単結晶シリコンウェーハの評価方法
【課題】加工起因欠陥をより高感度に検出することが可能な単結晶シリコンウェーハの評価方法を提供する。
【解決手段】鏡面加工された単結晶シリコンウェーハ１０の表面１０ａに、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施す第１の工程Ｓ１１と、ドライエッチングされた前記表面に存在するピットの個数を計測する第２の工程Ｓ１２，Ｓ１３とを備える。本発明によれば、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施していることから、結晶欠陥については突起（凸型の欠陥）として顕在化し、加工起因欠陥についてはピット（凹型の欠陥）として顕在化する。このため、ピットの個数を計測することにより、加工起因欠陥だけを正しく検出することが可能となる。
【解決手段】鏡面加工された単結晶シリコンウェーハ１０の表面１０ａに、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施す第１の工程Ｓ１１と、ドライエッチングされた前記表面に存在するピットの個数を計測する第２の工程Ｓ１２，Ｓ１３とを備える。本発明によれば、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施していることから、結晶欠陥については突起（凸型の欠陥）として顕在化し、加工起因欠陥についてはピット（凹型の欠陥）として顕在化する。このため、ピットの個数を計測することにより、加工起因欠陥だけを正しく検出することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単結晶シリコンウェーハの評価方法に関し、特に、ウェーハ加工工程において単結晶シリコンウェーハに生じる加工起因欠陥を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンウェーハの多くは、チョクラルスキー法（Ｃｚ法）によって育成された単結晶シリコンインゴットをスライスすることによって作製される。Ｃｚ法は、石英ルツボ内のシリコン融液に種結晶を浸漬し、回転させながら種結晶をゆっくりと引き上げることによって単結晶シリコンインゴットを育成する方法である。この方法で育成された単結晶シリコンインゴットには、石英ルツボから溶出した酸素が過飽和に取り込まれるため、結晶の冷却過程で微小な酸素析出物（ＳｉＯ２）が形成される。また、シリコン融液が結晶化する際に空孔も取り込まれ、結晶の冷却過程で凝集してＣＯＰと呼ばれる微小なボイドが形成される。ＣＯＰは空洞であるが、ＣＯＰ形成後の結晶の冷却過程でその内壁にシリコン酸化膜が形成されるため、ＣＯＰもＳｉＯ２を含む欠陥である。
【０００３】
単結晶シリコンウェーハには、このような結晶欠陥の他に、ウェーハ加工工程において導入される加工起因欠陥が含まれる。単結晶シリコンウェーハは、単結晶シリコンインゴットをスライスするスライス工程、ウェーハの外周部を面取りする面取り工程、ウェーハを平坦化するラッピング工程、機械的な加工歪みを除去するエッチング工程、表面を鏡面化する研磨工程、異物や洗浄液などを除去する洗浄工程などを経て完成し、半導体デバイスの基板として使用可能な単結晶シリコンウェーハとして出荷される。ウェーハ加工工程において生じる加工起因欠陥は非常に微小であり、検出することが難しい。また、結晶欠陥との識別も容易ではない。加工起因欠陥が常にデバイス不良を引き起こすわけではないが、より高品質な単結晶シリコンウェーハを製造するためには、加工起因欠陥を正確に評価し、これを研磨工程などにフィードバックすることによってより加工起因欠陥の少ないウェーハ加工工程を構築することが望ましい。
【０００４】
加工起因欠陥を評価する方法としては、特許文献１〜８に記載された方法が知られている。
【０００５】
特許文献１〜３には、ＳＣ−１と呼ばれる洗浄に用いられる液（アンモニア、過酸化水素及び水の混合液）を用いて加工起因欠陥を顕在化させ、これをパーティクルカウンタなどでカウントする方法が記載されている。しかしながら、この方法では、ＣＯＰなどの結晶欠陥及び加工起因欠陥がいずれもピットとして顕在化されることから、加工起因欠陥だけを抽出して評価することができないという問題がある。これに関し、特許文献１には、ウェーハ加工工程を経た単結晶シリコンウェーハに対し、ＨＦ洗浄及びＳＣ−１洗浄の前後において欠陥数を測定し、その差分を取る方法が開示されている。特許文献１には、前後の測定値の差分が加工起因欠陥であると記載されているが、実際には、ＨＦ洗浄及びＳＣ−１洗浄を行う前後においてパーティクルカウンタなどで検出される結晶欠陥の数も無視できない程度に増加することから、差分が加工起因欠陥であると単純に評価することはできない。しかも、欠陥数の測定を２回行う必要があることから、評価に時間がかかるという問題もある。
【０００６】
また、特許文献４，５には、実際に単結晶シリコンウェーハにＭＯＳキャパシタを作製し、絶縁破壊電界強度を測定する方法が記載されている。しかしながら、この方法は実際にＭＯＳキャパシタを作製する必要があることから工数が非常に多いばかりでなく、結晶欠陥と加工起因欠陥とを識別することが困難である。
【０００７】
さらに、特許文献６〜８には、光学的観察によって加工起因欠陥を検出する方法が記載されている。しかしながら、後述するように、特許文献６〜８に記載された方法では実際に加工起因欠陥を正しく検出することは困難である。
【０００８】
つまり、特許文献６には光散乱法によって各欠陥のサイズを検出し、検出されたサイズによって結晶欠陥であるか加工起因欠陥であるかを判定する方法が記載されている。しかしながら、結晶欠陥のサイズは結晶の育成条件によって大幅に変化するため、単に欠陥のサイズによって区別することは現実的でない。しかも、加工起因欠陥の中にはほとんど顕在化されていないものも含まれているため、単に光学的観察を行うだけでは、加工起因欠陥を検出することは実際には困難である。
【０００９】
また、特許文献７には、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡または暗視野顕微鏡によって、コロニー状の加工起因欠陥を検出する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、コロニー状に集合した加工起因欠陥しか検出することができず、その他の欠陥については結晶欠陥であるか加工起因欠陥であるかを判定することができない。
【００１０】
さらに、特許文献８には、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡を用いて各種欠陥の形状などを特定し、これによって欠陥の種類を特定する方法が記載されている。しかしながら、この方法では欠陥の種類を特定するのに膨大な時間がかかるという問題がある。また、ピット状の加工起因欠陥についてはＣＯＰとの区別が困難であるため、加工起因欠陥を正しく検出することができないという問題もある。さらに、上述の通り、加工起因欠陥の中には、ほとんど顕在化されていないものも含まれているため、このような加工起因欠陥については検出することができないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１４５０８８号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８２７１号公報
【特許文献３】特開２００８−１５３５３８号公報
【特許文献４】特開平１０−２０９２３８号公報
【特許文献５】特開２００５−２１６９９３号公報
【特許文献６】特開２０００−３１５７１４号公報
【特許文献７】特開２００２−７６０８２号公報
【特許文献８】特開２００６−４０９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、加工起因欠陥を評価する従来の方法では、結晶欠陥と加工起因欠陥とを識別することが困難であったり、顕在化されていない微小な加工起因欠陥を検出することができないという問題があった。
【００１３】
