(57)【要約】  エッチングチャンバ内において回転可能なプレート上に存在する半導体ウェハの表面層をエッチングするための方法および装置である。エッチングガスのフローがウェハに直接的に方向付けされず、まずエッチングチャンバ内で分散され、その後、エッチングされるべき半導体ウェハの表面に接触するような態様で、エッチングチャンバへエッチングガスを導入することにより、表面の均質のエッチングが得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングチャンバ（１）において回転可能なプレート（３）上に存在する半導体ウェハ（２）の表面をエッチングするための方法であって、前記エッチングチャンバは、その上に前記回転可能なプレート（３）が位置する底部（１ａ）と、前記底部（１ａ）に嵌合するカバー（１ｂ）と、前記カバー内または前記カバー（１ｂ）の下縁部と前記底部（１ａ）との間の少なくとも１つの開口部（７）と、前記回転可能なプレート（３）のそばに位置する、開口部（５ａ）を通じて前記エッチングチャンバ（１）にエッチングガスを導入するためのバルブまたはノズル（５）とからなり、前記ノズルまたはバルブ（５）の前記開口部（５ａ）は前記半導体ウェハ（２）の方向に方向付けられていない、方法。
【請求項２】
前記ノズルまたはバルブ（５）の前記開口部（５ａ）は、前記エッチングガスが前記半導体ウェハ（２）に直接的に方向付けされないように上部（１ｄ）または側壁（１ｃ）のいずれかに方向付けされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エッチングガスはＨＦとＯ３との混合物である、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エッチングチャンバ（１）へ前記エッチングガスを導入する時間は３秒と６０秒との間である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記回転可能なプレート（３）は冷却または加熱可能である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記回転可能なプレート（３）は、前記エッチングプロセスの間、５ｒｐｍ〜１５ｒｐｍの回転速度で回転される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体ウェハ（２）の前記表面がエッチングされた後、前記エッチングされた表面がＮ２で乾燥される、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記エッチングプロセスは、所望の除去量が得られる頻度で繰り返される、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記所望の除去量は１０ｎｍと５，０００ｎｍとの間である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
回転可能なプレート（３）上に存在する半導体ウェハ（２）の表面をエッチングするためのエッチングチャンバであって、前記エッチングチャンバは、その上に前記回転可能なプレート（３）が位置する底部（１ａ）と、前記底部（１ａ）に嵌合するカバー（１ｂ）と、前記カバー内または前記カバー（１ｂ）の下縁部と前記底部（１ａ）との間の少なくとも１つの開口部（７）と、前記回転可能なプレート（３）のそばに位置する、開口部（５ａ）を通じて前記エッチングチャンバ（１）にエッチングガスを導入するためのバルブまたはノズル（５）とからなり、前記ノズルまたはバルブ（５）の前記開口部（５ａ）は前記半導体ウェハ（２）の方向に方向付けられていない、エッチングチャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ表面層内の金属不純物を分析するための、プロセスチャンバにおける半導体ウェハの気相エッチングのための方法に関する。特定的には、本発明は、エッチングガスおよび酸化ガスの混合物により半導体ウェハの表面層をエッチングし、ウェハ表面を層においてエッチングすることを可能にするための方法に関する。エッチングされた表面層は、酸化珪素層または窒化珪素層に限定されないが、単結晶または多結晶珪素層である。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの表面層をエッチングした後、エッチングされた表面は、スキャン溶液で処理され、当該スキャン溶液は次いで、ウェハ表面層の金属不純物について分析される。
【０００３】
