(57)【要約】【課題】熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）を最表面層とする試料台に半導体基板を保持して該半導体基板にプロセス処理を行ったときに、該半導体基板の裏面に付着したＢＮ薄片を効果的に除去する。【解決手段】ＰＢＮを最表面層２２とする試料台２１に半導体基板Ｗを保持して該半導体基板にプロセス処理を行ったときに該半導体基板の裏面に付着したＰＢＮ薄片を除去する方法であって、該プロセス処理後の半導体基板をリフトピン１１などによりその裏面が実質的に開放された状態に保持し、該半導体基板の裏面に付着したＰＢＮ薄片をフッ素系ガスのプラズマ１２中で除去する。ＰＢＮはフッ素系ガスに対する耐食性がきわめて小さいので、フッ素系ガスに晒されることにより短時間で効果的且つ選択的に除去される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＢＮを最表面層とする試料台に半導体基板を保持して該半導体基板にプロセス処理を行ったときに該半導体基板の裏面に付着したＰＢＮ薄片を除去する方法であって、該プロセス処理後の半導体基板をその裏面が実質的に開放された状態に保持し、該半導体基板の裏面に付着したＰＢＮ薄片をフッ素系ガスにより除去することを特徴とする、半導体基板裏面異物除去方法。
【請求項２】
半導体基板の裏面に付着したＰＢＮ薄片をフッ素系ガスのプラズマ雰囲気中で除去することを特徴とする、請求項１記載の異物除去方法。
【請求項３】
フッ素系ガスとしてＮＦ３ガスを用いることを特徴とする、請求項１または２記載の異物除去方法。
【請求項４】
ＮＦ３ガスが高周波放電で生成されたものであることを特徴とする、請求項３記載の異物除去方法。
【請求項５】
半導体基板に電位が印加されない状態でフッ素系ガスにより処理することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか記載の異物除去方法。
【請求項６】
前記プロセス処理のための反応室とは別の反応室で異物除去処理を行うことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか記載の異物除去方法。
【請求項７】
前記プロセス処理のための反応室に隣接した反応室で異物除去処理を行うことを特徴とする、請求項６に記載の異物除去方法。
【請求項８】
前記プロセス処理後の半導体基板をその裏面の数ヶ所においてリフトピンで支持することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか記載の異物除去方法。
【請求項９】
前記プロセス処理後の半導体基板をその外周部で保持して裏面全面をフッ素系ガスにより処理可能としたことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか記載の異物除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウエハなどの半導体基板の裏面に付着した異物を除去する方法に関し、より詳しくは、熱分解窒化ホウ素を最表面層とする試料台に半導体基板を保持して該半導体基板にプロセス処理を行ったときに、該半導体基板の裏面に付着した熱分解窒化ホウ素薄片を効果的に除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板を保持するために用いる試料台としては、金属表面にＡｌ２Ｏ３などのセラミック被膜を形成したものや、Ａｌ２Ｏ３やＡｌＮなどの焼結セラミックが広く使用されている。試料台には、加熱用ヒーター電極および／または静電吸着用電極が埋め込まれ、両者の電極を併用する場合は静電吸着ヒーターとしての機能を備えた試料台として用いられる。
【０００３】
このような試料台に半導体基板を保持して、ＣＶＤやスパッタリングなどによる成膜処理、エッチング処理、加熱処理などの所定のプロセス処理を施す場合、材料台の最表面層が基板との接触によって削り取られてパーティクルを発生し、このパーティクルが基板裏面に付着するという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するため、下記特許文献１において、「プラズマ装置内でウエハをデバイス形成面とその反対面との双方がプラズマと接触可能となるごとく該反対面側にて支持した状態で、前記デバイス形成面を前記プラズマ中に生成する堆積性物質を堆積させてなる堆積物層で保護しながら、前記反対面上に付着した異物を該プラズマ中のラジカルにより除去することを特徴とするウエハ異物除去方法」（請求項１より引用）が提案されている。
