(57)【要約】【課題】局所ドライエッチングにおいて、簡単な治具であるガス流コントローラを用いて、エッジロールオフを除去することによりエッジエクスクルージョンを少なくすることを課題とする。【解決手段】ガス流コントローラ本体６１は、半導体ウェハを納めることができる内壁面６１２を備えたウェハ穴６１３と、ウェハ穴６１３の一端に設けられ、ウェハ穴内に向かってｄだけオーバーハングしており、ウェハ穴６１３に納めた半導体ウェハＷの上面との間にクリアランスｈを有する内側フランジ部６１４とを備えており、エッジロールオフ部の除肉量が抑制される。【選択図】        図４
2004349587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを納めることができる内壁面を備えたウェハ穴と、
上記ウェハ穴の一端に設けられ、ウェハ穴内に向かってオーバーハングしており、上記ウェハ穴に納めた半導体ウェハの上面との間にクリアランスを有する内側フランジ部と
を備えたこと
を特徴とする局所ドライエッチングのためのガス流コントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載された局所ドライエッチングのためのガス流コントローラにおいて、
上記内側フランジ部のオーバーハングの量は、０．５ｍｍ乃至３．０ｍｍの範囲にあり、この内側フランジ部と半導体ウェハの上面との間のクリアランスの量は０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍの範囲にあること
を特徴とする局所ドライエッチングのためのガス流コントローラ。
【請求項３】
ノズルから半導体ウェハ表面に活性種ガスを吹き付けるとともに、上記ノズルと半導体ウェハとの間で、半導体ウェハの表面に沿って相対的に送りながら吹き付けられる活性種ガスによって半導体ウェハの表面を加工する局所ドライエッチング方法において、
半導体ウェハを納めることができる内壁面を備えたウェハ穴と、上記ウェハ穴の一端に設けられ、ウェハ穴内に向かってオーバーハングしており、上記ウェハ穴に納めた半導体ウェハの上面との間にクリアランスを有する内側フランジ部とを備えたガス流コントローラによって、半導体ウェハのエッジロールオフ部の除肉量を抑制すること
を特徴とする局所ドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハの数値制御ドライエッチング加工におけるエッジロールオフを改善し、エッジエクスクルージョンを小さくするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハ表面を平坦化するための一つの加工方法として局所ドライエッチング法が知られている。局所ドライエッチング法では、プラズマによって発生した活性種ガスをノズルから噴出させながら、噴出した活性種ガスを半導体ウェハの表面に吹きつける。シリコン等は活性種ガスと反応して気体化合物となって除去されるため、半導体ウェハの表面材料が除肉される。このとき、ノズルを半導体ウェハ表面に沿って相対運動させると、その速度に応じて表面から除去する除肉量を制御することができる。上記相対運動は通常スキャニングによって行われ、予め得られている半導体ウェハの表面凹凸に対応したスキャニングピッチが定められ、スキャニング速度を制御することにより半導体ウェハの表面が平坦化加工される。このための装置は、局所ドライエッチング装置といい、通常、これら運動は数値制御で制御される。
【０００３】
半導体ウェハは、略円板状の板体であって、その周囲全周の表裏にベベル面が形成されており、ベベル面の内側の平坦部の一部が配線パターン形成面となる。図１は半導体ウェハの周囲の部分拡大断面図である。エッジロールオフＡは、配線パターン形成用の平坦面Ｐとベベル面Ｂとの境界部近傍において、平坦面Ｐの高さが本来よりも低く、あたかもなで肩のように落ちている状態のことを言う。エッジロールオフＡは、局所ドライエッチング工程の前にあるポリシング工程において発生することが多い。
【０００４】
局所ドライエッチング装置には、各半導体ウェハの平坦部中央側の凹凸とともにエッジロールオフＡの情報を含んだ情報が与えられ、これに基づいて局所ドライエッチングが行われるが、エッジロールオフＡ部では厚みの変化が急峻であるため、この部分とその内側部分とにおけるスキャニング速度の差が非常に大きくなる。なお、局所ドライエッチングで除去する凹凸はナノメータレベルのものであり、上記「急峻」とは、これに比べて急峻であるという意味である。
【０００５】
