JP2009140985A - モニタウエハおよびモニタウエハの作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分微細なパーティクルを検出することができる程度に高精度に平坦化された表面を有し、かつ、ダミーウエハはもちろん、高い表面平坦性が要求されるパーティクルモニタウエハとしても、比較的多くの回数にわたって繰り返し利用することができるモニタウエハ、およびこのようなモニタウエハの作製方法を提供する。
【解決手段】モニタウエハは、ＣＶＤ法で形成されたＳｉＣ結晶からなるＳｉＣウエハと、このＳｉＣウエハ上の最表層に設けられ、非透明性を有する膜と、を有する。非透明性を有する膜は、低圧気相成長法で形成された多結晶Ｓｉ膜である。
【選択図】図２

Description

本発明は、製品ウエハを処理して半導体デバイスを製造する半導体製造工程において用いるモニタウエハ、およびモニタウエハの作製方法に関する。

半導体製造工程では、半導体デバイスの原料となる製品ウエハ（プライムウエハ）に、ＣＶＤ装置や熱酸化装置などの各種専用装置を用いて各種処理（プロセス）を順次施して、最終的な製品である半導体デバイス（半導体レーザや、半導体記憶装置、半導体集積回路、各種センサなど）を製造する。このような半導体製造工程では、一般的に、各種プロセスを実行する際、モニタウエハといったウエハも、プライムウエハと併せて専用装置に導入する。

モニタウエハとは、プロセスを施した後のプライムウエハの状態をモニタ（点検・評価）するために用いられるウエハである。例えば、ＬＰ−ＣＶＤ装置などを用いた成膜プロセスにおいて、プライムウエハとともにモニタウエハを装置内に導入し、プライムウエハとともにモニタウエハについても成膜プロセスを施し、このモニタウエハに成膜された膜の特性（膜厚や膜質）や、成膜層の表面に付着したパーティクル数を調べることで、同時に装置内に導入されたプライムウエハに成膜された膜の特性や、付着したパーティクル数についてモニタ（点検・評価）することが、一般的に行われている。

最近、耐薬品性や耐熱性に非常に優れているＳｉＣ（シリコンカーバイド；Ｓｉｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）結晶からなるウエハ（ＳｉＣウエハ）を、半導体製造工程におけるモニタウエハとして用いることが提案されている。
ＳｉＣウエハは、半導体製造工程において一般的に用いられる非常に多くの種類の薬液に対し、非常に高い耐性を有している。このため、薬液に対して高い耐性を有するＳｉＣウエハは、表面に成膜された膜を、いかなる薬品を用いて除去（ウエット洗浄）しても表面が荒れることはなく、ダミーウエハやモニタウエハとして、繰り返し利用することができるといった特徴を持つ（再利用性が高い）。例えば、下記特許文献１には、このようなＳｉＣ結晶からなる膜厚測定用モニタウエハの一例が開示されている。

特開２００２−３３４９１１号公報

しかし、特許文献１に記載されるＳｉＣ結晶からなるモニタウエハをパーティクルモニタウエハとして用いることは困難である。ＳｉＣウエハは非常に硬く、ＳｉＣウエハの表面粗さを、少なくとも０．１μｍのパーティクルを検出することができる程度にまで低減するのが困難であり、低減できたとしても、低減のための処理にコストがかかるからである。すなわち、ＳｉＣ結晶が、機械研磨やＣＭＰ（Ｃｈｅｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のみで超平坦な表面を作り出すのは困難である。これら研磨においては、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨を行うが、砥粒、または脱離したＳｉＣ自身により、ウエハ表面にスクラッチ損傷を与え易い。

一方、パーティクルモニタウエハに要求される条件としては、パーティクルをモニタリングするプロセスの前に、余分なパーティクルが付着していないことが必要である。しかし、一旦パーティクルモニタウエハとして使用したウエハの表面には、パーティクルが付着しており、パーティクルモニタウエハとして再利用するためには、このパーティクルを除去しておかなければならない。このようなパーティクルを完全に除去するためには、パーティクルごと、パーティクルが付着しているウエハ表面自体を除去してしまう必要がある。Ｓｉウエハをパーティクルモニタウエハとして用いる場合、パーティクルの除去洗浄をエッチングにより容易に行えるが、１回又は複数回のパーティクルの除去洗浄によってウエハ表面がエッチングされてパーティクルモニタウエハに必要とされる超平坦性が消失する。したがって、その後はパーティクルモニタウエハとして用いることはできない。

