JP7083699B2

JP7083699B2 - 評価方法

Info

Publication number: JP7083699B2
Application number: JP2018100234A
Authority: JP
Inventors: 裕士安藤
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2022-06-13
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: JP2019204912A

Description

本発明は、多結晶膜を形成したウェーハに入射し、透過した赤外レーザーの偏光度の変化に基づいて該ウェーハの外周歪みを評価する方法に関する。

一般的に枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、研磨後のウェーハ上にエピタキシャル層を成層する場合、ウェーハとサセプタの接触部にかかる熱応力などによってウェーハ外周部に歪みが生じる。この歪みの評価方法として、ウェーハの裏面から赤外レーザーを入射し、ウェーハ透過後の偏光度の変化から歪みを検出する手法が用いられている。本評価において、ウェーハに歪みがある場合入射光の偏光度は大きくなるため、その偏光度の変化から歪みを検出できる。これまで、エピタキシャルウェーハで本測定を行う際、ウェーハのエッジ部では光の散乱が多くなるため、ウェーハの最外周から０．５ｍｍまでの領域を除外して評価を行っていた。

なお、下記特許文献１ではエピタキシャルウェーハの裏面の歪みを低減させるエピタキシャルウェーハの製造方法を提案している。

特開２０１０－１６３１２号公報

一方、多結晶膜（Ｐｏｌｙ膜）を成長させたウェーハにおいても枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて成長を行うため、その成長過程においてエピタキシャルウェーハと同様の原理でウェーハの外周部に歪みが生じる。この多結晶膜を成長させたウェーハの歪み評価においてもエピタキシャルウェーハと同様の評価方法を用いるが、多結晶膜成長ウェーハは多結晶膜の結晶方位が不規則であることなどから、特にエッジ部でのノイズの影響を受けやすく、従来の評価方法の適用が困難であった。そのため、これまでは歪みの評価を行うために、多結晶膜成長をした後に多結晶膜の研磨を行い、多結晶膜表面を平滑化していた。この研磨を行った後に歪みを評価する方法はノイズの除去に有効であり、高精度に歪みの評価をすることができていた。

しかし、この従来の手法は多結晶膜成長後に研磨工程が追加されるため、外周歪み評価が行われるまでに時間がかかり、条件調整時や製品品質確認に時間的ロスが生じるという問題があった。

本発明は、上記した従来の評価手法の問題を鑑みなされたものであり、多結晶膜を形成したウェーハの外周歪みの評価において、外周部のノイズの影響を低減した評価を効率的に実施できる方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記目的を達成するため、本発明は、多結晶膜を形成したウェーハに入射し、透過した赤外レーザーの偏光度の変化に基づいて前記ウェーハの外周歪みを評価する方法において、前記ウェーハの最外周からの評価除外領域の幅を０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることを特徴とする。

本発明によれば、評価除外領域の幅を上記範囲にすることで、外周部のノイズの影響を低減でき、多結晶膜付きのウェーハの外周歪み評価を効率的に実施できる。

また、前記多結晶膜の研磨を行わずに前記ウェーハの外周歪みを評価する。これによって、外周歪み評価が行われるまでの時間を短くでき、多結晶膜付きのウェーハの外周歪み評価を効率的に実施できる。

枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の概略図である。歪み測定装置の構成図である。ウェーハの平面図であり、歪みの測定除外領域と、測定領域とを示した図である。ポリシリコン膜無しのウェーハでの歪み量（基準歪み量）と、測定除外領域幅を０．８ｍｍとしたときのポリシリコン膜付きのウェーハでの歪み量（評価対象歪み量）との相関を示す近似直線を示した図である。ポリシリコン膜無しのウェーハでの歪み量（基準歪み量）と、測定除外領域幅を０．５ｍｍとしたときのポリシリコン膜付きのウェーハでの歪み量（評価対象歪み量）との相関を示す近似直線を示した図である。

先ず、図１を参照して枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置の構成を説明する。図１のエピタキシャルウェーハ製造装置１は、シリコン単結晶基板等のウェーハＷが１枚ずつ投入されて、投入された１枚のウェーハＷの主表面上にシリコン単結晶膜やポリシリコン膜等の膜を気相成長させる装置である。詳しくは、エピタキシャルウェーハ製造装置１は、処理対象となるウェーハＷが投入される反応炉２と、反応炉２内に配置されて投入されたウェーハＷを水平に支持するサセプタ３と、反応炉２を囲むように配置されて反応炉２内を加熱する加熱部６とを含んで構成される。

