(57)【要約】【課題】走査ピッチ幅に対応する周期での凹凸状の厚み分布斑の形成を抑制することが可能なシリコンウェーハの平坦化加工方法を提供する。【解決手段】本発明によるシリコンウェーハの平坦化加工方法は、シリコンウェーハの自然酸化膜の膜厚を求める第１工程Ｓ１０と、求めた前記自然酸化膜の膜厚に基づき、前記局所ドライエッチング法における周期的走査条件を決定する第２工程と、前記周期的走査条件に基づき、前記シリコンウェーハの平坦化加工を行う第３工程と、を含む。【選択図】図５Ａ
2020170756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハのウェーハ表面に対してエッチングガスを噴霧ノズルから吹き付けながら、前記ウェーハ表面に沿って前記噴霧ノズルを水平な一方向へ折り返し走査し、該走査を所定走査ピッチ幅で繰り返し行う局所ドライエッチング法を用いて、前記ウェーハ表面の全面を平坦化加工するシリコンウェーハの平坦化加工方法であって、
前記平坦化加工前の前記シリコンウェーハの自然酸化膜の膜厚を求める第１工程と、
求めた前記自然酸化膜の膜厚に基づき、前記局所ドライエッチング法における周期的走査条件を決定する第２工程と、
前記周期的走査条件に基づき、前記シリコンウェーハの平坦化加工を行う第３工程と、を含むことを特徴とするシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【請求項２】
前記第２工程における前記周期的走査条件を、前記平坦化加工装置におけるエッチングガス噴霧ノズルのノズル径Ｄに対する、前記噴霧ノズルの折り返し走査方向に対して垂直な方向の走査ピッチ幅Ｐの比Ｐ／Ｄを用いて調整する、請求項１に記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【請求項３】
前記比Ｐ／Ｄの最大値を０．２５とし、該最大値以下の範囲で前記第２工程を行う、請求項２に記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【請求項４】
前記シリコンウェーハは、比抵抗０．００１Ω・ｃｍ以下のｎ型シリコンウェーハである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【請求項５】
前記１バッチ中の前記シリコンウェーハに、前記自然酸化膜の膜厚が０．７μｍ以上のシリコンウェーハが含まれる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【請求項６】
前記シリコンウェーハのウェーハ表面が、支持基板用シリコンウェーハおよび活性層用シリコンウェーハを、絶縁膜を介して貼り合わせてなるＳＯＩウェーハの、前記活性層用シリコンウェーハのウェーハ表面である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハの平坦化加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板として、単結晶シリコン基板が広く用いられている。また、単結晶シリコン基板表面に、ＳｉＯ２層などの絶縁膜を設け、該絶縁膜を介して半導体デバイス形成領域となる単結晶シリコン層（一般的に「活性層」と呼ばれる。）を形成したＳＯＩ（Silicon on Insulator）構造を有するＳＯＩウェーハが注目されている。これら種々の構造を備えるウェーハは、形成される半導体デバイスに応じて使い分けられている。以下、本明細書において、単結晶シリコン基板およびＳＯＩウェーハを総称してシリコンウェーハと称し、単結晶シリコン基板のことを「バルク」のシリコンウェーハと称する。
【０００３】
ここで、所望の厚みおよび厚み均一性を備えるシリコンウェーハを得るため、単結晶シリコンインゴットからスライスされたウェーハに対し、研削研磨等による薄膜化工程と、仕上げ研磨処理を行う工程との間に、プラズマエッチングなどの局所ドライエッチング法による平坦化加工工程が行われることがある。また、局所ドライエッチング法を用いる平坦化加工工程は、活性層用のシリコンウェーハを、絶縁膜を介してバルクのシリコンウェーハと貼り合わせ、当該活性層用のシリコンウェーハから活性層を得る際にも広く用いられている。
【０００４】
