(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエーハの表面の粗さを測定し、これから所望の深さにおけるベアリング曲線を求めて、表面粗さを評価し、該表面粗さの評価から静電チャックにおける脱離性、パーティクルの発塵性および付着性につきウエーハの選別を行うことを特徴とするシリコンウエーハの選別方法。
【請求項２】
前記ウエーハの選別において、一主面が鏡面研磨され、前記ベアリング曲線から求めた研磨されていない主面の表面から１００ｎｍの深さにおけるシリコンの存在比率が５％以下であり、かつ、表面から１μｍの深さにおけるシリコンの存在比率が５０％以上であるシリコンウエーハを選別することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエーハの選別方法。
【請求項３】
前記研磨されていない主面の表面から１００ｎｍの深さにおけるシリコンの存在比率が２％以下のシリコンウエーハを選別することを特徴とする請求項２に記載のシリコンウエーハの選別方法。
【請求項４】
前記シリコンの存在比率を、ウエーハ主面の周期が１００μｍ以下の粗さ成分を解析して求めることを特徴とする請求項２または請求項３に記載したシリコンウエーハの選別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハ、特に単結晶シリコンウエーハの静電吸着脱離特性の改良、ウエーハ裏面からの発塵防止と裏面へのパーティクルの付着低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や液晶の製造プロセス、特にドライエッチング、イオン注入、蒸着等の工程については近年その自動化、ドライ化が進んでおり、従って、真空・高温条件下で行われる製造工程も増加してきている。
【０００３】
また、基板としてのシリコンウエーハやガラス基板などはその大口径化が進み、回路の高集積化、微細化に伴って、パターニング時の位置合せ精度も益々厳しくなってきている。そのため、従来から基板の搬送や吸着固定には真空チャックが使用されているが、この真空チャックは真空条件下では圧力差がないために使用できず、また、低真空下では基板を吸着することはできるが、吸着部分が局部的に吸引されるために、吸引された基板には部分的な歪みを生じ、高精度な位置合せができないという欠点があるため、最近の半導体や液晶の製造プロセスには不適当なものとされている。
【０００４】
このような欠点を改善したものとして、静電気力を利用して、基板を搬送したり、これを吸着固定する静電チャックが注目され、使用され始めており、最近の半導体、液晶の製造プロセスではデバイスの微細化に伴って、基板であるウエーハやガラス板の平坦度が益々重視され、その矯正に静電チャックを利用することも検討されてきている。また、高温腐食性ガス雰囲気のプロセスも多いことからセラミックス製の静電チャックが出現している。
【０００５】
この静電チャックは、通常静電チャックの機能を果たすチャック機能部と、このチャック機能部を装置に固定するため、およびプロセスにより発生した熱を逃がす働きをするアルミ製のプレート部とから構成され、チャック機能部の材質には、一般的に半導体を汚染することのない各種セラミックスが使用され、絶縁性誘電体層を形成して静電吸着面として作用している。
【０００６】
しかしながら、大量に処理されているシリコンウエーハの中には、印加電圧を切っても静電チャックの吸着面から脱離できず、遂にはウエーハが割れてしまうこともある。この原因は、ウエーハ裏面の平坦度に基づいた接触面積の増加にあると考えられている。この対策として静電チャックの吸着条件の設定をウエーハ毎に変えれば大抵のウエーハを脱離させることができるが、現実の生産ラインでは、このような変更は困難である。従って、シリコンウエーハの面状態を評価して、例えば接触面積を許容範囲内に管理する必要がある。
【０００７】
また、ウエーハの面状態によっては、発塵し易いものがあり、例えばアルカリエッチング処理したものは、面粗れが大きく、凹凸が先鋭化しており、その先端が折れたり、欠けたりしてパーティクルの発塵量が増えるようになる。さらに、この凹凸の間にパーティクルや異物が付着し易くなり次工程に持ち込んで汚染の発生等の支障を来すこともある。
【０００８】