半導体ウェハは、たとえば、元素半導体（シリコン、ゲルマニウム）、化合物半導体（たとえばアルミニウム、ガリウムもしくはインジウム）、または、その化合物（たとえばＳｉ１−ｘＧｅｘ，０＜ｘ＜１；ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰなど）といった半導体材料のスライスである。
【０００４】
エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスおよびマイクロエレクトロメカニクスは、グローバル平坦度およびローカル平坦度、単面基準平坦度（ナノトポロジー）、粗さおよび清浄性に関して極めて厳しい要求を満たさなければならない半導体ウェハを出発物質として必要とする。
【０００５】
先行技術に従うと、半導体ウェハは、概して以下の群に分類され得る複数の連続的なプロセスステップによって製造される。すなわち、
（ａ）通常は単結晶である半導体ロッドの製造、
（ｂ）個々のウェハへのロッドのスライス、
（ｃ）機械的処理、
（ｄ）化学的処理、
（ｅ）化学機械的処理、
（ｆ）適切な場合、層構造のさらなる作製、
といったプロセスステップによって製造される。
【０００６】
これらのプロセスステップの各々の間、たとえばＤＥ１５４４２８１Ａ１において既に教示されるように、微量金属不純物による半導体材料の汚染が発生し得る。半導体ウェハの表面層における、または、そのような表面上においてＣＶＤプロセスによって生成されるエピタキシャルシリコン層のような薄膜における、半導体ウェハ表面上のそのような金属不純物は、半導体装置の電気特性に悪影響を及ぼし得る。したがって、たとえば品質理由で微量金属不純物の量を測定するために、そのような金属性不純物の高感度かつ高効率な分析が必要である。
【０００７】
そのような微量金属不純物を分析するために、ウェハの表面は、the SEMI Draft Document 4844: New Standard: Guide for the Measurement of Trace Metal Contamination on Silicon Wafer Surface by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry（２０１０年１月１５日）に記載されるように、その後の表面分析ステップのために、たとえば規定された結晶シリコン層を除去するようエッチングされなければならない。それぞれのエッチング方法は、たとえばＤＥ１９８５０８３８Ａ１のような液相エッチング（ＬＰＥ： liquid phase etching）法と、たとえばＥＰ０７５０３３６Ａ２のような気相エッチング（ＧＰＥ： gas phase etching）法とに分類され得、後者は気相蒸着法とも称される。
【０００８】
日本国特許出願ＪＰ２０１１１２９８３１Ａは、気相エッチング法によりシリコンウェハ表面層上にて超微量金属を分析する方法を開示している。
【０００９】
ＪＰ２０１１１２９８３１Ａに従うと、気相エッチング法を使用する分析方法は、エッチングガス（分解ガス）がシリコンウェハの表面に接触することにより、所望厚さ（量）へとシリコンウェハをエッチング（または分解）する第１のステップと、水のような溶媒を使用することにより、表面層および金属不純物のエッチングまたは分解された物質を分析のために溶液の形態で収集する第２のステップと、分析のためのこの溶液を分析する第３のステップとから構成される。
【００１０】
ＪＰ２０１１１２９８３１Ａは、エッチングガスとしてオゾンを含有するＨＦガスを使用することを教示している。エッチングまたは分解された表面層に副生成物が残存し、当該副生成物は、表面上の当該副生成物が生成された直後にウェハ上に不活性ガスを直接的に吹きつけることによって除去／不活性化されなければならない。さらに、表面上の副生成物は、副生成物に水をスプレーすることにより除去／不活性化され得る。
【００１１】
ＪＰ２０１１１２９８３１Ａの教示に従うと、副生成物の除去の後、ＨＦガスによるその後の疎水化と、液滴スキャンおよび収集および分解物質収集処理ステップならびに金属分析ステップを含む分析ステップとが行われ得る。
【００１２】
シリコンウェハの表面層のエッチング／分解ステップの間に形成される副生成物の除去または不活性化によって、エッチングされた層における金属の収集効率が高くなり得ない表面状態が得られるという問題がある。得られた表面状態は、スキャニングステップについて容易にアクセス可能でない非常に強固な酸化珪素層からなり得る。従って、収集効率は強く影響を受け、結果得られる金属含有量は、エッチングされた珪素層の実際の含有量の一部のみを反映し得る。
【００１３】
ＷＯ２０１１／０８３７１９は、シリコンウェハの金属汚染を分析するために、フッ化水素ガスおよび酸化窒素ガスの混合物を使用してシリコンウェハの表面層部分をエッチングするための方法を開示する。珪素の存在下で硝酸（ＨＮＯ３）の分解反応を使用することによって、酸化窒素ガス（窒化ガス）が生成される。
