
【００２５】
そこで、本発明者は、半導体ウェーハでは、静的な応力に比べてウェーハに打撃を与えたときの衝撃強度は桁違いに小さい傾向が見られることに着目し、統計的な手法によって半導体ウェーハの衝撃強度を評価することができる評価方法や装置について鋭意検討を重ねた。
【００２６】
その結果、本発明者は、定落下重量でのステアケース法の原理を利用した衝撃耐性試験の方法やそれを行うことができる評価装置を用いること、そして測定結果をステアケース法によって解析することによって、特に半導体ウェーハのエッジ部の衝撃強度を統計的に評価できることを発想した。
【００２７】
ステアケース法とは、ストレスの水準を上下させて各水準に区分したときの試料の破壊の有無のサンプル数とそのときのストレス水準値から衝撃破壊強度を統計解析する手法である（例えばＤｉｘｏｎ， Ｗ．Ｊ． ａｎｄ Ｍｏｏｄ，Ａ．Ｍ．， Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｓｔａｔ．Ａｓｓｎ．， Ｖｏｌ．４３， ｐｐ．１０９−１２６， １９４８等参照）。このステアケース法は、品質検査でよく用いられており、恒常刺激法よりも試行回数を低減できることが利点としてあげられ、またその精度も高いことが知られている。
【００２８】
そしてこのような方法やこれを行うことができる装置であれば、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの衝撃破壊強度を統計的に評価することが可能となることを発見し、本発明を完成させた。
【００２９】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明の半導体ウェーハ評価装置の概略の一例を示した図である。
【００３０】
図１に示すように、本発明の半導体ウェーハ評価装置１は、少なくとも、打撃物質５と、例えば高さ調整レール２とスライダー３と電磁磁石４からなり、打撃物質５を任意の所望の高さから落下させるための落下手段１５と、評価装置１のベースとなる装置ベース８と、半導体ウェーハである試料Ｗの径方向と打撃物質５の落下方向とが等しくなるように一定の力で支持するための押さえ手段７ａとを具備するものである。
そして、試料Ｗを押さえ手段７ａにより試料Ｗの径方向と打撃物質５の落下方向とが等しくなるように支持した状態で、落下手段１５により打撃物質５を所望の高さから試料Ｗのエッジ部に向けて垂直に落下させることができるものである。
【００３１】
また、押さえ手段７ａの上には、試料Ｗが割れた際の破片や試料Ｗに衝突した後の打撃物質５等の飛散防止対策のためのポリカーボネートカバー６を設置することが望ましい。
打撃物質５は、電磁磁石４から落下し始め、ポリカーボネートカバー６を通過して試料Ｗのエッジ部に衝突する。その後、打撃物質５は、ポリカーボネートカバー６によって回収される。
【００３２】
図２は、本発明の半導体ウェーハ評価装置の押さえ手段及び用いる試料の一例を示した図である。
シリコンウェーハＷ０は面方位で表すと（１００）ウェーハであり、ノッチ９が（０１１）に刻まれている。このウェーハを（１１０）のヘキ開面に沿って４分割して、扇状のシリコン片である試料Ｗを作成する。
試料Ｗを切り欠き１０ａから露出するように置いて、２つの押さえ手段７ａでしっかりと挟みこみ、一定の力で保持されている。
そして、装置ベース８に試料Ｗの径方向が打撃物質５の落下方向と等しくなるように、押さえ手段７ａを設置する。
【００３３】
図２の切り欠き１０ａは小さな半円状である。これにより試料Ｗの保持領域を広くして、変形領域を狭くしている。このような押さえ手段は、シリコン片の変形量が少ない「微小部の破壊開始の強度」を評価する時に利用される。
試料Ｗのエッジ部は図２に示すように扇形の弧の形状をしているので、打撃物質５の底部との打撃領域は、必ず鉛直方向の点当りの衝撃力が加わる。この点で、打撃物質５は球状よりも円柱状が望ましい。
【００３４】
このような評価装置１では、破壊エネルギーの強さを、打撃物質５の重量（サイズ）の増減と落下の高さを変更してコントロールすることが可能となっている。