本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたものであり、十分微細なパーティクルを検出することができる程度に高精度に平坦化された表面を有し、かつ、高い表面平坦性が要求されるパーティクルモニタウエハとしても、比較的多くの回数にわたって繰り返し利用することができるモニタウエハ、およびこのようなモニタウエハの作製方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、製品ウエハに処理を施して半導体デバイスを製造する半導体製造工程において、前記製品ウエハとともに前記処理が施され、前記処理が施された後の状態を調査することで、前記処理が施された後の前記製品ウエハの状態をモニタするために用いられるモニタウエハであって、ＣＶＤ法で形成されたＳｉＣ結晶からなるＳｉＣウエハと、このＳｉＣウエハ上の最表層に設けられ、非透明性を有する膜と、を有することを特徴とするモニタウエハを提供する。

その際、前記製品ウエハは、Ｓｉウエハであり、前記非透明性を有する膜は、多結晶Ｓｉ膜であることが好ましい。
さらに、前記多結晶Ｓｉ膜は、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ；ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成された膜であることが好ましい。
その際、前記多結晶Ｓｉ膜の厚さは、２５〜２００ｎｍであることが好ましい。

また、前記モニタウエハは、前記製品ウエハとともに前記処理が施され、前記処理が施された後の前記最表層の表面に付着するパーティクル数を計測することで、前記処理が施された後の前記製品ウエハの表面に付着したパーティクル数をモニタするために用いられることが好ましい。

前記最表層の平均表面粗さＲａが、Ｒａ≦１．５ｎｍであることが好ましい。

さらに、本発明は、製品ウエハに処理を施して半導体デバイスを製造する半導体製造工程において、前記製品ウエハとともに前記処理が施され、前記処理が施された後の状態を調査することで、前記処理が施された後の前記製品ウエハの状態をモニタするために用いられるモニタウエハの作製方法であって、ＣＶＤ法によりＳｉＣ結晶からなるＳｉＣウエハを前記モニタウエハの母材として形成する工程と、前記ＳｉＣウエハ上に、非透過性を有する膜を形成する工程を有することを特徴とするモニタウエハの作製方法を提供する。

その際、前記膜を形成する工程では、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ；ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、前記ＳｉＣウエハ表面に多結晶Ｓｉ層を形成することが好ましい。

本発明のモニタウエハは、ＣＶＤ法で形成されたＳｉＣ結晶からなるＳｉＣウエハを母材として用い、非透明性を有する膜を最表層に設けるので、半導体製造工程において発生したサブミクロンレベル以下の非常に微細なパーティクルを正確に検出することができる。
さらに、パーティクルモニタウエハとして、耐薬品性の高いＳｉＣウエハを母材として用いるので、非常に多くの回数にわたって（半永久的に）繰り返し利用することができる。
また、本発明のパーティクルモニタウエハの作製方法によれば、このようなパーティクルモニタウエハを比較的低いコストで作製することができ、モニタウエハに係るコストを低減し、半導体製造工程におけるコストを低減することができる。

以下、本発明のモニタウエハおよびモニタウエハの作製方法について説明する。
図１は本発明のモニタウエハの利用形態の一例について説明する図であり、縦型ＬＰＣＶＤ装置１０の概略断面図である。
本発明のモニタウエハであるモニタウエハ３０は、一実施形態として、縦型ＬＰＣＶＤ装置１０を用いた成膜プロセスにおけるパーティクルモニタ用途として使用される。

図１において、縦型ＬＰＣＶＤ装置１０は、炉本体１２の内周面に図示しないヒータが配設してあって内部を高温に加熱、維持できるようになっているとともに、図示しない真空ポンプに接続してあり、内部を１．３ｋＰａ以下に減圧できるようにしてある。また、炉本体１２の内部には、高純度石英によって形成したプロセスチューブ１４が設けてある。

