JP7065759B2 - 半導体ウエハ基板、及び半導体ウエハ基板のエッジ部の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ基板、及び半導体ウエハ基板のエッジ部の検出方法に関する。

半導体製造プロセスに含まれる写真製版、エッチング等を担う装置は、多くの場合は、基板エッジ検出機構及びアライナー機構を備える。基板エッジ検出機構は、半導体ウエハ基板のエッジ部の検出を行う。アライナー機構は、エッジ部の検出の結果を用いて、半導体ウエハ基板のオリフラ、ノッチ等を一定の方向に揃える。

基板エッジ検出機構は、多くの場合は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び光センサを備える。ＬＥＤは、例えば、ステージ上に置かれる半導体ウエハ基板のエッジ部の上に配置され、下に向けてＬＥＤ光を発する。光センサは、例えば、ステージ上に置かれる半導体ウエハ基板のエッジ部の直下に配置され、上から到来するＬＥＤ光を受光し、各水平方向位置における受光量に応じたデジタル波形を出力する。半導体ウエハ基板のエッジ部にＬＥＤ光が照射された場合は、エッジ部がある水平方向位置においては、エッジ部にＬＥＤ光が遮られ、光センサの受光量が小さくなる。一方、エッジ部がない水平方向位置においては、エッジ部にＬＥＤ光が遮られず、光センサの受光量が小さくならない。このため、出力される光センサから出力されるデジタル波形により、エッジ部を検出することができる。

例えば、特許文献１に記載された技術においては、ウェハが光電センサの光路を遮断したか否かによってウェハの有無判別がなされる（段落０００９）。特許文献１は、ＣＶＤ法などによって得られた高純度ＳｉＣウェハは、透明若しくは半透明状態として形成されるため、これが光電センサで検出することができなくなる問題を生じることに言及する（段落０００９）。特許文献１に記載された技術においては、ＳｉＣにより形成されたダミーウェハの表面の一部もしくは全部をレーザ加工あるいはダイヤモンド加工等により表面粗さを大きくした加工部が設けられる（段落００１２）。これにより、本来透明なＳｉＣダミーウェハを光電センサにより検出することができる（段落００２１）。

特開平１１－９２２９５号公報

高耐圧の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等のパワーデバイスにおいては、従来は、シリコン（Ｓｉ）からなるＳｉ基板が半導体ウエハ基板として主に用いられていたが、最近では、炭化シリコン（ＳｉＣ）からなるＳｉＣ基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるＧａＮ基板等の化合物半導体基板が半導体ウエハ基板として用いられるようになってきている。これらの化合物半導体基板のうち、ＳｉＣ基板は、Ｓｉ基板に対して採用される半導体製造プロセスとの親和性が高く、Ｓｉ基板に対して用いられる装置を共用又は転用することができるという利点を有する。

一方で、ＳｉＣ基板は、透明基板であり、上述したＬＥＤ光を透過する。このため、ＳｉＣ基板が半導体ウエハ基板として用いられる場合は、上述した基板エッジ検出機構により半導体ウエハ基板のエッジ部を検出することができない。すなわち、Ｓｉ基板に対して用いられる装置を共用又は転用することができない。

この問題は、ＬＥＤ光を発するＬＥＤがそれとは異なる光源に置き換えられた場合、ＳｉＣ基板がそれとは異なる透明基板に置き換えられた場合等にも生じる。

本発明は、この問題に鑑みてなされた。本発明が解決しようとする課題は、透明材料からなるがエッジ部を容易に検出することができる半導体ウエハ基板を提供することである。

半導体ウエハ基板の中央部は、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光に対して第１の光透過率を有する。半導体ウエハ基板のエッジ部は、当該光に対して第２の光透過率を有する。第２の透過率は、第１の透過率より小さい。半導体ウエハ基板は、半導体基板と、半導体基板上に配置され、酸化膜、窒化膜又はポリシリコン膜である膜とを備える。膜は、半導体ウエハ基板のエッジ部において、上面および半導体基板との界面に凹凸面を有する。

本発明によれば、透明材料からなるがエッジ部を容易に検出することができる半導体ウエハ基板を提供することができる。

本発明の目的、特徴、局面及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１の半導体ウエハ基板を模式的に図示する断面図である。 実施の形態１の半導体ウエハ基板のエッジ部及び参考例の半導体ウエハ基板のエッジ部が基板エッジ検出機構により検出されている状態を模式的に図示する断面図である。 実施の形態２の半導体ウエハ基板を模式的に図示する断面図である。 実施の形態３の半導体ウエハ基板を模式的に図示する断面図である。