具体的には、半導体ウェーハの衝撃強度を評価する際には、高さ調整レール２によってスライダー３を上下させ、任意の高さ（０〜２０００ｍｍ）から打撃物質５を落下させ、試料Ｗのエッジ部が破損するか否かを評価し、試料が破損した場合は落下基準位置を下げ、破損しなかった場合は落下基準位置を上げることを繰り返すことができるようになっているものである。なお、打撃物質の高さではなく、打撃物質の重量を増減することもできるが、高さを調整する方が容易である。
なお、一連の衝撃強度の評価中は、打撃物質の落下高さまたは打撃物質の重量の一方を固定し、もう一方のみを変更することが望ましい。
【００３５】
このような評価装置であれば、半導体ウェーハからなる試料のエッジ部に、強度の異なる打撃を簡単に加えることができるため、実際の半導体プロセスにおいて加わる衝撃を模擬することができる。また、加える衝撃は打撃物質を落下させる高さを変えることによって容易に変更して繰り返すことができ、ステアケース法のような統計的な手法を採用することができる。よってバラツキの小さい半導体ウェーハの衝撃強度評価を行うことができ、高い信頼性を有する衝撃強度値を得ることができる。
【００３６】
ここで、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを評価する際には、シリコンの硬度（モース硬度７）が高いため、打撃物質や押さえ手段等は割れたシリコン片で傷つくことが予想される。また、打撃物質を任意の所望の高さから落下させるための落下手段としては、電磁磁石による保持が機構的に容易である。これらの打撃物質の保持と、劣化時の交換の事情から、打撃物質の材質はクロム鋼等が好適である。
【００３７】
なお本発明では、上記の装置構造・材料のみに限定はされず、各種の特殊条件の測定が可能な装置構造にすることができる。
例えば、本発明の半導体ウェーハ評価装置の打撃物質及びその落下手段の他の一例の一部を拡大した図である図３のように、落下手段１５´はストッパー１２及び落鐘保持パイプ１３をからなり、高さ調整レールに相当する落錘保持パイプ１３はポリカーボネートからなり、落下高さ調整穴１４が数多く開いている。そして、弾丸状の落錘５´をストッパー１２によって所定の高さで保持することができるものである。
この落錘保持パイプ１３はポリカーボネート製ならば、単軸スライダー方式のように高さの制限が無く、落錘５´の高さを１０ｍ以上と高くすることが出来る。そして、斜めや先端を曲げて保持することにより、シリコン片Ｗと落錘５´を特定の角度で激突させることも可能である。
そして、弾丸状の落錘５´は、ファインセラミックなどシリコンより硬度は高いが電磁磁石で保持が出来ない材質でも落錘を作製することが可能であり、落錘に歪ゲージを取り付けて評価することで、より子細な破壊挙動の特性を評価することが可能である。
【００３８】
次に、上記のような本発明の半導体ウェーハ評価装置を用いた、本発明の半導体ウェーハの評価方法（半導体ウェーハのエッジ部の衝撃強度を評価する方法）の一例を以下に示すが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
以下、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを用いて、打撃物質の高さを変更して測定を行う場合を例にして説明するが、もちろん半導体ウェーハはこれに限定されず、貼り合わせ半導体ウェーハや半導体装置を搭載した石英基板、ガラス基板、あるいは化合物半導体基板等の各種半導体ウェーハの衝撃強度を評価できることや、打撃物質の高さのみならず、打撃物質の重量等を変更することによっても測定を行うことができることは言うまでもない。
【００３９】
まず、試料の基となるシリコンウェーハや落下させる打撃物質、打撃物質を任意の所定の高さから落下させるための落下手段を準備する。
ここで、１枚の半導体ウェーハを分割することによって試料を作製することができる。例えば、直径３００ｍｍ、導電型はＰ−型、抵抗率１０Ω・ｃｍ、酸素濃度１２ｐｐｍａ、０．７８ｍｍ厚の（１００）ウェーハを５枚用意し、それらを４分割することによって２０枚の試料を用意することができる。
【００４０】
