(57)【要約】  本発明は、基板上のポリシリコンや、基板を構成するバルクシリコンのエッチングに好適なエッチング装置を提供する。  本発明は、エッチングガスを基板の周縁より略中心へと流動させるガス流動調整手段を備えるエッチング装置に関し、ポリシリコンやバルクシリコンを、基板全面について均一な厚みでエッチング可能とする技術に関する。また、ガス流動調整手段は上下動可能に設置されており、その調整によりエッチング速度を制御できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に基板を配置するチャンバーを備えたエッチング装置において、
基板表面にエッチングガスを供給するガス供給手段と、
エッチング後のガスを、基板の略中心の上方より排気するガス排気手段と、
基板の上方側の略同心円上に配置され、エッチングガスを基板の周縁より略中心方向に流動させるガス流動調整手段と、を備え、
ガス流動調整手段は、上下動可能に設置されており、ガス流動調整手段の略中央がガス排気手段と接続していることを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
ガス流動調整手段の形状は、円盤状又は基板側を頂点とする略円錐状である請求項１記載のエッチング装置。
【請求項３】
ガス流動調整手段は円盤状であり、外周付近の厚みが、外周端側に向けて薄く加工されている請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載されたエッチング装置において、
チャンバー上部が蓋体により閉ざされており、
ガス排気手段である排気パイプが、蓋体の中央に形成された貫通孔に挿入されており、
排気パイプの先端は、基板の略中心の上方側に配置されており、
蓋体の貫通孔内周と排気パイプの外周との間に、エッチングガスをチャンバー内に導入するガス導入部を有し、
エッチングガスは、ガス導入部から導入され、ガス流動調整手段の外周より基板表面に流動し、排気パイプ先端より排気可能となっているエッチング装置。
【請求項５】
基板表面に供給するエッチングガスを均一化するバッファー室を有する請求項１〜請求項４のいずれかに記載のエッチング装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載されたエッチング装置を用いて基板を分析する方法において、
オゾンを含有したエッチングガスにより、基板上のポリシリコン、又は基板のバルクシリコンをエッチングする基板の分析方法。
【請求項７】
基板の直径（Ｄ）に対し、基板表面とガス流動調整手段の最下端との間の距離（Ｈ）の割合（Ｈ／Ｄ）を、１／６０〜１／１０とする請求項６に記載の基板の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板分析におけるエッチングに用いる装置に関し、特に、基板上に形成されたポリシリコンや、基板の構成材料であるバルクシリコンのエッチングに好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ等の基板には、その構成として、シリコン等からなる基材にシリコン酸化膜や窒化膜等の形成されたもの等が知られている。これらの半導体基板を構成する材料について、製造工程で金属や有機物質等の汚染物が混入することがあり、これら汚染物の量は、ごく微量であっても、半導体特性を大きく低下させることになる。このため、これら基板に含まれる微量の汚染源を、分析対象物として分析する技術が求められている。【０００３】
このような基板に含まれる微量の汚染源の分析においては、エッチングにより基板の構成膜を分解し、エッチング後に分析用の回収液を基板上に吐出させ、基板上において回収液を移動させて分析対象物を液中に移行させることにより分析対象物を回収し、その回収液を誘導結合プラズマ分析（ＩＣＰ）等による定性・定量する方法等が知られている。【０００４】