プロセスチューブ１４によって覆われるベース１６の中央部には、ボート受け１８が設けてあって、このボート受け１８上に石英あるいはＳｉＣから形成した縦型ラック状のウエハボート２０が配置してある。そして、ウエハボート２０の上下方向には、大規模集積回路（ＬＳＩ）などの半導体デバイスを形成するための多数のシリコンウエハ２２が適宜の間隔をあけて保持させてある。また、ウエハボート２０の側部には、反応ガスを炉内に導入するためのガス導入管２４が配設してあるとともに、炉内温度を測定する熱電対を内蔵した熱電対保護管２６が設けてある。

このように構成したＬＰＣＶＤ装置１０は、ウエハボート２０を介して多数のシリコンウエハ２２が炉内に配置される。そして、炉内を１３ｋＰａ以下に減圧するとともに、例えば８００℃程度の高温に加熱し、ガス導入管２４を介してキャリアガスとともにＳｉＨ₄などの反応性ガス（原料ガス）を炉内に導入し、シリコンウエハ２２の表面に、例えば多結晶Ｓｉ膜（ポリシリコン膜）の形成などが行われる。

ＬＰＣＶＤ装置１０において、モニタウエハ３０は、製品ウエハであるシリコンウエハ２２ともに成膜処理が施され、この成膜処理が施された後の、表面に付着するパーティクル数が計測されることで、成膜処理を施した後のシリコンウエハ２２の表面に付着したパーティクル数をモニタリングするために用いられる。モニタウエハ３０は、ウエハボート２０の、シリコンウエハ２２が配置される領域中の所定の位置に配置される。ウエハボード２０には、炉内のガスの流れや温度の均一性を保持するために、上下方向に並んだウエハボートの最上部および最下部に、ダミーウエハ２８も配置されている。このようなダミーウエハ２８やモニタウエハ３０は、装置１０による成膜作業毎に必ず配置されるため、再使用できることが望まれている。

ダミーウエハ２８に要求される特性としては、例えば、成膜工程における高温（８００℃程度）かつ真空状態においても不純物のアウトガスがない、表面に成膜された膜が剥がれることで生じるパーティクルの発生がない等の特性が求められている。

一方、モニタウエハ３０に要求される特性としては、ウエハ表面に付着した微細なパーティクルを、成膜処理後に検出することを可能とするために、基板表面（ウエハ表面）が高精度に平坦化されていることなどが必要とされている。例えば、デザインルール０．３μｍを想定した場合など、０．２μｍ以下の大きさのパーティクル（ゴミ）を検出する必要があり、この程度まで微細なパーティクルを検出するため、モニタウエハの表面は表面粗さが１．５ｎｍ（Ｒａ値）以下となるまで高精度に平坦化されていることが必要とされている。
本発明は、このように表面が高精度に平坦化された、再利用性の高い（例えばパーティクルモニタウエハとしても繰り返し使用することができる）モニタウエハを提供する。

図２は、本発明の提供するモニタウエハの一実施形態である、モニタウエハ３０について説明する概略断面図である。図２に示すように、モニタウエハ３０は２層構造となっており、母材ウエハであるＳｉＣウエハ３２表面に、多結晶Ｓｉ層３４が形成されて構成されている。なお、図２および後述の図３では、特に、ＳｉＣウエハ３２表面のプロファイル（凹凸の程度）を、誇張して示している。
本実施形態は、製品ウエハを単結晶Ｓｉウエハとした場合の形態であり、このため、母材ウエハであるＳｉＣウエハ３２の最表層として、多結晶Ｓｉ層３４を設けている。本発明では、非透明性を有する膜をＳｉＣウエハ３２に設ければよい。

ＳｉＣウエハ３２は、後に詳述するようにＣＶＤ法によって作製されたＳｉＣ結晶ウエハである。このようにＣＶＤ法によって作製されたＳｉＣウエハは、非常に硬く、透明性を有し、薬品耐性の高い高純度の多結晶構造となっている（不純物の濃度が非常に低い）。
多結晶Ｓｉ層３４は、製品ウエハとともに処理が施される最表面層であり、平均表面粗さ（以降、表面粗さという）Ｒａは、Ｒａ≦１．５ｎｍとなっている。この多結晶Ｓｉ層３４は、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ；ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成された多結晶Ｓｉ（ｐｏｌｙ−Ｓｉともよばれる）からなる。多結晶Ｓｉ層３４の厚さは、２５nm〜２００nmである。多結晶Ｓｉ層３４の厚さを限定するのは、モニタウエハ３０の目的の１つであるパーティクルの数を正確にカウントするためである。多結晶Ｓｉ層３４の厚さが２５ｎｍより薄いと多結晶Ｓｉ層３４は透明性を有する。透明性を有すると、下層にある多結晶ＳｉＣ内にレーザ光が進入し、多結晶ＳｉＣ内に存在する結晶粒界で散乱し、パーテクルクル数を正確にカウントでできなくなるからである。多結晶Ｓｉ層３４の厚さが２００nmより厚いと、表面粗さＲａがＲａ≦１．５ｎｍを満たさなくなり、モニタウエハ３０の目的の１つであるパーティクルの数を正確にカウントできなくなるからである。