したがって、本発明は、加工起因欠陥をより高感度に検出することが可能な単結晶シリコンウェーハの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】
本発明による単結晶シリコンウェーハの評価方法は、鏡面加工された単結晶シリコンウェーハの表面に、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施すことにより加工起因欠陥をピットとして顕在化させる第１の工程と、ドライエッチングされた前記表面に存在するピットの個数を計測する第２の工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施していることから、結晶欠陥については突起（凸型の欠陥）として顕在化し、加工起因欠陥についてはピット（凹型の欠陥）として顕在化する。このため、ピットの個数を計測することにより、加工起因欠陥だけを正しく検出することが可能となる。
【００１６】
前記第２の工程においては、前記表面に存在する突起の個数をさらに計測することが好ましい。これによれば、結晶欠陥についても正しく検出することが可能となる。
【００１７】
前記第２の工程は、前記表面に光を照射した場合の光散乱特性の違いに基づいてピットと突起とを識別することが好ましい。これによれば、ピットと突起とを簡単且つ確実に識別することが可能となる。
【００１８】
前記第２の工程は、前記表面に対して所定の入射角で光を照射した場合に、第１の反射角から検出される各欠陥のサイズと、前記第１の反射角とは異なる第２の反射角から検出される各欠陥のサイズとの比に基づいて、ピットと突起とを識別することが好ましい。これによれば、個々の欠陥の実体を一つずつ観察しなくても、ピットと突起とを一括して識別することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明によれば、加工起因欠陥をより高感度に検出することが可能な単結晶シリコンウェーハの評価方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好ましい実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】ドライエッチングによって結晶欠陥が顕在化する様子を説明するための模式図であり、（ａ）はドライエッチング前の状態、（ｂ）はドライエッチング後の状態を示している。
【図３】ドライエッチングによって加工起因欠陥が顕在化する様子を説明するための模式図であり、（ａ）はドライエッチング前の状態、（ｂ）はドライエッチング後の状態を示している。
【図４】パーティクルカウンタの模式図である。
【図５】欠陥サイズの比Ｌ１／Ｌ２の分布の一例を示すグラフである。
【図６】実施例１の結果を示すグラフであり、（ａ）はドライエッチング前における結果、（ｂ）はドライエッチング後における結果を示している。
【図７】（ａ）はＳＥＭによって観察された突起の画像であり、（ｂ）はＳＥＭによって観察されたピットの画像である。
【図８】実施例２の結果を示すグラフであり、（ａ）はサンプルＢ１に対する結果、（ｂ）はサンプルＢ２に対する結果を示している。
【図９】実施例３の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の好ましい実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法を説明するためのフローチャートである。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法は、結晶育成工程（ステップＳ１）及びウェーハ加工工程（ステップＳ２）を経て作製された単結晶シリコンウェーハに対して行われる。結晶育成工程（ステップＳ１）については特に限定されず、Ｃｚ法やフローティングゾーン法（Ｆｚ法）を用いることができる。ウェーハ加工工程（ステップＳ２）は、単結晶シリコンインゴットをスライスするスライス工程、ウェーハの外周部を面取りする面取り工程、ウェーハを平坦化するラッピング工程、機械的な加工歪みを除去するエッチング工程、表面を鏡面加工する研磨工程、異物や洗浄液などを除去する洗浄工程を少なくとも含む。
【００２４】
ウェーハ加工工程（ステップＳ２）においては、エッチング工程によって加工歪みがほぼ取り除かれ、研磨工程によって表面の凹凸が除去される。しかしながら、研磨工程において新たな加工起因欠陥が導入されることがある。本発明は、研磨工程において導入される加工起因欠陥を評価するものである。
【００２５】
本実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法においては、まず、鏡面加工された単結晶シリコンウェーハの表面に、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施す（ステップＳ１１）。ドライエッチングは、いわゆる反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching: RIE）を用いることが好ましく、エッチング速度比はＳｉＯ２に対してＳｉが１０倍程度大きい条件で行うことが好ましい。このような条件でドライエッチングを行うと、酸素析出物（ＳｉＯ２）からなる結晶欠陥がエッチングされずに、突起として顕在化する。その一方で、単結晶シリコンウェーハに含まれる加工起因欠陥がピットとして顕在化する。
【００２６】
図２はドライエッチングによって結晶欠陥が顕在化する様子を説明するための模式図であり、（ａ）はドライエッチング前の状態、（ｂ）はドライエッチング後の状態を示している。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、Ｃｚ法によって育成された単結晶シリコンウェーハ１０には、ＣＯＰなどのＳｉＯ２を含む結晶欠陥１１が含まれることがある。また、実際に顕在化していなくても、熱処理を行うことによって顕在化される酸素析出核が多数含まれている。これは、Ｃｚ法においては石英ルツボから溶融した酸素が単結晶内に過飽和に取り込まれるからである。このようなＳｉＯ２を含む結晶欠陥１１（又は未顕在の酸素析出核）が単結晶シリコンウェーハ１０の内部に含まれている場合、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを行うと、図２（ｂ）に示すようにＳｉＯ２を含む結晶欠陥１１（又は未顕在の酸素析出核）を頂点とした突起として表面に顕在化する。
【００２８】
図３はドライエッチングによって加工起因欠陥が顕在化する様子を説明するための模式図であり、（ａ）はドライエッチング前の状態、（ｂ）はドライエッチング後の状態を示している。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、研磨工程によって導入された加工起因欠陥１２は単結晶シリコンウェーハ１０の表面１０ａに形成される。しかしながら、加工起因欠陥１２は非常に微小であるため、この状態では検出困難なものも多数含まれる。このような加工起因欠陥１２が存在する単結晶シリコンウェーハ１０に対してＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを行うと、図３（ｂ）に示すように加工起因欠陥１２がピットとして表面に顕在化する。
【００３０】
ドライエッチングによって加工起因欠陥１２がピットとして顕在化する理由については必ずしも明らかではないが、加工起因欠陥１２が存在する箇所のＳｉは他の箇所のＳｉよりもエッチング速度が若干速くなるのが理由であると推測される。或いは、研磨時に単結晶シリコンウェーハ１０の裏面とキャリアプレートとの間に異物が混入した場合、異物によって押される箇所が強く研磨される結果、当該箇所に僅かなピットが形成されることがある。このようなメカニズムで形成されたピットがドライエッチングによって増幅され、検出可能なサイズに顕在化するのも理由の一つであると推測される。
【００３１】
