(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハに形成されたノッチ形状を検査する方法であって、前記ウエーハを垂直に保持し、接触式の形状測定手段を用いて前記ウエーハの外周をスキャンしてノッチの輪郭形状を評価することを特徴とするノッチ検査方法。
【請求項２】
前記ウエーハを、インゴットより切り出されたスラブとすることを特徴とする請求項１に記載したノッチ検査方法。
【請求項３】
前記ウエーハの厚さを、５００μｍ以上３ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載したノッチ検査方法。
【請求項４】
ウエーハに形成されたノッチ形状を検査する装置であって、少なくとも前記ウエーハを縦置きにする保持手段と、前記ウエーハの外周をスキャンする接触式の形状測定手段と該測定手段で得られたノッチの輪郭形状を出力する出力手段とを有することを特徴とするノッチ検査装置。
【請求項５】
前記ウエーハを縦置きにする保持手段が、該ウエーハを二枚の保持板で垂直に挟持し固定するものであって、一方の保持板を固定式とし、他方の保持板を移動式としてロック手段を設けて成ることを特徴とする請求項４に記載したノッチ検査装置。
【請求項６】
前記接触式の形状測定手段が、触針式の輪郭形状測定機であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載したノッチ検査装置。
【請求項７】
前記ノッチ形状出力手段が、データ解析手段を有するコンピュータであることを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載したノッチ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハに形成されたノッチの検査方法およびノッチの検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハには、結晶方位や伝導型の判別及び位置合わせ等を容易にするためオリフラ（オリエンテーションフラット）が形成されている。これはインゴットおよびウエーハの外周に設けられたフラットな面である。またオリフラと同様に結晶方位の判別やウエーハの整列等を容易にするため、インゴットおよびウエーハの外周にノッチと言われる切り欠きを形成することもある。特に近年の大口径化に伴う直径３００ｍｍ以上の結晶ではオリフラの占める面積が大きくなるため、ノッチが主流となっている。
【０００３】
このノッチは、単結晶の特定方位に沿って形成することが必要であり、通常、インゴットの段階で形成する。すなわち、単結晶をチョクラルスキー法等で製造し、引上げられた単結晶インゴットの外周を直径等を揃えるため円筒研削し、その後研削等によりノッチを形成するのが一般的である。
【０００４】
このインゴットの段階でのノッチ形状は中間的形状である。つまり、ノッチの最終形状はスライス後のウエーハの面取り工程で形成される。従って、円筒研削後のノッチ形状はそれほど精密に加工または検査される必要がなかった。しかし、最終的なノッチ形状を形成するための面取り工程におけるスループット（単位時間内に処理可能な基板の数量）や砥石の磨耗、また最終形状のバラツキ等を制御する意味では円筒研削後の中間形状としてのノッチ形状は重要なものとなる。特に面粗度は面取り工程のスループットに大きく影響し、またノッチ深さ等は面取り加工では修正できない項目である。
【０００５】
一般にノッチの測定項目には、深さ、角度、先端Ｒ、対称性、面粗度の５項目がある。その評価方法としては、インゴットをインゴット保持台に載せ、接触式の形状測定手段を用いて検査したり、あるいはウエーハ状のサンプルであれば、投影法によりノッチ部分を拡大投影して評価する方法等がある。
【０００６】
ここで、図４は、インゴットに形成されたノッチを検査するノッチ検査装置の一例を示す説明図である。
