特許 6123150 シリコンウェーハ加工量の評価方法およびシリコンウェーハの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6123150

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】シリコンウェーハ加工量の評価方法およびシリコンウェーハの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20170424BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20170424BHJP

   H01L 21/306 20060101ALI20170424BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 P

   H01L21/304 622S

   H01L21/306 B

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-187832(P2011-187832)

(22)【出願日】2011年8月30日

(65)【公開番号】特開2013-51291(P2013-51291A)

(43)【公開日】2013年3月14日

【審査請求日】2014年7月15日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(72)【発明者】

【氏名】浅利 昌弘

【審査官】 ▲高▼須 甲斐

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／００１８３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１６４４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６５７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０３３５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３４４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３０２１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３３５３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６６８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１４３５４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコンウェーハに施す減厚加工処理における加工量を評価するに当たり、
シリコンウェーハの表裏面に、光学式厚み測定手段により厚み測定が可能なシリコン層を形成した評価用シリコンウェーハを作製し、
次いで該評価用シリコンウェーハのシリコン層の厚みを前記光学式厚み測定手段により測定した後、前記シリコン層に対して前記減厚加工処理を施し、
続いて該減厚加工処理後のシリコン層の厚みを前記光学式厚み測定手段により測定し、
前記シリコン層に対する加工処理前後の厚み測定結果に基づいて前記減厚加工処理における加工量を評価し、
前記シリコン層は、エピタキシャル層であり、
前記シリコン層の厚みの測定は、前記評価用シリコンウェーハの表面および裏面のそれぞれについて個別に行うことを特徴とするシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【請求項2】

前記加工処理は、研磨処理またはエッチング処理である、請求項１に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【請求項3】

前記加工処理は両面研磨処理である、請求項１または２のいずれかに記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【請求項4】

前記光学式厚み測定手段は、ＦＴＩＲ法もしくは分光エリプソメータ法である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【請求項5】

前記減厚加工処理前のシリコン層の厚みは、前記加工量よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【請求項6】

前記評価用シリコンウェーハのシリコンウェーハ中のドーパント濃度は、前記シリコン層中のドーパント濃度よりも高い、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【請求項7】

前記評価用シリコンウェーハのシリコンウェーハ中のドーパント濃度は１×１０^１８ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３以上の範囲に調整され、前記シリコン層中のドーパント濃度は１×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３以下の範囲に調整される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【請求項8】

請求項１〜７に記載のシリコンウェーハの加工量の評価方法により、前記評価用シリコンウェーハの表面および裏面のシリコン層の加工量を評価し、評価された表面および裏面の加工量に差異が存在する場合には、前記減厚加工処理の加工条件を調整して、前記差異が相殺される加工条件の下で、シリコンウェーハの表面に対して前記減厚加工処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコンウェーハ加工量の評価方法および評価用シリコンウェーハに関し、特に、シリコンウェーハの厚みを減じる加工処理における加工量を高精度に評価するシリコンウェーハ加工量の評価方法およびこの方法に供する評価用シリコンウェーハに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、シリコンウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）等により単結晶シリコンを育成し、該シリコン単結晶をブロックに切断した後、薄くスライスし、平面研削（ラッピング）工程、エッチング工程および鏡面研磨（ポリッシング）工程を経て最終洗浄することにより得られる。その後、各種品質検査を行って異常が確認されなければ製品として出荷される。

【0003】

近年、シリコンウェーハの大口径化および該シリコンウェーハ上に形成されるデバイスの微細化が進行しており、ウェーハ表面の高い平坦性に対する要求は益々厳しくなっている。そのため、直径が２００ｍｍを超える大径のシリコンウェーハに対しては、上記のポリッシング工程において、粗研磨処理として、研磨布を貼付した上下定盤間にウェーハを挟み込んで、ウェーハの表裏面に対して同時に研磨を行う両面研磨（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅｄ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，ＤＳＰ）処理を施すのが一般的であり、このようなウェーハ表面の高い平坦性を可能にする研磨処理技術の開発が進められている。

