(57)【要約】ウェハ表面のモニター部に試験片を載置するための凹状のポケットを備える炭化ケイ素焼結体からなることを特徴とするモニターウェハ。耐薬品性が良好で再利用可能なモニターウェハが提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ表面のモニター部に試験片を載置するための凹状のポケットを備える炭化ケイ素焼結体からなることを特徴とするモニターウェハ。
【請求項２】
炭化ケイ素焼結体からなるベースウェハと、
前記ベースウェハに着脱自在に取り付けられ、前記ベースウェハに取り付けた際に、モニター部分に試験片を載置するための凹状のポケットを形成する炭化ケイ素焼結体からなるリングプレートと、
を有することを特徴とするモニターウェハ。
【請求項３】
さらに、前記ポケットに着脱自在に取り付けられる試験片を有することを特徴とする請求項１又は２記載のモニターウェハ。
【請求項４】
前記試験片は、少なくとも一方の要件
平面度２００μｍ以下、
表面粗度（Ｒａ）０．１μｍ以下、
を満たすことを特徴とする請求項３に記載のモニターウェハ。
【請求項５】
ウェハ表面のモニター部に試験片を載置するための凹状のポケットを備える炭化ケイ素焼結体からなるモニターウェハ本体と、前記ポケットに着脱自在に取り付けられる試験片と、を有するモニターウェハを用いて、前記試験片上に堆積した堆積膜をモニターすることを特徴とするウェハのモニター方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、モニターウェハ及びウェハのモニター方法に関する。さらに詳しくは炭化ケイ素焼結体からなるモニターウェハ及びそれを用いたウェハのモニター方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来からＬＳＩ等の半導体製造プロセスにおいて、ウェハ表面の処理工程例えば化学気相成長（ＣＶＤ）工程の際に、ウェハ表面に形成された堆積膜の堆積状態を確認するためにシリコンからなるモニターウェハが使用されている。かかるモニターウェハは高価であるため、使用後、硝酸等で表面の膜を洗浄除去等することにより再利用されている。【０００３】  しかし、シリコンは耐薬品性が劣るため、再利用を繰り返すとシリコンが溶出し表面が荒れてモニターウェハとして使用できなくなる。また再利用の際に再研磨することによりウェハが薄くなるため平面度が悪くなり、割れが発生したり、自動搬送が困難になっていた。ところが、上記課題を改善する手段は、特に見当らなかった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】  即ち、本発明は、以下の記載事項に関する：
（１）ウェハ表面のモニター部に試験片を載置するための凹状のポケットを備える炭化ケイ素焼結体からなることを特徴とするモニターウェハ。【０００５】（２）炭化ケイ素焼結体からなるベースウェハと、
上記ベースウェハに着脱自在に取り付けられ、上記ベースウェハに取り付けた際に、モニター部分に試験片を載置するための凹状のポケットを形成する炭化ケイ素焼結体からなるリングプレートと、を有することを特徴とするモニターウェハ。【０００６】（３）さらに、上記ポケットに着脱自在に取り付けられる試験片を有することを特徴とする上記（１）又は（２）記載のモニターウェハ。【０００７】（４）上記試験片は、少なくとも一方の要件
平面度２００μｍ以下、
表面粗度（Ｒａ）０．１μｍ以下、
を満たすことを特徴とする上記（３）に記載のモニターウェハ。【０００８】（５）ウェハ表面のモニター部に試験片を載置するための凹状のポケットを備える炭化ケイ素焼結体からなるモニターウェハ本体と、上記ポケットに着脱自在に取り付けられる試験片と、を有するモニターウェハを用いて、上記試験片上に堆積した堆積膜をモニターすることを特徴とするウェハのモニター方法。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかるモニターウェハの上面図を示し、図１（ｂ）は第１の実施形態にかかるモニターウェハの断面図を示し、図１（ｃ）は第１の実施形態にかかるモニターウェハの断面一部拡大図を示す。
【図２】図２（ａ）は第２の実施形態にかかるモニターウェハの上面図を示し、図２（ｂ）は第２の実施形態にかかるモニターウェハの断面図を示し、図２（ｃ）は第２の実施形態にかかるモニターウェハの断面一部拡大図を示す。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態にかかるモニターウェハの製造工程図を示す。
【図４】図４（ａ）〜（ｅ）は第２の実施形態にかかるモニターウェハの製造工程図を示す。