図４のノッチ検査装置２０は、インゴットＧに形成されたノッチ５の形状を検査する装置であって、インゴットＧをノッチ５を上にしてＶ字型保持台１１に載置する。次いで触針式輪郭形状測定機２の触針４で結晶軸と直角の方向からインゴットＧの外周とノッチ５の輪郭をスキャンし、Ｘ軸、Ｚ軸の座標をＸ軸・Ｚ軸検出器３で検出し、座標データをコンピュータ（不図示）に送って、解析ソフトでノッチ５に関する５項目（深さ、角度、先端Ｒ、対称性、面粗度）の解析データを算出し、ノッチ形状をＣＲＴあるいはプリンタに出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年の大口径化に伴い、インゴットの状態でノッチ検査を行なう場合、高重量インゴットを扱うことになりノッチを検査する作業者に対して大変な負担増となっている。例えば、上記した図４に示したようなＶ字型の保持台上にインゴットを載せて検査する場合、比較的小口径（例えば直径２００ｍｍ以下）のインゴットであれば保持台の上に載せることは可能であるが、直径３００ｍｍ以上のインゴットでは、高重量のため作業者が直接持ち上げたり移動したりすることができず、非常な危険を伴う。そのため、大口径インゴットの取扱いには従来のノッチ検査装置にインゴットをセットするためのハンドリング装置等の大掛かりな装置が必要になっている。
【０００８】
一方、上記したようにノッチの測定項目には、深さ、角度、先端Ｒ、対称性、面粗度の５項目がある。
インゴットのノッチ測定では、インゴットがブロック状であるので投影法は用いられない。ウエーハ状の検査サンプルであれば投影法でも可能であるが、面粗さ（面粗度）に関しては投影法では評価することができない。しかしこのノッチ部の面粗さについても生産性の観点から重要な因子となりつつあり、測定項目から除外することはできない。
【０００９】
また、前述のようにインゴット段階のノッチ形状の検査はあくまで中間的検査であるので、作業がなるべく簡便であることが重要である。つまり面粗度を含めた上記５項目を一つの検査装置で測定することが作業効率の面で好ましく、強く要望されている。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、インゴットの大口径化、高重量化に伴う取扱い上の煩雑さ、危険性の増大、新たな取扱い設備投資を回避して、精度良く簡便にノッチ形状に要求される品質（深さ、角度、先端Ｒ、対称性、面粗度）を評価する方法および検査装置を提供することを主たる目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウエーハのノッチ検査方法に関する発明は、半導体ウエーハに形成されたノッチ形状を検査する方法であって、前記ウエーハを垂直に保持し、接触式の形状測定手段を用いて前記ウエーハの外周をスキャンしてノッチの輪郭形状を評価することを特徴としている（請求項１）。
【００１２】
このように、ウエーハを垂直に保持し、接触式の形状測定手段を用いてノッチ形状を評価すれば、従来ウエーハ状の検査サンプルは投影法により評価するのが一般的であり、面粗度の評価はできなかったにも拘らず、ウエーハ状の検査サンプルでも面粗度の評価が行なえると共に他の品質項目についても同時に評価でき、１種の検査装置でノッチ形状品質項目の全てを容易に正確に評価することができる。
【００１３】
この場合、ウエーハをインゴットより切り出されたスラブとすることができる（請求項２）。
このようにインゴットのままノッチ形状を評価するのではなく、一旦、インゴットより検査用にやや厚めのウエーハ（スラブ）を切り出し、このスラブのノッチ形状を本発明により評価するようにすれば、高重量のインゴットを取扱う必要がなくなり、検査作業者の負担が軽減され、ハンドリング装置も不要となり、簡単に効率的に大口径インゴットのノッチ検査を行うことができる。
【００１４】
さらにこの場合、ウエーハの厚さを、５００μｍ以上３ｍｍ以下とすることができる（請求項３）。
これは、あまり被検査サンプルの厚さが薄過ぎるとノッチ形状をスキャンする際にウエーハ外周から形状測定手段の触針が外れてしまうことがあるからである。また厚過ぎるとインゴットから切り出すためロスが大きくなる。またインゴットを扱うよりは軽量のため遥かに取扱い易いが、あまりに厚いとウエーハの重量が増え取扱い難くなる。従って、５００μｍ以上３ｍｍ以下とするのがよい。
【００１５】
本発明の半導体ウエーハのノッチ検査装置に関する発明は、ウエーハに形成されたノッチ形状を検査する装置であって、少なくともウエーハを縦置きにする保持手段と、前記ウエーハの外周をスキャンする接触式の形状測定手段と該測定手段で得られたノッチの輪郭形状を出力する出力手段とを有することを特徴としている（請求項４）。
【００１６】