１枚の半導体ウェーハを分割して試料を作製することによって、１枚の半導体ウェーハから試料を多く作製することができるため、ウェーハの無駄が発生しにくく、評価を安く行うことができる。そして、異なる半導体ウェーハを用いる場合に発生する各半導体ウェーハ間の微妙な衝撃強度の違いの影響を軽減することができるため、より高精度な衝撃強度の評価とすることができる。
この分割方法としては、ウェーハ４分割・ウェーハ１２分割・ウェーハ２４分割等いずれの形態やサイズでもかまわず、特に限定されない。
【００４１】
そして、先に準備した試料のうち１枚を選択し、試料を押さえ手段によって支持する。
また、試料の材質・厚み等から基本条件を決定する。例えば、打撃物質（落鐘）の形状を円柱、直径８ｍｍ、長さ２０ｍｍ、重さ８．６ｇ、打撃物質（落鐘）のスタート時の高さを１００ｃｍ、高さの変化水準を１０ｃｍとすることができる。
【００４２】
ここで、（１）工程として、押さえ手段によって支持された試料を装置ベースの上にセットし、電磁磁石によって保持されていた打撃物質を落下させ、試料のエッジ部に衝撃力を与える。
そして、試料の割れ欠けの有無を確認する。試料は割れ欠けの有無に関らず、打撃物質を落下させる操作を一回のみとして、新しい試料と交換する。これは、２つ目以降の試料についても同様である。
【００４３】
次に（２）工程として、２回目の実験として、（１）工程とは別の試料を押さえ手段によって支持し、（１）工程で試料のエッジ部が破壊されなかった場合は（１）工程よりも高くした位置（例えば一水準高くした位置）から打撃物質を落下させ、（１）工程で試料のエッジ部が破壊された場合は（１）工程よりも低くした位置（例えば一水準低くした位置）から打撃物質を落下させる。
【００４４】
そして、（３）工程として、３回目の実験として、（１）工程及び（２）工程とは別の試料を押さえ手段によって支持し、（２）工程で試料のエッジ部が破壊されなかった場合は（２）工程よりも高くした位置（例えば一水準高くした位置）から打撃物質を落下させ、（２）工程で試料のエッジ部が破壊された場合は（２）工程よりも低くした位置（例えば一水準低くした位置）から打撃物質を落下させる。
なお、試料の破壊の有無の判断は、試料の衝撃部位表面の亀裂・破断・破砕の有無を肉眼によって観察することによって行うことができるが、もちろんこれに限定されない。
【００４５】
そして、（４）工程として、上記工程を、所定の回数ｎとなるまで繰り返す。試料１品種の評価について、ｎ≧２０すなわち上記工程を２０回以上繰り返すことが望ましい。
また、このときの実験結果を下記表１に示す。表中の○は試料のエッジ部が破壊されなかった場合、×はエッジ部が破壊された場合を示している。
【００４６】
【表１】
【００４７】
更に、（５）工程として、エッジ部が破壊された試料の数とそのときの打撃物質の落下高さ、エッジ部が破壊されなかった試料の数とそのときの打撃物質の落下高さの関係から、５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）、５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）を算出する。この５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）は試験数の５０％が破壊を起こす高さと推定されるものであり、また５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）はその標準偏差である。
この５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）、５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）の算出には、ステアケース法の計算を用いるのが好ましい。
【００４８】
例えば、エッジ部が破壊された試料の数とそのときの打撃物質の高さ、エッジ部が破壊されなかった試料の数とそのときの打撃物質の高さを整理して、エッジ部の破壊の有無において、測定された数の少なかった方を選び、その各落下高さに対する測定された数をｆｎとする。
そして、５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）および５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）は
