JP2023093983A - 高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法及び平坦度測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】静電容量方式の厚さ測定装置により高抵抗シリコンウェーハの厚さを精度良く測定し、その結果に基づきウェーハの平坦度を測定すること。【解決手段】ボロンとｎ型不純物とがドープされた高抵抗のシリコンウェーハの厚さを測定する方法であって、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップと、抵抗率が低下した前記シリコンウェーハに対し、静電容量方式の厚さ測定を行うステップと、を備える。【選択図】図２
Description
本発明は、高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法及び平坦度測定方法に関し、特に静電容量方式の厚さ測定装置により高抵抗シリコンウェーハの厚さを測定し、その結果に基づき高抵抗シリコンウェーハの平坦度を測定する高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法及び平坦度測定方法に関する。
チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶の育成は、チャンバ内に設置した石英ルツボに原料であるポリシリコンを充填し、前記石英ルツボの周囲に設けられたヒータによってポリシリコンを加熱して溶融し、シリコン溶融液とする。その後、シードチャックに取り付けた種結晶（シード）を当該シリコン溶融液に浸漬し、シードチャックおよび石英ルツボを同方向または逆方向に回転させながらシードチャックを引上げることにより行う。
このようなＣＺ法により製造されたシリコン単結晶の多くは、半導体材料として使用される。育成されるシリコン単結晶の抵抗率は、シリコン溶融液に添加されるドーパント（不純物）により調整される。ドーパントは、ｎ型とｐ型とに分類され、ｎ型結晶を育成する場合のドーパントとしては、Ｐ（リン）が多く用いられ、ｐ型結晶を育成する場合のドーパントとしては、Ｂ（ボロン）が多く用いられている。
近年では、シリコン単結晶の品質として、１００００Ωｃｍ以上の高抵抗率を有することへの要求が増えている。そのシリコン単結晶から得られるシリコンウェーハとしては、例えば通信用に用いる高周波デバイスの製造等に用いられている。
１００００Ωｃｍ以上の高抵抗シリコン単結晶を製造する場合、例えば特許文献１（特開平５－５８７８８号公報）に開示されるように高純度の石英ルツボ（内表面が合成石英でコートされたもの）に高純度の多結晶シリコンを投入し、ドープ剤を添加しないでノンドープで製造する方法、或いは、極微量のドーパントを投入して育成することが一般的である。
１００００Ωｃｍ以上の高抵抗シリコン単結晶を製造する場合、例えば特許文献１（特開平５－５８７８８号公報）に開示されるように高純度の石英ルツボ（内表面が合成石英でコートされたもの）に高純度の多結晶シリコンを投入し、ドープ剤を添加しないでノンドープで製造する方法、或いは、極微量のドーパントを投入して育成することが一般的である。
例えば単純に所定値以上の高抵抗シリコン単結晶を製造する要求である場合、純度管理された石英ルツボとシリコン原料とを用いてノンドープによる単結晶育成を行えばよいが、より厳しい抵抗率範囲での要求を満たす必要がある場合には、微量のドーパントで抵抗率を管理することが望ましい。
ドーパントを添加してシリコン単結晶を育成する場合、シリコン融液の減少とともに融液中のドーパント濃度が上昇する。そのままだと、単結晶中の抵抗率も引き上げ方向（単結晶軸方向）に不均一となる。
ドーパントを添加してシリコン単結晶を育成する場合、シリコン融液の減少とともに融液中のドーパント濃度が上昇する。そのままだと、単結晶中の抵抗率も引き上げ方向（単結晶軸方向）に不均一となる。
単結晶軸方向の抵抗率を安定化させるために、特許文献２（特開平４－２４３９９５号公報）には、例えばボロンを添加したシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる際、ルツボ内面から溶かし出すドーパントを、ボロンとは反対の導電型をもたらすｎ型不純物のリンとする方法が開示されている。即ち、ボロンの増加によるキャリアの増加を、ｎ型不純物により補償し、引き上げ方向における抵抗率の変動を緩和するようにしている。