図２は、従来のドライエッチング加工において、エッジロールオフ部を無くす（平坦にする）ために必要な取代ａの変化と実際に装置が対応できる取代ｂの変化を示すグラフである。この図に示されるように、必要とされる取代ａの変化のようにはスキャニング速度を変化させることができないため、エッジロールオフＡの除肉量を少なくすることができず、局所ドライエッチングによってはエッジロールオフＡを充分に除去することができない。なお、局所ドライエッチングの対象にベベル面Ｂ自体は含まれない。
【０００６】
近年、半導体の歩留まり向上のため、平坦部Ｐにはできるだけ多くの配線パターンを形成することが望まれるところであるが、エッジロールオフＡについては上述のようにこれを無くすような局所ドライエッチング加工をすることができないため、配線パターンを形成することができない領域、つまり、エッジエクスクルージョンＥを少なくすることができなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０４−２４６１８４号公報
【特許文献２】
特開平０９−０２２９３４号公報
【特許文献３】
特開平０９−０２７４８２号公報
【特許文献４】
特開平１１−２６０８０６号公報
【特許文献５】
特開２０００−３６４８８号公報
【特許文献６】
特開２００２−２３１７００号公報
【特許文献７】
特開２００２−２５２２１０号公報
【特許文献８】
特開２００２−２９９３２１号公報
【非特許文献１】
柳澤  道彦、「シリコンウェハーの数値制御ドライ平坦化加工」、砥粒加工学会誌、平成１２年１０月、第４４巻、第１０号、ｐ４３７−４４０
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑み、局所ドライエッチングにおいて簡単な治具であるガス流コントローラを用いて、上記エッジロールオフを除去することによりエッジエクスクルージョンを少なくすることができる方法及びそのための治具を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、半導体ウェハを納めることができる内壁面を備えたウェハ穴と、上記ウェハ穴の一端に設けられ、ウェハ穴内に向かってオーバーハングしており、上記ウェハ穴に納めた半導体ウェハの上面との間にクリアランスを有する内側フランジ部とを備えたことを特徴とする局所ドライエッチングのためのガス流コントローラである。
【００１０】
第２番目の発明の解決手段は、第１番目の発明の局所ドライエッチングのためのガス流コントローラにおいて、上記内側フランジ部のオーバーハングの量を、０．５ｍｍ乃至３．０ｍｍの範囲に、この内側フランジ部と半導体ウェハの上面との間のクリアランスの量を０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍの範囲にしたことを特徴とする局所ドライエッチングのためのガス流コントローラである。
【００１１】
第３番目の発明の解決手段は、ノズルから半導体ウェハ表面に活性種ガスを吹き付けるとともに、上記ノズルと半導体ウェハとの間で、半導体ウェハの表面に沿って相対的に送りながら吹き付けられる活性種ガスによって半導体ウェハの表面を加工する局所ドライエッチング方法において、半導体ウェハを納めることができる内壁面を備えたウェハ穴と、上記ウェハ穴の一端に設けられ、ウェハ穴内に向かってオーバーハングしており、上記ウェハ穴に納めた半導体ウェハの上面との間にクリアランスを有する内側フランジ部とを備えたガス流コントローラによって、半導体ウェハのエッジロールオフ部の除肉量を抑制することを特徴とする局所ドライエッチング方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、局所ドライエッチング装置１及びガス流コントローラ６の一実施形態によって説明する。図３は、本発明の実施形態の一例である局所ドライエッチング装置１の概要を説明するための模式図である。局所ドライエッチング装置１は、真空チャンバー１１、真空チャンバー１１内にはウェハテーブル１２を備えており、ウェハテーブル１２は、半導体ウェハＷをその静電吸着装置（不図示）によって載置固定する。ウェハテーブル１２はＸ軸送り装置１２１、Ｙ軸送り装置１２２及びＺ軸送り装置１２３によって支持されており、不図示の送り制御ユニットによってＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向に数値制御送りされる。
【００１３】