【００１４】
ＷＯ２０１１／０８３７１９に従った方法には以下の２つの主な欠点がある。すなわち、第１に、窒化ガスの形成速度が制御されず、シリコンウェハ表面の制御されたエッチングプロセスが可能ではないことである。第２に、窒化ガスによるエッチングによって、亜酸化物の局所的な形成による規定されない表面状態が得られることである。これらの亜酸化物は、液滴の分離（droplet tear-off）および／または表面上への液滴の塗抹（smear）によって、液滴スキャン技術によるその後の金属分析を妨げ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明のある目的は、高感度で気相エッチング方法を使用することによってシリコンウェハ表面上の超微量金属を分析する方法における副生成物の除去の際に明白になった問題を解決することである。
【００１６】
本発明の目的の中には、高感度でのウェハ表面層における微量金属不純物の分析のために結晶シリコンの層におけるエッチングを可能にする、半導体ウェハ、好ましくはシリコンウェハ、のための気相エッチング方法を提供することがある。
【００１７】
主な目的のうちの１つは、結晶シリコンのエッチングされた層に関して信頼性のある深さ情報を達成することである。信頼性のある深さ情報を得るキーパラメータは、層エッチング除去の均一性である。本発明により、同じウェハを数回エッチングすることが可能であり、それぞれのウェハの深さプロファイルが得られる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的は、エッチングチャンバ１において回転可能なプレート３上に存在する半導体ウェハ２の表面層をエッチングするための方法であって、エッチングチャンバは、その上に回転可能なプレート３が位置する底部１ａと、底部１ａに嵌合するカバー１ｂと、カバー内またはカバー１ｂの下縁部と底部１ａとの間の少なくとも１つの開口部７と、回転可能なプレート３のそばに位置する、開口部５ａを通じてエッチングチャンバ１にエッチングガスを導入するためのバルブまたはノズル５とからなり、ノズルまたはバルブ５の開口部５ａは半導体ウェハ２の方向に直接的に向いていない方法によって達成される。
【００１９】
簡潔に言うと、本発明は、表面と、裏面と、周縁部と、中心軸からウェハの周縁部まで延在する半径とを有する半導体ウェハ基板を含む半導体ウェハのためのその後の金属分析ステップのためにエッチングチャンバ内で行われる気相エッチング方法に関する。
【００２０】
より詳細には、本発明は、半導体ウェハの表面層中の微量金属不純物を分析するためのプロセスに関し、当該プロセスは、分析されるべき表面層が、エッチングチャンバ中である程度までエッチングガスによりエッチングされ、エッチングされた表面層を窒素ガスで乾燥する本発明の第１のステップ（すなわちステップＩ）と、ＨＦガスによる標準的な疎水化プロセスが行われるその後の第２のステップ（すなわちステップＩＩ）と、液体の液滴を用いるスキャニングステップである第３のステップ（すなわちステップＩＩＩ）と、最後に、ステップＩＩＩで得られた液滴が微量金属について分析される第４のステップ（すなわちステップＩＶ）とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を以下においてより詳細に説明する。
図１は、半導体ウェハ２が回転可能なプレート３の上にあり、プレート３がたとえば軸４によって回転され得るエッチングチャンバ１の２つの例示的な簡素化された実施形態を示す。たとえばＨＦおよびＯ３の混合物のようなエッチングガスが、回転可能なプレート３のそばに位置するノズルまたはバルブ５の開口部（アウトレット）５ａを通じてエッチングチャンバ１へ導入される。当該エッチングガスの導入は、エッチングガスのフローがウェハに直接的に方向付けされず、まずエッチングチャンバ内において分散され、その後、エッチングされるべき半導体ウェハの表面と接触にする態様で行われ、これにより非常に均質的にエッチングされた表面が得られる。
【００２３】
エッチングチャンバ１は、回転可能なプレート３がその上に位置する底部１ａと、底部１ａに嵌合するカバー１ｂとからなる。さらに、エッチングチャンバ１は、たとえばチャンバ１からのガス反応生成物の放出を可能にする少なくとも１つの開口部７を有しており、この１つの少なくとも開口部はたとえばパイプ７ａ（図１ａ）であり得るか、または、たとえば底部１ａと側壁１ｃの下縁部との間に位置するプレート８によって強制的に作り出される、側壁１ｃと底部１ａとの間のギャップ７ｂ（図１ｂ）であり得る。