【特許文献１】特開平６−１２０１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プロセス処理において、処理中の基板温度は重要な条件として処理の結果を左右するため、基板は試料台の表面に密着して保持されることが要求される。しかしながら、前述の試料台に用いられるＡｌ２Ｏ３やＡｌＮなどのセラミック材料は脆性が大きく、半導体基板を点接触で保持することになる。プロセス処理は減圧下で行われるため、これらセラミック系の試料台上に点接触で保持される半導体基板には試料台からの熱移動がほとんどなく、両者の間にＨｅなどの気体を充填してガスによる伝熱で半導体基板を加熱することが一般的であった。
【０００６】
一方、非脆性である熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）を最表面層とする試料台は、基板との密着性に優れ、したがって試料台から基板への熱移動が大きく、従来必要としていたガス充填が不要となり、温度制御の点で大きな利点を有している。このため、従来のＡｌ系セラミック材料に代わって、ＰＢＮ最表面層を有する試料台を使用して半導体基板を面接触で支持しながらプロセス処理を行うことが有望視されるに至り、実際の使用においても成果を発揮している。
【０００７】
ところが、ＰＢＮ最表面層が基板に対して優れた密着性を有することは、反面、基板の裏面にＰＢＮの薄片が付着しやすいという問題を生じさせる原因となっている。このＰＢＮ薄片は、従来のＡｌ系セラミック材料が基板と接触して削り取られるパーティクル状の異物とは異なり、薄く且つ基板裏面の比較的大きな面積を覆うように被着することとなるため、Ａｌ系セラミック材料のパーティクルを基板裏面から除去することを目的とした従来の異物除去方法では完全に除去することが困難である。
【０００８】
年々厳しくなる半導体デバイスの微細化に伴う技術的要求を考慮するとき、基板裏面に付着したＰＢＮ薄片がプロセス処理に与える影響を無視することができず、このＰＢＮ薄片を基板裏面から効果的に除去することが不可欠の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、ＰＢＮを最表面層とする試料台に半導体基板を保持して該半導体基板にプロセス処理を行ったときに、該半導体基板の裏面に付着したＢＮ薄片を効果的に除去する方法を提供する。
【００１０】
より具体的には、フッ素系ガスに対してきわめて腐食性が大きいというＰＢＮの特性を利用して、基板裏面に付着したＰＢＮ薄片をフッ素系ガスによって除去しようとするものである。
【００１１】
すなわち、請求項１に係る本発明は、ＰＢＮを最表面層とする試料台に半導体基板を保持して該半導体基板にプロセス処理を行ったときに該半導体基板の裏面に付着したＰＢＮ薄片を除去する方法であって、該プロセス処理後の半導体基板をその裏面が実質的に開放された状態に保持し、該半導体基板の裏面に付着したＰＢＮ薄片をフッ素系ガスにより除去することを特徴とする、半導体基板裏面異物除去方法である。
【００１２】
請求項２に係る本発明は、請求項１記載の異物除去方法において、半導体基板の裏面に付着したＰＢＮ薄片をフッ素系ガスのプラズマ雰囲気中で除去することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る本発明は、請求項１または２記載の異物除去方法において、フッ素系ガスとしてＮＦ３ガスを用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る本発明は、請求項３記載の異物除去方法において、ＮＦ３ガスが高周波放電で生成されたものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る本発明は、請求項１ないし４のいずれか記載の異物除去方法において、半導体基板に電位が印加されない状態でフッ素系ガスにより処理することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る本発明は、請求項１ないし５のいずれか記載の異物除去方法において、前記プロセス処理のための反応室とは別の反応室で異物除去処理を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項７に係る本発明は、請求項６に記載の異物除去方法において、前記プロセス処理のための反応室に隣接した反応室で異物除去処理を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項８に係る本発明は、請求項１ないし７のいずれか記載の異物除去方法において、前記プロセス処理後の半導体基板をその裏面の数ヶ所においてリフトピンで支持することを特徴とする。
