(57)【要約】【課題】  ウエーハチャック、例えば静電チャックにおいて脱離特性に優れると共に、ドライエッチング品質のバラツキを抑制できる安定したエッチングが行えるドライエッチング方法及び装置を提供する。【解決手段】  ウエーハチャックにエッチングすべきウエーハをセットし、前記ウエーハに合わせたエッチングガスを導入し、前記ウエーハ表面をエッチングするドライエッチング方法において、前記ウエーハの前記ウエーハチャックへの密着度を予め評価し、この評価した密着度によってエッチング条件を調整するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーハチャックにエッチングすべきウエーハをセットし、前記ウエーハに合わせたエッチングガスを導入し、前記ウエーハ表面をエッチングするドライエッチング方法において、前記ウエーハの前記ウエーハチャックへの密着度を予め評価し、この評価した密着度によってエッチング条件を調整することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記ウエーハの前記ウエーハチャックへの密着度は、前記ウエーハを前記ウエーハチャック上から剥がすのに必要な力から概算し、この概算した密着度からエッチング条件の調整をおこなうことを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記ウエーハを剥がす方法は前記ウエーハチャック側から前記ウエーハの接触面を押し上げることにより実施し、また前記密着度はこの剥離するまでの最大押し上げ圧力として評価することを特徴とする請求項２記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
装置本体を形成するチャンバー部と、エッチングガスを導入するガス導入部と、ウエーハを保持するウエーハチャック部とを有するドライエッチング装置であって、前記ウエーハチャック部に保持されたウエーハを剥離するウエーハ剥離手段と、前記ウエーハチャック部へのウエーハの密着度を求める密着度評価手段と、この密着度の値により、エッチング条件を変更するエッチング条件調整手段とをさらに有することを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項５】
前記ウエーハ剥離手段はウエーハ押し上げ機構を有し、このウエーハ押し上げ機構は前記ウエーハチャックにウエーハ背面からウエーハを押し上げるリフトピンを具備し、該リフトピンを押し上げることによりウエーハを剥離するようにしたことを特徴とする請求項４記載のドライエッチング装置。
【請求項６】
前記ウエーハ剥離手段のリフトピンを押し上げることによってウエーハを剥離する際の該リフトピンの押し上げ圧力を検出・記録し、該押し上げ圧力の最大値を密着度として評価する評価手段を前記密着度評価手段として用いることを特徴とする請求項５記載のドライエッチング装置。
【請求項７】
前記エッチング条件調整手段は、密着度とエッチング速度の関係を予め把握しておき、密着度により、エッチング時間及び／又はウエーハチャックの温度を調整することによってエッチング条件を変更する手段であることを特徴とする請求項４〜６記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエーハ、例えばシリコンウエーハ等のドライエッチング方法及び装置に関し、特にウエーハ背面の影響によるエッチングバラツキを改善するドライエッチング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスを形成するための基板としてのシリコンウエーハやガラス基板などはその大口径化が進み、回路の高集積化、微細化に伴って、パターニング時の位置合わせ等の精度も益々厳しくなってきている。例えばデバイス製造で行われるドライエッチング工程などではそのエッチング量の精度が問題となっている。
【０００３】
従来のドライエッチング工程では、例えば、図７に概略を示すようなドライエッチング装置が用いられる。図７は従来のドライエッチング装置の１例を示す概略説明図である。図７において、ドライエッチング装置１０は、装置本体を形成するチャンバー部１２と、該チャンバー部１２にエッチングガスを導入するガス導入部１４とを有している。該チャンバー部１２内には、ウエーハＷを保持するウエーハチャック部１６が設けられ、該ウエーハチャック部１６にはバイアス用高周波電源部１８が接続されている。２０は接地された上部電極部で、該ウエーハチャック部１６の上方に設置されている。このようなドライエッチング装置１０を用い、チャンバー部１２内のウエーハチャック部１６にエッチングすべきウエーハＷをセットし、該ウエーハに合わせたエッチングガスをガス導入部１４から導入し、接地された上部電極２０に対向して平行におかれたウエーハチャック部１６にバイアス用高周波電源部１８からバイアス用高周波電圧を印加しガスをプラズマ化することによってウエーハＷの表面をエッチングする。なお、図７に示した例は並行平板型のエッチング装置といわれる形態のものである。ハロゲン原子を含む反応性ガスのプラズマを利用するドライエッチング法は、主にプラズマエッチング法、ダウンフローエッチング法や反応性イオンエッチング法などがあり、様々な形態のエッチング装置がある。
