JP5670303B2 - イオン注入機の基板保持具の劣化判定方法 - Google Patents
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Description
このSOIウェーハは、デバイス作製領域となる基板表層部のSOI層が埋め込み酸化膜により基板内部と電気的に分離されているため、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴を有する。そのため、高速・低消費電力動作、ソフトエラー防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として有望視されている。
ウェーハ貼り合わせ法は、例えば2枚のシリコン単結晶ウェーハのうちの一方の表面に熱酸化膜を形成した後、この形成した熱酸化膜を介して2枚のウェーハを密着させ、結合熱処理を施すことによって結合力を高め、その後に片方のウェーハ(SOI層を形成するウェーハ(以下、ボンドウェーハ))を鏡面研磨等により薄膜化することによってSOIウェーハを製造する方法である。また、この薄膜化の方法としては、ボンドウェーハを所望の厚さまで研削、研磨する方法や、ボンドウェーハの内部に水素イオン、希ガスイオンの少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成しておき、イオン注入層においてボンドウェーハを剥離するイオン注入剥離法と呼ばれる方法等がある。
上記の代表的な2つの手法のうち、ウェーハ貼り合わせ法は、作製されるSOI層やBOX層の厚さが自由に設定できるという優位性があるため、様々なデバイス用途に適用することが可能である。特に、ウェーハ貼り合わせ法の一つであるイオン注入剥離法は、上記優位性に加え、優れた膜厚均一性を有するSOI層を得ることができるという特徴があり、ウェーハ全面で安定したデバイス特性を得ることができる。
この目的のための一つの要素として、イオン注入機の基板保持具には、ウェーハを均一に冷却する機能が求められる。この基板保持具にはウェーハとの接触を向上させるため、シリコーンゴム等のゴム部材やセラミック部材等からなるシート部材が使用されている。また、基板保持具の背面には冷却水を循環させるための配管が設けられており、イオン注入中のウェーハを十分に冷却することができるような構造となっている。
また、サーモラベルでウェーハ温度を評価する場合、サーモラベルの焼損を防止するために、アルミテープや、熱に強い樹脂性テープをウェーハ表面に貼り付けてイオン注入する必要がある。しかし、これにより、イオン注入機においてパーティクル汚染や金属汚染などが発生する可能性がある。また、これらの汚染等の評価を別に行う必要があるため、製造を停止させ、装置稼働率の低下を引き起こす問題もあった。
このような基板保持具の劣化を、本発明であれば高精度に判定することができる。
このようなバッチ式のイオン注入機においては、本発明の方法により複数の基板保持具の中で劣化した基板保持具を高精度に特定することができるため、貼り合わせウェーハの歩留まりの向上に貢献できる。
このように、本発明の方法であれば、貼り合わせウェーハの製造の過程で基板保持具の劣化判定を行うことができ、装置稼働率の低下を引き起こすこともなく、貼り合わせウェーハの製造歩留まりを向上させることができる。
このように、シリコン単結晶ウェーハ同士の貼り合わせによる貼り合わせウェーハの作製において、本発明の方法で基板保持具の劣化を判定することができる。
そして、これらの知見に基いて、イオン注入剥離法で作製した貼り合わせウェーハや剥離後のボンドウェーハの品質から、イオン注入機の基板保持具のシート部材の劣化状況、基板保持具の冷却水系統の不具合等を判定することができることを発想し、先に出願した(特願2011−150394)。
例えば、イオン注入を行った半導体ウェーハの表面の光散乱強度分布を測定し、その測定結果が正常値(劣化していない基板保持具でイオン注入した場合の測定値)に比べて悪化した数値を示していれば、基板保持具が劣化していると判断できる。
本発明は、この現象を利用して、半導体ウェーハを保持したイオン注入機の基板保持具の劣化を判定するものであり、従来にはなかった新規の技術思想に基づいた発明である。
このようなシート部材の劣化や冷却水配管の不具合は、保持される半導体ウェーハのイオン注入中の温度に直接影響するため、本発明による高精度の判定が容易である。また、例えばイオン注入剥離法により作製される貼り合わせウェーハの薄膜の品質にも大きく影響するため、上記の劣化を判定することで、製造する貼り合わせウェーハの品質及び歩留まりを向上できる。
イオン注入エネルギーが高ければ高いほど、イオン注入中のウェーハ温度が上がるため、劣化した基板保持具では、ウェーハ冷却効率がより落ちるので、イオン注入に顕著に影響してくる。このため、加速電圧を70keV以上とすれば、ウェーハに十分高い加速電圧やビーム電流値でイオン注入することができるため、イオン注入中のウェーハ注入温度が上昇し、劣化した基板保持具では、その劣化状況がより強調され、劣化判定が容易になる。