さて、局所ドライエッチング法では、ウェーハ表面に対向させて設けられたエッチングガス（活性種ガス）の噴霧ノズルと、ウェーハ表面における局所的な被加工領域との相対位置をウェーハ表面上で走査しながら、当該被加工領域に対してエッチングガスを噴射させることが通常である。そして、噴霧ノズルと被加工領域との相対位置を走査する際には、図１に例示するように、シリコンウェーハ１０のウェーハ表面に沿って、噴霧ノズルを水平な一方向へ折り返し走査し、この折り返し走査を所定の走査ピッチ幅Ｐで繰り返し行う。なお、噴霧ノズルのウェーハ表面上での走査は通常、シリコンウェーハ１０を載置するステージのステージ走査により行われる。以下、説明の便宜のため、上述した折り返し走査における主走査方向である「水平な一方向」をＹ方向と称し、「走査ピッチ幅方向」をＸ方向と称することがある。また、ウェーハ表面上で噴霧ノズルを単に「走査する」と言う場合、噴霧ノズルと、被加工領域との「相対位置」の走査を意味する。ステージ走査によって当該相対位置を走査してもよいし、噴霧ノズルの走査により当該相対位置を走査してもよいし、両者の走査を組み合わせても構わない。
【０００５】
なお、シリコンウェーハ１０の局所的な被加工領域毎のエッチング量を調整するため、平坦化加工に先立ち予めシリコンウェーハ１０の面内厚み分布を測定しておく。そして、この測定結果に基づいて当該被加工領域毎のエッチング量を算出し、各部のエッチング量に応じてウェーハの表面に対するＹ方向の走査速度を調整することが一般的である。
【０００６】
また、こうした局所ドライエッチング法によるウェーハ表面の平坦化加工は、１バッチ中の複数枚（通常、数十枚）のウェーハに対して、１枚ずつ行われる。
【０００７】
ところで、局所ドライエッチング法による平坦化加工は、シリコンウェーハを洗浄するなどして、自然酸化膜を除去し、ベア(bare)なシリコン（以下、「ベアシリコン」）の露出面に対して加工を行う場合と、自然酸化膜を残した状態で加工を行う場合とが知られている。このうち、前者の場合はベアシリコンの露出面にパーティクル等の不純物が付着し、加工品質に影響を及ぼす場合があることが知られている。一方、後者の場合、例えば特許文献１に記載されているように、平坦化加工後のウェーハ厚み分布において、Ｘ方向の走査ピッチ幅Ｐと同じ間隔で凹凸状の厚み分布斑が形成され得ることが知られている。
【０００８】
特許文献１では、こうした走査ピッチ幅Ｐに対応する周期での凹凸状の厚み分布斑の形成を防止するため、まず、シリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去するための１回目の噴霧ノズル走査を行い、次いで、ベアシリコンの露出面に対して２回目の噴霧ノズル走査を行い、シリコンウェーハを平坦化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−５５９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の手法では、シリコンウェーハのウェーハ表面上を噴霧ノズルが２回走査することとなり、生産性の点で懸念がある。また、特許文献１における自然酸化膜除去後の２回目の走査を行うための走査条件は、自然酸化膜が付いた状態でのシリコンウェーハの厚み分布に基づくところ、自然酸化膜除去後の２回目の膜厚分布状態が、自然酸化膜除去前と同じであるとは限らない。本来、エッチングレートを調整するためには、自然酸化膜除去後の状態で膜厚分布を測定し、当該測定結果を用いてエッチングレートを調整する必要があるものの、そうした測定は現実的でない。そのため、ウェーハ表面上での噴霧ノズルの走査は１回とすることが望ましい。
【００１１】
ここで、噴霧ノズルの走査を１回として、ＳＯＩウェーハの活性層に対し、ドライエッチング法による平坦化加工を所定条件下で本発明者らは実験を行った。その際の加工前後の膜厚分布の一例を図２のグラフに示す。なお、実験にあたり、走査ピッチ幅を４ｍｍとした。図２より、走査ピッチ幅４ｍｍに対応する周期で凹凸状の膜厚分布斑が形成されていることが確認できる。本発明者らがさらに検討したところ、活性層用基板の１バッチ単位で、こうした膜厚分布斑が顕著に発生しやすい場合や、生じ難い場合があることが判明した。さらには、１バッチの処理中、バッチ前半では膜厚分布斑が生じないものの、バッチ後半で膜厚分布斑が生じる場合があることが判明した。
【００１２】
バルクのシリコンウェーハや、ＳＯＩウェーハの活性層は、用途により種々の特性が求められる。特定のウェーハ条件によらず、走査ピッチ幅に対応する周期で凹凸状の厚み分布斑の発生を抑制することが可能な平坦化加工方法の確立が求められる。