【図５】図５は第１の実施形態の変形例にかかるモニターウェハの断面一部拡大図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  従来の課題を改善するべく、耐薬品性が良好である観点から炭化ケイ素からなるモニターウェハの使用が検討された。かかるモニターウェハにより耐薬品性の問題が改善されるに至った。しかし、炭化ケイ素は、耐薬品性が良好であるため化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理ができず、表面の平坦度をシリコンウェハ並に仕上ることが極めて困難であった。そのため、炭化ケイ素上に堆積した堆積膜から、シリコン上に堆積した堆積膜の堆積状態を正確に把握することが困難であった。【００１１】  そこで、本発明者らはさらなる検討を加えた結果、炭化ケイ素焼結体からなるモニターウェハ本体上に試験片を載置可能とすることで上記課題が解決することを見出した。以下に実施形態を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。【００１２】（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）に示す第１の実施形態にかかるモニターウェハ１０は、ウェハ表面のモニター部に試験片を載置するための凹状のポケットを備える炭化ケイ素焼結体からなるモニターウェハ本体２と、さらに上記ポケットに着脱自在に取り付けられる試験片３１〜３９と、を有する。尚、モニターウェハ１０は、試験片３１〜３９が取り付けられた位置にポケット２１〜２９を有する。【００１３】  モニターウェハ本体２は特に制限はないが、ホットプレス法、ＣＶＤ法及び反応焼結法により形成される。耐薬品性が良好である点からホットプレス法やＣＶＤ法が好ましい。また高温処理時の平面度が安定している点でホットプレス法で形成されたモニターウェハ本体２がより好ましい。ウェハ表面に散点状に形成された上記ポケットは、研磨法等により形成され得る。【００１４】  上記ポケットは、モニターウェハ１０のモニター部に配置されるものであれば、特に制限なく設けることができる。散点状に配置することの他、モニターウェハ１０と同心円状に設けても構わない。ポケットの深さは、試験片３１〜３９の厚みにより適宜変化するが、少なくともＣＶＤ工程において試験片がずれない程度に保持可能であれば特に制限はない。【００１５】  尚、図５に示すようにモニターウェハ６のポケットの底部には貫通孔６１が設けられていても構わない。その場合試験片３９を保持する支持部６２ａ、６２ｂを設けることが好ましい。【００１６】  試験片３１〜３９は、表面に堆積した堆積膜の状態がモニターできるものであれば、厚みや形状は特に制限されない。経済的観点からは厚みは薄いことが好ましい。形状は丸型の他に四角形などの多角形であっても構わない。試験片の材質としては、例えばシリコン、サファイア、黒鉛、石英等が挙げられる。鏡面研磨する場合、試験片３１〜３９は、平面度２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、表面粗度（Ｒａ）０．１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以下、さらに好ましくは０．０２μｍ以下である。尚、試験片３１〜３９はモニター後洗浄処理等することにより再利用しても構わない。【００１７】  第１の実施形態にかかるモニターウェハ本体２は、炭化ケイ素焼結体からなるため耐薬品性が高く、しかも試験片が交換可能に形成されている。そのため、試験片３１〜３９を取り換えることで、モニターウェハ本体２を何度でも再利用することができる。つまり、４回程度しか再利用できなかった従来のシリコンからなるモニターウェハに比して、第１の実施形態にかかるモニターウェハ１０の寿命は格段に長い。また、モニターウェハ全体の材質を置き換えることなく試験片の材質を換えるだけで、色々な材質のウェハの堆積膜の状態を正確にしかも経済的に知ることができる。さらに、第１の実施形態にかかるモニターウェハ１０は、従来のモニターウェハと同様に用いることができる。そのため、熟練の技術を必要とすることなくウェハ上の堆積膜の状態を簡易に観察することができる。【００１８】（第２の実施形態）
図２（ａ）〜（ｃ）に示す第２の実施形態にかかるモニターウェハ６０は、炭化ケイ素焼結体からなるベースウェハ３と、ベースウェハ３に着脱自在に取り付けられ、ベースウェハ３に取り付けた際に、モニター部分に試験片を載置するための凹状のポケットを形成する炭化ケイ素焼結体からなるリングプレート５と、さらに、上記ポケットに着脱自在に取り付けられる試験片４１〜４９と、を有する。尚、リングプレート５は、試験片４１〜４９が取り付けられた位置にポケット５１〜５９を有する。以下に第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。【００１９】  ベースウェハ３やリングプレート５は、特に制限はないがホットプレス法、ＣＶＤ法や反応焼結法により形成される。得られるモニターウェハの平面度の安定性の観点からはホットプレス法が好ましい。ベースウェハ３のウェハ載置面は平坦であることが好ましい。ウェハを載置した際に、試験片４１〜４９とベースウェハ３（ポケットの底部）との接触面が広がることで、試験片４１〜４９の安定性が向上するからである。ベースウェハ３のウェハ載置面の平面度は、好ましくは約１０μｍ〜５０μｍである。リングプレート５に形成される孔は放電加工法により形成されうる。リングプレート５の厚さ、即ちポケットの深さは、試験片の厚みにより適宜変化するが、少なくともＣＶＤ工程において試験片４１〜４９がずれない程度に保持可能であれば特に制限はない。【００２０】  第２の実施形態にかかるモニターウェハ６０は、リングプレート５がベースウェハ３から取り外し可能に構成されているため、ベースウェハ３の表面を研磨し易い。そのため、ベースウェハ３のウェハ載置面の平面度を高め、試験片４１〜４９の安定性を向上させることができる。【００２１】（モニター方法）