基板の構成膜のエッチングとしては、フッ酸等に硝酸や過酸化水素を混合した混酸溶液をバブリングして発生させたエッチングガスを用いた気相分解法が知られており、このためのエッチング装置として、基板を配置するチャンバーを備え、チャンバー内にエッチングガスが導入可能となっている装置が用いられている。例えば、特許文献１のように、チャンバー内に設けられたエッチングガス導入口からエッチングガスが供給可能とされている（特許文献１の図１）。エッチングガスは、チャンバー内の空間を任意に流動し、流動したエッチングガスのうち、基板表面に接触したガスのみが、基板のエッチングに寄与するものであった。このように、チャンバー内において、エッチングガスの流動方向は特に制御されていないが、エッチングガスとして、フッ酸の混酸溶液等の比較的エッチング性能の弱いエッチングガスを使用するため、目的とする酸化膜や窒化膜等の形成膜のみをエッチングすることが可能である。【０００５】
ここで、基板分析において汚染源の分析が求められる形成膜としては、上記した酸化膜や窒化膜等の比較的分解しやすい形成膜以外にも、ポリシリコン等の比較的分解しにくい形成膜や、基板自体（バルクシリコン）の分析も必要となる。このような、ポリシリコンや基板自体の分析に際しては、エッチング性能の強いエッチングガスが必要となり、例えば、混酸溶液にオゾン水を添加した溶液を用いる技術（特許文献２）や、フッ化水素の蒸気と、オゾン含有ガスとを用いる技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−９５０１６号公報
【特許文献２】特開２００５−２６５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ポリシリコンや基板自体を分析する場合、例えば、上記したオゾンを含むエッチングガスのように、エッチング性能の強いガスを用いるため、従来のエッチング装置では、基板全面に対し、深さ方向のエッチングが均一に進行し難かった。例えば、従来のエッチング装置により、オゾンを含むエッチングガスで、ポリシリコンや基板であるバルクシリコン自体をエッチングした場合、エッチング後のエッチング深さを計測すると、目標としたエッチング深さに対して、基板厚み方向で約−４０％〜＋１００％ものバラつきが生じ、エッチングが不均一となる。【０００８】
半導体基板等の基板分析においては、基板厚み方向においても、汚染物の存在位置特定が必要とされる場合があるため、基板厚み方向に均一なエッチングを可能とする技術が必要となる。また、基板であるバルクシリコンについて、厚み方向のエッチングが不均一になることは、半導体基板特性等を評価する際等においても、悪影響を生じるおそれがある。また、基板の大口径化に対応すべく、大面積の基板においても、基板の表面方向について、基板全面を均一にエッチング可能とする技術が求められる。【０００９】
そこで本発明は、半導体基板等の基板について、基板表面の全面を均一にエッチング可能としつつ、基板厚み方向にも均一にエッチング可能とするエッチング装置を提供する。特に、基板の形成膜であるポリシリコンや、基板自体のバルクシリコンについても、均一にエッチング可能なエッチング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、底部に基板を配置するチャンバーを備えたエッチング装置において、基板表面にエッチングガスを供給するガス供給手段と、エッチング後のガスを、基板の略中心の上方より排気するガス排気手段と、基板の上方側の略同心円上に配置され、エッチングガスを基板の周縁より略中心方向に流動させるガス流動調整手段と、を備え、ガス流動調整手段は上下動可能に設置されており、ガス流動調整手段の略中央がガス排気手段と接続していることを特徴とするエッチング装置に関する。【００１１】
本発明のエッチング装置によれば、ガス流動調整手段により、チャンバー内におけるエッチングガスの流動方向が制御され、エッチングを均一に進行させることができ、特に基板の厚み方向でのバラつきを低減できる。具体的には、ガス流動調整手段により、チャンバー内におけるエッチングガスの流動が、基板の周縁から中心方向という一定方向への流動のみに制御されるため、基板とエッチングガスとの接触が、基板周縁から基板中心へと順に進行し、均一なエッチングに寄与する。【００１２】
ここで、エッチングガスによる基板のエッチング性能は、一般に、エッチング工程の進行に伴い低下することが知られている。エッチングガス中のエッチングに寄与する成分が、エッチングの進行に伴い消費され、減少するためである。このことから、基板に対しエッチングガスの接触するタイミングが、エッチング工程の前半であると基板のエッチングが進行しやすく、エッチング工程後半ではエッチングが進行しにくい傾向となり、基板の表面方向において、エッチング箇所によりバラつきを生じる要因となっていた。【００１３】
