(57)【要約】【課題】熱処理の際に、基板支持具によって支持されていた基板裏面側から発生し、基板上面の表面には支障が現れないスリップを検出し得るスリップの検出方法を提供する。【解決手段】熱処理の際に基板支持具によって支持されていた基板裏面が上面となるように反転させる工程と、上面となった基板裏面に光を照射する工程と、上面となった基板裏面で反射した光を投影し、投影図を作成する工程とを含むことにより、熱処理の際に基板支持具によって支持されていた基板裏面から検査を行うことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板裏面を基板支持具によって支持し、前記基板を水平に保持しながら熱処理を行ったシリコン基板のスリップを検出する方法において、
前記熱処理の際に前記基板支持具によって支持されていた基板裏面が上面となるように反転させる工程と、
上面となった前記基板裏面に光を照射する工程と、
上面となった前記基板裏面で反射した光を投影し、投影図を作成する工程と
を含むことにより、前記熱処理の際に前記基板支持具によって支持されていた基板裏面から検査を行うことを特徴とする熱処理を行ったシリコン基板のスリップ検出方法。
【請求項２】
基板裏面からの検査が熱処理の際に基板支持具によって支持されていた前記基板裏面の支持部について行われる請求項１記載のスリップ検出方法。
【請求項３】
熱処理を行ったシリコン基板がＳＩＭＯＸウェーハである請求項１又は２記載のスリップ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理後のシリコン基板に生じたスリップを検出する方法に関する。更に詳しくは、基板裏面を基板支持具により支持し、基板を水平に保持しながら熱処理を行ったシリコン基板について、基板裏面から発生し、基板上面の表面には支障が現れないスリップを検出し得るスリップ検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デバイスの高速性、低消費電力性、高耐圧性等に優れるという理由から、シリコンからなる支持基板、ＢＯＸ（Buried Oxide）層と呼ばれる埋込み酸化膜及びＳＯＩ層を有するいわゆるＳＯＩ基板が、電子デバイス用の高性能ＬＳＩウェーハとして特に注目を集めている。
【０００３】
ＳＯＩ基板の代表的な製造方法としては、貼り合わせ法とＳＩＭＯＸ（Separation by Implated Oxygen）法がある。貼り合わせ法では、先ず、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）やフローティングゾーン法（以下、ＦＺ法という。）等の方法により製造された単結晶インゴットを、スライスしてウェーハに加工し、このウェーハをラッピング、エッチング、研削、研磨、更には鏡面研磨等の一般的なウェーハ製造工程により、２枚のシリコン基板を得る。次いで、少なくとも一方のシリコン基板に酸化膜を形成し、この酸化膜を介して他方のシリコン基板を密着させた後、所定の温度で熱処理を施し、接合面の強度を高める。そして、デバイス素子形成側の表面を研削、研磨により減厚加工してＳＯＩ層を形成することにより、ＳＯＩ基板が得られる。一方、ＳＩＭＯＸ法では、上記と同様、先ず、一般的なウェーハ製造工程により支持基板となるシリコン基板を得る。次いで、得られたシリコン基板の一方の表面から基板内部に酸素イオンを注入し、その後所定の温度で熱処理を施すことにより、表面から所定の深さに埋込み酸化膜が形成されたＳＯＩ基板が得られる。
【０００４】
このようなＳＯＩ基板の製造工程、特にＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造工程では、１３００℃を越える高温で、また比較的高酸素雰囲気で長時間熱処理が施される。そのため、ＳＩＭＯＸ法により形成されるＳＯＩ基板、即ちＳＩＭＯＸウェーハでは、この高温、高酸素雰囲気による熱処理の際に導入されるスリップと称される欠陥が特に大きな問題となっている。
【０００５】
また、ＳＩＯＭＸウェーハに限らず、ウェーハ製造工程で発生したスリップを含むウェーハが、デバイス製造工程に投入されると、デバイス製造工程における種々の過酷な熱的環境・デバイス膜応力に曝され、そこで発生する強力な熱応力により、ウェーハ製造工程で発生したスリップが進展し、デバイス製造装置の中で破壊する、ということが懸念されていた。一方、最近の大口径化したウェーハの処理は横置きでの熱処理が主流となっている。この熱処理の際に裏面にだけ発生する微小なスリップの起点を漏らさず検出することは重要である。
【０００６】