このようなドライエッチング（ステップＳ１１）を行った後、パーティクルカウンタを用いて欠陥（Light Point Defect: LPD）の個数、個々のサイズ及び座標を測定する（ステップＳ１２）。パーティクルカウンタは、より高感度なレーザーパーティクルカウンタを用いることが好ましい。パーティクルカウンタによって検出された欠陥（ＬＰＤ）は、そのままでは突起であるのかピットであるのか判別が困難であるが、突起とピットでは光散乱特性が異なるため、その違いに基づいてピットと突起とを識別することが可能となる。
【００３２】
パーティクルカウンタによって評価される欠陥のサイズは、標準粒子（球状のポリスチレンラテックス）の直径と散乱光の強度との関係に基づき、校正された値である。例えば、図４に示すように、単結晶シリコンウェーハ１０の表面１０ａに対して光源２０から入射角θ０で光を照射した場合、反射角θ１の位置にある検出器２１で検出されるサイズと、反射角θ２（＞θ１）の位置にある検出器２２で検出されるサイズとは、標準粒子を測定した場合には同じ値になる。しかし、実際の欠陥は球形ではないので、反射角θ１の位置にある検出器２１から検出される欠陥のサイズと、反射角θ２（＞θ１）の位置にある検出器２２から検出される欠陥のサイズとは、同じ欠陥であっても異なるサイズとして検出される。具体的には、ドライエッチングによって形成される突起については反射角が大きいほど検出されるサイズが大きくなる傾向があり、逆に、ピットについては反射角が小さいほど検出されるサイズが大きくなる傾向がある。したがって、同じ欠陥を検出器２１，２２の両方から検出し、得られるサイズの比を算出すれば、当該欠陥が突起であるのかピットであるのか判別することが可能となる。つまり、反射角θ１の位置にある検出器２１から検出された欠陥サイズをＬ１とし、反射角θ２の位置にある検出器２２から検出された欠陥サイズをＬ２とした場合、Ｌ１／Ｌ２が所定のしきい値未満であれば突起であると判別することができ、Ｌ１／Ｌ２がしきい値以上であればピットであると判別することができる。実際にＬ１／Ｌ２の値をグラフ化すると、図５に示すように、あるしきい値を境として２つのボリュームゾーンが形成されることが多い。
【００３３】
しきい値となるＬ１／Ｌ２の具体的な値については使用する光学系によって異なる。このため、電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて突起かピットか予め判明している複数の欠陥に対してＬ１／Ｌ２の値を評価し、これに基づいてしきい値となるＬ１／Ｌ２の具体的な値を定めればよい。
【００３４】
以上の原理により、個々の欠陥についてＬ１／Ｌ２の値を評価すれば、単結晶シリコンウェーハ１０の表面１０ａに顕在化した結晶欠陥（突起）の数と、加工起因欠陥（ピット）の数を知ることが可能となる（ステップＳ１３）。但し、本発明において結晶欠陥（突起）の数を実際に計算することは必須でなく、少なくとも加工起因欠陥（ピット）の数が得られれば足りる。また、ドライエッチング（ステップＳ１１）中に発生する反応生成物がウェーハに付着して、その部分のエッチングを阻害することによっても突起が形成されることがあるが、これらも突起として検出されることから、加工起因欠陥の評価に与える影響はほとんどない。
【００３５】
以上が本実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法である。このように、本実施形態によれば、ドライエッチングによって加工起因欠陥を顕在化させていることから、従来の方法と比べて正確且つ簡単に加工起因欠陥の評価を行うことが可能となる。したがって、加工起因欠陥の原因である研磨工程の条件を得られた評価結果に基づいて見直せば、より高品質な単結晶シリコンウェーハを提供することが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、ドライエッチングにより顕在化したピットの検出方法として、パーティクルカウンタを用いた光散乱特性の違いを利用しているが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、ドライエッチングにより顕在化したピットの検出方法としては、他の方法、例えば、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡を用いても構わないし、ＳＥＭを用いても構わない。但し、レーザー顕微鏡を用いた方法では解像度が低いことから突起とピットの判別が必ずしも容易ではないという問題があり、しかも、非常に微小なピットについては認識できないおそれもある。一方、ＳＥＭを用いた方法では、突起とピットの判別は容易であるものの、一度に観測できるエリアが極めて狭いことから、ウェーハ全面を評価するためには膨大な時間を必要とする。これらの問題を考慮すれば、上記実施形態のように僅か数分間でウェーハ全面のＬＰＤを評価できるパーティクルカウンタを用い、光散乱特性の違いを利用してピットを検出することが最も好ましい。
【００３８】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００３９】
直径３００ｍｍ、厚み７７５μｍの単結晶シリコンウェーハを用意し、その表面に厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。エピタキシャル層には酸素が含まれていないので、ＳｉＯ２を含む欠陥は存在しない。また、エピタキシャル層の表面に研磨を施す前は、加工起因欠陥も存在しない。次に、上記エピタキシャルウェーハに対して研磨を行い、エピタキシャル層を０．５μｍ研磨除去し、サンプルＡ１とした。
【００４０】
次に、洗浄を行った後、ＫＬＡテンコール社製のレーザーパーティクルカウンターSP1-TBI（商品名）のDark Field Wide Oblique（ＤＷＯ）モードで６５ｎｍ以上のＬＰＤ（欠陥）の座標、サイズ、個数を評価した。同時に、Dark Field Narrow Oblique（ＤＮＯ）モードでもＬＰＤの座標、サイズ、個数を評価した。ＤＷＯモードは相対的に大きい反射角から検出を行うモードであり、ＤＮＯモードは相対的に小さい反射角から検出を行うモードである。評価の結果、検出されたＬＰＤ数は５０個であった。
【００４１】
次に、同じサンプルＡ１に対して、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを行った。エッチング雰囲気は、ＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｈｅ＋Ｏ２混合ガス雰囲気とし、エピタキシャル層を０．２μｍエッチングした。そして、洗浄を行った後、再びＤＷＯモード及びＤＮＯモードで６５ｎｍ以上のＬＰＤの座標、サイズ、個数を評価した。評価の結果、検出されたＬＰＤ数は１１８８個であった。
【００４２】
検出されたＬＰＤ数が増加したのは、ドライエッチングによって加工起因欠陥が顕在化したためであると考えられる。また、ドライエッチング中に生じた反応生成物が表面に付着し、エッチングのマスクとなって突起が形成されたことも原因の一つであると考えられる。
【００４３】
次に、ＤＮＯモードで得られたＬＰＤサイズとＤＷＯモードで得られたＬＰＤサイズとの比（＝ＤＮＯ／ＤＷＯ）を求め、ドライエッチングの前後についてヒストグラムを作成した。ドライエッチング前における結果を図６（ａ）に示し、ドライエッチング後における結果を図６（ｂ）に示す。
【００４４】
図６（ａ）に示すように、ドライエッチング前においてはサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が全て１．３未満であるのに対し、ドライエッチング後においてはサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上のＬＰＤが多数検出された。サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満のＬＰＤについてもドライエッチング前と比べて増大した。
【００４５】
次に、ＳＥＭを用いていくつかのＬＰＤの形状を実際に観察した。その結果、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満であるＬＰＤの９７％は突起であり、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上であるＬＰＤの９８％はピットであった。図７（ａ）はＳＥＭによって観察された突起の画像であり、図７（ｂ）はＳＥＭによって観察されたピットの画像である。図７（ａ），（ｂ）とも、図面の右側から電子線を照射していることから、右側が明るければ突起であり、逆に、左側が明るければピットであると判断することができる。