真空チャンバー１１内にはノズル１３が開口しており、このノズル１３からは活性種ガスが吹き出される。真空チャンバー１１の外側でノズル１３の中間部には活性種ガス発生装置１４が設けられている。不図示のマイクロ波発生装置で作られたマイクロ波が活性種ガス発生装置１４内においてノズル１３の中間部に照射される。
【００１４】
ノズル１３の上端はパイプ１６を介してガスボンベ１５１、１５２に結合されている。各ガスボンベの出口近傍にはバルブ１５３、１５４が設けられており、これらのバルブを開閉することにより、任意のボンベ内のガスをノズル１３の上端に供給することができる。各ボンベ内には、活性種の元になるＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス等、が充填されている。
【００１５】
真空チャンバー１１には半導体ウェハを左側の搬入チャンバー２から搬入するための扉１７１、及び真空チャンバー１１内においてエッチングが済んだ半導体ウェハを右側の搬出チャンバー３に搬出するための扉１７２が設けられている。真空チャンバー１１は真空ポンプ（不図示）が接続されており内部を真空（減圧）にするとともにそれぞれに最適な真空度に調整可能となっている。
【００１６】
ウェハテーブル１２上には、ガス流コントローラ６が設けられている。ガス流コントローラ６は、ガス流コントローラ本体６１とガス流コントローラ本体６１を上下動させるための駆動装置６２を備えている。駆動装置６２にはピストンシリンダー機構、ねじ送り機構、カム送り機構等任意の機構を使用することができる。
【００１７】
図４は、ガス流コントローラ本体６１の概要を説明するための断面図である。ガス流コントローラ本体６１は、アルミニウムやマグネシウムまたはこれらの化合物を材料とし、薄い円形の外形を有しているが外形は任意である。ガス流コントローラ本体６１には半導体ウェハＷが納まるような円筒状の内壁面６１２を備えたウェハ穴６１３が形成されており、このウェハ穴６１３の上面側（上部側）からはこのウェハ穴６１３内に向かって伸びる内側フランジ部６１４が設けられている。ウェハ穴６１３は、半導体ウェハＷの厚さよりも深く、上記内側フランジ部６１４との間にクリアランスを有している。内側フランジ部６１４は、半導体ウェハＷの上面にオーバーハングするように穴６１７を有している。ガス流コントローラ本体６１に設けられた別の孔６１６は駆動装置６２にガス流コントローラ本体６１を結合するための取付穴（例えば、ねじ穴）である。
【００１８】
以下、動作、作用を説明する。真空チャンバー１１、搬入チャンバー２、及び、搬出チャンバー３内は予め所定の真空度に減圧されて等圧になっているものとする。ガス流コントローラ６の駆動装置６２を駆動して、半導体ウェハを支持固定しているガス流コントローラ本体６１を上方に押し上る。このとき、半導体ウェハＷは、ウェハテーブル１２上に残される。扉１７２を開放して、不図示搬送装置によって処理加工の終わった半導体ウェハＷを把持し、搬出チャンバー３内に納める。扉１７２を閉鎖する。
【００１９】
次いで、扉１７１を開放し、不図示搬送装置が搬入チャンバー２から新しい半導体ウェハＷを真空チャンバー１１内に搬入し、ウェハテーブル１２上に載置し、静電吸着装置により吸着把持する。扉１７１を閉鎖する。駆動装置６２が動作し、新たにウェハテーブル１２上に載置された半導体ウェハＷ上にガス流コントローラ本体６１を下ろす。半導体ウェハＷはガス流コントローラ本体６１のウェハ穴６１３内に嵌入し、内側フランジ部６１４がウェハ上面の周囲をオーバーハングするように覆う。
【００２０】
バルブ１５３あるいはバルブ１５４が開放され、ガスボンベ１５１あるいはガスボンベ１５２内の元のガスはパイプ１６を通って、ノズル１３の上部に流入する。不図示マイクロ波発生装置からマイクロ波が照射されることにより、活性種ガス発生装置１４内では、ノズル１３内のガスがプラズマ化され、活性種ガスが発生する。活性種ガスは下方に流下し、ノズル１３の先端から噴出する。噴出した活性種ガスが半導体ウェハＷの表面に向かって吹き付けられる。
【００２１】
同時に、ウェハテーブル１２は、Ｚ軸送り装置１２３によって所定の高さ位置まで送られ、その後、Ｘ軸送り装置１２１及びＹ軸送り装置１２２によってスキャニングピッチ分のピッチ送りとその間のスキャニング送りが与えられる。スキャニングピッチは、予め測定されている半導体ウェハ上面の表面凹凸に対応して計算された一定値であり、スキャニング送り速度は、この凹凸に対応して計算された場所毎に異なる速度である。これらの運動は、不図示の数値制御装置によって制御される。ノズル１３から噴出する活性種ガスが半導体ウェハＷの表面をスキャニングすることになり、これにより、表面の凹凸が除去されるとともに所定の厚さに除肉される。半導体ウェハＷの処理が済むと上述のようにして搬出チャンバー３に搬送される。
