(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理したガリウム砒素基板を製造する方法であって、下記の順において、
ａ）ガリウム砒素基板を準備する工程と、
ｂ）紫外線照射及び／又はオゾンガスを使って、乾燥状態において、前記ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理する工程と、
ｃ−１）前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に、アルカリ水溶液を接触させる工程と、
ｃ−２）その後、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に、水を接触させる工程と、
ｃ−３）その後、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に、酸性水溶液を接触させる工程と、
ｃ−４）その後、更に、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に水を接触させる工程と、
ｄ）前記ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥する工程と、
を含むことを特徴とするガリウム砒素基板を製造する方法。
【請求項２】
工程ｃ−１）は、メガサウンドを印加すること、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ｃ）において、ＮＨ３または有機アミンの水溶液であるアルカリ水溶液を用いる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
工程ｃ−３）は、酸化剤の存在下で実行され、
工程ｃ−４）の前記水には、少なくとも最初にｐＨ値調整添加剤が含まれている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の一つに記載の方法。
【請求項５】
前記酸性水溶液は、ＨＣＩ又はＨＦ水溶液である
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記酸性水溶液中の前記酸化剤は、オゾン又はＨ２Ｏ２である
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
工程ｃ−１）〜工程ｃ−４）において、工程ｃ−４）の後に、更に工程ｃ−１）及び工程ｃ−２）に従う工程が実施される
ことを特徴とする請求項１乃至５の一つに記載の方法。
【請求項８】
表面処理した複数のガリウム砒素基板を製造する方法であって、
請求項１乃至請求項７の一つに記載の方法において、前記工程ｂ）〜ｄ）のそれぞれに、複数のガリウム砒素基板を同時に供することを特徴とする方法。
【請求項９】
ガリウム砒素基板であって、少なくとも一表面が、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングに、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化を示し、該信号は、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布が、−０．００６５より大きいことを特徴とするガリウム砒素基板。
【請求項１０】
少なくとも一表面が、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおいて、１５０ｍｍの基板直径を基準として、欠陥数が６０００未満、及び／又は、総欠陥面積が２ｃｍ２未満であるガリウム砒素基板であって、
欠陥を、１０００μｍ２より大きく、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける平均測定信号からの偏位が少なくとも±０．０５％である連続した面積として定義することを特徴するガリウム砒素基板。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載のガリウム砒素基板であって、基板直径は、少なくとも１００ｍｍであることを特徴するガリウム砒素基板。
【請求項１２】
請求項９又は請求項１０に記載のガリウム砒素基板であって、基板直径は、少なくとも１５０ｍｍであることを特徴するガリウム砒素基板。
【請求項１３】
請求項９又は請求項１０に記載のガリウム砒素基板であって、基板直径は、少なくとも２００ｍｍであることを特徴するガリウム砒素基板。
【請求項１４】
前記少なくとも一表面は、製造後６ケ月以内では、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、実質的に低下しない
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１３の一つに記載のガリウム砒素基板。
【請求項１５】
前記少なくとも一表面は、製造後６ケ月以内では、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、低下しない
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１３の一つに記載のガリウム砒素基板。
【請求項１６】
エピタキシャル結晶成長のために、請求項９乃至請求項１５の一つに記載のガリウム砒素基板を使用する
ことを特徴とするガリウム砒素基板の使用方法。
【請求項１７】
エピタキシャル結晶成長のために、保管（storage）後において、請求項９乃至請求項１５の一つに記載のガリウム砒素基板を使用する
ことを特徴とするガリウム砒素基板の使用方法。
【請求項１８】
エピタキシャル結晶成長のために、ガリウム砒素基板の準備後であってエピタキシャル成長前において、前処理をすることなく、請求項１６又は１７に記載のガリウム砒素基板を使用する
ことを特徴とするガリウム砒素基板の使用方法。
【請求項１９】
光学式表面解析装置、あるいは光学式表面解析装置カンデラＣＳ２０を、偏光解析横方向基板マッピングを用いて、ガリウム砒素基板の表面酸化膜の均質性の定量的特性評価を行うことを特徴とする光学式表面解析装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面処理したガリウム砒素基板を製造する方法、ガリウム砒素基板、及びその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガリウム砒素基板ウェハは、高周波増幅器やスイッチのほか、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光部品の製造のために用いられる。通常、その部品構成（トランジスタ及びダイオード）は、Ｇａ−ｌｎ−Ａｓ−Ｐ−Ａｌ−Ｎの群から選択可能な各種元素（element）が積層してエピタキシャル成膜した混晶から製造され、個々の層（layer）において、特定の組成によって異なる電子特性を同じ結晶格子定数に設定可能である。この種の格子適合エピタキシーには、非常に高い層品質及び非常に低い欠陥密度が求められている。このため、層品質は、エピタキシャル工程の条件に左右されるだけでなく、基板特性に影響される。
【０００３】
ＧａＡｓ基板の製造は、それぞれのバルク結晶成長と、その後の切断・分離工程における単一化（singularization）とから始める（例えば、T. Flade 他, “State of the art 6" SI GaAs wafers made of conventionally grown LEC-crystals”, Journal of Crystal Growth, 198-199(1), 1999, p.336-342 と、Th. Bunger 他, “Development of a vertical gradient freeze process for low EPD GaAs substrates”, Materials Science and Engineering B, 80(1), 2001, p. 5-9参照）。その後、基板を、有利な特性の表面形状（厚さ、曲率、ウェッジ形状）と粗さを得るため、多段階工程で処理、特に研磨される（例えば、Flade他参照）。
この研磨（polishing）工程の後、高反応の純ＧａＡｓ基板が露出し、必然的に酸化物がすぐに成長を開始する。続いて、液状媒体における一般的な洗浄は、酸化物が形成され、それぞれ除去する一連の工程を伴い、主として基板上の粒子の数や残留不純物または残留汚れ（しみ）の数を減少させるために行われる。
この基板の洗浄工程及びそれに続く乾燥工程時に、酸化膜（oxide layer）が形成される。この酸化膜は、基板をエピタキシャル装置に入れるまでの間に更に変化する（例えば、D.A. Allwood, S. Cox, N.J. Mason, R. Palmer, R. Young, P.J. Walker, Thin Solid Films, 412, 2002, p. 76-83参照）
【０００４】
酸化膜の成分は、例えば、Ｘ線励起による光電子分光法（ＸＰＳ）によって、酸化原子の内殻電子を分光的に分析し、測定することが出来る。酸化状態は、励起電子のエネルギー偏位（energetic shift）から求めることが出来る。この測定方法は、例えば、C.C Surdu-Bob, S.O Saied, J.L Sullivan, Applied Surface Science, Volume 183(1-2, 2001, p.126-136にＧａＡｓの例として詳細に記載されている。酸化条件によって、酸化ヒ素対酸化ガリウムの比は１〜５の間である。通常、ＧａＯ、Ｇａ２Ｏ３と、ＡＳ２Ｏ、ＡｓＯ、Ａｓ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ５が生じる（例えば、F. Schroder-Oeynhausen, “Oberflachenanalytische Charakterisierung von metallischen Verunreinigungen und Oxiden auf GaAs”, Dissertation, University of Munster, 1996と、J.S. Song, Y.C. Choi, S.H. Seo, D.C. Oh, M.W. Cho, T. Yao, M.H. Oh, Journal of Crystal Growth, 264, 2004, p. 98-103参照）。
【０００５】
ウェハ表面の面特性によってもエピタキシャル膜成長に影響を与えるために、これまでは、エピタキシャル装置でエピタキシャル工程を開始する直前に、表面膜（例えば酸化物）が後から熱蒸着する可能性がよく使われた。これに関して、熱脱着表面の粗さ、汚れや不純物（粒子）の度合が、成膜する積層膜及び生成した製品の定性特性に関与する。ＩＩＩ／Ｖ半導体について、前洗浄に使用する処理パラメータやそれに関連した表面特性に対するエピタキシャル蒸着膜の品質の依存度を調査した。これに関して、各工程において、ウェハ表面全体の湿式化学処理は均一であると推定された。
【０００６】