さらに、ドライエッチングの場合に、プラズマにより加熱されたウエーハの熱は静電チャックとの接触面を通して放熱するか、ウエーハと静電チャック間の空間を流れるヘリウムを冷却媒体として冷却しているが、ウエーハの面状態によって冷却効果が変化し、エッチングレートに影響するという問題もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、静電チャックにおいて特に脱離特性に優れると共に、パーティクルの発生や付着のないシリコンウエーハを提供し、合せてこれらの特性を有するシリコンウエーハを選別することができる評価方法を提供することを主たる目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、一主面が鏡面研磨されたシリコンウエーハであって、研磨されていない主面の表面から１００ｎｍの深さにおけるシリコンの存在比率が５％以下であり、かつ、表面から１μｍの深さにおけるシリコンの存在比率が５０％以上であることを特徴とするシリコンウエーハである。
【００１１】
このように、鏡面研磨されていない主面の表面（裏面）から１００ｎｍの深さにおけるシリコンの存在比率を５％以下とすると、例えば０．１μｍ程度のパーティクルの付着が著しく低減され、かつ、表面から１μｍの深さにおけるシリコンの存在比率が５０％以上とすると、発塵が少なく、静電チャックにおける静電吸着後の脱離特性に優れたシリコンウエーハとなる。
【００１２】
この場合、前記研磨されていない主面の表面から１００ｎｍの深さにおけるシリコンの存在比率が２％以下であることが望ましい。このようにするとパーティクルの付着が一層低減される。
【００１３】
さらにこの場合、前記シリコンの存在比率は、ウエーハ主面の周期が１００μｍ以下の粗さ成分を解析して求めることができる。  このように短周期の粗さ成分を測定、解析すると、静電チャックの吸着後の脱離テストにおける結果の判定と明確な相関が取れるからである。
【００１４】
そして、本発明は、シリコンウエーハの表面の粗さを測定し、これから所望の深さにおけるベアリング曲線を求めて、表面粗さを評価することを特徴とする表面粗さを評価する方法である。
この方法によれば、所望の深さ毎のシリコンの存在比率が明確に判り、例えば、静電チャックにおける静電吸着後の脱離特性との相関関係を把握することができると共に、パーティクルの発生、付着のないウエーハを選別すること等が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、シリコンウエーハの各種エッチング方式等の処理が相違するそれぞれのウエーハ表面について、その表面粗さ成分を解析してベアリング曲線を求め、別に静電チャックを使用して静電吸着後の脱離テストを行って脱離性能を評価し、粗さ成分との関係を求め、諸条件を精査して本発明を完成させた。
【００１６】
先ず、シリコンウエーハの表面粗さ成分の解析から説明する。
測定器には、ＡＦＭ（ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）を用いて、負荷長さ率を求めた。
ここで、負荷長さ率とは、表面プロファイルを深さ方向へ連続的にスライスし、測定長に占める材料成分に相当する部分の比率を言い、表面からの深さ（横軸、Ｘ軸）に対して材料成分の負荷長さ率（存在比率、充填率ともいう）を縦軸（Ｙ軸）にプロットした曲線をベアリング曲線と呼ぶ。
【００１７】
本発明では、表面に相当するのがウエーハの裏面であり、材料成分はシリコン（Ｓｉ）である。ベアリング曲線では、表面近傍の充填率が高くなる程、曲線が深さ＝０方向にシフトし、理想的にフラットな形状を持つ場合、曲線は深さ＝０で１００％から０％へ垂直に変化する。
【００１８】
測定領域は１００μｍ×１００μｍとし、１００μｍ以下の周期の粗さ成分を解析した。１００μｍ以下の短周期としたのは、１００μｍ以上の長周期では、後述する静電チャックの吸着後の脱離テストにおける結果の判定に明確な相関が取れないからである。なお、測定ピッチは１μｍ以下とした。
測定データは、負荷長さ率として、表面（０）から５０、１００、１５０、２００、、２５０、３００、５００、１０００、１５００、２０００、２５００、３０００ｎｍの深さにおける材料の存在比率（％）を求めた。
【００１９】
測定に用いたエッチング処理等の相違する試料ウエーハは次の７種類を用意した。これらはいずれもウエーハ表面は鏡面研磨したものであり、裏面の処理方法を表している。
（ａ）拡散律速型酸エッチングウエーハ（取り代３０μｍ）、
（ｂ）アルカリエッチング（取り代２０μｍ）およびスライト研磨（研磨量０．５μｍ）ウエーハ（輝度６０％）、
（ｃ）アルカリエッチング（取り代２０μｍ）および拡散律速型酸エッチング（取り代１０μｍ）ウエーハ、
（ｄ）反応律速型酸エッチング（取り代２０μｍ）および拡散律速型酸エッチング（取り代１０μｍ）、
（ｅ）両面鏡面研磨ウエーハ、
（ｆ）アルカリエッチング（取り代２０μｍ）、