【０００４】
このようなドライエッチング工程では一般的にウエーハチャック部１６として静電チャックが利用されている。また、高温腐食性ガス雰囲気のプロセスであるためセラミックス製の静電チャックが主に用いられている。この静電チャックは、図６に示すような構造を有している。図６は従来の静電チャックの１例を示す概略説明図である。図６において、図７と同一又は類似部材は同一の符号を用いて説明する。図６において、静電チャック１６は、静電チャックの機能を果たすチャック機能部１６ａを有している。該チャック機能部１６ａの上面にウエーハＷが保持される。該チャック機能部１６ａには温調手段が設けられており、静電チャック１６の温度を調整する為、冷却水入口２４及び冷却水出口２６によってチャック機能部１６ａの下部に冷却水などを流す作用を行う。チャック機能部１６ａの材質には、一般的に半導体を汚染することのない各種セラミックスが使用され、絶縁性誘電体層を形成して静電吸着面として作用している。また、温調手段としては、例えば、冷却用Ｈｅ導入部２８及び排気部３０，３０を設置し、チャック機能部１６ａの内部を流れるヘリウムなどの冷却媒体（冷却手段）でチャック機能部１６ａの温度を調節する構成とすることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドライエッチング工程において、大量に処理されているシリコンウエーハの中には印加電圧を切っても静電チャックの吸着面から離脱できない場合があった。この原因は、ウエーハ裏面（背面ということもある）の接触面積に原因があると考えられている。この対策として静電チャックの吸着条件の設定をウエーハ毎に変えることが考えられるが、現実の生産ラインではこのような吸着条件の変更は困難である。従って、シリコンウエーハの面状態を評価して、例えば、接触面積、または、接触特性を許容範囲内に管理する必要がある。
【０００６】
さらに、ドライエッチングの場合には、プラズマにより加熱されたウエーハの熱は、静電チャックとの接触面を通して放熱するか、ウエーハと静電チャックの空間を流れるヘリウムなどの冷却媒体（冷却手段）により冷却しているが、ウエーハの面状態によって冷却効果が変化し、エッチングレートに影響を及ぼす問題がある。
【０００７】
シリコンウエーハ背面粗さに影響する工程としては、ケミカルエッチング工程や研磨工程がある。これらの工程においては、ケミカルエッチングの手段や研磨方法は多様な方法があり、得られるウエーハ背面品質がばらつくといった問題もある。このようにウエーハ背面品質の異なるウエーハを用いても安定したドライエッチングができることが望まれていた。
【０００８】
シリコンウエーハの背面粗さを表す方法としては、粗さ（ＲａやＲｍａｘ等）や光沢度（％）が用いられているが、これらの指標ではデバイス工程における静電チャックの問題を防止する特性にはならないことが分かっている。例えば図５の模式図に示すように同じＲａｍａｘであっても、ウエーハＷの形状が異なることがある。なおここでいうＲａとは中心線平均粗さのことで、形状プロファイルから所定の測定長さの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線からの凹凸までのへだたりの絶対値を平均し、その値をμｍ単位で表したものである。Ｒｍａｘは凹凸の最大幅（最大差）である。光沢度は、ＪＩＳ  Ｚ８７４１（鏡面光沢度測定方法）を参考にし、同規格で指定の鏡面光沢度計（グロスメーターＳＤ）を使用、同法に準じた方法により測定したもので、対物位置に何も置かない状態の輝度を便宜上０％と仮想し、鏡面化されたウエーハの光沢度を１００％と設定した条件で評価したものである。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、ウエーハチャック、例えば静電チャックにおいて脱離特性に優れると共に、ドライエッチング品質のバラツキを抑制できる安定したエッチングが行えるドライエッチング方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来、ドライエッチング工程においてウエーハによりエッチング量（エッチング速度）がバラツクことがあった。これは、ウエーハチャックからの熱伝導がバラツクためであると考えられた。そこで保持されるウエーハの背面品質が重要と考えられ、背面形状によりエッチング条件等を変更することが考えられた。しかし、従来の品質（光沢度や粗さ）等によりウエーハ形状を把握したのではエッチング条件を制御してもうまくエッチング量が制御できなかった。また、ウエーハの熱伝導を簡便に調査するのは困難であった。
【００１１】