ウェハの湿式化学洗浄は、一般的に、連続した液槽にて行われる。通常は、ウェハを載せた処理ラックを、自動搬送システムによって槽(bath）から槽へ移動させ、最終的に乾燥させる。ほとんどの場合、洗浄は、脱イオン水（Ｄｌ水）中での中間リンス工程を備えた一連の酸性及びアルカリ性湿式工程とを備える。この点で、水酸化アンモニウム又は有機アミンがアルカリ性成分として通常使用される。使用する酸は、例えば、フッ化水素（ＨＦ）や塩化水素（ＨＣＩ）、更には硫酸（Ｈ２ＳＯ４）や有機酸が用いられる。洗浄媒体には、例えば酸化剤や界面活性剤やキレート剤などの添加剤が加えられていることが多い。粒子除去のため、例えば超音波又はメガサウンドが各槽に使用される。Ｄｌ水によりリンスを施されたウェハを乾燥させるために、原則的に、各種処理が考えらえる。実際には、従来、ウェハ又はウェハ搬送器の高速回転時に、遠心力によってＤｌ水を除去することで乾燥させている（スピン乾燥）（例えばSong他参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Flade 他, “State of the art 6" SI GaAs wafers made of conventionally grown LEC-crystals”, Journal of Crystal Growth, 198-199(1), 1999, p.336-342
【非特許文献２】Th. Bunger 他, “Development of a vertical gradient freeze process for low EPD GaAs substrates”, Materials Science and Engineering B, 80(1), 2001, p. 5-9
【非特許文献３】D.A. Allwood, S. Cox, N.J. Mason, R. Palmer, R. Young, P.J. Walker, Thin Solid Films, 412, 2002, p. 76-83
【非特許文献４】C.C Surdu-Bob, S.O Saied, J.L Sullivan, Applied Surface Science, Volume 183(1-2, 2001, p.126-136
【非特許文献５】F. Schroder-Oeynhausen, “Oberflachenanalytische Charakterisierung von metallischen Verunreinigungen und Oxiden auf GaAs”, Dissertation, University of Munster, 1996
【非特許文献６】J.S. Song, Y.C. Choi, S.H. Seo, D.C. Oh, M.W. Cho, T. Yao, M.H. Oh, Journal of Crystal Growth, 264, 2004, p. 98-103
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の処理では、適切な歩留りで必要な膜品質と所定の欠陥密度を有する部品を大面積で確実にエピタキシャル生成することが可能な次の（その後の）エピタキシャル処理に関し増えつつある要件を満たすガリウム砒素基板が提供されない。
本発明の課題は、次のエピタキシーに対して良好な特性を示すガリウム砒素基板を生成するための改良法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、請求項１及び請求項７に記載の方法及び請求項８乃至１０、請求項１２及び請求項１５に記載のガリウム砒素基板によって解消される。更なる態様を各従属請求項に記載する。効果的な使用を請求項１５及び１６に示す。
【００１０】
異なる処理を施されたガリウム砒素基板の表面特性を評価するために、光学式表面解析装置の偏光解析横方向基板マッピングを使用した。使用した測定方法及び分析方法の詳細を、好ましい実施態様及び実施例において記載する。
【００１１】
本発明を制限することなく、本発明の第一の態様、好ましい実施態様、詳細な特徴を下記項目に示す。
１）  表面処理されたガリウム砒素基板を製造する方法であって、
ａ）前記ガリウム砒素基板を準備する工程と、
ｂ）紫外線照射及び／又はオゾンガスを用い、乾燥状態において、前記ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理する工程と、
ｃ）前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に少なくとも１種の液状媒体を接触させる工程と、
ｄ）前記ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させる工程と、
を有する。
【００１２】
２）  項目１に記載の方法において、工程ｃ）は、
ｉ）前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面を、アルカリ水溶液に接触させ、任意にメガサウンドを印加すること、
ｉｉ）その後、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面を水に接触させること、
を含む。
【００１３】
３）  項目１又は２に記載の方法において、工程ｃ）では、アルカリ水溶液を用い、該アルカリ水溶液は、ＮＨ３又は有機アミンの水溶液であり、好ましくはＮＨ３水溶液であり、更に好ましくは０．１〜２容量パーセントの濃度のＮＨ３水溶液であり、また特に好ましくは０．２〜１容量パーセントの濃度のＮＨ３水溶液である。
【００１４】
４）  項目２又は３に記載の方法において、工程ｃ）は、更に
ｉｉｉ）  工程ｉｉ）の後に、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面を、酸性水溶液に、任意に酸化剤の存在下で、接触させること、
ｉｖ）  その後、更に、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面を水に接触させること、を有し、該水には、好ましくは、少なくとも最初にｐＨ値調整添加剤が含まれている。
【００１５】
５）  項目４に記載の方法において、前記酸性水溶液は、ＨＣＩ又はＨＦ水溶液であり、好ましくは濃度が０．１〜０．５容量パーセント、より好ましくは０．１〜０．２５容量パーセントのＨＣＩ又はＨＦ水溶液であり、特に好ましくは濃度が０．１５〜０．２５容量パーセントのＨＣＩである。
【００１６】
６）  項目４又は５に記載の方法において、前記酸性水溶液中の前記酸化剤は、オゾン又はＨ２Ｏ２であり、好ましくはオゾンであり、より好ましくは濃度が１０〜５０ｐｐｍのオゾンであり、特に好ましくは濃度が３０〜５０ｐｐｍのオゾンである。
【００１７】
７）  項目４〜６の一つの方法において、前記ｐＨ値調整添加剤は、塩基性又は酸性であり、好ましくは塩基性、より好ましくはＮＨ３であり、更に好ましくは濃度が０．０１〜０．２容量パーセントのＮＨ３であり、特に好ましくは濃度が０．０５〜０．１容量パーセントのＮＨ３である。
【００１８】
８）  項目４〜７の一つの方法において、工程ｃ）は、工程ｉｖ）の後に、更に前記工程ｉ）及びｉｉ）に記載の工程を実施する。
【００１９】
９）  項目２〜８の一つの方法において、水は、脱イオン水又は超純水である。
【００２０】
１０）  前述の項目の一つの方法において、工程ａ）で準備される前記ガリウム砒素基板は、事前に単一化されたもの又はガリウム砒素バルク結晶から分離されたものであり、及び／又は、研磨されたものであり、好ましくはプレ洗浄され、より好ましくは湿式化学プレ洗浄されたものであり、特に好ましくは湿式化学的にブラシ洗浄（brush scrubbing）によりプレ洗浄したものである。
【００２１】
１１）  前述の項目の一つの方法において、工程ａ）で準備される前記ガリウム砒素基板は、ドープされている（doped）又はドープされていない（undoped）。
【００２２】
１２）  前述の項目の一つの方法において、工程ｄ）は、イソプロパノール水溶液を使用する。
【００２３】
１３）  表面処理された複数のガリウム砒素基板を製造する方法であって、前述の項目の一つに記載の方法において、前記工程ｂ）〜ｄ）のそれぞれに、複数のガリウム砒素基板を同時に供する。
【００２４】
１４）  ガリウム砒素基板であって、少なくとも一表面が、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングに、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化を示し、該信号は、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布が、−０．００６５より大きい。
【００２５】
１５）  項目１４に記載のガリウム砒素基板であって、少なくとも一表面が、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングに、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化を示し、該信号は、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布が、−０．００６０より大きく、好ましくは−０．００５５より大きく、より好ましくは−０．００５０より大きく、更に好ましくは−０．００４５より大きく、特に好ましくは−０．００４０より大きく、特に−０．００３０より大きく、特に−０．００２０より大きく、更に−０．００１０より大きく、０．００００を除いて０．００００までである。
【００２６】
１６）  少なくとも一表面が、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおいて、１５０ｍｍの基板直径を基準として、欠陥数が６０００未満、及び／又は、総欠陥面積が２ｃｍ２未満であるガリウム砒素基板であって、欠陥を、１０００μｍ２より大きく、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける平均測定信号からの偏位が少なくとも±０．０５％である連続した面積として定義する。
【００２７】
１７）  項目１６に記載のガリウム砒素基板において、前記欠陥数は、５０００より少なく、好ましくは４０００より少なく、より好ましくは３０００より少なく、更に好ましくは２０００より少なく、また好ましくは１０００より少なく、更に好ましくは５００より少なく、更に好ましくは３００より少なく、更に好ましくは２５０より少なく、更に好ましくは２００より少なく、更に好ましくは１５０より少なく、また特に好ましくは１００より少なく、及び／又は
前記総欠陥面積は、１ｃｍ２未満であり、より好ましくは０．５ｃｍ２未満、更に好ましくは０．１ｃｍ２未満、また好ましくは０．０５ｃｍ２未満、更に好ましくは０．０１ｃｍ２未満、更に好ましくは０．００５ｃｍ２未満、特に好ましくは０．００３５ｃｍ２未満である。
【００２８】
１８）  ガリウム砒素基板であって、前述の項目１〜１２の一つに記載の方法によって製造される。
【００２９】
１９）  前記項目１４〜１８の一つに記載のガリウム砒素基板において、
前記直径は、少なくとも１００ｍｍ、好ましくは１５０ｍｍ、より好ましくは２００ｍｍである。
【００３０】
２０）  少なくとも１５０ｍｍの直径を有し、研磨（polished）及び表面仕上げ（surface-finished）が施されたガリウム砒素基板であって、
前記表面処理（surface treatment）は、
紫外線照射及び／又はオゾンガスを用い、乾燥状態において、前記ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理すること、
前記ガリウム砒素基板の前記一表面に少なくとも１種の液状媒体を接触させること、
