JP5090728B2 - 熱処理炉の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体シリコンウエハの製造プロセスで例えば水素アニール、Ａｒアニール、酸化、拡散などの熱処理工程を行う熱処理炉において、その内部の汚染状態を分析するために用いられる熱処理炉の評価方法に関する。
詳しくは、スライスウエハの表面をラッピング加工して所定の平坦度に形成した熱処理炉の評価方法に関する。

従来、この種の熱処理炉の評価方法として、熱処理炉の消耗品であるチューブなどの交換や、熱処理によって半導体ウエハの品質悪化、特に金属汚染による悪化が生じた場合には、空焼き熱処理を行った後、熱処理炉に評価用ウエハ（モニターウェーハ）を投入しておき、熱処理終了後にその評価用ウエハを取り出し、分析装置で金属汚染レベルを測定してウエハ品質の評価を行い、それを繰り返すことにより、製品ウエハの品質悪化を防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。
この熱処理炉評価用ウエハとしては、僅かな変化でも正確に判別できように、その表面が所定の平坦度に形成されたものを使用している。
このようなウエハの製造方法は、従来周知の通り、少なくともスライシング工程の後にラッピング工程を経て作製され、このラッピングとは、インゴットからウエハをスライシング時に発生する、マイクロクラックや加工歪みなどの結晶歪み層（７〜１１μｍ程度）を除去する工程である。
一般的には、主にアルミナ(酸化アルミニウム)などの粒径が数〜十数μｍ程度の遊離砥粒とラップ液を混ぜたスラリ液を、ラップ定盤とウエハとの間に流し込んで、両者に圧力を加えながら擦り合わせることにより、ウエハの表裏両面をラップしている。

特開２００２−２５９２４号公報（第２−３頁）

しかし乍ら、このような熱処理炉の評価方法に用いられる従来の熱処理炉評価用ウエハの製造方法では、ラッピング加工で使用される遊離砥粒がアルミナなどの金属であるため、この金属砥粒がウエハ表面のマイクロクラックや加工歪みなどに入り込んでしまい、ラップ加工後も金属砥粒がそのままウエハ内に残存して、金属汚染の原因となるという問題があった。
そこで、ラッピング加工の後工程として、エッチングによりラッピング工程で残った数μｍ程度の加工歪み層を化学的に除去したり、薬液や純水などからなる洗浄水によりウエハ表面を洗浄することもあるが、マイクロクラックや加工歪みの奥深くまで入り込んだ金属砥粒を完全に除去することができず、ウエハ内に金属砥粒が残存していた。
このような評価用ウエハ内に残存した金属汚染は、例えば誘導結合プラズマ質量分析装置（ICP−MS）などの分析装置による分析結果に悪影響を与え、目的とした評価を正確に得られないという問題があった。

本発明のうち請求項１記載の発明は、熱処理炉評価用ウエハの金属汚染による分析結果への悪影響を阻止することを目的としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、金属汚染による分析結果への悪影響をより確実に阻止することを目的としたものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の目的に加えて、熱処理時に切り粉による悪影響の発生を防止することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、スライスウエハの表面のラッピング加工を、非金属材料製の砥石で平面研削して、所定の平坦度に形成された熱処理炉評価用ウエハを製造する工程と、前記熱処理炉評価用ウエハを熱処理炉に投入して所定の熱処理を行う工程と、前記熱処理の終了後に前記熱処理炉から前記熱処理炉評価用ウエハを取り出し、分析装置で前記熱処理炉評価用ウエハの金属汚染レベルを測定して前記熱処理炉の内部の汚染状態を分析する工程と、を含むことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に、前記ラッピングの砥石としてダイヤモンド砥石を使用した構成を加えたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の構成に、前記砥石による平面研削後に、前記スライスウエハを薬液で洗浄した構成を加えたことを特徴とする。

本発明のうち請求項１記載の発明は、スライスウエハの表面のラッピング加工を非金属材料製の砥石で平面研削することにより、スライス加工でスライスウエハの表面に発生したマイクロクラックや加工歪みに遊離砥粒が入り込むことがなく、拡散前のラッピング加工による金属残存が大幅に低減され、分析前加工の影響が排除される。
従って、熱処理炉評価用ウエハの金属汚染による分析結果への悪影響を阻止することができる。
その結果、スライス加工でスライスウエハの表面に発生したマイクロクラックや加工歪みなどにラップ砥粒が入り込んでしまう従来の方法に比べ、本来のウエハ熱処理時の姿を分析することが可能となり、目的とした評価を正確に得ることができる。
更に、ラッピング加工を砥石で平面研削すると、遊離砥粒によるラッピング加工に比べて加工速度が向上するため、安価な熱処理炉評価用ウエハが製造可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、ラッピング加工の砥石としてダイヤモンド砥石を使用することにより、非金属な砥石の破片がウエハ表面のマイクロクラックや加工歪みに入り込んだとしても金属汚染の原因とならない。
従って、金属汚染による分析結果への悪影響をより確実に阻止することができる。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明の効果に加えて、砥石による平面研削後に、スライスウエハを薬液で洗浄することにより、平面研削で発生した切り粉が完全に洗い流される。
従って、熱処理時に切り粉による悪影響の発生を防止することができる。