このようにノッチ検査装置を構成すれば、ウエーハに形成されたノッチ形状、特にはインゴットより切り出されたスラブに形成されたノッチ形状を容易に正確に検査し、評価データを出力することができる装置となる。従って、高重量のインゴットを取扱う必要はなく、装置は小型のままでノッチを評価することができる。
【００１７】
この場合、ウエーハを縦置きにする保持手段が、該ウエーハを二枚の保持板で垂直に挟持し固定するものであって、一方の保持板を固定式とし、他方の保持板を移動式としてロック手段を設けて成るものとすることができる（請求項５）。
このようにすれば、ウエーハを確実に正確に垂直に保持することができるので、ウエーハ外周のノッチ形状を正確にスキャンすることができ、高精度の解析データを得ることができる。また、厚さの異なるウエーハでも取扱うことができ、さらに形状測定手段の触針の移動に対するズレを小さくすることができる。
【００１８】
またこの場合、接触式の形状測定手段が、触針式の輪郭形状測定機であることが望ましい（請求項６）。
触針式の輪郭形状測定機は、Ｘ軸、Ｚ軸の座標変動を測定する装置で、一定速度でＸ軸側にスキャンし、Ｚ軸の座標変化を評価する装置であり、取扱いが簡便で精度良く評価できる測定装置である。
【００１９】
さらにこの場合、ノッチ形状出力手段が、データ解析手段を有するコンピュータであることが望ましい（請求項７）。
ノッチ形状の品質項目は、現状で５項目（深さ、角度、先端Ｒ、対称性、面粗度）あり、これらをコンピュータにより瞬時に解析、算出、評価して出力するようにすれば、極めて効率的であり、かつ便利である。
【００２０】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明者等は、インゴットの大口径化、高重量化に伴う取扱い上の煩雑さ、危険性の増大、新たな取扱い設備投資等を回避して、精度良く簡便にノッチ形状に要求される品質（深さ、角度、先端Ｒ、対称性、面粗度等）を評価するには、ウエーハ状態で検査すればよいことを見出し、諸条件を精査して本発明を完成させたものである。
【００２１】
本発明のノッチ検査方法は、半導体ウエーハに形成されたノッチ形状を検査する方法であって、ウエーハを垂直に保持し、接触式の形状測定手段を用いてノッチ形状を評価するというものである。
【００２２】
従来ウエーハ状の検査サンプルのノッチは、投影法により評価されており、この方法では面粗度の評価はできなかった。これに対して本発明のように、ウエーハを垂直に保持し、接触式の形状測定手段を用いてウエーハの外周に形成されたノッチ形状を評価すれば、ウエーハ状の検査サンプルでも面粗度の評価が行なえると共に他の品質項目についても同時に評価することができる。こうして１種の検査装置でウエーハのノッチ形状品質の全てを容易に正確に評価することができるようになった。
【００２３】
ここで、ノッチ検査を行うウエーハをインゴットより切り出されたスラブとすれば、軽量であるから、従来のように高重量のインゴットを取扱う必要がなくなり、検査作業者の負担が軽減され、大型のインゴットハンドリング装置も不要となり、簡便に効率的にノッチ検査作業を進めることができる。すなわち、インゴットのノッチ形状検査をノッチが形成されたインゴットからやや厚めのウエーハ（スラブ）を切り出し、このスラブを用いることによって簡便かつ効率的に行うことができる。
【００２４】
この場合、被検査ウエーハの厚さを、５００μｍ以上３ｍｍ以下とするのがよい。
これは、被検査サンプルの厚さが例えば５００μｍ未満と薄過ぎる場合には、ノッチ形状をスキャンする際にウエーハ外周から形状測定手段の触針が外れてしまうことがある。通常、直径３００ｍｍのシリコン鏡面ウエーハの厚さの規格は０．８ｍｍ前後であるから、５００μｍ以上の厚さのウエーハのノッチ形状の検査ができれば十分であるといえる。一方、３ｍｍを超えて厚過ぎるとインゴットから切り出すための結晶のロスにつながる。またインゴットを扱うよりは遥かに軽量で取扱い易いが、余りに厚いとウエーハの重量がかさみ、ウエーハのハンドリングが難しくなる。従って、５００μｍ以上３ｍｍ以下とすれば触針脱線等の測定ミスの発生は殆どなくなり、サンプルの取扱も容易となる。
【００２５】
また、ノッチ検査のため切り出したスラブは、ノッチ検査とは別な項目の検査にも使用することができる。例えば、結晶方位に関しては、ノッチ測定を終えたスラブをそのままＸ線測定に回すことにより効率的に検査することができる。このようにすればＸ線測定においても重い直径３００ｍｍの結晶を取扱う必要がなくなる利点がある。