【0004】

こうした研磨処理技術の開発が進む中、研磨処理における研磨量を高精度に評価できる方法の確立も重要になってきている。特許文献１には、両面研磨処理における研磨量を評価するために、シリコンウェーハの表裏面にエッチング処理により凹部を形成して評価用ウェーハを作製し、両面研磨処理前後の凹部の深さ変化から両面研磨処理における研磨量を評価する技術について提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２６６８９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の技術では、エッチング処理により同じ深さを有する凹部をシリコンウェーハ表面内に均一に形成することは難しく、その結果、研磨量の測定結果のばらつきが大きくなる。
また、一般的に、静電容量方式の平坦度測定器（ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）などにより、研磨処理後のウェーハ厚み測定が行われているが、研磨量を１μｍ以下の精度で正確に評価することは困難である。
さらに、評価用ウェーハの表面には実際の製品ウェーハには存在しない凹部が形成されるため、両面研磨処理を施す際に評価用ウェーハ表面に負荷される研磨圧力は製品ウェーハのものと異なることから、評価用ウェーハを用いて得られたウェーハ研磨量の評価結果は実際の製品のそれとは相違するため、ウェーハ製造工程の両面研磨処理に反映させることができないことも問題となる。

【0007】

そこで、本発明の目的は、ウェーハの厚みを減じる加工処理（以下、「減厚加工処理」と称する）における加工量を高精度に評価できるシリコンウェーハ加工量の評価方法およびこの方法に供する評価用シリコンウェーハを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

発明者らは、上記課題を解決する方途について鋭意検討した結果、測定対象の厚みを高精度に測定可能な光学式厚み測定手段を利用し、該光学式厚み測定手段により厚み測定が可能なシリコン層がシリコンウェーハ上に形成された評価用シリコンウェーハを作製し、該評価用シリコンウェーハのシリコン層に対して施された減厚加工処理前後の厚みを上記光学式厚み測定手段により測定し、該厚み測定結果に基づくことによって、減厚加工処理における加工量を高精度に評価することが可能であることを見出し、本発明を完成させるに到った。

【0009】

即ち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）シリコンウェーハに施す減厚加工処理における加工量を評価するに当たり、シリコンウェーハの表裏面に、光学式厚み測定手段により厚み測定が可能なシリコン層を形成した評価用シリコンウェーハを作製し、次いで該評価用シリコンウェーハのシリコン層の厚みを前記光学式厚み測定手段により測定した後、前記シリコン層に対して前記減厚加工処理を施し、続いて該減厚加工処理後のシリコン層の厚みを前記光学式厚み測定手段により測定し、前記シリコン層に対する加工処理前後の厚み測定結果に基づいて前記減厚加工処理における加工量を評価し、前記シリコン層は、エピタキシャル層であり、前記シリコン層の厚みの測定は、前記評価用シリコンウェーハの表面および裏面のそれぞれについて個別に行うことを特徴とするシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【0011】

（２）前記加工処理は、研磨処理またはエッチング処理である、前記（１）に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【0012】

（３）前記加工処理は両面研磨処理である、前記（１）または（２）のいずれかに記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【0013】

（４）前記光学式厚み測定手段は、ＦＴＩＲ法もしくは分光エリプソメータ法である、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【0015】

（５）前記減厚加工処理前のシリコン層の厚みは、前記加工量よりも大きい、前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【0016】

（６）前記評価用シリコンウェーハのシリコンウェーハ中のドーパント濃度は、前記シリコン層中のドーパント濃度よりも高い、前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【0017】

（７）前記評価用シリコンウェーハのシリコンウェーハ中のドーパント濃度は１×１０^１８ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３以上の範囲に調整され、前記シリコン層中のドーパント濃度は１×１０^１７ａｔｏｍｓ/ｃｍ^３以下の範囲に調整される、前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハ加工量の評価方法。

【0023】

（８）上記（１）〜（７）に記載のシリコンウェーハの加工量の評価方法により、前記評価用シリコンウェーハの表面および裏面のシリコン層の加工量を評価し、評価された表面および裏面の加工量に差異が存在する場合には、前記減厚加工処理の加工条件を調整して、前記差異が相殺される加工条件の下で、シリコンウェーハの表面に対して前記減厚加工処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、評価用シリコンウェーハにおける、加工前後のシリコン層の厚みを高精度に求めることができるため、減厚加工処理前後のシリコン層の厚み測定結果に基づいて、減厚加工処理における加工量を高精度に求めることができる。
また、評価用シリコンウェーハは、実際の製品ウェーハの表層に類似のシリコン層を有しているため、減厚加工処理において評価用シリコンウェーハの表面が置かれる環境が実際の製品ウェーハの場合とほぼ同じになる。これにより、各減厚加工処理種に対応する加工量評価を正確かつ簡便に行うことができ、評価用シリコンウェーハを用いて得られたウェーハ加工量の評価結果を実際のウェーハ製造工程の減厚加工処理工程に反映させることができる。
更に、シリコンウェーハの表裏面にシリコン層を有する評価用シリコンウェーハを作製して用いることにより、両面研磨処理における研磨量の評価を表面と裏面のそれぞれについて個別に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明による評価用シリコンウェーハを示す図である。