本発明の熱処理炉の評価方法に用いられる熱処理炉評価用ウエハＷの製造方法は、インゴットからスライシングされたシリコンウエハ（以下スライスウエハという）１のラップ加工を、従来から行われているアルミナなどの遊離砥粒によるものに代えて、平面研削盤の砥石による平面研削加工に採用し、それにより所定の平坦度に形成したものである。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例は、図１（ａ）〜（ｄ）に示す如く、スライスウエハ１の表裏両面１ａを、平面研削盤の砥石２で夫々平面研削して所定の厚さにし、その後に薬液による洗浄工程を行って完成させている。

上記平面研削盤の砥石２としては、例えばダイヤモンド砥石などの非金属材料で形成された砥石を使用することが好ましい。

また、上記洗浄工程で使用する薬液３としては、アンモニア水（ＮＨ₄ＯＨ）・過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）などのアルカリ性薬液や、塩酸（ＨＣｌ）・過酸化水素水塩酸やフッ酸（ＨＦ）・過酸化水素水塩酸などの酸性薬液を使用し、これらの薬液３が注入された複数の液槽３ａに対して、平面研削されたウエハ１を順次浸漬させ、その最後には純水の槽に浸漬し乾燥させる。

次に、斯かる熱処理炉評価用ウエハＷの製造方法を工程順に従って説明する。
先ず、図１（ａ）に示すスライスウエハ１を図１（ｂ）に示す如く、平面研削盤にセットし、そのダイヤモンド砥石２で該スライスウエハ１の表裏両面１ａを夫々平面研削して所定の厚さにする。

これに続いて、この平面研削されたウエハ１の表裏両面１ａを、図１（ｃ）に示す如く、薬液３により洗浄して、平面研削で発生したシリコンの切り粉を完全に洗い流す。

その結果、図１（ｄ）に示す如く、ウエハ１の表裏両面１ａが所定の平坦度に形成された熱処理炉評価用ウエハＷが完成する。

一方、図２（ａ）〜（ｃ）に示す従来の熱処理炉評価用ウエハＷ′の製造方法では、ラッピング加工でアルミナなどの金属からなる遊離砥粒１ｃと、スライスウエハ１の表面１ａとを擦り合わせるため、この金属砥粒１ｃがウエハ表面１ａのマイクロクラックや加工歪み１ｂに入り込んでしまう。
その後、図１（ｃ）に示すような洗浄工程やエッチング工程（図示せず）を移行させたとしても、ウエハ表面１ａのマイクロクラックや加工歪み１ｂの奥深くまで入り込んだ金属砥粒を完全に除去することができず、それ以降も金属砥粒がウエハ１内に残存してしまう。

このように製造された従来の熱処理炉評価用ウエハＷ′を、例えば拡散炉などの熱処理炉に投入して所定の熱処理を行い、この熱処理が終了した後に取り出し、例えば誘導結合プラズマ質量分析装置（ICP-MS）などの分析装置で金属汚染レベルを測定すると、従来の熱処理炉評価用ウエハＷ′は、ウエハ１内に金属砥粒が残存するため、上述した熱処理によりウエハ表面１ａの金属汚染が内部まで拡散されてしまう。

これに対し、本発明の熱処理炉の評価方法に用いられる熱処理炉評価用ウエハＷを、例えば拡散炉などの熱処理炉に投入して所定の熱処理を行い、この熱処理が終了した後に取り出し、例えば誘導結合プラズマ質量分析装置（ICP−MS）などの分析装置で金属汚染レベルを測定しても、図１（ａ）〜（ｄ）に示す如く、スライスウエハ１の表面１ａに遊離砥粒のような金属が接触する機会がないため、拡散前のラッピング加工による金属残存が大幅に低減されて、分析前加工の影響が排除される。

それにより、金属汚染による分析結果への悪影響を阻止でき、本来のウエハ熱処理時の姿を分析することが可能となり、分析装置により正しい分析結果が得られるから、目的とした評価を正確に得ることができる。

尚、前示実施例では、スライスウエハ１の表裏両面１ａを、平面研削盤の砥石２で夫々平面研削して所定の厚さにし、その後に薬液による洗浄工程を行ったが、これに限定されず、スライスウエハ１の表裏両面１ａのどちらか一方のみを砥石２で平面研削し、その表面を洗浄した後に拡散させたり、必要に応じて平面研削されたウエハ表面１ａをエッチングにより加工歪み層を化学的に除去させても良い。

本発明の熱処理炉の評価方法に用いられる熱処理炉評価用ウエハの製造方法の一実施例を示す工程図である。 従来の熱処理炉評価用ウエハの製造方法の一例を示す工程図である。

符号の説明

Ｗ 熱処理炉評価用ウエハ Ｗ′ 従来の熱処理炉評価用ウエハ
１ スライスウエハ １ａ ウエハ表面
１ｂ マイクロクラックや加工歪み １ｃ 遊離砥粒
２ 砥石 ３ 薬液

Claims (3)

1. スライスウエハの表面のラッピング加工を、非金属材料製の砥石で平面研削して、所定の平坦度に形成された熱処理炉評価用ウエハを製造する工程と、
   前記熱処理炉評価用ウエハを熱処理炉に投入して所定の熱処理を行う工程と、
   前記熱処理の終了後に前記熱処理炉から前記熱処理炉評価用ウエハを取り出し、分析装置で前記熱処理炉評価用ウエハの金属汚染レベルを測定して前記熱処理炉の内部の汚染状態を分析する工程と、を含むことを特徴とする熱処理炉の評価方法。
2. 前記ラッピングの砥石としてダイヤモンド砥石を使用した請求項１記載の熱処理炉の評価方法。
3. 前記砥石による平面研削後に、前記スライスウエハを薬液で洗浄した請求項１または２記載の熱処理炉の評価方法。

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