(57)【要約】【課題】半導体ウエハ上に形成されたエピタキシャル層の層厚測定用試料を簡便に製造できる層厚測定用試料製造装置を提供する。【解決手段】エピタキシャル層３が形成されたウエハ片１を、そのエピタキシャル層３の一部を残してエピタキシャル層３をエッチングして層厚測定用試料を製造し、エッチング後のウエハ片１上に段差として残ったエピタキシャル層３の層厚を測定するための層厚測定用試料製造装置１０において、ウエハ片１を挟み込む開閉自在の２枚の樹脂板１１，１２と、これら２枚の樹脂板１１，１２の一方に設けられ、ウエハ片１上に形成されたエピタキシャル層３の一部をエッチングから保護すべくエピタキシャル層３の一部と密着するエッチング防止ゴム１３とを備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル層が形成されたウエハ片を、そのエピタキシャル層の一部を残してエピタキシャル層をエッチングして層厚測定用試料を製造し、エッチング後の前記ウエハ片上に段差として残ったエピタキシャル層の層厚を測定するための層厚測定用試料製造装置において、
前記ウエハ片を挟み込む開閉自在の２枚の樹脂板と、
これら２枚の樹脂板の一方に設けられ、前記ウエハ片上に形成されたエピタキシャル層の一部をエッチングから保護すべくエピタキシャル層の一部と密着するエッチング防止ゴムとを備えたことを特徴とする層厚測定用試料製造装置。
【請求項２】
前記樹脂板は、フッ素樹脂からなり、前記エッチング防止ゴムは、フッ素ゴムからなる請求項１記載の層厚測定用試料製造装置。
【請求項３】
前記樹脂板は、前記ウエハ片を収納すると共に前記エッチング防止ゴムが前記エピタキシャル層の一部と密着する深さの溝を有する請求項１又は２記載の層厚測定用試料製造装置。
【請求項４】
前記２枚の樹脂板の両側にこれら２枚の樹脂板を締結する締結手段を更に備え、その締結手段の締結力により、前記ウエハ片を挟持すると共に前記エッチング防止ゴムを前記エピタキシャル層の一部に密着させる請求項１〜３いずれか記載の層厚測定用試料製造装置。
【請求項５】
前記樹脂板に、前記エッチング防止ゴムが複数備えられる請求項１〜４いずれか記載の層厚測定用試料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上にエピタキシャル成長されたエピタキシャル層の層厚を測定するための試料を製造する層厚測定用試料製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
層厚測定は、有機金属気相成長法（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）または分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy）などのエピタキシャル成長法において、主としてエピタキシャル成長されたエピタキシャル層の成長速度を算出し、層厚の制御性を向上するために実施するものである。
【０００３】
層厚測定の際には、エピタキシャル層が形成されたウエハ片（エピタキシャル層が形成された半導体ウエハを小片に劈開したもの）から、一部を残してエピタキシャル層をエッチングにより除去し、一部のエピタキシャル層が段差として残った層厚測定用の被測定試料を用いて行われる。
【０００４】
この層厚測定用試料を製造する従来技術について図６〜７により説明する。
【０００５】
図６に示すように、先ずエピタキシャル層３が表面に形成されたＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体ウエハ２を短冊状に劈開してウエハ片１を作製し、そのウエハ片１（エピタキシャル層３）に筆４などの手作業で例えば幅１〜３ｍｍ程度の帯状にレジスト５（フォトレジスト）を塗布した後、１００℃前後に加熱したホットプレート上に１〜２分程度放置し揮発成分を蒸発させてレジスト５を固化させる。これにより、ウエハ片１の表面上には、固化したレジスト５でウエハ表面（エピタキシャル層３）が保護された領域と、ウエハ表面がそのまま露出した領域が作られる。
【０００６】
このウエハ片１を適切なエッチャント（塩酸など）に浸漬することで、表面が露出した（レジスト５に保護されていない）領域のエピタキシャル層３がエッチングにより除去される。
【０００７】
このエッチング処理後のウエハ片１をアセトン、エタノール（またはメタノール）で有機洗浄（超音波洗浄）することで固化したレジスト５を除去する。その結果、図７に示すように、ウエハ片１にはレジスト５で保護されていた領域とエッチングされた領域により段差Ｓが形成される。この段差Ｓが形成されたウエハ片１を被測定試料（層厚測定用試料２０）とする。