【図2】ＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法の厚み測定原理を説明する図である。

【図3】本発明によるシリコンウェーハ加工量の評価方法のフローチャートである。

【図4】両面研磨装置の一例を示す図である。

【図5】片面研磨処理前後のエピタキシャル層の（ａ）厚み、および（ｂ）研磨量を示す図である。

【図6】両面研磨処理前後の（ａ）表面のエピタキシャル層の厚み、（ｂ）裏面のエピタキシャル層の厚み、（ｃ）表面における研磨量、および（ｄ）裏面における研磨量を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

（評価用シリコンウェーハ）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明のシリコンウェーハ加工量の評価方法を説明するに当たり、まず、本発明の評価方法に用いる評価用シリコンウェーハから説明する。図１（ａ）は、本発明による評価用シリコンウェーハを示す図である。この評価用シリコンウェーハ１は、シリコンウェーハに施す減厚加工処理における加工量を評価するためのものであって、シリコンウェーハ１１の表面上に、上記加工量よりも大きな厚みを有し、光学式厚み測定手段により厚み測定が可能なシリコン層１２を有することが肝要である。

【0027】

本発明において、「減厚加工処理」とは、シリコンウェーハの製造工程おける両面研磨処理等の研磨処理、エッチング処理、洗浄等、ウェーハの厚みを機械的または化学的に減じる全ての処理を意味しており、「加工量」とは、これらの減厚加工処理による減厚代を意味している。
また、「光学式厚み測定手段」とは、シリコン表面に光を入射し、その反射光の情報に基づいて厚み測定可能な手段のことを意味し、具体的には、フーリエ変換型赤外分光（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＦＴＩＲ）法または分光エリプソメータ法などが挙げられる。

【0028】

図２は、ＦＴＩＲ法によるシリコン層１２の厚み測定の原理を示している。ＦＴＩＲ法では、評価用シリコンウェーハ１のシリコン層１２の表面Ｓ２に赤外線である入射光Ｌ１を照射し、シリコン層１２の表面Ｓ２にて反射する反射光Ｌ２と、シリコンウェーハ１１とシリコン層１２との界面（即ちシリコンウェーハ１１の表面）Ｓ１にて反射する反射光Ｌ３とを検出器（図示せず）に入射させ、反射光Ｌ２とＬ３との光路差を測定することによりシリコン層１２の厚みを得ることができる。

【0029】

一方、分光エリプソメータ法は、偏光状態が既知の入射光を測定対象膜の表面上に斜めから照射し、膜表面や膜内で反射・干渉した反射偏光の偏光状態を取得して偏光解析することにより測定対象膜の厚みを測定する手法である。半導体分野では、主に酸化膜、窒化膜、フォトレジスト膜などの薄膜の厚み測定に使用され、１μｍ以下の厚み測定に適している。このため、分光エリプソメータ法は、シリコン活性層の厚みが１μｍ以下のＳＯＩウェーハを評価用ウェーハとした場合の評価に適している。なお、活性層厚みが５μｍを超えると測定誤差を招く虞がある。

【0030】

これらの測定方法を用いることにより、光学的な原理に基づいて測定対象の厚みを非接触、非破壊で高精度に測定することができるため、前記測定対象を前記シリコン層１２とすることによって、このシリコン層１２に施す減厚加工処理における加工量を高精度に評価することが可能となる。

【0031】

ここで、評価用シリコンウェーハ１としては、エピタキシャルウェーハまたはＳＯＩウェーハを用い、エピタキシャルウェーハにおけるエピタキシャル層またはＳＯＩウェーハにおけるＳＯＩ層がシリコン層１２に対応する。ＦＴＩＲ法は数十μｍ程度の厚み測定が可能であるため、エピタキシャルウェーハを評価用シリコンウェーハとして使用する場合に適している。分光エリプソメータ法は測定対象厚みが５μｍを超えると測定誤差を招く虞があるため、ＳＯＩ層厚みが１μｍ以下のＳＯＩウェーハを評価用シリコンウェーハ１として使用する場合に適している。このように光学式厚み測定手段を適用することによって、エピタキシャル層またはＳＯＩ層の厚みを正確に把握でき、シリコン層１２に施す減厚加工処理における加工量が正確に測定される。

