特開 2023-153296 加工変質層の評価方法及び半導体単結晶基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023153296

(43)【公開日】2023-10-17

(54)【発明の名称】加工変質層の評価方法及び半導体単結晶基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20231005BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 N

H01L21/304 611A

H01L21/304 631

H01L21/304 622P

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023135084

(22)【出願日】2023-08-22

(62)【分割の表示】P 2022576652の分割

【原出願日】2022-01-14

(31)【優先権主張番号】P 2021006736

(32)【優先日】2021-01-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】503092180

【氏名又は名称】学校法人関西学院

(71)【出願人】

【識別番号】301032067

【氏名又は名称】株式会社山梨技術工房

(71)【出願人】

【識別番号】000241485

【氏名又は名称】豊田通商株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004163

【氏名又は名称】弁理士法人みなとみらい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金子 忠昭

(72)【発明者】

【氏名】名倉 義信

(72)【発明者】

【氏名】浅川 和宣

(72)【発明者】

【氏名】小島 清

(57)【要約】

【課題】半導体単結晶基板を破壊することなく加工変質層を評価することができる新規の技術を提供する。
【解決手段】半導体単結晶基板の表面からレーザー光を入射させ、前記半導体単結晶基板の内部で散乱した散乱光の強度に基づいて、前記半導体単結晶基板の加工変質層を評価する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体単結晶基板の表面からレーザー光を入射させ、前記半導体単結晶基板の内部で散乱した散乱光の強度に基づいて前記半導体単結晶基板の加工変質層を評価する、加工変質層の評価方法。

【請求項2】

前記半導体単結晶基板の内部にレーザー光を入射させて散乱した散乱光の強度を測定する測定工程と、
前記散乱光の強度に基づいて前記加工変質層を評価する評価工程と、を含む、請求項１に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項3】

前記評価工程は、前記半導体単結晶基板を任意の面積で区画した複数の任意エリアを設定するエリア設定工程と、
前記任意エリアごとに前記散乱光の強度の統計量を算出する統計量算出工程と、を有する、請求項２に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項4】

前記統計量算出工程は、前記任意エリア内の前記散乱光の強度を積算する積算工程と、
前記積算工程で得られた積算値を前記任意エリア内の取得データ数で割る除算工程と、を有する、請求項３に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項5】

前記評価工程は、前記加工変質層の良否を判別するための閾値を設定する閾値設定工程と、
前記統計量が前記閾値を超過した前記任意エリアをマッピングするマッピング工程と、を含む、請求項３又は請求項４に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項6】

前記測定工程は、前記半導体単結晶基板を回転させながら前記レーザー光を走査する工程である、請求項２～５の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項7】

前記測定工程は、弾性散乱を含む前記散乱光を測定する工程である、請求項２～６の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項8】

前記測定工程は、前記半導体単結晶基板の表面の法線に対して傾斜した入射角度で前記レーザー光を入射させる工程である、請求項２～７の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項9】

前記レーザー光は、前記半導体単結晶基板のバンドギャップよりも大きい光子エネルギーを有した波長である、請求項１～８の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項10】

前記半導体単結晶基板の表面を洗浄する洗浄工程を含む、請求項２～９の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項11】

前記半導体単結晶基板は、化合物半導体単結晶基板である、請求項１～１０の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。

【請求項12】

半導体単結晶基板の表面からレーザー光を入射させ前記半導体単結晶基板の内部で散乱した散乱光の強度を測定する測定工程と、
前記散乱光の強度に基づいて前記半導体単結晶基板の加工変質層を評価する評価工程と、を含む、半導体単結晶基板の製造方法。

【請求項13】

前記評価工程に次いで前記加工変質層を除去する加工変質層除去工程を行う、請求項１２に記載の半導体単結晶基板の製造方法。

【請求項14】

前記加工変質層除去工程は、化学機械研磨である、請求項１３に記載の半導体単結晶基板の製造方法。

【請求項15】

前記加工変質層除去工程は、エッチングである、請求項１３に記載の半導体単結晶基板の製造方法。

【請求項16】

前記半導体単結晶基板は、化合物半導体である、請求項１２～１５の何れか一項に記載の半導体単結晶基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工変質層の評価方法及び半導体単結晶基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