また、特許文献３（特開２０１３－１４２０５４号公報）には、シリコンウェーハに対し、デバイス製造工程において熱処理を施すことでサーマルドナーが形成されることで導電型がＮ型で所望の抵抗率が得られるように、予め単結晶の軸方向における酸素原子の濃度を制御する方法が開示されている。
ところで、シリコン単結晶から得られた高抵抗のシリコンウェーハにあっては、その製造過程の検査工程において、厚さ測定及びその結果に基づく平坦度測定を行う必要がある。
しかしながら、例えば１００００Ωｃｍ以上の高抵抗のシリコンウェーハにあっては、その厚さ寸法を静電容量方式の厚さ測定装置で非接触に測定する場合、ウェーハが高抵抗であるため正常に静電容量を測定できず、正しい厚さ寸法が得られない上に、ばらつきが大きくなるという課題があった。
しかしながら、例えば１００００Ωｃｍ以上の高抵抗のシリコンウェーハにあっては、その厚さ寸法を静電容量方式の厚さ測定装置で非接触に測定する場合、ウェーハが高抵抗であるため正常に静電容量を測定できず、正しい厚さ寸法が得られない上に、ばらつきが大きくなるという課題があった。
具体的には、高抵抗シリコンウェーハにあっては、静電容量方式の厚さ測定の際、実際の厚さよりも数μｍ薄い値となり、且つ計測値がばらつくという課題があった。
上記課題を解決するため、サンプルのシリコンウェーハを抜き取り、接触式の厚さ測定を行う方法も考えられるが、非接触方式の厚さ測定により全てのシリコンウェーハの厚さを測定することが、より好ましいという事情があった。
上記課題を解決するため、サンプルのシリコンウェーハを抜き取り、接触式の厚さ測定を行う方法も考えられるが、非接触方式の厚さ測定により全てのシリコンウェーハの厚さを測定することが、より好ましいという事情があった。
本願発明者は、上記した事情のもと、ボロンとｎ型不純物またはボロンとドナーとなる欠陥とを微量にドープして育成したシリコン単結晶から得られた高抵抗シリコンウェーハに対し、静電容量方式の厚さ測定装置により厚さを測定することを前提に鋭意検討し、本発明をするに至った。
本発明の目的は、静電容量方式の厚さ測定装置により高抵抗シリコンウェーハの厚さを精度良く測定し、その結果に基づきウェーハの平坦度を測定することのできる高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法及び高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法は、ボロンとｎ型不純物とがドープされた高抵抗のシリコンウェーハの厚さを測定する方法であって、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップと、抵抗率が低下した前記シリコンウェーハに対し、静電容量方式の厚さ測定を行うステップと、を備えることに特徴を有する。
尚、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、前記シリコンウェーハの抵抗率を一時的に２０００Ωｍ以下とすることが望ましい。
また、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、前記シリコンウェーハに対し水素原子を含む洗浄液により洗浄し、前記シリコンウェーハ中に拡散させた水素原子により該シリコンウェーハ中のボロンを不活性化させることが望ましい。前記水素原子を含む洗浄液は、ＳＣ－１洗浄、希フッ酸洗浄、ＳＨ洗浄のいずれかであることが望ましい。
また、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、前記シリコンウェーハに対し水素原子を含む洗浄液により洗浄し、前記シリコンウェーハ中に拡散させた水素原子により該シリコンウェーハ中のボロンを不活性化させることが望ましい。前記水素原子を含む洗浄液は、ＳＣ－１洗浄、希フッ酸洗浄、ＳＨ洗浄のいずれかであることが望ましい。
また、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、前記シリコンウェーハに対し、アルカリ性の化学溶液、または酸性の化学溶液によりウェットエッチングを行い、前記シリコンウェーハ中に拡散させた水素原子により該シリコンウェーハ中のボロンを不活性化させてもよい。
また、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップの後、１６時間以内に前記シリコンウェーハに対し、静電容量方式の厚さ測定を行うことが望ましい。