【0032】

更に、図１（ａ）に示した評価用シリコンウェーハ１は、表面のみにシリコン層１２を有しているが、図１（ｂ）に示すように、シリコン層１２がシリコンウェーハ１１の表裏面に形成された評価用シリコンウェーハ２とすることもできる。この評価用シリコンウェーハ２を用いることにより、上述した両面研磨処理における研磨量の評価を、表面と裏面のそれぞれについて個別に行うことができる。この評価用シリコン２として、シリコンウェーハの表裏面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハや、ＳＩＭＯＸ法によりシリコンウェーハの表裏面にＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウェーハを用いることができる。

【0033】

なお、エピタキシャルウェーハを評価用シリコンウェーハ２として使用する場合、シリコンウェーハ１１とシリコン層１２の抵抗率の差が小さいと、ＦＴＩＲ法によりエピタキシャル層であるシリコン層１２の厚み測定が困難となるため、シリコンウェーハ１１のドーパント濃度をシリコン層１２よりも高くすることが有効となる。以下、評価用シリコンウェーハ１（および２）の各構成について説明する。

【0034】

シリコンウェーハ１１は、評価用シリコンウェーハ１（または２）の基板として用いられ、例えばＣＺ法等によって育成されたシリコン単結晶をスライスして、ラッピング工程、エッチング工程およびポリッシング工程を経て最終洗浄したポリッシュドウェーハとすることができる。このシリコンウェーハ１１は、シリコン層１２が形成される表面が少なくとも研磨されていることが好ましく、両面研磨処理における表裏面の研磨量を評価したい場合には、ウェーハの表裏面に対して鏡面研磨処理が施されたポリッシュドウェーハを用いることができる。

【0035】

シリコン層１２は、シリコンウェーハ１１の表面上に形成されており、減厚加工処理において加工処理が施される層である。このシリコン層１２としては、ポリッシュドウェーハ上に形成されたエピタキシャル層または貼り合わせ法やＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）法により形成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハにおけるＳＯＩ層が適合する。

【0036】

上述のように、シリコン層１２の厚みを測定可能とするために、シリコン層１２の表面に入射された光の一部がシリコン層１２の表面で反射させ、残りの入射光を、シリコン層１２を透過させてシリコンウェーハ１１とシリコン層１２との界面にて入射光Ｌ１を反射させる必要があり、この要件を満足させるために、シリコンウェーハ１１およびシリコン層１２にドーパントを添加し、シリコンウェーハ１１のドーパント濃度をシリコン層１２よりも高めることが有効である。
そこで、シリコンウェーハ１１およびシリコン層１２にドーパントを添加することができる。このドーパントの種類は特に限定されず、ホウ素やリン、ヒ素、アンチモン等を用いることができる。

【0037】

ここで、シリコンウェーハ１１のドーパント濃度は、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の範囲に調整されていることが好ましい。これにより、シリコン層１２を透過する光が、シリコンウェーハ１１とシリコン層１２との界面Ｓ１にて効果的に反射させることができる。より好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。

【0038】

一方、シリコン層１２のドーパント濃度は、シリコンウェーハ１１よりも低いことが必要であり、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲に調整されていることが好ましい。これにより、入射光Ｌ１の一部をシリコン層１２中に透過させつつ、シリコン層１２の表面Ｓ２にて、入射光Ｌ１の残りを効果的に反射させることができる。より好ましくは１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。

【0039】

また、減厚加工処理における加工量の評価は、減厚加工処理前後のシリコン層１２の厚み測定結果に基づいて行うため、シリコン層１２の厚みは、減厚加工処理における加工量よりも大きいことが必要である。実際の減厚加工処理における加工量は、０．５μｍ以上２０μｍ以下程度であるため、シリコン層１２の厚みは０．５μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。

【0040】

更に、評価用シリコンウェーハを製品のシリコンウェーハとして再生することを考えた場合に、評価用ウェーハ１または２上に形成されたシリコン層１２を除去するのみで、基板として用いたシリコンウェーハ１１をポリッシュドウェーハの材料として再生し、減厚加工処理後のシリコンウェーハ１１に対して、エッチング処理およびポリッシング処理を施すことによりポリッシュドウェーハを得ることができる。