【００２４】
底部１ａおよびカバー１ｂの両方の形状は特定の形態に限定されないが、チャンバ１の内部形状は、チャンバ１へ導入されたエッチングガスの分散により、エッチングプロセスに対して影響を有する。
【００２５】
たとえば、チャンバ１の底部１ａは長方形状または丸形状を有し得る一方、カバー１ｂは、如何なる識別可能な側壁もない半球状の形態を有し得るか、１つの側壁１ｃと平坦または半球状の上部１ｄとを有する円筒状の形態を有し得るか、または、４つの側壁１ｃおよび１つの平坦な上部１ｄを有する長方形状の形態を有し得る。本発明の場合、ウェハ２をプレート３に積載するためにまたはウェハ２をプレート３から取り外すために、カバー１ｂが完全に除去されるかどうか、または、上部１ｄのみが除去されるかどうかは重要ではない。
【００２６】
図１ａは、底部１ａおよびカバー１ｂからなるエッチングチャンバ１の例示的な実施形態を示しており、カバー１ｂは、少なくとも１つの側壁１ｃおよび上部１ｄからなる。図１ａにおいて例示的に示される実施形態では、カバー１ｂは平坦な上部１ｄを有する。この実施形態において、窒素ガスは、ノズルまたはバルブ６を介してウェハ２のエッチングされた表面を乾燥するために導入され得る。ウェハ２の表側のエッチング中に形成されるガス反応生成物は、開口部７ａを介してエッチングチャンバ１から除去される。開口部７ａは、たとえば図１ａに示されるようなある種類のパイプであり得るか、または、少なくとも１つの側壁における単なる穴（whole）であり得る。ノズルまたはバルブ６および開口パイプ７ａの両方はそれぞれ、この実施形態のエッチングチャンバ１において、たとえばチャンバの４つの側壁１ｃ（図面上の理由で２つだけが示されている）のうちの１つに位置する。
【００２７】
なお、ウェハ２のエッチングされた表面を窒素ガスで乾燥するためのノズルまたはバルブ６もエッチングチャンバの外部（図示せず）に位置し得る。
【００２８】
さらに、エッチングチャンバ１の側壁１ｃに位置する開口パイプ７ａの代わりに、そのような開口部は、エッチングチャンバ１の底部１ａ内または底部１ａと側壁１ｃとの間に実現され得る。開口部のこの第２の実施形態はたとえば、エッチングプロセスの反応生成物がエッチングチャンバ１から放出することを可能にするギャップ７ｂが得られるように底部と側壁の少なくとも１つとの間に位置しある高さを有する１つ以上のプレートによって実現され得るか、または、エッチングチャンバ１の底部１ａに方向付けられる少なくとも１つの側壁の縁部に位置する１つ以上の開口パイプ７ａによって実現され得る。
【００２９】
図１ｂは、例として、凸状の上部１ｄを有するエッチングチャンバ１の第２の実施形態を示しており、上部１ｄは好ましくは丸形である。丸形の上部１ｄの場合、反応チャンバは１つの丸形の側壁１ｃのみからなる。この実施形態では、窒素ガスによりウェハ２のエッチングされた表面を乾燥するためのノズルまたはバルブ６はたとえば、エッチングチャンバの外部に位置している。従って、ウェハ２のエッチングされた表面を乾燥するために、カバー１ｂが除去されなければならない。例示的な目的のために、この実施形態では、エッチングチャンバ１の底部１ａに方向付けされる側壁の縁部に位置する少なくとも１つプレート８によってギャップ７ｂが作り出されるが、この第２の実施形態はこの形態に限定されない。バルブまたはノズル６と、開口パイプ７ａまたはギャップ７ｂとの位置に関して、図１ａの説明において与えられた詳細が適用可能である。
【００３０】
図１ｂに示されるように少なくとも１つのプレート８が使用される場合、少なくとも１つの側壁が底部１に堅く嵌合しない。このギャップ７ｂを通じて、反応生成物および／または窒素ガスはチャンバ１から放出することになる。少なくとも１つのプレートの高さは、ギャップ７ｂの高さを決定する。
【００３１】
下記において、開口パイプ７ａおよびギャップ７ｂの両方は開口部７と称される。開口部７は如何なる実施形態にも限定されないからである。
【００３２】
図２は、エッチングチャンバ１にエッチングガスを導入するためのノズルまたはバルブ５の開口部５ａの２つの他の例示的な形態を示す。簡素化の理由で、窒素ガスによりウェハ２のエッチングされた表面を乾燥するための如何なるノズルもしくはバルブ６または如何なる開口部７も図２に示されない。また、さらに簡素化の理由で、少なくとも１つの側壁１ｃおよび上部１ｄを有するカバー１ｂの一部のみが図２に示される。図２ａに従うと、ノズルまたはバルブ５のアウトレット５ａは、たとえば軸４により回転し得る回転可能なプレート３上に存在するウェハ２の表側と平行である。このアウトレット５ａは、エッチングチャンバ１中へのエッチングガスの垂直方向のＶ字形の放出を可能にする。図２ｂに従うと、ノズルまたはバルブ５の開口部５ａは、たとえば軸４により回転され得るプレート３に位置するウェハ２に対して反対のエッチングチャンバ１の側壁に方向付けされる。