（ｇ）アルカリエッチング（取り代２０μｍ）およびスライト研磨（研磨量１μｍ）ウエーハ（輝度９０％）。
【００２０】
解析結果を図１および図２に示す。
深さ（ｎｍ）を横軸に、縦軸に材料の存在比率（負荷長さ率、充填率）（％）をプロットした。材料の存在比率とは、測定面積中の接触面積のことであり、この深さの０点は、表面粗さの山（ピーク）の最大値を指す。
図１、図２から評価結果をまとめて表１に示した。
【００２１】
【表１】
0003906577.tif 000002
【００２２】
次に、静電吸着後の脱離テストを行った。
静電チャックは、その静電吸着部が窒化アルミニウムを主成分とした厚さ１ｍｍの焼結体で、双極型電極を内蔵している。
脱離テストは、この静電チャックに前記５種類のウエーハを載置し、ウエーハの温度が０℃になるまで冷却しながら、ＤＣ±１ｋＶの電圧を印加してウエーハを吸着した後、電圧を切断して静電吸着を解除し、ピンでウエーハを下から押し上げてウエーハの脱離状況を調べた。その結果を表２に示す。
【００２３】
【表２】
0003906577.tif 000003
【００２４】
表１と表２からみて、脱離性のよいウエーハは、（ａ）酸エッチング、（ｂ）アルカリ＋スライト研磨（輝度６０％）、（ｃ）アルカリ＋酸、（ｄ）反応律速酸＋拡散律速酸、（ｆ）アルカリエッチングであり、脱離性の悪いウエーハは、（ｅ）両面研磨、（ｇ）アルカリ＋スライト研磨（輝度９０％）であった。
従って、静電吸着後の脱離性を良好とする条件は、表１、表２、図１および図２から見て、深さ１００ｎｍにおけるシリコンの存在比率が５％以下のシリコンウエーハである。また、深さ１００ｎｍにおけるシリコンの存在比率が２％以下のものがより好ましい。
従って図２から、表面から深さ１００ｎｍまではシリコンの存在比率が５％以下、好ましくは２％以下と規定して、表面の平滑性の良過ぎるものが排除される。
【００２５】
続いてウエーハ裏面からのパーティクル発塵試験を行った。
評価手法は、試料ウエーハの裏面を鏡面研磨ウエーハに押し付け、鏡面に付着（転写）したパーティクルを測定した。
試験の結果、発塵特性は上記静電吸着後の脱離性と異なり、深さ１μｍにおけるシリコンの存在比率と相関があり、深さ１μｍでのシリコンの存在比率が５０％以上あれば、発塵特性を通常の酸エッチングと同等にすることができる。
そして図１では、表面から深さ１μｍの位置でシリコンの存在比率が５０％以上と規定して、面の粗過ぎるものを排除し、発塵の防止を図った。
【００２６】
次に、パーティクルの付着状態を調べた。その結果、例えば０．１μｍ径のパーティクルは、深さ１００ｎｍのシリコンの存在比率が５％以下のシリンウエーハには余り付着していないことが判った。さらに２％以下とすれば殆ど付着することはない。
上に述べた評価試験の結果、本発明のべアリング曲線を求めて評価する方法は、静電吸着における脱離性の判定およびパーティクル発塵性や付着性の判定に大いに有効であることが判った。
【００２７】
上記例において、本発明の判定条件に対してほぼ合格するものは、酸エッチングウエーハであり、通常行われている拡散律速型酸エッチングでも、反応律速型酸（スロー酸）エッチングと拡散律速型酸エッチングとの併用でもよい。また、アルカリエッチング後、拡散律速型酸エッチングを行ったものもよい。
この理由は、酸エッチングが、厚さのバラツキを示すウエーハの平坦度に対する影響は大きく、またエッチング表面にうねりやピールと呼ばれる凹凸が発生し易いが、表面粗さは比較的小さいため、浅い所と深い所の接触面積の間に適度のバランスが保たれていて、静電吸着における脱離性に優れているものと推考される。さらに酸エッチング後の表面の凹凸はあまり鋭利ではないので、凹凸自体がパーティクルの発生源となることは無い。
【００２８】
ただし、拡散律速型酸エッチングのみでは高平坦度のウエーハは得られにくい。例えば、デバイスのデザインルールが、０．２５μｍではＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International ）規格のＭ１に規格化されている平坦度の定義の一つであるＳＦＱＲ（site flatness least square range）が２２ｍｍ×２２ｍｍで０．２５μｍ以下であることが求められている。しかしながら、このレベルの平坦度を拡散律速型の酸エッチングのみで工業的に達成することは困難である。さらに進んだ世代である０．１８μｍのデザインルールでは、ＳＦＱＲが０．１８μｍ以下であることが求められており、これは拡散律速型の酸エッチングのみではほとんど達成不可能なレベルである。従って、アルカリエッチングや反応律速型の酸エッチングが高平坦度の達成には有利である。
