【手続補正書】
【提出日】平成16年5月20日(2004.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】            明細書
【発明の名称】    エッチング方法及びエッチング装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  被エッチング物の表面の凸部領域あるいは相対的に厚い部分の表面領域のみをエッチングし、被エッチング物の表面を平坦化するエッチング方法において、
エッチングガスに紫外線を照射して分解・活性化し、該分解・活性化されたエッチングガスを前記被エッチング物の表面の前記凸部領域あるいは相対的に厚い部分の表面領域のみに噴射して前記凸部領域あるいは相対的に厚い部分の表面領域のみをエッチングすることにより被エッチング物の表面を平坦化することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】  前記紫外線は、１８５ｎｍ以下の波長を含むことを特徴とする請求項１のエッチング方法。
【請求項３】  前記エッチングガスは、弗素化合物ガスであることを特徴とする請求項１のエッチング方法。
【請求項４】  前記エッチングガスは、酸素又は酸素化合物を含むことを特徴とする請求項３のエッチング方法。
【請求項５】  紫外線光源と、
前記紫外線光源が発生した紫外線が照射されて、エッチングガスを分解・活性化させる手段と、
減圧されたチャンバと、
前記減圧されたチャンバ内に設けられ、被エッチング物を保持する被エッチング物保持手段と、
前記減圧されたチャンバ内に分解・活性化されたエッチングガスを導入し、該エッチングガスを前記被エッチング物の表面の凸部領域あるいは相対的に厚い部分の表面領域のみに噴射するエッチングガス導入手段と
を備えることを特徴とするエッチング装置。
【請求項６】  前記被エッチング物保持手段は、前記被エッチング物と前記エッチングガス導入手段とを相対的に運動させる移動手段であることを特徴とする請求項５のエッチング装置。
【請求項７】  前記エッチングガスを分解・活性化させる手段は、原料ガスが供給され、紫外線透過性のある活性ガス生成管とこの活性ガス生成管の前記紫外線光源とは反対側に配置された反射ミラーからなることを特徴とする請求項６のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエッチング方法及びエッチング装置、特に被エッチング物の表面を局部的にエッチングして被エッチング物を平坦化するエッチング方法及びエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでシリコンウェハ、アルミニウムディスクなどの基板を平坦化する場合、基板の両面から平板を押し当て、水、研磨剤を供給しながら擦り合わせ、機械的に研磨するラッピング、ポリッシングといった方法が知られている。
一方、近年、前記のような機械的な加工法に代わり、基板表面に対し局部的なプラズマエッチングを行い、表面の凹凸をなくして平坦化したり、基板を薄くしたりするエッチング法が提案されている（特許第２５６５６１７号公報、特開平９ー２７４８２号公報）。
【０００３】
このような基板の平坦化を向上させる技術的要求として、例えば半導体ウェハにおいてはＬＳＩの回路動作の高速化、高機能化に伴い配線の高密度化、多層化が進行している。
そこで、高密度化するための解決策の一つとして、チップ面積の拡大をある程度抑えつつ、配線幅を微細化することで対応している。
【０００４】
ところで、配線パターンを光学的に作成するリソグラフィー技術においては、解像度（Ｒ）と光学レンズの焦点深度（ＤＯＦ）が次の式で表されるような関係を有している。
Ｒ∝λ／ＮＡ
ＤＯＦ∝λ／（ＮＡ）2
ここで、λは露光波長、ＮＡは光学レンズの開口率である。
このような関係があるため、より微細加工を行うためには露光波長を小さくしようとすると、同時に焦点深度（ＤＯＦ）も小さくなり、許容できる基板の微少な凹凸が小さくなる。
【０００５】
このように、微細化に対応するには基板の凹凸あるいは厚み変動を低減し平坦化することが必須であるが、従来の機械的研磨による平坦化では平坦性に限界がきており、今後のＶＬＳＩ用の半導体ウェハの平坦化には対応しきれないという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記公報に記載されているプラズマエッチング法による局部的なエッチングは、前記機械的研磨よりも基板の平坦化、平滑化に有効な方法である。
しかしながら、前記局部的なエッチング方法は、プラズマ中で発生した高エネルギーのイオンと基板表面を構成する原子とを反応させてエッチングを行うという原理から、基板表面の損傷や基板内部へのイオン注入による汚染などを避けることができない。
【０００７】