上記ＳＩＭＯＸ法により製造されるＳＩＭＯＸウェーハも含め、熱処理を行った後のシリコン基板における品質検査では、従来から、スリップの有無等の検査を目視や微分干渉顕微鏡による観察、Ｘ線トポグラフィー撮影（例えば、特許文献１参照。）等により行うため、抜き取り検査として行われことが多い。抜き取り検査となる理由は、上述の評価方法において、その作業自体の自動化が困難であるため、人間によるマニュアル作業となってしまうためである。また上記以外の方法では、特定波長の光を鏡面加工されたウェーハの表面に入射させ、その反射光の強度を利用してウェーハの表面状態を画像化する、いわゆる魔鏡法によるスリップの検出検査が広く一般的に行われている（例えば、特許文献２及び３参照。）。この方法では、ウェーハの取り扱いの自動化が容易なため、全数評価が可能である。よって、この評価作業は、ウェーハプロセスの様々な工程の中に組み込むことが可能である。魔鏡法によるスリップの検出原理は、スリップに起因するウェーハ表面の凹凸を利用し、このウェーハ表面の段差によって生じる反射光の強弱から、スリップの本数や長さを評価するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２３６７３５号公報（段落［００１４］）
【特許文献２】特開２００６−９３２８３号公報（段落［００３３］）
【特許文献３】特開２００６−８０３３９号公報（段落［００２２］〜段落［００２５］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したＳＩＭＯＸウェーハの製造工程における熱処理では、一般に、図５に示すような縦型熱処理炉４０が用いられる。この縦型熱処理炉４０では、図６に示すように、基板支持具４９で基板裏面を支持し、基板を水平に保持しながら熱処理が行われる。このような縦型熱処理炉４０を用いた熱処理は、ＳＩＭＯＸウェーハの製造工程に限られず、通常のシリコン基板の製造工程において、研削・研磨後の基板表層部に存在する結晶欠陥を消滅させるための熱処理工程や、基板内部に析出物を形成するための熱処理工程等においても行われる。そして、これら種々の熱処理工程を経た後のシリコン基板について上記魔鏡法によるスリップの検出検査を行う場合、熱処理後の基板は生産性向上のため、通常、自動搬送装置により縦型熱処理炉４０から専用の検査装置内に搬送され、この検査装置内で品質検査が行われる。
【０００９】
しかしながら、これまでの品質検査では、熱処理の際に基板支持具４９によって支持されていた基板裏面が下向き状態のまま自動搬送装置によって検査装置内に搬入され、この基板裏面とは反対側の基板上面から検査が行われるのが通常であった。
【００１０】
このような検査方法では、基板裏面から発生したスリップの検出は困難であるが、特にＳＩＭＯＸウェーハの場合、熱処理によって中間層に結晶性の異なる非晶質の埋込み酸化膜３２が形成される。そのため、熱処理の際に基板支持具４９によって支持されていた基板裏面、即ち支持基板３１側から生じたスリップであって、支持基板３１と埋込み酸化膜３２との界面で留まり、ＳＯＩ層３３表面まで突き抜けずに、ＳＯＩ層３３表面には凹凸を生じさせないようなスリップが生じることがＳＯＩ構造を持たないウェーハと比べて、しばしば起こり得る。
【００１１】
このようなスリップについては、ＳＯＩ層３３表面からの検査では検出が困難であるため、上述の基板支持具４９によって支持されていた基板裏面とは反対側の基板上面から検査を行う従来法では、厳密な検査ができないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、熱処理の際に基板支持具によって支持されていた基板裏面から発生し、基板上面の表面には支障が現れないスリップを検出し得るスリップ検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点は、基板裏面を基板支持具によって支持し、基板を水平に保持しながら熱処理を行ったシリコン基板のスリップを検出する方法において、熱処理の際に基板支持具によって支持されていた基板裏面が上面となるように反転させる工程と、上面となった基板裏面に光を照射する工程と、上面となった基板裏面で反射した光を投影し、投影図を作成する工程とを含むことにより、熱処理の際、基板支持具によって支持されていた基板裏面から検査を行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、基板裏面からの検査が熱処理の際に基板支持具によって支持されていた基板裏面の支持部について行われることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、熱処理を行ったシリコン基板がＳＩＭＯＸウェーハであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の観点では、熱処理の際に基板支持具によって支持されていた基板裏面が上面となるように反転させる工程と、上面となった基板裏面に光を照射する工程と、上面となった基板裏面で反射した光を投影し、投影図を作成する工程とを含むことにより、熱処理の際、基板支持具によって支持されていた基板裏面から検査を行う。