また、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、前記シリコンウェーハに対し少なくとも４５０℃の熱処理により前記シリコンウェーハ中にサーマルドナーを形成してもよい。
また、前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、前記シリコンウェーハに対し少なくとも４５０℃の熱処理により前記シリコンウェーハ中にサーマルドナーを形成してもよい。
このような方法によれば、シリコンウェーハに対し静電容量方式の厚さ測定を行う直前に、水素原子を含む洗浄剤により洗浄を行う。これによりウェーハ中に水素原子が拡散、浸透し、シリコンウェーハ中のボロンを不活性化する。その結果、シリコンウェーハは、一時的に洗浄前よりも抵抗率の低いｎ型のシリコンウェーハに変化し、精度よい厚さ測定、及び平坦度測定が可能となる。
また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法は、前記いずれかに記載の高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法を用いた高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法であって、前記シリコンウェーハの全面に対し静電容量センサを走査し、シリコンウェーハの厚さ分布を取得することに特徴を有する。
このような方法によれば、高抵抗シリコンウェーハの平坦度を精度良く測定することができる。
このような方法によれば、高抵抗シリコンウェーハの平坦度を精度良く測定することができる。
本発明によれば、静電容量方式の厚さ測定装置により高抵抗シリコンウェーハの厚さを精度良く測定し、その結果に基づきウェーハの平坦度を測定することのできる高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法及び高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法を提供することができる。
以下、本発明に係る高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法及び平坦度測定方法について図面を用いながら説明する。
図１は、本発明の測定方法に用いることができる静電容量式の平坦度測定装置のブロック図である。この平坦度測定装置１は、支持部材８により支持されたシリコンウェーハＷの面の上下に配置される一対の静電容量センサ２、３と、静電容量センサ２、３をウェーハ面に沿ってスキャン移動させるための移動機構４と、静電容量センサ２、３から得られた測定値を用いて、測定ポイントのウェーハ厚さを演算し、ウェーハ全体の平坦度を測定するコンピュータ５とを備える。支持部材８と静電容量センサ２、３とは、導通線６、７によりそれぞれ接続されている。
図１は、本発明の測定方法に用いることができる静電容量式の平坦度測定装置のブロック図である。この平坦度測定装置１は、支持部材８により支持されたシリコンウェーハＷの面の上下に配置される一対の静電容量センサ２、３と、静電容量センサ２、３をウェーハ面に沿ってスキャン移動させるための移動機構４と、静電容量センサ２、３から得られた測定値を用いて、測定ポイントのウェーハ厚さを演算し、ウェーハ全体の平坦度を測定するコンピュータ５とを備える。支持部材８と静電容量センサ２、３とは、導通線６、７によりそれぞれ接続されている。
静電容量センサ２は、センサ先端とシリコンウェーハＷの上面との距離ｄ１を測定し、静電容量センサ３は、センサ先端とシリコンウェーハＷの下面との距離ｄ２を測定する。即ち、静電容量センサ２、３は、センサ面とウェーハ面との間に形成される静電容量の変化を二面間の距離として測定する。
コンピュータ５は、静電容量センサ２と静電容量センサ３の先端同士の距離ｄ３を用い、ウェーハ厚さｔを演算式ｔ＝ｄ３－（ｄ１＋ｄ２）により求める。これを移動機構４により静電容量センサ２、３をウェーハ全体にスキャン（走査）しながら厚さ分布を取得し、シリコンウェーハの平坦度を求める。
コンピュータ５は、静電容量センサ２と静電容量センサ３の先端同士の距離ｄ３を用い、ウェーハ厚さｔを演算式ｔ＝ｄ３－（ｄ１＋ｄ２）により求める。これを移動機構４により静電容量センサ２、３をウェーハ全体にスキャン（走査）しながら厚さ分布を取得し、シリコンウェーハの平坦度を求める。
本発明に係る実施形態にあっては、この平坦度測定装置１による厚さ測定、平坦度測定の前段階の工程にて、水素原子を含む洗浄液によりシリコンウェーハを洗浄し、シリコンウェーハＷの電気的性質を一時的に変化させることに特徴を有する。
