JP3968695B2 - ウェーハ外周部の加工能力評価方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェーハの外周部の加工能力を評価するために用いるウェーハを用いてウェーハの外周部の加工能力を評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハはウェーハ加工プロセスもしくはウェーハを用いてのデバイス製造プロセスにおいて、自動搬送などウェーハの周辺部を利用した操作が頻繁に繰り返される。このため、円盤状ウェーハの周辺部が切断されたままの直角の状態だと、欠け、チップを生じ易く結果として生じるパーティクルが主表面などに付着して後工程の製造歩留まりを低下させる。また外周部の表面状態が粗いと、エッチングプロセスなどに使用した化学物質の洗浄が完全に行なわれず、残存して以後の工程への悪影響を来す。さらには、当該単結晶ウェーハ主面上にエピタキシャル成長などを行なってウェーハとしての製品価値を高める場合、外周部の表面の不規則且つ欠陥的結晶配列状態によっては、ノジュールといわれる複数の突起や、主面周辺部にクラウン（突起状結晶成長）の発生をもたらすなどの不利に繋がる。よって、ウェーハの加工では主面の加工のみならず、周辺部の加工も重要であって、現在では周辺部は面取り加工に加えて鏡面状に研磨して、チッピングに対する備えとし、且つ高度に整えられた表面状態とするのが一般的である。
さて、このようなウェーハ外周部を加工する加工プロセスにおいては、当然加工能力の定量的な把握をして、プロセスのコントロールをすることが必要である。具体的には時間あたりの研削量若しくは研磨量を把握して、適切な加工を行なう。従来の加工工程の能力評価方法では、加工前後又は途上など一定時間加工後のウェーハ全体の重量を測定し、周辺部が削減された厚みを推定した。この方法では方法の性格上平均的な削減量しか分からない。一方、周辺部は主面に垂直な断面で見たとき、主面のように水平平坦な輪郭をしておらず、加工具の面に対して通常凸の部分を含んでいるとともに、各種プロファイルの輪郭線の設計になっているため、被加工部分の加工具の面に対する接し方が常に一定ではない。従って、加工プロセスにおける周辺部の一定時間内削減量即ち加工能力は被加工部位によって異なる傾向が強い。言いかえると加工能力の前記断面内の被加工部位における分布（以後面内分布）の把握評価が困難で、従来のような平均的な加工能力の把握では、部位によって加工能力が異なる場合、正しい把握をしているとは言えない。そのため、設定加工能力を最も加工速度の低い部位に合せるので全体としては過剰加工になり、加工時間の増加、つまり生産性の低下や研磨布のライフの低下などコストの損失にもなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題を解決せんとしたもので、ウェーハの外周部の加工において、加工能力の面内分布を測定するために用いるウェーハ外周部の加工能力評価用ウェーハを用いてウェーハ外周部の加工能力を評価し、
更に、本発明は前記加工能力評価用ウェーハ及び前記面内分布測定方法を提供して、ウェーハ外周部を加工する工程の改善を行ない前記外周部加工の均一性の向上に寄与させることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明はモニタウェーハである加工能力評価用ウェーハを使用して製品ウェーハのウェーハ外周部を加工する加工工程の加工能力を評価する方法であって、
前記被加工ウェーハの材料である単結晶シリコンの加工速度との相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコン（以下被覆層という）を、基板となる単結晶シリコンウェーハ（以下サンプルウェーハという）の表面に被覆し、該被覆層が被覆されているサンプルウェーハ表面を加工方向に境界線となる基準位置に設定した加工能力評価用ウェーハを用いて、ウェーハ外周部を加工した際に、前記サンプルウェーハ表面に形成された基準位置をもとに、加工前後および加工途中において前記基準位置までの厚さを測定し加工能力を評価することを特徴とするウェーハ外周部の加工能力評価方法にある。
具体的には、従来はウェーハ主面ではウェーハの一方の面を基準として厚さ変化を測定して、加工能力の評価をすることができるが、ウェーハ周辺部では厚さ方向及び径方向に加工されるため基準位置がなく、加工によって削り取られる厚さを長さの単位で測定する評価方法がなかったが、本発明はウェーハ表層の加工方向に境界となる基準位置を設定して、加工によって削り取られる厚さを長さの単位で測定することを可能にしたことにある。
従って、本発明に用いる加工能力評価用ウェーハは、基板となるウェーハの表面に前記ウェーハ外周部を加工する工程で加工される被加工ウェーハの加工速度と相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコンを被覆し加工方向に境界となる基準位置を設ける。これにより、実際に製品ウェーハが加工されるときの加工速度を、実質的には被覆物質の加工速度である本発明の評価用ウェーハの加工速度を用い当該相対比より換算することができる。