１ 実施の形態１
図１は、実施の形態１の半導体ウエハ基板を模式的に図示する断面図である。図１は、実施の形態１の半導体ウエハ基板のエッジ構造を図示する。

図１に図示される実施の形態１の半導体ウエハ基板１００は、炭化シリコン（ＳｉＣ）からなるＳｉＣ基板である。半導体ウエハ基板１００が、ＳｉＣとは異なる透明材料からなる透明基板であってもよい。

半導体ウエハ基板１００は、中央部１１０及びエッジ部１１１を備える。

中央部１１０は、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光に対して第１の光透過率を有する。

エッジ部１１１は、当該光に対して第１の光透過率より小さい第２の光透過率を有する。これにより、当該光がエッジ部１１１を厚さ方向に透過することが抑制され、当該光によりエッジ部１１１を検出することができる。

実施の形態１においては、エッジ部１１１は、非晶質層１２０を備える。非晶質層１２０は、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）及び窒素（Ｎ）からなる群より選択される少なくとも１種の元素のイオン１３１を含む。非晶質層１２０は、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光の透過を阻害する。これにより、当該光に対するエッジ部１１１の第２の光透過率が、当該光に対する中央部１１０の第１の光透過率より小さくなる。

半導体ウエハ基板１００が製造される際には、素材となる半導体基板上にマスクが形成される。形成されるマスクは、コーティングされるレジスト膜であってもよいし、成膜される酸化膜であってもよい。

次に、半導体基板のエッジ部上にある、マスクのエッジ部が選択的に除去され、パターニングされたマスク１３０が得られる。これにより、半導体基板のエッジ部が露出する。形成されるマスクがレジスト膜である場合は、レジスト膜のエッジ部が選択的に現像除去されることにより、マスクのエッジ部が選択的に除去される。成膜されるマスクが酸化膜である場合は、酸化膜のエッジ部が選択的にエッチングされることにより、マスクのエッジ部が選択的に除去される。

次に、露出した半導体基板のエッジ部に、室温下で高濃度のイオン１３１が注入される。これにより、上述した非晶質層１２０が形成される。注入されるイオン１３１は、Ａｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｂ及びＮからなる群より選択される少なくとも１種の元素のイオンである。イオン１３１の注入濃度は、望ましくは１．０×１０^１５ｃｍ^－２以上１．０×１０^１６ｃｍ^－２以下である。

図２は、実施の形態１の半導体ウエハ基板のエッジ部及び参考例の半導体ウエハ基板のエッジ部が基板エッジ検出機構により検出されている状態を模式的に図示する断面図である。図２（ａ）は、実施の形態１の半導体ウエハ基板のエッジ部が基板エッジ検出機構により検出されている状態を図示する。図２（ｂ）は、参考例の半導体ウエハ基板のエッジ部が基板エッジ検出機構により検出されている状態を図示する。

図２に図示される基板エッジ検出機構１４０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１５０及び光センサ１５１を備える。ＬＥＤ１５０は、ステージ１５２上に搭載される半導体ウエハ基板８００のエッジ部８１１の上に配置され、下に向けて５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有するＬＥＤレーザ光１６０を発する。光センサ１５１は、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ等であり、ステージ１５２上に搭載される半導体ウエハ基板８００のエッジ部８１１の直下に配置され、上から到来するＬＥＤレーザ光１６０を受光し、各水平方向位置における受光量に応じたデジタル波形を出力する。ＬＥＤ１５０がそれとは異なる光源に置き換えられてもよい。

図２（ａ）に図示されるように、ステージ１５２上に搭載される半導体ウエハ基板８００が実施の形態１の半導体ウエハ基板１００である場合は、ＬＥＤレーザ光１６０がエッジ部１１１に照射されたときに、ＬＥＤレーザ光１６０がエッジ部１１１に十分に遮られる。このため、エッジ部１１１がある水平方向位置においては、光センサ１５１の受光量が十分に小さくなる。一方、エッジ部１１１がない水平方向位置においては、光センサ１５１の受光量が小さくならない。このため、光センサ１５１から出力されるデジタル波形により、エッジ部１１１を検出することができる。