【００４６】
以上により、そのままの状態では顕在化されていない加工起因欠陥がドライエッチングによって顕在化することが確認された。そして、レーザーパーティクルカウンターで検出されたＬＰＤのサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）によって、加工起因欠陥をドライエッチングの反応生成物起因の突起と区別して評価できることが確認された。
【実施例２】
【００４７】
直径３００ｍｍ、厚み７７５μｍの単結晶シリコンウェーハを２枚用意し、その表面に結晶欠陥も加工起因欠陥もほとんど含まれていない厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。これら２枚のウェーハの一方をサンプルＢ１とした。次に、他方のウェーハに対して研磨を行い、エピタキシャル層を０．５μｍ研磨除去し、これをサンプルＢ２とした。
【００４８】
次に、サンプルＢ１，Ｂ２に対して、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡でＬＰＤ数を計測した。その結果、検出されたＬＰＤ数は、表１参考例に示すとおり、サンプルＢ１では１８個、サンプルＢ２では２５７個であった。
【００４９】
次に、サンプルＢ１，Ｂ２に対して、実施例１と同様の条件でドライエッチングを行った。そして、洗浄を行った後、実施例１と同様にＤＷＯモード及びＤＮＯモードで６５ｎｍ以上のＬＰＤの座標、サイズ、個数を評価した。評価の結果、検出されたＬＰＤ数は、表１に示すとおり、サンプルＢ１では２２５個、サンプルＢ２では１６４１個であった。
【００５０】
【表１】
【００５１】
ここで、サンプルＢ１に対しては研磨を行っていないことから、検出されたＬＰＤには、ドライエッチングの反応生成物起因の突起しか実質的に含まれないはずである。これに対し、サンプルＢ２に対しては研磨を行っていることから、検出されたＬＰＤには、加工起因欠陥及びドライエッチングの反応生成物起因の突起の２種類が含まれるはずである。したがって、サンプルＢ１から検出されたＬＰＤ数（２２５個）とサンプルＢ２から検出されたＬＰＤ数（１６４１個）との差は、加工起因欠陥によるものであると考えることができる。
【００５２】
本発明の方法では、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡よりも、検出されるＬＰＤ数がはるかに多く、感度が高いことが分かった。
【００５３】
次に、実施例１と同様にして、ＤＮＯモードで得られたＬＰＤサイズとＤＷＯモードで得られたＬＰＤサイズとの比（＝ＤＮＯ／ＤＷＯ）を求め、ヒストグラムを作成した。サンプルＢ１に対する結果を図８（ａ）に示し、サンプルＢ２に対する結果を図８（ｂ）に示す。
【００５４】
図８（ａ）に示すように、研磨を行っていないサンプルＢ１についてはサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が全て１．３未満であるのに対し、研磨を行ったサンプルＢ２についてはサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上のＬＰＤが多数検出された。
【００５５】
実施例１にて得た知見の通り、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満であるＬＰＤのほとんどはドライエッチングの反応生成物起因の突起であり、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上であるＬＰＤのほとんどは加工起因欠陥を示すピットである。したがって、研磨を行っていないサンプルＢ１においては、加工起因欠陥が実質的に検出されなかったのに対し、研磨を行ったサンプルＢ２においては、多数の加工起因欠陥が検出された。以上により、ドライエッチングの反応生成物起因の突起の影響をほとんど受けることなく、研磨によってどの程度の加工起因欠陥が導入されたのかを正しく評価できることが確認された。
【実施例３】
【００５６】
Ｃｚ法を用い、結晶の引上げ速度Ｖとシリコン単結晶内の成長方向における温度勾配Ｇの比を制御して、ＣＯＰも転位クラスターも含まない直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを育成した。次に、このシリコン単結晶インゴットをスライスし、面取り、ラッピング、エッチング及び研磨工程を行うことによって単結晶シリコンウェーハのサンプルＣ１を作製した。研磨工程における研磨条件は、実施例２と同じとした。サンプルＣ１には、エピタキシャル層がないので、表面にも内部にも微小な酸素析出物（結晶欠陥）が含まれており、研磨を施したのでウェーハ表面に加工起因欠陥も存在している。
【００５７】
次に、サンプルＣ１に対して、実施例１，２と同様の条件でドライエッチングを行った。そして、洗浄を行った後、実施例１，２と同様にＤＷＯモード及びＤＮＯモードで６５ｎｍ以上のＬＰＤの座標、サイズ、個数を評価した。そして、実施例１，２と同様にして、ＤＮＯモードで得られたＬＰＤサイズとＤＷＯモードで得られたＬＰＤサイズとの比（＝ＤＮＯ／ＤＷＯ）を求め、ヒストグラムを作成した。結果を図９に示す。
【００５８】
図９に示すように、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満の領域と、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上の領域にそれぞれボリュームゾーンが形成された。サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満のＬＰＤの中には、実施例１、２で述べたように、ドライエッチングの反応生成物起因の突起が数百個程度は含まれていると推測されるが、サンプルＣ１で検出されたサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満のＬＰＤの個数は、二桁以上多いので、サンプルＣ１で検出されたサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満のＬＰＤの大部分は、結晶欠陥、すなわち、微小な酸素析出物に起因した突起である。サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上のＬＰＤは研磨によって導入された加工起因欠陥である。また、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上である加工起因欠陥の分布は図８（ｂ）とほぼ同じであった。これは、実施例２と実施例３とで研磨条件が同じであるため、同じ量の加工起因欠陥が導入されたためであると考えられる。このように、微小な酸素析出物を含む単結晶シリコンウェーハであっても、加工起因欠陥を結晶欠陥と識別して評価できることが確認された。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 単結晶シリコンウェーハ
１０ａ 単結晶シリコンウェーハの表面
１１ ＳｉＯ２を含む結晶欠陥
１２ 加工起因欠陥
２０ 光源
２１，２２ 検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は単結晶シリコンウェーハの評価方法に関し、特に、ウェーハ加工工程において単結晶シリコンウェーハに生じる加工起因欠陥を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンウェーハの多くは、チョクラルスキー法（Ｃｚ法）によって育成された単結晶シリコンインゴットをスライスすることによって作製される。Ｃｚ法は、石英ルツボ内のシリコン融液に種結晶を浸漬し、回転させながら種結晶をゆっくりと引き上げることによって単結晶シリコンインゴットを育成する方法である。この方法で育成された単結晶シリコンインゴットには、石英ルツボから溶出した酸素が過飽和に取り込まれるため、結晶の冷却過程で微小な酸素析出物（ＳｉＯ２）が形成される。また、シリコン融液が結晶化する際に空孔も取り込まれ、結晶の冷却過程で凝集してＣＯＰと呼ばれる微小なボイドが形成される。ＣＯＰは空洞であるが、ＣＯＰ形成後の結晶の冷却過程でその内壁にシリコン酸化膜が形成されるため、ＣＯＰもＳｉＯ２を含む欠陥である。