そこで、本発明では光沢度や粗さ（Ｒａ）によりエッチング条件を制御するのではなく、ウエーハ背面に起因する密着度（吸着力）の違いにより、ウエーハ背面形状を正確に把握し、ドライエッチング条件を変更しエッチングすることを考えた。つまり、ウエーハ背面により静電チャック等のウエーハチャックとウエーハの密着性（吸着力）に差が生じる現象を利用し、この密着性の違いによりエッチング条件を変更することとした。これによりエッチング条件を正確に微調整しエッチング量（エッチング速度）が安定したドライエッチングができるようになった。また、密着性の測定は裏面形状を測ったり、光沢度を測ったりする場合に比べ、エッチング装置内部で容易に測定ができるメリットがある。
【００１２】
つまり、本発明のドライエッチング方法は、ウエーハチャックにエッチングすべきウエーハをセットし、前記ウエーハに合わせたエッチングガスを導入し、前記ウエーハ表面をエッチングするドライエッチング方法において、前記ウエーハの前記ウエーハチャックへの密着度を予め評価し、この評価した密着度によってエッチング条件を調整することを特徴とする。
【００１３】
前記ウエーハの前記ウエーハチャックへの密着度は、前記ウエーハを前記ウエーハチャック上から剥がすのに必要な力から概算し、この概算した密着度からエッチング条件の調整を行うと良い。
【００１４】
また、前記ウエーハを剥がす方法は前記ウエーハチャック側からウエーハの接触面を押し上げることにより実施し、また前記密着度はこの剥離するまでの最大押し上げ圧力として評価すると良い。
【００１５】
このように密着度によって、標準のエッチング条件をウエーハ毎に微調整し、エッチングを行えば、安定したエッチング量（エッチング速度）でエッチングを実施することができる。
【００１６】
本発明のドライエッチング装置は、装置本体を形成するチャンバー部と、エッチングガスを導入するガス導入部と、ウエーハを保持するウエーハチャック部とを有するドライエッチング装置であって、前記ウエーハチャックに保持されたウエーハを剥離するウエーハ剥離手段と、該ウエーハチャックへのウエーハの密着度を求める密着度評価手段と、この密着度評価手段によって評価された密着度の値により、エッチング条件を変更するエッチング条件調整手段とをさらに有することを特徴とする。本発明のドライエッチング装置の主要部分は、従来からあるプラズマエッチング法、ダウンフローエッチング法や反応性イオンエッチング法などによるエッチング装置で良い。本発明装置は、特に密着度評価手段と、この密着度評価手段によって評価された密着度の評価結果によりエッチング条件を変更するエッチング条件調整手段とを有していることを特徴とする。
【００１７】
特に前記ウエーハ剥離手段は押し上げ機構を有するのが好ましく、該押し上げ機構には、前記ウエーハチャックにウエーハ背面からウエーハを押し上げるリフトピンが配置され、該リフトピンを押し上げることによりウエーハを剥離するように作用する。
【００１８】
さらに、前記密着度評価手段としては、前記ウエーハ剥離手段のリフトピンを押し上げることによってウエーハを剥離する際の該リフトピンの押し上げ圧力を検出・記録し、該押し上げ圧力の最大値を密着度として評価する評価手段を用いると良い。上記押し上げ圧力の検出はモータにかかる負荷電流などから求めれば良い。
【００１９】
また、上記エッチング条件調整手段としては、特に限定するものではないが、密着度とエッチング速度の関係を予め把握しておき、エッチング速度（エッチング量）が一定になるように密着度によってエッチング時間及び／又はウエーハチャックの（冷却）温度を調整することによってエッチング条件を変更する手段とするのが良い。
【００２０】
このように、ドライエッチング装置自体の構成は基本的には従来のものと同様であるが、ウエーハチャック部に剥離手段を兼ねた密着度評価手段を配置し密着度を求めることでエッチング条件を変更する。このような構成の装置を用い、ドライエッチング処理を行えば、ウエーハ形状（主に背面形状）に多少のばらつきがあったとしても、エッチング量を一定にすることができ安定したエッチングを行うことができる。またドライエッチング装置内でウエーハの背面形状の情報が得られ、ウエーハ毎に裏面形状を測ったり、光沢度を測ったりする場合に比べ、簡便であり、また正確に指標として利用できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明のドライエッチング方法によれば、処理するウエーハ毎に密着度（吸着力）を確認し、ウエーハ背面により変化してしまうエッチング代のばらつきを予測し、エッチング条件にフィードバックすることで、ドライエッチング工程でも安定した処理を行うことができる。このようにすれば、例えウエーハ製造工程で品質がばらついたとしても、ドライエッチング後のウエーハ品質は良好なものとなる。本発明のドライエッチング装置によれば、本発明のドライエッチング方法を効果的に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明のドライエッチング方法及び装置について、添付図面中、図１〜図３を用いて説明するが、本発明の技術思想から逸脱しない限り、図示例以外に種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００２３】