従って、本発明のシリコンウエーハも、拡散律速型の酸エッチングのみではなく、アルカリエッチングやその他のエッチングと組み合せてエッチングされたものの方がより好ましい。
【００２９】
また、アルカリエッチング後に酸エッチングしたものは、先ず、アルカリエッチングによって、ラッピング後の平坦度を維持しつつ機械的加工歪み層を除去し、次いで酸エッチングを行うことにより、アルカリエッチング後に残る局所的な深いピットや、表面の鋭利な凹凸を滑らかな形状にし、表面粗さを改善しているので前記酸エッチングウエーハと同様な効果を挙げている。
一方、両面鏡面研磨ウエーハは、表面粗さが小さ過ぎ、平滑過ぎるので、静電吸着後の脱離性が悪く、密着したままである。図１、図２において深さ数ｎｍで接触面積は１００％になっている。従って、両面鏡面研磨ウエーハは、通常の酸エッチングウエーハと共に静電チャックを使用している工程に流すことは出来ない。
【００３０】
そこで問題になるのが、アルカリエッチングウエーハであり、本発明の評価条件を適用して選別する必要がある。
アルカリエッチングウエーハの裏面粗さを測定すると、酸エッチングとはエッチングの反応機構の違いから異なったプロファイルが得られる。
アルカリエッチングの長所は、ラッピング後の平坦度がエッチング後も維持される、有害ガスの発生がない等である。逆に欠点は、▲１▼エッチング後の表面に、数〜十数μｍのピットが存在するため、ピットに異物が侵入すると後工程でパーティクルの発生や、汚染の原因になる、▲２▼表面粗さが大きい、▲３▼エッチング後の表面の凹凸は、酸エッチングに比べ鋭利な形状をしているため、凹凸自体がパーティクルの発生源となる、等である。
【００３１】
元々アルカリエッチング後のウエーハ裏面の表面は、アルカリエッチングが異方性のため粗れていて鋭利な突起が多数出ている。そこでアルカリエッチング後裏面をスライト研磨して０．５〜１．０μｍ削り落とし、突起を削って発塵防止をしていた。
【００３２】
しかし、静電チャックによって静電吸着すると、酸エッチングウエーハと異なり、吸着後脱離しなくなることがあり、遂にはウエーハが割れてしまうこともあった。この原因は、ウエーハ裏面の平坦度に基づいた接触面積の増加にあると考えられる。静電チャックはその吸着条件の設定をウエーハ毎に変えれば大抵のウエーハを吸着することができるが、現実の生産ラインでは、変更は困難であり、従って、シリコンウエーハの品質として、例えば接触面積を管理する必要がある。
【００３３】
そこで、面粗れ成分を解析し、上記した評価条件を確立し、これをアルカリエッチングウエーハに適用した所、条件にマッチしたものは全く問題はなかった。
すなわち、アルカリエッチング後のスライト研磨の研磨条件さえ確定すれば、評価基準に合格したものとなり、例えばスライト研磨における輝度を６０％とすれば合格する。輝度が９０％では鏡面研磨に近づいて不合格となり、輝度４０％では面粗れが大きく不合格であった。現在、ウエーハの裏面は主としてこの輝度によって評価されているが、必ずしも接触面積を反映しているとは限らず、本発明の評価方法の補助的な手段として使用することになる。
【００３４】
本発明の評価方法により、適切に評価されたアルカリエッチングウエーハは、酸エッチングウエーハと同様に、静電吸着後に脱離不良を起こすこと無く、パーティクルの発塵、付着も殆ど発生せず、極めて安全で安定したものとなり、デバイス工程における生産性と歩留りの向上を図ることが出来ると共に、アルカリエッチング本来の平坦度維持特性も生かせるようになった。
【００３５】
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ても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエーハ裏面の面状態を適格に評価することができるので、評価基準に適合したウエーハは、デバイス工程の静電チャックにおける静電吸着後の脱離性に優れると共に、パーティクルの発塵や付着が殆ど発生しないシリコンウエーハであり、デバイス工程における生産性と歩留りの向上を図ることができる。また、ドライエッチングにおけるウエーハの冷却効果もエッチングレートも安定したものとなり高品質のものが得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエーハ裏面の面状態を表す、深さ０〜３０００ｎｍ対シリコンの存在比率を示すベアリング曲線である。
【図２】本発明のウエーハ裏面の面状態を表す、深さ０〜３００ｎｍ対シリコンの存在比率を示すベアリング曲線である。
【図１】
0003906577.tif 000004
【図２】
0003906577.tif 000005