通常、半導体単結晶基板（いわゆるウエハ）は、半導体材料のインゴットをスライスし、表面を研削・研磨することにより形成される。この半導体単結晶基板の表面には、スライス時や研削・研磨時に導入された結晶の歪みや傷等を有する表面層（以下、加工変質層という。）が存在する。この加工変質層は、デバイスの製造工程においてデバイスの歩留まりを低下させる要因となるため、除去することが好ましい。

【0003】

従来、この加工変質層の有無や程度を評価する手法としては、破壊検査が一般的であった。例えば、極めて加工が難しい材料に分類される化合物半導体材料の炭化ケイ素（ＳｉＣ）においては、半導体単結晶基板を劈開した断面を透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）や走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）の電子線後方散乱回折（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ：ＥＢＳＤ）法を用いて観察することにより、加工変質層の評価が行われている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－０１７６２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したように、従来における加工変質層の評価は、半導体単結晶基板を劈開する破壊検査が主流であった。そのため、加工変質層を評価した半導体単結晶基板は、デバイスの製造工程に戻すことができないという問題があった。

【0006】

また、半導体単結晶基板の加工変質層の評価に、ラマン分光法を採用することが種々検討されている。一方で、ラマン分光法は、レイリー散乱等の弾性散乱に比して微弱なラマン散乱を測定する必要があるため、一枚の半導体単結晶基板の全面を評価するのに時間を要する。そのため、半導体単結晶基板の製造工程に導入した際に、スループットが低下してしまうという問題があった。

【0007】

上述した問題に鑑み、本発明の解決しようとする課題は、半導体単結晶基板を破壊することなく加工変質層を評価することができる新規の技術を提供することにある。
また、本発明の解決しようとする課題は、半導体単結晶基板を破壊することなく、加工変質層の分布を高速にマッピングすることができる新規の技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決する本発明は、半導体単結晶基板の表面からレーザー光を入射させ、前記半導体単結晶基板の内部で散乱した散乱光の強度に基づいて、前記半導体単結晶基板の加工変質層を評価する、加工変質層の評価方法である。

【0009】

本発明の好ましい形態では、前記半導体単結晶基板の内部にレーザー光を入射させて散乱した散乱光の強度を測定する測定工程と、前記散乱光の強度に基づいて前記加工変質層を評価する評価工程と、を含む。

【0010】

本発明の好ましい形態では、前記評価工程は、前記半導体単結晶基板を任意の面積で区画した複数の任意エリアを設定するエリア設定工程と、前記任意エリアごとに前記散乱光の強度の統計量を算出する統計量算出工程と、を有する。

【0011】

本発明の好ましい形態では、前記統計量算出工程は、前記任意エリア内の前記散乱光の強度を積算する積算工程と、前記積算工程で得られた積算値を前記任意エリア内の取得データ数で割る除算工程と、を有する。

【0012】

本発明の好ましい形態では、前記加工変質層の良否を判別するための閾値を設定する閾値設定工程と、前記統計量が前記閾値を超過した前記任意エリアをマッピングするマッピング工程と、を含む。

【0013】

本発明の好ましい形態では、前記測定工程は、前記半導体単結晶基板を回転させながら前記レーザー光を走査する工程である。

【0014】

本発明の好ましい形態では、前記測定工程は、弾性散乱を含む前記散乱光を測定する工程である。

【0015】

本発明の好ましい形態では、前記測定工程は、前記半導体単結晶基板の表面の法線に対して傾斜した入射角度で前記レーザー光を入射させる工程である。

【0016】

本発明の好ましい形態では、前記レーザー光は、前記半導体単結晶基板のバンドギャップよりも大きい光子エネルギーを有した波長である。

【0017】

本発明の好ましい形態では、前記半導体単結晶基板の表面を洗浄する洗浄工程を含む。

【0018】

本発明の好ましい形態では、前記半導体単結晶基板は、化合物半導体単結晶基板である。

【0019】

また、本発明は半導体装置の製造方法にも関する。すなわち、上述した課題を解決する本発明は、半導体単結晶基板の表面からレーザー光を入射させ前記半導体単結晶基板の内部で散乱した散乱光の強度を測定する測定工程と、前記散乱光の強度に基づいて前記半導体単結晶基板の加工変質層を評価する評価工程と、を含む、半導体単結晶基板の製造方法である。