本発明の別の態様として上記実施形態にかかるモニターウェハ１０、６０を用いたウェハのモニター方法が提供される。即ち、ウェハ表面のモニター部に試験片を載置するための凹状のポケットを備える炭化ケイ素焼結体からなるモニターウェハ本体と、上記ポケットに着脱自在に取り付けられる試験片と、を有するモニターウェハを用いて、上記試験片上に堆積した堆積膜をモニターすることを特徴とするウェハのモニター方法が提供される。【００２２】（モニターウェハの製造方法）
モニターウェハの製造方法の１実施形態として、ホットプレス法を用いた製造方法について説明する。まずホットプレス法について説明する。【００２３】（ホットプレス法）
以下にモニターウェハの製造に用いられる炭化ケイ素の製造方法について説明する。本実施形態のモニターウェハの製造方法には、遊離炭素含有率が２〜１０重量％の炭化ケイ素焼結体を使用する。このような炭化ケイ素焼結体は、炭化ケイ素粉末と、非金属系焼結助剤との混合物を焼成することにより得られる。【００２４】  まず、炭化ケイ素粉末について説明する。炭化ケイ素粉末としては、α型、β型、非晶質、あるいはこれらの混合物等を広く用いることができ、市販品を用いてもよい。中でもβ型炭化ケイ素粉末が好適に用いられる。炭化ケイ素焼結体を高密度化するためには、用いる炭化ケイ素粉末の粒径は小さいほうがよい。好ましくは０．０１〜１０μｍ程度、より好ましくは０．０５〜２μｍである。粒径が０．０１μｍ未満であると、計量、混合等の処理工程における取り扱いが困難となり、一方１０μｍを超えると、粉体の比表面積、即ち、隣接する粉体との接触面積が小さくなり、高密度化が困難となるので好ましくない。【００２５】  高純度の炭化ケイ素粉末を用いると、得られる炭化ケイ素焼結体も高純度になるので好ましい。高純度の炭化ケイ素粉末は、例えば、ケイ素化合物（以下「ケイ素源」という場合がある。）と、加熱により炭素を発生する有機材料と、重合触媒または架橋触媒とを混合し、得られた固形物を非酸化性雰囲気中で焼成することにより製造することができる。ケイ素源としては、液状、および固体状の化合物を広く用いることができるが、少なくとも液状の化合物を１種以上用いる。液状のケイ素源としては、アルコキシシラン（モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−）の重合体等が挙げられる。アルコキシシランの重合体の中では、テトラアルコキシシランの重合体が好適に用いられる。具体的には、メトキシシラン、エトキシシラン、プロピロキシシラン、ブトキシシラン等が挙げられるが、ハンドリングの点からはエトキシシランが好ましい。テトラアルコキシシラン重合体の重合度は２〜１５程度であると液状の低分子量重合体（オリゴマー）となる。その他、重合度が高いケイ酸ポリマーで液状のものもある。液状のケイ素源と併用可能な固体状のケイ素源としては、炭化ケイ素が挙げられる。ここにいう炭化ケイ素には、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の他、シリカゾル（コロイド状超微細シリカ含有液であって、コロイド分子内にＯＨ基やアルコキシ基を含有するもの）、微細シリカ、石英粉体等も含まれる。これらのケイ素源の中でも、均質性やハンドリング性が良好であるテトラアルコキシシランのオリゴマー、またはテトラアルコキシシランのオリゴマーと微粉体シリカとの混合物等が好ましい。また、これらのケイ素源は高純度であることが好ましく、具体的には初期の不純物含有量が２０ｐｐｍ以下であるのが好ましく、５ｐｐｍ以下であるのがさらに好ましい。【００２６】  加熱により炭素を生成する有機材料としては、液状のものの他、液状のものと固体状のものを併用することもできる。残炭率が高く、かつ触媒あるいは加熱により重合または架橋する有機材料が好ましい。具体的には、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリビニルアルコール等のモノマー、およびプレポリマーが好ましい。その他���セルロース、しょ糖、ピッチ、タール等の液状物も用いられる。中でもレゾール型フェノール樹脂が、熱分解性および純度の点で好ましい。有機材料の純度は、目的に応じて適宜、制御すればよい。特に高純度の炭化ケイ素粉末が必要な場合は、不純物元素の含有量が各々５ｐｐｍ未満である有機材料を用いるのが好ましい。【００２７】  ケイ素源と有機材料の配合比率は、炭素とケイ素のモル比（以下「Ｃ／Ｓｉ」と略記する。）を目安に好ましい範囲をあらかじめ決定することができる。