下記表１は、ＳｉＣウエハ３２の耐薬品性が高いことを示している。ＳｉＣウエハ３２は、各種薬液に対し、各雰囲気で長時間放置しても重量変化がなく、非常に高い耐性を有している。この高い耐性は、例えばフッ硝酸に対しても同様である（非常に高い耐性を有している）。フッ硝酸は、多結晶Ｓｉをウエットエッチング除去することができる薬液として知られている。本実施形態のモニタウエハ３０は、製品ウエハである単結晶のＳｉウエハ２２とともに処理が施される多結晶Ｓｉ層３４をウエットエッチング除去することが可能な、フッ硝酸などの薬液に対し、ＳｉＣウエハ３２が耐性を有している構造となっている。これにより、モニタウエハ３０の再利用のために、モニタウエハ３０に付着したパーティクルを、薬液で多結晶Ｓｉ層３４とともに除去しても、薬品耐性の高いＳｉＣウエハはエッチングされない。

なお、本発明において、透明性を有するとは、透過率が１％以上であることをいい、非透明性を有するとは、透過率が１％より低いことをいう。好ましくは０．５％以下である。ＳｉＣウエハ３２は、厚さ５００〜１０００μｍの範囲において、波長３００ｎｍ〜５００ｎｍの光の条件で透過率が１％〜５％であり、透明性を有する。一方、厚さ２５〜２００ｎｍの多結晶Ｓｉ層をコートしたＳｉＣウエハは、波長３００ｎｍ〜５００ｎｍの光の条件で透過率が０％以上で１％より低く、非透明性を有する。なお、透過率は、自記分光光度計によって測定されたものである。

このような、モニタウエハ３０の有利な点を以下説明する。
（１）上述したように、ＳｉＣ結晶は非常に硬く、機械研磨やＣＭＰなどによって、表面粗さＲａを高精度に平坦化することは困難である。砥粒または脱離したＳｉＣ自身により、ウエハ表面にスクラッチ損傷が生じ易く、比較的深い凹部からなるスクラッチ傷３３も生じる。このため、表面に付着した、０．３μｍ以下の大きさのパーティクル（ゴミ）を検出することはできない。モニタウエハ３０では、ＳｉＣウエハ３２の表面に、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ法）によって多結晶Ｓｉが成膜されることで、ＳｉＣウエハ３２表面に、表面粗さＲａがＲａ≦１．５ｎｍである多結晶Ｓｉ層３４を形成している。ＬＰ−ＣＶＤ法では、成膜される反応分子の平均自由行程が長く、ステップカバレッジのよい薄膜を堆積できる。このため、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ法）によって、表面粗さＲａがＲａ≦１．５ｎｍと、高精度に平坦化された多結晶Ｓｉ層３４を形成することができ、表面に付着した、０．３μｍ以下のパーティクル（ゴミ）を検出することができる。

（２）モニタウエハ３０の最表層には、製品ウエハである単結晶Ｓｉウエハと同じ元素（Ｓｉ）が立体的に並んだ多結晶Ｓｉ（多結晶Ｓｉ層３４）が形成されているので、モニタウエハ３０は、ウエハ表面部分における、光に対する反射率や透過率（反射スペクトルや透過スペクトル）といった光学特性が、ＳｉＣウエハ（ＳｉＣ結晶が表面をなすウエハ）と比べて、単結晶Ｓｉウエハにより近い。このため、モニタウエハ３０は、モニタウエハとしてＳｉＣウエハ（ＳｉＣ結晶のみで構成された、表面がＳｉＣ結晶面からなるウエハ）を用いる場合に比べて、半導体製造工程における各処理（プロセス）を円滑に実施したり、シリコンウエハ２２（製造ウエハ）の処理状態を、高精度にモニタリング（点検・評価）することができる。

