(57)【要約】【課題】  平坦度適用領域の外周部を高平坦度にプラズマエッチングする半導体ウェーハのプラズマエッチング方法を提供する。【解決手段】  平坦度適用領域の測定可能な実測最外周の板厚データに係数Ｓを乗算したものを、平坦度適用領域の測定が困難な外周部の仮想板厚データとし、このデータに基づき、平坦度適用領域の厚さに合わせて部分的にプラズマエッチング量を制御しながら、この領域の外周部をプラズマエッチングする。結果、従来法のように平坦度適用領域の実測最外周の板厚データをこの領域の外周部の仮想板厚データとみなしてプラズマエッチングしたときより、仮想板厚データの信頼性が高まり、この平坦度適用領域の外周部を高い平坦度でプラズマエッチングできる。【選択図】        図１
2005123483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハのデバイスが形成される表面の平坦度適用領域中、該平坦度適用領域の外周部を除いた部分の板厚を測定する工程と、
測定された板厚データに基づいてプラズマエッチング量を制御しながら、前記平坦度適用領域をプラズマエッチングする工程とを備えた半導体ウェーハのプラズマエッチング方法において、
前記平坦度適用領域の測定部分の最外周の板厚データに所定の係数を乗算して、前記平坦度適用領域の外周部の仮想板厚データを求め、
得られた仮想板厚データに基づいてプラズマエッチング量を制御しながら、前記平坦度適用領域の外周部をプラズマエッチングする半導体ウェーハのプラズマエッチング方法。
【請求項２】
測定された板厚データに半導体ウェーハの形状を考慮した前記係数が０．５〜１．５である請求項１に記載の半導体ウェーハのプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体ウェーハのプラズマエッチング方法、詳しくは平坦度適用領域の外周部を高い平坦度でプラズマエッチングする半導体ウェーハのプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンウェーハのデバイスが形成される表面の平坦度の向上を目的として、研磨後のシリコンウェーハの板厚を測定し、その板厚データに基づき、ウェーハの表面をプラズマエッチングする方法が開発されている。
具体的には、例えば、シリコンウェーハの表面の平坦度適用領域（ＦＱＡ；Flatness Quality Area ）における板厚を、市販のウェーハ板厚測定機により測定し、この板厚データに基づき、市販のプラズマエッチング装置を用いて、プラズマをシリコンウェーハの面方向に移動させる速度を調整してプラズマエッチング量を制御しながら、平坦度適用領域をプラズマエッチングする。すなわち、シリコンウェーハの板厚が厚い部分は、プラズマを低速で移動させてエッチング量を大きくする。反対にこの板厚が薄い部分は、プラズマを高速で移動させ、エッチング量を小さくする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記ウェーハ板厚測定機によれば、シリコンウェーハの平坦度適用領域中、ウェーハの板厚を測定することが可能であるのは、この測定機の構成上、８インチウェーハの場合で平坦度適用領域の最外周から半径方向に３ｍｍ内側（実測最外周）までの部分に限定されていた。したがって、それより外側の平坦度適用領域の外周部は、現実的にウェーハの板厚を測定することができなかった。
そのため、プラズマ加工時には、この平坦度適用領域の実測最外周の板厚データを、測定が困難な外周部の板厚データとみなし、信頼性が乏しい仮想板厚データに基づき、平坦度適用領域の外周部をプラズマエッチングしていた。
【０００４】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、実測最外周の板厚データに特定の係数を乗算したものを平坦度適用領域の外周部の仮想板厚データとすれば、仮想板厚データの信頼性が高まり、この平坦度適用領域の外周部をさらに高い平坦度でプラズマエッチングできることを知見し、この発明を完成させた。
【０００５】
そこで、この発明は、平坦度適用領域の外周部を、高い平坦度でプラズマエッチングすることができる半導体ウェーハのプラズマエッチング方法を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載した発明は、半導体ウェーハのデバイスが形成される表面の平坦度適用領域中、該平坦度適用領域の外周部を除いた部分の板厚を測定する工程と、測定された板厚データに基づいてプラズマエッチング量を制御しながら、前記平坦度適用領域をプラズマエッチングする工程とを備えた半導体ウェーハのプラズマエッチング方法において、前記平坦度適用領域の測定部分の最外周の板厚データに所定の係数を乗算して、前記平坦度適用領域の外周部の仮想板厚データを求め、得られた仮想板厚データに基づいてプラズマエッチング量を制御しながら、前記平坦度適用領域の外周部をプラズマエッチングする半導体ウェーハのプラズマエッチング方法である。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、平坦度適用領域の測定部分の最外周の板厚データに所定の係数を乗算したものを平坦度適用領域の外周部の仮想板厚データとし、この仮想板厚データに基づき、平坦度適用領域の厚さに合わせて部分的にプラズマエッチング量を制御しながら、この平坦度適用領域の外周部を加工する。プラズマエッチングしたことで、ウェーハ表面の凹凸が無くなる。