【0041】

以上の評価用シリコンウェーハを用いて、該評価用シリコンウェーハのシリコン層に対して減厚加工処理を施し、加工前後のシリコン層の厚みを光学的厚み手段により高精度に測定することができるため、減厚加工処理前後のシリコン層の厚み測定結果に基づいて、減厚加工処理における加工量を高精度に評価することができる。
また、評価用シリコンウェーハは、実際の製品ウェーハの表層に類似のシリコン層を有しているため、減厚加工処理に評価用シリコンウェーハの表面が置かれる環境が実際の製品ウェーハの場合とほぼ同じになる。これにより、各減厚加工処理種に対応する加工量評価を正確かつ簡便に行うことができ、評価用シリコンウェーハを用いて得られたウェーハ加工量の評価結果を実際のウェーハ製造工程の減厚加工処理工程に反映させることができる。
更に、シリコンウェーハの表裏面にシリコン層を有する評価用シリコンウェーハを作製して用いることにより、両面研磨処理における研磨量の評価を表面と裏面のそれぞれについて個別に行うことができる。

【0042】

（シリコンウェーハ加工量の評価方法）
次に、本発明によるシリコンウェーハ加工量の評価方法について説明する。図３は、本発明によるシリコンウェーハ加工量の評価方法のフローチャートである。本発明によるシリコンウェーハ加工量の評価方法は、シリコンウェーハ１１の表面上に、光学式厚み測定手段により厚み測定が可能なシリコン層１２を形成した評価用シリコンウェーハ１を作製し（ステップＳ１）、次いで評価用シリコンウェーハ１のシリコン層１２の厚みを光学式厚み測定手段により測定した後（ステップＳ２）、シリコン層１２に対して減厚加工処理を施し（ステップＳ３）、続いて減厚加工処理後のシリコン層１２の厚みを光学式厚み測定手段により測定し（ステップＳ４）、シリコン層１２に対する加工処理前後の厚み測定結果に基づいて減厚加工処理における加工量を評価する（ステップＳ５）。以下、上記工程の各々について説明する。

【0043】

まず、ステップＳ１において、評価用シリコンウェーハ１（または２）を作製する。上述のように、評価用シリコンウェーハ１は、シリコンウェーハ１１上に、光学的厚み測定手段により厚み測定が可能なシリコン層１２を有する。この評価用シリコンウェーハ１として、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハや、シリコンウェーハ上に絶縁酸化膜とＳＯＩ層が順次設けられたＳＯＩウェーハとすることができる。以下にエピタキシャルウェーハおよびＳＯＩウェーハの製造方法について簡単に説明する。

【0044】

ここで、評価用シリコンウェーハ１としてエピタキシャルウェーハを用いる場合には、例えば枚様式のエピタキシャル成長炉にシリコンウェーハ１１を導入し、該シリコンウェーハ１１を１２００℃程度に加熱し、シリコンソースガスとしてトリクロロシラン、ドーパントガスとしてジボランをキャリアガスとしての水素ガスとともにシリコンウェーハ１１上に所定の時間供給する。これにより、シリコンウェーハ１１上にエピタキシャル層が形成され、エピタキシャルウェーハを得ることができる。こうして得られたエピタキシャルウェーハを評価用シリコンウェーハ１とする。

【0045】

ドーパントの種類は特に限定されず、ホウ素やリン、ヒ素、アンチモン等を用いることができ、ドーパントガスとしては、これらの原子を含む、例えばジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）やフォスフィン（ＰＨ_３）等を用いることができる。

【0046】

ここで、ＦＴＩＲ法または分光エリプソメータ法によるエピタキシャル層の厚み測定を可能とするために、ドーパントガスの濃度および流量を調整してエピタキシャル層のドーパント濃度をシリコンウェーハ１１よりも小さく必要があり、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上に調整することが好ましい。これにより、シリコン層１２を透過する光が、シリコンウェーハ１１とシリコン層１２との界面Ｓ１にて確実に反射することになる。より好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。

【0047】

また、エピタキシャル層のドーパント濃度は、好ましくは１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。これにより、入射光Ｌ１の一部をシリコン層１２中に透過させつつ、シリコン層１２の表面Ｓ２にて、入射光Ｌ１の残りを確実に反射することになる。

【0048】

更に、実際のウェーハ製造工程における減厚加工処理における加工量は０．５μｍ以上２０μｍ以下程度であるため、成長させるエピタキシャル層の膜厚は、０．５μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。

【0049】

更にまた、両面研磨処理における研磨量を評価する場合には、シリコンウェーハ１１の表面にエピタキシャル層を形成した後、ウェーハ１１を上下に反転させ、ウェーハ１１の裏面上にもエピタキシャル層を形成して評価用シリコンウェーハ２を得ることができる。