上記に対し、本発明は、エッチングガスの流動方向を、基板の周縁から中心方向へと制御していることにより、基板の表面方向においても、基板全面について均一なエッチングを可能なものとしている。具体的には、本発明では、ガス供給手段より基板の周縁に供給したエッチングガスを、ガス排気手段によって、基板の略中心の上方より排気させ、上記ガスの流動方向を基板の周縁から中心方向へと制御している。このように、基板周縁から中心方向へとガスを流動させることで、基板のエッチング対象となる面積を、直径の大きな周縁部から直径の小さな中心部へと、徐々に小面積にすることができる。よって、エッチング工程の進行に伴い、エッチング面積が徐々に小面積となるため、エッチング成分の消費減少の影響を受けにくくなり、基板表面方向におけるエッチングのバラつきを抑制できる。【００１４】
以下、本発明のエッチング装置の各構成について、詳細に説明する。
ガス供給手段は、チャンバー内にエッチングガスを導入するものである。チャンバーの任意の箇所に設置できるが、本装置によるガス流動の制御を考慮すると、チャンバーの上面部又は側面の上側に設置することが好ましい。より好ましくはチャンバー上面に設置する。チャンバー底部に配置した基板に対し、ガス流動調整手段を介して、エッチングガスを均一に拡散させやすいためである。【００１５】
そして、ガス流動調整手段は、基板との間にエッチングガスを導入できるよう、基板の上方側の略同心円上に配置される。これにより、ガス供給手段よりチャンバー内に導入されたエッチングガスを、ガス流動調整手段と基板表面との間に導入し、基板の周縁より略中心方向へとエッチングガスの流動を制御できる。また、ガス流動調整手段は、エッチングガスが、基板周縁以外の内周側より基板表面に導入されることを遮る役割も果たす。すなわち、チャンバー上層側より導入されたエッチングガスは、ガス流動調整手段により基板周縁側へと誘導され、基板の内周等には直接流動せず、ガス流動調整手段の外周側からのみ基板表面へと導入される。【００１６】
ガス流動調整手段の形状は、任意の形状のものを採用でき、特に制限されない。例えば、円盤状又は基板側を頂点とする略円錐状が好ましい。ガス流動調整手段の大きさ（最大直径）としては、基板の直径とほぼ同程度のものを適用できる。ガス流量調整手段に対し、ウェーハのサイズが大きすぎると、ウェーハの外周と中心で、エッチング度合いがバラつきやすくなる。ガス流量調整手段の最大直径の好適範囲は、エッチング対象である基板のサイズによって異なるものとなるが、例えば、１５０〜４５０ｍｍのウェーハをエッチングする場合では、ガス流量調整手段の直径（Ｄｇａｓ）を、基板の直径（Ｄｗａｆｅｒ）に対する値（Ｄｇａｓ／Ｄｗａｆｅｒ）で、０．３〜１．５の範囲にすることが好適であり、０．５〜１．１の範囲にすることが、さらに好適である。【００１７】
ガス流動調整手段が円盤状である場合、円盤の数は１つ、又は複数のいずれであってもよい。また、円錐状と円盤状のガス流動調整手段とを、組み合わせて設置してもよい。複数の円盤を備える場合は、直径の異なる円盤とすることができる。特に、チャンバー上部より底部に向けて、直径が順次大きくなる円盤を多段に配置することが好ましい。チャンバー上部よりガス流動調整手段の外周側から基板表面へと、エッチングガスが流動しやすくなるためである。【００１８】
また、ガス流動調整手段が円盤状である場合、外周付近の厚みが、外周端側に向けて薄く加工されており、切り欠き状の部分を有することが好ましい。切り欠き部分は、ガス流動調整手段において、基板に対面する下側と、基板側と反対の上側のうち、どちらの側に設けても良いが、基板に対面する下側に設けることが好ましい。切り欠き部分を設けると、ガス流動調整手段の外周から基板表面に対し、エッチングガスがスムーズに流動し、例えばチャンバー上部への逆流等、基板表面以外にエッチングガスが流動する乱流を抑制できる。【００１９】