【０００５】
本発明でいう加工能力をここで明確に定義しておくと、被加工ウェーハの一定条件又は単位時間における研削量若しくは研磨量又は研削厚さ若しくは研磨厚さをいい、例えば上記において加工をｔ時間継続したときにおけるポリシリコン層の厚みの、初期値がｄ０、ｔ時間後の値がｄｔがならば加工能力ＰＲは、ＰＲ＝（ｄ０―ｄｔ）／ｔで現される。ここで、ｄ０、ｄｔは長さの単位であり、ｔは時間の単位である。そして本発明によればウェーハの複数部位の測定を行なえば、ウェーハの各部位毎に測定値が得られるので、面内の加工能力の分布が得られるのである。一方従来法では全体の重量をもって評価するので、加工をｔ時間継続したときにおけるウェーハ全体の重量厚みの、初期値がｗ０、ｔ時間後の値がｗｔならば加工能力ＰＲは、ＰＲ＝（ｗ０―ｗｔ）／ｔで現される。ここで、ｗ０、ｗｔは重量の単位であり、ｔは時間の単位である。ｗ０、ｗｔは一枚のウェーハで各１つの数値しか得られないので、従来法では当該ウェーハ全体の平均的加工能力しか分からない。一般に生産工程において能力という用語を用いるとき、当業者間では、特に断りのない場合は、生産キャパシティー即ち単位時間における製品のアウトプットを意味したり、品質項目を一定値内に管理できる工程能力を意味したりするので敢えてここに説明する。
【０００６】
前記したように、加工される被加工ウェーハの加工速度と相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコンを表層とし、加工を行なえば、正確な加工量、つまり加工能力を評価できる。具体的には単結晶シリコンウェーハの表面に酸化膜やポリシリコン層を被覆した加工度評価用ウェーハにすればよい。特にポリシリコンとするのが好ましい。
被加工ウェーハである製品ウェーハが単結晶シリコンウェーハの場合、基板となる単結晶シリコンウェーハ（サンプルウェーハ）の表面にポリシリコン層を形成すると加工方向に単結晶シリコンとポリシリコンの明確な境界線ができ、この位置を基準とすることによって正確な加工量を評価できる。
また、前記単結晶シリコンウェーハ（サンプルウェーハ）の表面が鏡面、特に外周部が鏡面面取りされているウェーハ上にポリシリコン層を被覆すると境界部がより明確になるので、より正確な値が得られる。
また、基板となるウェーハを単結晶シリコンウェーハ（サンプルウェーハ）としその表面に酸化膜を形成しても同様である。酸化膜を形成した加工能力評価用ウェーハでは加工速度が被加工ウェーハである製品ウェーハと異なるため、前記したように被加工ウェーハとの相対比を測定しておき、それにより被加工ウェーハの加工能力に換算する必要がある。一方ポリシリコンの加工速度は単結晶と同一物質でほぼ同じであるから、別に換算することなしに正確な加工能力を評価できる。
【０００７】
従って本発明は前記したように、モニタウェーハである加工能力評価用ウェーハを使用して製品ウェーハのウェーハ外周部を加工する加工工程の加工能力を評価する方法であって、
前記被加工ウェーハの材料である単結晶シリコンの加工速度との相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコン（以下被覆層という）を、基板となる単結晶シリコンウェーハ（以下サンプルウェーハという）の表面に被覆し、該被覆層が被覆されているサンプルウェーハ表面を加工方向に境界線となる基準位置に設定した加工能力評価用ウェーハを用いて、ウェーハ外周部を加工した際に、前記サンプルウェーハ表面に形成された基準位置をもとに、加工前後および加工途中において前記基準位置までの厚さを測定し加工能力を評価することを特徴とする。
そしてこのようなウェーハ測定においては、測定すべきウェーハ表層の加工方向に境界となる基準位置を有しているウェーハを、主面に垂直な方向に劈開などの方法で切断し、断面が明瞭に現れるようサンプルを調製する。ついでこの断面を高倍率化手段で所望の部位の前記基準位置から表面までの距離即ち厚みを測定する。高倍率化手段は当該サンプルの実体的像が観察でき、測長手段を具えていればよく、特に装置を限定するものではないが、走査電子顕微鏡などが好ましい。これにより、必要部分の測定値が場所毎に得られるので、加工能力が場所による分布として表現されるのである。
【０００８】
上記したように、本発明はウェーハ表層の加工方向に境界となる基準位置を有しているウェーハを所謂モニターとして用い、加工プロセスの特性を把握し、条件の設定・変更、方法の設定・変更に資するのであるから、測定物自体が加工製品となるわけではない。従って、前記加工能力評価用ウェーハがウェーハ外周部を加工する工程で加工される被加工ウェーハと実質的に同等な形状及び寸法であった方が直接的な評価がし易い。
また、本発明の加工能力評価用ウェーハはさらに同様な理由から前記ウェーハ外周部を加工する工程で加工される部位と少なくとも同じ範囲の部位において、被加工ウェーハと同一な形状及び寸法であってもよい。