（ａ） Ｈ５０＝Ｈ０＋（高さの変位量）×（Ａ／Ｃ±１／２）
（ｂ） ＳＨ＝１．６２×（高さの変位量）×（（ＣＢ−Ａ２）／Ｃ２＋０．０２９）
上記の計算式によって求めることができる。
但しＨ０はｎ＝０に対する打撃物質の高さの値、また（ａ）式の±の符号については、エッジ部が破壊された試料の数をｆｎとした場合は−、エッジ部が破壊されなかった試料の数をｆｎとした場合は＋、Ａ＝Σｎｆｎ、Ｂ＝Σｎ２ｆｎ、Ｃ＝Σｆｎとする。
【００４９】
このときにＨ５０とＳＨが以下の条件１及び２を満足できない場合は、上記（１）から（５）の工程を再度行うことが望ましい。
条件１：Ｈ５０−ＳＨ＜スタート時の基準高さ＜Ｈ５０＋ＳＨ
条件２：０．５×ＳＨ＜高さの変化水準＜２×ＳＨ
【００５０】
そして、（６）工程として、先に算出したＨ５０、ＳＨから、５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）、５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ）を計算する。
５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）は、例えば
Ｅ５０＝打撃物質の質量×重力加速度×５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）
から算出することができる。
また５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ）は、例えば各打撃物質の高さに打撃物質の質量と重力加速度を乗算したものの標準偏差から算出することができる。
【００５１】
上述のように、（１）工程のように打撃物質を所定の高さから落下させることによって、半導体ウェーハの動的応力に対する衝撃耐性を評価することができる。本発明は、曲げ破壊試験などの一般的な材料試験に比べて、より実際の半導体デバイス工程に近い環境での試験とすることができる。
また、（４）工程に示すように、（２）−（３）工程を所定の回数ｎになるまで繰り返すことによって、単発の試験に比べて偶発的なトラブルの入り込む余地を小さくすることができ、精度の高い評価とすることができる。更に直前の試験結果に応じて衝撃強度を変えるため、ウェーハ自体の不良による測定誤差が入り込む余地を減ずることができ、高精度化に寄与することになる。
そして（５）−（６）工程のようにＨ５０、ＳＨを算出、Ｅ５０、ＳＥを計算することによって、半導体ウェーハの衝撃強度を他の半導体ウェーハと評価可能な程度に定量的に評価することができる。
これら以上のことによって、半導体ウェーハの衝撃強度を安定かつ正確に評価することができるようになる。
【００５２】
また試料を準備する段階において、ウェーハを分割せずに丸ごと用いてももちろん良い。その一例を図４に示す。
【００５３】
図４の押さえ手段７ｂは、各種の特殊条件の測定が可能な保持治具の構造である。
シリコンはダイヤモンド構造の立方晶系であり、ヤング率などの物性には異方性が存在している。図４の押さえ手段７ｂでは丸ごとのウェーハを使って、特定の結晶面での衝撃強度を評価する事が可能である。
また、図４の切り欠き１０ｂは、大きな半楕円状になっている。これによりシリコンウェーハＷ０の保持領域を小さくして、変形領域を広くしている。
【００５４】
またこのとき、シリコンウェーハＷ０のノッチ９に打撃物質５が衝突しないように、図中のθ分だけ打撃物質５の落下位置とノッチ９をずらす必要がある。このときのθの値は、ノッチ９の位置から反時計回りに０〜３６０°の範囲で任意に選択することができる。
例えば、結晶方位（１００）ウェーハでノッチが（０１１）に刻まれている場合は、θの値を標準的な方向とされている４５°とすることが好ましい。しかしシリコン等の異方性の結晶は、同じウェーハでもθの値によって衝撃破壊強度の測定値が異なってしまうため、測定を行う上で最適な角度θを任意に選択することが必要である。
【００５５】
直径３００ｍｍのシリコンウェーハは、面積に比較して厚さは０．７８ｍｍと薄い。自重によっておおきく撓む場合もある。図４の押さえ手段７ｂと切り欠き１０ｂはこのような弾性変形や座屈などの現象が見られる場合の、シリコンウェーハのマクロの破壊強度を評価する時に利用される。