【００１３】
そこで本発明は、走査ピッチ幅に対応する周期での凹凸状の厚み分布斑の形成を抑制することが可能なシリコンウェーハの平坦化加工方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記諸課題を解決するために鋭意検討し、まず、凹凸状の厚み分布斑の周期が走査ピッチ幅に対応する理由を考察した。図３を参照し、噴霧ノズル１００のノズル径をＤ、走査ピッチ幅をＰと表記する。Ｄ＞Ｐの条件下で、シリコンウェーハ１０のウェーハ表面における局所的な被加工領域の加工経過を考察する。なお、シリコンウェーハ１０は、ベアシリコン１１の表面に自然酸化膜１２（通常、自然酸化膜１２の厚みは数Å〜数十Åである。）が設けられている。噴霧ノズル１００から噴出されるエッチングガス１１０は、噴霧ノズル１００の直下を拡散しながら、シリコンウェーハ１０の表面に接触すると考えられる。ここで、自然酸化膜１２の方がベアシリコン１１に比べてエッチングされ難い（エッチングレートが小さい）。そのため、Ｙ方向への１回の走査でのエッチング量は、所定の加工形状分布を示すこととなり、Ｘ方向で、自然酸化膜が完全に除去された領域１０Ａと、自然酸化膜が一部除去された領域１０Ｂとが混在して形成されることとなる。そして、走査ピッチ幅Ｐで噴霧ノズル１００が移動した後の折り返し走査（図３破線部）では、ベアシリコン１１のみの領域１０Ａと、自然酸化膜１２が一部除去された領域１０Ｂと、自然酸化膜が全く除去されていない領域１０Ｃとが混在してエッチングされることになる。
【００１５】
図４Ａは、噴霧ノズル１００のノズル径Ｄを８ｍｍ、走査ピッチ幅Ｐを４ｍｍとし、ピッチ幅方向（Ｘ方向）４ｍｍ〜１２ｍｍにおける、Ｙ方向への走査１回あたりの規格化エッチング量を検討したグラフである。なお、エッチングガス１１０は、噴霧ノズル１００のノズル径Ｄの範囲内でシリコンウェーハ１０をエッチングすると仮定しつつ、エッチング量がガウス分布を呈すると仮定した。さらに、自然酸化膜の膜厚を規格化エッチング量１．０に相当するものとし、自然酸化膜とベアシリコンとのエッチングレート比を１：２とした。また、簡単のため、直前の走査により、Ｘ方向：０〜８ｍｍまでは、自然酸化膜は全て除去されてベアシリコン１１のみの領域１０Ａとなっており、Ｘ方向：８ｍｍ以降で自然酸化膜が完全に残っている状態を仮定している。図４Ａに示すように、Ｘ方向：４〜８ｍｍの範囲ではガウス分布に従いエッチングされるが、Ｘ方向：８〜１２ｍｍの範囲ではＸ方向：４〜８ｍｍの範囲と非対称なエッチング量となる。
【００１６】
こうした局所ドライエッチングを、Ｘ方向に走査ピッチ幅Ｐ：４ｍｍで走査し、繰り返した後の累積した規格化エッチング量の分布は、図４Ｂに示すとおりとなる。図４Ｂに示すとおり、走査ピッチ幅Ｐ：４ｍｍに対応する周期での凹凸状の規格化エッチング量の分布斑が形成されることとなる。こうしたエッチング量の分布斑が、平坦化加工後の厚み分布斑の原因であると考えられる。
【００１７】
この考察と、図２を参照して前述した実験事実に基づけば、走査ピッチ幅に対応する周期での凹凸状の厚み分布斑の形成は、シリコンウェーハの自然酸化膜の膜厚と、局所ドライエッチング法における周期的走査条件とに大きく依存することを本発明者らは知見した。そこで、シリコンウェーハの自然酸化膜の膜厚に応じて、凹凸状の厚み分布斑の形成を抑制するよう、周期的走査条件を調整することにより、上記課題を解決できることを本発明者らは着想し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
【００１８】
（１）シリコンウェーハのウェーハ表面に対してエッチングガスを噴霧ノズルから吹き付けながら、前記ウェーハ表面に沿って前記噴霧ノズルを水平な一方向へ折り返し走査し、該走査を所定走査ピッチ幅で繰り返し行う局所ドライエッチング法を用いて、前記ウェーハ表面の全面を平坦化加工するシリコンウェーハの平坦化加工方法であって、
前記平坦化加工前のシリコンウェーハの自然酸化膜の膜厚を求める第１工程と、
求めた前記自然酸化膜の膜厚に基づき、前記局所ドライエッチング法における周期的走査条件を決定する第２工程と、
前記周期的走査条件に基づき、前記シリコンウェーハの平坦化加工を行う第３工程と、を含むことを特徴とするシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【００１９】