また、本発明に係る高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法は、シリコンウェーハの製造過程において実施することができ、上記したシリコンウェーハの洗浄工程と、平坦度測定装置１による測定は、そのウェーハ製造過程で用いられる。
以下、本発明の平坦度測定方法を実施可能なシリコンウェーハの製造工程について説明する。図２は、本発明に係るシリコンウェーハの平坦度測定方法が適用されるシリコンウェーハの製造工程例を示すフローである。
また、本発明に係る高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法は、シリコンウェーハの製造過程において実施することができ、上記したシリコンウェーハの洗浄工程と、平坦度測定装置１による測定は、そのウェーハ製造過程で用いられる。
以下、本発明の平坦度測定方法を実施可能なシリコンウェーハの製造工程について説明する。図２は、本発明に係るシリコンウェーハの平坦度測定方法が適用されるシリコンウェーハの製造工程例を示すフローである。
本発明のシリコンウェーハの平坦度測定の対象となるのは、抵抗が例えば１００００Ωｃｍ以上の高抵抗シリコンウェーハである。このようなシリコンウェーハは、例えば次のようにして製造される。
先ず、チョクラルスキー法によって抵抗が１００００Ωｃｍ以上の高抵抗のシリコン単結晶を製造する（図２のステップＳ１）。
のシリコン単結晶の製造においては、極微量のドーパントとして、例えば、リンとボロン、ヒ素とボロン等、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）とボロンとを同時に用いる。尚、ｎ型不純物とボロンの各ドーパント量は、製造するシリコンウェーハの抵抗率の目標値、及びｎ型半導体とするかｐ型半導体とするかの設計に従って決定すればよい。
具体的なドーパントの添加方法としては、例えば最初に合成石英ガラス性のルツボに原料ポリシリコン（例えば１５０ｋｇ）と極微量のボロンを含むドーパント添加用シリコンチップとを装填し、シリコン溶融液を形成する。
先ず、チョクラルスキー法によって抵抗が１００００Ωｃｍ以上の高抵抗のシリコン単結晶を製造する（図２のステップＳ１）。
のシリコン単結晶の製造においては、極微量のドーパントとして、例えば、リンとボロン、ヒ素とボロン等、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）とボロンとを同時に用いる。尚、ｎ型不純物とボロンの各ドーパント量は、製造するシリコンウェーハの抵抗率の目標値、及びｎ型半導体とするかｐ型半導体とするかの設計に従って決定すればよい。
具体的なドーパントの添加方法としては、例えば最初に合成石英ガラス性のルツボに原料ポリシリコン（例えば１５０ｋｇ）と極微量のボロンを含むドーパント添加用シリコンチップとを装填し、シリコン溶融液を形成する。
ルツボにシリコン溶融液を形成した後は、単結晶引上工程として、結晶径が徐々に拡径されて肩部が形成され、製品部分となる直胴部が形成される。
ここで、直胴部の形成において、シリコン溶融液の減少とともに融液中のボロンドーパント濃度が上昇する。そのままだと、単結晶中の抵抗率も引き上げ方向に不均一となるため、育成中の単結晶の抵抗率を見ながら、ボロンと反対の導電型をもたらすｎ型不純物を溶融液に追加投入しつつ引き上げを行う。即ち、ボロンの増加によるキャリアの増加は、ｎ型不純物により補償され、引き上げ方向における抵抗率の変動が緩和される。
尚、育成されるシリコン単結晶の抵抗率は、引上途中において単結晶の径と結晶長さとを測定し、測定された単結晶径及び結晶長さから、単結晶重量／初期シリコン原料の重量で表される固化率が求められ、結晶の抵抗率が推定される。
ここで、直胴部の形成において、シリコン溶融液の減少とともに融液中のボロンドーパント濃度が上昇する。そのままだと、単結晶中の抵抗率も引き上げ方向に不均一となるため、育成中の単結晶の抵抗率を見ながら、ボロンと反対の導電型をもたらすｎ型不純物を溶融液に追加投入しつつ引き上げを行う。即ち、ボロンの増加によるキャリアの増加は、ｎ型不純物により補償され、引き上げ方向における抵抗率の変動が緩和される。
尚、育成されるシリコン単結晶の抵抗率は、引上途中において単結晶の径と結晶長さとを測定し、測定された単結晶径及び結晶長さから、単結晶重量／初期シリコン原料の重量で表される固化率が求められ、結晶の抵抗率が推定される。