前記ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させること
を含む。
【００３１】
２１）  項目２０に記載のガリウム砒素基板であって、略６００μｍ以下、又は、略８００μｍ以上の厚みを有する。
【００３２】
２２）  項目２０又は２１に記載のガリウム砒素基板において、前記厚みは、略１００〜略６００μｍの範囲にある、又は、前記厚みは略８００μｍより大きく、また、前記厚みは、好ましくは略２５０〜略５００μｍの範囲、又は、略８００〜略２０００μｍの範囲にある。
【００３３】
２３）  研磨及び表面仕上げが施されたガリウム砒素基板であって、略６００μｍ以下の厚みを有する。
【００３４】
２４）  研磨及び表面仕上げが施されたガリウム砒素基板であって、略８００μｍ以上の厚みを有する。
【００３５】
２５）  前記項目２０〜２４の一つに記載の研磨及び表面仕上げが施されたガリウム砒素基板であって、前記基板の前記処理された表面は、前記項目１４〜１７の一つに規定された特性を有する。
【００３６】
２６）  前記項目１４〜２５の一つに記載のガリウム砒素基板において、該ガリウム砒素基板は、ドープされている又はドープされていない。
【００３７】
２７）  ガリウム砒素基板であって、少なくとも一表面は、製造後９カ月以内、好ましくは１２ケ月以内では、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、実質的に低下しない、好ましくは低下しない。
【００３８】
２８）  前記項目１４〜２６の一つに記載のガリウム砒素基板において、前記少なくとも一表面は、製造後６ケ月以内では、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、実質的に低下しない、好ましくは低下しない。
【００３９】
２９）  前記項目１〜１３の一つに記載の方法によって製造される複数のガリウム砒素基板であって、それぞれの前記少なくとも一表面について、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、基板同士で、互いに実質的に同じ、好ましくは同じである。
【００４０】
３０）  前記項目１４〜１７及び２５〜２８の一つに記載のガリウム砒素基板、又は、前記項目２９に記載の複数のガリウム砒素基板において、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングは、カンデラＣＳ２０に類似の光学式表面解析装置、好ましくは具体的には光学式表面解析装置カンデラＣＳ２０を用い、より好ましくは、波長が４０５ｎｍであって、その光学路が半波長板と、１／４波長板と、高偏光感度のビームスプリッタと、２枚の検出器とからなる、レーザ光を使用する光学式表面解析装置を用い、より好ましくは、カンデラＣＳ２０の位相シフトチャネルに応じた光学式表面解析装置、特に図１に示す光学式表面解析装置を用いて行われる。
【００４１】
３１）  前記項目１４〜２８及び３０の一つに記載のガリウム砒素基板、又は、項目２９に記載の複数のガリウム砒素基板の使用方法は、エピタキシャル結晶成長のために、任意には保管（storage）後において、また、好ましくはガリウム砒素基板の準備後であってエピタキシャル成長前において、前処理をすることなく使用する。
【００４２】
３２）  前記項目１４〜２８及び３０の一つに記載のガリウム砒素基板、又は、項目２９に記載の複数のガリウム砒素基板を、半導体部品または電子及び光電子部品の製造に使用する。
【００４３】
３３）  前記項目１４〜２８及び３０の一つに記載のガリウム砒素基板、又は、項目２９に記載の複数のガリウム砒素基板を、パワー部品、高周波部品、発光ダイオード、レーザの製造に使用する。
【００４４】
３４）  光学式表面解析装置、好ましくはカンデラＣＳ２０と類似の光学式表面解析装置、具体的にはカンデラＣＳ２０を、偏光解析横方向基板マッピングを用いて、ガリウム砒素基板の表面特性の均質性に関する光学式非接触定量的特性評価、好ましくは、表面酸化膜の均質性の定量的特性評価に使用する。
【００４５】
３５）  項目３４に記載の使用であって、横方向分解測定信号は、離散的複素フーリエ変換（discrete complex Fourier transformation）、好ましくは、レーベンバーグ・マルカート・アルゴリズム（Levenberg-Marquardt algorithm）を用いて、低周波数のバックグラウンドに関して補正される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】偏光解析面測定、特に、測定装置カンデラＣＳ２０のいわゆる位相シフトチャネル、に用いられる、カンデラＣＳ２０に準ずる光学式表面解析装置の光学機構及び光学路を概略的に示す図である。
【図２】種々の最終洗浄技術のための一般的な偏光解析基板マップ、いわゆるカンデラ像を示す図である（左から右へ、比較例１、実施例１、実施例２）。
【図３】円形の跡(track）の測定信号曲線（「未加工データ」）を例示する図であり、「バックグラウンド」曲線は、測定信号の結晶学的に生じた部分を示し、この部分はレーベンバーグ・マルカート・アルゴリズムを用いるフーリエ変換によってモデル化できる。
【図４】結晶学的に生じたバックグラウンド信号の減算後のトラックの測定した位相シフトを例示する図である。
【図５】種々の最終洗浄技術のために結晶学的に生じたバックグラウンド信号の減算後の一般的な偏光解析横方向基板マップ、いわゆるカンデラ像を示す図である（左から右へ、比較例１、実施例１、実施例２）。
【図６】それぞれ異なる最終洗浄技術に供したそれぞれ個別のウェハについて、バックグラウンド補正位相シフトの一般的な広範囲周波数分布、即ち、残留バックグラウンド補正マッピングを示す図である。
【図７】比較例１，２又は本発明に係る実施例１，２の方法によって製造した２５個のウェハの各々における標準的な１パーセンタイルを示す図である。パーセンタイルの客観的な比較のため、この１パーセンタイルを、位相シフト信号のそれぞれのウェハ平均値に標準化（normalized）している。
【図８】種々の最終洗浄技術のための、バックグラウンド補正カンデラ像の一般的ないわゆる欠陥マップを示す（左から右へ、比較例１、実施例１、実施例２）。
【図９】比較例１，２または本発明に係る実施例１，２の方法によって製造した２５個のウェハにおける標準的な欠陥数と欠陥面積を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
下記において、本発明を限定することなく、図面の詳細な記載によって本発明を説明し、その態様、実施形態及び特定の構成、また特定の実施形態について詳細に記載する。
【００４８】
本発明の第１の態様では、下記工程：
ガリウム砒素基板を準備すること、紫外線及び／又はオゾンガスを用い、乾燥状態において、ガリウム砒素基板の少なくとも１面に酸化処理を施すこと、ガリウム砒素基板の前記少なくとも１面を、少なくとも１種の液状媒体に接触させること、及びガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させること、を備えた、表面処理されたガリウム砒素基板を製造する方法を提供する。
【００４９】
本発明に係る方法によれば、驚くべきことに、配位的に整列した乾燥酸化処理と、液状媒体との接触と、マランゴニ乾燥との組み合わせにより、ガリウム砒素基板の表面特性、特に表面酸化物が、良好にまた非常に均質に得られることが分かった。従って、従来の方法で製造された基板とは異なり、例えば、エピタキシャル装置によるエピタキシー直前において、制御され再現可能な方法により、基板表面全体上の表面酸化物を実質的に全基板表面から熱によって脱着させることが出来る。このようにして、本発明に係る基板を更に処理することなくエピタキシャル工程で使用可能である。ここで、ガリウム砒素基板はウェハであってよい。
【００５０】
本発明によれば、異なる酸化物の熱脱離挙動及び熱脱離温度は実質的に異なり、ＧａＡｓ基板上の酸化膜の熱脱離挙動は、異なる酸化状態及び酸化膜の厚みを有するガリウム酸化物及び砒素酸化物（gallium and arsenic oxides）の組成によって異なるため、非常に均質な表面が求められることが有利に認められた。他の効果として、均質な酸化膜の全面的な熱脱離しつつ、酸化膜の脱離時の粗面化とそれによりエピタキシャル成長した膜構造における形態的な摂動を防止できる。
また、本発明において、ウェハ全面にわたるエピタキシャル膜の一貫して高い品質とそれによる高歩留りのためには、横方向表面の均質性または酸化物の均質性、即ち、酸化物の組成及び酸化物の厚さの横方向における均一性が非常に重要であることが認められた。特に、ウェハ表面の残りに比して、全く異なる、好ましくない酸化物組成又は酸化物厚みを有するＧａＡｓ表面の一部上では、酸化物の不安定な熱脱離挙動が生じて島状の酸化物が次々に残ったり、ウェハ表面の強い粗面化が生じたりする可能性があることが分かった。
エピタキシャル膜における結晶学的摂動が形成されるリスクは、不安定な領域（disturbed regions）で非常に大きく、それによってＧａＡｓウェハから製造した部品の電気的機能性が影響を受けやすい。さらに、表面特性を設定するには、ＧａＡｓウェハの製造プロセスにおける最終工程、即ち、最終研磨工程及び次の洗浄工程、その中でも特に、ウェハの乾燥直前の最終洗浄工程と乾燥工程が、特別に重要であることが有利に分かった。
【００５１】
続く含水処理及びその後実施される特定の乾燥工程を考慮すると、本発明に係る製造及び洗浄工程には、液状媒体と接触させる前に、乾燥状態において、ＧａＡｓ基板の表面を均質に酸化させることが特に重要である。本発明に係る乾燥酸化処理は、一例では、紫外線光、好ましくは短波長の紫外線光を表面に照射することにより行われる。一方、紫外線光自体のエネルギーによって酸化が開始される。さらに、周囲の酸素の一部が、光エネルギーによって、ウェハ表面上の酸化プロセスを増進するオゾンに変換される。他の例では、オゾンガスに晒すことによって乾燥酸化が生じる。使用するオゾンガスは、オゾン発生器によって生成することが出来る。
ここで、乾燥酸化により、基板表面上、均質な保護酸化膜を形成すると共に有機不純物を酸化破壊する。そのプロセスで、後の工程で「犠牲酸化物（sacrificial oxide）」となる均質な表面酸化膜が、横方向と共に深さ方向において、制御された方法によって形成される。特に、実際に生じる選択的に作用する酸化物形成メカニズムの防止だけでなく、前プロセスの工程によって生じた不確定な（undefined）表面状態を完全に酸化させることや、「犠牲酸化物」の形成のために湿式化学酸化させることは、特に有利である。乾燥酸化処理では、正面側の酸化物の一部がウェハ背面側方向へ成長するため、ＧａＡｓ表面をより強くバルクＧａＡｓに向けて酸化させる。
前プロセスに起因し、ウェハ表面の残りの部分と異なる表面特性を有する領域は、下記に不均質欠陥として示すが、酸化状態のウェハ表面から、例えば湿式化学プロセスによって、より容易に後から取り除くことができる。洗浄プロセスの第１工程で生成された酸化膜の品質が高いことには、以後の液状媒体との接触時、好ましくは、中性エッチング工程における弱浸食性及び粗さが必須となる。さらに、本発明では、乾燥酸化が、全表面を均質に親水化処理することに非常に適していることが分かった。これは、洗浄槽間のウェハ搬送時におけるウェハ表面の均一な濡れを考慮して特に有利である。
【００５２】