以上のガス流動調整手段は、上下動可能に設置される。ガス流動調整手段の上下位置を変更することにより、ガス流動調整手段と基板との間に導入されたエッチングガスの流動速度を調整し、エッチング度合いの制御が可能となる。このため、エッチングガスの供給量や排気量、基板の口径などを考慮して、ガス流動手段の上下位置を変更することが好ましい。より均一なエッチングが可能となるためである。【００２０】
また、本発明のエッチング装置は、エッチング後のガスを基板の略中心の上方より排気するガス排気手段を有する。ガス排気手段は、ガス流動調整手段の略中央に接続しており、この排気流によって、基板の周縁から略中心方向へのエッチングガス流動が誘引される。【００２１】
以上説明した本発明のエッチング装置について、好適例として、以下の装置が挙げられる。すなわち、本発明の装置としては、チャンバー上部が蓋体により閉ざされており、ガス排気手段である排気パイプが、蓋体の中央に形成された貫通孔に挿入されており、排気パイプの先端は、基板の略中心の上方側に配置されており、蓋体の貫通孔内周と排気パイプの外周との間に、エッチングガスをチャンバー内に導入するガス導入部を有し、エッチングガスは、ガス導入部から導入され、ガス流動調整手段の外周より基板表面に流動し、排気パイプ先端より排気可能となっている装置が好ましい。【００２２】
かかる装置では、ガス供給手段として、蓋体の貫通孔内周と排気パイプの外周との間に、エッチングガスをチャンバー内に導入するガス導入部が設置される。また、ガス排気手段として排気パイプが設置されたものである。この装置を用いた場合における、エッチングガスの流動について説明する。エッチングガスは、ガス導入口より導入され、基板の上方に配置されたガス流動調整手段に向かって流動し、基板表面には直接流動しない。そして、ガス流動調整手段により遮られたエッチングガスは、その外周方向に広がって流動し、外周まで流動すると、基板の周縁側より基板表面に導入される。そして、基板の中心付近の上方には排気パイプの先端が配置されているため、その排気力により、エッチングガスは、基板の外周部分（周縁）から中心方向に流動する。このようなエッチングガスの流動制御により、基板の均一なエッチングが可能となる。【００２３】
本発明のエッチング装置では、チャンバー内に導入するエッチングガスを均一に混合させるバッファー室を設けることが好ましい。バッファー室は、蓋体上部に設置することが好ましい。チャンバー内に導入されるエッチングガスの濃度及び組成を均一にすることにより、均一なエッチング処理を実現しやすくなる。例えば、エッチングガスとしてフッ化水素の蒸気とオゾン含有ガスとを混合させたものを用いる場合には、バッファー室において、エッチングガス中のフッ化水素とオゾンとの混合状態を均一にして、組成及び濃度の均一なエッチングガスをチャンバー内に導入する。これによって、より均一なエッチング処理を実現できる。【００２４】
本発明のエッチング装置は、別装置として誘導結合プラズマ分析（ＩＣＰ）等の分析装置を準備して、エッチングのみを単独で行う装置としても良いが、エッチング後のサンプルをＩＣＰ等の分析装置に直接導入可能とし、同時分析できる装置としてもよい。【００２５】
以上説明した本発明のエッチング装置を用いて基板を分析する方法としては、オゾンを含有したエッチングガスにより、基板上のポリシリコン、又は基板のバルクシリコンをエッチングする方法が好適である。【００２６】
基板上のポリシリコン又は基板のバルクシリコンを、強力なエッチング性能を有するオゾンを含有するエッチングガスでエッチングする場合にも、本発明のエッチング装置によれば、基板の厚み方向に対し均一なエッチングが可能になる。【００２７】
オゾンを含有するエッチングガスとしては、フッ化水素の蒸気と、オゾンとを含むガスを適用できる。エッチングガス中のオゾンは、酸素含有ガスを放電することにより発生させることができる。酸素含有ガスには、酸素と、窒素及び／又はアルゴンとを混合したものを用いることができる。（以下、オゾンを含有するエッチングガスを、単にオゾン含有ガスという場合がある）。本発明では、エッチングガスとして、放電により発生させたオゾン含有ガスをオゾン源とし、別途、フッ酸溶液等を原料としてバブリング等により発生させたフッ化水素の蒸気とを混合したものが特に好適である。【００２８】