【０００３】
単結晶シリコンウェーハには、このような結晶欠陥の他に、ウェーハ加工工程において導入される加工起因欠陥が含まれる。単結晶シリコンウェーハは、単結晶シリコンインゴットをスライスするスライス工程、ウェーハの外周部を面取りする面取り工程、ウェーハを平坦化するラッピング工程、機械的な加工歪みを除去するエッチング工程、表面を鏡面化する研磨工程、異物や洗浄液などを除去する洗浄工程などを経て完成し、半導体デバイスの基板として使用可能な単結晶シリコンウェーハとして出荷される。ウェーハ加工工程において生じる加工起因欠陥は非常に微小であり、検出することが難しい。また、結晶欠陥との識別も容易ではない。加工起因欠陥が常にデバイス不良を引き起こすわけではないが、より高品質な単結晶シリコンウェーハを製造するためには、加工起因欠陥を正確に評価し、これを研磨工程などにフィードバックすることによってより加工起因欠陥の少ないウェーハ加工工程を構築することが望ましい。
【０００４】
加工起因欠陥を評価する方法としては、特許文献１〜８に記載された方法が知られている。
【０００５】
特許文献１〜３には、ＳＣ−１と呼ばれる洗浄に用いられる液（アンモニア、過酸化水素及び水の混合液）を用いて加工起因欠陥を顕在化させ、これをパーティクルカウンタなどでカウントする方法が記載されている。しかしながら、この方法では、ＣＯＰなどの結晶欠陥及び加工起因欠陥がいずれもピットとして顕在化されることから、加工起因欠陥だけを抽出して評価することができないという問題がある。これに関し、特許文献１には、ウェーハ加工工程を経た単結晶シリコンウェーハに対し、ＨＦ洗浄及びＳＣ−１洗浄の前後において欠陥数を測定し、その差分を取る方法が開示されている。特許文献１には、前後の測定値の差分が加工起因欠陥であると記載されているが、実際には、ＨＦ洗浄及びＳＣ−１洗浄を行う前後においてパーティクルカウンタなどで検出される結晶欠陥の数も無視できない程度に増加することから、差分が加工起因欠陥であると単純に評価することはできない。しかも、欠陥数の測定を２回行う必要があることから、評価に時間がかかるという問題もある。
【０００６】
また、特許文献４，５には、実際に単結晶シリコンウェーハにＭＯＳキャパシタを作製し、絶縁破壊電界強度を測定する方法が記載されている。しかしながら、この方法は実際にＭＯＳキャパシタを作製する必要があることから工数が非常に多いばかりでなく、結晶欠陥と加工起因欠陥とを識別することが困難である。
【０００７】
さらに、特許文献６〜８には、光学的観察によって加工起因欠陥を検出する方法が記載されている。しかしながら、後述するように、特許文献６〜８に記載された方法では実際に加工起因欠陥を正しく検出することは困難である。
【０００８】
つまり、特許文献６には光散乱法によって各欠陥のサイズを検出し、検出されたサイズによって結晶欠陥であるか加工起因欠陥であるかを判定する方法が記載されている。しかしながら、結晶欠陥のサイズは結晶の育成条件によって大幅に変化するため、単に欠陥のサイズによって区別することは現実的でない。しかも、加工起因欠陥の中にはほとんど顕在化されていないものも含まれているため、単に光学的観察を行うだけでは、加工起因欠陥を検出することは実際には困難である。
【０００９】
また、特許文献７には、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡または暗視野顕微鏡によって、コロニー状の加工起因欠陥を検出する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、コロニー状に集合した加工起因欠陥しか検出することができず、その他の欠陥については結晶欠陥であるか加工起因欠陥であるかを判定することができない。
【００１０】
さらに、特許文献８には、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡を用いて各種欠陥の形状などを特定し、これによって欠陥の種類を特定する方法が記載されている。しかしながら、この方法では欠陥の種類を特定するのに膨大な時間がかかるという問題がある。また、ピット状の加工起因欠陥についてはＣＯＰとの区別が困難であるため、加工起因欠陥を正しく検出することができないという問題もある。さらに、上述の通り、加工起因欠陥の中には、ほとんど顕在化されていないものも含まれているため、このような加工起因欠陥については検出することができないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１４５０８８号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８２７１号公報
【特許文献３】特開２００８−１５３５３８号公報
【特許文献４】特開平１０−２０９２３８号公報
【特許文献５】特開２００５−２１６９９３号公報
【特許文献６】特開２０００−３１５７１４号公報
【特許文献７】特開２００２−７６０８２号公報
【特許文献８】特開２００６−４０９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、加工起因欠陥を評価する従来の方法では、結晶欠陥と加工起因欠陥とを識別することが困難であったり、顕在化されていない微小な加工起因欠陥を検出することができないという問題があった。
【００１３】
したがって、本発明は、加工起因欠陥をより高感度に検出することが可能な単結晶シリコンウェーハの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】
本発明による単結晶シリコンウェーハの評価方法は、鏡面加工された単結晶シリコンウェーハの表面に、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施すことにより加工起因欠陥をピットとして顕在化させる第１の工程と、ドライエッチングされた前記表面に存在するピットの個数を計測する第２の工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施していることから、結晶欠陥については突起（凸型の欠陥）として顕在化し、加工起因欠陥についてはピット（凹型の欠陥）として顕在化する。このため、ピットの個数を計測することにより、加工起因欠陥だけを正しく検出することが可能となる。
【００１６】
前記第２の工程においては、前記表面に存在する突起の個数をさらに計測することが好ましい。これによれば、結晶欠陥についても正しく検出することが可能となる。
【００１７】
前記第２の工程は、前記表面に光を照射した場合の光散乱特性の違いに基づいてピットと突起とを識別することが好ましい。これによれば、ピットと突起とを簡単且つ確実に識別することが可能となる。
【００１８】
前記第２の工程は、前記表面に対して所定の入射角で光を照射した場合に、第１の反射角から検出される各欠陥のサイズと、前記第１の反射角とは異なる第２の反射角から検出される各欠陥のサイズとの比に基づいて、ピットと突起とを識別することが好ましい。これによれば、個々の欠陥の実体を一つずつ観察しなくても、ピットと突起とを一括して識別することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明によれば、加工起因欠陥をより高感度に検出することが可能な単結晶シリコンウェーハの評価方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好ましい実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】ドライエッチングによって結晶欠陥が顕在化する様子を説明するための模式図であり、（ａ）はドライエッチング前の状態、（ｂ）はドライエッチング後の状態を示している。