ここにいうＣ／Ｓｉとは、ケイ素源と有機材料との混合物を１０００℃にて炭化した炭化ケイ素中間体を元素分析し、その分析値より得られるＣ／Ｓｉである。炭素は、以下の反応式で表わされるように、酸化ケイ素と反応し、炭化ケイ素に変化する。【００２８】  式（Ｉ）ＳｉＯ２＋３Ｃ→ＳｉＣ＋２ＣＯ従って、化学量論的には、Ｃ／Ｓｉが３．０であると、炭化ケイ素中間体中の遊離炭素は０％になるが、実際にはＳｉＯガス等が揮散するため、Ｃ／Ｓｉがより低い値であっても遊離炭素が発生する。遊離炭素は粒成長を抑制する効果を有するので、目的とする粉末粒子の粒径に応じて、Ｃ／Ｓｉを決定し、その比となるようにケイ素源と有機材料とを配合すればよい。例えば、約１気圧、１６００℃以上で、ケイ素源と有機材料との混合物を焼成する場合、Ｃ／Ｓｉが２．０〜２．５の範囲になるように配合すると、遊離炭素の発生を抑制することができる。同条件で、Ｃ／Ｓｉが２．５を超えるように配合すると、遊離炭素の発生が顕著となり、粒子の小さな炭化ケイ素粉末が得られる。このように、目的に応じて、配合比率を適宜決定することができる。尚、炭化ケイ素粉末に起因する遊離炭素の作用および効果は、焼結助剤から生じる遊離炭素の作用および効果と比較して非常に弱いので、炭化ケイ素粉末に起因する遊離炭素は、本実施形態の効果には本質的に影響しないものである。【００２９】  ケイ素源と有機材料との混合物を硬化させ、固形物にすることもできる。硬化の方法としては、加熱による架橋反応を利用する方法、硬化触媒により硬化する方法、電子線や放射線を利用する方法等がある。用いる硬化触媒は、用いる有機材料に応じて適宜選択できるが、フェノール樹脂、フラン樹脂を有機材料に用いた場合は、トルエンスルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、蓚酸、塩酸、硫酸等の酸類、ヘキサミン等のアミン類等が挙げられる。ケイ素源と有機材料を含有する固形物は、必要に応じ加熱炭化される。炭化は、窒素またはアルゴン等の非酸化性雰囲気中８００℃〜１０００℃にて３０〜１２０分間加熱することにより行われる。さらに、非酸化性雰囲気中１３５０℃〜２０００℃で加熱すると炭化ケイ素が生成する。焼成温度と焼成時間は、得られる炭化ケイ素粉末の粒径等に影響するので、適宜決定すればよいが、１６００〜１９００℃で焼成すると効率的で好ましい。以上に説明した高純度の炭化ケイ素粉末を得る方法は、特開平９−４８６０５号明細書により詳細に記載されている。【００３０】  次に非金属系焼結助剤について説明する。本実施形態に用いられる炭化ケイ素焼結体は、遊離炭素２〜１０重量％のものである。この遊離炭素は、非金属系焼結助剤に用いられる有機材料に起因す��ものであり、非金属系焼結助剤の添加量等の添加条件を調整することにより遊離炭素量を前述の範囲にすることができる。【００３１】  非金属系焼結助剤としては、前述したように遊離炭素源となり得る、即ち加熱により炭素を生じる有機材料（以下「炭素源」という場合がある。）を含有するものを用いる。前述の有機材料を単独で、または前述の有機材料を炭化ケイ素粉末（粒径：約０．０１〜１ミクロン）表面に被覆させたものを焼結助剤として用いてもよいが、効果の点からは、有機材料を単独で用いるのが好ましい。加熱により炭素を生成する有機材料としては、具体的には、残炭化率の高いコールタールピッチ、ピッチタール、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂の他、各種糖類、例えば、グルコース等の単糖類、しょ糖等の小糖類、セルロース、でんぷん等の多糖類等が挙げられる。有機材料を炭化ケイ素粉末と均質に混合するには、有機材料は常温で液状のもの、溶媒に溶解するもの、または熱可塑性、熱融解性を有する等加熱により軟化するものが好ましい。中でも、フェノール樹脂を用いると炭化ケイ素焼結体の強度が向上するので好ましく、さらにレゾール型フェノール樹脂が好ましい。これらの有機材料の作用機構は明確にはなっていないが、有機材料は加熱されると系中にカーボンブラック、グラファイトの如き無機炭素系化合物を生成する。この無機炭素系化合物が焼結助剤として有効に作用しているものと考えられる。但し、カーボンブラック等を焼結助剤として用いても、同様な効果は得られない。【００３２】  非金属系焼結助剤は、所望により有機溶媒に溶解し、その溶液と炭化ケイ素粉末を混合してもよい。使用する有機溶媒は、非金属系焼結助剤により異なり、例えば、焼結助剤としてフェノール樹脂を用いる場合は、エチルアルコール等の低級アルコール類、エチルエーテル、アセトン等を選択することができる。高純度の炭化ケイ素焼結体を作製する場合は、高純度の炭化ケイ素粉末を使用するのみならず、焼結助剤および有機溶媒も不純物含有量の少ないものを用いるのが好ましい。【００３３】  非金属系焼結助剤の炭化ケイ素粉末に対する添加量は、炭化ケイ素焼結体の遊離炭素が２〜１０重量％になるように決定する。遊離炭素がこの範囲外であると、接合処理中に進行するＳｉＣへの化学変化、および炭化ケイ素焼結体間の接合が不十分となる。ここで、遊離炭素の含有率（重量％）は、炭化ケイ素焼結体を酸素雰囲気下において、８００℃で８分間加熱し、発生したＣＯ２、ＣＯの量を炭素分析装置で測定し、その測定値から算出することができる。