（２）前記第２工程における前記周期的走査条件を、前記平坦化加工装置におけるエッチングガス噴霧ノズルのノズル径Ｄに対する、前記噴霧ノズルの折り返し走査方向に対して垂直な方向の走査ピッチ幅Ｐの比Ｐ／Ｄを用いて調整する、上記（１）に記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【００２０】
（３）前記比Ｐ／Ｄの最大値を０．２５とし、該最大値以下の範囲で前記第２工程を行う、上記（２）に記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【００２１】
（４）前記シリコンウェーハは、比抵抗０．００１Ω・ｃｍ以下のｎ型シリコンウェーハである、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【００２２】
（５）前記１バッチ中の前記シリコンウェーハに、前記自然酸化膜の膜厚が０．７μｍ以上のシリコンウェーハが含まれる、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【００２３】
（６）前記シリコンウェーハのウェーハ表面が、支持基板用シリコンウェーハおよび活性層用シリコンウェーハを、絶縁膜を介して貼り合わせてなるＳＯＩウェーハの、前記活性層用シリコンウェーハのウェーハ表面である、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のシリコンウェーハの平坦化加工方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、走査ピッチ幅に対応する周期での凹凸状の厚み分布斑の形成を抑制することが可能なシリコンウェーハの平坦化加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な局所ドライエッチング法における走査方向および走査ピッチ幅方向を説明する模式図である。
【図２】本発明者らの実験による局所ドライエッチング法を用いた平坦化加工前後のＳＯＩウェーハの活性層膜厚分布の一例を示すグラフである。
【図３】本発明者らの考察による、局所的な被加工領域の加工経過を説明する模式図である。
【図４Ａ】本発明者らの考察による、被加工領域の１走査あたりのエッチング量を説明する模式図である。
【図４Ｂ】本発明者らの考察による、被加工領域の累積エッチング量を説明する模式図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるシリコンウェーハの平坦化加工方法を説明するフローチャートである。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるシリコンウェーハの平坦化加工方法を説明する模式図である。
【図６】本発明者らの実験による、シリコンウェーハの平坦化加工を行った際のＸ方向でのエッチング量分布の一例を示すグラフである。
【図７】本発明者らの実験による、シリコンウェーハの自然酸化膜の膜厚と、加工分布斑の大きさとの関係を示すグラフである。
【図８Ａ】実施例１における、シリコンウェーハの平坦化加工を行った際のＸ方向でのエッチング量分布を示すグラフである。
【図８Ｂ】実施例１における、別のバッチのエッチング量分布を示すグラフである。
【図９】実施例１における局所ドライエッチング法を用いた平坦化加工前後のシリ音ウェーハの膜厚分布を示すグラフである。
【図１０Ａ】実施例２における、シリコンウェーハの平坦化加工を行った際のＸ方向でのエッチング量分布を示すグラフである。
【図１０Ｂ】実施例２における、別のバッチのエッチング量分布を示すグラフである。
【図１１】比較例１における、シリコンウェーハの平坦化加工を行った際のＸ方向でのエッチング量分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。図５Ａは、本発明の一実施形態によるシリコンウェーハの平坦化加工方法を説明するフローチャートであり、図５Ｂは、当該平坦化加工方法の好適態様を説明する模式図である。なお、図５Ｂにおけるベアシリコン１１および自然酸化膜１２のそれぞれの厚さについて、実際の厚さの割合と異なり誇張して示す。また、実際には自然酸化膜１２はシリコンウェーハ１０におけるベアシリコン１１の全面を被覆するものの、図面の簡便化のため、自然酸化膜１２をシリコンウェーハ１０の片面のみに図示している。また、符号については、前述した図１，２を併せて参照する。
【００２７】