【0050】

こうして、評価用シリコンウェーハとしてのエピタキシャルウェーハを作製することができる。

【0051】

一方、評価用シリコンウェーハとしてＳＯＩウェーハを用いることもできる。このＳＯＩウェーハを製造する方法としては、貼り合わせ法とＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）法とが存在する。貼り合わせ法は、表面酸化されたシリコン支持基板と、デバイスを製造する活性基板を貼り合わせて１２００℃程度の高温にて熱処理を施し、支持基板の酸化膜と活性基板のシリコンを結合させることによりＳＯＩウェーハが得られる。

【0052】

一方、ＳＩＭＯＸ法は、イオン注入機により酸素イオンをシリコンウェーハ１１の所定の深さに注入した後、高温熱処理により酸化物層を形成するとともに該酸化物層上に形成されたＳＯＩ層の結晶性を回復させることによりＳＯＩウェーハが得られる。
こうして、評価用シリコンウェーハとしてのＳＯＩウェーハを作製することができる。

【0053】

また、上述のような意図的に作製した評価用シリコンウェーハを用いる代わりに、製品ウェーハとして製造され、規格外品となったエピタキシャルウェーハ、ＳＯＩウェーハを評価用シリコンウェーハとして用いることもできる。

【0054】

次に、ステップＳ２において、シリコン層１２の減厚加工処理前の厚みＴ_ｉを光学的厚み測定手段により測定する。本発明においては、光学的厚み測定手段としては、ＦＴＩＲ法または分光エリプソメータ法を用いる。上述の原理に従うこれらの測定方法を用いることにより、評価用シリコンウェーハ１のシリコン層１２の厚みを高精度に測定することができる。シリコン層１２の厚み測定は、評価用シリコンウェーハ１または２の所定の位置で行うが、厚み測定をウェーハ面内の全体に亘って行うことにより、シリコン層１２の厚みおよび加工量のウェーハ面内のプロファイルを得ることができる。

【0055】

続いて、ステップＳ３において、シリコン層１２に対して減厚加工処理を施す。ここで、減厚加工処理は、実際のウェーハ製造工程おける両面研磨処理等の研磨処理、エッチング処理、洗浄等、ウェーハの厚みを減じる全ての処理を意味している。以下に研磨処理の一例として両面研磨処理およびエッチング処理を行う場合について説明する。

【0056】

図４は、両面研磨処理装置１００の一例を示す図である。まず、キャリア２６の小穴２５に嵌め込んだ評価用シリコンウェーハ２を、上研磨布２３を固定した上定盤２１と、下研磨布２４を固定した下定盤２２とで挟み込み、上定盤２１および下定盤２２を互いに逆向きの方向に回転させ、中心ギア２７を用いてキャリア２６を矢印の方向に回転させる。こうして、評価用シリコンウェーハ２の両面を同時に研磨することができる。両面研磨を行う際には、研磨量の設定を行い、該研磨量が達成されるように、研磨圧力、研磨時間、定盤の回転速度、キャリアプレートの形状等を調整する。

【0057】

また、評価用シリコンウェーハ２は、ラッピング工程後に加工歪除去を目的に実施するエッチング量の評価や、仕上げ研磨後にパーティクル除去を目的に行う洗浄によるエッチング量の評価などに適用することができる。

【0058】

エッチング処理には、酸エッチングまたはアルカリエッチングが存在し、目的に応じて適切に選択すればよい。酸エッチングは、シリコンウェーハに対して選択エッチング性がなく、表面粗さが小さいためミクロな形状精度が向上し、かつエッチング能率の高い利点がある。この酸エッチングのエッチング液には、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）の混酸を水（Ｈ_２Ｏ）或いは酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ）で希釈した３成分素によるエッチング液が主として用いられている。

【0059】

一方、アルカリエッチングは、平坦度に優れマクロな形状精度が向上し、かつ金属汚染が少なく、酸エッチングにおけるＮＯ_ｘのような有害副産物の問題や取扱い上の危険性もない利点がある。このアルカリエッチングのエッチング液には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液を用いる。

【0060】

これらのエッチング処理を行う際には、エッチング量の設定を行い、該エッチング量が達成されるように、エッチング液の選択、エッチング液の濃度、処理時間等を調整する。

【0061】

続いて、減厚加工処理後のシリコン層１２の厚みＴ_ｆを光学的厚み測定手段により測定する。この測定は、ステップＳ２にて厚みを測定した同一の位置にて行い、ステップＳ２においてウェーハ面内の複数の位置にて測定した場合には各々の位置にて測定する。