更に、本発明の加工能力評価用ウェーハがポリシリコン層被覆ウェーハである場合、全部分に渡って厚さが実質的に均一であることが望ましい。測定法の工夫によってはその必要がない場合もあるが、全部分均一であれば、場所による厚みの分布が直接比較できるからである。
【０００９】
さて本発明の加工能力評価用ウェーハがポリシリコン層被覆ウェーハである場合、このポリシリコン層は通常の方法によって単結晶シリコン上に成長させることができる。即ち、高温の炉中に単結晶シリコンウェーハを保持しつつ、熱分解若しくは還元的熱分解によってシリコンを生成する珪素化合物を、高温の炉中に気体状で存在させることにより、該単結晶ウェーハ上に多結晶シリコンは堆積成長する。
本発明の加工能力評価用ウェーハがポリシリコン層被覆ウェーハである場合のポリシリコン層の厚みについては、従来のこの種のウェーハの用途であるゲッタリングを目的とする場合は１〜１．５μｍの厚さで十分であったが、本発明の目的にははるかに厚いポリシリコン層が必要で、５μｍ以上好ましくは１０μｍ以上の厚みのポリシリコン層を成長させる。勿論、一度のポリシリコン成長プロセスで所望の厚みが得られなければ、複数回の操作を行っても一向に差し支えない。
【００１０】
単結晶シリコンウェーハ外周部の加工には、円盤状ウェーハの外周面が主面に垂直で、未だ外周面と主面との為す角が鋭いエッジを呈している未加工物を、外周部研削装置で主面に垂直な断面輪郭線が所望の輪郭線を描くよう即ち台形若しくは多角形又は半円若しくは計画した曲線状に研削する第一の工程がある。これは所謂面取り工程と称し、当該ウェーハの外周部を砥石を用い面取り部を研削する工程である。次に当該面取りされた外周部を外周部研磨装置で鏡面研磨する第二の工程とがある。これは所謂鏡面面取り工程と称し、研磨布（バフ）を貼付した回転するドラムにウェーハ外周部を当接し、研磨剤を供給して研磨する工程である。また、鏡面面取り工程の負担を減らす目的として、固定粒が担持されたテープを用いた面取り工程もある。本発明のウェーハはいずれの工程へも適用ができて、その加工能力の評価に用いることができる。
また、鏡面面取り工程を評価する場合など、この工程で加工される製品ウェーハ（被加工ウェーハ）を抜き取り、この単結晶シリコンの基盤上に１０μｍ程度のポリシリコンを成長させるなどすれば、被加工ウェーハと実質的に同様な形状及び寸法の加工能力評価用ウェーハを作成する事ができる。つまり、この程度のポリシリコンによる寸法の変化は、被加工ウェーハの寸法のバラツキと同等であり、加工条件に影響することなく評価できる。しかし、面取り工程など加工代が多く、ポリシリコンなどを更に厚く成長させ評価用ウェーハを作らなければならない場合は、予め基板となるウェーハ（サンプルウェーハ）の径を小さくしておくなどの工夫をし、実質的に被加工ウェーハと同様な形状及び寸法にするのがよい。
【００１１】
さらに、本発明の加工能力評価用ウェーハを用いてウェーハ外周部を加工する工程の加工能力を評価し、ウェーハ外周部の加工条件を設定して製品製造を行うことができる。ウェーハ外周部の加工工程としては、シリコンウェーハ外周部を砥石または固定砥粉が担持されたテープを用いて研削する面取り加工工程と、シリコンウェーハ外周部を研磨する鏡面面取り加工工程が挙げられる。ここで、加工条件とは、砥石または固定砥粉が担持されたテープを用いて研削する面取り加工工程ではテープ送り速度、ウェーハの回転速度、テープとウェーハの接触角度、加工時間であり、鏡面面取り加工工程ではドラム（研磨布）の回転速度、ウェーハ回転速度、研磨布とウェーハの接触角度、加工時間である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態としての例を従来技術の比較例と共に以下に詳しく説明する。しかし、これは例示であって、装置、方法、材料などここに掲げたもの又は方法に、本発明は限られるものではない。
【００１３】
［本発明の外周部加工能力評価用ウェーハを用いて評価する標準的な加工工程の一例］
第１図は単結晶シリコンウェーハ外周部加工装置のうち外周部の研磨に用いる鏡面面取り装置１１である。第１図において不織布で構成される研磨布（バフ）１４を貼付したドラム１３に、４５°の傾斜を与えてウェーハ１２を接触させ、接触点にスラリー（アルカリ溶液にコロイダルシリカ等を分散させた研磨剤）を流しながら相対的にウェーハ１２の外周部を万遍なく摺擦して、ウェーハ外周部を研磨する。ウェーハ１２は０．５ｒｐｍで回転しながら、ドラム１３は８００ｒｐｍで回転して行う。ウェーハ１２は研磨中、図に示すごとく２ｋｇの一定荷重１８をかけて、研磨布（バフ）１４面に押圧されている。この研磨操作を表面２４０秒、裏面２４０秒行う。以下の説明でこの操作を標準研磨操作という。
【００１４】
［比較例１］