これにより、従来法のように平坦度適用領域の実測最外周の板厚データを平坦度適用領域の外周部の仮想板厚データとみなしてプラズマエッチングしていた場合に比べ、この仮想板厚データの信頼性が高まり、平坦度適用領域の外周部を高い平坦度でプラズマエッチングすることができる。
【０００８】
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられる。また、半導体ウェーハは研磨後のウェーハでもよいし、それ以外の加工後のウェーハでもよい。
平坦度適用領域とは、半導体ウェーハの表面において、除外領域である面取り部を含まない平坦度規格適用領域である。
また、平坦度適用領域の外周部とは、平坦度適用領域のうち、ウェーハの板厚の測定が困難な外周部分である。
半導体ウェーハの板厚測定機としては、市販の静電容量式またはレーザー式を採用することができる。
【０００９】
プラズマエッチングは、反応性ガスプラズマを利用したドライエッチングの一種で、高周波やマイクロ波の放電プラズマ中に発生した化学的に活性度の高い励起状態にある原子または分子（ラジカル）を反応種として用いる化学反応である。
プラズマエッチングのエッチングレートは、２００ｍｍウェーハで０．５〜１．０μｍ／分である。プラズマエッチング後の半導体ウェーハのＧＢＩＲは、０．２μｍ前後の高平坦度となる。
エッチング量の制御方法としては、例えばエッチングガスに供給される高周波やマイクロ波の大きさを制御したり、プラズマおよびまたは半導体ウェーハを相対的にウェーハ面方向に移動させる際の速度を変化させる。
【００１０】
半導体ウェーハの表面を均一にプラズマエッチングするのに適した方法として、ＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｍａ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法が知られている。これは、「Ｈｅｕｇｈｅｓ  Ｄａｎｂａｒｙ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」社が開発したプラズマアシスト化学エッチング法のひとつであり、エッチング前のウェーハ形状情報を部分的なエッチング代にフィードバックすることで、プラズマエッチング後の半導体ウェーハの厚さ精度や平坦度精度を高める方法である。
平坦度適用領域の外周部の仮想板厚データを求める際に利用される係数は限定されない。この係数が小さければプラズマエッチングのエッチング量が大きくなり、平坦度適用領域は外周ダレの傾向となる。反対に係数が大きければプラズマエッチングのエッチング量が小さくなり、平坦度適用領域は外周立ちの傾向となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、測定された板厚データに半導体ウェーハの形状を考慮した前記係数が０．５〜１．５である請求項１に記載の半導体ウェーハのプラズマエッチング方法である。
好ましい係数は１．０〜１．５である。１．０未満ではプラズマエッチングのエッチング量が大きくなりすぎて、平坦度適用領域の外周ダレが発生しやすい。また１．５を超えるとプラズマエッチングのエッチング量が小さくなりすぎて、平坦度適用領域の外周立ちが起きやすい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、平坦度適用領域の測定可能な実測最外周の板厚データに所定の係数を乗算したものを、平坦度適用領域の測定が困難な外周部の仮想板厚データとみなし、この仮想板厚データに基づき、プラズマエッチング量を制御しながら、平坦度適用領域の外周部を加工するので、この仮想板厚データの信頼性が高まり、平坦度適用領域の外周部を高い平坦度でプラズマエッチングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法が適用された半導体ウェーハの製造方法を示すフローシートである。図２（ａ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法に用いられるウェーハ板厚測定機の要部拡大図である。図２（ｂ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法に用いられる他のウェーハ板厚測定機の要部拡大図である。図３は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法に用いられるプラズマエッチング装置の模式図である。図４は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法におけるプラズマエッチング中の半導体ウェーハの要部拡大断面図である。図５は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法を利用して作製された半導体ウェーハを等高線で示した斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、この一実施例にあっては、スライス、面取り、ラップ、エッチング、表面１次研磨、ウェーハ板厚測定、表面プラズマエッチング、仕上げ研磨、洗浄の各工程を経て、表面が鏡面仕上げされた半導体ウェーハが作製される。
以下、各工程を詳細に説明する。
ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程（Ｓ１０１）で、厚さ８６０μｍ程度の８インチのシリコンウェーハにスライスされる。