【００３３】
図３は、エッチング深さと、以下の一定のエッチングおよび乾燥条件下でのエッチングステップおよび乾燥ステップの反復との間の線形関係を示す。一定のエッチングおよび乾燥条件は、ＨＦフロー：１８ｌ／分（毎分あたりのリットル）、Ｏ３フロー：１．５ｌ／分、エッチング時間：２０秒、（Ｎ２による）乾燥時間：各エッチングステップの後の４０秒、である。
【００３４】
本発明についての出発物質は好ましくは、チョクラルスキー結晶成長法（ＣＺ： Czochralski crystal growing method）またはフロートゾーン結晶成長法（ＦＺ： float-zone crystal growing method）の従来のバリエーションのいずれかに従って成長された単結晶インゴットからスライスされた単結晶半導体ウェハ基板である。
【００３５】
シリコンウェハ基板が所望の場合、出発物質は好ましくは、フロートゾーン結晶成長法の従来のバリエーションのうちのいずれかに従って成長された単結晶シリコンインゴットからスライスされる。シリコンインゴットの成長、ならびに、標準的なシリコンスライシング、ラッピング、エッチングおよび研磨技術は当該技術において周知であり、たとえばＵＳ６，５１７，６３２Ｅ２およびＵＳ７，０３３，９６２Ｂ２に開示されている。
【００３６】
本発明は、半導体ウェハ表面層上の超微量金属のその後の分析のために、半導体ウェハの表面層を処理するための方法に関し、当該方法は、半導体ウェハの表面を気相エッチングに晒す本発明のステップ（Ｉ）と、表面の疎水化処理ステップ（ＩＩ）と、液滴スキャン（ＩＩＩ）と、金属分析ステップ（ＩＶ）とから構成される。本発明のステップＩにより、半導体ウェハ２の非常に均質的にエッチングされた表面層が得られる。
【００３７】
エッチングされた表面層は、酸化珪素層または窒化珪素層に限定されないが、単結晶または多結晶珪素層である。
【００３８】
本発明に関して、表面層は、厚さが１０μｍまでである表面の最上層である半導体ウェハの部分である。本発明に従った表面層は、大気中の酸素との接触により半導体ウェハの表面上に形成される酸化膜ではないことを言及することは重要である。
【００３９】
その後の微量金属分析のために半導体ウェハ２の表側の表面層をそれぞれ準備するために、第１のステップすなわちステップＩにおいて、オゾンを含有しているＨＦガスがエッチングガスとして使用される。続いて、エッチングされた表面は窒素ガスで乾燥される。ウェハの表側からの所望の材料除去を行うために、ステップＩは、必要な頻度で繰り返され得、各エッチングステップの後、エッチングされた表面は窒素ガスで乾燥される。
【００４０】
本発明の場合、エッチングガスがＨＦガスとオゾンとの混合物であることは非常に重要である。純粋なＨＦガスは珪素層ではなく酸化珪素層のみをエッチングするからである。すなわち、純粋なＨＦガスによる自然なエッチングストップがあるからである。エッチングガス内のオゾンは、エッチングされるべき珪素層の制御されたエッチングを可能にする。すなわち、以下に記載されるように当該エッチングステップを繰り返すことによって、シリコン表面層の複数の層が段階的に除去され得る。
【００４１】
半導体ウェハの表面層のこの段階的なエッチングにより、各エッチングステップ内において、たとえば約１０〜４０ｎｍの層が除去され得る。
【００４２】
上記エッチングステップを数回繰り返し、各エッチングステップの後に金属分析ステップが行われることにより、当該表面層に存在する金属の深さプロファイルを得ることが可能になる。
【００４３】
エッチング深さ（すなわち各エッチングステップの間にエッチングガスと接触することにより半導体ウェハの表面から除去される層の厚さ）は、エッチングガス中のＨＦおよびＯ３ガスの濃度比と、エッチング時間（すなわちエッチングまたは除去されるべき表面層にエッチングガスがそれぞれ接している期間）との両方に依存するので、本発明によれば、合計のエッチング深さ（すなわち個々のエッチングステップおよびその後の乾燥ステップのある反復の後のエッチング深さ）は、１０ｎｍと５，０００ｎｍとの間で制御された態様で変動され得る（図３）。
【００４４】
従って、例として、１００ｎｍの一定のエッチング深さでエッチングプロセスを２０回繰り返し、各エッチングステップの後に金属分析を行うことにより、表面層の最初の２μｍ内の半導体ウェハの金属プロファイルを得ることが可能になる。
【００４５】
表１は、エッチング速度に対するエッチングガス中のＨＦ／Ｏ３含有量の影響を示す。
表１：シリコン半導体ウェハについての、エッチング速度に対するエッチングガス中のＨＦ／Ｏ３含有量の影響