焼結助剤の添加量は、用いる焼結助剤の種類および炭化ケイ素粉末の表面シリカ（酸化ケイ素）量によって異なる。添加量を決定する目安としては、あらかじめ炭化ケイ素粉末の表面シリカ（酸化ケイ素）量を弗化水素水を用いて定量し、この酸化ケイ素を還元するのに十分な化学量論（式（Ｉ）で算出される化学量論）を算出する。これと、非金属系焼結助剤が加熱により炭素を生成する割合を考慮し、遊離炭素が前述の適する範囲となるように添加量を決定することができる。以上に説明した炭化ケイ素焼結体の非金属系焼結助剤についての説明は、特願平９−０４１０４８号明細書中によ��詳細に記載されている。【００３４】  次に、炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤の混合物を焼結する方法について説明する。炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤は均質に混合する。均質の混合物を得るために、前述したように焼結助剤を有機溶媒に溶解した溶液を用いてもよい。混合方法としては、公知の方法、例えば、ミキサー、遊星ボールミル等を用いる方法が挙げられる。混合に使用する器具は、金属元素不純物の混入を防止するため、合成樹脂素材のものを用いるのが好ましい。混合は１０〜３０時間程度、特に１６〜２４時間程度行い、十分に混合するのが好ましい。十分に混合した後、溶媒を除去し、混合物を蒸発乾固させる。その後、篩にかけて混合物の原料粉体を得る。乾燥には、スプレードライヤー等の造粒装置を使用してもよい。【００３５】  このようにして得られた原料粉体は、成形金型中に配置される。使用する成形金型が黒鉛製のものであると、金属不純物が炭化ケイ素焼結体中に混入しないので好ましい。金属製の成形金型であっても、原料粉体と金型の金属部とが直接接触しないように、接触部を黒鉛製とするか、または接触部にポリテトラフルオロエチレンシート（テフロン（登録商標）シート）を介在させれば、好適に使用できる。特に、高純度の炭化ケイ素焼結体を製造したい場合は、金型、および炉内の断熱材等には高純度の黒鉛材料を用いるのが好ましい。具体的には、２５００℃以上の温度で、あらかじめ十分にベーキング処理され、高温使用しても不純物の発生がない黒鉛材料等が挙げられる。【００３６】  成形金型中に配置された原料粉体は、ホットプレス加工を施される。ホットプレスの圧力については特に制約はなく、３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ２の広い範囲の圧力により行うことができる。但し、４００ｋｇｆ／ｃｍ２以上で加圧する場合は、ホットプレス用の部品、例えば、ダイス、パンチ等は耐圧性に優れたものを用いる必要がある。
ホットプレスは、２０００℃〜２４００℃にて行うが、このホットプレス加工温度までの昇温は穏やかに、かつ段階的に行うのが好ましい。このように昇温すると、各々の温度で生じる化学変化、状態変化等を十分に進行させることができる。その結果、不純物混入や亀裂および空孔の発生を防止することができる。好ましい昇温工程の一例を以下に示す。まず、原料粉体をいれた成形金型を炉内に配置し、炉内を１０−４ｔｏｒｒの真空状態にする。室温から２００℃まで穏やかに昇温し、約３０分間２００℃に保つ。その後、７００℃まで６〜１０時間で昇温し、２〜５時間７００℃に保つ。室温から７００℃までの昇温工程で、吸着水分や有機溶媒の脱離が起こり、また、非金属系焼結助剤の炭化も進行する。一定温度の保持時間は、炭化ケイ素焼結体のサイズによって異なり、適宜好適な時間に設定すればよい。また、保持時間が十分であるか否かの判断は、真空度の低下がある程度少なくなる時点を目安にすることができる。次に、７００℃〜１５００℃まで６〜９時間で昇温し、１〜５時間程１５００℃に保持する。１５００℃に保持している間、酸化ケイ素が還元され炭化ケイ素に変化する反応が進行する（式（Ｉ））。保持時間が不十分であると、二酸化ケイ素が残留し、炭化ケイ素粉末表面に付着するので、粒子の緻密化を妨げ、大粒の成長原因となるので好ましくない。保持時間が十分であるか否かの判断は、副生成物である一酸化炭素の発生が停止しているかを目安に、即ち、真空度の低下がおさまり、還元反応開始温度である１３００℃の真空度まで回復しているかを目安にすることができる。