製品となる直胴部の形成後は、結晶径が徐々に縮径されて、結晶下端とシリコン溶融液との接触面積が徐々に小さくされ（テール部の形成）、結晶下端とシリコン溶融液とが切り離されてシリコン単結晶が製造される。
このようにして製造されたシリコン単結晶は、直胴部を切り出し、スライス加工により複数のシリコンウェーハを得る（図２のステップＳ２）。
得られたシリコンウェーハは、ダイアモンド砥石を用いて外周の面取り（ベベル加工）を行い、端面を例えば断面円弧状に形成する（図２のステップＳ３）。
次いで、回転する上下のラップ盤の間で、シリコンウェーハを配置したキャリアを回転させ、砥粒を供給しながら両面研磨するラップ加工を行う（図２のステップＳ４）。
ラップ加工後、酸を混合したエッチング液中に複数のシリコンウェーハを配置した治具をウェーハ軸周りに回転させながらエッチングし、前工程の機械加工による破壊層を除去する（図２のステップＳ５）。
得られたシリコンウェーハは、ダイアモンド砥石を用いて外周の面取り（ベベル加工）を行い、端面を例えば断面円弧状に形成する（図２のステップＳ３）。
次いで、回転する上下のラップ盤の間で、シリコンウェーハを配置したキャリアを回転させ、砥粒を供給しながら両面研磨するラップ加工を行う（図２のステップＳ４）。
ラップ加工後、酸を混合したエッチング液中に複数のシリコンウェーハを配置した治具をウェーハ軸周りに回転させながらエッチングし、前工程の機械加工による破壊層を除去する（図２のステップＳ５）。
次にシリコンウェーハを拡散炉内に配置し、結晶育成中に生成した酸素起因の不安定なドナーを熱処理により分解し、本来の抵抗率に戻す処理を行う（図２のステップＳ６）。
また、研磨布を貼った回転定盤に、シリコンウェーハを接着したプレートを押し付け、研磨剤を供給しながら、機械・化学複合作用による研磨をウェーハ表面が鏡面になるまで行うポリッシングを施す（図２のステップＳ７）。
また、研磨布を貼った回転定盤に、シリコンウェーハを接着したプレートを押し付け、研磨剤を供給しながら、機械・化学複合作用による研磨をウェーハ表面が鏡面になるまで行うポリッシングを施す（図２のステップＳ７）。
ポリッシング終了後、水素原子を含む洗浄液でシリコンウェーハを洗浄する（図２のステップＳ８）。具体的には、ＳＣ－１溶液（水５に対して過酸化水素１、水酸化アンモニウム１の溶液）、希フッ酸水、ＳＨ溶液（硫酸、過酸化水素の溶液）のうち、いずれか、或いは複数の洗浄液を用いて順に洗浄を行う。それら各洗浄液での洗浄後は、純水による洗浄をその都度行う。尚、ＳＣ－１溶液の場合、６５℃の液温度下で１０分浸漬する。希フッ酸水の場合、室温と同じ液温度下で５分浸漬する。また、ＳＨ溶液の場合、１１０℃の液温度下で７分間浸漬する。
この洗浄工程の間、ボロンがドープされたシリコンウェーハにおいて、洗浄溶液に含まれる水素原子がウェーハ内部に拡散し浸透する。そして、ウェーハ中に浸透した水素原子によって、ボロンによるアクセプタの電気的活性が失われ不活性化する。ボロンが不活性化することにより、シリコンウェーハは一時的にｎ型不純物が洗浄前よりもドーパントとしてより機能するｎ型のシリコンウェーハとなり、洗浄前よりも抵抗率が低下する。具体的には一時的に２０００Ωｃｍ以下に低下する。
この洗浄工程の間、ボロンがドープされたシリコンウェーハにおいて、洗浄溶液に含まれる水素原子がウェーハ内部に拡散し浸透する。そして、ウェーハ中に浸透した水素原子によって、ボロンによるアクセプタの電気的活性が失われ不活性化する。ボロンが不活性化することにより、シリコンウェーハは一時的にｎ型不純物が洗浄前よりもドーパントとしてより機能するｎ型のシリコンウェーハとなり、洗浄前よりも抵抗率が低下する。具体的には一時的に２０００Ωｃｍ以下に低下する。
ステップＳ８の洗浄工程から１６時間を超えると、ウェーハ中の水素原子が常温大気中に外方拡散し、ウェーハ中のボロンが活性化してシリコンウェーハの抵抗率が再び１００００Ωｃｍ以上となる虞がある。そのため、洗浄後１６時間以内に平坦度測定装置１による各シリコンウェーハの厚さ測定、平坦度測定を行う（図２のステップＳ９）。
ここで、シリコンウェーハは洗浄前よりも抵抗率が２０００Ωｃｍ以下に低下したｎ型のウェーハに一時的に変化しているため、静電容量センサ２、３とウェーハ面との間の静電容量を正確に測定することができ、抵抗の影響の小さい精度よい厚さ測定、平坦度測定を行うことができる。
尚、上記のようにステップＳ８の洗浄工程から１６時間を過ぎた場合、水素が外方拡散してシリコンウェーハ中のボロンが再び活性化し、抵抗値が高くなるが、その場合は、再度、ステップＳ８の洗浄を行うことでシリコンウェーハ中のボロンを不活性化し、抵抗値を一時的に２０００Ωｃｍ以下として精度良い測定が可能となる。