まず、イオン注入された半導体ウェーハの表面を、光学式表面検査装置(例えば、KLA−Tencor社製SP1)で測定して、面内の光散乱強度分布を得る。光散乱強度分布として、具体的には半導体ウェーハ表面のHAZE分布を測定する。測定した面内のHAZE分布の不均一性、あるいは、今まで当該基板保持具で保持してイオン注入を行ってきた半導体ウェーハ(正常なHAZE値を有する標準サンプル)とのHAZE値(平均値や標準偏差など)の大きさの違いから、基板保持具の劣化状況を判定することができる。
図1,2に示すバッチ式イオン注入機11は、回転体13と、該回転体13に設けられ基板W(ボンドウェーハ)を配置する複数の基板保持具10とを備え、該基板保持具10に保持され公転している複数の基板Wにイオン注入するものである。また、基板保持具10の本体部分の基板Wと接触する部分には、基板Wを保持するためのシート部材14が設けられており、これは、基板保持具10の本体部分との接触による基板Wのキズの発生防止や、基板Wの均一な冷却に貢献している。また、基板Wを確実に保持するために、基板固定部品12も、保持される基板W外周に接触するように設けられている。
まず、ボンドウェーハとして準備したシリコン単結晶ウェーハに酸化膜を形成し、図1−3のようなイオン注入機において、基板保持具でボンドウェーハを保持させて、その表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入して、ボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成する。
なお、両方又は一方のウェーハの貼り合わせ面にプラズマ処理を行って結合強度を高めた上で貼り合わせることによって、剥離熱処理を行わずに、機械的な外力を加えて剥離することもできる。
上記したように、基板保持具の劣化は、作製される貼り合わせウェーハの品質に大きな影響を及ぼすことから、イオン注入を行ったボンドウェーハを貼り合わせる前の検査工程にて本発明により基板保持具の劣化を検知できれば、貼り合わせウェーハの品質を確実に維持できる。さらに、本発明であれば、イオン注入機の操業を停止することなく、容易に基板保持具の劣化状況を把握し、交換すべき基板保持具の判定を行うことができる。このため、イオン注入から劣化判定までの間の製造ロスがほとんど発生せず、また、貼り合わせウェーハ製造中にも劣化を判定できるので、確実に歩留まりを向上できる。
(実施例)
CZ法で作製されたシリコン単結晶ウェーハ(直径200mm、結晶方位(100)、抵抗率10Ωcm、p型)を準備し、200nmの熱酸化膜を成長させた後、バッチ式イオン注入機の基板保持具に保持させて、加速電圧(注入エネルギー)100keV、注入量8×1016ions/cm2でH+イオンを注入してイオン注入層を形成した。
そして、このイオン注入したウェーハの表面を、膜厚測定装置(KLA−Tencor社製SP1)を用いて、光散乱強度分布測定(HAZE分布測定)した。測定結果を図4に示す。
13…回転体、 14…シート部材、 15…冷却水配管、 W…基板。
Claims (4)
- イオン注入機の基板保持具の劣化を判定する方法であって、
前記イオン注入機において、基板保持具で半導体ウェーハを保持して、該保持された半導体ウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入して、前記半導体ウェーハ内部にイオン注入層を形成し、前記イオン注入された半導体ウェーハの表面の光散乱強度分布を測定し、該測定された光散乱強度分布から、前記半導体ウェーハを保持したイオン注入機の基板保持具の劣化を判定し、
前記判定する基板保持具の劣化を、前記基板保持具の表面に形成されたシート部材の劣化、又は、前記基板保持具を冷却するための冷却水配管の不具合によるウェーハ冷却能力の低下とすることを特徴とするイオン注入機の基板保持具の劣化判定方法。 - 前記イオン注入機を、複数の基板保持具を有するバッチ式イオン注入機とし、前記測定された光散乱強度分布から、前記半導体ウェーハを保持した前記複数の基板保持具の劣化を判定して、劣化した基板保持具を特定することを特徴とする請求項1に記載のイオン注入機の基板保持具の劣化判定方法。
- 前記半導体ウェーハをボンドウェーハとしてイオン注入して前記イオン注入層を形成し、前記ボンドウェーハのイオン注入された側の表面とベースウェーハの表面とを、絶縁膜を介して、或いは、直接貼り合わせた後、前記ボンドウェーハの一部を前記イオン注入層で剥離して、前記ベースウェーハ上に前記ボンドウェーハから剥離した薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する際、前記イオン注入されたボンドウェーハの表面の光散乱強度分布を測定し、前記ボンドウェーハを保持したイオン注入機の基板保持具の劣化を判定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のイオン注入機の基板保持具の劣化判定方法。
- 前記貼り合わせウェーハの作製において、前記ボンドウェーハ及び前記ベースウェーハとして、シリコン単結晶ウェーハを用いることを特徴とする請求項3に記載のイオン注入機の基板保持具の劣化判定方法。
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