【００１９】
請求項９に係る本発明は、請求項１ないし７のいずれか記載の異物除去方法において、前記プロセス処理後の半導体基板をその外周部で保持して裏面全面をフッ素系ガスにより処理可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＰＢＮを最表面層とする試料台に半導体基板を保持して該半導体基板にプロセス処理を行ったときに該半導体基板の裏面にＰＢＮ薄片が異物として付着しても、これをフッ素系ガスで処理することにより、効果的に除去することができる。ＰＢＮはフッ素系ガスに対してきわめて腐食性が大きいという特性を持つので、この特性を利用して、異物であるＰＢＮ薄片を選択的に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ＰＢＮがフッ素ガスに対してきわめて腐食しやすい特性を持つことを実証するため、次の条件でエッチングテストを行った。
【００２２】
平行平板型ドライエッチング装置において、大きさ概略５０ｍｍ角の各種材料（Ｓｉ、石英、ＰＢＮ、ＡｌＮ）からなる試料片を水冷された石英製の試料台に置き、ＮＦ３ガスおよびＡｒガスをそれぞれ毎分１６ｃｃおよび毎分３４ｃｃの流量で混合して反応室に導入した。反応室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒに保持し、試料台に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を４００Ｗ印加した。高周波電力の印加によって生成されたプラズマにより試料片がＦイオンやＦラジカルでエッチングされる。１時間以上連続してプラズマ中でエッチングし、試料重量のエッチング前後の変化量を試料の裏面を除く表面積で規格化することによりエッチング速度を求めた。図１はその結果をグラフに示したものである。
【００２３】
図１に示されるように、ＰＢＮは毎分１ミクロン以上でエッチングされ、Ｓｉより２０倍以上、石英（ＳｉＯ２）より４０倍以上、ＡｌＮに至っては３００倍以上も大きなエッチング速度を示した。このことは、半導体基板の下地がＳｉやＳｉＯ２であっても、下地へのエッチングによる影響を実質的に抑えつつＰＢＮのみを選択的に除去できることを示している。
【００２４】
この試験結果を基にして、ＰＢＮ膜を最表面層とする静電吸着ヒーターを４００℃に昇温保持し、直流電圧１ｋＶでウエハを静電吸着ヒーターに静電吸着させ、２分間保持後、リフトピンでウエハを静電吸着ヒーターから離して反応室から搬出した。このウエハについて、裏面に付着した異物（ＰＢＮ薄片）をパーティクルカウンターで測定した後、ＮＦ３プラズマで処理を行い、該ＮＦ３プラズマ処理後になおウエハ裏面に付着している異物を再度パーティクルカウンターで測定して、異物の除去効果を評価した。ＮＦ３プラズマは、ウエハを水冷試料台に搭載した真空チェンバー中にＮＦ３ガスを５０ｓｃｃｍ導入し、圧力を０．５Ｐａに維持して、１３．５６ＭＨｚの高周波電源から５００Ｗの電力を投入して生成した。プラズマによる処理時間は５分とした。表１にその結果を示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示されるように、ＮＦ３プラズマ処理を行うことにより、ウエハ裏面に付着した異物が効果的に除去され、特に大きな異物が効果的に除去されることが確認された。
【００２７】
上述の実施例においては、ウエハ裏面の異物除去のためのプラズマ処理にＮＦ３を使用したが、これに限らず、ＣＦ４、ＳＦ６、ＣｌＦ３（３フッ化塩素）などプラズマ中でフッ素原子を電離するフッ素系ガスであれば本発明において使用可能である。また、プラズマ生成はｋＨｚからＧＨｚまでのいかなる周波数の高周波電源であっても、フッ素系ガスのプラズマを生成できるものであれば、上述の実施例における１３．５６ＭＨｚに限るものではない。
【００２８】
図２は、この異物除去プラズマ処理のための装置構成の一例および使用法を示す。この装置１０は、ＰＢＮを最表面層２２とする試料台（静電吸着ヒーター）２１にウエハＷを保持してウエハＷに所定のプロセス処理を行うプロセス処理装置２０に隣接して設けられ、プロセス処理装置２０とは別の反応室を有する。
【００２９】
プロセス処理装置２０において、複数本のリフトピン２３が試料台１を貫通して昇降可能に設けられ、ウエハＷに対してプロセス処理を行うときはリフトピン２３を下降位置に待避させた状態にして、ウエハＷを試料台２１に静電吸着保持する。所定時間のプロセス処理終了後、リフトピン２３を上昇させてウエハＷを試料台２１から離し、搬送アームなどのウエハ搬送手段２４によりプロセス処理装置２０から搬出し、ゲートバルブ２５から、隣接する異物除去プラズマ処理装置１０内に移送して、複数本のリフトピン１１上に載置する。この状態でフッ素系プラズマ１２を発生させて、ウエハＷの裏面に付着した異物（ＰＢＮ薄片）を除去する。異物除去処理終了後、搬送アーム２４と略同様または任意構成のウエハ搬出手段１３でウエハＷを装置１０外へ搬出する。フッ素系プラズマ１２の発生には、マイクロ波でＮＦ３ガスを励起してフッ素ラジカルを導入する、いわゆるリモートプラズマを採用することができる。