これにより、特にＳＩＭＯＸウェーハの製造工程における熱処理の際に生じやすい、基板支持具によって支持されていた基板裏面から発生し、基板上面の表面には支障が現れないスリップを確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】検査装置の要部を表した概略模式図である。
【図２】検査装置の反転機構により基板を反転させる工程の一工程を示す図である。
【図３】検査装置の反転機構により基板を反転させる工程の別の工程を示す側面図である。
【図４】検査装置の反転機構により基板を反転させる工程の更に別の工程を示す側面図である。
【図５】一般的な縦型熱処理炉の断面構成図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明実施形態の検出方法により検査されたＳＯＩ基板の表面状態を示す写真図である。
【図８】従来の検出方法により検査されたＳＯＩ基板の表面状態を示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
先ず、一般的なＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法について説明する。ＣＺ法やＦＺ法等の方法により製造された単結晶インゴットを、スライスしてウェーハに加工し、このウェーハをラッピング、エッチング、研削、研磨、更には鏡面研磨等を施して得られたシリコン基板の一方の表面から、酸素イオンを注入する。この酸素イオン注入工程では、製造後のＳＯＩ基板のＳＯＩ層の厚さが所望の厚さになるように基板の一方の表面から所定の深さの領域に注入する。
【００２０】
次に、酸素イオンが注入されたシリコン基板に熱処理を施す。熱処理は、図５に示す一般的な縦型熱処理炉４０が用いられる。図５の例に示す縦型熱処理炉４０には、鉛直方向に延びるＳｉＣ製の反応管４１と、この反応管４１内に所定の間隔をあけて立設されかつＳｉＣにより形成された棒状の複数の支柱４２が備えられる。反応管４１の外周面は均熱管４３を介して筒状のヒータ４４により覆われる。また、支柱４２はベース４６及び保温筒４７を介してボートキャップ４８に立設される。更に、図６に示すように、複数の支柱４２には長手方向に所定の間隔をあけ、かつ基板支持具４９の外周縁を遊挿可能な多数の支持具用凹溝５１が設けられる。このような縦型熱処理炉４０を用いた熱処理では、基板支持具４９によって基板裏面、即ち製造後のＳＯＩ基板３０における支持基板３１を支持し、基板を水平に保持しながら、酸素とアルゴンや窒素ガス等の不活性ガスとの混合雰囲気中、約１３００℃〜１４００℃の温度で、１〜２０時間程度の熱処理が施される。この熱処理により、図６に示すように、基板の表面から所定の深さの領域に埋込み酸化膜３２が形成されるとともに埋込み酸化膜３２上にＳＯＩ層３３が形成され、支持基板３１と、この支持基板３１上に形成された埋込み酸化膜３２と、この埋込み酸化膜３２上に形成されたＳＯＩ層３３とを有するＳＯＩ基板３０、即ちＳＩＭＯＸウェーハが製造される。
【００２１】
製造後のＳＯＩ基板３０の品質検査は、熱処理後のＳＯＩ基板３０を縦型熱処理炉４０から図１に示す検査装置１０へ搬送し、この検査装置１０により行う。図１に示す検査装置１０は、基板を装置内に支持するための支持台１１と、基板の表面に光を照射する光源１２と、投影レンズ１３と、基板の表面で反射した光を投影する受光部１４とを備える。また、光源１２に電力を供給し光量を調節する電源回路部１６が接続され、この電源回路部１６には、受光部１４で投影した光を画像化する画像処理手段１７と、画像処理手段１７によって処理された画像を出力する画像出力手段１８が配置される。更に、この検査装置１０は、後述する本発明の検出方法を実施可能にするための基板の反転機構を具備する。
【００２２】