ホットプレスは、焼結が開始する１５００℃程度まで炉内を昇温し、次に炉内を非酸化性雰囲気とするために、不活性ガスを充填した後行うのが好ましい。不活性ガスとしては、窒素ガス、あるいはアルゴンガス等が用いられるが、高温においても非反応性であるアルゴンガスを用いるのが好ましい。高純度炭化ケイ素焼結体を製造したい場合は、不活性ガスも高純度のものを用いる。炉内を非酸化性雰囲気とした後、温度が２０００℃〜２４００℃、圧力が３００〜７００ｋｇｆ／ｃｍ２となるように炉内を加熱および加圧する。最高温度が２０００℃未満であると、高密度化が不十分となる。一方、最高温度が２４００℃を超えると、粉体もしく成形体原料が昇華（分解）する虞があるため好ましくない。１５００℃近傍〜最高温度までの昇温は２〜４時間かけて行い、最高温度で１〜８時間保持するのが好ましい。１８５０〜１９００℃で焼結は急速に進行し、最高温度保持時間中に焼結が完了する。また加圧条件が、３００ｋｇｆ／ｃｍ２未満であると高密度化が不十分となり、７００ｋｇｆ／ｃｍ２を超えると黒鉛製の成形金型が破損することもあり、製造効率上好ましくない。表面粗度（Ｒａ）は０．５μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以下がさらに好ましい。圧力は異常粒が成長するのを抑えるために、３００ｋｇｆ／ｃｍ２〜７００ｋｇｆ／ｃｍ２程度で加圧するのが好ましい。【００３７】  用いる炭化ケイ素焼結体は、高密度化されていて、密度が２．９ｇ／ｃｍ３以上、気孔率が１％以下であると好ましく、密度が３．０ｇ／ｃｍ３以上、気孔率が０．８％以下であると特に好ましい。高密度化された炭化ケイ素焼結体を用いると、得られる炭化ケイ素接合体の曲げ強度、破壊強度等の力学的特性、および電気的物性が向上する。また、高密度化された炭化ケイ素焼結体を用いると、構成粒子が小粒化されているので汚染性の点でも好ましい。一方、低密度の、例えば多孔性の炭化ケイ素焼結体を用いると、炭化ケイ素接合体の耐熱性、耐酸化性、耐薬品性、および機械的強度が劣り、また接合強度が不十分となる場合もある。【００３８】  炭化ケイ素焼結体を高密度化する方法として、焼結工程に先立って予め成形工程を実施する方法がある。この成形工程は、焼結工程と比較して低温低圧で行われるものである。この焼結工程を実施すると、嵩のある粉体を予めコンパクト（小容量化）にできるので、この工程を何度も繰り返すことによって、大型の成形体が製造しやすくなる。焼結工程に先立って予め実施される成形工程の諸条件の一例を以下に示す。炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤とを、均質に混合して得られた原料粉体を成形金型内に配置し、温度８０℃〜３００℃、好ましくは１２０℃〜１４０℃、圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２で５〜６０分間、好ましくは２０〜４０分間プレスして成形体を得る。加熱温度は非金属系焼結助剤の特性に応じて、適宜決定すればよい。得られる成形体の密度は、平均粒径１μｍ程度の粉体を用いた場合は１．８ｇ／ｃｍ２以上となるように、また平均粒径０．５μｍの粉体を用いた場合は１．５ｇ／ｃｍ２となるようにプレスするのが好ましい。用いる成形体の密度がこの範囲であると、炭化ケイ素焼結体の高密度化が容易となるので好ましい。得られた成形体が焼結工程に用いる成形金型に適合するように、成形体に切削加工を施してもよい。【００３９】  本実施形態に用いる炭化ケイ素焼結体中の不純物元素（１９８９年ＩＵＰＡＣ無機化学命名法改訂版の元素周期表において、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉを除く、原子番号３以上の元素）の総含有量は５ｐｐｍ以下であると、高い清浄度が要求されるプロセス、例えば、半導体製造プロセス等にも使用し得るので好ましい。より好ましくは３ｐｐｍ以下、特に好ましくは１ｐｐｍ以下である。但し、化学的分析による不純物含有量は、実際に使用する場合の参考値としての意味を有するに過ぎない。例えば、不純物含有量は同一であっても、不純物が均一に分布しているか、局所的に偏在しているかによってその炭化ケイ素接合体に対する汚染性の評価は異なる場合もある。尚、以上に具体的に例示した材料、および例示した焼結方法を用いれば、不純物含有量１ｐｐｍ以下の炭化ケイ素焼結体が得られる。また、炭化ケイ素焼結体の不純物元素含有量を減少させるには、用いる原料（例えば、炭化ケイ素粉末と非金属系焼結助剤）、および不活性ガスに含まれる不純物元素含有量を１ｐｐｍ以下にしたり、焼結時間、温度等、焼結の諸条件を調整して不純物を除去する方法等が挙げられる。尚、ここでいう不純物元素とは、前述と同様であり、１９８９年ＩＵＰＡＣ無機化学命名法改訂版の周期律表における、原子番号３以上（但し、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、を除く。）の元素をいう。【００４０】  本実施形態に用いる炭化ケイ素焼結体の、その他の物性値は、室温における曲げ強度２００〜８００ｋｇｆ／ｍｍ２、ヤング率２５０ＧＰａ〜５００ＧＰａ、ビッカース硬度２０００〜３５００ｋｇｆ／ｍｍ２、ポアソン比０．１４〜０．２１、熱膨張係数３．８×１０−６〜４．５×１０−６ｌ／℃、体積固有抵抗０．１Ω・ｃｍ以下であると、得られる炭化ケイ素接合体の諸特性が良好となるので好ましい。尚、本実施形態の炭化ケイ素焼結体として、特願平９−０４１０４８号明細書に記載の炭化ケイ素焼結体を好適に使用することができる。【００４１】  また、炭化ケイ素焼結体の接合する面は、密着性の観点から滑らかであると好ましく、具体的には、接合する面の表面粗度（Ｒａ）は０．５μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以下がより好ましい。炭化ケイ素焼結体の表面粗度（Ｒａ）は、２００番から８００番の砥石による研削加工またはバフ加工等を施すことによって、前述の範囲に調整することができる。
