(57)【要約】【課題】ＳＯＩウェハーのＳＯＩ層を局所ドライエッチングするに際し、意図しない過剰なエッチングが行われることを防止し、もって、ＳＯＩ層を要求される精度で平坦化と薄膜化をすることを課題とするものである。【解決手段】ＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材６１は、ウェハー保持部材本体６１１と、ウェハー保持部材本体６１１に形成され、ＳＯＩウェハーＷを納めることができるウェハー穴６１３と、ウェハー穴６１３の上面側でウェハー保持部材本体６１１に設けられており、このウェハー穴６１３内に向かって伸びる内側フランジ部６１４と、を備えており、ウェハー穴６１３は、ＳＯＩウェハーＷの酸化膜露出領域Ｃの厚さと実質的に一致する深さを有するとともに、内側フランジ部６１４は、ＳＯＩウェハーＷの外周部の酸化膜露出領域Ｃをマスクするために、ＳＯＩ層Ａの外周縁と実質的に一致する内径を有している。【選択図】        図４
2004241466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハー保持部材本体と、
上記ウェハー保持部材本体に形成され、ＳＯＩウェハーを納めることができるウェハー穴と、
上記ウェハー穴の上面側で上記ウェハー保持部材本体に設けられており、このウェハー穴内に向かって伸びる内側フランジ部と、
を備えたＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材であって、
上記ウェハー穴は、上記ＳＯＩウェハーの厚さと実質的に一致する深さを有するとともに、
上記内側フランジ部は、上記ＳＯＩウェハーの外周部の酸化膜露出領域を覆うために、上記ＳＯＩウェハーの備えるＳＯＩ層の外周縁と実質的に一致する内径を有していること
を特徴とするＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材。
【請求項２】
請求項１に記載されたＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材において、
上記内側フランジ部は、更に、上記酸化膜露出領域において上記ＳＯＩウェハーをウェハーテーブルに固定するためのものであること
を特徴とするＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載されたＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材において、
上記内側フランジ部の上面は、内側に向かって下るように傾斜していること
を特徴とするＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材。
【請求項４】
真空チャンバーと、
上記真空チャンバー内に開口し、活性種ガスを噴出するためのノズルと、
上記ノズルの下方前方に設けられ、ＳＯＩウェハーを接触あるいは非接触で載置するためのウェハーテーブルと、
上記ノズルが上記ウェハーテーブル上に載置されたＳＯＩウェハーをスキャニングするように、上記ノズル及び上記ウェハーテーブルの内の一方又は両方を相対的に移動させるための送り装置と
を備えたＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング装置において、
上記ウェハーテーブルには、ウェハー保持部材が設けられており、
このウェハー保持部材は、
ウェハー保持部材本体と、
上記ウェハー保持部材本体に形成され、ＳＯＩウェハーを納めることができるウェハー穴と、
上記ウェハー穴の上面側で上記ウェハー保持部材本体に設けられており、このウェハー穴内に向かって伸びる内側フランジ部と、
を備えており、
上記ウェハー穴は、上記ＳＯＩウェハーの厚さと実質的に一致する深さを有するとともに、
上記内側フランジ部は、上記ＳＯＩウェハーの外周部の酸化膜露出領域を覆うために、上記ＳＯＩウェハーの備えるＳＯＩ層の外周縁と実質的に一致する内径を有していること
を特徴とするＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング装置。
【請求項５】
請求項４に記載されたＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング装置において、
上記ウェハーテーブルには、上記内側フランジ部によって上記ＳＯＩウェハーを固定するための固定位置と、上記ＳＯＩウェハーをこのウェハーテーブル上に搬入、搬出するために搬入・搬出位置との少なくとも２位置をとることができるように、上記ウェハー保持部材を上下動させるための駆動装置が設けられていること
を特徴とするＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング装置。
【請求項６】
ノズルから活性種ガスを噴出し、ＳＯＩ層表面に吹きつけながら、その表面に沿って制御された相対速度でスキャニングすることによりＳＯＩ層をドライエッチングするＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング方法において、
上記ＳＯＩ層の外側のシリコン酸化膜露出領域と上記活性種ガスとの反応を遮断するために上記シリコン酸化膜露出領域をマスクすること
を特徴とするＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング方法。
【請求項７】
請求項６に記載されたＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング方法において、
上記マスクは、請求項１から請求項３までのいずれかに記載されたウェハー保持部材によって行われること