【0020】

本発明の好ましい形態では、前記評価工程に次いで前記半導体単結晶基板の加工変質層を除去する加工変質層除去工程を行う。

【0021】

本発明の好ましい形態では、前記加工変質層除去工程は、化学機械研磨である。

【0022】

本発明の好ましい形態では、前記加工変質層除去工程は、エッチングである。

【0023】

本発明の好ましい形態では、前記半導体単結晶基板は、化合物半導体である。

【発明の効果】

【0024】

開示した技術によれば、半導体単結晶基板を破壊することなく加工変質層を評価することができる新規の技術を提供することができる。
また、開示した技術によれば、半導体単結晶基板を破壊することなく、加工変質層の分布を高速にマッピングすることができる新規の技術を提供することができる。

【0025】

他の課題、特徴および利点は、図面および特許請求の範囲と共に取り上げられる際に、以下に記載される発明を実施するための形態を読むことにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施の形態にかかる加工変質層の評価方法を説明する説明図である。

【図2】実施の形態にかかる評価方法で用いる評価装置のブロック図である。

【図3】実施の形態にかかる評価方法の測定工程の説明図である。

【図4】実施の形態にかかる評価方法の評価工程の説明図である。

【図5】実施例の評価結果を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる加工変質層の評価方法及び半導体単結晶基板の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本発明の技術的範囲は、添付図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更が可能である。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0028】

《加工変質層の評価方法》
図１は、実施の形態にかかる加工変質層の評価方法を説明する説明図である。
本発明にかかる加工変質層の評価方法は、加工変質層１０１で散乱した散乱光Ｌ４の強度に基づいて、その加工変質層１０１を評価することを特徴とする。具体的には、投光系１０から照射したレーザー光Ｌ１を半導体単結晶基板１００の表面から内部に入射させる。半導体単結晶基板１００の内部に入射した入射光Ｌ３が加工変質層１０１で散乱することにより散乱光Ｌ４が生じる。この散乱光Ｌ４を受光系２０で測定し、散乱光Ｌ４の強度に基づいて加工変質層１０１の評価を行う。

【0029】

半導体単結晶基板１００は、スライス工程、研磨工程、研削工程の少なくとも一つが含まれる工程で製造された半導体材料である。これらの工程を経て製造される半導体単結晶基板１００としては、シリコン（Ｓｉ）基板を例示できる。上述したスライス工程、研磨工程、研削工程においては、デバイスの製造において悪影響を与える加工変質層１０１が導入され得る。特に、加工が難しい材料に分類される化合物半導体材料は、加工変質層１０１がデバイスに悪影響を与えることが近年の研究により明らかになってきた。本発明は、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、Ｇａ_２Ｏ_３基板、サファイア基板等の化合物半導体材料基板の加工変質層１０１の評価に好適である。

【0030】

実施の形態にかかる加工変質層の評価方法は、半導体単結晶基板１００の表面を洗浄する洗浄工程Ｓ１０と、半導体単結晶基板１００の加工変質層１０１にレーザー光Ｌ１を入射させて散乱した散乱光Ｌ４の強度を測定する測定工程Ｓ２０と、この散乱光Ｌ４の強度から加工変質層１０１を評価する評価工程Ｓ３０と、を含み得る。
以下、本発明の実施の形態に沿って、各工程を詳細に説明する。

【0031】

〈洗浄工程Ｓ１０〉
洗浄工程Ｓ１０は、半導体単結晶基板１００の表面に付着した有機物汚染やパーティクル汚染、酸化物層、イオン汚染等により、レーザー光Ｌ１が半導体単結晶基板１００の表面で散乱する要因を排除する工程である。特に、半導体単結晶基板１００の表面にパーティクルが付着している場合は、加工変質層１０１で発生する散乱光Ｌ４よりも強い散乱が生じる。そのため、加工変質層１０１の測定を行う前には、パーティクル汚染等が除去されていることが望ましい。

【0032】

洗浄工程Ｓ１０の手法としては、半導体単結晶基板１００の表面に付着した有機物汚染やパーティクル汚染、酸化物層、イオン汚染の少なくとも何れか一つを除去可能な手法であれば採用することができる。例えば、一般的なＲＣＡ洗浄（ＮＨ_４ＯＨ，Ｈ_２Ｏ_２，Ｈ_２Ｏ）、酸洗浄（ＨＣｌ，ＨＦ）などの化学洗浄、バブルやブラシなどによる物理的洗浄を採用することができる。