本発明の一実施形態によるシリコンウェーハの平坦化加工方法は、図５Ａのフローチャートおよび図５Ｂの模式図に示すように、シリコンウェーハ１０のウェーハ表面に対して活性種ガスを噴霧ノズルから吹き付けながら、ウェーハ表面に沿って噴霧ノズルを水平な一方向（Ｙ方向）へ折り返し走査し、該走査を所定走査ピッチ幅Ｐで繰り返し行う局所ドライエッチング法を用いてウェーハ表面の全面を平坦化加工する。そして、本実施形態による平坦化加工方法は、シリコンウェーハ１０の自然酸化膜１２の膜厚を求める第１工程Ｓ１０と、求めた自然酸化膜１２の膜厚に基づき、局所ドライエッチング法における周期的走査条件を決定する第２工程Ｓ２０と、周期的走査条件に基づき、シリコンウェーハ１０の平坦化加工を行う第３工程Ｓ３０と、を少なくとも含む。
【００２８】
第１工程Ｓ１０乃至第３工程Ｓ３０の説明に先立ち、本実施形態における平坦化加工のエッチングガス（活性種ガス）を吹き付けるための噴霧ノズル１００の走査態様について、改めて説明する。
【００２９】
本実施形態における局所ドライエッチング法を用いた平坦化加工では、シリコンウェーハ１０のウェーハ表面に対向させて設けられた噴霧ノズル１００と、ウェーハ表面における局所的な被加工領域との相対位置をウェーハ表面上で順次走査しながら、当該被加工領域に対してエッチングガス１１０を噴出させる。
【００３０】
なお、局所ドライエッチング法は、例えば、スピードファム社製のＤＣＰ（Dry Chemical Planarization）および同社製のＰＡＣＥ(Plasma Assisted Chemical Etching)などのドライ平坦化装置において用いられている。
【００３１】
ここで、図１を参照すると、噴霧ノズル１００と、被加工領域との相対位置を走査する際には、シリコンウェーハ１０のウェーハ表面に対して、水平な一方向（Ｙ方向）への噴霧ノズルを折り返し走査し、この折り返し走査を所定の走査ピッチ幅Ｐで繰り返し行う。一般的には、＋Ｙ方向から−Ｙ方向への折り返し走査の際と、−Ｙ方向から＋Ｙ方向への折り返し走査の際のいずれの際においても、都度所定の走査ピッチ幅Ｐで走査ピッチ幅方向（Ｘ方向）に噴霧ノズル１００を走査する。また、ウェーハ表面に対する噴霧ノズル１００の走査は、シリコンウェーハ１０を載置するステージのステージ走査により行われることが一般的であるものの、シリコンウェーハ１０を固定設置して、噴霧ノズル１００を走査してもよいし、両者を同時に捜査して相対位置を調整しても構わない。
【００３２】
なお、シリコンウェーハ１０の被加工領域毎のエッチング量を調整するため、以下のエッチング量調整を行うことが一般的である。すなわち、加工に先立ち予めシリコンウェーハ１０の面内厚み分布を測定しておき、この測定結果に基づいて当該被加工領域毎の目標エッチング量を算出し、各領域毎の目標エッチング量に応じて、ウェーハ表面に対するＹ方向の走査速度を調整する。こうして、実際の加工されることとなるエッチング取り代が調整される。以下、各工程の詳細を順次説明する。
【００３３】
第１工程では、シリコンウェーハ１０の自然酸化膜１２の膜厚を求める。なお、自然酸化膜成長速度は、シリコンウェーハ１０の導電型および比抵抗に依存することが知られており、特に比抵抗０．００１Ω・ｃｍ以下のｎ型のシリコンウェーハ（ｎ＋＋ウェーハと呼ばれることがある）では、自然酸化膜の成長速度が大きい（例えば、『広瀬全孝「Si自然酸化膜制御」、応用物理、第61巻、第11号、pp．1124-1131、1992』）。そのため、平坦化加工に供する直前のウェーハ洗浄工程を終えてから、平坦化加工に供する時間が長くなるほど自然酸化膜の膜厚が増大する。実際に、シリコンウェーハ１０の平坦化加工を１バッチ行うことを想定すると、こうした自然酸化膜の成長速度が速いシリコンウェーハでは、最初に平坦化加工を行うシリコンウェーハと、当該バッチの最後に平坦化加工を行うシリコンウェーハとでは、それらの自然酸化膜の膜厚は異なる。前述した本発明者らの考察に従えば、シリコンウェーハ１０の自然酸化膜１２の膜厚が大きいほど、平坦化加工後には、走査ピッチ幅に対応する周期での凹凸状の厚み分布斑が生じやすくなると推定される。そこで、第２工程以降では本第１工程において求めた自然酸化膜の膜厚を用いて、平坦加工条件を設定する。
【００３４】
自然酸化膜１２の膜厚を求めるためには、分光エリプソメーターなどによって、自然酸化膜１２の膜厚を測定することが可能である。また、平坦化加工に供する直前の工程、例えばウェーハ洗浄工程における洗浄条件から、自然酸化膜１２の膜厚を求めておき、当該膜厚と、平坦化加工を行うまでの時間と、シリコンウェーハ１０の自然酸化膜成長速度とに基づき、シリコンウェーハ１０の自然酸化膜の膜厚１２を求めることもできる。また、