を特徴とするＳＯＩウェハーの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、ドライエッチングによって、ＳＯＩウェハーのＳＯＩ層を全体として薄膜化するとともにその表面を平坦化（膜厚を均一化）するための局所ドライエッチング方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェハー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シリコンウェハーの表面に吹きつける。シリコン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、シリコンウェハーの表面材料が除肉される。このとき、ノズルをシリコンウェハー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、予め得られているシリコンウェハー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シリコンウェハーの表面が平坦化加工される。
【０００３】
ＳＯＩウェハー（ＳＯＩ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）は、シリコン基板の表面にシリコンの酸化膜を形成し、この酸化膜上に薄いシリコン層を形成した（例えば、張り合わせた）ものである。この形成されたシリコンはＳＯＩ層と呼ばれる。図１にＳＯＩウェハーＷを模式的に示す。この図に示すように、ＳＯＩ層Ａは、シリコン基板Ｂの外周から一定距離ｄ（例えば２ｍｍ）だけ内側の領域に形成されており、ＳＯＩ層Ａの外側は、表面が酸化膜で覆われたシリコン酸化膜露出領域Ｃとなっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７４８２号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６０８０６号公報
【特許文献３】
特開２０００−３６４８８号公報
【特許文献４】
特開２００２−２３１７００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
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＯＩ層Ａは、その形成後、要求される厚さ（ターゲット膜厚）にまで薄膜化し、且つ、その厚さを要求される精度にまで平坦（膜厚の均一化）に加工される。この加工のため、上述の局所ドライエッチング法を使用することができるが、後述するように局所ドライエッチングの際、ＳＯＩ層Ａの一部が、局所的であるが、意図したよりも過剰にエッチングされ、結果として要求される精度の平坦化が行われないという現象が起こる場合があることが分かってきた。
【０００６】
図２は、上述の現象が起こった場合の過剰なエッチングが生じている領域（過剰エッチング領域Ｅ）の例を示したものである。過剰エッチング領域ＥはＳＯＩ層Ａの外周縁近傍に生じているが、ＳＯＩウェハーの中心から見たときには特に決まった方向に生じてはいない。
【０００７】
本発明は、ＳＯＩウェハーのＳＯＩ層を局所ドライエッチングするに際し、上記のような意図しない過剰なエッチングが行われることを防止し、もって、ＳＯＩ層を要求される精度で平坦化と薄膜化をすることを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の構成のウェハー保持部材、局所ドライエッチング装置、及び局所ドライエッチング方法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、ウェハー保持部材本体と、上記ウェハー保持部材本体に形成され、ＳＯＩウェハーを納めることができるウェハー穴と、上記ウェハー穴の上面側で上記ウェハー保持部材本体に設けられており、このウェハー穴内に向かって伸びる内側フランジ部と、を備えたＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材であって、上記ウェハー穴は、上記ＳＯＩウェハーの厚さと実質的に一致する深さを有するとともに、上記内側フランジ部は、上記ＳＯＩウェハーの外周部の酸化膜露出領域を覆うために、上記ＳＯＩウェハーの備えるＳＯＩ層の外周縁と実質的に一致する内径を有していることを特徴とするＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材である。
【０００９】
第２番目の発明の解決手段は、第１番目の発明のＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材において、上記内側フランジ部は、更に、上記酸化膜露出領域において上記ＳＯＩウェハーをウェハーテーブルに固定するためのものであることを特徴とするＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材である。
【００１０】
第３番目の発明の解決手段は、第１番目又は第２番目の発明のＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材において、上記内側フランジ部の上面は、内側に向かって下るように傾斜していることを特徴とするＳＯＩウェハーのためのウェハー保持部材である。
【００１１】