すでにウェーハ外周部研削装置で面取りが行われている第２図の断面形状を有するサンプルウェーハ（直径２００ｍｍ）２１を３枚前記標準研磨操作によって研磨した。１枚当たりの平均の研磨前重量と研磨後の重量の差は２２．４ｍｇであった。研磨に要した時間は一枚当たり４８０秒なので、時間あたり加工能力、即ち研磨レートは２．８ｍｇ／ｍｉｎであった。当該研磨されたウェーハの外周部を顕微鏡観察すると、必要部分全面が単結晶シリコンウェーハの製品仕様に合格する程度の鏡面に研磨されていることがわかった。この評価結果より、前記標準研磨操作を初期の生産条件として、以後外周部研磨工程での生産を行なった。以後計画的に生産途中の外周部研磨工程でサンプリングを行ない、上記と同様な評価を行ない、研磨時間の調整、研磨布（バフ）の交換などの生産条件の管理を行なった。但し、本方法では部位による変化が把握できないので、最も研磨レートの遅い部位に生産条件が合せられるので、他部位の過剰研磨は免れない。
【００１５】
［実施例１］
すでにウェーハ外周部研削装置で面取りが行われている第２図の断面形状を有するサンプルウェーハ（直径２００ｍｍ）をＣＶＤ装置内に静置し、６００℃〜７００℃の温度でモノシランを流し、当該ウェーハ主面及び周辺部上にポリシリコン層３１を均一に８．３〜８．６μｍ成長させた。このポリシリコン層被覆サンプルウェーハを複数枚用意し、そのうちの１枚のウェーハを劈開し、その断面を走査電子顕微鏡を用い２０００倍の倍率で観察、単結晶部分とポリシリコン部分の明瞭な境界線を基準として、第３図の部位１、２及び３について厚さを測定した。測定値は表にｄ０１、ｄ０２、ｄ０３欄に示す。次に別の１枚を前記標準研磨操作にて外周部を鏡面研磨する。ただし、本実施例では鏡面研磨は表面側の片面についてのみ行った。同様にして研磨されたウェーハの部位１、２、３について厚さを測定した。第４図に部位２における研磨前後の走査電子顕微鏡の写真を模式的に表した図を掲げる。得られた測定値を表１のｄｔ１、ｄｔ２、ｄｔ３欄に示す。Δｄ１、Δｄ２、Δｄ３欄に研磨前後の同位置における厚さの差、即ち加工能力を示す。このデータにより今回の標準研磨操作により鏡面面取りした場合、部位３が最も加工能力（研磨レート）が低く、次いで部位１の研磨レートが低いことがわかる。部位３は表面側研磨時と裏面側研磨時の両方の研磨時に研磨されるために、片面での研磨レートが低くても実質的な研磨レートはほぼ２倍となるので、部位２の加工能力と大きな差はない。部位１の加工能力が部位２に比べて若干低い点の改善が必要と判断される。こうした結果から、面内分布の均一な加工能力達成を図れば、生産性の向上がはかれることが理解される。
【００１６】
［実施例２］
実施例１での結果から部位１の研磨レートが部位２に比べて若干低いことが判明したが、これを改善すべくウェーハ１２を５°立てた状態、すなわち、加工面がよりドラム１３に近づいた状態とした以外は標準研磨操作と同様にして、別の１枚のウェーハ（実施例１で用いたものと同様のもの）を表面側の片面のみ外周部を鏡面研磨し、加工能力を測定した。その結果加工能力ＰＲは部位１で１．１（μｍ／ｍｉｎ）、部位２で１．３（μｍ／ｍｉｎ）、部位３で０．６（μｍ／ｍｉｎ）となった。部位１と部位２の加工能力差が小さくなったので、研磨操作の時間を片面について４０秒ずつ短縮し、表面２００秒、裏面２００秒として直径２００ｍｍのシリコンウェーハ製品製造を行ったところ研磨時間を１７％程度短縮したにもかかわらず、比較例１のウェーハと同様の製品が安定して製造できた。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【発明の効果】
以上記載した如く本発明によれば、ウェーハの外周部の加工において、加工能力の面内分布を測定するために用いるウェーハ外周部の加工能力評価用ウェーハ及び評価する方法を提供することができ、前記面内分布を測定出来るようになったので前記外周部加工の均一性の向上に寄与することができた。等の種々の著効を有す。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に適用される鏡面面取り装置の概念図である。
第２図は、単結晶シリコンウェーハの外周部を現すウェーハ主面に垂直な断面図である。
第３図は本発明の実施例にかかるポリシリコンを被覆したウェーハの断面図である。
第４図は本発明の実施例における測定サンプルの研磨前後における走査電子顕微鏡写真の模式図である。
【符号の説明】
１〜３は加工部位、１１は鏡面面取り装置、１２はウェーハ、２１はサンプルウェーハ、３１はポリシリコン層である。
【発明の属する技術分野】
本発明はウェーハの外周部の加工能力を評価するために用いるウェーハを用いてウェーハの外周部の加工能力を評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハはウェーハ加工プロセスもしくはウェーハを用いてのデバイス製造プロセスにおいて、自動搬送などウェーハの周辺部を利用した操作が頻繁に繰り返される。このため、円盤状ウェーハの周辺部が切断されたままの直角の状態だと、欠け、チップを生じ易く結果として生じるパーティクルが主表面などに付着して後工程の製造歩留まりを低下させる。また外周部の表面状態が粗いと、エッチングプロセスなどに使用した化学物質の洗浄が完全に行なわれず、残存して以後の工程への悪影響を来す。さらには、当該単結晶ウェーハ主面上にエピタキシャル成長などを行なってウェーハとしての製品価値を高める場合、外周部の表面の不規則且つ欠陥的結晶配列状態によっては、ノジュールといわれる複数の突起や、主面周辺部にクラウン（突起状結晶成長）の発生をもたらすなどの不利に繋がる。よって、ウェーハの加工では主面の加工のみならず、周辺部の加工も重要であって、現在では周辺部は面取り加工に加えて鏡面状に研磨して、チッピングに対する備えとし、且つ高度に整えられた表面状態とするのが一般的である。