【0033】

以上、実施の形態にかかる洗浄工程Ｓ１０について説明した。なお、本発明にかかる加工変質層の評価方法は、洗浄工程Ｓ１０を含まない形態も例示できる。すなわち、半導体単結晶基板１００の表面が十分に清浄な場合には、後述する測定工程Ｓ２０及び評価工程Ｓ３０を含めば良い。

【0034】

〈測定工程Ｓ２０〉
測定工程Ｓ２０は、図１に示すように、評価装置の投光系１０から照射され半導体単結晶基板１００の表面から入射した入射光Ｌ３を加工変質層１０１の内部で散乱させ、この散乱させた散乱光Ｌ４を受光系２０で測定する工程である。本実施の形態にかかる測定工程Ｓ２０は、半導体単結晶基板１００の表面の法線Ｎに対して傾斜した入射角度θでレーザー光Ｌ１を入射させる工程である。

【0035】

このように入射角度θを設けて投光系１０から照射されたレーザー光Ｌ１は、一部が半導体単結晶基板１００の表面で正反射して反射光Ｌ２となり、一部が半導体単結晶基板１００の内部に入射して入射光Ｌ３となる。さらに、入射光Ｌ３が加工変質層１０１で散乱することにより散乱光Ｌ４が生じる。

【0036】

反射光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の入射角度θと同角度で正反射し、散乱光Ｌ４に比して高強度となる。本発明は散乱光Ｌ４の強度に基づいて、加工変質層１０１を評価する方法である。そのため、散乱光Ｌ４を精度良く測定するには、反射光Ｌ２が受光センサー２４に入光することを抑制する必要がある。例えば、反射光Ｌ２を避けるように受光系２０を配置する手法や、反射光Ｌ２の光路上に遮光テープを配置する等して、受光センサー２４への入光を制限する手法を採用することができる。

【0037】

本発明で測定する散乱光Ｌ４は、弾性散乱を含む。すなわち、非弾性散乱に比して高強度な弾性散乱を測定する散乱光Ｌ４に含めることにより、測定の感度を向上させることができ、高速な測定を実現することができる。

【0038】

実施の形態にかかる加工変質層の評価に用いる評価装置は、半導体単結晶基板１００にレーザー光Ｌ１を入射させ加工変質層１０１で散乱した散乱光Ｌ４の強度を測定可能な装置構成であれば、当然に採用することができる。
以下、図１ないし図３を参照して、実施の形態で用いる評価装置の一例について説明する。

【0039】

（評価装置）
図２は、実施の形態にかかる評価方法で用いる評価装置のブロック図である。
評価装置は、レーザー光Ｌ１を照射する投光系１０と、散乱光Ｌ４を受光する受光系２０と、測定対象である半導体単結晶基板１００が設置されるステージ３０と、投光系１０及び受光系２０が設置される筐体４０と、受光系２０で測定した信号の信号処理を行う信号処理部５０と、データ処理を行うデータ処理部６０と、制御を行う制御部７０と、を有する。

【0040】

投光系１０は、レーザー出力部１１と、波長板１２と、を有する。この投光系１０は、レーザー光Ｌ１が半導体単結晶基板１００の表面の法線Ｎに対して傾斜した入射角度θで入射するよう筐体４０に取付けられている。

【0041】

レーザー出力部１１は、レーザー光Ｌ１の発生源であり、例えば、Ｈｅ－Ｎｅレーザー等のガスレーザー、半導体レーザー及びＹＡＧレーザー等の固体レーザー等を採用することができる。
波長板１２は、レーザー出力部１１で発生したレーザー光Ｌ１に対して、波長の分離、微調整、楕円率の調整、偏光の回転等の調整を行う。測定対象である半導体単結晶基板１００の材料や条件に応じて適切な材料や構成が選択される。

【0042】

レーザー光Ｌ１の波長は、半導体単結晶基板１００のバンドギャップよりも大きい光子エネルギーを有していることが望ましい。すなわち、レーザー光Ｌ１の波長λは、「λ［ｎｍ］≦１２３９．８／バンドギャップ［ｅＶ］」の関係式を満たすことが望ましい。