このように、本発明は試料の保持方法における切り欠きや打撃物質の形状を変更することで、各種の子細な破壊挙動や特性を評価することが可能である。
【００５６】
また、上記（１）−（６）の工程を、別の種類の半導体ウェーハに対しても行い、半導体ウェーハの衝撃強度の比較を行うことができる。
上述の衝撃強度の評価方法であれば、統計的な手法によって衝撃強度を評価しているため、精度良く定量的に衝撃強度を評価できる。
そのため、半導体ウェーハ同士の衝撃強度を比較するのに非常に適しており、各種シリコンウェーハの衝撃破壊強度の比較をするのに好適である。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すような半導体ウェーハ評価装置を用いて実験を行った。対象ウェーハとして、直径３００ｍｍ、導電型はＰ−型、抵抗率１０Ω・ｃｍ、酸素濃度１２ｐｐｍａ、０．７８ｍｍ厚、結晶方位（１００）のシリコンウェーハ１０枚を準備し、このウェーハを各々４分割し、それぞれ２枚はそのまま、２枚は熱処理をした。すなわち、「熱処理をしていないシリコン片２０枚と熱処理をしたシリコン片２０枚」の比較評価を行った。
このとき、上記熱処理を（８００℃、２ｈｒ）に続けて（１０００℃、１６ｈｒ）の条件で行った。
また、このときの打撃物質は材質をクロム鋼、熱処理品、形状を円柱、直径を８ｍｍ、長さを２０ｍｍ、重さを８．６ｇとし、打撃物質のスタート時の高さを１００ｃｍ、高さの変化水準を１０ｃｍとした。
【００５８】
このとき、熱処理をしなかったシリコン片２０枚については、９０度散乱ＬＳＴ（ＭＯ４４１）ＢＭＤ欠陥測定機では、ＢＭＤ欠陥を検出することが出来なかった。
尚、５０％衝撃破壊エネルギー及びその標準偏差は以下のようになった。
５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０） ＝ ０．０８２Ｊ
５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ） ＝ ０．０１４Ｊ
【００５９】
また、熱処理を行ったシリコン片２０枚については、９０度散乱ＬＳＴ（ＭＯ４４１）測定では、ＢＭＤ欠陥が１．０×１０９／ｃｍ３検出された。
またこのとき、５０％衝撃破壊エネルギー及びその標準偏差は以下のようになった。
５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０） ＝ ０．１０１Ｊ
５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ） ＝ ０．００９Ｊ
【００６０】
熱処理をしなかったシリコン片と熱処理を行ったシリコン片の破壊された破壊強度の分布から、母平均の検定（有意水準０．０５）を行うと、母平均に有意差が見られた。
また、実施例において用いたシリコンウェーハは、熱処理によりＢＭＤ欠陥が多数発生し、５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）が約２３％程度高くなることがわかった。
このように本発明の評価装置により、半導体ウェーハのエッジ部の衝撃強度を統計的に評価することが可能になった。これにより従来の検査機に比べて評価能力の向上の効果が得られた。
【００６１】
（比較例１）
図５に示すような特許文献１に記載の機械的強度測定装置を用いて、実施例１と同じ条件のシリコンウェーハの衝撃強度の評価を行った。尚、試料として熱処理をしないシリコンウェーハを２０枚、熱処理を行うシリコンウェーハを２０枚用意した。
【００６２】
このとき、熱処理をしなかったシリコンウェーハ２０枚については、９０度散乱ＬＳＴ（ＭＯ４４１）ＢＭＤ欠陥測定機では、ＢＭＤ欠陥を検出することが出来なかった。
尚、シリコンウェーハのエッジ部の機械的強度、その平均値及びその標準偏差は以下のようになった。
機械的強度： ４５Ｋｇ〜８５Ｋｇ
機械的強度の平均値 ＝ ５５．１Ｋｇ
機械的強度の標準偏差 ＝ ９．１Ｋｇ
【００６３】
また、熱処理を行ったシリコンウェーハ２０枚については、９０度散乱ＬＳＴ（ＭＯ４４１）測定で、ＢＭＤ欠陥が１．０×１０９／ｃｍ３検出された。