【０００８】
段差Ｓの高低差を触針式段差計で測定することで、または段差Ｓを横切るようにウエハ片１を劈開して断面を電子顕微鏡で観察して段差Ｓの高低差を測定することで、エピタキシャル層３の層厚を測定することが可能である。
【０００９】
なお、本出願の先行技術文献情報としては以下の文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−９８１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来では、レジストを塗布して固化させるのに５分程度、エッチング処理後にレジストを除去するための超音波洗浄に１０分程度と、計１５分程度の作業時間が必要であった。
【００１２】
また、１つのウエハ片で多数点の測定を実施する際には、測定箇所毎にレジストの塗布が必要であり、レジスト塗布の作業時間が増加していた。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、従来技術で発生していたレジストの塗布、ホットプレートによる固化、有機洗浄（超音波洗浄）によるレジスト除去の作業を省略し、半導体ウエハ上に形成されたエピタキシャル層の層厚測定用試料を簡便に製造できる層厚測定用試料製造装置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】
【００１４】
上記目的を達成するために創案された本発明は、エピタキシャル層が形成されたウエハ片を、そのエピタキシャル層の一部を残してエピタキシャル層をエッチングして層厚測定用試料を製造し、エッチング後の前記ウエハ片上に段差として残ったエピタキシャル層の層厚を測定するための層厚測定用試料製造装置において、前記ウエハ片を挟み込む開閉自在の２枚の樹脂板と、これら２枚の樹脂板の一方に設けられ、前記ウエハ片上に形成されたエピタキシャル層の一部をエッチングから保護すべくエピタキシャル層の一部と密着するエッチング防止ゴムとを備えた層厚測定用試料製造装置である。
【００１５】
前記樹脂板は、フッ素樹脂からなり、前記エッチング防止ゴムは、フッ素ゴムからなると良い。
【００１６】
前記樹脂板は、前記ウエハ片を収納すると共に前記エッチング防止ゴムが前記エピタキシャル層の一部と密着する深さの溝を有すると良い。
【００１７】
前記２枚の樹脂板の両側にこれら２枚の樹脂板を締結する締結手段を更に備え、その締結手段の締結力により、前記ウエハ片を挟持すると共に前記エッチング防止ゴムを前記エピタキシャル層の一部に密着させると良い。
【００１８】
前記樹脂板に、前記エッチング防止ゴムが複数備えられると良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、半導体ウエハ上に形成されたエピタキシャル層の層厚測定用試料を簡便に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る層厚測定用試料製造装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の変形例に係る層厚測定用試料製造装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の変形例に係る層厚測定用試料製造装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の変形例に係る層厚測定用試料製造装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の変形例に係る層厚測定用試料製造装置の構成を示す断面図である。
【図６】従来の層厚測定用試料を製造する方法を模式的に示す断面図である。
【図７】層厚測定用試料を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る層厚測定用試料製造装置（製造装置）１０の構成を示す断面図である。
【００２３】
図１に示すように、製造装置１０は、エピタキシャル層３が形成されたウエハ片１を挟み込む開閉自在の２枚の樹脂板１１，１２と、これら２枚の樹脂板１１，１２の一方に設けられ、エピタキシャル層３の一部と密着するエッチング防止ゴム１３と、を主に備える。
【００２４】