【図３】ドライエッチングによって加工起因欠陥が顕在化する様子を説明するための模式図であり、（ａ）はドライエッチング前の状態、（ｂ）はドライエッチング後の状態を示している。
【図４】パーティクルカウンタの模式図である。
【図５】欠陥サイズの比Ｌ１／Ｌ２の分布の一例を示すグラフである。
【図６】実施例１の結果を示すグラフであり、（ａ）はドライエッチング前における結果、（ｂ）はドライエッチング後における結果を示している。
【図７】（ａ）はＳＥＭによって観察された突起の画像であり、（ｂ）はＳＥＭによって観察されたピットの画像である。
【図８】実施例２の結果を示すグラフであり、（ａ）はサンプルＢ１に対する結果、（ｂ）はサンプルＢ２に対する結果を示している。
【図９】実施例３の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の好ましい実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法を説明するためのフローチャートである。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法は、結晶育成工程（ステップＳ１）及びウェーハ加工工程（ステップＳ２）を経て作製された単結晶シリコンウェーハに対して行われる。結晶育成工程（ステップＳ１）については特に限定されず、Ｃｚ法やフローティングゾーン法（Ｆｚ法）を用いることができる。ウェーハ加工工程（ステップＳ２）は、単結晶シリコンインゴットをスライスするスライス工程、ウェーハの外周部を面取りする面取り工程、ウェーハを平坦化するラッピング工程、機械的な加工歪みを除去するエッチング工程、表面を鏡面加工する研磨工程、異物や洗浄液などを除去する洗浄工程を少なくとも含む。
【００２４】
ウェーハ加工工程（ステップＳ２）においては、エッチング工程によって加工歪みがほぼ取り除かれ、研磨工程によって表面の凹凸が除去される。しかしながら、研磨工程において新たな加工起因欠陥が導入されることがある。本発明は、研磨工程において導入される加工起因欠陥を評価するものである。
【００２５】
本実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法においては、まず、鏡面加工された単結晶シリコンウェーハの表面に、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施す（ステップＳ１１）。ドライエッチングは、いわゆる反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching: RIE）を用いることが好ましく、エッチング速度比はＳｉＯ２に対してＳｉが１０倍程度大きい条件で行うことが好ましい。このような条件でドライエッチングを行うと、酸素析出物（ＳｉＯ２）からなる結晶欠陥がエッチングされずに、突起として顕在化する。その一方で、単結晶シリコンウェーハに含まれる加工起因欠陥がピットとして顕在化する。
【００２６】
図２はドライエッチングによって結晶欠陥が顕在化する様子を説明するための模式図であり、（ａ）はドライエッチング前の状態、（ｂ）はドライエッチング後の状態を示している。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、Ｃｚ法によって育成された単結晶シリコンウェーハ１０には、ＣＯＰなどのＳｉＯ２を含む結晶欠陥１１が含まれることがある。また、実際に顕在化していなくても、熱処理を行うことによって顕在化される酸素析出核が多数含まれている。これは、Ｃｚ法においては石英ルツボから溶融した酸素が単結晶内に過飽和に取り込まれるからである。このようなＳｉＯ２を含む結晶欠陥１１（又は未顕在の酸素析出核）が単結晶シリコンウェーハ１０の内部に含まれている場合、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを行うと、図２（ｂ）に示すようにＳｉＯ２を含む結晶欠陥１１（又は未顕在の酸素析出核）を頂点とした突起として表面に顕在化する。
【００２８】
図３はドライエッチングによって加工起因欠陥が顕在化する様子を説明するための模式図であり、（ａ）はドライエッチング前の状態、（ｂ）はドライエッチング後の状態を示している。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、研磨工程によって導入された加工起因欠陥１２は単結晶シリコンウェーハ１０の表面１０ａに形成される。しかしながら、加工起因欠陥１２は非常に微小であるため、この状態では検出困難なものも多数含まれる。このような加工起因欠陥１２が存在する単結晶シリコンウェーハ１０に対してＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを行うと、図３（ｂ）に示すように加工起因欠陥１２がピットとして表面に顕在化する。
【００３０】
ドライエッチングによって加工起因欠陥１２がピットとして顕在化する理由については必ずしも明らかではないが、加工起因欠陥１２が存在する箇所のＳｉは他の箇所のＳｉよりもエッチング速度が若干速くなるのが理由であると推測される。或いは、研磨時に単結晶シリコンウェーハ１０の裏面とキャリアプレートとの間に異物が混入した場合、異物によって押される箇所が強く研磨される結果、当該箇所に僅かなピットが形成されることがある。このようなメカニズムで形成されたピットがドライエッチングによって増幅され、検出可能なサイズに顕在化するのも理由の一つであると推測される。
【００３１】
このようなドライエッチング（ステップＳ１１）を行った後、パーティクルカウンタを用いて欠陥（Light Point Defect: LPD）の個数、個々のサイズ及び座標を測定する（ステップＳ１２）。パーティクルカウンタは、より高感度なレーザーパーティクルカウンタを用いることが好ましい。パーティクルカウンタによって検出された欠陥（ＬＰＤ）は、そのままでは突起であるのかピットであるのか判別が困難であるが、突起とピットでは光散乱特性が異なるため、その違いに基づいてピットと突起とを識別することが可能となる。
【００３２】
パーティクルカウンタによって評価される欠陥のサイズは、標準粒子（球状のポリスチレンラテックス）の直径と散乱光の強度との関係に基づき、校正された値である。例えば、図４に示すように、単結晶シリコンウェーハ１０の表面１０ａに対して光源２０から入射角θ０で光を照射した場合、反射角θ１の位置にある検出器２１で検出されるサイズと、反射角θ２（＞θ１）の位置にある検出器２２で検出されるサイズとは、標準粒子を測定した場合には同じ値になる。しかし、実際の欠陥は球形ではないので、反射角θ１の位置にある検出器２１から検出される欠陥のサイズと、反射角θ２（＞θ１）の位置にある検出器２２から検出される欠陥のサイズとは、同じ欠陥であっても異なるサイズとして検出される。具体的には、ドライエッチングによって形成される突起については反射角が大きいほど検出されるサイズが大きくなる傾向があり、逆に、ピットについては反射角が小さいほど検出されるサイズが大きくなる傾向がある。したがって、同じ欠陥を検出器２１，２２の両方から検出し、得られるサイズの比を算出すれば、当該欠陥が突起であるのかピットであるのか判別することが可能となる。つまり、反射角θ１の位置にある検出器２１から検出された欠陥サイズをＬ１とし、反射角θ２の位置にある検出器２２から検出された欠陥サイズをＬ２とした場合、Ｌ１／Ｌ２が所定のしきい値未満であれば突起であると判別することができ、Ｌ１／Ｌ２がしきい値以上であればピットであると判別することができる。実際にＬ１／Ｌ２の値をグラフ化すると、図５に示すように、あるしきい値を境として２つのボリュームゾーンが形成されることが多い。
【００３３】
しきい値となるＬ１／Ｌ２の具体的な値については使用する光学系によって異なる。このため、電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて突起かピットか予め判明している複数の欠陥に対してＬ１／Ｌ２の値を評価し、これに基づいてしきい値となるＬ１／Ｌ２の具体的な値を定めればよい。