（３）ＳｉＣウエハ３２を構成する、ＣＶＤ法によって作製されたＳｉＣ結晶は、半導体製造工程において用いる単結晶Ｓｉウエハ（プライムウエハ）とは異なる物質であるが、耐熱性に優れており、余分な不純物を含んでいないので、アウトガスの発生もほとんどない。又、ＳｉＣウエハ３２表面に形成された多結晶Ｓｉ層３４は、多結晶Ｓｉからなり、半導体製造工程において用いる単結晶Ｓｉウエハ（プライムウエハ）とは、結晶構造は異なるが、同じＳｉ元素からなる。したがって、ＳｉＣウエハ３２表面に多結晶Ｓｉ層３４が形成されて構成されたモニタウエハ３０からは、半導体製造工程において不要なアウトガスの発生はほとんどない。さらに、ＳｉＣ結晶と多結晶Ｓｉ膜とは、熱膨張係数の差も小さい。モニタウエハ３０では、表面に形成された多結晶Ｓｉ層３４の一部が剥がれることはなく、成膜層が剥がれることでパーティクルが発生することもない。
これより、モニタウエハ３０は、ダミーウエハ２８に要求される特性をも満たしているといえる。

（４）ＳｉＣウエハは透明性を有する。このため、半導体製造工程などにおいて、ダミーウエハやモニタウエハとしてＳｉＣウエハを用いた場合、レーザ光を用いたウエハ位置検出装置において位置を検出することができない場合があり、製品ウエハ、モニタウエハ、ダミーウエハを含めて行う、複数のウエハについての処理（プロセス）を、円滑に処理することが困難になることもある。しかし、本実施形態のモニタウエハ３０では、最表層に非透明性を有する多結晶Ｓｉ層３４を設けているので、光に対する反射率や透過率（反射スペクトルや透過スペクトル）といった光学特性が単結晶Ｓｉウエハに近い。このため、ウエハ位置検出装置のレーザ光を確実に遮断することができる。

（５）製品ウエハとともに処理（プロセス）が施されたパーティクルモニタウエハの表面のパーティクル数を計測する場合、レーザ光を用いたパーティクルカウンタが用いられる。このパーティクルカウンタでは、パーティクル数を計測するウエハ表面にレーザ光を照射して、ウエハ表面上でレーザ光を走査する。ウエハ表面にパーティクルが付着している場合、レーザ光がこのパーティクルに照射されると、レーザ光はこのパーティクルによって散乱される。パーティクルカウンタでは、このような散乱光を検知することで、パーティクルモニタウエハ表面のパーティクルを検知・計測する。一般的なパーティクルカウンタは、製品ウエハやモニタウエハ、ダミーウエハとして一般的に用いられてきた、単結晶Ｓｉウエハ上のパーティクルを高精度に測定することができるよう、レーザ光の出射波長や散乱光の検出波長、処理のアルゴリスムなどが調整されている。モニタウエハ３０では、最表層に設けられた多結晶Ｓｉ層３４の光学特性が単結晶Ｓｉに近いため、最表面層である多結晶Ｓｉ層３４表面に付着したパーティクルのみを、高精度に検知することができる。

（６）製品ウエハとともに成膜処理（プロセス）が施されたモニタウエハ表面について、成膜された膜の膜厚を測定する場合、例えば、成膜層の表面に光を照射して、この成膜層の表面（成膜層と空気との界面）における反射光と、成膜層の下部面（成膜層と被成膜基板との界面）における反射光とが干渉して生じる干渉色に関する情報を得て、この干渉色に関する情報に基いて成膜層の厚さを測定する、膜厚測定装置などが一般に用いられる。モニタウエハ３０では、表面に設けられた多結晶Ｓｉ層３４の、光に対する反射率や透過率（反射スペクトルや透過スペクトル）といった光学特性が単結晶Ｓｉに近いため、成膜された膜の膜厚を、予め記憶されている単結晶Ｓｉの光学特性情報を用いて、高精度に検知することができる。モニタウエハ３０は、このように、膜厚モニウエハとしても、好適に用いることができる。