さて、このようなウェーハ外周部を加工する加工プロセスにおいては、当然加工能力の定量的な把握をして、プロセスのコントロールをすることが必要である。具体的には時間あたりの研削量若しくは研磨量を把握して、適切な加工を行なう。従来の加工工程の能力評価方法では、加工前後又は途上など一定時間加工後のウェーハ全体の重量を測定し、周辺部が削減された厚みを推定した。この方法では方法の性格上平均的な削減量しか分からない。一方、周辺部は主面に垂直な断面で見たとき、主面のように水平平坦な輪郭をしておらず、加工具の面に対して通常凸の部分を含んでいるとともに、各種プロファイルの輪郭線の設計になっているため、被加工部分の加工具の面に対する接し方が常に一定ではない。従って、加工プロセスにおける周辺部の一定時間内削減量即ち加工能力は被加工部位によって異なる傾向が強い。言いかえると加工能力の前記断面内の被加工部位における分布（以後面内分布）の把握評価が困難で、従来のような平均的な加工能力の把握では、部位によって加工能力が異なる場合、正しい把握をしているとは言えない。そのため、設定加工能力を最も加工速度の低い部位に合せるので全体としては過剰加工になり、加工時間の増加、つまり生産性の低下や研磨布のライフの低下などコストの損失にもなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題を解決せんとしたもので、ウェーハの外周部の加工において、加工能力の面内分布を測定するために用いるウェーハ外周部の加工能力評価用ウェーハを用いてウェーハ外周部の加工能力を評価し、
更に、本発明は前記加工能力評価用ウェーハ及び前記面内分布測定方法を提供して、ウェーハ外周部を加工する工程の改善を行ない前記外周部加工の均一性の向上に寄与させることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明はモニタウェーハである加工能力評価用ウェーハを使用して製品ウェーハのウェーハ外周部を加工する加工工程の加工能力を評価する方法であって、
前記被加工ウェーハの材料である単結晶シリコンの加工速度との相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコン（以下被覆層という）を、基板となる単結晶シリコンウェーハ（以下サンプルウェーハという）の表面に被覆し、該被覆層が被覆されているサンプルウェーハ表面を加工方向に境界線となる基準位置に設定した加工能力評価用ウェーハを用いて、ウェーハ外周部を加工した際に、前記サンプルウェーハ表面に形成された基準位置をもとに、加工前後および加工途中において前記基準位置までの厚さを測定し加工能力を評価することを特徴とするウェーハ外周部の加工能力評価方法にある。
具体的には、従来はウェーハ主面ではウェーハの一方の面を基準として厚さ変化を測定して、加工能力の評価をすることができるが、ウェーハ周辺部では厚さ方向及び径方向に加工されるため基準位置がなく、加工によって削り取られる厚さを長さの単位で測定する評価方法がなかったが、本発明はウェーハ表層の加工方向に境界となる基準位置を設定して、加工によって削り取られる厚さを長さの単位で測定することを可能にしたことにある。
従って、本発明に用いる加工能力評価用ウェーハは、基板となるウェーハの表面に前記ウェーハ外周部を加工する工程で加工される被加工ウェーハの加工速度と相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコンを被覆し加工方向に境界となる基準位置を設ける。これにより、実際に製品ウェーハが加工されるときの加工速度を、実質的には被覆物質の加工速度である本発明の評価用ウェーハの加工速度を用い当該相対比より換算することができる。
【０００５】
本発明でいう加工能力をここで明確に定義しておくと、被加工ウェーハの一定条件又は単位時間における研削量若しくは研磨量又は研削厚さ若しくは研磨厚さをいい、例えば上記において加工をｔ時間継続したときにおけるポリシリコン層の厚みの、初期値がｄ０、ｔ時間後の値がｄｔがならば加工能力ＰＲは、ＰＲ＝（ｄ０―ｄｔ）／ｔで現される。ここで、ｄ０、ｄｔは長さの単位であり、ｔは時間の単位である。そして本発明によればウェーハの複数部位の測定を行なえば、ウェーハの各部位毎に測定値が得られるので、面内の加工能力の分布が得られるのである。一方従来法では全体の重量をもって評価するので、加工をｔ時間継続したときにおけるウェーハ全体の重量厚みの、初期値がｗ０、ｔ時間後の値がｗｔならば加工能力ＰＲは、ＰＲ＝（ｗ０―ｗｔ）／ｔで現される。ここで、ｗ０、ｗｔは重量の単位であり、ｔは時間の単位である。ｗ０、ｗｔは一枚のウェーハで各１つの数値しか得られないので、従来法では当該ウェーハ全体の平均的加工能力しか分からない。一般に生産工程において能力という用語を用いるとき、当業者間では、特に断りのない場合は、生産キャパシティー即ち単位時間における製品のアウトプットを意味したり、品質項目を一定値内に管理できる工程能力を意味したりするので敢えてここに説明する。