【００２２】
全体の動作は以上のようであるが、内側フランジ部６１４がオーバーハングしているため、半導体ウェハＷの周縁部近傍をスキャンニングするとき、活性種ガスの流れが内側フランジ部６１４の影響を受けることになる。これによりエッジロールオフ部へ流れ込む活性種ガスの流量が他に比べて極端に少なくなる。このため、エッジロールオフ部からの除肉量は他の部分と比べて大幅に抑制される。この結果、エッジロールオフ部の取代については、図２のａに示すような必要な取代に近い非常に小さな除肉量にすることができる。
【００２３】
内側フランジ部６１４のオーバーハング量ｄ及び内側フランジ部６１４と半導体ウェハＷ上面とのクリアランスｈは実験によって決定する。図５、図６は、それぞれ、エッジロールオフ部のある点においてオーバーハング量ｄと除肉量抑制率との関係及びクリアランスと除肉量抑制率との関係の一つの例を示したグラフである。
【００２４】
これらのグラフから、内側フランジ部６１４のオーバーハング量ｄを大きくすると、エッジロールオフ部へ到達する活性種ガスの量が減るため、除肉量抑制率が上昇していることと、クリアランスｈを小さくすると、この空間の圧力が上昇して活性種ガスが侵入しにくくなるため、除肉量抑制率が上昇することがわかる。内側フランジ部６１４のオーバーハングｄの量は、０．５ｍｍ乃至３．０ｍｍの範囲、内側フランジ部６１４と半導体ウェハＷの上面との間のクリアランスｈの量は０．１ｍｍ乃至１．０ｍｍの範囲で選ぶことが好適である。
【００２５】
このように、ガス流コントローラは、半導体ウェハを納めることができる内壁面を備えたウェハ穴と、ウェハ穴の一端に設けられ、ウェハ穴内に向かってオーバーハングしており、ウェハ穴に納めた半導体ウェハの上面との間にクリアランスを有する内側フランジ部とを備えており、局所ドライエッチングにおいて、このガス流コントローラによってエッジロールオフ部の除肉量が抑制され、半導体ウェハのエッジエクスクルージョンを少なくすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のガス流コントローラによれば、エッジロールオフ部へ流れ込む活性種ガスの流量を他の部分に比べて極端に少なくできるので、エッジロールオフ部の除肉量が抑制され、半導体ウェハのエッジエクスクルージョンを少なくすることができるという効果を奏する。また、このガス流コントローラは構造が簡単であり、これまでの装置に大がかりな改造を加える必要がないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウェハの周囲の部分拡大断面図であって、エッジロールオフを説明するための説明図である。
【図２】従来のドライエッチング加工において、エッジロールオフ部を無くす（平坦にする）ために必要な取代ａの変化と実際に装置が対応できる取代ｂの変化を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態の一例である局所ドライエッチング装置の概要を説明するための模式図である。
【図４】ガス流コントローラ本体６１の概要を説明するための断面図である。
【図５】エッジロールオフ部のある点においてオーバーハング量ｄと除肉量抑制率との関係の一つの例を示したグラフである。
【図６】エッジロールオフ部のある点においてクリアランスと除肉量抑制率との関係の一つの例を示したグラフである。
【符号の説明】
１  局所ドライエッチング装置
１１  真空チャンバー
１２  ウェハーテーブル
１２１  Ｘ軸送り装置
１２２  Ｙ軸送り装置
１２３  Ｚ軸送り装置
１３  ノズル
１４  活性種ガス発生装置
１５１、１５２  ガスボンベ
１５３、１５４  バルブ
１６  パイプ
１７１、１７２  扉
２  搬入チャンバー
３  搬出チャンバー
６  ガス流コントローラ
６１  ガス流コントローラ本体
６１２  内壁面
６１３  ウェハ穴
６１４  内側フランジ部
６１６  孔
６１７  穴
６２  駆動装置
Ａ  エッジロールオフ
Ｂ  ベベル面
Ｅ  エッジエクスクルージョン
Ｐ  平坦部、平坦面
Ｗ  半導体ウェハ
ｄ  オーバーハング量
ｈ  クリアランス
【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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