ここで、ウエハ片１とは、エピタキシャル層３が表面上に形成された半導体ウエハ２を小片に劈開してなるものである。ウエハ片１の寸法は特に限定されず、試料の取り回しやすさや、層厚測定用の装置の可動範囲などに合わせて適宜変更可能であり、例えば２０ｍｍ×１０ｍｍ程度の寸法とされる。
【００２５】
２枚の樹脂板１１，１２は、ウエハ片１を収納すると共にエッチング防止ゴム１３がエピタキシャル層３の一部と密着する深さの溝１４，１５を有する。溝１４，１５のそれぞれの両側には、平坦な当接面１７，１８が形成される。２枚の樹脂板１１，１２は当接面１７，１８により面接触で閉じられ、溝１４，１５内にウエハ片１が収納される。溝１４，１５の深さはそれぞれ、２枚の樹脂板１１，１２を閉じたとき、ウエハ片１を収納できる深さ以上とすると共に、エッチング防止ゴム１３がエピタキシャル層３に密着できる深さ以下（例えば、２５０μｍ程度）とされる。
【００２６】
２枚の樹脂板１１，１２は、その寸法をウエハ片１よりも大きく形成され、一例では３０ｍｍ×１０ｍｍ程度の寸法とされる。樹脂板１１，１２の形状は特に限定されないが、挟み込んだウエハ片１のエピタキシャル層３をエッチャントに浸漬できるように、例えば樹脂板１１，１２の両脇（図中、紙面に対して鉛直方向の端部）を開放状態としてエッチャントの流路を形成できるような形状とする。この他にも、樹脂板１１，１２のうち、ウエハ片１と直接には接しない上部樹脂板１１に通流孔を多数設ける形状としても良い。
【００２７】
これら２枚の樹脂板１１，１２は、エッチャントや有機溶剤に対する耐性を有する耐薬品性の樹脂材料から形成される。その樹脂材料としては、例えばスチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、各種ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂などがあり、その中でも殆ど全ての薬品に対して耐性を有するフッ素樹脂が好ましい。また本発明では、樹脂板１１，１２として、アルミニウム、銅、鉄などの金属基板の表面を樹脂加工したものを使用し、樹脂材料単体で使用するより剛性を高めることができる。
【００２８】
エッチング防止ゴム１３は、２枚の樹脂板１１，１２の一方に設けられ、ウエハ片１を挟み込んで２枚の樹脂板１１，１２を閉じたとき、ウエハ片１上のエピタキシャル層３に密着するものである。ここでは、エッチング防止ゴム１３は上部樹脂板１１の溝１４の底部に接着され、下部樹脂板１２の溝１５に収納されたウエハ片１のエピタキシャル層３の一部に密着する。
【００２９】
エッチング防止ゴム１３の寸法は、エピタキシャル層３の厚さ測定に必要な段差Ｓ（図７参照）と同程度（例えば１〜３ｍｍ程度）の幅とされる。このとき、エッチング防止ゴム１３の幅寸法がウエハ片１の１／１０程度であると、エッチング防止ゴム１３をエピタキシャル層３に充分に密着させた際に、半導体ウエハ２を下部樹脂板１２に適度な押圧力で固定することができる。また、エッチング防止ゴム１３の厚さは特に限定されないが、２枚の樹脂板１１，１２を閉じたとき、エピタキシャル層３に密着できるように溝１４，１５の深さに合わせて調節される。一方、本発明はエッチング防止ゴム１３の形状（すなわち段差Ｓとして残るエピタキシャル層３の形状）を特に限定するものではなく、帯状、円形状、多角形状など、種々のものから選択可能である。
【００３０】
このエッチング防止ゴム１３は、エッチャントに対する耐性を有すると共に、適度な弾性を有する耐薬品性のゴム材料から形成される。ここで、適度な弾性とは、２枚の樹脂板１１，１２を閉じてウエハ片１を挟持したとき、ウエハ片１を破壊しない程度の、且つエッチャントが浸入しない程度の圧力をエピタキシャル層３に付与できる弾性をいう。そのゴム材料としては、例えばブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどがあり、その中でも殆ど全ての薬品に対して耐性を有するフッ素ゴムが好ましい。
【００３１】
エッチング防止ゴム１３の上部樹脂板１１への接着には、耐薬品性を有する樹脂接着剤を用いればよい。その樹脂接着剤としては、例えば、アクリル系、エポキシ系、ポリアミド系、ポリウレタン系などが挙げられる。
【００３２】
次に、製造装置１０を用いて層厚測定用試料２０（図７参照）を製造する手順について説明する。
【００３３】
先ず、エピタキシャル層３を形成した半導体ウエハ２を小片に劈開し、ウエハ片１を作製する。
【００３４】