（７）半導体製造工程では、例えば、エリプソメトリ（偏光解析）法を用いた膜特性（屈折率や厚さなど）の評価装置など、ウエハ表面の光学特性の情報に基づいて、任意の処理（プロセス）が施された後の製品ウエハの状態をモニタリングするための装置が種々用いられる。モニタウエハ３０では、表面に設けられた多結晶Ｓｉ層３４の、任意の波長の光に対する反射率や透過率（反射スペクトルや透過スペクトル）といった光学特性がＳｉに近いため、このような各種装置を用いて、任意の処理（プロセス）が施された後の製品ウエハの状態を、高精度にモニタリングすることもできる。

図３は、図２に示すモニタウエハ３０を、図１に示すように、ＬＰＣＶＤ装置におけるパーティクルモニタウエハとして用いた場合について説明する、モニタウエハ３０の概略断面図である。図３は、装置１０において、製品ウエハであるＳｉウエハ２２とともに、表面に多結晶Ｓｉプロセス膜３６が成膜された後の状態を示している。多結晶Ｓｉプロセス膜３６の表面には、装置１０における成膜プロセスで生じた、ごく微細なパーティクル３８が付着している（図３では、パーティクル３８が大きく表されている）。パーティクル３８は、例えば、例えば径が０．２５μｍの場合は、例えば超音波洗浄などの物理的ウエット洗浄によって除去することもできる。しかし、その径が例えば０．２５μｍ以下の場合は、パーティクル３８に生じる洗浄力（超音波洗浄器の場合、キャビティーによる衝撃力）に比べて、ウエハ表面とパーティクル３８との結合力（主に分子間力）の方が強くなり、超音波洗浄によって除去することはできない。このため、パーティクル３８を完全に除去するために、ウエハの表面部分がエッチング除去される。モニタウエハ３０は、上述したように、多結晶Ｓｉ層３４をウエットエッチング除去することが可能な、フッ硝酸などの薬液に対し、ＳｉＣウエハ３２が耐性を有している構造となっている。このため、例えば、成膜された多結晶Ｓｉプロセス膜３６と多結晶Ｓｉ層３４とを、フッ硝酸によって同時にウエットエッチング洗浄（除去）しても、ＳｉＣウエハ３２は一切エッチングされることがない（表面の平坦度が低減したり、ウエハ厚が減少することがない）。

モニタウエハ３０は、このように、最表面層である多結晶Ｓｉ層３４をウエットエッチング除去しても、表面の平坦度やウエハ厚が変化しない（元のままである）ＳｉＣウエハ３２が得られる。ＳｉＣウエハ３２に、再度、低圧気相成長法によって多結晶Ｓｉ膜を形成することで、再度、表面粗さＲａ≦１．５ｎｍと高精度に平坦化されたウエハ（元のモニタウエハ３０と同様の構成を有するウエハ）を得ることができる。

なお、上記実施形態では、母材ウエハとしてＳｉＣ結晶からなるＳｉＣウエハを用い、製品ウエハとともに処理が施される最表層として多結晶Ｓｉを用いた例について説明した。本発明のモニタウエハは、最表層を、非透明性を有する膜とすることで、パーティクルモニタとして、繰り返し使用できる。

図４は、本発明のモニタウエハの作製方法の一例のフローチャート図であり、図２に示すモニタウエハ３０の作製方法について説明するフローチャート図である。モニタウエハ３０は、３Ｃ−ＳｉＣ結晶からなるＳｉＣウエハ３２に、多結晶Ｓｉ層３４が設けられて構成されている。モニタウエハ３０のＳｉＣウエハ３２は、ＳｉＣ結晶のポリタイプの１つである３Ｃ−ＳｉＣ結晶からなるウエハであり、例えば（１１１）結晶面を表面としている。本実施形態では、３Ｃ−ＳｉＣ結晶からなるウエハを母材ウエハとして用いる場合について示すが、本発明では、母材ウエハの材質については、特に限定されない。ＳｉＣ結晶のポリタイプについても、例えば４Ｈ−ＳｉＣであってもよく特に限定されない。また、ウエハ表面の結晶面方位についても、特に限定されない。