次に、接合材として用いるシリコン金属について説明する。本実施形態に用いるシリコン金属は、純度９８％以上のものを用いるのが好ましく、より好ましくは純度９９％以上、特に好ましくは純度９９．９％である。純度の低いシリコン金属を用いると、炭化ケイ素接合体中に不純物元素による共有化合物が生成し、耐火度を低下させることになる。特に、ウエハ治具等、半導体プロセス関連に用いる場合は、純度９９．９９９％以上のものを用いるのが好ましい。用いるシリコン金属が粉体である場合は、粉体は１００メッシュ以上のものが好ましい。シリコン金属の大きさが１００メッシュ未満であると、接合する面がずれやすくなり、寸法精度が得られなくなる。上限値については特に制約はないが、実際に入手できるものは３５０メッシュ以下のものである。
接合に用いるシリコン金属量は、得られる炭化ケイ素接合体の接合強度等に影響する。本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、以下の式（１）に従って算出される量のシリコン金属を用いると、得られる炭化ケイ素接合体の接合強度が良好となるとともに、シリコン金属の残存による接合強度の低下や、汚染は生じないことを見出した。式（１）ｋ×｛炭化ケイ素接合体の接合面表面積（ｃｍ２）｝×｛炭化ケイ素焼結体の遊離炭素量（％）｝（ｇ）式中、炭化ケイ素接合体の接合面表面積は、接合面の投影面でみた表面積を示すものである。例えば、２個の同一の面を有する焼結体を接合する場合は、一方の炭化ケイ素焼結体の面の投影面でみた表面積を示す。また、３個以上の炭化ケイ素焼結体を接合する場合は、炭化ケイ素焼結体のすべての接合する面の投影面でみた表面積を合計し、その１／２の面積を示すものである。式中、ｋは０．０８〜０．１２であり、実験的に求められた係数である。そのディメンジョンはｇ／ｃｍ２になる。【００４２】  シリコン金属は、接合される２以上の炭化ケイ素焼結体の面の間に挟持される。例えば、一方の炭化ケイ素焼結体の面にシリコン金属粉末を散布し、次にシリコン金属が散布された面上に他方の炭化ケイ素焼結体の接合する面を重ねたり、予め２以上の炭化ケイ素焼結体を所定の空間が得られるように近接して配置し（接合面同士が対向するように配置し）、その空間に金属シリコン粉末を充填すればよい。この際、特別に加圧する必要はなく、例えば、炭化ケイ素焼結体を重ねた状態で接合する場合は、炭化ケイ素焼結体の自重が負荷されているのみでも面がずれなければよい。面がずれないように、固定具で固定したり、加圧してもよい。シリコン金属を炭化ケイ素焼結体の面上に散布する方法としては、例えば、ロート等を用いて炭化ケイ素焼結体の面がシリコン金属ですべて被覆されるように散布する方法がある。
次に、シリコン金属を挟持する炭化ケイ素焼結体は、高温加熱処理を施される。加熱処理は、非酸化性雰囲気で行うのが好ましく、真空中または窒素ガス以外の不活性ガス雰囲気中で行うのが好ましい。用いる不活性ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガスが好ましい。不活性ガスとして窒素ガスを用いると、高温でシリコン金属と反応し、窒化ケイ素が生成してしまい、接合面が熱膨張差により剥離または破壊してしまうことがある。一方、アルゴンガスおよびヘリウムガスは、高温においても非反応性であるので、そのような問題は生じず好ましい。尚、高純度の炭化ケイ素接合体を製造したい場合は、不活性ガスも高純度のものを用いるのが好ましい。【００４３】  加熱温度は、シリコン金属の融点以上であればよく、１４５０℃〜２２００℃が好ましい。１４５０℃未満ではシリコン金属が融解せず、２２００℃ではシリコン金属が一部昇華する。原料としてβ型の炭化ケイ素を用いた場合は２０００℃、α型を用いた場合は１８００℃を上限とするのが好ましい。特に１６００℃程度で接合すると、効率的に高強度な接合体を製造できるので好ましい。また、昇温を穏やかに行うと、シリコン金属と炭化ケイ素焼結体中の遊離炭素との反応が十分に進行するので好ましい。具体的には、５℃／分〜１５℃／分で昇温するのが好ましく、特に１０℃／分程度で行うのが好ましい。【００４４】（モニターウェハの製造工程）
第１の実施形態にかかるモニターウェハ１０は以下の工程により製造される。
（イ）図３（ａ）に示すモニターウェハ本体２を、上記ホットプレス法に従って製造する。
（ロ）次に、図３（ｂ）に示すようにモニターウェハ本体２のモニター部に研磨法を用いて断面凹状のポケット２４、２８、２９、２６、２２を形成する。
（ハ）続いて、図３（ｃ）に示すように試験片３４、３８、３９、３６、３２をポケット２４、２８、２９、２６、２２に埋め込む。以上により第１の実施形態にかかるモニターウェハ１０が製造される。【００４５】  また第２の実施形態にかかるモニターウェハ６０は以下の工程により製造される。