【０００６】
前記したように、加工される被加工ウェーハの加工速度と相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコンを表層とし、加工を行なえば、正確な加工量、つまり加工能力を評価できる。具体的には単結晶シリコンウェーハの表面に酸化膜やポリシリコン層を被覆した加工度評価用ウェーハにすればよい。特にポリシリコンとするのが好ましい。
被加工ウェーハである製品ウェーハが単結晶シリコンウェーハの場合、基板となる単結晶シリコンウェーハ（サンプルウェーハ）の表面にポリシリコン層を形成すると加工方向に単結晶シリコンとポリシリコンの明確な境界線ができ、この位置を基準とすることによって正確な加工量を評価できる。
また、前記単結晶シリコンウェーハ（サンプルウェーハ）の表面が鏡面、特に外周部が鏡面面取りされているウェーハ上にポリシリコン層を被覆すると境界部がより明確になるので、より正確な値が得られる。
また、基板となるウェーハを単結晶シリコンウェーハ（サンプルウェーハ）としその表面に酸化膜を形成しても同様である。酸化膜を形成した加工能力評価用ウェーハでは加工速度が被加工ウェーハである製品ウェーハと異なるため、前記したように被加工ウェーハとの相対比を測定しておき、それにより被加工ウェーハの加工能力に換算する必要がある。一方ポリシリコンの加工速度は単結晶と同一物質でほぼ同じであるから、別に換算することなしに正確な加工能力を評価できる。
【０００７】
従って本発明は前記したように、モニタウェーハである加工能力評価用ウェーハを使用して製品ウェーハのウェーハ外周部を加工する加工工程の加工能力を評価する方法であって、
前記被加工ウェーハの材料である単結晶シリコンの加工速度との相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコン（以下被覆層という）を、基板となる単結晶シリコンウェーハ（以下サンプルウェーハという）の表面に被覆し、該被覆層が被覆されているサンプルウェーハ表面を加工方向に境界線となる基準位置に設定した加工能力評価用ウェーハを用いて、ウェーハ外周部を加工した際に、前記サンプルウェーハ表面に形成された基準位置をもとに、加工前後および加工途中において前記基準位置までの厚さを測定し加工能力を評価することを特徴とする。
そしてこのようなウェーハ測定においては、測定すべきウェーハ表層の加工方向に境界となる基準位置を有しているウェーハを、主面に垂直な方向に劈開などの方法で切断し、断面が明瞭に現れるようサンプルを調製する。ついでこの断面を高倍率化手段で所望の部位の前記基準位置から表面までの距離即ち厚みを測定する。高倍率化手段は当該サンプルの実体的像が観察でき、測長手段を具えていればよく、特に装置を限定するものではないが、走査電子顕微鏡などが好ましい。これにより、必要部分の測定値が場所毎に得られるので、加工能力が場所による分布として表現されるのである。
【０００８】
上記したように、本発明はウェーハ表層の加工方向に境界となる基準位置を有しているウェーハを所謂モニターとして用い、加工プロセスの特性を把握し、条件の設定・変更、方法の設定・変更に資するのであるから、測定物自体が加工製品となるわけではない。従って、前記加工能力評価用ウェーハがウェーハ外周部を加工する工程で加工される被加工ウェーハと実質的に同等な形状及び寸法であった方が直接的な評価がし易い。
また、本発明の加工能力評価用ウェーハはさらに同様な理由から前記ウェーハ外周部を加工する工程で加工される部位と少なくとも同じ範囲の部位において、被加工ウェーハと同一な形状及び寸法であってもよい。
更に、本発明の加工能力評価用ウェーハがポリシリコン層被覆ウェーハである場合、全部分に渡って厚さが実質的に均一であることが望ましい。測定法の工夫によってはその必要がない場合もあるが、全部分均一であれば、場所による厚みの分布が直接比較できるからである。
【０００９】
さて本発明の加工能力評価用ウェーハがポリシリコン層被覆ウェーハである場合、このポリシリコン層は通常の方法によって単結晶シリコン上に成長させることができる。即ち、高温の炉中に単結晶シリコンウェーハを保持しつつ、熱分解若しくは還元的熱分解によってシリコンを生成する珪素化合物を、高温の炉中に気体状で存在させることにより、該単結晶ウェーハ上に多結晶シリコンは堆積成長する。
本発明の加工能力評価用ウェーハがポリシリコン層被覆ウェーハである場合のポリシリコン層の厚みについては、従来のこの種のウェーハの用途であるゲッタリングを目的とする場合は１〜１．５μｍの厚さで十分であったが、本発明の目的にははるかに厚いポリシリコン層が必要で、５μｍ以上好ましくは１０μｍ以上の厚みのポリシリコン層を成長させる。勿論、一度のポリシリコン成長プロセスで所望の厚みが得られなければ、複数回の操作を行っても一向に差し支えない。
【００１０】