このウエハ片１を下部樹脂板１２の溝１５に載置して２枚の樹脂板１１，１２を閉じ、これら樹脂板１１，１２を互いに括り紐やクリップ等で留めることで、エピタキシャル層３の一部をエッチング防止ゴム１３に密着させると共にウエハ片１を挟持して固定する。このとき、エッチング防止ゴム１３のエピタキシャル層３への過度の密着は、樹脂板１１，１２の当接面１７，１８により規制されるため、過度の押圧によりウエハ片１が破壊することを防止できる。
【００３５】
ウエハ片１を挟持した製造装置１０を塩酸、過酸化水素水、臭化水素酸、硫酸、燐酸等のエッチャントに投入し、製造装置１０の両脇等から流入したエッチャントにエピタキシャル層３を浸漬することで、エッチング防止ゴム１３に密着されていない被保護の領域のエピタキシャル層３が除去され、保護された領域のエピタキシャル層３が段差Ｓとしてエッチング後に残ることとなる。
【００３６】
しかる後、製造装置１０と共にウエハ片１をアセトン、エタノール、メタノール等の有機溶剤に投入して超音波洗浄（有機洗浄）し、２枚の樹脂板１１，１２を開いてウエハ片１を製造装置１０から取り出すことで、図７に示した層厚測定用試料２０が得られる。
【００３７】
以上のように、本発明に係る製造装置１０では、ウエハ片１を挟み込む２枚の樹脂板１１，１２の一方に、エピタキシャル層３の一部と密着するエッチング防止ゴム１３を設け、エピタキシャル層３の層厚を測定する層厚測定用試料を製造するに際し、エッチング防止ゴム１３をエピタキシャル層３の一部に密着させてエッチングから保護するようにしている。
【００３８】
本発明に従えば、従来方法でのレジストの塗布、ホットプレートによる固化、エッチング後の有機洗浄によるレジスト除去の作業を省略して、測定箇所（段差を形成する箇所）が１箇所の場合、約１５分の作業時間を短縮することが可能であり、エピタキシャル層の層厚測定用試料を簡便に製造できる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変更が可能である。
【００４０】
例えば、図２に示すように、２枚の樹脂板１１，１２の両側にこれら２枚の樹脂板１１，１２を締結する締結手段１６を更に備え、その締結手段１６の締結力により、ウエハ片１を挟持すると共にエッチング防止ゴム１３をエピタキシャル層３の一部に密着させるようにすることができる。図２において、締結手段１６は、２枚の樹脂板１１，１２の両側に設けられたネジ１６ｓからなる。この締結手段１６を備える製造装置１０では、ネジ１６ｓの締め付け力によりエッチング防止ゴム１３をエピタキシャル層３に密着させ、ネジ１６ｓの締め付け力を調節することによりエッチング防止ゴム１３の密着力を調節することができる。
【００４１】
また本発明では、図３に示すように、複数のエッチング防止ゴム１３を備えた製造装置１０とすることができる。この製造装置１０では、エピタキシャル層３の複数箇所を同一条件でエッチングすることができるため、エピタキシャル層３の成長速度の偏りを確認する等の目的に好適である。
【００４２】
また本発明は締結手段１６をネジ１６ｓに限定されるものではなく、例えば図４に示すように、２枚の樹脂板１１，１２の一側に設けた蝶番１６ｊと、２枚の樹脂板１１，１２の他側に設けたフック１６ｈとから締結手段１６を構成しても良い。この締結手段１６を備える製造装置１０では、フック１６ｈを留めるのみでエッチング防止ゴム１３をエピタキシャル層３に密着させることができる。
【００４３】
ただし本発明では、締結手段１６はネジ１６ｓ、蝶番１６ｊおよびフック１６ｈに限られず、エピタキシャル層３とエッチング防止ゴム１３の間にエッチャントが浸入しない程度の適度な圧力がかかる固定方法であればどんな方法を採用しても良い。
【００４４】
さらに本発明では、図５に示すように、ウエハ片１のセット位置を下部樹脂板１２の溝１５の側面（図では左側の側面）に寄せるなどして、エッチング防止ゴム１３のエピタキシャル層３との密着位置を一定とすることができる。エッチング防止ゴム１３の位置、幅は製造装置１０を製作すれば固定であり、エッチングによって形成される段差部分の位置精度を、手作業によるレジスト塗布の方法と比較して向上し、安定した層厚測定用試料の製造を行うことが可能になる。
【符号の説明】
【００４５】
１  ウエハ片
２  半導体ウエハ
３  エピタキシャル層
１０  層厚測定用試料製造装置（製造装置）
１１  上部樹脂板
１２  下部樹脂板
１３  エッチング防止ゴム
１４，１５  溝
【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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