サセプタ３は例えば炭化ケイ素(ＳiＣ)によりコーティングされた黒鉛から円盤状に形成される。サセプタ３の上面には、ウェーハＷを水平に載置するための、ウェーハＷの径よりも数ミリ程度大きい凹形状（平面視で円状）のポケット部３ａが形成されている。ポケット部３ａの深さは、ウェーハＷの厚さと同程度となっている。図１の例では、ポケット部３ａは、ウェーハＷの外周部は接触するがそれ以外の部分は接触しないように底面が段差形状に形成されているが、ウェーハＷの裏面の全部がポケット部３ａの底面に接触するように形成されてもよい。サセプタ３はその中心軸線回りに回転可能に設けられる。

反応炉２の一端側には、反応炉２内のウェーハＷの主表面上に各種ガスを供給するためのガス供給口４が形成されている。また、反応炉２の、ガス供給口４と反対側には、ウェーハＷの主表面上を通過したガスを排出するためのガス排出口５が形成されている。加熱部６は、例えば反応炉２の上下それぞれに設けられたハロゲンランプとすることができる。

次に、図２を参照して、エピタキシャルウェーハ等のウェーハの歪みを測定する装置の構成を説明する。図２の測定装置１０は、ＳＩＲＤ（ＳｃａｎｎｉｎｇＩｎｆｒａｒｅｄＤｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を原理とした装置として構成されている。詳しくは、測定装置１０は、測定対象のウェーハＷの歪み測定部位に赤外レーザー３１を入射するレーザー発生部１１と、赤外レーザー３１が入射されたウェーハＷから透過してくる光３２の偏光成分（Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分）を検出する検出部１２と、検出部１２で検出した偏光成分に基づいて偏光度の変化（偏光変位量）を算出し、その偏光度の変化に基づいて歪みの位置及び歪み量の算出等の処理を行う処理部１３とを備えている。

次に、本実施形態の歪み評価の手順を説明する。先ず、歪みの評価対象のウェーハを準備する。準備するウェーハとして例えば表面に多結晶膜としてのポリシリコン膜を形成したウェーハを準備する。ポリシリコン膜は例えば図１に例示する枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置１を用いて形成すればよい。この場合、例えばシリコン単結晶基板として構成されたウェーハＷをサセプタ３のポケット部３ａに載置した状態で、加熱部６によりウェーハＷを所定温度に加熱しつつ、ガス供給口４からポリシリコン膜の原料となるガス（例えばトリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば水素ガス）を反応炉２内に供給して、ウェーハＷの表面に所定膜厚のポリシリコン膜を成長させる。これにより、表面にポリシリコン膜を有したウェーハＷが得られる。

次に、ポリシリコン膜を有したウェーハＷの外周部における歪みの位置及び歪み量を、図２の測定装置１０により測定する。このとき、ポリシリコン膜を成長させる工程後、ポリシリコン膜の研磨等のウェーハＷに対する処理を行わずに、歪み測定を行う。

歪み測定においては、サセプタ３と接触する裏面外周部に歪みが発生しやすいので、赤外レーザー３１をウェーハＷの裏面外周部に入射する。また、ウェーハＷの最外周（エッジ部）２０（図３参照）近傍は光の散乱が多くなるため、最外周２０から所定幅の領域２１は測定除外領域（評価除外領域）とする。測定除外領域２１の、ウェーハＷの径方向における幅は０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とする。これによって、後述の実施例で示すように、外周歪みを高精度に測定できる。

また、ウェーハＷにおける歪み測定領域２２（図３参照）は、ウェーハＷの外周部に含まれる領域とし、具体的には、測定除外領域２１の内周側の境界線から径方向に所定幅（例えば４ｍｍの幅）の領域とする。歪み測定領域２２は、ウェーハＷの円周方向に全周に亘る領域（つまりリング状の領域）としてもよいし、円周方向の一部領域としてもよい。そして、赤外レーザー３１の入射位置を、歪み測定領域２２内でスキャン（走査）することで、歪み測定領域２２における歪み位置及び歪み量を評価する。

以下、実施例と比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

表面に多結晶膜を成長させたウェーハの外周歪み測定において、多結晶膜を有したウェーハと、多結晶膜を研磨によって除去したウェーハとの外周歪み量及び外周歪み位置の一致率について調査した。

具体的には、直径３００ｍｍのシリコン単結晶基板を準備して、図１と同様の枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置を用いて、準備したシリコン単結晶基板の表面にポリシリコン膜を３μｍ成長させた。ポリシリコン膜のソースガスはトリクロロシラン、キャリアガスは水素ガスとした。