【００３４】
以上の原理により、個々の欠陥についてＬ１／Ｌ２の値を評価すれば、単結晶シリコンウェーハ１０の表面１０ａに顕在化した結晶欠陥（突起）の数と、加工起因欠陥（ピット）の数を知ることが可能となる（ステップＳ１３）。但し、本発明において結晶欠陥（突起）の数を実際に計算することは必須でなく、少なくとも加工起因欠陥（ピット）の数が得られれば足りる。また、ドライエッチング（ステップＳ１１）中に発生する反応生成物がウェーハに付着して、その部分のエッチングを阻害することによっても突起が形成されることがあるが、これらも突起として検出されることから、加工起因欠陥の評価に与える影響はほとんどない。
【００３５】
以上が本実施形態による単結晶シリコンウェーハの評価方法である。このように、本実施形態によれば、ドライエッチングによって加工起因欠陥を顕在化させていることから、従来の方法と比べて正確且つ簡単に加工起因欠陥の評価を行うことが可能となる。したがって、加工起因欠陥の原因である研磨工程の条件を得られた評価結果に基づいて見直せば、より高品質な単結晶シリコンウェーハを提供することが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、ドライエッチングにより顕在化したピットの検出方法として、パーティクルカウンタを用いた光散乱特性の違いを利用しているが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、ドライエッチングにより顕在化したピットの検出方法としては、他の方法、例えば、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡を用いても構わないし、ＳＥＭを用いても構わない。但し、レーザー顕微鏡を用いた方法では解像度が低いことから突起とピットの判別が必ずしも容易ではないという問題があり、しかも、非常に微小なピットについては認識できないおそれもある。一方、ＳＥＭを用いた方法では、突起とピットの判別は容易であるものの、一度に観測できるエリアが極めて狭いことから、ウェーハ全面を評価するためには膨大な時間を必要とする。これらの問題を考慮すれば、上記実施形態のように僅か数分間でウェーハ全面のＬＰＤを評価できるパーティクルカウンタを用い、光散乱特性の違いを利用してピットを検出することが最も好ましい。
【００３８】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００３９】
直径３００ｍｍ、厚み７７５μｍの単結晶シリコンウェーハを用意し、その表面に厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。エピタキシャル層には酸素が含まれていないので、ＳｉＯ２を含む欠陥は存在しない。また、エピタキシャル層の表面に研磨を施す前は、加工起因欠陥も存在しない。次に、上記エピタキシャルウェーハに対して研磨を行い、エピタキシャル層を０．５μｍ研磨除去し、サンプルＡ１とした。
【００４０】
次に、洗浄を行った後、ＫＬＡテンコール社製のレーザーパーティクルカウンターSP1-TBI（商品名）のDark Field Wide Oblique（ＤＷＯ）モードで６５ｎｍ以上のＬＰＤ（欠陥）の座標、サイズ、個数を評価した。同時に、Dark Field Narrow Oblique（ＤＮＯ）モードでもＬＰＤの座標、サイズ、個数を評価した。ＤＷＯモードは相対的に大きい反射角から検出を行うモードであり、ＤＮＯモードは相対的に小さい反射角から検出を行うモードである。評価の結果、検出されたＬＰＤ数は５０個であった。
【００４１】
次に、同じサンプルＡ１に対して、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを行った。エッチング雰囲気は、ＨＢｒ／Ｃｌ２／Ｈｅ＋Ｏ２混合ガス雰囲気とし、エピタキシャル層を０．２μｍエッチングした。そして、洗浄を行った後、再びＤＷＯモード及びＤＮＯモードで６５ｎｍ以上のＬＰＤの座標、サイズ、個数を評価した。評価の結果、検出されたＬＰＤ数は１１８８個であった。
【００４２】
検出されたＬＰＤ数が増加したのは、ドライエッチングによって加工起因欠陥が顕在化したためであると考えられる。また、ドライエッチング中に生じた反応生成物が表面に付着し、エッチングのマスクとなって突起が形成されたことも原因の一つであると考えられる。
【００４３】
次に、ＤＮＯモードで得られたＬＰＤサイズとＤＷＯモードで得られたＬＰＤサイズとの比（＝ＤＮＯ／ＤＷＯ）を求め、ドライエッチングの前後についてヒストグラムを作成した。ドライエッチング前における結果を図６（ａ）に示し、ドライエッチング後における結果を図６（ｂ）に示す。
【００４４】
図６（ａ）に示すように、ドライエッチング前においてはサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が全て１．３未満であるのに対し、ドライエッチング後においてはサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上のＬＰＤが多数検出された。サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満のＬＰＤについてもドライエッチング前と比べて増大した。
【００４５】
次に、ＳＥＭを用いていくつかのＬＰＤの形状を実際に観察した。その結果、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満であるＬＰＤの９７％は突起であり、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上であるＬＰＤの９８％はピットであった。図７（ａ）はＳＥＭによって観察された突起の画像であり、図７（ｂ）はＳＥＭによって観察されたピットの画像である。図７（ａ），（ｂ）とも、図面の右側から電子線を照射していることから、右側が明るければ突起であり、逆に、左側が明るければピットであると判断することができる。
【００４６】
以上により、そのままの状態では顕在化されていない加工起因欠陥がドライエッチングによって顕在化することが確認された。そして、レーザーパーティクルカウンターで検出されたＬＰＤのサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）によって、加工起因欠陥をドライエッチングの反応生成物起因の突起と区別して評価できることが確認された。
【実施例２】
【００４７】
直径３００ｍｍ、厚み７７５μｍの単結晶シリコンウェーハを２枚用意し、その表面に結晶欠陥も加工起因欠陥もほとんど含まれていない厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。これら２枚のウェーハの一方をサンプルＢ１とした。次に、他方のウェーハに対して研磨を行い、エピタキシャル層を０．５μｍ研磨除去し、これをサンプルＢ２とした。
【００４８】
次に、サンプルＢ１，Ｂ２に対して、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡でＬＰＤ数を計測した。その結果、検出されたＬＰＤ数は、表１参考例に示すとおり、サンプルＢ１では１８個、サンプルＢ２では２５７個であった。
【００４９】
次に、サンプルＢ１，Ｂ２に対して、実施例１と同様の条件でドライエッチングを行った。そして、洗浄を行った後、実施例１と同様にＤＷＯモード及びＤＮＯモードで６５ｎｍ以上のＬＰＤの座標、サイズ、個数を評価した。評価の結果、検出されたＬＰＤ数は、表１に示すとおり、サンプルＢ１では２２５個、サンプルＢ２では１６４１個であった。
【００５０】
【表１】
【００５１】
ここで、サンプルＢ１に対しては研磨を行っていないことから、検出されたＬＰＤには、ドライエッチングの反応生成物起因の突起しか実質的に含まれないはずである。これに対し、サンプルＢ２に対しては研磨を行っていることから、検出されたＬＰＤには、加工起因欠陥及びドライエッチングの反応生成物起因の突起の２種類が含まれるはずである。したがって、サンプルＢ１から検出されたＬＰＤ数（２２５個）とサンプルＢ２から検出されたＬＰＤ数（１６４１個）との差は、加工起因欠陥によるものであると考えることができる。