第４番目の発明の解決手段は、真空チャンバーと、上記真空チャンバー内に開口し、活性種ガスを噴出するためのノズルと、上記ノズルの下方前方に設けられ、ＳＯＩウェハーを接触あるいは非接触で載置するためのウェハーテーブルと、上記ノズルが上記ウェハーテーブル上に載置されたＳＯＩウェハーをスキャニングするように、上記ノズル及び上記ウェハーテーブルの内の一方又は両方を相対的に移動させるための送り装置とを備えたＳＯＩウェハーのための局所ドライエッチング装置において、上記ウェハーテーブルには、ウェハー保持部材が設けられており、このウェハー保持部材は、ウェハー保持部材本体と、上記ウェハー保持部材本体に形成され、ＳＯＩウェハーを納めることができるウェハー穴と、上記ウェハー穴の上面側で上記ウェハー保持部材本体に設けられており、このウェハー穴内に向かって伸びる内側フランジ部と、を備えており、上記ウェハー穴は、上記ＳＯＩウェハーの厚さと実質的に一致する深さを有するとともに、上記内側フランジ部は、上記ＳＯＩウェハーの外周部の酸化膜露出領域を覆うために、上記ＳＯＩウェハーの備えるＳＯＩ層の外周縁と実質的に一致する内径を有していることを特徴とするＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング装置である。
【００１２】
第５番目の発明の解決手段は、第４番目の発明のＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング装置において、上記ウェハーテーブルには、上記内側フランジ部によって上記ＳＯＩウェハーを固定するための固定位置と、上記ＳＯＩウェハーをこのウェハーテーブル上に搬入、搬出するために搬入・搬出位置との少なくとも２位置をとることができるように、上記ウェハー保持部材を上下動させるための駆動装置が設けられていることを特徴とするＳＯＩウェハーのための局所ドライエッチング装置である。
【００１３】
第６番目の発明の解決手段は、ノズルから活性種ガスを噴出し、ＳＯＩ層表面に吹きつけながら、その表面に沿って制御された相対速度でスキャニングすることによりＳＯＩ層をドライエッチングするＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング方法において、上記ＳＯＩ層の外側のシリコン酸化膜露出領域と上記活性種ガスとの反応を遮断するために上記シリコン酸化膜露出領域をマスクすることを特徴とするＳＯＩウェハーのための局所ドライエッチング方法である。
【００１４】
第７番目の発明の解決手段は、第６番目の発明のＳＯＩウェハーのための局所ドライエッチング方法において、上記マスクは、第１番目から第３番目まで発明のいずれかのウェハー保持部材によって行われることを特徴とするＳＯＩウェハーの局所ドライエッチング方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明者らは、上記過剰エッチング領域Ｅが生じる原因について究明した結果、この原因はＳＯＩ層Ａの外側領域のシリコン酸化膜Ｃにあることを見いだした。ドライエッチングでは、元のガスとしてＳＦ６、ＮＦ３、ＣＦ４等のガスを使用し、これをプラズマ化してフッ素系活性種を発生させる。以下ＳＦ６について説明する。
【００１６】
局所ドライエッチング装置において、ＳＦ６をプラズマ化させると、Ｆ＊（＊は活性種であることを示す）が生成される。Ｆ＊がシリコンに衝突するとこれとの間で気体化合物であるＳｉＦ４を作る。気体化合物は気流となって流れ去り、結果としてシリコンが除去される。
【００１７】
局所ドライエッチングでは、ノズルから吹き出した活性ガスによるＳｉのエッチング形状はなだらかな分布を有しており、明瞭な輪郭をもつものではない。このためノズルをスキャンニングさせたときに、活性種ガスの全てがＳＯＩ層Ａとだけ接触するのではなく、一部は周縁領域のシリコン酸化膜Ｃにも接触する。
【００１８】
シリコン酸化膜Ｃに活性種ガスが接触したときやはり反応がおこり、この反応によって、酸素が分離され酸素活性種が生成される。この酸素活性種はＳ＊と結合し、より安定なＳＯ２となる。一方、Ｆ＊は再結合先Ｓ＊を失うため、Ｆ＊の寿命が統計的に延びることになり、結果として活性種ガスのエッチング能力が向上する。このため、過剰エッチングがＳＯＩ層Ａの周辺で生じる。
【００１９】
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、シリコン酸化膜露出領域Ｃをマスクすることにより、ノズルから出た活性種ガスが酸化膜露出領域Ｃに拡散することを防止し、この領域Ｃ内のシリコン酸化物と反応しないようにされる。
【００２０】
＊装置、ウェハー保持部材
以下、局所ドライエッチング装置及びそこで用いられるウェハー保持部材の構造の一例について説明する。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内にはウェハーテーブル１２を備えており、ウェハーテーブル１２上には、ＳＯＩウェハーＷが載置固定される。なお、ＳＯＩウェハーＷはウェハーテーブル１２表面と直接接触する形で載置固定するか、あるいは、この表面から離れてウェハーテーブル１２表面とは非接触な形で載置固定する（外周クランプ方式）かについて、特に限定はない。ウェハーテーブル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ＸＹＺの各軸方向に数値制御送りされる。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
真空チャンバー１１にはＳＯＩウェハー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ＳＯＩウェハー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。
【００２４】
ウェハーテーブル１２上には、ウェハー保持装置６が設けられている。ウェハー保持装置６は、ウェハー保持部材６１、ウェハー保持部材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。