【００３５】
さて、第２工程の詳細な説明に先立ち、本発明に到達する基礎となった実験結果について説明する。本発明者らは、図３および図４Ａ，４Ｂを参照して前述した考察の仮説検証を行うため、以下の実験を行った。
【００３６】
ドライエッチング法を用いる平坦化装置として、プラズマエッチング装置（スピードファム社製、型番：ＤＣＰ−２００Ｘ）を用いて、ＨＦ（フッ酸）洗浄後のシリコンウェーハ表面の平坦化加工を行った。そして、自然酸化膜の膜厚の異なる３種のシリコンウェーハに対して、噴霧ノズル１００のノズル径は８ｍｍで固定し、シリコンウェーハ１０を載置するステージの走査ピッチ幅Ｐを４ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍのそれぞれに調整して、平坦化加工を行った。なお、自然酸化膜の膜厚は洗浄時間の調整により行った。図６に、自然酸化膜の膜厚が７Åのシリコンウェーハ１０を平坦化加工したときの、Ｘ軸（走査ピッチ幅方向）クロスセクションにおけるエッチング量分布を示す。なお、エッチング量分布は加工前後のシリコンウェーハの膜厚分布差から求めたものであり、ウェーハ厚み分布起因のノイズが除去されている。
【００３７】
図６を参照し、走査ピッチ幅Ｐを周期とするエッチング量分布における、最大エッチング量と、最小エッチング量との差の平均値を、「エッチング加工斑の高低差」と定義する。自然酸化膜の膜厚と、走査ピッチ幅Ｐと、エッチング加工斑の高低差との対応関係を、図７に示す。
【００３８】
図７のグラフから、以下の実験事実が判明した。まず、自然酸化膜の膜厚が３Åの場合は、走査ピッチ幅が４ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍのいずれであっても、エッチング加工斑の高低差に有意な差は見られない。また、自然酸化膜の膜厚が７Åとなると、走査ピッチ幅が４ｍｍの場合はエッチング加工斑の高低差が大きくなるものの、走査ピッチ幅が２ｍｍ以下であればエッチング加工斑の高低差は見られない。さらに、自然酸化膜の膜厚が１５Åとなると、走査ピッチ幅が大きいほど、エッチング加工斑の高低差が大きくなる。
【００３９】
したがって、走査ピッチ幅Ｐを短くするほど、エッチング加工斑の高低差を抑制できることが確認される。ただし、走査ピッチ幅Ｐを短くするほど、走査ピッチ幅方向（Ｘ方向）へのステージ走査の回数が増えることとなるために、ウェーハ１枚あたりの加工時間が増大することとなり、１バッチあたりの加工時間となるとその影響は生産性に影響を及ぼす。そのため、平坦化加工を行う際には、生産性および加工品質を加味した上で、走査ピッチ幅Ｐを決定すべきである。この考えに基づけば、本実験例の場合、自然酸化膜の膜厚が３Åであれば、走査ピッチ幅を４ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍのいずれとしてもよいが、４ｍｍとすることが好ましいと判断できる。また、自然酸化膜の膜厚が７Åであれば、走査ピッチ幅を２ｍｍまたは１ｍｍのいずれかとすればよいものの、生産性を考慮すると、２ｍｍとすることが好ましいこととなる。自然酸化膜の膜厚が１５Åの場合、許容可能なエッチング加工斑の高低差に応じて走査ピッチ幅を使い分ければよいことが理解される。
【００４０】
そこで、本実施形態による第２工程Ｓ２０では、第１工程Ｓ１０において求めた自然酸化膜１２の膜厚に基づき、局所ドライエッチング法における周期的走査条件を決定する。例えば、既述の図７のように、平坦化加工におけるエッチング取り代や、エッチングガス１１０のガス種を固定条件として、装平坦化装置ごとに自然酸化膜の膜厚および周期的走査条件と、エッチング加工斑の高低差との対応関係を示す検量線を予め求めておくなどして、所望の生産性および加工品質に応じて、周期的走査条件を適宜決定すればよい。
【００４１】
本第２工程における周期的走査条件を、局所ドライエッチング法を用いる平坦化加工装置におけるエッチングガス噴霧ノズル１００のノズル径Ｄに対する、噴霧ノズルの折り返し走査方向（Ｙ方向）に対して垂直な方向（走査ピッチ幅方向、すなわち、Ｘ方向）のピッチ幅Ｐの比Ｐ／Ｄを用いて調整することが好ましい。走査ピッチ幅Ｐのみを調整してもよいし、ノズル径Ｄのみを調整してもよいし、双方を調整しても構わない。ノズル径Ｄの調整には装置部品交換が伴うため、走査ピッチ幅Ｐのみ調整する方が簡便かつ効率的である。特に、比Ｐ／Ｄの最大値を０．２５とし、該最大値以下の範囲で本第２工程を行うことが好ましい。前述の実験例のように、シリコンウェーハ１０の自然酸化膜１２の膜厚が７Å以上である場合には、例えばノズル径Ｄを８ｍｍ、走査ピッチ幅Ｐを１〜２ｍｍの範囲内とするよう、周期的走査条件を決定することも好ましい。