図１は本発明のエッチング方法の工程順を示すフローチャートである。はじめにドライエッチングを行う為のウエーハを準備し、ドライエッチング装置にセットし（ステップ１００）、該ウエーハの密着度を確認する（ステップ１０２）。確認した密着度により標準のエッチング条件を微調整し（ステップ１０４）、エッチングを行う（ステップ１０６）。
【００２４】
本発明のドライエッチング方法を実施するために用いられるドライエッチング装置は、どのような形態のものでもかまわないが、一般的に知られているプラズマエッチング法、ダウンフローエッチング法や反応性イオンエッチング法などのエッチング装置を用いることができる。
【００２５】
図２は本発明のドライエッチング装置の一つの実施の形態を示す概略説明図である。図３は本発明のドライエッチング装置の要部の摘示拡大概略説明図である。図２及び図３には、並行平板型エッチング装置を主にした装置例が示されている。図２において、図７と同一又は類似部材は同一符号で示される。図２において、符号１０Ａは本発明のドライエッチング装置で、装置本体を形成するチャンバー部１２と、該チャンバー部１２にエッチングガスを導入するガス導入部１４とを有している。該チャンバー部１２内には、ウエーハＷを保持するウエーハチャック部１６が設けられ、該ウエーハチャック部１６にはバイアス用高周波電源部１８が接続されている。２０は接地された上部電極部で、該ウエーハチャック部１６の上方に設置されている。
【００２６】
上記した構成は、図７に示した従来のドライエッチング装置１０と同様であるが、本発明のドライエッチング装置１０Ａは、さらに次のような特有の構成を有している。図２及び図３において、符号３２はウエーハ剥離手段で、前記ウエーハチャック部１６に保持されたウエーハＷを剥離する作用を行う。このウエーハ剥離手段３２には、図２及び図３に示すように、ウエーハチャック部１６に保持されたウエーハＷの背面からウエーハＷを押し上げるリフトピン３４が配設され、該リフトピン３４を押し上げるピストン等の押し上げ機構３６を有している。この押し上げ機構３６の構成は、特に限定するものではないが、例えば、ウエーハＷの外周部に３箇所及び中心部に１箇所程度の割合でリフトピン３４を配置し、これらのリフトピン３４を均等に押し上げることでウエーハＷを剥離する。
【００２７】
図２及び図３において、符号３８は密着度評価手段で、ウエーハチャック部１６へのウエーハＷの密着度を求める作用を行う。この密着度評価手段３８は、上記リフトピン３４の押し上げ機構３６に接続された圧力計により又は負荷電流等を計測することにより押し上げ圧力を検出・記録する装置を備えており、この圧力検出・記録装置によって、押し上げ圧力を求め、その最大値を密着度として評価するようになっている。
【００２８】
図２において、符号４０はエッチング条件調整手段で、上記した密着度の値により、エッチング条件を変更する作用を行う。このエッチング条件調整手段４０は、特に限定するものではないが、密着度とエッチング速度の関係を予め把握しておき、エッチング速度（エッチング量）が一定になるように密着度によってエッチング時間及び／又はウエーハチャックの（冷却）温度を調整するものである。このエッチング条件の変更はコンピュータ等により制御され、冷却用Ｈｅガスや、エッチング時間を変更することにより実施される。
【００２９】
上記構成により、その作用を説明する。まず、ドライエッチング装置１０Ａのウエーハチャック部１６にエッチングすべきウエーハＷをセットする。該ウエーハＷのウエーハチャック部１６への密着度を密着度評価手段３８を用いて評価する。具体的には、ウエーハ剥離手段３２のリフトピン３４及び押し上げ機構３６によってウエーハチャック部１６に保持されたウエーハＷの背面からウエーハＷを押し上げてウエーハＷを剥離し、その時の押し上げ圧力を検出・記録することによって密着度を評価する。この評価した密着度に基づいてエッチング条件調整手段４０によってエッチング条件を調整する。具体的なエッチング条件の調整としては、エッチング時間の調整を行うか、又はそれと共にあるいは別にウエーハチャック部１６の温度調整を温度調整手段によって行うことによって実施される。エッチングは特に限定するものではないが、標準的なエッチング条件に対し、上記密着度により求めたエッチング条件の微調整を行い実施する。
【実施例】
【００３０】
以下に、実施例をあげて本発明をさらに説明をするが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００３１】
ウエーハとして直径２００ｍｍのシリコンウエーハについて、その表面（全面）をドライエッチングした例を説明する。このウエーハはウエーハの加工工程により異なるが、少なくとも一主面が鏡面化されたウエーハであり、その背面形状はそれぞれ異なるものである。背面形状は一般的にアルカリエッチング面、酸エッチング面、研磨面と大きくわけて３種類の状態であり、更に同じアルカリエッチング面、酸エッチング面、研磨面でもその表面処理方法により多様な状態になったものである。