【0043】

具体的には、測定対象が４Ｈ－ＳｉＣである場合には、３８０ｎｍ以下の波長に設定されることが望ましい（λ［ｎｍ］≦１２３９．８／３．２６［ｅＶ］）。測定対象がＧａＮである場合には、３６５ｎｍ以下の波長に設定されることが望ましい（λ［ｎｍ］≦１２３９．８／３．３９［ｅＶ］）。

【0044】

レーザー光Ｌ１の強度は、半導体単結晶基板１００を透過しない強さに設定されていることが望ましい。すなわち、入射光Ｌ３の侵入長ＰＤが半導体単結晶基板１００の厚み以下となるよう設定されていることが望ましい。

【0045】

受光系２０は、対物レンズ２１と、結像レンズ２２と、ビームスプリッター２３と、受光センサー２４と、スリット２５と、を有する。この受光系２０は、反射光Ｌ２が入光しないよう、入射角度θとは異なる測定角度φで筐体４０に取付けられている。

【0046】

ビームスプリッター２３は、キューブ型のビームスプリッターを採用することが望ましい。受光センサー２４は、散乱光Ｌ４の強度を電気信号に変換可能な構成であれば良い。例えば、光電子増倍管やフォトダイオード等を採用することができる。スリット２５は、レーザー光Ｌ１の検査エリアを確定させるために配置されている。

【0047】

図３は、実施の形態にかかる評価方法の測定工程Ｓ２０の説明図である。
ステージ３０は、図３に示すように、測定対象である半導体単結晶基板１００が設置され、半導体単結晶基板１００の中心を軸に水平回転可能に構成されている。また、ステージ３０は、筐体４０（投光系１０及び受光系２０）に対し、半導体単結晶基板１００を平行移動可能に構成されている。このように、半導体単結晶基板１００を回転させながら平行移動させることにより、レーザー光Ｌ１が半導体単結晶基板１００の広範囲（若しくは全面）を走査可能なよう構成されている。

【0048】

なお、ステージ３０を移動させる形態を示したが、筐体４０側を移動させることで、半導体単結晶基板１００上をレーザー光Ｌ１が走査できるよう構成しても良い。

【0049】

信号処理部５０は、受光センサー２４（光電子増倍管）により測定された電気信号（アナログ信号）を増幅した後にデジタル信号に変換する。また、信号処理部５０は、ステージ３０のエンコーダ情報により位置情報を取得し、散乱光Ｌ４の強度情報と位置情報を紐づける。

【0050】

データ処理部６０は、信号処理部５０のデータに基づいて、散乱光Ｌ４の強度に応じて分類し、加工変質層１０１の分布マップを作製するデータ処理を行う。また、制御部７０は、レーザー光の照射や走査の制御を行う。
このデータ処理部６０や制御部７０は、例えば、プロセッサやストレージ等のハードウェア構成が採用され、投光系１０、受光系２０、ステージ３０、信号処理部５０を含め、ローカルエリアネットワーク等を介して相互通信可能なよう構成されている。

【0051】

なお、本実施の形態にかかる測定工程Ｓ２０においては、半導体単結晶基板１００の表面の法線Ｎに対して傾斜した入射角度θでレーザー光Ｌ１を入射させる形態を示したが、法線Ｎと平行にレーザー光Ｌ１を入射（すなわち、入射角度θ＝０°で入射）することで散乱光Ｌ４を発生させる形態を採用することも当然に可能である。

【0052】

〈評価工程Ｓ３０〉
図４は、実施の形態にかかる評価方法の評価工程Ｓ３０の説明図である。
評価工程Ｓ３０は、測定工程Ｓ２０にて得られたデータから、半導体単結晶基板１００の加工変質層１０１の良否を評価する工程である。特に、半導体単結晶基板１００に任意エリアＡＡを設定し、この任意エリアＡＡごとに散乱光Ｌ４の強度に基づいて加工変質層１０１を評価することで、半導体単結晶基板１００において不良な加工変質層１０１が存在する領域をマッピングする工程である。