【0062】

最後に、減厚加工処理前後のシリコン層１２の厚み測定結果に基づいて、減厚加工処理における加工量を評価する。上述のステップＳ２およびＳ４において、減厚加工処理前後のシリコン層１２の厚みＴ_ｉおよびＴ_ｆが測定されているため、それらの差Ｔ_ｆ−Ｔ_ｉを求めることにより測定位置での加工量を評価することができる。ここで、ステップＳ２およびＳ４における厚み測定をウェーハ面内全域に亘って行っている場合には、加工量のウェーハ面内プロファイルを得ることができる。

【0063】

また、評価用シリコンウェーハ１（または２）は、実際の製品ウェーハの表層に類似のシリコン層１２を有しているため、減厚加工処理に評価用シリコンウェーハ１（または２）の表面が置かれる環境が実際の製品ウェーハの場合とほぼ同じになる。これにより、各減厚加工処理種に対応する加工量評価を正確かつ簡便に行うことができ、評価用シリコンウェーハ１（または２）を用いて得られたウェーハ加工量の評価結果を実際のウェーハ製造工程の減厚加工処理工程に反映させることができる。

【0064】

更に、こうして得られた加工量の評価を、ステップＳ３におけるシリコン層１２に対する減厚加工処理の処理条件にフィードバックすることにより、加工精度の向上を図ることができる。例えば、ステップＳ３において両面研磨処理を行い、設定された研磨量と、ステップＳ５において評価された研磨量とに差異が存在する場合には、両面研磨処理の研磨条件を調整して差異を相殺することができる。具体的には、ウェーハ面内において一律に厚みの調整を行う場合には、研磨圧力、研磨時間を調整し、ウェーハ面内の研磨量をウェーハ中心部や周縁部など部分的に調整したい場合には、定盤の回転速度の調整やキャリアプレートの形状を変更すればよい。

【0065】

このように、評価用シリコンウェーハのシリコン層に対して減厚加工処理を施し、加工前後のシリコン層の厚みを光学的厚み手段により高精度に測定することができるため、減厚加工処理前後のシリコン層の厚み測定結果に基づいて、減厚加工処理における加工量を高精度に評価することができる。

【実施例】

【0066】

（発明例１）
以下、本発明の実施例について説明する。
１０バッチの片面研磨処理を行った片面研磨装置に対して、ウェーハ加工量の評価を行った。まず、評価用シリコンウェーハ１としてエピタキシャルウェーハを用い、加工処理として片面研磨処理を採用し、図２に示したステップＳ１〜Ｓ５に従って、シリコンウェーハの研磨量を評価した。まず、エピタキシャルウェーハの基材ウェーハとして、直径３００ｍｍ、ドーパントとしてホウ素を１．３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３含む、表裏面が鏡面研磨されたシリコンウェーハ１１を用意した。このシリコンウェーハ１１を枚葉式のエピタキシャル成長炉に導入し、ドーパントとしてホウ素を１．００８×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３含む、シリコン層１２としてのシリコンエピタキシャル層をシリコンウェーハ１１上に形成し、図１（ａ）に示した評価用シリコンウェーハ１を作製した（ステップＳ１）。次いで、この評価用シリコンウェーハ１のエピタキシャル層の厚みを、ＦＴＩＲ法により測定した。この測定は、ウェーハ周縁部の１点から周縁部の他の１点まで、ウェーハ径方向に沿った２１点にて行った（ステップＳ２）。続いて、評価用シリコンウェーハ１を片面研磨装置に導入し、評価用シリコンウェーハ１のエピタキシャル層に対して、仕上げ研磨としての片面研磨処理を施した（ステップＳ３）。即ち、ウェーハ裏面側を研磨ヘッド（上定盤）下面に貼り付け支持し、次いで研磨ヘッド及び下定盤を互いに反対方向に回転させ、下定盤に貼付したスウェード製の研磨布にウェーハ表面側を押し当て、ウェーハ中心における研磨取り代量が０．２μｍとなるように研磨時間を調整して研磨した。その際、研磨布には研磨液を供給し、研磨液としては、砥粒として微粒コロイダルシリカを含むＫＯＨを主剤とするアルカリ水溶液を用いた。その後、片面研磨処理後のエピタキシャル層の厚みをＦＴＩＲ法により測定した（ステップＳ４）。その際、厚みの測定は、ウェーハ周縁部の１点から周縁部の他の１点まで、ウェーハ径方向に沿った２１点にて行った。片面研磨処理前後のウェーハ面内におけるエピタキシャル層の厚みを図５（ａ）に示す。最後に、片面研磨処理前後のエピタキシャル層の厚みの変化から、ウェーハ面内における研磨量を求めた。得られた研磨量を図５（ｂ）に示す。