【００３２】
（実施例１）
まず、図２及び図３に示したドライエッチング装置と同様の装置を用いて裏面状態の異なる複数の直径２００ｍｍのシリコンウエーハについての吸着度とエッチング速度の関係をあらかじめ調査した。その結果を図４に示す。密着度は上記したようにリフトピンでウエーハ裏面から押し上げその時にかかる最大押し上げ力とした。なお、密着度の強さは絶対値でも表せるが、本実施例では基準のウエーハを用意し、この密着度を１とし、このウエーハより剥がれやすいものの密着度の値は小さく、また剥がれにくいものは値が大きくなるようにもとめ相対値として表している。
【００３３】
本実施例で用いたドライエッチング装置にはエッチング条件調整手段としてコンピュータが備えられており、図４に示す相関データはこのコンピュータに入力される。今回のエッチング条件では密着度の低いウエーハは熱伝導が悪い為、ウエーハ表面の温度が高くなる傾向にありエッチング速度が上昇することがわかる。この相関はドライエッチング装置や、ドライエッチング条件により変わることがあり、それぞれの装置で把握しておくことが好ましい。次に製造工程の異なる直径２００ｍｍのシリコンウエーハＡ，Ｂ，Ｃ３種類を用意した。それぞれのシリコンウエーハを本発明の上記したドライエッチング装置でエッチングを行った。
【００３４】
まず、各シリコンウエーハの密着度を求めたところ、シリコンウエーハＡでは密着度が１．０であった。また、シリコンウエーハＢでは密着度が０．８であった、更にはシリコンウエーハＣでは密着度が１．２であった。
【００３５】
上記３枚のウエーハについてエッチング量が同じになるようにエッチング時間を変えてドライエッチングを行った。ドライエッチング条件は、ＣＦ４ガス３００ｓｃｃｍ＋Ｏ2  １２０ｓｃｃｍ、圧力は４０Ｐａ、冷却水温２５度とし、エッチング時間は標準のシリコンウエーハＡを７０秒とした。シリコンウエーハＢとＣについては図４からシリコンウエーハＡに対するエッチング速度を調べて時間を設定した。シリコンウエーハＢは密着度が０．８なので図４からエッチング速度はシリコンウエーハＡの１．０２５倍になることが判る。したがって、エッチング量をシリコンウエーハＡと同じくするため、エッチング時間を６８．３秒と若干短くした。また、シリコンウエーハＣは密着度が１．２なので図４からエッチング速度が０．９７５倍になることが判る。したがって、エッチング時間を７１．８秒と若干長くした。実際には、これらのエッチング時間は、各ウエーハの密着度を前記コンピュータに入力することにより、予め入力された密着度とエッチング速度の関係から自動的に計算され設定されるようになっている。
【００３６】
エッチングの結果、どのウエーハも０．３μｍエッチングされており、すべて狙い通りのエッチング量となった。なお、エッチング量の測定はエッチング前後のウエーハの厚さを測定することで求めた。
【００３７】
（比較例１）
上記Ａ，Ｂ，Ｃの３種類のウエーハについて、エッチング時間を全て７０秒とした以外は実施例１と同じ条件でドライエッチングした。その結果、各ウエーハのエッチング量はウエーハＡが０．３００μｍ、ウエーハＢが０．３１０μｍ、ウエーハＣが０．２９５μｍとばらつきが表れた。
【００３８】
このように本発明のドライエッチング方法及び装置を用いることにより、多様な背面状態のシリコンウエーハでも安定してドライエッチングすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のドライエッチング方法の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明のドライエッチング装置の一つの実施形態を示す概略説明図である。
【図３】図２の要部を示す摘示概略拡大説明図である。
【図４】実施例１において調べた密着度とエッチング速度の関係を示すグラフである。
【図５】ウエーハ表面粗さ（形状）の例を示す模式図である。
【図６】従来のドライエッチング装置の１例を示す概略説明図である。
【図７】従来の静電チャックの１例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０：従来のドライエッチング装置、１０Ａ：本発明のドライエッチング装置、１２：チャンバー部、１４：ガス導入部、１６：ウエーハチャック部，静電チャック、１６ａ：チャック機能部、１８：バイアス用高周波電源部、２０：上部電極、２４：冷却水入口、
２６：冷却水出口、２８：冷却用Ｈｅ導入部、３０：排気部、３２：ウエーハ剥離手段、
３４：リフトピン、３６：押し上げ機構、３８：密着度評価手段、４０：エッチング条件調整手段、Ｗ：ウエーハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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