本実施形態のモニタウエハの作製方法では、まず、図４に示すように３Ｃ−ＳｉＣ単結晶を、表面が（１１１）結晶面となるようにＣＶＤにより黒鉛基材面上に成長させて３Ｃ−ＳｉＣを作製し（ステップ１００）、基材を燃焼させて３Ｃ−ＳｉＣを脱離させ（ステップ１０２）、３Ｃ−ＳｉＣ板を作製する。そして、この３Ｃ−ＳｉＣ板の一方の表面を機械研磨する（ステップ１０４）。さらに、ＣＭＰ研磨を行う（ステップ１０６）。なお、ＣＭＰ研磨は、機械研磨で十分な場合、省略することもできる。

この後、研磨されたＳｉＣウエハ３２の表面に、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ法）によって、表面粗さＲａがＲａ≦１．５ｎｍである多結晶Ｓｉ層３４を形成する（ステップ１０８）。

図５（ａ）〜（ｅ）は、本実施形体におけるモニウエハ３０の作製方法について説明する概略断面図である。
図５に示すように、まず、製造するＳｉＣ基板の寸法に合わせた、高純度黒鉛からなる所定寸法の円板状黒鉛基材４０を製作する（図５（ａ））。その後、円板状黒鉛基材４０をＣＶＤ装置に入れ、装置（炉）内を所定の温度（例えば、１０００〜１６００℃）に加熱、保持するとともに、炉内を所定の圧力（例えば、１．３ｋＰａ）に制御する。そして、キャリアガスである水素ガス（Ｈ₂）とともに、ＳｉＣの原料となるＳｉＣｌ₄、Ｃ₃Ｈ₈などを体積％で５〜２０％供給し、黒鉛基材４０の表面にＳｉＣの層４２を０.３〜１ｍｍ成膜する（図５（ｂ））。（以上、図４中のステップ１００）

その後、黒鉛基材４０をＣＶＤ装置から取り出し、機械加工によってＳｉＣ層４２の周面を研削して切除し、黒鉛基材４０の周面を露出させる（図５（ｃ））。そして、ＳｉＣ層４２に挟まれた状態の黒鉛基材４０を９００〜１４００℃の炉に入れて酸素を供給し、黒鉛基材４０を燃焼させて除去して、２枚のＳｉＣ板３２を得る（図５（ｄ））（図４中のステップ１０２）。このようにして作製されたＳｉＣ板３２は、純度も高くアウトガスの心配もなく、また耐薬品性も高く表面がエッチングによって荒れる心配もない。

この後、図４に示すように、ステップ１０４，１０６の研磨を行う。例えば、ＣＭＰは、研磨剤に例えばダイヤモンド砥粒を用いて、アルカリ添加によりスラリーのｐＨを１０ないし１１に調整しつつ行なわれる。研磨されたＳｉＣウエハ３２の表面に、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ法）によって多結晶Ｓｉ層を成膜する（図５（ｅ）、図４中のステップ１０８）。

本発明のパーティクルモニタウエハは、半導体製造工程において発生したサブミクロンレベル以下の非常に微細なパーティクルを検出することができ、かつ、パーティクルモニタウエハとして、非常に多くの回数にわたって（半永久的に）繰り返し利用することができる。また、本発明のパーティクルモニタウエハの作製方法によれば、このようなパーティクルモニタウエハを比較的低いコストで作製することができ、モニタウエハに係るコストを低減し、半導体製造工程における処理コストを低減することができる。

本発明のモニタウエハをパーティクルモニタウエハとして用いてモニタウエハの効果を調べた。モニタウエハとして、多結晶Ｓｉ層３４の厚さを種々変えたサンプルを多数作製した。下記表２は、そのときの条件と、測定結果を示している。
多結晶Ｓｉ層３４の厚さは、成膜処理中の成膜時間と膜厚との関係を用いて、成膜時間から求めた。表面粗さは、走査型プローブ顕微鏡を用いて求めた。透明性は、自記分光光度計にてモニタウエハの透過率を計測し、透明性の有無を確認した。パーティクル数は、０．３μｍ以上のものを、Ｔｅｎｃｏｌ社製６４２０を用いて計測した。