【００２５】
図４は、ウェハー保持部材６１の概要を説明するための断面図である。ウェハー保持部材６１のウェハー保持部材本体６１１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。ウェハー保持部材本体６１１には円筒状の内壁面６１２を備えたウェハー穴６１３が形成されており、このウェハー穴６１３の上面側（上部側）からはこのウェハー穴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。ウェハー穴６１３は、ＳＯＩウェハーＷの酸化膜露出領域Ｃの厚さと実質的に一致する深さを有するとともに、内側フランジ部６１４は、ＳＯＩウェハーＷの外周部の酸化膜露出領域Ｃを覆うために、ＳＯＩウェハーＷの備えるＳＯＩ層Ａの外周縁と実質的に一致する内径の穴６１７を有している。
【００２６】
この穴６１７の高さはできる限り低い方が好ましい。また、内側フランジ部６１４の上面には、内側に向かって下るように傾斜面６１５が形成されている。傾斜面６１５を設け、穴６１７の高さを低くする理由は、ＳＯＩ層Ａの表面に噴射された活性種ガスの流れが乱されないようにするためである。ウェハー保持部材本体６１１に設けられた別の孔６１６は駆動装置６２にウェハー保持部材６１を結合するための取付穴（例えば、ねじ穴）である。
【００２７】
＊動作、作用
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。ウェハー保持装置６の駆動装置６２を駆動して、ＳＯＩウェハーを支持固定しているウェハー保持部材６１を上方に押し上る。このとき、ＳＯＩウェハーＷは、ウェハーテーブル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ＳＯＩウェハー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。
【００２８】
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ＳＯＩウェハーＷを真空チャンバー１１内に搬入し、ウェハーテーブル１２上に載置する。扉１７１を閉鎖する。駆動装置６２が動作し、新たにウェハーテーブル１２上に載置されたＳＯＩウェハーＷ上にウェハー保持部材６１を下ろす。ＳＯＩウェハーＷはウェハー保持部材６１のウェハー穴６１３内に嵌入し、内側フランジ部６１４はシリコン酸化膜露出領域Ｃをマスクするとともに、ＳＯＩウェハーを軽く把持する。なお、ウェハーテーブル１２は通常独立したウェハー把持手段を備えているため、このような場合はこの把持の機能は重要ではない。
【００２９】
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はＳＯＩウェハーＷのＳＯＩ層Ａの表面に吹き付けられる。
【００３０】
同時に、ウェハーテーブル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ＳＯＩ層Ａ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ＳＯＩ層Ａの表面をスキャニングすることになり、これにより、ＳＯＩ層Ａの表面凹凸が除去されるとともに所定の厚さに除肉される。ＳＯＩウェハー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。
【００３１】
ＳＯＩ層Ａの周縁部近傍をスキャンニングするとき、シリコン酸化膜露出領域Ｃがウェハー保持部材６１の内側フランジ部６１４によってマスクされているため、活性種ガスの流れに曝されることがない。このため、シリコン酸化膜露出領域Ｃから酸素活性種が発生することがない。酸素活性種が発生しないため、ＳＯＩ層Ａが過剰にエッチングされるようなことがない。
【００３２】
ウェハー保持部材６１の内側フランジ部６１４は、傾斜面６１５を有するとともに穴６１７の内側端面の高さが極力低くされているため、内側フランジ部６１４によって活性種ガスの流れの乱れが防止される。このため、乱れによって活性種ガスがＳＯＩ層Ａの領域に逆流し、この逆流によって過剰にエッチングが進行するような事態も防止される。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＯＩウェハーのＳＯＩ層を局所ドライエッチングするに際し、意図しない過剰なエッチングが行われることが防止され、もって、ＳＯＩ層を要求される精度で平坦化と薄膜化をすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＩウェハーＷを模式的に示す模式図である。
【図２】ＳＯＩ層に過剰なエッチングが生じている例を示した図である。
【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】本発明の実施形態の一例であるウェハー保持部材の概要を説明するための断面図である。
【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  扉
１７２  扉
２  搬入チャンバー
３  搬出チャンバー
６  ウェハー保持装置
６１  ウェハー保持部材
６１１  ウェハー保持部材本体
６１２  内壁面
６１３  ウェハー穴
６１４  内側フランジ部
６１５  傾斜面
６１６  孔
６１７  穴
６２  駆動装置
Ａ  ＳＯＩ層
Ｂ  シリコン基板
Ｃ  シリコン酸化膜露出領域
Ｅ  過剰エッチング領域
Ｗ  ＳＯＩウェハー
【図１】
2004241466.tif 000003
【図２】
2004241466.tif 000004
【図３】
2004241466.tif 000005
【図４】
2004241466.tif 000006