単結晶シリコンウェーハ外周部の加工には、円盤状ウェーハの外周面が主面に垂直で、未だ外周面と主面との為す角が鋭いエッジを呈している未加工物を、外周部研削装置で主面に垂直な断面輪郭線が所望の輪郭線を描くよう即ち台形若しくは多角形又は半円若しくは計画した曲線状に研削する第一の工程がある。これは所謂面取り工程と称し、当該ウェーハの外周部を砥石を用い面取り部を研削する工程である。次に当該面取りされた外周部を外周部研磨装置で鏡面研磨する第二の工程とがある。これは所謂鏡面面取り工程と称し、研磨布（バフ）を貼付した回転するドラムにウェーハ外周部を当接し、研磨剤を供給して研磨する工程である。また、鏡面面取り工程の負担を減らす目的として、固定粒が担持されたテープを用いた面取り工程もある。本発明のウェーハはいずれの工程へも適用ができて、その加工能力の評価に用いることができる。
また、鏡面面取り工程を評価する場合など、この工程で加工される製品ウェーハ（被加工ウェーハ）を抜き取り、この単結晶シリコンの基盤上に１０μｍ程度のポリシリコンを成長させるなどすれば、被加工ウェーハと実質的に同様な形状及び寸法の加工能力評価用ウェーハを作成する事ができる。つまり、この程度のポリシリコンによる寸法の変化は、被加工ウェーハの寸法のバラツキと同等であり、加工条件に影響することなく評価できる。しかし、面取り工程など加工代が多く、ポリシリコンなどを更に厚く成長させ評価用ウェーハを作らなければならない場合は、予め基板となるウェーハ（サンプルウェーハ）の径を小さくしておくなどの工夫をし、実質的に被加工ウェーハと同様な形状及び寸法にするのがよい。
【００１１】
さらに、本発明の加工能力評価用ウェーハを用いてウェーハ外周部を加工する工程の加工能力を評価し、ウェーハ外周部の加工条件を設定して製品製造を行うことができる。ウェーハ外周部の加工工程としては、シリコンウェーハ外周部を砥石または固定砥粉が担持されたテープを用いて研削する面取り加工工程と、シリコンウェーハ外周部を研磨する鏡面面取り加工工程が挙げられる。ここで、加工条件とは、砥石または固定砥粉が担持されたテープを用いて研削する面取り加工工程ではテープ送り速度、ウェーハの回転速度、テープとウェーハの接触角度、加工時間であり、鏡面面取り加工工程ではドラム（研磨布）の回転速度、ウェーハ回転速度、研磨布とウェーハの接触角度、加工時間である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態としての例を従来技術の比較例と共に以下に詳しく説明する。しかし、これは例示であって、装置、方法、材料などここに掲げたもの又は方法に、本発明は限られるものではない。
【００１３】
［本発明の外周部加工能力評価用ウェーハを用いて評価する標準的な加工工程の一例］
第１図は単結晶シリコンウェーハ外周部加工装置のうち外周部の研磨に用いる鏡面面取り装置１１である。第１図において不織布で構成される研磨布（バフ）１４を貼付したドラム１３に、４５°の傾斜を与えてウェーハ１２を接触させ、接触点にスラリー（アルカリ溶液にコロイダルシリカ等を分散させた研磨剤）を流しながら相対的にウェーハ１２の外周部を万遍なく摺擦して、ウェーハ外周部を研磨する。ウェーハ１２は０．５ｒｐｍで回転しながら、ドラム１３は８００ｒｐｍで回転して行う。ウェーハ１２は研磨中、図に示すごとく２ｋｇの一定荷重１８をかけて、研磨布（バフ）１４面に押圧されている。この研磨操作を表面２４０秒、裏面２４０秒行う。以下の説明でこの操作を標準研磨操作という。
【００１４】
［比較例１］
すでにウェーハ外周部研削装置で面取りが行われている第２図の断面形状を有するサンプルウェーハ（直径２００ｍｍ）２１を３枚前記標準研磨操作によって研磨した。１枚当たりの平均の研磨前重量と研磨後の重量の差は２２．４ｍｇであった。研磨に要した時間は一枚当たり４８０秒なので、時間あたり加工能力、即ち研磨レートは２．８ｍｇ／ｍｉｎであった。当該研磨されたウェーハの外周部を顕微鏡観察すると、必要部分全面が単結晶シリコンウェーハの製品仕様に合格する程度の鏡面に研磨されていることがわかった。この評価結果より、前記標準研磨操作を初期の生産条件として、以後外周部研磨工程での生産を行なった。以後計画的に生産途中の外周部研磨工程でサンプリングを行ない、上記と同様な評価を行ない、研磨時間の調整、研磨布（バフ）の交換などの生産条件の管理を行なった。但し、本方法では部位による変化が把握できないので、最も研磨レートの遅い部位に生産条件が合せられるので、他部位の過剰研磨は免れない。
【００１５】
［実施例１］