【００２６】
その他、結晶の中の酸素濃度や抵抗率等、結晶起因の特性についても、このスラブを用い、これに若干の加工を加えるだけで検査することができ、検査に伴う結晶のロスを極力抑えることができる。
【００２７】
尚、被検査ウエーハは、円板形状である場合に限られず、半円形状に分割して評価しても良い。本発明のノッチ検査装置では半円形状のウエーハでも評価することができる。このような場合、残りの半円形状のウエーハは別な検査項目の検査に回すことができ、ウエーハの種々の検査を効率的に進めることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、図１は、本発明のノッチ検査装置の一例を示す説明図である。
【００２９】
図１のノッチ検査装置１は、ウエーハＷに形成されたノッチ５の形状を検査する装置であって、少なくともウエーハを縦置きにする保持手段７と接触式の形状測定手段（触針式輪郭形状測定機２）と測定手段で得られたノッチ形状を出力する出力手段（コンピュータ６）とを有するものである。
【００３０】
そして、ウエーハＷを縦置きにする保持手段７は、図２に詳細を示したように、ウエーハＷを二枚の保持板で垂直に挟持し固定するものであって、一方を固定式保持板８とし、他方を移動式保持板９とし、これにロック手段を設けてロック用ハンドル１０で締め付けウエーハＷを垂直に確実に固定するようになっている。固定式保持板８は、触針式輪郭形状測定機２の触針４の移動方向と平行に配置されている。また、移動式保持板９は任意の位置でロックすることができるので種々の厚さのウエーハを保持し評価することができる。
【００３１】
このような保持手段７を用いると、ウエーハＷを垂直にかつ触針式輪郭形状測定機２の触針４の移動方向（スキャン方向）と一致してウエーハを保持することができ、測定中にウエーハ外周上から触針４が脱落するようなことはない。また、上記保持板のウエーハと接触する面には、汚染やウエーハへの傷付きを防止するため、フッ素樹脂等の硬質プラスチック板を貼り付けるのが望ましい。
【００３２】
接触式の形状測定手段は、触針式輪郭形状測定機２が好ましく、ダイヤモンド製の触針４でウエーハＷの外周とノッチ５の輪郭を一定速度でＸ軸に沿ってスキャンし、Ｘ軸、Ｚ軸の座標をＸ軸・Ｚ軸検出器３で検出する。Ｘ軸・Ｚ軸検出器３は、ウエーハの直径によりその高さを調整することができ、ウエーハとの相対位置も調整可能となっている。調整後は固定する。
【００３３】
ノッチ形状出力手段は、データ解析手段を有するコンピュータ６であって、Ｘ軸・Ｚ軸検出器３で検出されたＸ軸、Ｚ軸の座標データをコンピュータ６に送って、解析ソフトでノッチ５に関する５項目（深さ、角度、先端Ｒ、対称性、面粗度）の解析データを算出し、ノッチ形状をＣＲＴあるいはプリンタ等に出力するようになっている。
【００３４】
触針式輪郭形状測定機２としては、例えばコントレーサ・ＣＢＨ−４００（（株）ミツトヨ製商品名）を挙げることができる。これは取扱いが簡便で、高い精度で輪郭形状を評価することができる測定機である。
【００３５】
上記のように構成した本発明のノッチ検査装置は、ウエーハ、特にインゴットからスライスされた状態のスラブに形成されたノッチ形状を検査する装置であって、従来のインゴットに形成されたノッチ形状を検査する装置とほぼ同等あるいはそれ以上の検査能力を有すると共に小型化され、ウエーハに形成されたノッチを簡便に効率的に評価することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて本発明を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）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットについてノッチの検査を行なった。
インゴットはチョクラルスキー法で製造し、引上げられた単結晶インゴットの外周を直径等を揃えるため円筒研削した後、研削によりＶ字状に切り欠き（ノッチ）を形成したものである。
【００３７】
上記インゴットの両端から２ｍｍの厚さで被検査スラブを切り出した。このスラブにあるノッチを図１に示したような検査装置で検査する。
まず、ノッチを上にした状態で、図２に示すような保持手段にスラブを保持した。
【００３８】