【0053】

評価工程Ｓ３０は、半導体単結晶基板１００を任意の面積で区画した任意エリアＡＡを設定するエリア設定工程Ｓ３１と、この任意エリアＡＡごとに散乱光Ｌ４の強度の統計量を算出する統計量算出工程Ｓ３２と、加工変質層１０１の良否を判別するための閾値を設定する閾値設定工程Ｓ３３と、統計量が閾値を超過した任意エリアＡＡをマッピングするマッピング工程Ｓ３４と、を含み得る。

【0054】

エリア設定工程Ｓ３１は、測定工程Ｓ２０で測定した測定データを複数の区画に分割して、任意エリアＡＡを設定する工程である。図４においては、同心円上に扇状の任意エリアＡＡを設定したが、例えば格子状や渦巻状等、任意の形状・面積で設定することができる。

【0055】

統計量算出工程Ｓ３２は、設定した任意エリアＡＡごとに、平均値や中央値、最頻値等の統計量を算出する工程である。例えば、統計量として平均値を採用する場合には、任意エリアＡＡ内の散乱光Ｌ４の強度を積算する積算工程Ｓ３２１と、この積算工程Ｓ３２１で得られた積算値を任意エリアＡＡの任意エリア内の取得データ数で割る除算工程Ｓ３２２と、を有する。

【0056】

積算工程Ｓ３２１は、信号処理部５０にて紐づけられた散乱光Ｌ４の強度情報及び位置情報から、設定した任意エリアＡＡ内の散乱光Ｌ４の積算値を算出する工程である。

【0057】

除算工程Ｓ３２２は、積算工程Ｓ３２１にて得られた積算値を任意エリアＡＡの任意エリア内の取得データ数で割ることにより、設定した任意エリアＡＡ範囲の平均値を得る工程である。

【0058】

閾値設定工程Ｓ３３は、デバイスの製造において悪影響を与える不適な加工変質層１０１を抽出するための閾値を設定する工程である。なお、閾値を複数設定しても良い。

【0059】

マッピング工程Ｓ３４は、加工変質層１０１の分布状況を視覚化した分布マップを作成する工程である。例えば、任意エリアＡＡの統計量の値が設定した閾値よりも高い領域を黒色で表示し、任意エリアＡＡの統計量の値が閾値よりも低い箇所を白色で表示する。このように、分布マップ上で任意エリアＡＡを色表示若しくはコントラスト表示することで、好適な加工変質層１０１が分布する領域と、不適な加工変質層１０１が分布する領域と、を視覚的に判別することができる。なお、複数の閾値を設定した場合には、複数の色や多段階のコントラストを有する分布マップを作成しても良い。

【0060】

言い換えれば、評価工程Ｓ３０は、統計量が閾値よりも小さい領域を好適な領域と評価し、統計量が閾値よりも大きい領域を不適な領域と評価する工程である。

【0061】

なお、実施の形態にかかる評価工程Ｓ３０は、エリア設定工程Ｓ３１と、統計量算出工程Ｓ３２と、閾値設定工程Ｓ３３と、マッピング工程Ｓ３４と、をコンピュータのプロセッサに実行させる構成を採用することができる。

【0062】

本発明にかかる加工変質層の評価方法によれば、半導体単結晶基板１００の表面からレーザー光Ｌ１を入射させ、この入射した入射光Ｌ３が加工変質層１０１の内部で散乱することにより生じる散乱光Ｌ４を測定することにより、加工変質層１０１を非破壊で評価することができる。そのため、デバイスに悪影響を与える加工変質層１０１を有した半導体単結晶基板１００を非破壊のまま判別して、加工変質層１０１を除去する等の適切な処理を経た上で、デバイスの製造工程に流すことができる。

【0063】

また、本発明にかかる加工変質層の評価方法によれば、弾性散乱を含む散乱光Ｌ４を測定することにより、測定の感度を向上させることができる。すなわち、加工変質層１０１の内部で散乱することにより生じる散乱光Ｌ４は、そのほとんどが弾性散乱である。本発明は、この弾性散乱を含めるよう散乱光Ｌ４を測定することにより、測定の感度を向上させている。

【0064】

また、本発明にかかる加工変質層の評価方法によれば、半導体単結晶基板１００を回転させながらレーザー光Ｌ１を走査することにより、加工変質層１０１を高速にマッピングすることができる。具体的には、６インチの半導体単結晶基板１００であれば、一枚５分以内に全面をマッピングすることができる。