上記分析方法においては、基板の直径（Ｄ）に対し、基板表面とガス流動調整手段の最下端との間の高さ方向における距離（Ｈ）の割合（Ｈ／Ｄ）を、１／６０〜１／１０とすることが好ましい。上記のとおり、ガス流動調整手段の上下位置は、エッチングガスの流動速度に影響する。Ｈ／Ｄが１／６０未満であると、ガス流動調整手段と基板との間が狭く、エッチングガスが流動しにくいため均一なエッチングが進行しにくい。一方、Ｈ／Ｄが１／１０を超えると、ガス流動手段と基板との間が広く、基板周縁から基板中心方向へのエッチングガスの流動制御が困難となり、他方向への乱流を生じやすい。【００２９】
また、本発明のエッチング方法では、基板の温度を適宜調整することが好ましい。基板の温度が低すぎると、エッチングガスが結露して不均一なエッチングが進行しやすい。一方、基板の温度が高すぎたり、エッチング反応によって基板の温度が上昇すると、基板の表面にエッチングガスが接触しにくくなり、エッチング時間が長くなる傾向となる。このため、エッチングガスの組成、エッチングガスの供給量や排出量を考慮して、基板の温度を調整することが好ましい。例えば、エッチングガスの供給を２Ｌ／ｍｉｎ、排出を２Ｌ／ｍｉｎとした場合、基板の温度は、１５〜２５℃が好ましく、１８〜２３℃が特に好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
以上で説明したように、本発明のエッチング方法によれば、半導体基板等の基板について、厚み方向においても均一なエッチング処理を実現できる。特に、オゾンを含有するガス等、強力なエッチング性能を有するエッチングガスで基板をエッチングする場合にも、均一なエッチング処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態のエッチング装置の概略断面図。
【図２】ガス流量調整手段の例を示すエッチング装置の概略断面図。
【図３】半導体基板表面のエッチング状態を示す平面概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、気相分解法（Vapor Phase Deposition：VPD）に用いられるＶＰＤチャンバーを備えるエッチング装置を例に説明する。
【００３３】
図１のエッチング装置は、円筒状のチャンバー１０と、チャンバー１０の上部に配置される蓋体２０と、ガス供給手段３０と、蓋体２０上部に設けられたバッファー室４０とを備える。チャンバー１０の底部には、エッチング対象である半導体基板Ｗを配置した。尚、図示は省略するが、半導体基板Ｗを配置したチャンバー底部には、半導体基板の温度調整手段として、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）がコーティングされたカーボンプレートが配置されている。そのカーボンプレートの裏側（半導体基板Ｗが配置される反対側）には、温度調整水を循環させることができる。
【００３４】
蓋体２０の中心には、貫通孔２１を設けた。ガス供給手段３０として排気パイプ３１を備え、この排気パイプ３１には、ガス流動調整手段として２つの円盤３２、３３を取り付けた。円盤３２、３３は排気パイプに沿って上下動可能に設置した。ガス流動調整手段としては、円盤３３以外にも、基板側を頂点とする略円錐状３３’としてもよい（図２）。
【００３５】
円盤３３は、その外周部分の断面形状は外周端になるほどその厚みが薄くなるように加工されている。具体的には、本実施形態では、円盤３３の外周の下側（基板に対面する側）に切り欠き部分を有する形状とした（図１）。また、円盤３２の直径は、円盤３３の直径よりも小さいものとした。尚、円盤の数は任意に変更することができ、１つ又は３つ以上でも良い。
【００３６】
排気パイプ３１の外周径は、蓋体２０の貫通孔２１の内径よりも小さいものとしている。蓋体２０の貫通孔２１内に排気パイプ３１を設置し、両者の中心が略同一となるよう配置した。これにより、貫通孔２１の内周と、排気パイプ３１の外周との間に、バッファー室４０よりチャンバー１０内にエッチングガスを導入するガス導入口Ｇを形成した。
【００３７】
蓋体２０の上部に設けられたバッファー室４０には、４カ所のガス注入口４１を設置した。この４カ所のガス注入口４１からバッファー室４０内にエッチングガスを供給して充満させることにより、ガス導入口Ｇよりチャンバー１０内に、組成及び濃度の均一なエッチングガスを導入可能にした。