熱処理後のＳＯＩ基板３０の検査装置１０への搬送は、図示しない基板の自動搬送装置により行われる。このとき、熱処理の際に、図５及び図６に示す基板支持具４９によって支持されていた支持基板３１が下向き状態のまま、図１に示す検査装置１０内の支持台１１上に設置される。そして、従来のスリップの検出方法では、ＳＯＩ基板３０の上面、即ちＳＯＩ層３３側から検査を行う。一方、本発明の検出方法では、支持台１１上に設置されたＳＯＩ基板３０を、検査装置１０が備える基板の反転機構により、基板支持具４９によって支持されていた支持基板３１が上面となるように反転させ、この支持基板３１側から検査を行う。具体的には、図２〜４に示すように、先ず、支持台１１の切り欠き部から露出したＳＯＩ基板３０のエッジ部を、検査装置１０に設置された第１アーム２２、第２アーム２３で挟み込む。次に、ＳＯＩ基板３０を挟み込んだ状態で第１アーム２２、第２アーム２３を上昇させ、更に双方のアームを同じ速度で回転させて、下向きに保持されていた支持基板３１が上面となるようにＳＯＩ基板を反転させる。反転により、支持基板３１が上面、ＳＯＩ層３３が下面となった状態で、第１アーム２２、第２アーム２３を下降させ、ＳＯＩ基板３０を再び支持台１１に設置する。なお、第１アーム２２、第２アーム２３は、図１の電源回路部１６に接続されており、伸縮方向又は垂直方向への移動距離や移動速度、或いは軸回転の回転速度や角度等の制御が行われる。
【００２３】
図１に戻って、上記反転工程に続き、光源１２からプローブとなる光を照射し、投影レンズ１３を通って、上面となった基板裏面、即ち支持基板３１の表面に光を照射する。このとき、プローブ光の光源には、例えば広く普及しているレーザーダイオードや、ハロゲンランプなどが使用される。支持基板３１の表面に照射された光は、支持基板３１の表面で反射し、投影レンズ１３を通って受光部１４に投影され、画像処理手段１７によって画像化処理される。更にモニタ等の画像出力手段１８により表面状態の投影図が作成され、出力される。このようにして出力された投影図から、スリップの有無が検査することができる。この方法は、いわゆる魔鏡の原理を利用した方法であり、光を照射した支持基板３１の表面に凹部があると、反射した光は集光され、出力される投影図において明るく表示される。一方、凸部が存在すると、反射光が広がって、暗く表示される。
【００２４】
本発明のスリップの検出方法は、上記工程を経ることにより、熱処理の際、基板支持具によって支持されていた基板裏面から検査を行うというものである。これにより、従来のＳＯＩ層３３側からの検査では検出が困難であった、支持基板３１側から生じたスリップであって、支持基板３１と埋込み酸化膜３２との界面で留まり、ＳＯＩ層３３の表面まで突き抜けずに、ＳＯＩ層３３の表面には凹凸を生じさせないようなスリップを確実に検出することができる。また、熱処理によって、支持基板３１のＳＯＩ層３３側の表面には、埋込み酸化膜３２・ＳＯＩ層３３と更にその上には図示しない酸化膜が形成される。そのため、ＳＯＩ層３３側から検査を行う従来法により、支持基板３１に生じたスリップの検出を行う場合、これら埋込み酸化膜３２・ＳＯＩ層３３を含む多層膜による光干渉効果の影響を強く受け、検査に支障を来す。一方、支持基板３１の表面にも熱処理によって図示しない酸化膜が形成されるが、支持基板３１側からの検査を行う場合、上記光干渉効果による影響はこの酸化膜１層のみによるものである。このため、その影響はＳＯＩ層３３側から検査を行う場合に比べ極めて少なくて済む。また、この支持基板３１の表面に形成された酸化膜は、検査にあたって除去しても製品として問題が無いものである。そのため、熱処理後、検査を行う前に、支持基板３１の表面に形成された酸化膜を除去する工程を経ることにより、更に安定した検査を行うこともできる。
【００２５】
また、スリップは、熱処理の際に基板支持具４９によって支持されていた基板裏面、即ち支持基板３１の表面領域のうち、図１又は図６に示される、基板支持具４９と実際に接触していた部位である支持部３１ａを起点として特に発生しやすい傾向にある。これは基板の自重により発生する応力が、基板支持具４９との接触部位に集中する等の理由による。そのため、本発明の基板裏面からの検査を、基板支持具４９との接触部位である支持部３１ａについて行えば、より確実に、かつ効率よくスリップを検出することができ、更に生産性向上が期待できる。なお、図１では、支持部３１ａは、同心円状に示されているが、基板支持具には、基板との接触部位が３点支持タイプのものや、半円形状のもの等、様々の形状のものが存在するため、図１に示す形状に限定されるものではない。
【００２６】
以上、本実施の形態では、ＳＩＭＯＸウェーハの製造から、本発明のスリップ検出方法を適用するまでの工程を代表して説明したが、本発明のスリップ検出方法は、基板裏面を基板支持具によって支持し、基板を水平に保持しながら熱処理を行ったシリコン基板であれば、この実施の形態に限定されることなく効果的に適用することができる。即ち、通常のシリコン基板の製造工程において、研削・研磨後の基板表層部に存在する結晶欠陥を消滅させるための熱処理や、基板内部に析出物を形成するための熱処理を行った後のシリコン基板等についても好適に実施することができる。
【実施例】