【００４２】
そして、第３工程Ｓ３０では、第２工程Ｓ２０において決定した周期的走査条件に基づき、シリコンウェーハ１０の平坦化加工を行う。本第３工程により平坦化加工に際しては、加工に先立ち予め測定したシリコンウェーハ１０の面内厚み分布に基づいて調整されたエッチングガス噴霧ノズル１００のＹ方向の走査速度に基づき、シリコンウェーハ１０を平坦化加工することが好ましい。
【００４３】
以上の第１工程Ｓ１０乃至第３工程Ｓ３０により、平坦化加工後のシリコンウェーハにおける、走査ピッチ幅Ｐに対応する周期での凹凸状の厚み分布斑の形成を抑制することが可能となる。
【００４４】
本発明に従う平坦化加工方法を、１バッチ中の複数枚のシリコンウェーハ１０に対して順次適用することも好ましい。すなわち、１枚目、２枚目、・・・Ｎ枚目（Ｎは自然数であり、１バッチに含まれる枚数未満の数値である）、・・・最終枚目のシリコンウェーハへと、１枚ずつ、本発明に従う平坦化加工方法を適用することも好ましい（図５Ｂ参照）。前述のとおり、特に比抵抗０．００１Ω・ｃｍ以下のｎ型のシリコンウェーハでは自然酸化膜の成長速度が大きい。そのため、このよう場合には、１バッチ中のシリコンウェーハの自然酸化膜の膜厚が、平坦化加工の最初と最後で異なることがある。しかし本発明方法を適用すれば、自然酸化膜の膜厚を考慮した平坦化加工を行うため、１バッチ中のエッチング加工斑の高低差を抑制することが可能である。
【００４５】
さて、本発明が適用対象とするシリコンウェーハは特に制限されない。バルクのシリコンウェーハとして、シリコン単結晶からなる単結晶シリコンウェーハを用いることができる。単結晶シリコンウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。また、単結晶シリコンウェーハには炭素および／または窒素が添加されていてもよい。さらに、任意の不純物を添加して、ｎ型またはｐ型としてもよい。他にも、バルクのシリコンウェーハ表面にシリコンエピタキシャル層を成膜したエピタキシャルシリコンウェーハ、ならびに、支持基板用シリコンウェーハおよび活性層用シリコンウェーハを貼り合わせてなるＳＯＩウェーハのいずれも、本発明の適用対象である。
【００４６】
比抵抗０．００１Ω・ｃｍ以下のｎ型シリコンウェーハに対して本発明を適用することが好ましい。前述のとおり、いわゆるｎ＋＋シリコンウェーハの自然酸化膜の成長速度が特に速いため、１バッチの平坦化加工の間に、自然酸化膜の膜厚が増大し、バッチ前半ではエッチング加工斑の高低差による加工影響が小さくとも、バッチ後半で加工影響が大きくなり得るからである。
【００４７】
また、本発明による平坦化加工方法を、自然酸化膜１２の膜厚が０．７μｍ以上であるシリコンウェーハ１０に適用することが好ましい。前述の実験結果により、自然酸化膜の膜厚が０．７μｍ以上となると、周期的走査条件によるエッチング加工斑の高低差が有意に発現するからである。
【００４８】
さらに、本発明による平坦化加工方法は、ＳＯＩウェーハに適用することも好ましい。すなわち、シリコンウェーハのウェーハ表面が、支持基板用シリコンウェーハおよび活性層用シリコンウェーハを、絶縁膜を介して貼り合わせてなるＳＯＩウェーハの、活性層用シリコンウェーハのウェーハ表面であることが好ましい。ＳＯＩウェーハの活性層を研削研磨により薄膜化する場合、局所ドライエッチングによる平坦化加工の加工品質が特に重要となるためである。なお、この場合、支持基板用ウェーハの自然酸化膜の膜厚の大きさは何ら限定されず、また、支持基板用ウェーハの導電型および比抵抗も任意である。一方、活性層用ウェーハが、比抵抗０．００１Ω・ｃｍ以下のｎ型シリコンウェーハである場合に本発明を適用することが好ましい。また、活性層用ウェーハの自然酸化膜の膜厚０．７μｍ以上の場合に本発明を適用することが好ましい。
【００４９】
なお、支持基板用シリコンウェーハと、活性層用ウェーハとの間の絶縁膜としては、一般的には酸化シリコン膜を用いるものの、電気的絶縁体であれば制限されず、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ; Diamond Like Carbon）などを用いることもできる。