またこのとき、シリコンウェーハエッジ部の機械的強度、その平均値及びその標準偏差は以下のようになった。
機械的強度： ４６Ｋｇ〜８３Ｋｇ
機械的強度の平均値 ＝ ５４．８ Ｋｇ
機械的強度の標準偏差 ＝ １０．１ Ｋｇ
【００６４】
比較例１の測定結果では熱処理の有無による破壊強度の差異は確認できなかった。この装置でのシリコンウェーハ破壊強度は非常に高く、半導体デバイス製造プロセスではこのような高荷重が加わると考える事は難しい。また、破壊されたウェーハは非常に細かく粉砕された形状であり、デバイス製造時の割れとは異なる形態が見られた。
これらの原因はウェーハに静的荷重が加わるときには、座屈などのウェーハ変形により大きな内部応力が溜まって、破壊の発生の瞬間にウェーハを粉々にするからだと予想される。
【００６５】
比較例１の測定結果と本発明の実施例１の結果は単位が異なるために単純には比較することは出来ない。しかし、本発明の実施例１では熱処理の有無による破壊強度の差を評価できる点で、比較例１の測定装置よりも検出精度が高いと考えられる。
【００６６】
（比較例２）
特許文献２−４に記載されている評価装置は、ウェーハの保持方法やそれぞれ評価手段が異なっているために、本発明の結果と単純には比較することは出来ない。
しかし、上記の評価装置はいずれも１回にウェーハに与える衝撃強度を可変にすることが難しい。このために、破壊強度＝繰り返し打撃回数が評価の基準である。
そこで本発明の半導体ウェーハ評価装置を使用して、「打撃強度を可変した破壊強度を評価（実施例１）」と「繰り返し打撃回数による破壊強度を評価（比較例２）」のどちらが破壊強度の解析手法として優れているかを比較した。
【００６７】
具体的には、まず実施例１と同じ手法でウェーハ片である試料を作製し、装置ベースの上で保持する。尚、対象ウェーハとウェーハ片に対する熱処理は実施例１と同一の条件である。
その後、実施例１と同じ条件で落鐘を用意し、試料のエッジ部に向かって落下させる。尚、試料が破壊されたかどうかの判断は、試料の衝撃部位表面の亀裂・破断・破砕の有無を肉眼によって判断する。
【００６８】
このとき、試料のエッジ部が破壊されなかった場合は、再び落鐘を繰り返し先程と同じ高さ（１００ｃｍ）から落下させる。そして、試料の破壊が発生するまで何回も繰り返し打撃を与え続ける。
そして、試料のエッジ部が破壊されるまでの繰り返し打撃回数を記録して、熱処理をしなかった試料及び熱処理を行った試料各２０枚ずつ全てに繰り返し衝撃試験を行う。
上記の実験結果によって得られた繰り返し打撃回数から、Σ打撃数（打撃回数×枚数 ２０枚分の総和）と、割れるまでの平均打撃数を計算する。このときの結果を、下記表２に示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
このとき、熱処理をしなかったシリコン片２０枚については、打撃１回目で１１枚が破壊、繰り返し打撃２回目で３枚が破壊され、繰り返し打撃１０回目で最後の１枚が破壊された。
結果は、Σ打撃数５４回、割れるまでの平均打撃数２．７回／枚であった。
【００７１】
また、熱処理を行ったシリコン片２０枚については、打撃１回目で８枚が破壊され、繰り返し打撃７回目で最後の１枚が破壊された。
結果は、Σ打撃数５２回・割れるまでの平均打撃数２．６回／枚であった。
以上の結果から「繰り返し打撃回数による破壊強度を評価（比較例２）」の解析手法では、熱処理の有無による品種間の破壊強度の差異を見出す事ができなかった。
【００７２】
比較例２のケースでは、なかなか割れなかった１枚のサンプル試料が測定結果に大きく影響している。なかなか割れなかったサンプル試料を子細に観察すると、打撃により肉眼では確認できないサイズのミクロの打痕が発生しており、打痕が拡大することによって破壊に至っている。
この手法では破壊に繋がるちょうど良い強さの打撃強度で、同じ地点を何回も繰り返し打撃することが必要である。ちょうど良い強さの打撃強度は品種により異なるので、調整は難しい。
また、なかなか破壊されないサンプル試料の有無の影響を小さくするには評価枚数を多くする必要がある。評価時間が非常にかかる問題点もある。しかも、ミクロの打痕の発生などは状況がバラツキ易いので、再現性のある測定をすることは難しい。