【００２７】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００２８】
＜実施例１＞
ＣＺ法により製造された単結晶インゴットを、スライスしてウェーハに加工し、このウェーハをラッピング、エッチング、研削、研磨、更には鏡面研磨等を施して得られた直径３００ｍｍのシリコン基板を用意した。このシリコン基板に、研削・研磨後の基板表層部に存在する結晶欠陥を消滅させるため、図５に示す縦型熱処理炉４０を用いて、基板裏面を基板支持具により支持し、基板を水平に保持しながら、アルゴンガス雰囲気中、１０００〜１３００℃の温度領域で、１時間熱処理を施した。
【００２９】
次に、図示しない自動搬送装置により、熱処理の際に図６に示す基板支持具４９によって支持されていた基板裏面が下向き状態のまま、縦型熱処理炉４０から図１に示す検査装置１０にシリコン基板を搬送した。検査装置１０への搬送後、検査装置１０が備える反転機構によって、図２〜図４に示す工程を経ることにより、熱処理の際に、図６に示す基板支持具４９によって支持されていた基板裏面が上面となるように反転させた。
【００３０】
次いで、図１に示す検査装置１０を用いて、シリコン基板に生じたスリップの検査を行った。具体的には、検査装置１０の光源１２から波長６３０ｎｍのプローブ光を、反転させた基板裏面の表面に照射した。そして、基板裏面の表面で反射した光を受光部１４に投影させ、画像処理手段１７で画像化処理し、シリコン基板３０の表面状態を表す投影図を画像出力手段１８から出力した。
【００３１】
＜実施例２＞
ＣＺ法により製造された単結晶インゴットを、スライスしてウェーハに加工し、このウェーハをラッピング、エッチング、研削、研磨、更には鏡面研磨等を施して得られたシリコン基板を用意した。このシリコン基板の一方の表面から、約０．５μｍの領域に酸素イオンを注入した。
【００３２】
酸素イオン注入後、図５に示す縦型熱処理炉４０を用いて、シリコン基板にアルゴン、酸素ガス雰囲気中、１２８０〜１３５０℃の温度領域で、１０時間熱処理を施し、支持基板３１と、この支持基板３１上に形成された埋込み酸化膜３２と、この埋込み酸化膜３２上に形成されたＳＯＩ層３３とを有するＳＯＩ基板３０を得た。
【００３３】
次に、図示しない自動搬送装置により、支持基板３１が下向き状態のまま、縦型熱処理炉４０から図１に示す検査装置１０にＳＯＩ基板３０を搬送した。検査装置１０への搬送後、検査装置１０が備える反転機構によって、図２〜図４に示す工程を経ることにより、熱処理の際に、図６に示す基板支持具４９によって支持されていた基板裏面、即ち支持基板３１が上面となるように反転させた。
【００３４】
次いで、図１に示す検査装置１０を用いて、ＳＯＩ基板３０に生じたスリップの検査を行った。具体的には、検査装置１０の光源１２から波長６３０ｎｍのプローブ光を、反転させた支持基板３１の表面に照射した。そして、支持基板３１の表面で反射した光を受光部１４に投影させ、画像処理手段１７で画像化処理し、ＳＯＩ基板３０の表面状態を表す投影図を画像出力手段１８から出力した。作成された投影図を複写した写真図（支持基板３１表面の支持部３２ａの領域）を図７に示す。
【００３５】
＜比較例＞
縦型熱処理炉４０から検査装置１０への搬送後、ＳＯＩ基板３０を反転させる前に、ＳＯＩ層３３側から行ったこと以外は、実施例２と同様に、ＳＯＩ基板３０に生じたスリップの検査を行った。ＳＯＩ基板３０の表面状態を表す投影図を複写した写真図（ＳＯＩ層３３表面）を図８に示す。
【００３６】
＜比較試験及び評価＞
実施例２及び比較例１で得られたＳＯＩ基板３０の表面状態を表す写真図を目視により観察した。また、実施例１，２及び比較例１で検出された長さ１０μｍ以上のスリップの本数を計測した。この結果を次の表１に示す。
【００３７】
【表１】
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図７及び図８から明らかなように、実施例２では、ＳＯＩ基板に生じたスリップ３４が明確に検出され、その起点となる基板支持具との接触によって生じた接触痕３４ａも確認された。一方、比較例１では、実施例２においては確認されたスリップ３４及び接触痕３４ａが共に検出できなかった。また、表１に示す検出されたスリップの本数からも、本発明の検出方法が、従来法に比べてより確実にスリップを検出し得ることが確認できる。
【符号の説明】
【００３８】
３０    シリコン基板（ＳＯＩ基板）
３１    基板裏面（支持基板）
３１ａ  基板支持具によって保持されていた基板裏面の支持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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