図２（ｂ）に図示されるように、ステージ１５２上に搭載される半導体ウエハ基板８００が、中央部９１０の光透過率と同じ光透過率を有するエッジ部９１１を備える参考例の半導体ウエハ基板９００である場合は、ＬＥＤレーザ光１６０がエッジ部９１１に照射されたときに、ＬＥＤレーザ光１６０がエッジ部９１１に十分に遮られない。このため、エッジ部９１１がある水平方向位置においては、光センサ１５１の受光量が十分に小さくならない。また、エッジ部９１１がない水平方向位置においては、光センサ１５１の受光量が小さくならない。このため、光センサ１５１から出力されるデジタル波形により、エッジ部９１１を検出することができない。

実施の形態１の発明によれば、透明材料からなる半導体ウエハ基板１００のエッジ部１１１を容易に検出することができる。これにより、ＬＥＤ１５０を短波長の光を発するＬＥＤに置き換える等の改造費用を費やすことなく、エッジ部１１１を検出することができ、Ｓｉ基板に対して用いられる装置の共用及び転用が可能になる。

２ 実施の形態２
図３は、実施の形態２の半導体ウエハ基板を模式的に図示する断面図である。図３は、実施の形態２の半導体ウエハ基板のウエハエッジ構造を図示する。

図３に図示される実施の形態２の半導体ウエハ基板２００は、炭化シリコン（ＳｉＣ）からなるＳｉＣ基板である。半導体ウエハ基板２００が、ＳｉＣとは異なる透明材料からなる透明基板であってもよい。

実施の形態２の半導体ウエハ基板２００は、中央部２１０及びエッジ部２１１を備える。

中央部２１０は、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光に対して第１の光透過率を有する。

エッジ部２１１は、当該光に対して第１の光透過率より小さい第２の光透過率を有する。これにより、当該光がエッジ部２１１を厚さ方向に透過することが抑制され、当該光によりエッジ部２１１を検出することができる。

実施の形態２においては、半導体ウエハ基板２００は、半導体基板２３０及び膜２３１を備える。

膜２３１は、半導体基板２３０の上主面２４０上に配置される。半導体基板２３０の上主面２４０上に代えて、又は半導体基板２３０の上主面２４０上に加えて、半導体基板２３０の下主面２４１上に膜２３１が配置されてもよい。

膜２３１は、酸化膜である。膜２３１が窒化膜又はポリシリコン膜であってもよい。ポリシリコン膜は、望ましくはデポジション膜である。膜２３１の上主面２５０は、エッジ部２１１に凹凸面２６０を有する。半導体基板２３０の上主面２４０及び膜２３１の下主面２５１は、半導体基板２３０と膜２３１との界面となっており、エッジ部２１１にそれぞれ凹凸面２６１及び２６２を有する。凹凸面２６０、２６１及び２６２は、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光を乱反射し、当該光の透過を阻害する。これにより、当該光に対するエッジ部２１１の第２の光透過率が、当該光に対する中央部２１０の第１の光透過率より小さくなる。

膜２３１がポリシリコン膜等の非晶質膜からなる場合は、エッジ部２１１の第２の光透過率をさらに小さくすることができる。

凹凸面２６０、２６１及び２６２は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の面粗度Ｒａを有する。面粗度Ｒａがこの範囲より小さい場合は、凹凸面２６０、２６１及び２６２が光を乱反射しにくくなり、エッジ部２１１の第２の透過率を十分に小さくすることが困難になる傾向が現われる。面粗度Ｒａがこの範囲より大きい場合は、半導体ウエハ基板２００が反りやすくなる傾向が現れる。

半導体ウエハ基板２００が製造される際には、素材となる半導体基板の上主面上に酸化膜が形成される。

次に、形成された酸化膜の上主面上にカーボンキャップ膜が形成される。

次に、形成されたカーボンキャップ膜のエッジ部が選択的にアッシング（炭化）され、パターニングされたカーボンキャップ膜２７０が得られる。

次に、半導体基板に対して高温アニール処理が行われる。高温アニール処理は、望ましくは１５００℃以上１８００℃以下の範囲内において行われる。これにより、上述した凹凸面２６０、２６１及び２６２が形成される。