尚、上記のようにステップＳ８の洗浄工程から１６時間を過ぎた場合、水素が外方拡散してシリコンウェーハ中のボロンが再び活性化し、抵抗値が高くなるが、その場合は、再度、ステップＳ８の洗浄を行うことでシリコンウェーハ中のボロンを不活性化し、抵抗値を一時的に２０００Ωｃｍ以下として精度良い測定が可能となる。
以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、シリコンウェーハに対し静電容量方式の厚さ測定を行う直前に、水素原子を含む洗浄剤により洗浄を行う。これによりウェーハ中に水素原子が拡散、浸透し、シリコンウェーハ中のボロンを不活性化する。その結果、シリコンウェーハは、一時的に洗浄前よりも抵抗率の低いｎ型のシリコンウェーハに変化し、精度よい厚さ測定、及び平坦度測定が可能となる。
尚、前記実施の形態においては、図２のステップＳ８において、水素原子を含む洗浄剤によりシリコンウェーハを洗浄するものとしたが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、ステップＳ８の洗浄工程に替えて、アルカリ性または酸性の化学溶液を用いてウェットエッチングする工程を実施してもよい。例えば、酸エッチングの場合は、４０℃の液温度下で４分間浸漬する。この場合もウェーハ中に水素原子が拡散、浸透し、シリコンウェーハ中のボロンを不活性化することができる。
例えば、ステップＳ８の洗浄工程に替えて、アルカリ性または酸性の化学溶液を用いてウェットエッチングする工程を実施してもよい。例えば、酸エッチングの場合は、４０℃の液温度下で４分間浸漬する。この場合もウェーハ中に水素原子が拡散、浸透し、シリコンウェーハ中のボロンを不活性化することができる。
或いは、ステップＳ９の厚さ測定、平坦度測定の前に、４５０℃程度の低温でシリコンウェーハを熱処理して、ウェーハ中にサーマルドナー（酸素ドナー）を形成し、シリコンウェーハを一時的にｎ型シリコンウェーハとして抵抗率を低下させ、その状態でステップＳ９の厚さ測定、平坦度測定を行ってもよい。
この場合、ステップＳ９の測定工程の後、シリコンウェーハに対し６５０℃程度の熱処理を施し、ウェーハ中のサーマルドナーを消滅させて、ウェーハの抵抗率を再び１００００Ωｃｍ以上に戻してもよい。また、この場合、洗浄後１６時間以内の測定という限定はなくなるが、複数回の熱処理作業が必要となるので、場合に応じて、適宜手法を変えて平坦度測定をおこなうとよい。
この場合、ステップＳ９の測定工程の後、シリコンウェーハに対し６５０℃程度の熱処理を施し、ウェーハ中のサーマルドナーを消滅させて、ウェーハの抵抗率を再び１００００Ωｃｍ以上に戻してもよい。また、この場合、洗浄後１６時間以内の測定という限定はなくなるが、複数回の熱処理作業が必要となるので、場合に応じて、適宜手法を変えて平坦度測定をおこなうとよい。
また、前記実施の形態においては、抵抗率が１００００Ωｃｍ以上のシリコンウェーハの厚さ、平坦度を測定する場合を例に説明したが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。例えば、抵抗率が２０００Ωｃｍを超えるシリコンウェーハの厚さ測定、平坦度測定にも適用することができる。
また、前記実施の形態において、本発明の厚さ測定、及び平坦度測定の対象となるシリコンウェーハの電気的特性、即ち、ステップＳ８の洗浄前のシリコンウェーハの電気的特性はｐ型であっても、ｎ型であってもよく、いずれの型にも本発明を適用することができる。
本発明に係る高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法及び高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法について、実施例に基づきさらに説明する。
（実験１）
実験１では、本発明の実施形態に基づき、抵抗率が１００００Ωｃｍのシリコンウェーハを製造し、図１の平坦度測定装置１を用いてウェーハ中心点における厚さ測定を行った。
実験１では、本発明の実施形態に基づき、抵抗率が１００００Ωｃｍのシリコンウェーハを製造し、図１の平坦度測定装置１を用いてウェーハ中心点における厚さ測定を行った。
（実施例１）
実施例１では、図２のステップＳ８において厚さ７３２μｍのシリコンウェーハを室温と同じ温度下の希フッ酸溶液に５分間浸漬して洗浄後、１４時間経過した時点で、図１の平坦度測定装置１を用いてシリコンウェーハの中心点の厚さ測定を実施した。