また、湿式化学的に形成された酸化物をＧａＡｓ表面から完全に除去することは困難であることが分かった。生成した酸化膜の均質性と、生成した酸化膜の除去性（の程度及び方法）とは、酸化条件に著しく影響を受ける。
【００５３】
乾燥酸化処理と表面の液状媒体との接触に続いて、例えば、適切な洗浄工程のためには、本発明によれば、液状媒体により濡れた表面をその後マランゴニ乾燥させることが有利である。マランゴニ乾燥はマランゴニ原則に基づくものである。このプロセスで、例えばアルコール又は他の有機成分、特にイソプロパノールなどの適切な薬剤（agent）が、例えば水面などの液状媒体の表面での濃度により液体の表面張力が低下した後に使用される。この液体前面、好ましくは水前面（water front）または水溶液前面（aqueous front）を、槽内にて例えば直立するウェハ表面に対して移動させると、ウェハと接触するメニスカス薄膜と、ウェハからより離れる液体表面の領域、好ましくは水面または水溶液面、との間の表面張力の勾配により、ウェハ表面から液体の残留や流動がなくなる。
【００５４】
さらに、本発明に係る乾燥では、厚さが特に薄い又は特に厚いＧａＡｓウェハの洗浄にとりわけ有利である。マランゴニ乾燥では、ウェハにかかる機械的ストレスは乾燥に通常使用するスピン乾燥と比較して少ない。本発明において、本発明の方法によるＧａＡｓウェハの洗浄時には、薄いウェハが水により破壊するリスクや傾向がかなり減少することが分かった。
厚いＧａＡｓウェハは、スピン乾燥時に、結晶方位のマーキングに適用した平面又はノッチにより、高回転速度でアンバランスが生じ、ウェハが破損するリスクが更に増大する。従って、本洗浄プロセスは、特に厚いＧａＡｓウェハの洗浄にも効果がある。とりわけ大面積のＧａＡｓウェハを洗浄する際には、ウェハの厚みと関係なく、本発明は更に下記の効果を発揮する。スピン乾燥では、残留水分が、ＧａＡｓウェハの縁部まで、ウェハ表面にわたって移動し、表面組成に局所的に閉じ込められた跡、いわゆるウォーターマークの原因となり得る。
マランゴニ乾燥では、常に、ウェハと、液面、好ましくは水面又は水溶液面と、周辺ガス雰囲気との間の３相境界線で速やかに乾燥が生じる。結果として、全ての基板の厚さに対してウォーターマークを防止でき、ＧａＡｓ基板ウェハを均一に乾燥できる。
【００５５】
さらに、驚くことに、本プロセスのマランゴニ乾燥において、直前の乾燥酸化処理と共同して、厚みと組成について処理されたＧａＡｓ基板表面上に、非常に均質な酸化膜が生成されることが分かった。これは、従来の一般的なＧａＡｓ基板厚さにとっては非常に有利であり、特に、大径を有すると共に、比較的薄いか非常に薄い、又は、比較的厚いか非常に厚いＧａＡｓ基板にとって、あるいは、大径を有すると共に、あらゆる基板厚さのＧａＡｓ基板にとって、有利である。この点で、大径は、少なくとも１００ｍｍ、好ましくは少なくとも１５０ｍｍ、より好ましくは少なくとも２００ｍｍである。基板厚さは、適切には、１００μｍ以上であってよく、最大厚さは、基板の利用対象によって設定可能であり、例えば、５０００μｍまで、通常好ましくは２０００μｍまで又は１０００μｍまでに設定できる。このように、本発明に係る一連の洗浄工程（cleaning sequence）により、均質な表面を有する大面積のＧａＡｓウェハを種々の厚みで製造可能である。
【００５６】
提供されるガリウム砒素基板は、ドープされていてもドープされていなくてもよく、結晶構造を有し、特に好ましくは単結晶構造を有するものであって、該基板は、ＧａＡｓバルク単結晶体（インゴット、ブール（boule））から単一化（singularization）又は分離することによって製造することが出来る。本実施形態では、このガリウム砒素基板を事前に研磨し、好ましくは研磨後にプレ洗浄し、更に好ましくは研磨後に湿式化学的にプレ洗浄し、また特に好ましくは研磨後に湿式化学的にプレ洗浄すると共に、ブラシ洗浄した。この点で、ブラシ洗浄は、例えば、有機界面活性剤を添加せずに粒子を取り除くには都合が良い。本発明に係る方法により、粒子汚れや、擦り傷、くぼみ、突起などの表面欠陥や、結晶欠陥や、激しい荒れが防止又は大幅に減少する。高均質な被膜（酸化膜）のおかげで、生成したＧａＡｓウェハは特に、膜や膜構造のエピタキシャル成長用基板として最適であり、通常の熱脱離は別として、任意には中間的保管後、エピタキシーに直ちに使用できる。
【００５７】
本発明に係る方法の特定の実施態様において、工程ｃ）は、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面にアルカリ水溶液を接触させ、任意にメガサウンドを印加し、その後水に接触させる工程を備える。特に、ウェハ表面の非常に近くに位置する酸化膜に依然として存在する可能性がある不均質さを有利にかつ安全に除去できる。
【００５８】
そのプロセスで、湿式洗浄であって、アルカリ洗浄工程を用い、任意にメガサウンドを印加し、また水によるリンスを行い、好ましくは、脱イオン水（Ｄｌ水）又は超純水を用いる湿式洗浄を、その後のプロセス工程に応じて調整する。自動又は手動操作の湿式プロセスシステムの異なる槽間でウェハを搬送する際に、親水性ウェハ表面を完全に液膜で湿らせる。
【００５９】
原則として、湿式台（wet bench）の湿式槽間の搬送時におけるウェハ表面上の乾燥領域は、好ましくは単一槽での乾燥を含むプロセスを実行することによって、防止することもできる。
【００６０】
本発明に係る方法の本実施形態では、酸化膜の制御除去は、第１液槽中で適切にアルカリ洗浄することで生じる。ｐＨ値を設定するために、最も簡単な場合はアンモニアを添加するが、有機アミン化合物もＤｌ水に添加することが可能である。添加した化学物質の濃度は、０．１質量パーセント（Ｍａ％）を超える範囲であってよい。この槽にメガサウンドを印加することにより、表面に付着した粒子の除去を助ける。その際、外部から石英ガラスタンクに対して適切なトランスデューサを用いることによって、あるいは、槽内に適切に被覆した振動子を用いることによって、メガサウンドを槽に印加することが出来る。
【００６１】
原則として、粒子を同時に除去する酸化膜の除去は、酸性洗浄媒体中でも可能である。
【００６２】
酸化膜をアルカリ媒体中で除去すると、ウェハ表面の高表面エネルギーが、増加したＯＨ群の存在により維持される。従って表面の親水性ぬれ挙動により、下記移動工程において表面均質性を安定化させるだけでなく、マランゴニ乾燥においてＧａＡｓ表面をより均一にする。
【００６３】
好ましい実施態様によれば、アルカリ洗浄に続いてＤｌ水を用いてウェハをリンスする（rinsing）ことが好ましい。リンスの所要時間は、数秒から数分の範囲であり、それぞれ使用する化学物質（chemicals）の濃度によって決まる。マランゴニ原則に基づく次のウェハ乾燥により、ウェハ表面を非常に均一に乾燥させることができる。基本原則は、例えばイソプロパノールなどの適切な薬剤（agent）を適切に加えることによって水又は水溶液の表面張力を低下させることである。ウェハ又は水面又は水溶液面が移動する速度を、乾燥させるウェハの表面エネルギーに対して適切に調整できる。そのプロセスにおいて、品質とウェハ処理量（throughput）との間の最適条件が得られる。ウェハ製造の最終段階におけるＧａＡｓ基板にとって、適切な乾燥速度は、毎秒数百ミリメータ〜毎秒センチメータの範囲である。
【００６４】
マランゴニ処理によって乾燥させたＧａＡｓウェハは、スピン乾燥したウェハと比較して、表面が不均質な跡（traces of surface inhomogeneities）が少ない。これは、疎水性と親水性の両方のスピン乾燥ウェハに当てはまる。
【００６５】
ＧａＡｓ表面の粗さは、アルカリ洗浄工程での酸化物の除去によっては変化せず、Ｒａに対してほぼ０．３ｎｍのままである。全反射Ｘ線蛍光（ＴＸＲＦ）分析を用いて測定した金属表面の汚れは、同じレベルのままである。
【００６６】
一連の洗浄工程により、基板ごとに、０．３μｍを上回る直径を有する粒子がせいぜい１０個の平均粒子汚れになる（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｓｕｒｆｓｃａｎ６４２０）。このようにして、本発明の好ましい実施形態に係る一連の洗浄工程により、表面均質性が更に改善される。粗さ及び金属汚れは同じレベルのままであり、粒子汚れは低い。
【００６７】
高感度表面を有するＧａＡｓウェハは、種々のタイプのウェハキャリアを用いた湿式化学洗浄によるパッチプロセスで処理可能である。本発明では、好ましくは面積が広く表面均質性が高いＧａＡｓウェハを製造するので、ウェハ表面をできるだけ少なく保護するウェハキャリアを用いることが望ましい。更に全面的にキャリアなしで作業することがより望ましい。同じ理由から、できるだけ均質に湿式処理するために液槽の流動状態が良好に設定される。
【００６８】
好ましい実施形態を下記フローチャートに例示する。
乾燥酸化→アルカリ洗浄→Ｄｌ水によるリンス→マランゴニ乾燥
【００６９】
本発明に係る製造法の他の実施形態を、工程ｃ）が更に下記工程を含むように構成する。
工程ｉｉ）の後、必要に応じて酸化剤の存在下において、ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸性水溶液に接触させ、その後ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を水に接触させる。好ましくは、前記水には、少なくとも最初にｐＨ値調整添加剤が含まれている。
【００７０】
ここで、エッチング媒体は、酸性剤と、必要に応じて酸化剤とからなる。本実施形態では、マランゴニ処理によるウェハの最終乾燥後に、非常に均一な表面酸化物が得られる。
【００７１】
ここで、塩酸またはフッ化水素酸を使用可能である。液状媒体に溶解したＨ２Ｏ２またはオゾン（Ｏ３）を酸化剤として利用する。更に好ましい実施形態では、
ｉ）表面の酸化膜と更にＧａＡｓ原子の最上層とにおける不均質性を除去する工程、
ｉｉ）湿式プロセス工程間での移動作業時にウェハ表面の連続した完全なぬれによって、新たな不均質性欠陥を生じさせない工程、
ｉｉｉ）最終リンス工程の特定の構成によって、酸性洗浄工程の酸化物跡を全て均等に除去し、ＧａＡｓ表面を乾燥のために親水化する工程、及び
ｉｖ）マランゴニ乾燥によって、極めて均一なウェハ表面を得る工程、
となるように、全ての工程を対等に並べる（coordinatively aligned）。
【００７２】
酸性洗浄は、とりわけ金属汚れを除去するために役立つ。酸性剤及び酸化剤の濃度を選択することによって、ＧａＡｓ表面の高反応性を考慮して、反応強さ、エッチング摩耗及び表面の粗面化を制御できる。ＧａＡｓ表面の高反応性に基づいて、ＧａＡｓウェハの表面上に、厚さや組成や粗面が局所的に異なる酸化物、また不均質欠陥が実質的に形成されない、好ましくは全く形成されないように、条件を有利に選択する。
【００７３】
本発明において、酸化酸性洗浄工程に適する条件及び組成を、前プロセスから生じ得る不均質欠陥の好ましい摩耗（abrasion）がＧａＡｓウェハ上に起こり得るように選択でき、この洗浄工程において最終研磨工程後の粗さが少なくとも維持される。
【００７４】
水溶液中で半導体ウェハを洗浄するための一般的な酸化剤は、過酸化水素とオゾンである。酸化物溶解酸としては、フッ化水素酸や塩酸を使用することが好ましい。
【００７５】