【0065】

また、本実施の形態にかかる加工変質層の評価方法によれば、任意エリアＡＡを設定し（エリア設定工程Ｓ３１）その任意エリアＡＡの統計量を算出する（統計量算出工程Ｓ３２）ことにより、半導体単結晶基板１００の広範囲に存在する加工変質層１０１の全体を評価することができる。すなわち、一部の測定データを取捨選択するのではなく、全ての測定データを積算して活用することで、加工変質層１０１を視覚化し評価することができる。

【0066】

《半導体単結晶基板の製造方法》
次に、本発明にかかる半導体単結晶基板の製造方法について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態において、先の《加工変質層の評価方法》の実施の形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。

【0067】

本発明にかかる半導体単結晶基板の製造方法は、デバイスに悪影響な加工変質層１０１を評価する工程を含む。具体的には、半導体単結晶基板１００の内部にレーザー光Ｌ１を入射させ、散乱した散乱光Ｌ４の強度に基づいて、半導体単結晶基板１００の加工変質層１０１を評価する工程を含むことを特徴とする。

【0068】

通常、半導体単結晶基板を製造する場合、インゴットをスライスしてウエハを切り出すスライス工程や、その後ウエハを鏡面化するための研削工程及び研磨工程を有している。これらのスライス・研削・研磨に伴い、半導体単結晶基板１００に加工変質層１０１が導入される。本発明は、上述した加工変質層１０１を評価するものであり、スライス工程の後に採用され得る。また、本発明は、研削工程の後に採用され得る。また、本発明は研磨工程の後に採用され得る。

【0069】

実施の形態にかかる半導体単結晶基板の製造方法は、半導体単結晶基板１００の表面からレーザー光Ｌ１を入射させ半導体単結晶基板１００の内部で散乱した散乱光Ｌ４を測定する測定工程Ｓ２０と、この散乱光Ｌ４の強度に基づいて半導体単結晶基板１００の加工変質層１０１を評価する評価工程Ｓ３０と、を含み得る。

【0070】

また、実施の形態にかかる半導体単結晶基板の製造方法は、評価工程Ｓ３０に次いで半導体単結晶基板１００の加工変質層１０１を除去する加工変質層除去工程Ｓ４０を含み得る。

【0071】

以下、本発明の実施の形態に沿って、各工程を詳細に説明する。なお、測定工程Ｓ２０及び評価工程Ｓ３０については、先の《加工変質層の評価方法》と同様であるため、その説明を簡略化する。

【0072】

〈加工変質層除去工程Ｓ４０〉
加工変質層除去工程Ｓ４０は、評価工程Ｓ３０で不適と判断された加工変質層１０１を除去する工程である。この加工変質層１０１を除去する手法としては、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）やエッチング手法を例示することができる。

【0073】

化学機械研磨は、研磨パッドの機械的な作用とスラリーの化学的な作用を併用して研磨を行う手法である。
エッチング手法は、半導体単結晶基板１００のエッチングに用いられる手法であれば良い。例えば、半導体単結晶基板材料がＳｉＣである場合には，ＳｉＶＥ法や水素エッチング法等の熱エッチング法、水酸化カリウム溶融液、フッ化水素酸を含む薬液、過マンガン酸カリウム系の薬液、水酸化テトラメチルアンモニウムを含む薬液等を用いたウェットエッチング法を例示できる。なお、通常、ウェットエッチングで用いられる薬液であれば採用することができる。

【0074】

本発明にかかる半導体単結晶基板の製造方法によれば、デバイスの製造に好適な半導体単結晶基板１００を提供することができる。すなわち、デバイスの歩留まりを悪化させる加工変質層１０１を有しない半導体単結晶基板１００を判別して提供することができる。その結果、デバイスの歩留まりを向上させることができる。

【0075】

また、本実施の形態にかかる半導体単結晶基板の製造方法によれば、デバイスの歩留まりを低下させる加工変質層１０１を有した半導体単結晶基板１００を再利用することができる。すなわち、非破壊で半導体単結晶基板１００の加工変質層１０１を評価することができるため、問題となる加工変質層１０１を除去する加工変質層除去工程Ｓ４０を経ることで、デバイスの製造に好適な半導体単結晶基板１００を製造することができる。