また、厚さ測定時点のシリコンウェーハの抵抗率を測定した。同じシリコンウェーハに対し、１０回の厚さ測定を繰り返し実施した。
実施例１では、図２のステップＳ８において厚さ７３２μｍのシリコンウェーハを室温と同じ温度下の希フッ酸溶液に５分間浸漬して洗浄後、１４時間経過した時点で、図１の平坦度測定装置１を用いてシリコンウェーハの中心点の厚さ測定を実施した。
また、厚さ測定時点のシリコンウェーハの抵抗率を測定した。同じシリコンウェーハに対し、１０回の厚さ測定を繰り返し実施した。
（比較例１）
比較例１では、７３２μｍのシリコンウェーハに対し、図２のステップＳ８の洗浄を行う前に、図１の平坦度測定装置１を用いてシリコンウェーハの中心点の厚さ測定を実施した。
また、厚さ測定時点のシリコンウェーハの抵抗率を測定した。同じシリコンウェーハに対し、１０回の厚さ測定を繰り返し実施した。
比較例１では、７３２μｍのシリコンウェーハに対し、図２のステップＳ８の洗浄を行う前に、図１の平坦度測定装置１を用いてシリコンウェーハの中心点の厚さ測定を実施した。
また、厚さ測定時点のシリコンウェーハの抵抗率を測定した。同じシリコンウェーハに対し、１０回の厚さ測定を繰り返し実施した。
（比較例２）
比較例２では、図２のステップＳ８において厚さ７３２μｍのシリコンウェーハを室温と同じ温度下の希フッ酸溶液に５分間浸漬して洗浄後、６２時間経過した時点で、図１の平坦度測定装置１を用いてシリコンウェーハの中心点の厚さ測定を実施した。
また、厚さ測定時点のシリコンウェーハの抵抗率を測定した。同じシリコンウェーハに対し、１０回の厚さ測定を繰り返し実施した。
比較例２では、図２のステップＳ８において厚さ７３２μｍのシリコンウェーハを室温と同じ温度下の希フッ酸溶液に５分間浸漬して洗浄後、６２時間経過した時点で、図１の平坦度測定装置１を用いてシリコンウェーハの中心点の厚さ測定を実施した。
また、厚さ測定時点のシリコンウェーハの抵抗率を測定した。同じシリコンウェーハに対し、１０回の厚さ測定を繰り返し実施した。
実施例１、及び比較例１、２の結果を表１に示す。また、図３のグラフに実施例１、及び比較例１、２の厚さ測定の結果を箱ひげ図で示す。図３のグラフにおいて縦軸は測定したウェーハ厚さ（μｍ）である。
実施例１、即ち洗浄後１４時間以内の厚さ測定では、真値に近い測定結果が得られ、ばらつきも小さいものとなった。また、このときの抵抗値は２０００Ωｃｍであり、抵抗値が２０００Ωｃｍ以下であれば、正しい厚さ測定が可能であると推定できた。
一方、比較例１、２、即ち洗浄前、及び洗浄後６２時間を経過すると、真値から離れた値となりばらつきが大きくなった。
一方、比較例１、２、即ち洗浄前、及び洗浄後６２時間を経過すると、真値から離れた値となりばらつきが大きくなった。
（実験２）
実験２では、抵抗率１００００Ωｃｍのシリコンウェーハに対し、水素原子を含む洗浄液による洗浄を行った後のウェーハ抵抗率を測定し、時間経過に伴う変化について検証した。
図４のグラフに実験２の結果を示す。図４のグラフにおいて縦軸は抵抗率（Ωｃｍ）、横軸は洗浄後経過時間（ｈ）である。実験２における抵抗率の変化は実線で示している。
実験２では、抵抗率１００００Ωｃｍのシリコンウェーハに対し、水素原子を含む洗浄液による洗浄を行った後のウェーハ抵抗率を測定し、時間経過に伴う変化について検証した。
図４のグラフに実験２の結果を示す。図４のグラフにおいて縦軸は抵抗率（Ωｃｍ）、横軸は洗浄後経過時間（ｈ）である。実験２における抵抗率の変化は実線で示している。
（実験３）
実験３では、抵抗率２１００Ωｃｍのシリコンウェーハに対し、水素原子を含む洗浄液による洗浄を行った後のウェーハ抵抗率を測定し、時間経過に伴う変化について検証した。
図４のグラフに実験３の結果を示す。図４のグラフにおいて縦軸は抵抗率（Ωｃｍ）、横軸は洗浄後経過時間（ｈ）である。実験３における抵抗率の変化は破線で示している。
実験３では、抵抗率２１００Ωｃｍのシリコンウェーハに対し、水素原子を含む洗浄液による洗浄を行った後のウェーハ抵抗率を測定し、時間経過に伴う変化について検証した。
図４のグラフに実験３の結果を示す。図４のグラフにおいて縦軸は抵抗率（Ωｃｍ）、横軸は洗浄後経過時間（ｈ）である。実験３における抵抗率の変化は破線で示している。
図４のグラフに示すように、１００００Ωｃｍのシリコンウェーハの場合、洗浄後３０時間までは抵抗率は２０００Ωｃｍとなり、厚さ測定を精度良く行うことができることを確認した。