本発明の好ましい実施形態によれば、広範な調査の結果、生じ得る不均質性欠陥を除去可能であり、粒子による再汚染を低く抑え、最終研磨工程における粗さが一定となる条件が見つかった。このため、酸濃度は、液体全体に対する重量パーセントで示すと、０．２５％未満で０．１％を超える値が好ましい。材料の摩耗率は、酸化剤の濃度によって実質上決まる。このように、最終研磨工程後の一般的なＲａ粗さ０．３０±０．０３ｎｍが、オゾン濃度範囲全体において０．２０±０．０３ｎｍまで改善される。
【００７６】
本実施形態に従って実施されることが望ましいエッチング摩耗（abrasion）は、酸化物生成と酸化物除去が同時進行することに基づいて実施される。下記液槽に移動させるためにウェハを酸性エッチング液から取り出すと、ウェハの表面は酸化膜で覆われている。この場合、酸による同時疎水化作用のため、酸化膜にもかかわらず、移動時にウェハが自動的に全面的に濡れることはない。
ここでは、むしろ、酸洗浄工程後の濡れ挙動が、酸性剤と酸化剤とのバランスによって有利に決まる。上記した理由により、乾燥領域での酸化物の均質性の局所的な摂動を防止するために、ＧａＡｓウェハの良好な濡れ挙動がこの移動操作時にも求められる。実施した調査では、良好な濡れ性のためには、酸性濃度を０．２５％未満にすることが望ましいことが分かった。
【００７７】
２０ｐｐｍを超えるオゾンと０．５％未満の低い濃度のＨＣＩを用いると共に、適切な移動時間を適用し、移動時に空気中のＧａＡｓウェハを全面的に濡れたままにする。このことから、本発明の本実施形態における酸性洗浄工程の特に好ましい構成が得られる。特に望ましくは、濃度が０．１５〜０．２５％のＨＣＩを、濃度が１０〜１００ｐｐｍのオゾンと共に用い、この溶液にウェハを２分〜５分留める。
【００７８】
より好ましくは、酸化剤の存在下で酸性洗浄を行った後、ｐＨ値調整物質（「スパイク(spiking)」）を添加して次の洗浄工程を実施する。この添加工程は、前の酸洗浄工程と後のマランゴニ乾燥に対して良好に調整でき、不均質性の再発の可能性を防止することに寄与することが出来る。
リンス槽の循環ループに対して酸性的に又は塩基性的に（acidically or basically）作用する物質を添加することにより、ＧａＡｓウェハ上の酸化膜が、ウェハの浸漬時に早急に均一に除去される。アンモニアの使用だけでなく、ＨＣＩを適用する場合、生じ得る不均質欠陥が防止される。
ｐＨ調整したリンス水（rinsing water）をウェハの周囲に短時間循環させた後、清浄水を供給し、新しいＤｌ水を使ってウェハの本洗浄（actual rinsing）を開始することが望ましい。リンス工程において酸化膜を除去するために適しているのは、酸性及び塩基性的に作用する薬剤である。ＧａＡｓ表面の粗さは、一連の洗浄工程前の粗さに対して、ｐＨ調整物質の好ましい濃度範囲での緩やかな摩耗エッチング中は増加することなく、少なくともＲａに対して一般的に０．３±０．０３ｎｍにとどまる。
【００７９】
本発明によれば、ＴＸＲＦによって測定される金属表面汚れは、同じ低レベルのままである。この一連の洗浄工程による平均粒子汚れは、ウェハごとに、０．３μｍを上回る径を有す粒子が約１０個である（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｓｕｒｆｓｃａｎ６４２０）。本発明の好ましい実施形態に係る一連の洗浄工程によって、表面均質性が改善される。粗さと金属汚れは、少なくとも同じレベルにあり、粒子汚れは低い。
【００８０】
この特に好ましい実施形態を、下記のフローチャートに例示する。
乾燥酸化→アルカリ洗浄→Ｄｌ水リンス→酸化剤による酸洗浄→スパイクによるＤｌリンス→マランゴニ乾燥
【００８１】
本発明に係る方法の別の実施形態では、工程ｃ）において、工程ｉｖ）の後に、工程ｉ）と工程ｉｉ）による工程が実施される。本実施形態では、酸洗浄及び次のすすぎ洗浄の後、ウェハを、乾燥の前に、更にアルカリ洗浄を行い、必要に応じて且つ好ましくはメガサウンドを印加する。この方法は、Ｄｌ水リンス槽中にメガサウンドを印加することに比べ、更に効果的に粒子を除去することが出来る。さらにまた、乾燥時のウェハの挙動に良好な影響を及ぼすアルカリ処理によって、ＧａＡｓ表面の親水特性が増す。
【００８２】
本実施形態を下記フローチャートに例示する。
乾燥酸化→アルカリ洗浄→Ｄｌ水リンス→酸化剤による酸洗浄→スパイクによるＤｌリンス→アルカリ洗浄→Ｄｌ水リンス→マランゴニ乾燥
【００８３】
本発明の他の態様は、表面処理した複数のガリウム砒素基板を製造する方法であって、前述の項目の一に係る方法において複数のガリウム砒素基板を同時に各工程ｂ）〜ｄ）に供する。
【００８４】
複数のウェハのバッチ式製造により、一方では経済的な生産が可能であり、他方では、基板同士の製品特性、特に表面特性について、均一性が高くなる。
【００８５】
本発明の更なる態様では、ガリウム砒素基板であって、少なくとも一表面が、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおいて、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化を示し、その信号は、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布、即ち、分布に関して１パーセンタイルが、−０．００６５より大きく、好ましくは−０．００６０より大きく、より好ましくは−０．００５５より大きく、更に好ましくは−０．００５０より大きく、更に好ましくは−０．００４５より大きく、特に好ましくは−０．００４０より大きく、とりわけ−０．００３０より大きく、特に−０．００２０より大きく、好ましくは−０．００１０より大きく、更に０．００００までであり、絶対値０．００００を除外してよい。
【００８６】
位相シフト信号は、測定信号又は検知信号を意味し、例えば、垂直および平行に偏光した光の異なる偏光成分の位相に依存した特性に基づいている。位相シフト信号は、検出器信号間の強度（intensity）差として測定することが望ましい。より好ましくは、基板表面から反射するレーザ光の異なる偏光成分を２つの検出器により検出し、レーザ光と基板との相互作用（interaction）後の異なる偏光成分を更に空間的に分離する。
【００８７】
位相シフト信号の基板平均は、基板上で測定した全ての位相シフト信号の演算平均である。
【００８８】
理想的な均質表面（位相シフト信号の残留バックグラウンド補正マッピング）からの全ての偏差（ずれ）をヒストグラムで表すことができる。この分布は一般的にガウシアン正規分布に相当しないので、よく使われる標準偏差を均質性の基準として使用できない。むしろ、適切なパーセンタイルを定義し算出する方が良い。
本発明に係るＧａＡｓ表面の均質性評価のために、パーセンタイルＰ１又はＱ０．０１を比較のために使用する。１パーセンタイル分布または分布に対する１パーセンタイルは、パーセンタイル順位Ｐ１を示し、それより下に、分布した値の総数の１％があることを意味し、偏位値Ｑ０．０１に相当する（例えば、F. Schoonjans, D. De Bacquer, P. Schmid P, “Estimation of population percentiles".  Epidemiology, 22, 2011, p. 750−751参照）。照射光強度の変動を補償するために、決定したパーセンタイルを位相シフト信号の各ウェハ平均に標準化する、即ち、基板上で測定した位相シフト信号全ての演算平均によって除す。
【００８９】
本発明の他の態様では、ガリウム砒素基板であって、少なくとも一表面は、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおいて、１５０ｍｍの基板直径を基準として、欠陥数が、６０００未満であり、好ましくは５０００未満、より好ましくは４０００未満、更に好ましくは３０００未満、更に好ましくは２０００未満、より一層好ましくは１０００未満、更に好ましくは５００未満、更に好ましくは３００未満、更に好ましくは２５０未満、更に好ましくは２００未満、更に好ましくは１５０未満、また特に好ましくは１００未満、及び／又は、総欠陥面積が、２ｃｍ２未満であり、好ましくは１ｃｍ２未満、より好ましくは０．５ｃｍ２未満、更に好ましくは０．１ｃｍ２未満、更に好ましくは０．０５ｃｍ２未満、更に好ましくは０．０１ｃｍ２未満、更に好ましくは０．００５ｃｍ２未満、特に好ましくは０．００３５ｃｍ２未満であり、欠陥を、１０００μｍ２より大きく、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングの平均測定信号からの偏差が少なくとも±０．０５％である連続した面積として定義する。指定測定値により、従来のガリウム砒素基板に対して、前記偏光解析横方向基板マッピングによって解析的に測定可能な、本発明に係るガリウム砒素基板を適切に区別化する（例えば、下記実施例参照）。
【００９０】
カンデラＣＳ２０と類似の光学式表面解析装置を使って前記偏光解析横方向基板マッピングを実施することが好ましく、特に光学式表面解析装置カンデラＣＳ２０を使って実施することがより好ましい。とりわけ、使用する分析レーザ光の波長が４０５ｎｍであり、光路に１／２波長板と、１／４波長板と、高偏光感度のビームスプリッタと、２つの検出器とを備えた光学式表面解析装置が適している。すなわち、光学式表面解析装置は、例えば、カンデラＣＳ２０の位相シフトチャネルに従って作動可能であり、光学式表面解析装置として一般的に使用可能な構成を図１に示す。
【００９１】
偏光解析（Ellipsometry）は、光学活性媒体内を偏光が伝播する時の偏光の相互作用に基づいている。適切な光波長の選択および反射中(in reflection)の測定構造により、高表面感度が可能となる。図１に、本発明の偏光解析表面測定、即ち、偏光解析横方向基板マッピング、特にＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社の測定装置カンデラＣＳ２０のいわゆる「位相シフト」チャネル、に使用するカンデラＣＳ２０に係る光学式表面解析装置の光学装置と光路を概略的に示す。
ここで、ＧａＡｓ基板表面の特性評価のため、波長４０５ｎｍのレーザの偏光を用い、１／２波長板を通過した後、ミラー及び集束レンズによって、垂線（normal）に対して６０°の角度（θ）で基板表面に当てる。垂直平行成分および平行偏光成分は、酸化膜の光学特性に応じて基板表面で反射し、集光レンズによって、ミラー及び１／４波長板を介して、偏光感度ビームスプリッタ上に導光される。ここで、基板表面との相互作用により異なって偏光した光成分を、検出器Ｄ１、Ｄ２で分離し分析する。
好ましい実施形態によれば、検出器信号間の強度差は、位相シフト信号として表され、該位相シフト信号（「位相シフト」）は、反射基板面の光学特性を示す。ウェハの回転と、同時に光学測定システムの半径方向移動とにより、ウェハの表面全体を螺旋状に走査できる。高速偏光解析マッピング又はスキャニングにより、光学特性の完全に高度に分解したマッピング又はイメージを、表面均質性評価のために、大面積のＧａＡｓ基板（基板マッピング）について形成することも可能である。
本発明によれば、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のカンデラＣＳ２０と類似の光学式表面解析装置を使用可能であり、即ち、カンデラＳＣ２０に相当する測定装置を使用可能であるが、特に光学式表面解析装置カンデラＣＳ２０を使用することが好ましく（L. Bechtler, V. Velidandla, Proc. SPIE 4944, Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing, 109, 2003; doi: 10.1117/12.468295 and F. Burkeen, Compound Semiconductor, 14 (10), 2008も参照)、とりわけカンデラＣＳ２０の位相シフトチャネルの使用が好ましい。なお、原則として、類似又は異なる偏光解析測定装置及びマッピング偏光解析器を使用可能であり、その場合、それぞれの光学装置や光路や測定原理に応じて構成可能である。