得られたポリシリコン膜付きのウェーハに対して、研磨等の処理を行わずに、図２と同様の測定装置を用いて外周歪みを測定した。この際、測定除外領域２１（図３参照）の幅を０．５ｍｍ（比較例１）、０．６ｍｍ（実施例１）、０．８ｍｍ（実施例２）、１．０ｍｍ（実施例３）、１．２ｍｍ（実施例４）、１．４ｍｍ（比較例２）とした。また、歪み測定領域２２（図３参照）の幅は、測定除外領域２１の幅にかかわらず同じ値とし、具体的には４ｍｍとした。そして、歪み測定領域２２における歪みの位置及び歪み量を測定した。このときに検出された歪みを評価対象歪みとする。

その後、歪み測定後のウェーハに対して表面のポリシリコン膜を研磨によって除去した。そして、ポリシリコン膜除去後のウェーハに対して測定除外領域幅を０．５ｍｍとし、歪み測定領域幅を４ｍｍとして、歪みの位置及び歪み量を測定した。このときに検出された歪みを基準歪みとする。

そして、ポリシリコン膜付きのウェーハの歪み測定においてどの程度ノイズの影響があるかを確認するために、測定除外領域幅ごとに、同一位置に検出された基準歪みと評価対象歪みの組み合わせを抽出した。そして、抽出した各組み合わせを１つの点として、各組み合わせに係る点を、基準歪み量を第１座標軸、評価対象歪み量を第２座標軸とした直交座標面内に表したときに得られる近似直線のＲ２乗値（決定係数）を求めた。

さらに、基準歪みの検出点の個数をＸ、各測定除外領域幅において基準歪みと同一位置に検出された評価対象歪みの検出点の個数をＹとしたときに、Ｙ／Ｘを歪み位置の一致率として求めた。なお、この一致率は、従来の測定方法（測定除外領域幅を０．５ｍｍとしてポリシリコン研磨後に測定）を用いたときの歪み検出点に対する、ポリシリコン膜付きのウェーハでの歪み検出点の一致率を示している。

結果を表１に示す。表１では、測定除外領域幅ごとに、Ｒ２乗値及び一致率を示している。また、実施例２である測定除外領域幅を０．８ｍｍとしたときの上記近似直線を図４に示す。また、比較例１である測定除外領域幅を０．５ｍｍとしたときの上記近似直線を図５に示す。

表１、図４に示すように、測定除外領域幅が０．６ｍｍ～１．２ｍｍの範囲（実施例１～４）ではＲ２乗値と一致率の両方が大きい値を示しており、具体的には、Ｒ２乗値は０．８０より大きい値を示し、一致率は８０％より大きい値を示している。特に、測定除外領域幅が０．６ｍｍ～１．０ｍｍの範囲（実施例１～３）では、Ｒ２乗値は０．９０より大きい値を示し、０．８ｍｍ～１．０ｍｍの範囲（実施例２、３）ではＲ２乗値は０．９５より大きい値を示している。また、一致率で見ると、測定除外領域幅が０．６ｍｍ～１．０ｍｍの範囲（実施例１～３）では８５％以上を示した。このように、測定除外領域幅を０．６ｍｍ～１．２ｍｍとすると、ポリシリコン膜のエッジ部でのノイズの影響を低減でき、従来の手法（測定除外領域幅を０．５ｍｍとしてポリシリコン研磨後に測定）と同程度の歪み測定精度を確保でき、つまり高精度に歪み量を評価できる。また、ポリシリコン膜を研磨する必要がないので、効率的に歪み評価が可能である。

一方、表１、図５に示すように、測定除外領域幅が０．５ｍｍ（比較例１）では、一致率は大きい値を示しているものの、Ｒ２乗値は０．８０より小さい値を示し、ポリシリコン膜のエッジ部でのノイズの影響が大きいといえる。

また、表１に示すように、測定除外領域幅が１．４ｍｍ（比較例２）では、ノイズが除去されると同時に外周歪みで検出できないものが出てきてしまうため、一致率が８０％未満となり、これに伴いＲ２乗値も悪化した。以上より、測定除外領域幅を０．６ｍｍより小さい値又は１．２ｍｍより大きい値とした場合、ポリシリコン膜を付けたままでは、歪みの正確な評価は困難である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであったとしても本発明の技術的範囲に包含される。

１枚葉式エピタキシャルウェーハ製造装置
１０測定装置
１１レーザー発生部
１２検出部
１３処理部
２０ウェーハの最外周
２１測定除外領域（評価除外領域）
２２歪み測定領域

Claims

ポリシリコン膜を形成したウェーハに入射し、透過した赤外レーザーの偏光度の変化に基づいて前記ウェーハの外周歪みを評価する方法において、前記ウェーハの最外周からの評価除外領域の幅を０．６ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とし、前記ポリシリコン膜の研磨を行わずに前記ウェーハの外周歪みを評価することを特徴とする評価方法。
前記評価除外領域の幅は０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１に記載の評価方法。
前記評価除外領域の幅は０．８ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の評価方法。