【００３０】
異物除去プラズマ処理装置１０はプロセス処理装置１０と離れた場所に設置しても良いが、ウエハＷの搬送効率を良好にする上で図２に示すように隣接設置することが好ましく、特に、一般にプロセス処理装置１０にはゲートバルブ２４を介して搬送室が隣接されているので、この搬送室を改造して上記異物除去プラズマ処理装置１０とすることが実際上有利である。
【００３１】
図２の実施形態では、異物除去プラズマ処理装置１０においてリフトピン１１でウエハＷを支持するようにしているが、これに限らず、たとえばウエハＷをその外周部で支持するような構造のウエハ支持手段を設けても良い。また、ウエハ搬送手段２４を異物除去プラズマ処理装置１０におけるウエハ支持手段として兼用させても良い。ウエハ搬送手段２３としては、ウエハＷを裏面から数点で支持する構造や、ウエハＷをその外周部で支持する構造、あるいはこれらを組み合わせた構造が知られており、本発明ではこれらのいずれの構造のものも採用可能であり、異物除去プラズマ処理装置１０におけるウエハ支持手段として兼用させることができる。
【００３２】
いずれにしても、本発明の目的がウエハＷの裏面に付着した異物除去にあることに鑑みれば、異物除去プラズマ処理装置１０におけるウエハ支持手段がウエハＷの裏面と接触することを排除して、ウエハ支持手段に支持されたウエハＷの裏面全面がプラズマ１２に晒されることが好ましい。したがって、ウエハＷをその外周部のみで支持する構造のウエハ支持手段を採用することが好ましい。
【００３３】
また、リフトピン１１その他のウエハ支持手段は、異物除去プラズマ処理装置１０において、ウエハＷと共にプラズマ１２に晒されることになるので、フッ素系ラジカルに耐性の強い材料、たとえばＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどのセラミックや、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料で形成することが好ましい。
【００３４】
さらに、ウエハなどの基板裏面の異物除去処理をプラズマ中で行う場合、基板に何らかの電位たとえばバイアス電位が印加されていると、イオン衝撃などによって基板内の素子にダメージを誘起することが考えられるので、基板はプラズマ中に絶縁状態で保持または設置されていることが望ましい。このため、図２の異物除去プラマ処理装置１０においてウエハ支持手段としてウエハＷの裏面に接するリフトピン１１は絶縁材料で形成されていることが好ましい。
【００３５】
なお、異物除去プラズマ処理装置１０においてウエハＷをプラズマ１２で処理すると、ウエハＷの裏面のみならず表面もフッ素ラジカルの影響を受けることになるが、ウエハＷなどの半導体基板の表面はフッ素ラジカルに対してＰＢＮとの選択比が十分に高い耐食性材料、たとえばＳｉ結晶やＳｉＯ２結晶またはレジストなどに覆われていることが通常であるので、一般的には特に大きな問題を生じない。しかしながら、ウエハＷの表面に高密度なデバイスが形成されているような場合には、図３に示すように、ウエハＷ表面を覆う保護蓋１４を設けることで、ウエハＷ表面に対するフッ素ラジカルの影響を排除することが好ましい。この場合、ウエハＷ表面と保護蓋１４との間の隙間は１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＮＦ３プラズマによるＰＢＮのエッチング速度を他の材料と比較して示すグラフである。
【図２】異物除去プラズマ処理のための装置構成の一例および使用法を示す概略図である。
【図３】ウエハ表面を覆う保護蓋を設けた装置構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  異物除去プラズマ処理装置
１１  リフトピン（ウエハ支持手段）
１２  プラズマ
１３  ウエハ搬出手段
１４  保護蓋
２０  プロセス処理装置
２１  試料台（静電吸着ヒーター）
２２  ＰＢＮ最表面層
２３  リフトピン
２４  ウエハ搬送手段
２５  ゲートバルブ
Ｗ  ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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