【００５２】
本発明の方法では、コンフォーカル光学系によるレーザー顕微鏡よりも、検出されるＬＰＤ数がはるかに多く、感度が高いことが分かった。
【００５３】
次に、実施例１と同様にして、ＤＮＯモードで得られたＬＰＤサイズとＤＷＯモードで得られたＬＰＤサイズとの比（＝ＤＮＯ／ＤＷＯ）を求め、ヒストグラムを作成した。サンプルＢ１に対する結果を図８（ａ）に示し、サンプルＢ２に対する結果を図８（ｂ）に示す。
【００５４】
図８（ａ）に示すように、研磨を行っていないサンプルＢ１についてはサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が全て１．３未満であるのに対し、研磨を行ったサンプルＢ２についてはサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上のＬＰＤが多数検出された。
【００５５】
実施例１にて得た知見の通り、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満であるＬＰＤのほとんどはドライエッチングの反応生成物起因の突起であり、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上であるＬＰＤのほとんどは加工起因欠陥を示すピットである。したがって、研磨を行っていないサンプルＢ１においては、加工起因欠陥が実質的に検出されなかったのに対し、研磨を行ったサンプルＢ２においては、多数の加工起因欠陥が検出された。以上により、ドライエッチングの反応生成物起因の突起の影響をほとんど受けることなく、研磨によってどの程度の加工起因欠陥が導入されたのかを正しく評価できることが確認された。
【実施例３】
【００５６】
Ｃｚ法を用い、結晶の引上げ速度Ｖとシリコン単結晶内の成長方向における温度勾配Ｇの比を制御して、ＣＯＰも転位クラスターも含まない直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを育成した。次に、このシリコン単結晶インゴットをスライスし、面取り、ラッピング、エッチング及び研磨工程を行うことによって単結晶シリコンウェーハのサンプルＣ１を作製した。研磨工程における研磨条件は、実施例２と同じとした。サンプルＣ１には、エピタキシャル層がないので、表面にも内部にも微小な酸素析出物（結晶欠陥）が含まれており、研磨を施したのでウェーハ表面に加工起因欠陥も存在している。
【００５７】
次に、サンプルＣ１に対して、実施例１，２と同様の条件でドライエッチングを行った。そして、洗浄を行った後、実施例１，２と同様にＤＷＯモード及びＤＮＯモードで６５ｎｍ以上のＬＰＤの座標、サイズ、個数を評価した。そして、実施例１，２と同様にして、ＤＮＯモードで得られたＬＰＤサイズとＤＷＯモードで得られたＬＰＤサイズとの比（＝ＤＮＯ／ＤＷＯ）を求め、ヒストグラムを作成した。結果を図９に示す。
【００５８】
図９に示すように、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満の領域と、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上の領域にそれぞれボリュームゾーンが形成された。サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満のＬＰＤの中には、実施例１、２で述べたように、ドライエッチングの反応生成物起因の突起が数百個程度は含まれていると推測されるが、サンプルＣ１で検出されたサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満のＬＰＤの個数は、二桁以上多いので、サンプルＣ１で検出されたサイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３未満のＬＰＤの大部分は、結晶欠陥、すなわち、微小な酸素析出物に起因した突起である。サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上のＬＰＤは研磨によって導入された加工起因欠陥である。また、サイズ比（ＤＮＯ／ＤＷＯ）が１．３以上である加工起因欠陥の分布は図８（ｂ）とほぼ同じであった。これは、実施例２と実施例３とで研磨条件が同じであるため、同じ量の加工起因欠陥が導入されたためであると考えられる。このように、微小な酸素析出物を含む単結晶シリコンウェーハであっても、加工起因欠陥を結晶欠陥と識別して評価できることが確認された。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 単結晶シリコンウェーハ
１０ａ 単結晶シリコンウェーハの表面
１１ ＳｉＯ２を含む結晶欠陥
１２ 加工起因欠陥
２０ 光源
２１，２２ 検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面加工された単結晶シリコンウェーハの表面に、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施すことにより加工起因欠陥をピットとして顕在化させる第１の工程と、
ドライエッチングされた前記表面に存在するピットの個数を計測する第２の工程と、を備えることを特徴とする単結晶シリコンウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記第２の工程においては、前記表面に存在する突起の個数をさらに計測することを特徴とする請求項１に記載の単結晶シリコンウェーハの評価方法。
【請求項３】
前記第２の工程は、前記表面に光を照射した場合の光散乱特性の違いに基づいてピットと突起とを識別することを特徴とする請求項１又は２に記載の単結晶シリコンウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記第２の工程は、前記表面に対して所定の入射角で光を照射した場合に、第１の反射角から検出される各欠陥のサイズと、前記第１の反射角とは異なる第２の反射角から検出される各欠陥のサイズとの比に基づいて、ピットと突起とを識別することを特徴とする請求項３に記載の単結晶シリコンウェーハの評価方法。
【請求項１】
鏡面加工された単結晶シリコンウェーハの表面に、ＳｉＯ２よりもＳｉのエッチング速度が大きい条件でドライエッチングを施すことにより加工起因欠陥をピットとして顕在化させる第１の工程と、
ドライエッチングされた前記表面に存在するピットの個数を計測する第２の工程と、を備えることを特徴とする単結晶シリコンウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記第２の工程においては、前記表面に存在する突起の個数をさらに計測することを特徴とする請求項１に記載の単結晶シリコンウェーハの評価方法。
【請求項３】
前記第２の工程は、前記表面に光を照射した場合の光散乱特性の違いに基づいてピットと突起とを識別することを特徴とする請求項１又は２に記載の単結晶シリコンウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記第２の工程は、前記表面に対して所定の入射角で光を照射した場合に、第１の反射角から検出される各欠陥のサイズと、前記第１の反射角とは異なる第２の反射角から検出される各欠陥のサイズとの比に基づいて、ピットと突起とを識別することを特徴とする請求項３に記載の単結晶シリコンウェーハの評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２４９４７９（Ｐ２０１１−２４９４７９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１９７３７（Ｐ２０１０−１１９７３７）
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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