従って、比較例２の評価方法は、シリコンウェーハは脆性材料であることを考慮すると、繰り返し打撃回数の影響を過大に評価する危険性があると考えられる。
【００７３】
一方、本発明の「打撃強度を可変する破壊強度の評価法（実施例１）」は、１回の打撃で試料の破壊の有無によらずに、新しい試料と交換している。これによりミクロの打痕が破壊強度に与える影響を排除している。
本発明の実施例１では熱処理の有無による耐衝撃性のわずかの差異を、統計的に評価できるため、従来の強度測定装置よりも検出感度・精度が高いと予想される。
【００７４】
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。
【符号の説明】
【００７５】
１…半導体ウェーハ評価装置、 ２…高さ調整レール、 ３…スライダー、
４…電磁磁石、 ５、５´…打撃物質（落鐘）、 ６…ポリカーボネートカバー、
７ａ、７ｂ…押さえ手段、 ８…装置ベース、 ９…ノッチ、
１０ａ、１０ｂ…切り欠き、 １２…ストッパー、
１３…落錘保持パイプ、 １４…落下高さ調整穴、 １５、１５´…落下手段、
１０１…半導体ウェーハ、 １０２…載置台、 １０３…支持手段、
１０４…荷重シャフト、 １０５ａ…エアシリンダ、 １０５ｂ…圧力制御バルブ、
１０６…ボンベ、 Ａ、Ｂ…ウェーハが支持される点、
Ｃ…荷重シャフトの先端部を押し当てる点、 Ｏ…ウェーハ中心、
Ｗ…試料、 Ｗ０…シリコンウェーハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの衝撃強度を評価するための装置であって、
少なくとも、打撃物質と、該打撃物質を任意の所望の高さから落下させるための落下手段と、半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持する押さえ手段とを具備し、
前記押さえ手段により前記試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持した状態で、前記落下手段により前記打撃物質を前記所望の高さから前記試料のエッジ部に向けて落下させることができるものであることを特徴とする半導体ウェーハ評価装置。
【請求項２】
半導体ウェーハの衝撃強度を評価する方法であって、少なくとも下記（１）−（６）の工程を行うことを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。
（１） 半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が打撃物質の落下方向と等しくなるように支持するための押さえ手段によって支持し、前記打撃物質を、所定の重量及び高さから前記試料のエッジ部に落下させる。
（２） ２回目の実験として、（１）工程の試料とは別の試料を前記押さえ手段によって支持し、（１）工程で前記試料が破壊されなかった場合は、（１）工程よりも位置を高くするか、または高重量のものとしてから前記打撃物質を落下させ、（１）工程で前記試料が破壊された場合は、（１）工程よりも位置を低くするか、または低重量のものとしてから前記打撃物質を落下させる。
（３） ３回目の実験として、（１）工程及び（２）工程の試料とは別の試料を前記押さえ手段によって支持し、（２）工程で前記試料が破壊されなかった場合は（２）工程よりも位置を高くするか、または高重量のものとしてから前記打撃物質を落下させ、（２）工程で前記試料が破壊された場合は、（２）工程よりも位置を低くするか、または低重量のものとしてから前記打撃物質を落下させる。
（４） 所定の回数ｎとなるまで、上記工程を繰り返す。
（５） 前記破壊された試料の数とそのときの前記打撃物質の高さもしくは重量、前記破壊されなかった試料の数とそのときの前記打撃物質の高さもしくは重量の関係から、５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）、５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）を算出する。