すでにウェーハ外周部研削装置で面取りが行われている第２図の断面形状を有するサンプルウェーハ（直径２００ｍｍ）をＣＶＤ装置内に静置し、６００℃〜７００℃の温度でモノシランを流し、当該ウェーハ主面及び周辺部上にポリシリコン層３１を均一に８．３〜８．６μｍ成長させた。このポリシリコン層被覆サンプルウェーハを複数枚用意し、そのうちの１枚のウェーハを劈開し、その断面を走査電子顕微鏡を用い２０００倍の倍率で観察、単結晶部分とポリシリコン部分の明瞭な境界線を基準として、第３図の部位１、２及び３について厚さを測定した。測定値は表にｄ０１、ｄ０２、ｄ０３欄に示す。次に別の１枚を前記標準研磨操作にて外周部を鏡面研磨する。ただし、本実施例では鏡面研磨は表面側の片面についてのみ行った。同様にして研磨されたウェーハの部位１、２、３について厚さを測定した。第４図に部位２における研磨前後の走査電子顕微鏡の写真を模式的に表した図を掲げる。得られた測定値を表１のｄｔ１、ｄｔ２、ｄｔ３欄に示す。Δｄ１、Δｄ２、Δｄ３欄に研磨前後の同位置における厚さの差、即ち加工能力を示す。このデータにより今回の標準研磨操作により鏡面面取りした場合、部位３が最も加工能力（研磨レート）が低く、次いで部位１の研磨レートが低いことがわかる。部位３は表面側研磨時と裏面側研磨時の両方の研磨時に研磨されるために、片面での研磨レートが低くても実質的な研磨レートはほぼ２倍となるので、部位２の加工能力と大きな差はない。部位１の加工能力が部位２に比べて若干低い点の改善が必要と判断される。こうした結果から、面内分布の均一な加工能力達成を図れば、生産性の向上がはかれることが理解される。
【００１６】
［実施例２］
実施例１での結果から部位１の研磨レートが部位２に比べて若干低いことが判明したが、これを改善すべくウェーハ１２を５°立てた状態、すなわち、加工面がよりドラム１３に近づいた状態とした以外は標準研磨操作と同様にして、別の１枚のウェーハ（実施例１で用いたものと同様のもの）を表面側の片面のみ外周部を鏡面研磨し、加工能力を測定した。その結果加工能力ＰＲは部位１で１．１（μｍ／ｍｉｎ）、部位２で１．３（μｍ／ｍｉｎ）、部位３で０．６（μｍ／ｍｉｎ）となった。部位１と部位２の加工能力差が小さくなったので、研磨操作の時間を片面について４０秒ずつ短縮し、表面２００秒、裏面２００秒として直径２００ｍｍのシリコンウェーハ製品製造を行ったところ研磨時間を１７％程度短縮したにもかかわらず、比較例１のウェーハと同様の製品が安定して製造できた。
【００１７】
【表１】
【発明の効果】
以上記載した如く本発明によれば、ウェーハの外周部の加工において、加工能力の面内分布を測定するために用いるウェーハ外周部の加工能力評価用ウェーハ及び評価する方法を提供することができ、前記面内分布を測定出来るようになったので前記外周部加工の均一性の向上に寄与することができた。等の種々の著効を有す。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に適用される鏡面面取り装置の概念図である。
第２図は、単結晶シリコンウェーハの外周部を現すウェーハ主面に垂直な断面図である。
第３図は本発明の実施例にかかるポリシリコンを被覆したウェーハの断面図である。
第４図は本発明の実施例における測定サンプルの研磨前後における走査電子顕微鏡写真の模式図である。
【符号の説明】
１〜３は加工部位、１１は鏡面面取り装置、１２はウェーハ、２１はサンプルウェーハ、３１はポリシリコン層である。
Claims (6)
- モニタウェーハである加工能力評価用ウェーハを使用して製品ウェーハのウェーハ外周部を加工する加工工程の加工能力を評価する方法であって、
前記被加工ウェーハの材料である単結晶シリコンの加工速度との相対比が明らかになっている酸化膜若しくはポリシリコン（以下被覆層という）を、基板となる単結晶シリコンウェーハ（以下サンプルウェーハという）の表面に被覆し、該被覆層が被覆されているサンプルウェーハ表面を加工方向に境界線となる基準位置に設定した加工能力評価用ウェーハを用いて、ウェーハ外周部を加工した際に、前記サンプルウェーハ表面に形成された基準位置をもとに、加工前後および加工途中において前記基準位置までの厚さを測定し加工能力を評価することを特徴とするウェーハ外周部の加工能力評価方法。 - 前記サンプルウェーハ表面に被覆層を被覆した後における加工能力評価用ウェーハは、前記ウェーハ外周部を加工する工程で加工される被加工ウェーハと同一な形状及び寸法に設定した請求の範囲第１項記載のウェーハ外周部の加工能力評価方法。
- 前記サンプルウェーハ表面に被覆層を被覆した後における加工能力評価用ウェーハは、前記加工工程で加工される被加工ウェーハの外周の加工部部位と同じ範囲の部位において被加工ウェーハと同一な形状及び寸法に設定した請求の範囲第１項記載のウェーハ外周部の加工能力評価方法。
- ウェーハ外周部を加工する工程で加工される被加工ウェーハの加工代より厚いポリシリコン層を形成した加工能力評価用ウェーハを用いたことを特徴とする請求の範囲第１項記載のウェーハ外周部の加工能力評価方法。
- 前記加工工程が、シリコンウェーハ外周部を砥石または固定砥粒が担持されたテープを用いて研削する面取り加工工程であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のウェーハ外周部の加工能力評価方法。
- 前記加工工程が、シリコンウェーハ外周部を研磨する鏡面面取り加工工程であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のウェーハ外周部の加工能力評価方法。
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