【００５０】
また、１バッチ中の複数枚のシリコンウェーハ１０に対して本発明を適用する場合、前述のとおり自然酸化膜の成長速度を考慮すると、１枚目のシリコンウェーハ１０の自然酸化膜１２の膜厚が最小となる。また、加工処理に至るまでの時間が経過するほど自然酸化膜１２の膜厚は増大する。そのため、１バッチの処理枚数が多い場合などでは、Ｎ枚目（Ｎは自然数）からエッチング加工斑の高低差に影響を及ぼす膜厚となる場合もある。そこで、周期的走査条件をＮ枚目から変更するよう、周期的走査条件を決定してもよい。なお、一般的には１バッチにおいて、２５枚程度のシリコンウェーハが平坦化加工に供される。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５２】
＜実施例１＞
比抵抗０．００１Ω・ｃｍのｎ型シリコンウェーハ（ｎ＋＋ウェーハ）を２バッチ分（１バッチあたり、２５枚）用意した。ＨＦ洗浄による洗浄条件を調整して、洗浄直後の自然酸化膜の膜厚を３Åとした。なお、自然酸化膜の膜厚は、分光エリプソメーターによって測定した。なお、各バッチの最終枚目の自然酸化膜の膜厚は、前掲の『広瀬全孝「Si自然酸化膜制御」、応用物理、第61巻、第11号、pp．1124-1131、1992』に基づけば、約８Åとなる。
【００５３】
プラズマエッチング装置（スピードファム社製、型番：ＤＣＰ−２００Ｘ）を用いて、このシリコンウェーハの平坦化処理を２バッチ行った。そして、前述の図７のグラフの結果を参照し、エッチングガス噴霧ノズルのノズル径Ｄを８ｍｍとし、走査ピッチ幅Ｐを２ｍｍとした（比Ｐ／Ｄは０．２５）。各バッチの最終枚目のシリコンウェーハのＸ軸（走査ピッチ幅方向）クロスセクションにおけるエッチング量分布を図８Ａ、図８Ｂにそれぞれ示す。１バッチ目および２バッチ目のエッチング加工斑の高低差はそれぞれ１ｎｍ以下、であり、加工後のシリコンウェーハの厚み分布も、バッチ単位で全て良好であった。代表例として、１バッチ目の最終枚目の平坦化加工前後のウェーハの厚み分布を図９に示す。
【００５４】
＜実施例２＞
実施例１と同じシリコンウェーハを２バッチ分用意し、ＨＦ洗浄による洗浄条件も実施例１と同様とした。そして、実施例１における走査ピッチ幅Ｐを２ｍｍから１ｍｍへと変更（比Ｐ／Ｄは０．１２５）した以外は、実施例１と同様にして、シリコンウェーハの平坦化処理を２バッチ行った。各バッチの最終枚目のシリコンウェーハのＸ軸（走査ピッチ幅方向）クロスセクションにおけるエッチング量分布を図１０Ａ、図１０Ｂにそれぞれ示す。１バッチ目および２バッチ目のエッチング加工斑の高低差はそれぞれ１ｎｍ以下であり、加工後のシリコンウェーハの厚み分布も、バッチ単位で全て良好であった。ただし、１バッチ当たりの総加工時間が、実施例１に比べて３０％増大した。
【００５５】
＜比較例１＞
実施例１と同じシリコンウェーハを２バッチ分用意し、ＨＦ洗浄による洗浄条件も実施例１と同様とした。そして、実施例１における走査ピッチ幅Ｐを２ｍｍから４ｍｍへと変更（比Ｐ／Ｄは０．５０）した以外は、実施例１と同様にして、シリコンウェーハの平坦化処理を１バッチ行った。最終枚目のシリコンウェーハのＸ軸（走査ピッチ幅方向）クロスセクションにおけるエッチング量分布を図１１に示す。エッチング加工斑の高低差は１７ｎｍである。加工後のシリコンウェーハの厚み分布において、走査ピッチ幅４ｍｍに対応する周期での凹凸状の厚み分布斑が確認された。
【００５６】
以上の結果から、本発明を適用することにより、走査ピッチ幅に対応する周期での凹凸状の厚み分布斑の形成を抑制できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、走査ピッチ幅に対応する周期での凹凸状の厚み分布斑の形成を抑制することが可能なシリコンウェーハの平坦化加工方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０    シリコンウェーハ
１１    ベアシリコン
１２    自然酸化膜
１００    噴霧ノズル
１１０    エッチングガス
Ｄ    ノズル径
Ｐ    走査ピッチ幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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