触針式輪郭形状測定機（前記コントレーサ・ＣＢＨ−４００）の触針４をウエーハの外周に設定し、ノッチ方向に０．０５ｍｍ／ｓｅｃでスキャンすることにより、移動距離（Ｘ）に対する凹凸（Ｚ）を測定する。測定結果はコンピュータで処理され出力される。
【００３９】
ここで、各検査項目は以下のような定義に基づき、解析ソフトを用いてコンピュータにより自動的に算出したものである。
ウエーハ外周とノッチの形状を細かく複数点スキャンし、図３に示すようなノッチ形状ＡＬ、Ｃ、ＡＲを求める。ＡＬはノッチの左肩部、ＡＲはノッチの右肩部、Ｃは直線ＡＬ・ＡＲの垂直２等分線とノッチの交点である。なお、ＡＬ及びＡＲが同じ高さになるように得られた生データは事前に座標変換する。
【００４０】
さらにＤＬとして直線ＡＬ・Ｃ上でＤＬ・Ｃ＝６００μｍとなる点、ＤＲとして直線ＡＲ・Ｃ上でＤＲ・Ｃ＝６００μｍとなる点を求める。
次いでＢＬとして直線ＡＬ・Ｃの垂線でＤＬを通る線と弧ＡＬ・Ｃの交点、同様にＢＲとして直線ＡＲ・Ｃの垂線でＤＲを通る線と弧ＡＲ・Ｃの交点として求めた。Ｅは仮想円弧ＡＬ・ＡＲ上の直線ＡＬ・ＡＲの垂直２等分線の交点と定義した。
【００４１】
そしてノッチの品質項目として、次の５項目を設定した。
（１）深さは、点Ｃの左右各複数点（例えば左右５点づつ）のＺ軸の値の平均値と点Ｅの距離。
（２）角度は、ベクトルＡＬ・ＢＬとベクトルＡＲ・ＢＲのなす角。
（３）先端Ｒは、弧ＢＬ・Ｃ・ＢＲの測定点群の最小自乗近似円の半径。
（４）対称性は、直線ＡＬ・Ｃと点ＢＬの左右複数点（例えば左右５点づつ）との各距離の平均値から、直線ＡＲ・Ｃと点ＢＲの左右複数点（例えば左右５点づつ）との各距離の平均値を引いた値に、装置の誤差を補正するための対称性補正係数を加えた値。
（５）面粗度は、面粗度Ｌ（Ｌ側の面粗さ）、面粗度Ｒ（Ｒ側の面粗さ）を求める。面粗度Ｌは直線ＡＬ・ＢＬの測定点群から最小自乗直線を求め、その直線上の上下各最大値と最小自乗直線との距離をそれぞれ求め、その和で示したものである。同様に直線ＡＲ・ＢＲの測定点群から最小自乗直線を求めその直線上の上下各最大値と最小自乗直線との距離をそれぞれ求め、その和で示したものを面粗度Ｒとする。
【００４２】
以上５項目を評価した結果、深さ＝１．３３９ｍｍ、角度＝９２．０３０ｄｅｇ、先端Ｒ＝０．９３０ｍｍ、対称性＝０．００７８ｍｍ、面粗度Ｌ＝０．０１２２ｍｍ、面粗度Ｒ＝０．０１７７ｍｍと全ての項目を評価することができた。
【００４３】
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。
【００４４】
例えば、上記実施形態においては、直径３００ｍｍ（１２インチ）のインゴットから切り出したスラブを検査する場合につき例を挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、直径４〜１６インチあるいはそれ以上のウエーハにも適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のノッチ検査方法およびノッチ検査装置によれば、高重量のインゴットを取扱うことなしに、ウエーハのノッチを検査することによって、インゴットのノッチ検査を行なうことができるようになり、ノッチ検査を効率的に進めることができる。しかも面粗さを含むノッチ形状特性を全て、同時に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のノッチ検査装置の一例を示す説明図である。
（ａ）  正面図、  （ｂ）  側面図。
【図２】本発明のノッチ検査装置のウエーハ保持手段の一例を示す図である。
（ａ）  平面図、  （ｂ）  側面図。
【図３】ノッチの測定項目の定義を説明する図である。
【図４】従来のノッチ検査装置の例を示す説明図である。
（ａ）  正面図、  （ｂ）  側面図。
【符号の説明】
１、２０…ノッチ検査装置、  ２…触針式輪郭形状測定機、
３…Ｘ軸・Ｚ軸検出器、  ４…触針（スタイラス）、  ５…ノッチ、
６…コンピュータ、  ７…ウエーハ保持手段、  ８…固定式保持板、
９…移動式保持板、  １０…ロック用ハンドル、  １１…Ｖ字型保持台、
Ｗ…ウエーハ（スラブ）、  Ｇ…インゴット、
Ｒ…ノッチ先端近似円の半径。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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