【００９２】
測定のために、カンデラＣＳ２０は、垂線（normal）に対して６０°の角度でウェハ表面に当たる波長４０５ｎｍのレーザ光の相互作用を利用する。ウェハの回転と、同時に光学測定システムの半径方向移動とにより、ウェハの表面全体を螺旋状に走査できる。各点で測定する単一強度を、高分解像（基板マッピング）の色分け、或いは、中間色調又は疑似色調で識別することによって示す。
図２に、種々の最終洗浄技術に関して、一般的な偏光解析横方向基板マップ、いわゆるカンデライメージを示す。ＧａＡｓの異方性反射特性および透明な表面酸化膜の光学特性の変化は、例えばウェハの汚れ又は不均一湿式洗浄によって生じる可能性があり、膜厚及び／又は屈折率が変化した結果、局所的に異なる反射挙動を引き起こす。それにより、位相シフトが局所的に変動し、表面均質性の基準として又は酸化膜の光学的均質性の指標として、定量的に検査可能である。
【００９３】
半径方向分解能及び方位分解能を非常に広い範囲で設定可能である。大面積ＧａＡｓウェハの特性評価について、５０μｍ（又はビーム幅５μｍに対して４５μｍ）の半径方向分解能と、トレース又はトラック（１５０ｍｍウェハの外周においてビーム径を差し引いた後の２９μｍ又は２５μｍに相当するか、又は、最内周測定円において０．０１μｍに相当する）ごとに、測定点が１６３８４箇所の方位分解能とを選択することが適切であることが分かっている。
【００９４】
カンデラ測定システムでは、ガリウム砒素基板の散乱強度とトポグラフィーと反射性と位相シフトを同時に測定するために、４つの異なる検出器を組み合わせている。この組み合わせにより、プロセス残留物による汚れ、点欠陥、局所的な異常（topographical anomalies）、及びガリウム砒素基板の表面又は（酸化）膜の均質性に対し、総合的な特性評価や欠陥の検知が可能となる。
本発明に係る表面均質性の特性評価には、位相シフト（「位相シフト」チャネル）を使用する。
測定原理を、図１の概略図を再度参照しつつ、より詳細に説明する。この特定の偏光解析測定形式では、ウェハ表面上に当たるレーザ光を特定の方法で偏光する。Ｑ偏光として示すのは、それぞれ直線的に偏光される垂直及び平行入射光成分の混合形である。この理論にとらわれることなく、酸化膜表面、及び、酸化膜と基板との間の境界面での両成分の異なる反射挙動と、酸化膜内の異なる屈折挙動とにより、反射レーザ光のｓ成分とｐ成分間の光路長差が生じ、結果として両成分間に位相シフトが生じると考えられる。
この位相シフトは、両成分を光学的に分離し、両検出器の信号差として空間的に離れて検知した後に判定することができる。この理論に捉われることなく、更に、透明な表面酸化膜の光学特性の変化は、例えばウェハの汚れ又は不均一な湿式洗浄によって生じる可能性があり、膜厚及び／又は屈折率が変化した結果、局所的に異なる光屈折及び反射挙動が生じると考えられる。それにより、位相シフトの局所的な変動が生じ、この変動を、酸化膜の表面均質性又は光学均質性の指標として定量的に調べることが出来る。
測定時に形成されたマッピングにおいて、膜特性の局所的な差を強度（intensity）差として図示する。測定方法の高分解能と高感度とにより、光学表面特性が非常に正確に描かれ、この図は、ここで記載され定義される偏光解析器を使う以外では得られない、又は、少なくとも通常は得られない。
【００９５】
ＧａＡｓ表面の測定では、結晶学的に生じる二重の光異方性反射が現れる。これに伴う信号変動が、実際の測定信号に重畳される。その方法の感度を改善するために、上記異方性反射によって生じるバックグラウンドの二重の強度変化を補正する。
例えば螺旋状又は円形状に記録されるデータトラックについて、二重のプロフィール（two-fold profile）を、下記数式に従うレーベンバーグ・マルカート・アルゴリズムを用い、適切な周波数による前記離散的複素フーリエ変換によってモデル化する（例えば、J. J. More, in G. A. Watson (ed.): Numerical Analysis, Dundee 1977, Lecture Notes Math. 630, 1978, p.105-116参照）。
（数式）      ｆ（ψ）＝ａ０＋ａ２ｃｏｓ（４πψ＋α）
上記数式において、ψは関数変数であり、αは角度オフセット、ａ０は絶対オフセット、ａ２はモデル関数の振幅である。
図３は、円形トラック（トレース）の一般的な測定信号曲線（未加工データ）、即ち、位置座標関数である測定円に沿った曲線であり、「バックグラウンド」線により、レーベンバーグ・マルカート・アルゴリズムを用いたフーリエ変換によるモデル化が可能な測定信号の結晶学的に生じる一部を表す。ここで、上述のコサイン関数を使うレーベンバーグ・マルカート・アルゴリズムを用いた適切な周波数による離散的複素フーリエ変換を使い、円形に記録した各データトラックに関する二重プロフィールをモデル化することにより、長波で結晶学的に生じたバックグラウンド振動を表面特性に起因する測定信号の一部から分離できる。
【００９６】
図４に、結晶学的に生じるバックグラウンド信号を差し引いた後のトラックの決定した位相シフト、即ち、結晶学的に生じるバックグラウンド振動を差し引いた後の、位置座標関数である測定円に沿った測定信号の一般的な曲線を例示する。これは、横方向に分解したバックグラウンド補正測定信号に相当する。
【００９７】
ところで、バックグラウンド補正マッピングは、２回対称性（two-fold symmetry）をもはや示さず、表面特性の均質性の偏差の特性評価を妨げる可能性がある。一方で、図５において、種々の最終洗浄技術について、結晶学的に生じるバックグラウンド信号を差し引いた後又は補正した後に得られる一般的な偏光解析横方向基板マップ、いわゆるカンデライメージが図示される。表面特性の不均質性がより強く現れている（図２参照）。
【００９８】
さらに、理想とする均質な表面（残留バックグラウンド補正マッピング）からの偏差全てをヒストグラムで示すことが出来る。図６に、種々の最終洗浄技術について、バックグラウンド補正位相シフトの一般的な広域周波数分布、即ち、残留バックグラウンド補正マッピングを示す。この分布は一般的にガウシアン正規分布に相当しないので、よく使われる標準偏差を均質性の基準として使用できない。むしろ、適切なパーセンタイルを定義し算出する方が良い。本発明に係るＧａＡｓ表面の均質性の評価には、パーセンタイルＰ１又はＱ０．０１を比較のために使用した（例えば、(F. Schoon-jans, D. De Bacquer, P. Schmid P, “Estimation of population percentiles”. Epidemiology, 22, 2011, p. 750−751参照)。
【００９９】
図７に、以下に示す実施例１，２および比較例１，２の方法に従って製造された適切な複数の基板又はウェハ、ここでは特に２５個のウェハそれぞれ、の一般的な１パーセンタイルを比較として示す。照射光強度の変動を補正するために、パーセンタイルを位相シフト信号の各ウェハ平均に対して標準化する。統計的表示のため、いわゆる箱ひげ図が使用される（例えば、P.J. Govaerts, T. Somers, F.E. Offeciers, Otolaryngology - Head and Neck Surgery, 118(6), June 1998, p. 892-895 and J.W. Tukey: Exploratory data analysis. Addison-Wesley 1977, ISBN 0-201-07616-0参照)。
ＧａＡｓ表面の均質性評価のために使用可能な、位相シフト信号のウェハ平均に標準化した光反射の位相シフトの単一偏差（single deviation）の１パーセンタイルそれぞれに基づいて、図７（実施例１，２及び比較例１，２も参照）から、今までの通常の技術により、上記したように、−０．００６５未満の１パーセンタイルを示す表面均質性を有するウェハが製造されることがわかる。本発明に係るウェハと比較ウェハとの差は著しく、再現可能である。
一般的に、また、ここで詳細に明らかにするように、本発明に係るウェハは、比較ウェハとは対照的に、−０．００６５より大きい値、より好ましくは−０．００６０より大きい値、更に好ましくは−０．００５５より大きい値、更に好ましくは−０．００５０より大きい値、更に好ましくは−０．００４５より大きい値、特に好ましくは−０．００４０より大きい値を示す。更に、−０．００３０より大きい値、好ましくは−０．００２０より大きい値、より好ましくは−０．００１０より大きい値であって、０．００００を除く０．００００までの値が考慮される。
【０１００】
あるいは、バックグラウンド補正マッピングを、例えば、カンデラＣＳ２０により入手可能であり相応に記載した分析ソフトウェアを使って、欠陥分類によって特性評価することも出来る。このマッピングは、不均質性又は一般的な「欠陥」に対応付けることが可能な明暗領域およびストライプ構造を示す。光の強度（intensity）とバックグラウンドからの偏差の数により、表面の均質性を特性評価する。光の強度（intensity）の差は、それぞれの強さ（strength）と面積拡張（areal extension）に対して分類し数える。分析する信号と分析する欠陥とを定義するための特定パラメータを選択する。カンデラＣＳ２０の分析ソフトウェアを用いる本件の場合、特に下記の定義がなされる（分析する測定信号の本定義に関する表１参照）。
【０１０１】
【表１】
0006345700.tif 000002
【０１０２】
閾値０．０５％からの負及び正の強度振動（偏差）を考慮に入れる。カーネル長さ（kernel length）は平均化領域を示し、カーネルタイプは平均化の種類を示す。閾値の正負超過量が、「放射状（半径方向）傷」や「円形状傷」のもとで（under）定義される距離基準を満たす場合、個々の欠陥として数えられ、ウェハ全体で合計される。これに関して、傷パラメータにより、正または負の超過量を別々の欠陥として数えるために示す必要がある測定点の最小距離を特定する。その検出面積が１０００μｍ２を超える欠陥は関連があると分かった。このような方法で数えられる欠陥の合計が、ウェハの均質性の指標となる。
図８に、種々の最終洗浄技術に関して、一般的なバックグラウンド補正カンデライメージのいわゆる欠陥マップを示す。この欠陥マップは、欠陥の分類に役立つ。このため、測定装置カンデラＣＳ２０の分析ソフトウェアを上記のように使用して、位相シフトの強度差を、強さと面積拡張に関して分類し数える。このような欠陥の合計は、基板又はウェハの均質性の指標となる。従来の通常技術によって製造した基板又はウェハについては、直径１５０ｍｍの基板又はウェハを基準として、欠陥数が６０００を超え、及び／又は、欠陥面積が２ｃｍ２を超える。