【００４６】
【表１】
2019511839.tif 000003
【００４７】
エッチングされた表面が強い親水性を示す場合、第１のステップの後、ＨＦガスによる標準的な疎水化プロセスであるステップＩＩが続いて行われる。ウェハ２の疎水性表面が液滴スキャンステップＩＩＩに必要であるからである。
【００４８】
本発明のステップＩＩＩは液体の液滴によるスキャニングステップである。好ましくは、当該液体は水であるが、金属分析に使用され得る他の任意の液体でもあり得る。液体の液滴は、半導体ウェハ２のエッチングされた表面上で動かされ、これにより金属イオンを液滴に溶解し収集する。本発明では、液滴を使用してシリコンウェハの疎水性表面をスキャニングすることにより表面上の汚染物質を溶解および収集するための方法および機器は特に限定されず、通常公知の方法／機器が好ましくは使用され得る。
【００４９】
最後に本発明のステップＩＶにおいて、上記のステップＩＩＩにおいて得られた液滴から準備される分析のための溶液が、さまざまな分析デバイスを使用することにより分析される。分析方法／機器は、分析対象に依存して選択され得る。具体的には、好ましくは、通常公知であるＡＡ、ＩＣＰＭＳなどが金属イオンの分析に使用され得る。
【００５０】
本発明者は、ＪＰ２０１１１２９８３１Ａにおいて開示されるように半導体ウェハ上の超微量金属を分析する方法において副生成物の除去を回避するために、ステップＩ（すなわちエッチングされるべき半導体ウェハ２の表面にエッチングガスを接触させる方法）が、その後の分析結果の品質に決定的に重要であることを発見した。
【００５１】
エッチングステップＩについて、エッチングされるべき半導体ウェハ２が回転可能なプレート３に配置される。エッチングされ、その後で分析されるべき側は、下記において表側として指定される。
【００５２】
回転可能なプレート３はチャンバ１に位置しており、チャンバ１内へエッチングガスがノズルまたはバルブ５を介して導入され得、エッチングガスの流量とエッチングガスを導入するための所望の時間との両方の調節がそれぞれ可能になる。そのようなエッチングチャンバ１は、たとえば英国特許明細書ＧＢ１３３４７９６または日本国特許出願ＪＰ２００１１０２３６８Ａ２に記載されており、図１において概略的な態様で示されている。
【００５３】
回転可能なプレート３はチャンバ１の底部分に位置する。ウェハ２はエッチングステップＩ、疎水化ステップＩＩおよび液滴スキャンステップＩＩＩの間、回転可能なプレート３上に静置される。回転可能なプレート３のサイズ（すなわち直径）は好ましくは、エッチングされるべきウェハ２のサイズと相関する。すなわち、回転可能なプレート３の直径は少なくとも、エッチングされるべきウェハ２の直径と同じである。回転可能なプレート３の近くには、エッチングガスを導入するためのノズルまたはバルブ５が存在する。
【００５４】
ノズルまたはバルブ５から回転プレート３の縁部への距離は好ましくは４ｃｍ〜０．５ｃｍの範囲であり、より好ましくは２ｃｍ〜１ｃｍの範囲である。
【００５５】
好ましくは、ノズルまたはバルブ５の開口部５ａの高さは、ウェハ２の表側と水平ライン上に存在するか、または、エッチングされるべきウェハ表面の上に存在する（図１および図２）。本発明の場合、チャンバ１においてエッチングガスがまずある程度まで分散されることを可能にするために、ノズルまたはバルブ５の開口部５ａがウェハの表面に向かって方向付けされないということは重要である。さらに、本発明の場合、ノズルまたはバルブ５の開口部５ａの方向が開口部７に方向付けされないということは重要である。好ましくは、ノズルまたはバルブ５は開口部７の反対に位置する。ノズルまたはバルブ５の開口部５ａの本発明の方向と、開口部７を考慮したエッチングチャンバ１内のノズルまたはバルブ５の位置との両方により、エッチングチャンバ１内でのエッチングガスのある分散と、エッチングガスがエッチングチャンバ１から放出し得る前の半導体ウェハ２の表面とのエッチングガスの反応とが可能になる。チャンバ１の体積および形状がチャンバ１内のエッチングガスの分散を決定するので、適切なエッチング結果のために、両方のパラメータがさらに選択される。
【００５６】
さらに、チャンバ（図１ａ）内の１つの側またはチャンバ１（図１ｂ）の外において、エッチングされた表面を乾燥するために、それぞれ、チャンバ１内に窒素ガス（Ｎ２）を導入するか、または、ウェハ２のエッチングされた表面上に直接的に窒素ガス（Ｎ２）を導入するためのノズルまたはバルブ６が存在する。
【００５７】