（６） 前記Ｈ５０、前記ＳＨから５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）、５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ）を計算する。
【請求項３】
前記各工程における試料を、１枚の半導体ウェーハを分割して作製することを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記（１）−（６）の工程を、前記各工程における試料とは別の種類の半導体ウェーハに対しても行い、それらの結果から半導体ウェーハの衝撃強度の比較を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体ウェーハの評価方法。
【請求項１】
半導体ウェーハの衝撃強度を評価するための装置であって、
少なくとも、打撃物質と、該打撃物質を任意の所望の高さから落下させるための落下手段と、半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持する押さえ手段とを具備し、
前記押さえ手段により前記試料を、ウェーハの径方向が前記打撃物質の落下方向と等しくなるように支持した状態で、前記落下手段により前記打撃物質を前記所望の高さから前記試料のエッジ部に向けて落下させることができるものであることを特徴とする半導体ウェーハ評価装置。
【請求項２】
半導体ウェーハの衝撃強度を評価する方法であって、少なくとも下記（１）−（６）の工程を行うことを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。
（１） 半導体ウェーハである試料を、ウェーハの径方向が打撃物質の落下方向と等しくなるように支持するための押さえ手段によって支持し、前記打撃物質を、所定の重量及び高さから前記試料のエッジ部に落下させる。
（２） ２回目の実験として、（１）工程の試料とは別の試料を前記押さえ手段によって支持し、（１）工程で前記試料が破壊されなかった場合は、（１）工程よりも位置を高くするか、または高重量のものとしてから前記打撃物質を落下させ、（１）工程で前記試料が破壊された場合は、（１）工程よりも位置を低くするか、または低重量のものとしてから前記打撃物質を落下させる。
（３） ３回目の実験として、（１）工程及び（２）工程の試料とは別の試料を前記押さえ手段によって支持し、（２）工程で前記試料が破壊されなかった場合は（２）工程よりも位置を高くするか、または高重量のものとしてから前記打撃物質を落下させ、（２）工程で前記試料が破壊された場合は、（２）工程よりも位置を低くするか、または低重量のものとしてから前記打撃物質を落下させる。
（４） 所定の回数ｎとなるまで、上記工程を繰り返す。
（５） 前記破壊された試料の数とそのときの前記打撃物質の高さもしくは重量、前記破壊されなかった試料の数とそのときの前記打撃物質の高さもしくは重量の関係から、５０％衝撃破壊高さ（Ｈ５０）、５０％衝撃破壊高さの標準偏差（ＳＨ）を算出する。
（６） 前記Ｈ５０、前記ＳＨから５０％衝撃破壊エネルギー（Ｅ５０）、５０％衝撃破壊エネルギーの標準偏差（ＳＥ）を計算する。
【請求項３】
前記各工程における試料を、１枚の半導体ウェーハを分割して作製することを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記（１）−（６）の工程を、前記各工程における試料とは別の種類の半導体ウェーハに対しても行い、それらの結果から半導体ウェーハの衝撃強度の比較を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体ウェーハの評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１４２５４（Ｐ２０１２−１１４２５４Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２０８５（Ｐ２０１０−２６２０８５）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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