【００３８】
以上説明したエッチング装置を用いた、基板の分析（エッチング処理）について説明する。まず、チャンバー１０の底部にエッチング対象である半導体基板Ｗを配置する。ガス供給手段３０とバッファー室４０とを備えた蓋体２０を、チャンバー１０上部に取付け、チャンバー内を閉鎖する。
【００３９】
次に、排気パイプ３１の先端を、半導体基板Ｗの中心近傍の上方に位置させる。排気パイプ３１に取付けられた円盤３２、３３は、適宜の高さ位置に調整する。そして、バッファー室４０の４カ所のガス注入口４１からエッチングガスを供給する。バッファー室４０内には、４カ所のガス注入口４１から供給されたエッチングガスが、混合しながら充満し、均一な組成及び濃度となる。バッファー室のエッチングガスは、ガス導入口Ｇを通過してチャンバー１０内に導入される。
【００４０】
図１では、チャンバー１０内に導入されたエッチングガスの流動状態を太線矢印で示している。チャンバー１０内に導入されたエッチングガスは、小径の円盤３２にその流動方向を遮られ円盤３２の外周方向に流動する。そして、小径の円盤３２の外周方向に流動したエッチングガスは、その下に配置された大径の円盤３３により、半導体基板Ｗの外周方向、つまり、半導体基板Ｗの周縁に流動することになる。半導体基板Ｗの周縁付近に流動したエッチングガスは半導体基板Ｗの表面に接触し、エッチング反応が生じる。半導体基板Ｗの中心上方には、排気パイプの先端が位置されて、排気パイプ３１よりエッチングガスが排気されるため、半導体基板Ｗの周縁にあるエッチングガスは、半導体基板Ｗの中心方向に流動する。そして、エッチングガスが半導体基板Ｗの表面全面に接触し、半導体基板Ｗ全面のエッチングが行われる。
【００４１】
図３に、半導体基板Ｗ表面における、エッチングガスの流動方向と、エッチング状態を示す平面概略図を示す。図３は、半導体基板Ｗ表面を上方から見たものであり、半導体基板Ｗの周縁から中心に向かって流動するエッチングガスの流動を破線矢印で概略図示している。このエッチングガスの流動は、半導体基板Ｗの全周に亘って生じているもので、図３の破線矢印はその一部を代表して示したものである。
【００４２】
図３により、半導体基板のエッチング状態について説明する。半導体基板Ｗの周縁から流動したエッチングガスにより、基板方向において、帯状円部Ｘ、帯状円部Ｙ、帯状円部Ｚの各領域について、順にエッチングが進行する。半導体基板Ｗの周縁に導入されたエッチングガスは、帯状円部Ｘの領域を初めにエッチングする。帯状円部Ｘを通過して中心に向かうエッチングガスは、次に帯状円部Ｙに流動し、帯状円部Ｙの領域をエッチングする。帯状円部Ｙをエッチングするエッチングガスは、周縁側のエッチングにより、構成成分がある程度消費されたものである。しかし、帯状円部Ｙは、帯状円部Ｘ等の周縁部より面積が小さいため、エッチング性能が少し低下しても、帯状円部Ｘ等の領域と同等のエッチング処理結果となる。さらに、エッチングガスは、帯状円部Ｙを通過して、半導体基板Ｗの中心付近にある帯状円部Ｚに流動する。この帯状円部Ｚにおけるエッチングガスは、エッチングガスの構成成分がさらに消費されたもので、エッチング性能がさらに低下している。しかし、帯状円部Ｚの面積は、より周縁部のエッチング面積より、さらに小さくなっているため、帯状円部Ｘや帯状円部Ｙの領域と同等のエッチング処理結果となる。
【００４３】
以上説明したように、図１のエッチング装置により半導体基板のエッチングを行うと、エッチングガスの構成成分の減少とともに、エッチング面積も小さくなるため、すべての領域において同等のエッチング処理結果となる。よって、半導体基板表面の全面において、均一なエッチング処理を実現できる。尚、図３では、エッチング領域を３カ所に分けて説明しているが、実際のエッチングは、半導体基板の周縁から中心まで連続的に行われる。
【００４４】
次に、図１のエッチング装置によりエッチング処理を行った結果について説明する。エッチング対象となる半導体基板Ｗは、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ基材を用いた。このウェーハ基材は、表面の酸化膜などを予めエッチングし、バルクシリコンが露出した状態のものである。この基板について、図１で示したエッチング装置によりエッチング処理を行った。