回転可能なプレート３上にウェハ２を配置するために、または、プレート３からエッチングされたウェハ２を除去するために、かつ、エッチングチャンバ１の外に位置するノズルまたはバルブ６を用いて、エッチングされた表面を乾燥するために、エッチングチャンバ１は好ましくは、上部１ｄと一緒に、完全なカバー１ｂ（すなわち側壁１ｃ）を除去することにより開かれ得る。さらに、上部１ｄを除去することによってのみエッチングチャンバ１を開くことが好ましい。
【００５８】
チャンバ１が閉じている場合、回転可能なプレート３上に存在するウェハ２のエッチングが発生する。エッチングプロセス中に、および／または、エッチングされた表面を乾燥するために窒素ガスがチャンバへ導入される場合に生成される反応生成物のための排出口として機能する開口部７により、閉じられたチャンバは気密ではない。
【００５９】
図１ａおよび図１ｂに既に示されるように、少なくとも１つの開口部７は、カバー１ｂの側壁１ｃに位置し得るか、または、少なくとも１つの側壁１ｃの縁部と底部１ａとの間のギャップ７ｂであり得、当該少なくとも１つの側壁１ｃの縁部は底部１ａに方向付けされる。
【００６０】
エッチングステップＩについて、ウェハ２は回転可能なプレート３上に配置され、チャンバ１が閉じられる。エッチングステップＩは、ある速度でウェハ２を回転しつつチャンバ１へノズルまたはバルブ５を通じてエッチングガスを導入することで開始する。
【００６１】
本発明に従うと、エッチングガスは、半導体ウェハ２の表面の所望位置において接触されないが、ウェハ２が規定される速度でプレート３上にて回転している間、チャンバ１においてエッチングガスがウェハ２の表側のそばおよび表側の上で分散されるような態様で、室温でチャンバ１に導入される（図１および図２）。従って、エッチングガスは、エッチングチャンバ１においてある程度まで分散された後、半導体ウェハ２の表側と接触する。
【００６２】
本発明に従うと、エッチングガスは、ガスフローが、ウェハ表面に対して０°の角度（すなわちウェハ表面と平行）（図２ｂ）でチャンバ壁１ｃの方向へと方向付けされ、ウェハ表面に対して９０°（すなわちウェハ表面に垂直）まで上部１ｄの方向へと方向付けされるが、ウェハ表面の方向に直接的に方向付けされない（図１および図２）ような態様で、チャンバ１へ導入される。
【００６３】
エッチングガスのフローがウェハ表面に直接的に方向付けされていないので、半導体ウェハ２の表側は、チャンバ１内のエッチングガスの分散と、プレート３上に存在するウェハ２の回転との両方により、非常に均一な態様でエッチングされる。
【００６４】
エッチング速度（すなわち半導体ウェハ２の表側から除去される材料の量または深さ）は、エッチングガスのフローと、エッチング時間と、ウェハ２の回転速度と、エッチングガスの湿度と、もちろん温度とによって決定される。本発明のエッチングプロセスにより、ウェハ２の表側から除去される材料の深さは１０ｎｍと５，０００ｎｍとの間であり得、除去量の変動は１０％未満である。
【００６５】
気相エッチングガスのタイプおよび生成方法は特に限定されない。通常公知のエッチングガスまたはこれらのガスの混合物はそのまま使用され得るか、または、適切な濃度に希釈される。具体的には、硝酸、フッ化水素酸（ＨＦ）、オゾン（Ｏ３）および酸化窒素（ＮＯｘ）が使用され得る。さらに、これらのガスのガス混合物が好ましくは使用され得る。
【００６６】
好ましくは、本発明において使用されるエッチングガスはＨＦとＯ３との混合物である。この混合物について、たとえば２００ｍｌの５０重量％ＨＦ溶液といったＨＦ溶液を含有しているガス洗浄瓶によりある流量（たとえば１．５ｌ／ｍｉｎ）で窒素ガス（Ｎ２）が発泡され得、これにより、ＨＦガスが生成され、その後、当該ＨＦガスがＯ３ガス（たとえば１５０ｇ／ｍ３の濃度で１．５ｌ／ｍｉｎの流量のＯ３）と混合され、最後にチャンバ１へ導入される。Ｏ３は乾式Ｏ３または湿式Ｏ３としてＨＦガスと混合され得る。湿式Ｏ３は、ＨＦガスと混合される前に、たとえば水を含有するガス洗浄瓶を通じてある流量で発泡される乾式Ｏ３ガスである。好ましくは、エッチングガスについて、乾式Ｏ３は１つの成分として使用される。これによりエッチング速度が向上するからである。
【００６７】
エッチングガスが室温でチャンバ１へ導入されている間、回転可能なプレート３に配置されるウェハ２はある速度で回転される。好ましくは、ウェハ２の回転速度は、エッチングプロセスの間、毎分５回転（ｒｐｍ）と１５回転との間であり、より好ましくは毎分７回転と１０回転との間である。
【００６８】
回転可能なプレート３は、プレート３上に存在するウェハ２がプレート３を介して所望の温度に調節され得るように冷却または加熱され得る。プレート３が所望の温度に調節される場合、プレート３上にウェハ２を配置した後、ウェハ２は、エッチングステップＩが開始する前に、プレートの温度に到達することが可能になる。好ましくは、チャンバ１内のウェハ２のエッチングは、１５℃から３０℃の温度範囲にある一定温度で実行される。