（イ）図４（ａ）に示すモニターウェハ６０を構成するベースウェハ３とリングプレート５を、上記ホットプレス法に従って製造する。【００４６】（ロ）次に、ベースウェハ３のウェハ載置面を平面になるように研磨する。【００４７】（ハ）続いて、ベースウェハ３に取り付けた際にポケットを形成するように、リングプレート５に、放電加工法を用いて図４（ｂ）に示すように開孔（ポケット）５４、５８、５９、５６、５２を設ける。【００４８】（ニ）次に、ボルトを用いてベースウェハ３にリングプレート５を固着する。【００４９】（ホ）続いて、図４（ｄ）に示すように試験片４４、４８、４９、４６、４２をポケット５４、５８、５９、５６、５２に埋め込む。以上により第２の実施形態にかかるモニターウェハ６０が製造される。【００５０】  以上の製造方法により高純度、高密度、高靭性な炭化ケイ素焼結体（モニターウェハ）を得ることができる。上記ホットプレス法において、本実施形態の前述の加熱条件を満たしうるものであれば、特に製造装置等に制限はなく、公知の加熱炉内や反応装置を使用することができる。【００５１】  得られたモニターウェハ１０、６０は、残留ケイ素量が少なく、また炭化ケイ素粒子が均一に分散している構造を有する。本実施形態により得られるモニターウェハ１０、６０は、密度が２．９ｇ／ｃｍ３以上であり、平均粒径が２μｍ〜１０μｍの主として等方状のケイ素粒子が均一に分散している構造を有する。そのため、密度等のバラツキが小さい構造部材として使用できる。一般に、焼結体の密度が２．９ｇ／ｃｍ３未満であると、曲げ強度、破壊強度などの力学的特性や電気的な物性が低下し、さらに、パーティクルが増大して汚染性が悪化することが報告されていることからすると、本実施形態のモニターウェハは良好な力学的特性と電気的特性を有するものといえる。好ましい態様におけるモニターウェハ１０、６０の密度は、３．０ｇ／ｃｍ３以上である。【００５２】  本実施形態で得られるモニターウェハ１０、６０の不純物の総含有量は、１０ｐｐｍ未満、好ましくは５ｐｐｍ未満、より好ましくは３ｐｐｍ未満、さらに好ましくは１ｐｐｍ未満である。なお、液状のケイ素化合物と、非金属系焼結助剤と、重合又は架橋触媒と、を均質に混合して得られた固形物を非酸化性雰囲気下で加熱炭化した後、さらに、非酸化性雰囲気下で焼成する焼成工程とを含む製造方法によれば、モニターウェハ１０、６０に含まれるケイ素、炭素、酸素以外の不純物の総含有量を１ｐｐｍ未満にすることができる。本実施形態で得られるモニターウェハ１０、６０の窒素含有量は、１５０ｐｐｍ以上である。【００５３】  その他、本実施形態で得られるモニターウェハ１０、６０の好ましい物性について検討するに、例えば、室温における曲げ強度は４００ＭＰａ〜７００ＭＰａ、ビッカース硬度は１５００ｋｇｆ／ｍｍ２以上、ポアソン比は０．１４〜０．２１、熱膨張率は３．８×１０−６〜４．５×１０−６（℃−１）、熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・ｋ以上、比熱は０．６０〜０．７０Ｊ／ｇ・Ｋ、比抵抗は１×１０−１Ωｃｍ以下である。【００５４】  以上のようにして得られる本実施形態のモニターウェハ１０、６０は、好適には以下のような物性を有す��：
モニターウェハ１０、６０は、体積抵抗が１Ωｃｍ以下、さらに好ましい態様において０．５Ωｃｍ〜０．０５Ωｃｍである。モニターウェハ１０、６０は、モニターウェハ１０、６０のケイ素及び炭素以外の不可避的元素、即ち不純物元素の総含有量は５ｐｐｍ未満である。モニターウェハ１０、６０は、密度が２．９ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましい態様において３．００〜３．１５ｇ／ｃｍ３である。モニターウェハ１０、６０は、曲げ強度が４００ＭＰａ以上、さらに好ましい態様において５００ＭＰａから７００ＭＰａである。【００５５】  本実施形態の原料粉体である炭化ケイ素粉体及び原料粉体を製造するためのケイ素源と非金属系焼結助剤、さらに、非酸化性雰囲気とするために用いられる不活性ガス、それぞれの純度は、各不純物元素含有量１ｐｐｍ以下であることが好ましいが、加熱、焼結工程における純化の許容範囲内であれば必ずしもこれに限定するものではない。またベースプレートとリングプレートはホットプレス法に制限されることなく、例えば反応焼結法等を用いて製造しても構わない。【００５６】  本出願は、同出願人により先にされた日本国特許出願、すなわち、特願２００５−２３５８３号（出願日２００５年１月３１日）に基づく優先権主張を伴うものであって、この明細書を参照のためにここに組み込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【００５７】  本発明によれば、耐薬品性が良好で再利用可能なモニターウェハが提供される。
【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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【国際調査報告】
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