【００４５】
エッチングガスとしては、フッ化水素濃度４９ｗｔ％のフッ化水素溶液を用い、これを霧化してフッ化水素の蒸気を発生させたものを用いた。このガスを、４カ所のガス注入口４１からバッファー室４０に供給した。また、同時に、図示せぬガス放電器に酸素ガスを供給し、出力２００Ｗにてガス放電を行い、オゾン含有ガスを発生させ、４カ所のガス注入口４１からバッファー室４０に供給した。バッファー室４０では、フッ化水素の蒸気と、オゾン含有ガスとを混合し、組成及び濃度を均一化したエッチングガスが生成する。このガスを、ガス導入口Ｇより２Ｌ／ｍｉｎの流量でチャンバー１０内に導入した。
【００４６】
エッチング装置のガス供給手段３０を構成する排気パイプ３１と、２つの円盤３２、３３は、材質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成し、排気パイプ３１の外径は１２．７ｍｍ、内径は４ｍｍ、小径の円盤３２は直径１００ｍｍ、大径の円盤３３は直径２００ｍｍとした。尚、ガス供給手段を構成する材質としては、ＰＴＦＥの他に、ポリカーボネートやポリフッ化ビニリデンなどを用いることも可能である。
【００４７】
排気パイプ３１は、上下動可能に配置されており、先端がウェーハ基材Ｗの表面から１５ｍｍの上方に位置するよう配置した。このとき大径の円盤３３も、下面がウェーハ基材Ｗの表面より１５ｍｍ上方となるよう配置し、小径の円盤３２は、下面がウェーハ基材Ｗの表面より３０ｍｍ上方となるよう配置した。そして、排気パイプ３１により、チャンバー１０内の使用済みエッチングガスを２Ｌ／ｍｉｎで強制的に排気させた。
【００４８】
基板温度を２０℃に調整し、１時間のエッチング処理を行い、バルクシリコンを約１．５μｍエッチングして除去した。評価方法は、市販の半導体基板厚み測定装置により、エッチング前後のウェーハ厚みを測定した。この厚み測定は、ウェーハ基材上の５０，０００ポイントで行った。その結果、９５％以上のポイントにおいて、エッチング深さが１．５±０．１μｍであることが判明した。
【００４９】
比較として、従来方法のエッチング処理（特許文献２のエッチング処理装置を用いた場合）により、同様なエッチング条件（ウェーハ基材、エッチングガスは同じ条件）にて、１．５μｍのエッチング深さを目標に行った。その結果、従来方法によるエッチング深さは、およそ１．５±０．５μｍであった。また、最大のエッチング深さとして３．０μｍ、最小のエッチング深さとして０．９μｍのポイントが存在していた。このように、従来方法によるエッチングでは、エッチング深さにバラつきがみられた。
【００５０】
次に、基板の温度とエッチング速度との関係を調べた結果について説明する。上記したエッチング条件において、基板温度を変更して１時間エッチング処理した結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１より、基板温度が１５℃であると、エッチング速度はある程度速い。しかしながら、一方、基板温度１５℃では、エッチングガスの蒸気が結露し、エッチングムラが多く確認された。一方、３０℃以上になると、２０℃に比べ、エッチング速度が明らかに遅くなった。このことから、本実施形態のように、フッ化水素の蒸気と、オゾン含有ガスとが混合したエッチングガスを用いる場合、基板温度としては２０℃が最適であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、比較的分解が困難なポリシリコンやバルクシリコンを、基板厚み方向についても均一にエッチングすることができ、また、大面積の基板についても、表面方向において均一なエッチングが可能となる。このため、半導体基板特性等を、効率的且つ高精度に評価可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  チャンバー
２０  蓋体
２１  貫通孔
３０  ガス供給手段
３１  排気パイプ
３２、３３、３３’  ガス流量調整手段
４０  バッファー室
Ｗ  半導体基板
Ｇ  ガス導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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