また、この高エネルギーのイオンはプラズマ発生部を囲んでいる石英などの放電管壁材料をもエッチングしてしまう。そこで、プラズマに印加する高周波あるいはマイクロ波のパワーを減じてイオンエネルギーを下げ、基板損傷や材料消耗を防ぐ方法も考えられるが、プラズマが不安定になり、さらに、イオンエネルギーの低下はエッチング速度を低下させるため、前記方法では前記問題点の解決策としては現実性がないものである。
【０００８】
このように、現段階では基板にエッチングで生じた損傷あるいは汚染層を機械・化学的な方法で再度研磨して除去するといった効率の良くない方法を採用せざるを得ない。
本発明は、前記問題点に鑑み、基板などの被エッチング物の表面に損傷を与えずに効率良くエッチング処理が可能なエッチング方法及びエッチング装置を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被エッチング物の表面の凸部領域のみ、あるいは被エッチング部の相対的に厚い部分の表面領域のみをエッチングするために、エッチングガスに紫外線を照射して分解・活性化し、該分解・活性化されたエッチングガスを前記被エッチング物の表面の前記凸部領域のみ又は被エッチング物の相対的に厚い表面領域のみに噴射してエッチングすることにより被エッチング物の表面を平坦化する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のエッチング装置の構成を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、エッチング装置１は、ステンレススチール製のチャンバ２内にはシリコンウェハ等の被エッチング物３を保持する被エッチング物保持手段４、該被エッチング物保持手段４を載せたＸ−Ｙテーブル５が配置されている。
前記Ｘ−Ｙテーブル５を移動させるステッピングモータ６及び７にはＸーＹモータドライバ８を介して位置制御用コンピュータ９が接続されており、該位置制御用コンピュータ９によって前記ＸーＹテーブル５の動きが制御される。
したがって、前記被エッチング物保持手段４は、前記被エッチング物３と後述するエッチングガス導入管２０とを相対的に運動させる移動手段となる。
また、前記チャンバ２は、真空ポンプにより排気口１０から排気されて減圧され、内部が約７０Ｐａ（０．５ｔｏｒｒ）の減圧下に保たれている。
【００１１】
また、原料ガス供給装置１１は、例えば３個のガスボンベ１１ａ〜１１ｃを備え、ガスボンベ１１ａにはエッチングガスＳＦ6 が、ガスボンベ１１ｂにはエッチングガスと混合される酸素が、ガスボンベ１１ｃにはキャリアガスとして混合されるアルゴン（Ａｒ）がそれぞれ封入されている。これらのガスは原料ガス供給パイプ１２を通して石英製の活性ガス生成管１３の上流側より供給され、紫外線（ＵＶ）光源用電源１４で駆動される紫外線光源（ＵＶ光源）１５が発した波長１８５ｎｍの紫外線１６がガス流１８に対して照射される。
【００１２】
前記紫外線１６が照射されたガス流１８は分解・活性化される。そして、この活性化されたエッチングガスは活性ガス流１９となって活性ガス生成管１３と一体に構成された石英製のエッチングガス導入管２０を通して下降し、該エッチングガス導入管２０の先端から被エッチング物３の局部的エッチング領域に向けて噴射される。ここで、前記エッチングガス導入管２０の先端にノズルを形成することにより、特に被エッチング物表面の凸部領域に対してのみエッチングガスを正確に噴射することができる。
【００１３】
また、被エッチング物の相対的に厚い部分の表面領域をエッチングする場合は前記ノズルを省略して比較的広い領域に均一に噴射させる。この場合、前記活性ガス生成管を被エッチング物の表面状態に応じて交換してエッチングを行う。
【００１４】
また、前記活性ガス生成管１３に対して紫外線光源１５と反対側には紫外線１６を反射するアルミニウム製の反射ミラー２１が配置されており、紫外線１６を反射させてガス流１８への紫外線１６の照射を効率良く行うことができる。
【００１５】
エッチングガスとしてはＳＦ6 を用いるが、ＳＦ6 の代わりにＣＦ4や他のフルオロカーボンガスを使用しても良い。また前記エッチングガスに混合する酸素の代わりにＣＯ、Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ2 などの酸素化合物を用いることもできる。またキャリアガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いても良い。
【００１６】
ここで活性ガス生成管及びエッチングガス導入管の材料を石英とし、紫外線光源として波長１８５ｎｍの紫外線を発する低圧水銀ランプを使用したが、活性ガス生成管が石英管の場合は波長が約１７０ｎｍの紫外線まで使用することができる。
さらに短波長の紫外線、例えば１６０ｎｍの波長の紫外線をガス流に照射する場合は、活性ガス生成管として弗化カルシウム管を使用するか、石英管又は弗素樹脂管に弗化カルシウム窓を取り付けて構成した活性ガス生成管を使用する。