【0067】

図５（ａ）から、片面研磨処理前においてはエピタキシャル層の厚みは２．９５μｍ程度であるのに対して、片面研磨処理後には２．７μｍ程度に厚みが低減されていることが分かる。片面研磨処理前後のエピタキシャル層の厚みから得られる研磨量を見ると、図５（ｂ）に示すように、片面研磨処理における研磨量は、ウェーハの中心部に比べて周縁部にて大きいことが分かる。この結果から、当該片面研磨装置を使用して製品ウェーハを製造するために片面研磨処理を行う際は、ウェーハ周縁部の研磨量を低減するように、研磨条件（圧力、定盤回転速度など）を調整すればよいことが分かる。

【0068】

（発明例２）
１０バッチの片面研磨処理を行った両面研磨装置に対して、ウェーハ加工量の評価を行った。評価用シリコンウェーハ２として、表裏面にエピタキシャル膜を形成した以外は、発明例１と同条件のエピタキシャルウェーハを用い、加工処理として両面研磨処理を採用し、発明例１と同様に、図２に示したステップＳ１〜Ｓ５に従って、シリコンウェーハ研磨量の評価を行った。ここで、ステップＳ２およびＳ４におけるエピタキシャル層の厚み測定およびステップＳ５における研磨量の評価は、ウェーハ２の表裏面について行った。また、ステップＳ２において、ウェーハ周縁部の１点から周縁部の他の１点まで、ウェーハ径方向に沿った１１点にて行った。更に、ステップＳ３における両面研磨処理は、サンギア方式の両面研磨装置を用いて、以下のように行った。即ちまず、キャリアプレート内に、評価用シリコンウェーハ２を装填し、ポリウレタン製の研磨布を貼付した上下定盤間にウェーハを挟み込んで上下定盤を互いに反対方向に回転させ、ウェーハ中心における研磨取り代量が０．２μｍとなるように研磨時間を調整してウェーハ２の表裏面を同時に研磨した。ここで、研磨布には研磨液を供給し、研磨液としては、砥粒として微粒コロイダルシリカを含むＫＯＨを主剤とするアルカリ水溶液を用いた。それ以外の処理は発明例１と全て同一である。両面研磨処理前後のエピタキシャル層の厚みを図６（ａ）および（ｂ）に示す。ここで、（ａ）は表面側の結果であり、（ｂ）は裏面側の結果である。また、両面研磨処理における研磨量を図６（ｃ）および（ｄ）に示す。ここで、ここで、（ｃ）は表面側の結果であり、（ｄ）は裏面側の結果である。

【0069】

図６（ａ）および（ｂ）から、表面の研磨量は０．２５〜０．３０μｍ程度であり、設定値に近い研磨量が達成されているが、裏面の研磨量は０．０４〜０．１０程度と設定値よりもかなり小さく、表面と裏面とで研磨量が大きく相違していることが分かる。また、図６（ｃ）および（ｄ）から、表面および裏面の双方において、ウェーハの中心部に比べて周縁部の研磨量が大きいことが分かる。この結果から、ウェーハの表面および裏面の研磨量を等しくするように、表面の研磨量を低減するか、あるいは裏面の研磨量を増加させればよく、具体的には研磨圧力および研磨時間などを調整することが有効となる。また、表裏両面について、周縁部の研磨量が大きいため、定盤の回転速度とキャリアプレートの調整が有効である。
このように、シリコンウェーハの表裏面にエピタキシャル層を有する評価用シリコンウェーハを用いることにより、両面研磨処理における研磨量を表面および裏面のそれぞれについて個別に評価できることが分かる。

【符号の説明】

【0070】

１，２ 評価用シリコンウェーハ
１１ シリコンウェーハ
１２ シリコン層
２１ 上定盤
２２ 下定盤
２３ 上研磨布
２４ 下研磨布
２５ 小穴
２６ キャリア
２７ 中心ギア
１００ 両面研磨装置
Ｓ１ シリコンウェーハの表面
Ｓ２ シリコン層の表面
Ｌ１ 入射光
Ｌ２，Ｌ３ 反射光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】