本発明の方法によって製造可能な本発明の基板又はウェハでは、直径１５０ｍｍの基板又はウェハを基準として、欠陥数が６０００未満、好ましくは５０００未満、より好ましくは４０００未満、更に好ましくは３０００未満、更に好ましくは２０００未満、更に好ましくは１０００未満、更に好ましくは５００未満、更に好ましくは３００未満、更に好ましくは２５０未満、更に好ましくは２００未満、更に好ましくは１５０未満、特に好ましくは１００未満であり、及び／又は、欠陥面積が２ｃｍ２未満、好ましくは１ｃｍ２未満、より好ましくは０．５ｃｍ２未満、更に好ましくは０．１ｃｍ２未満、更に好ましくは０．０５ｃｍ２未満、更に好ましくは０．０１ｃｍ２未満、更に好ましくは０．００５ｃｍ２未満、特に好ましくは０．００３５ｃｍ２未満である。
【０１０３】
欠陥数及び欠陥面積について従来の値と本発明による値とを比較するために、図９と実施例１，２、比較例１，２を参照する。図９には、従来のプロセス（比較例１，２参照）及び本発明のプロセス（実施例１，２参照）により製造したそれぞれ２５個のウェハの標準的な欠陥数及び欠陥面積を示す。本発明によるウェハと比較ウェハとの差は、著しく且つ再現性がある。
【０１０４】
更なる態様において、前記ガリウム砒素基板の直径は、少なくとも１００ｍｍ、好ましくは少なくとも１５０ｍｍ、より好ましくは少なくとも２００ｍｍでもよい。
【０１０５】
本発明により得られるＧａＡｓウェハから得られる有利な特徴及び特性は、大体約６００μｍ〜約８００μｍの範囲にあり、具体的には従来の標準的な厚さである約６７５μｍ（±２５μｍ）の従来より用いられる厚さを有するＧａＡｓウェハに関してだけでなく、使用可能である。むしろ、それよりも非常に薄いＧａＡｓウェハや非常に厚いＧａＡｓウェハも利用できる。これには、本発明に係り、全体でより緩やかな処理や非常に均質で著しく欠陥が減少した表面特性が寄与している。
【０１０６】
従って、本発明の独立態様では、これまで得られなかった製品特性のため考慮されなかった厚さ範囲、即ち、略６００μｍ未満の範囲の厚さ又は略８００μｍ以上の厚さで初めて完成したガリウム砒素基板が提供される。より望ましい厚さ範囲は、より薄い基板の場合、略１００〜略６００μｍの範囲、より望ましくは略２５０〜略５００μｍの範囲であり、またより厚い基板の場合、略８００μｍ〜略２０００μｍの範囲である。
本発明に係るガリウム砒素基板の直径は、少なくとも１５０ｍｍであることが好ましい。本発明に従って提供されるガリウム砒素基板製品には仕上げ（最終プロセス）が施される。換言すれば、少なくとも表面仕上げ、好ましくは研磨及び表面仕上げが施される。表面最終処理には、特に、紫外線照射及び／又はオゾンガスによって、乾燥状態において、ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理すること、ガリウム砒素基板の該少なくとも一表面に少なくとも１種の液状媒体を接触させること、そして該ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させること、が含まれる。ＧａＡｓ表面を研磨する場合、一般に知られる方法を実施可能である。ここで、最終表面処理については、本発明に係る方法の詳細な記載を参照されたい。
【０１０７】
研磨し表面仕上げ処理したガリウム砒素基板の表面は、ここに参照する光学式表面分析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングに関連して、既に上記した表面特徴を示すことが望ましい。或いは、本発明に従って処理し、仕上げたガリウム砒素基板は、下記のような特徴とすることができる。
（ｉ）標準厚さと比較して、相対的に薄い又は相対的に厚い膜厚を有する。
（ｉｉ）従来の最終処理とは違って、本発明に係る表面最終処理によってのみ得られる特性を有する。
（ｉｉｉ）光学式表面分析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングによって判定可能な差を有する。
本願の更なる説明及び定義を参照されたい。
【０１０８】
ここで使用する「略」または「約」という用語は、実際上、正確な数値の設定が必ずしも重要ではなく、むしろ、例えば±２５μｍの許容差範囲が可能であることを示し、許容差範囲は、好ましくは±２０μｍ、より好ましくは±１５μｍ、更に好ましくは±１０μｍ、特に好ましくは±５μｍである。
【０１０９】
本発明に係るガリウム砒素基板は、ドープされていても、ドープされていなくてもよい。
【０１１０】
本発明の他の態様のガリウム砒素基板では、少なくとも一表面は、製造後９カ月以内、好ましくは１２ケ月以内では、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、実質的に低下しない、好ましくは低下しない。
【０１１１】
ここで、「実質的に」とは、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布について、及び／又は、１５０ｍｍの基板直径を基準とする欠陥数及び／又は総欠陥面積について、１０％以下の変化、好ましくは５％以下の変化を示し、１パーセンタイル分布や欠陥数及び総欠陥面積については上述の説明及び定義を参照する。
【０１１２】
本発明の更なる態様のガリウム砒素基板では、前記少なくとも一表面は、製造後６ケ月以内では、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、実質的に低下しない、好ましくは低下しない。
【０１１３】
ここで、「実質的に」とは、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布について、及び／又は、１５０ｍｍの基板直径を基準とする欠陥数及び／又は総欠陥面積について、１０％以下の変化、好ましくは５％以下の変化を示し、１パーセンタイル分布や欠陥数及び総欠陥面積については上述の説明及び定義を参照する。
【０１１４】
本発明に係るプロセスによって、非常に均質な表面が大面積に設けられるだけでなく、少なくとも６ケ月、好ましくは９ケ月、より好ましくは１２ケ月の期間にわたって、非常に安定した状態で維持され、有利である。これは、製造後の時間経過とともにカンデラ測定によって検査され確認される。この点において、適切な保管、特に粒子フリー不活性ガス雰囲気（例えばＮ２）下の暗所での基板の保管により、基板表面の長期安定性が得られる。
【０１１５】
本発明の他の態様において、複数のガリウム砒素基板であって、本発明の方法により製造され、それぞれの前記少なくとも一表面の、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の基板間のばらつきが、基板同士で、互いに実質的に同じ、好ましくは同じである。
【０１１６】
ここで、「実質的に」とは、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布について、及び／又は、１５０ｍｍの基板直径を基準とする欠陥数及び／又は総欠陥面積について、１０％以下の変化、好ましくは５％以下の変化を示し、１パーセンタイル分布や欠陥数及び総欠陥面積については上述の説明及び定義を参照する。
【０１１７】
バッチ式製造の非常に再現性のあるプロセス及び実現性(possibility)の結果として、表面特性については互いに非常に小さいばらつきのみを示す複数のＧａＡｓ基板が得られる。これは、偏光解析カンデラマッピングを使って検査し確認される。
【０１１８】
本発明の更なる態様は、エピタキシャル結晶成長のために、任意には保管後で、好ましくはガリウム砒素基板を準備後でエピタキシャル結晶成長前に前処理することなく、本発明に係るガリウム砒素基板を使用することである。
【０１１９】
ここにおいて、前記ガリウム砒素基板は、特に、半導体装置または電子装置や光学電子装置、パワー部品、高周波部品、発光ダイオード、レーザの製造に使用される。本発明に係る基板の優れた表面特性により、高歩留りでエピタキシー膜を再現可能に製造することができる。
【０１２０】
本発明の更なる態様は、偏光解析横方向基板マッピングを使うガリウム砒素基板の表面特性の均質性に関する光学式非接触定量的特性評価のために、光学式表面分析装置を使用することに関し、好ましくは、光学式表面分析装置カンデラＣＳ２０の使用に関することであり、より好ましくは、横方向分解測定信号を、離散的複素フーリエ変換、好ましくはレーベンバーグ・マルカート・アルゴリズムを用いて、低周波のバックグラウンドから補正する。
【０１２１】
＜実施例材＞
質および方法
カンデラ偏光解析（エリプソメトリ）：  基板又はウェハの表面特性（ウェハ上の酸化物表面の特性）を、光学式表面分析装置（ＯＳＡ）を用いて最終洗浄後に特性評価する。
表面特性の均質性の特性評価のために、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社のカンデラＣＳ２０の位相シフト測定（「位相シフト」チャネル）を使用する。測定原理及び測定構成は、ここに参照する光学表面分析装置による偏光解析横方向基板マッピングと関連して既に上記に説明した（図１も参照）。光が斜めに入射するため、レーザにより、ウェハ上で、半径方向に略５μｍ、それに対して直角方向に略４μｍの大きさの楕円状領域を照射する。前記ＣＳ２０による測定の結果、レーザ反射光のｓ成分とｐ成分と間の位相シフトの変動を、ＧａＡｓウェハの表面均質性のための指標として用いる。測定によって形成したマッピングにおいて、膜特性の局所的な差を強度差として表す。
【０１２２】
更に、ＧａＡｓ表面の測定では、結晶学的に生じる二重の光異方性反射が現れる。これに伴う信号変動が、実際の測定信号に重畳される。様々に製造され洗浄されたＧａＡｓ基板の表面に関する偏光解析横方向マッピングの標準的な結果（「カンデラマップ」）を図２に示す。位相シフトの種々の数値を明暗コントラストとして表わす。
バックグラウンドにおいて、ＧａＡｓ自体での光反射の異方性から生じる一般的な二重明暗変化を識別できる。この変化は、比較的ゆっくり変化するか、比較的低い「周波数（frequency）」を示す。加えて、ストライプ構造だけでなく明領域及び暗領域を、バックグランド信号と対比して確認できると共に、不均質性又は欠陥と関連付けることができる。強度とバックグラウンドからの偏差の数とにより、表面の均質性が特性評価される。
【０１２３】
１．カンデラ測定
カンデラ測定に使用するパラメータを、表２（測定のいわゆる「レシピ（recipe）パラメータ」、「走査レシピ（scan recipe）」を示す）と表３（「ウェハ装置」を示す）に示す。
「走査面積」欄のパラメータは、測定により走査するウェハ面積を示し、表３に大きさが１５０ｍｍウェハの例を示す。測定固定具（chuck）の回転速度を「速度」パラメータによって設定する。「サンプリング平均」パラメータにより、測定値の再現性（replication measurements）を定義することができ、それに基づき測定結果が判定される。「ステップサイズ（step size）」パラメータにより、「総トラック数」パラメータにおけるトラック数となる半径方向測定分解能を設定する。「エンコーダ乗算器」パラメータを用い、方位分解能を設定する。設定値「１６ｘ」は、トラックごとに１６３８４個の測定点に相当する。「走査分解能」欄の下方行にある半径方向及び方位分解能は、「ステップサイズ」と「エンコーダ乗算器」の設定値から得られる。
【０１２４】
「レーザ」欄には、方位レーザの使用が予め決められており、次の欄のレーザ光のＱ偏光の場合と同様に、位相シフトの測定に必要である。表２の最終欄において、最終的に、他のパラメータと同様に、本発明の内容における測定に好ましいことが証明された特定の電圧とオフセットとが更に予め決定される。測定の半径方向分解能に関する種々の設定値をテストしたところ、１０〜７５μｍの間のトラック距離については、表面均質性に関し数量的な測定結果に影響はないことが分かった。測定に使用した２９μｍの方位分解能は、使用した５０μｍの半径方向分解能を超える(over)最外周測定円にもある。