一方、２１００Ωｃｍのシリコンウェーハの場合、洗浄後２０時間までは２０００Ωｃｍとなり、厚さ測定を精度良く行うことができることを確認した。
実験２、３の結果から、精度良く厚さ測定可能な洗浄後経過時間は、マージンをとって洗浄後１６時間とした。
以上の実施例の結果、本発明によれば、精度よくシリコンウェーハの厚さを測定することができると確認した。
一方、２１００Ωｃｍのシリコンウェーハの場合、洗浄後２０時間までは２０００Ωｃｍとなり、厚さ測定を精度良く行うことができることを確認した。
実験２、３の結果から、精度良く厚さ測定可能な洗浄後経過時間は、マージンをとって洗浄後１６時間とした。
以上の実施例の結果、本発明によれば、精度よくシリコンウェーハの厚さを測定することができると確認した。
１ 平坦度測定装置
２ 静電容量センサ
３ 静電容量センサ
４ 移動機構
５ コンピュータ
６ 導通線
７ 導通線
８ 支持部材
Ｗ シリコンウェーハ
２ 静電容量センサ
３ 静電容量センサ
４ 移動機構
５ コンピュータ
６ 導通線
７ 導通線
８ 支持部材
Ｗ シリコンウェーハ
Claims (8)
- ボロンとｎ型不純物とがドープされた高抵抗のシリコンウェーハの厚さを測定する方法であって、
前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップと、
抵抗率が低下した前記シリコンウェーハに対し、静電容量方式の厚さ測定を行うステップと、
を備えることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法。 - 前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、
前記シリコンウェーハの抵抗率を一時的に２０００Ωｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載された高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法。 - 前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、
前記シリコンウェーハに対し水素原子を含む洗浄液により洗浄し、前記シリコンウェーハ中に拡散させた水素原子により該シリコンウェーハ中のボロンを不活性化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法。 - 前記水素原子を含む洗浄液は、ＳＣ－１洗浄、希フッ酸洗浄、ＳＨ洗浄のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載された高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法。
- 前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、
前記シリコンウェーハに対し、アルカリ性の化学溶液、または酸性の化学溶液によりウェットエッチングを行い、前記シリコンウェーハ中に拡散させた水素原子により該シリコンウェーハ中のボロンを不活性化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法。 - 前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップの後、
１６時間以内に前記シリコンウェーハに対し、静電容量方式の厚さ測定を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法。 - 前記シリコンウェーハ中のｎ型不純物をより機能させ、一時的に抵抗率のより低いｎ型シリコンウェーハを形成するステップにおいて、
前記シリコンウェーハに対し少なくとも４５０℃の熱処理により前記シリコンウェーハ中にサーマルドナーを形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法。 - 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の高抵抗シリコンウェーハの厚さ測定方法を用いた高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法であって、
前記シリコンウェーハの全面に対し静電容量センサを走査し、シリコンウェーハの厚さ分布を取得することを特徴とする高抵抗シリコンウェーハの平坦度測定方法。
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