実施の形態２の半導体ウエハ基板２００のエッジ部２１１も、実施の形態１の半導体ウエハ基板１００のエッジ部１１１と同様に、基板エッジ検出機構１４０を用いて検出することができる。

３ 実施の形態３
図４は、実施の形態３の半導体ウエハ基板を模式的に図示する断面図である。図４は、実施の形態３の半導体ウエハ基板のウエハエッジ構造を図示する。

図４に図示される実施の形態３の半導体ウエハ基板３００は、炭化シリコン（ＳｉＣ）からなるＳｉＣ基板である。半導体ウエハ基板３００が、ＳｉＣとは異なる透明材料からなる透明基板であってもよい。

実施の形態３の半導体ウエハ基板３００は、中央部３１０及びエッジ部３１１を備える。

中央部３１０は、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光に対して第１の光透過率を有する。

エッジ部３１１は、当該光に対して第１の光透過率より小さい第２の光透過率を有する。これにより、当該光がエッジ部３１１を厚さ方向に透過することが抑制され、当該光によりエッジ部３１１を検出することができる。

実施の形態３においては、エッジ部３１１は、階段状の断面形状３２０をエッジ部３１１の上主面３３０に有する。階段状の断面形状３２０は、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光を乱反射し、当該光の透過を阻害する。これにより、当該光に対するエッジ部３１１の第２の光透過率が、当該光に対する中央部３１０の第１の光透過率より小さくなる。エッジ部３１１が、エッジ部３１１の上主面３３０に加えて、又はエッジ部３１１の上主面３３０に代えて、エッジ部３１１の下主面３３１に階段状の断面形状３２０を有してもよい。

半導体ウエハ基板３００が製造される際には、素材となる半導体基板の上主面に対してダイヤモンド砥石を用いるグラインダー研削が行われる。グラインダー研削は、回転するダイヤモンド砥石を半導体基板の上主面に押し当てることにより行われる。グラインダー研削においては、半導体基板の厚さ方向と平行をなし半導体基板に近づく方向にダイヤモンド砥石を動かすこと、及び半導体基板の厚さ方向と垂直をなし半導体基板の中心に近づく方向にダイヤモンド砥石を動かすことを交互に行うことにより、上述した微細な階段状の断面形状３２０が形成される。

実施の形態３の半導体ウエハ基板３００のエッジ部３１１も、実施の形態１の半導体ウエハ基板１００のエッジ部１１１と同様に、基板エッジ検出機構１４０を用いて検出することができる。

また、実施の形態３の半導体ウエハ基板３００のエッジ部３１１によれば、半導体ウエハ基板３００のステージ１５２上への搭載位置がずれても、エッジ部３１１を検出することができる。また、半導体ウエハ基板３００のサイズが変更されても、エッジ部３１１を検出することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１００，２００，３００ 半導体ウエハ基板、１１０，２１０，３１０ 中央部、１１１，２１１，３１１ エッジ部、１２０ 非晶質層、１３１ イオン、１４０ 基板エッジ検出機構、１５０ 発光ダイオード（ＬＥＤ）、１５１ 光センサ、２３０ 半導体基板、２３１ 膜、２６０，２６１，２６２ 凹凸面、３２０ 階段状の断面形状。

Claims (4)

1. ５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光に対して第１の光透過率を有する中央部と、
   前記光に対して前記第１の光透過率より小さい第２の光透過率を有するエッジ部と、
   を備える半導体ウエハ基板であって、
   半導体基板と、
   前記半導体基板上に配置され、酸化膜、窒化膜又はポリシリコン膜であり、前記エッジ部において、上面および前記半導体基板との界面に凹凸面を有する膜と、
   を備える半導体ウエハ基板。
2. 前記凹凸面は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の面粗度Ｒａを有する
   請求項１の半導体ウエハ基板。
3. ５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有する光に対して第１の光透過率を有する中央部と、
   前記光に対して前記第１の光透過率より小さい第２の光透過率を有するエッジ部と、
   を備え、
   前記エッジ部は、前記中央部から遠ざかるにつれて高くなる階段状の断面形状を有する、
   半導体ウエハ基板。
4. 請求項１から３までのいずれかの半導体ウエハ基板を準備する工程と、
   前記光を発する光源、及び前記光を検出する光センサを備える基板エッジ検出機構を用いて前記エッジ部を検出する工程と、
   を備える半導体ウエハ基板のエッジ部の検出方法。

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