【００１７】
以下、前記活性ガス生成管及びガス流への紫外線照射窓の具体例を説明する。図２に示すように、活性ガス生成管１３ａは、弗素樹脂又は石英からなり、管の途中の側面に紫外線１６に透明な弗化カルシウム（ＣａＦ）の紫外線照射窓２２が設けられている。この活性ガス生成管１３ａの上流側に原料ガス供給装置１１からガスを供給する原料ガス供給パイプ１２ａが接続されている。また活性ガス生成管１３ａと一体に形成されたエッチングガス導入管２０ａはチャンバ上部のフランジ２ａを貫通してチャンバ内に入り込み、その先端が被エッチング物の表面に対向して配置される。
【００１８】
また、図３に示すように、活性ガス生成管１３ｂは、弗素樹脂又は石英からなり、管の上流端に紫外線に透明なＣａＦの紫外線照射窓２３が設けられている。
この活性ガス生成管１３ｂの上流側面に原料ガス供給装置１１からガスを供給する原料ガス供給パイプ１２ｂが接続されている。また活性ガス生成管１３ｂと一体に形成されたエッチングガス導入管２０ｂはチャンバ上部のフランジ２ａを貫通してチャンバ内に入り込み、その先端が被エッチング物の表面に対向して配置される。
【００１９】
前記図２に示す活性ガス生成管は、前記反射ミラー２１を取り付けるのに容易であり、紫外線のエネルギーを有効に利用することができ、紫外線を照射してガスを活性化する領域が短いため、波長の短い（エネルギーの大きい）紫外線を照射するのに適している。
一方、図３に示す活性ガス生成管１３ｂはガス流路を貫通して紫外線が効率良く照射されるため、活性化させる領域が長くなりエッチングガスの分解・活性化が効率良く促進されて、比較的波長の長い紫外線を利用した場合のエッチングガスの分解・活性化に適している。
【００２０】
前記エッチング装置において、シリコンウェハのような半導体ウェハの表面の凸部又は相対的に厚い部分をエッチングする場合、シリコンウェハの凸部分布情報又は厚み分布情報を前記コンピュータに取り込み、所望の平坦度となるようにエッチング位置とエッチング深さを計算する。この計算結果に基づいて前記Ｘ−Ｙステージの移動を制御し、例えばエッチングガスとしてＳＦ6 を使用した場合はＳＦ5 ＋Ｆ* に分解されたガスをシリコンウェハの凸部に噴射して中性ラジカルＦ* にて等方性エッチングを行い、凸部をなくして平坦化する。
【００２１】
一例として、エッチングガスとしてＳＦ6 と酸素の混合ガスを用い、酸素ガスはその分圧が全体の１０％となるようにガス流路のニードルバルブで調整する。
これらのガスを活性ガス生成管を構成する外径が約１３ｍｍの石英管を通し、外側から紫外線を照射し分解・活性化する。この石英管として純度が低いと紫外線を吸収してエッチング特性を低下させるため、高純度の石英（東芝セラミックス社製Ｔ−１６３０Ｓ材）を用いた。
【００２２】
紫外線光源としては、２００Ｗ低圧水銀ランプを用いたが、中心波長１７２ｎｍを用いても同等の効果が得られる。
そして、被エッチング物であるシリコンウェハをヒータ付きの被エッチング物保持手段に載せて加熱し、エッチング速度を増大させるために約８００℃の温度に保持した。
また、前記エッチングガス導入管の下流先端をシリコンウェハの表面に対向させ、その間隔を０．５ｍｍに保ったまま、予め決定してあるプログラムに従いＸーＹテーブルを移動させて走査した。
【００２３】
前記条件下で６インチのシリコンウェハを２５枚処理したところ、処理前ＴＴＶ（Total Thickness Variation ）が平均１．２８μｍであったものがエッチング処理後には平均０．５４μｍとなり、機械研磨に比べ十分な平坦度を達成することができた。
また、表面粗さを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したところ、シリコンウェハ上で１６点測定で、Ｒａ＜５ｎｍでプラズマエッチング法に比べて格段に良好な値を示した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のエッチング方法及びエッチング装置によれば、紫外線を照射してエッチングガスを分解・活性化させて、分解・活性化された活性ガスを被エッチング物に局部的に噴射させてエッチングするようにしたから、被エッチング物の損傷や汚染を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明エッチング装置の構成図である。
【図２】
本発明エッチング装置の活性ガス生成管の構成図である。
【図３】
本発明エッチング装置の活性ガス生成管の他の構成図である。
【符号の説明】
１・・エッチング装置 ２・・チャンバ ３・・被エッチング物 ４・・被エッチング物保持手段 １１・・原料ガス供給装置 １３・・活性ガス生成管
１５・・紫外線（ＵＶ）光源 ２０・・エッチングガス導入管