表２によると、多結晶Ｓｉ層３４が薄いサンプル１（厚さ１０ｎｍ）及び多結晶Ｓｉ層３４がないサンプル８はいずれも、モニタウエハは透明性を有し、パーティクル数を検出できなかった。
一方、多結晶Ｓｉ層３４が厚いサンプル７（厚さ２５０ｎｍ）は、表面粗さＲａが大きく、検出したパーティクル数が極めて大きく、異常値を示した。これは、表面粗さＲａが大きいことにより、モニタウエハの表面で乱反射が生じ、実際以上のパーティクル数を誤ってカウントしたものと考えられる。サンプル７もサンプル８と同様である。
これより、多結晶Ｓｉ層３４の厚さは、２５ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
本発明においては、ＳｉＣウエハの最表層に形成する膜は、多結晶Ｓｉ層とは限らない。最表層に形成する膜の材料に応じて、パーティクルモニタウエハに適した膜厚を適宜調整するとよい。

以上、本発明のモニタウエハおよびモニタウエハの作製方法について説明したが、本発明のモニタウエハおよびモニタウエハの作製方法は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明のモニタウエハの一例を、縦型ＬＰＣＶＤ装置を用いた成膜プロセスにおけるパーティクルモニタ用途として使用する例について説明する図であり、縦型ＬＰＣＶＤ装置の概略断面図である。 本発明のモニタウエハの一例について説明する概略断面図である。 図２に示すモニタウエハを、図１に示すＬＰＣＶＤ装置におけるパーティクルモニタウエハとして用いた場合について説明する、モニタウエハの概略断面図である。 本発明のモニタウエハの作製方法の一例のフローチャート図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明のモニタウエハの作製方法の一例について説明する概略断面図である。

符号の説明

１０ 縦型ＬＰＣＶＤ装置
１２ 炉本体
１４ プロセスチューブ
１６ ベース
１８ ボート受け
２０ ウエハボート
２２ シリコンウエハ
２４ ガス導入間
２８ ダミーウエハ
３０ モニタウエハ
３２ ＳｉＣウエハ
３３ スクラッチ傷
３４ 多結晶Ｓｉ層
３８ パーティクル
４０ 黒鉛基材

Claims (8)

1. 製品ウエハに処理を施して半導体デバイスを製造する半導体製造工程において、前記製品ウエハとともに前記処理が施され、前記処理が施された後の状態を調査することで、前記処理が施された後の前記製品ウエハの状態をモニタするために用いられるモニタウエハであって、
   ＣＶＤ法で形成されたＳｉＣ結晶からなるＳｉＣウエハと、
   このＳｉＣウエハ上の最表層に設けられ、非透明性を有する膜と、を有することを特徴とするモニタウエハ。
2. 前記製品ウエハは、Ｓｉウエハであり、
   前記非透明性を有する膜は、多結晶Ｓｉ膜である請求項１に記載のモニタウエハ。
3. 前記多結晶Ｓｉ膜は、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ；ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成された膜である請求項２に記載のモニタウエハ。
4. 前記多結晶Ｓｉ膜の厚さは、２５〜２００ｎｍである請求項２又は３に記載のモニタウエハ。
5. 前記製品ウエハとともに前記処理が施され、前記処理が施された後の前記最表層の表面に付着するパーティクル数を計測することで、前記処理が施された後の前記製品ウエハの表面に付着したパーティクル数をモニタするために用いられる請求項１〜４のいずれか１項に記載のモニタウエハ。
6. 前記最表層の平均表面粗さＲａが、Ｒａ≦１．５ｎｍである請求項１〜５のいずれか１項に記載のモニタウエハ。
7. 製品ウエハに処理を施して半導体デバイスを製造する半導体製造工程において、前記製品ウエハとともに前記処理が施され、前記処理が施された後の状態を調査することで、前記処理が施された後の前記製品ウエハの状態をモニタするために用いられるモニタウエハの作製方法であって、
   ＣＶＤ法によりＳｉＣ結晶からなるＳｉＣウエハを前記モニタウエハの母材として形成する工程と、
   前記ＳｉＣウエハ上に、非透過性を有する膜を形成する工程を有することを特徴とするモニタウエハの作製方法。
8. 前記膜を形成する工程では、低圧気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ；ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、前記ＳｉＣウエハ表面に多結晶Ｓｉ層を形成する請求項７に記載のモニタウエハの作製方法。

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