【０１２５】
【表２】
0006345700.tif 000003
【０１２６】
表３では、測定するＧａＡｓウェハの特性評価のための更なるパラメータを、一般的なエッジ排除やノッチに対する特定のエッジ排除と同様に、ウェハ形状（geometry）とウェハ厚さ（「フォーカス」下で設定保存されたデータを用いて）に関してまとめる。
【０１２７】
【表３】
0006345700.tif 000004
【０１２８】
カンデラ測定の結果として、試料及び測定条件に関する基本情報とは別に、バイナリ圧縮形式の対応する位置座標と共に測定データを含むデータファイルを保存する。
【０１２９】
２．バックグラウンド補正
方法の感度の一層の改善のために、異方性反射によって生じるバックグラウンドの二重強度振動に合わせて補正又は調整すると良い。螺旋状又は円形状に記録されたデータトラックについて、下記等式に従うレーベンバーグ・マルカート・アルゴリズム（J.J. More参照）を用い、適切な周波数による離散的複素フーリエ変換によって二重プロフィール（two-fold profile）をモデル化する。
ｆ（ψ）＝  ａ０＋ａ２ｃｏｓ（４πψ＋α）
上記式において、ψは関数変数、αは角度オフセット、ａ０は絶対オフセット、ａ２はモデル関数の振幅である（図３も参照）。
データトラックのバックグラウンド補正測定信号を図４に示す。バックグラウンド補正マッピングは、表面特性の均質性の偏差の特性評価を邪魔するおそれがある二重対称（図５参照）を示すことはなくなる。
【０１３０】
３．信号変化の統計分析
基板表面の均質性の判定のために、理想とする均質な表面（残留バックグラウンド補正マッピング）からの信号変化全てをヒストグラムで表すことが出来る（図６参照）。この分布は、一般に、ガウシアン正規分布に相当しないので、よく使われる標準偏差を均質性の基準として使用できない。むしろ、適切なパーセンタイルを定義し算出する方が良い。ＧａＡｓ表面の均質性評価のために、パーセンタイルＰ１又は偏位値Ｑ０．０１（例えば、F. Schoonjans, D.De Bacquer, P. Schmid P, “Estimation of population percentiles", Epidemiology, 22, 2011, p.750-751参照）を比較のために使用した。励起強度が変動する可能性があるので、パーセンタイルを位相シフト信号のウェハ平均に標準化する。
図７において、このデータを比較として示す。ここで、箱ひげ図を使用する。これまでの通常の最終洗浄技術により、上記したように表面均質性が−０．００６５未満の１パーセンタイルのウェハを製造する。ここにおいて、本発明によって製造したウェハは、−０．００６５より大きい値を示し、好ましくは−０．００６０より大きく、より好ましくは−０．００５５より大きく、更に好ましくは−０．００５０より大きく、更に好ましくは−０．００４５より大きく、また−０．００４０より大きい値、好ましくは−０．００３０より大きく、より好ましくは−０．００２０より大きく、特に好ましくは−０．００１０より大きく、０．００００までの値を考慮してもよい。
【０１３１】
４．欠陥の分類および計数
バックグラウンド補正マッピングを、カンデラＣＳ２０の分析ソフトウェアの欠陥分類によって特性評価してもよい。このマッピングは、不均質性又は欠陥に対応付けることが可能な明暗領域およびストライプ構造を示す。強度とバックグラウンドからの偏差の数とにより、表面の均質性を特性評価する。強度差を、それぞれの強さと面積拡張に対して分類し数える。分析する信号と分析する欠陥を定義するための特定パラメータを選択する。
本例での定義については、表１及び表２，３を参照。負及び正の強度変動（偏差）を閾値０．０５％から考慮に入れる。カーネル長さは平均化領域を示し、カーネルタイプは平均化の種類を示す。
閾値の正負超過量が、「放射状傷」や「円形状傷」のもとで定義される距離基準を満たす場合、個々の欠陥として数えられ、ウェハ全体で合計される。これに関して、傷パラメータは、正または負の超過量を別々の欠陥として数えるために示す必要がある測定点の最小距離を特定する。１０００μｍ２を超える場合のみ、欠陥として数えられる。かかる欠陥の合計は、ウェハの均質性の指標となる（図８参照）。
これまでの通常の技術により製造されたウェハの場合、直径１５０ｍｍのウェハ又は基板を基準として、欠陥数は６０００より多く、又は、欠陥面積は２ｃｍ２より大きくなる。本発明により製造したウェハは、欠陥数が、６０００より少なく、好ましくは５０００より少なく、より好ましくは４０００より小さく、更に好ましくは３０００より小さく、更に好ましくは２０００より小さく、更に好ましくは１０００より小さく、更に好ましくは５００より小さく、更に好ましくは３００より小さく、更に好ましくは２５０より小さく、更に好ましくは２００より小さく、更に好ましくは１５０より小さく、特に好ましくは１００より小さく、及び／又は、欠陥面積が、２ｃｍ２より小さく、好ましくは１ｃｍ２未満、より好ましくは０．５ｃｍ２未満、更に好ましくは０．１ｃｍ２未満、更に好ましくは０．０５ｃｍ２未満、更に好ましくは０．０１ｃｍ２未満、更に好ましくは０．００５ｃｍ２未満、特に好ましくは０．００３５ｃｍ２未満である（図９参照）。
【０１３２】
５．粗さ測定
本発明の内容における粗さ測定には、白色光干渉分光法を使用した。白色光干渉分光法では、干渉像がカメラにより記録される。その干渉像は、測定対象からの光と参照ミラーからの反射光の重ね合わせにより生じるものである。トポグラフィー測定には、対象物のｚ位置を細かい段階（step）で調整し、各位置で干渉像を記録する。イメージスタックを得て、そこから高さデータを算出する。コヒーレンス長が短い白色光源を使うことによって、干渉分光測定法では周知のように、非常に良好な高さ分解能で表面像が撮像される。
本発明の内容における粗さ測定には、Ｚｙｇｏ社のＮｅｗ  Ｖｉｅｗ  ５０２２Ｓ装置を使用した。この測定は、２０ｘ倍の対物レンズ（objective）を備えた装置により実施した。測定範囲（measuring field）は１８０×１３０μｍであった。所定粗さＲａは、所定測定範囲の大きさにおける最大高さと最小高さとの差である。
【０１３３】
６．エッチング摩耗の判定
本発明の異なる実施形態よれば、乾燥酸化と湿式洗浄との合間にエッチング摩耗を判定するために、化学的耐性を有する粘着テープをＧａＡｓウェハの前面に付着させた。洗浄プロセス後、この特定のテープを残らないように剥がし、形成した段差(formed step)の高さを、上記方法に従い、白色光干渉分光法によって５箇所で測定した。
【０１３４】
＜比較例１＞
直前の研磨工程後のＧａＡｓウェハを、０．５％ＮＨ４ＯＨ水溶液を使って塩基洗浄し、金属汚れを除去するために、５％ＨＦ水溶液を使って酸洗浄する。続いて、ブラシ洗浄プロセスによってウェハ表面から粒子を除去する。ＧａＡｓウェハの洗浄工程は、脱イオン水を使うリンス（rinsing）とスピン乾燥による乾燥によって終了する。
測定及び欠陥分析のための上記処方を用いた測定装置カンデラＳＣ２０による表面均質性の測定において、ＧａＡｓウェハ表面洗浄のための従来のプロセスの後、横方向に分解したバックグラウンド補正測定信号の変化が見られた。その位相シフト信号のウェハ平均に標準化した１パーセンタイル分布は、−０．００６５より小さく、また、１５０ｍｍのＧａＡｓウェハを基準サイズとして、欠陥数が６０００より多く、表面上の総欠陥面積が２ｃｍ２より大きいことが分かる（図６〜９参照）。
【０１３５】
＜比較例２＞
比較例１に記載した従来の洗浄・乾燥の後、ＧａＡｓウェハを酸化プロセスに供する。その酸化は、ウェハを例えば１分間ゆっくり回転させつつ、ウェハ表面の全領域に短波長紫外線光（波長２２０〜４８０ｎｍ、出力２０〜４０ｍＷ／ｃｍ２）を照射することによって行う。次いで、ウェハを作業ラックに載置して、メガサウンドの作用下において、０．５％ＮＨ３溶液内で塩基洗浄を行う。その後、オーバーフロー内ですすいだ後、作業ラックから取り外し、２５００ｒｐｍのスピン乾燥によって乾燥させる。
このように洗浄した基板の表面欠陥を、測定装置カンデラＣＳ２０によって測定したところ、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布が−０．００６５より小さく横方向分解バックグラウンド補正測定信号が変化し、基準とする１５０ｍｍウェハの表面上で、個別の欠陥が６０００より多く、総欠陥面積が２ｃｍ２より大きい（図６〜９参照）。
【０１３６】
＜実施例１＞
比較例１の従来洗浄工程後、ＧａＡｓウェハを、比較例２のように、更に、乾燥酸化工程、ＮＨ４ＯＨ洗浄工程、Ｄｌ水リンスに供する。但し、比較例２と異なり、ウェハをスピン乾燥による乾燥を行わず、マランゴニ乾燥させる。
測定装置カンデラＣＳ２０による表面欠陥の測定の結果、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布が−０．００６５より大きく横方向分解バックグラウンド補正測定信号が変化し、更に、１００個未満の個別の欠陥と２ｃｍ２より小さい総欠陥面積が１５０ｍｍウェハのＧａＡｓ表面に生じ、それによって、本洗浄プロセスは、比較例１の従来の洗浄工程や比較例２の改善した洗浄工程であるが従来の乾燥工程によるものと比較しても、優れていることが分かる（図６〜９参照）。
【０１３７】
＜実施例２＞
比較例２と同様な従来の方法によってＧａＡｓウェハの洗浄を最初に実施する。次いで、比較例２又は実施例１と同様に、乾燥酸化と、次のＤｌ水リンスによる塩基洗浄とを実施する。本発明の実施形態におけるＤｌ水を用いたリンス後に、溶液に溶解したオゾンと組み合わせて別の酸洗浄を行う。更に、酸洗浄工程後のＤｌ水を用いたリンスにおいて、リンス時に不均質な酸化膜が形成されることを有利に防止するために、酸又は塩基を添加する。酸洗浄工程で０．２％ＨＣＩと５０ｐｐｍオゾンをプロセス時間３分の間使用し、その後、少量の２５％ＮＨ３溶液を加えたＤｌ水によりリンスを行う。
マランゴニ乾燥後に実施する測定装置カンデラＣＳ２０による表面均質性の測定の結果、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した１パーセンタイル分布が−０．００６５より大きく横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が生じる。
更に、１５０ｍｍＧａＡｓウェハ表面において欠陥が１００個未満であり、総欠陥面積が２ｃｍ２未満であることが分かる（図６〜９参照）。
【０１３８】
最終Ｄｌ水リンスがｐＨ値調整物質を添加することなく実施される場合、洗浄プロセス後に測定される欠陥レベルは、１５０ｍｍＧａＡｓウェハ上で欠陥が２０００個を超える数まで増加するおそれがある。
【０１３９】
＜実施例３＞
オゾン，過酸化水素の代わりに、実施例２に係る処理を、酸洗浄工程の酸化剤として用いると、マランゴニ乾燥後のカンデラ測定の結果、４０００を超える欠陥が生じている。
【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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【図９】
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