【００６９】
好ましくは、エッチングチャンバ１内でのウェハ２の表側層のエッチングのための時間期間、すなわちウェハ２が回転される間にチャンバ１へエッチングガスを導入するための時間期間は、３秒と６０秒との間であり、より好ましくは５秒と３０秒との間である。
【００７０】
エッチングガスは、たとえばシリコンウェハといったウェハ２の表面（表側）と反応して、主としてガス反応生成物を作り出し、当該ガス反応生成物は、少なくとも１つの開口部７を介してチャンバ１から除去される。エッチングにより、ウェハの表面での結晶シリコンの規定された層は、少なくとも部分的にそれぞれ除去または破壊され、エッチングされた表面を窒素ガスにより乾燥した後のステップＩＩＩにおけるその後の液滴スキャンを可能にし、また、必要ならば、エッチングされたウェハ表面をフッ化水素ガス（ＨＦ）で疎水化する。ステップＩＩは、標準的なプロセスであるので、さらに説明されない。
【００７１】
エッチングプロセスが終了すると、回転可能なプレート３の上にまだ存在する回転するウェハ２上にＮ２ガスを吹きつけることによってウェハの表側が乾燥される。エッチングされたウェハ表面を乾燥するための時間期間は、ウェハ表面をエッチングする時間とほぼ同じであり、すなわち、好ましくは３秒〜６０秒であり、より好ましくは５〜３０秒である。従って、単一のエッチングステップＩのための時間は、チャンバ１へエッチングガスを導入するための時間と、エッチングされた表面を窒素ガスにより乾燥するための時間との合計である。
【００７２】
乾燥ステップを含むエッチングステップＩは、１回の動作に限定されず、所望の除去量を得るために望まれる頻度で繰り返され得る。
【００７３】
半導体ウェハ２の結果得られるエッチングされた表側は、清浄化の後の標準的なウェハ表面と同等であり、ＶＰＤ法に直接的に使用され得る。すなわち、その後の液滴分析ステップＩＩＩの準備ができている状態である。
【００７４】
本発明の液滴スキャンは、好ましくは過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とフッ化水素（ＨＦ）との混合物を含有する水滴である液滴を使用する従来の分析技術であり、当該液滴は、エッチングされた表面のある領域にわたって動かされることにより、分析されるべき金属を収集（溶解）する。そのような液滴スキャンはたとえば、SEMI Draft Document 4844: New Standard: Guide for the Measurement of Trace Metal Contamination on Silicon Wafer Surface by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry（２０１０年１月１５日）に記載されている。
【００７５】
半導体ウェハの表面層内の金属の位置はエッチングプロセス中に変化しないので、本発明により、たとえば半導体ウェハの表面層の中心および半導体ウェハの表面層の縁部領域において金属含有量の１つ以上の深さプロファイルが得られることが可能になる。
【００７６】
本発明の最終ステップＩＶは、先行するステップＩＩＩにおいて得られた液滴から準備される分析のための溶液が、さまざまな分析デバイスを使用することにより分析されるステップである。当該分析方法／機器は、分析対象に依存して選択され得る。具体的には、金属イオンの分析のために、通常公知のＡＡ、ＩＣＰＭＳなどが使用され得る。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月11日(2018.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
【図１ａ】半導体ウェハが回転可能なプレートの上にあり、プレートがたとえば軸によって回転され得るエッチングチャンバの例示的な簡素化された実施形態を示す図である。
【図１ｂ】半導体ウェハが回転可能なプレートの上にあり、プレートがたとえば軸によって回転され得るエッチングチャンバの例示的な簡素化された実施形態を示す図である。
【図２ａ】エッチングチャンバにエッチングガスを導入するためのノズルまたはバルブの開口部の例示的な形態を示す図である。
【図２ｂ】エッチングチャンバにエッチングガスを導入するためのノズルまたはバルブの開口部の例示的な形態を示す図である。
【図３】エッチング深さと、一定のエッチングおよび乾燥条件下でのエッチングステップおよび乾燥ステップの反復との間の線形関係を示す図である。
【国際調査報告】
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