【実施例0076】

以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
本発明の実施の形態に示した評価装置を用いて、化学機械研磨後の６インチ４Ｈ－ＳｉＣウエハの加工変質層１０１を評価した。

【0077】

〈洗浄工程Ｓ１０〉
化学機械研磨を施した６インチ４Ｈ－ＳｉＣウエハに対してＲＣＡ洗浄を行った。

【0078】

〈測定工程Ｓ２０〉
洗浄工程Ｓ１０を経た４Ｈ－ＳｉＣウエハに対し、図１及び図２に示した評価装置を用いて測定を行った。図３に示すように、ステージ３０に配置した４Ｈ－ＳｉＣウエハを回転させながらＸ軸方向に移動させることで、半導体単結晶基板１００全面にレーザー光Ｌ１を走査させ、弾性散乱を含む散乱光Ｌ４を測定した。なお、測定領域はφ１４４ｍｍ、レーザー光Ｌ１の波長は３５５ｎｍの条件で測定を行った。また、６インチ４Ｈ－ＳｉＣウエハ一枚にかかる測定時間は、３分であった。

【0079】

〈評価工程Ｓ３０〉
図４に示すように、半導体単結晶基板１００の中心から放射状に扇状の任意エリアＡＡを設定した（エリア設定工程Ｓ３１）。次に、設定した任意エリアＡＡの位置に対応する範囲の散乱光Ｌ４の強度を積算した（積算工程Ｓ３２１）。次に、積算した値を任意エリアＡＡの取得データ数で割り、任意エリアＡＡ毎に平均値を算出した（除算工程Ｓ３２２）。最後に、閾値を複数設定し（閾値設定工程Ｓ３３）、各任意エリアＡＡの平均値が設定した閾値よりも高い領域と低い領域とに分類した分布マップを作成し、半導体単結晶基板１００の加工変質層１０１の好適・不適を視覚化した（マッピング工程Ｓ３４）。

【0080】

図５は、評価工程Ｓ３０において得られた加工変質層１０１の分布マップである。
なお、この実施例においては、任意単位５０、任意単位１００、任意単位１１０、任意単位１３０、任意単位１５０、任意単位２００、任意単位４００、任意単位８００、の８つの閾値を設定した。具体的には、平均値が任意単位５０以下のエリアは白色、平均値が任意単位５０～１００のエリアは紺色、平均値が任意単位１００～１１０のエリアは深緑色、平均値が任意単位１１０～１３０のエリアは黄緑色、平均値が任意単位１３０～１５０のエリアは黄色、平均値が任意単位１５０～２００のエリアは橙色、平均値が任意単位２００～４００のエリアは赤色、平均値が任意単位４００～８００のエリアは紫色、平均値が任意単位８００以上のエリアは黒色、となるよう分布マップを作成した。

【0081】

なお、任意単位は、受光系２０で捉えた散乱光Ｌ４の強度を電圧に変換したものであり、任意で設定された散乱光Ｌ４の強度と比例する単位である。すなわち、この任意単位は各任意エリアを相対的に比較できれば良い。

【0082】

図５の分布マップから読み取れるように、基板中央下部に横方向に走る傷のような黒色の領域Ａ１が確認できる。また、基板右部に四角く現れた黒色の領域Ａ２が確認できる。このように分布マップを確認することで、黒色が現れた領域はデバイス製造時に悪影響である加工変質層１０１が存在していると把握できる。

【0083】

なお、実施例の加工変質層の評価は非破壊で行った。そのため、評価した４Ｈ－ＳｉＣウエハは、廃棄することなくデバイスの製造工程に流すことができる。

【符号の説明】

【0084】

１００ 半導体単結晶基板
１０１ 加工変質層
１０２ バルク層
１０ 投光系
１１ レーザー出力部
１２ 波長板
２０ 受光系
２１ 対物レンズ
２２ 結像レンズ
２３ ビームスプリッター
２４ 受光センサー
２５ スリット
３０ ステージ
４０ 筐体
５０ 信号処理部
６０ データ処理部
７０ 制御部
Ｌ１ レーザー光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３ 入射光
Ｌ４ 散乱光
ＰＤ 侵入深さ
ＡＡ 任意エリア
Ｓ１０ 洗浄工程
Ｓ２０ 測定工程
Ｓ３０ 評価工程
Ｓ４０ 加工変質層除去工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】