次に、このスライスドウェーハは、続く面取り工程（Ｓ１０２）で、その外周部に面取り砥石を押し付けて、所定の形状に面取りされる。面取り砥石は、＃６００のメタルボンド円柱砥石である。これにより、シリコンウェーハの外周部は、所定の丸みを帯びた形状（例えばＭＯＳ型の面取り形状）に加工される。
【００１６】
次に、ラッピング工程（Ｓ１０３）が行われる。この工程では、シリコンウェーハを互いに平行なラップ定盤間に配置し、その後、このラップ定盤間に、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を流し込む。そして、加圧下で回転・摺り合わせを行うことで、シリコンウェーハの表裏両面を機械的にラッピングする。その際、シリコンウェーハのラップ量は、ウェーハの表裏両面を合わせて４０〜１００μｍ程度である。
それから、ラップドウェーハをエッチングする（Ｓ１０４）。具体的には、フッ酸と硝酸とを混合した混酸液（常温〜５０℃）中に、シリコンウェーハを所定時間だけ浸漬する。なお、例えばＮａＯＨ，ＫＯＨなどを用いたアルカリエッチでもよい。エッチングを行うと、シリコンウェーハの表裏両面に多量の気泡が発生する。これにより、シリコンウェーハの表裏両面に、高さ数ｎｍ〜２００ｎｍ程度の微小凹凸を伴った周期０．５〜２０ｍｍ程度のうねりが現出する。
このエッチング後に、シリコンウェーハの外周部をＰＣＲ加工してもよい。この加工時には、周知のＰＣＲ加工装置が用いられる。例えば、円筒形状のウレタンバフをモータで回転させる装置などである。
【００１７】
次に、ラップ処理されたシリコンウェーハの表面を１次研磨する（Ｓ１０５）。
具体的には、対向配置された研磨ヘッドと下定盤とを有し、下定盤の上面だけに研磨布が展張された研磨装置を利用し、シリコンウェーハの表面だけを１次研磨する。すなわち、キャリアプレートに表面を下向きにしてシリコンウェーハを固定し、遊離砥粒を含むスラリーを供給しながら、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた研磨布により、ウェーハ表面を１次研磨する。研磨量は５〜２０μｍ程度である。
【００１８】
続いて、シリコンウェーハの表面の平坦度適用領域における板厚を検査する（Ｓ１０６）。この検査には、図２（ａ）に示す静電容量式の板厚測定機Ａを使用する。この測定機Ａは、ウェーハの表裏両面側に配置された２本の静電容量センサを用い、ウェーハの表面および裏面の位置をそれぞれ検出してウェーハの厚さを測定するものである。また、図２（ｂ）に示す平坦度測定を兼用する板厚測定機Ａも使用することができる。このタイプは、シリコンウェーハの表裏両面に対してそれぞれレーザ光を照射し、これを受光することにより各面の平坦度およびウェーハの板厚をそれぞれ測定する。
ただし、ここでは平坦度適用領域の最外周から半径方向に３ｍｍ内側（実測最外周）までの部分を実測し、それより外側の平坦度適用領域の外周部ｄは、実測最外周の部分的な板厚データに係数Ｓ＝１．０〜１．５を乗算したものを、平坦度適用領域の外周部ｄの部分的な仮想板厚データとする。この外周部ｄは板厚測定不可能域である。
【００１９】
その後、得られたシリコンウェーハの板厚データ（仮想板厚データを含む）に基づき、ウェーハ表面の平坦度適用領域をプラズマエッチングする（Ｓ１０７）。
すなわち、図３に示すプラズマエッチング装置２０により、プラズマアシスト化学エッチングされる。このプラズマエッチングは、吸引ポンプＰ１，Ｐ２により負圧化されたエッチング反応炉において、マイクロ波電源２１を用いて、エッチングガスＳＦ6 を１００〜１０００ｃｃ／分でエッチング反応炉内に流しながら、周波数２．４５ＧＨｚ、電力３００〜６００ワットのマイクロ波を連続的に印加する。これにより、プラズマ放電管２２からエッチングガスＳＦ6 が励起されてプラズマが発生する。すなわち、エッチングガスＳＦ6 がプラズマ放電管２２中で、プラズマのエネルギを受けて化学的に活性化する。
【００２０】
その後、シリコンウェーハＷを保持したチャック２３を、シリコンウェーハＷの表面に沿って、このウェーハ表面のうねり部（起伏部）の厚さに合わせて移動速度を変更させながら動かす（図４参照）。これにより、プラズマにより励起されたラジカル種２５が、シリコンウェーハＷの所定位置へと順次供給される。その結果、プラズマ領域下のシリコンが、約１μｍ／秒のエッチングレート、エッチング量１〜５μｍで、上記うねり部の厚さ（例えば１〜５μｍ）に合わせてエッチングされる。
その際、平坦度適用領域の外周部ｄは、実測最外周に係数を乗算して得られた仮想板厚データに基づき、平坦度適用領域の他の部分と一連にプラズマエッチングされる。これにより、外周部ｄを含む平坦度適用領域の全体から、凹凸が完全に除去される（図５参照）。
【００２１】
従来法にあっては、平坦度適用領域の実測最外周の板厚データを、そのまま平坦度適用領域の外周部の仮想板厚データとみなし、プラズマエッチングを施していたので仮想板厚データの信頼性が低かった。これに対して、この一実施例では、実測最外周に係数を乗算したものを仮想板厚データとしたので、この仮想板厚データの信頼性が高まり、平坦度適用領域の外周部ｄを高い平坦度でプラズマエッチングすることができる。
また、ここでは１次研磨後にプラズマエッチングを施すので、鏡面化に必要な研磨量も低減し、シリコンウェーハＷの表面の平坦度（ＧＢＩＲで０．２μｍ以下）が高められる。
その後、シリコンウェーハＷの表面に仕上げ研磨を施す（Ｓ１０８）。使用される研磨布は、仕上げ研磨用の不織布の基布の上にウレタン樹脂を発泡させたスェードタイプである。研磨量は０．１〜２μｍ程度である。
次に、シリコンウェーハＷを仕上げ洗浄する（Ｓ１０９）。この洗浄は、ＳＣ−１とＳＣ−２の２種類の洗浄液をベースとしたＲＣＡ洗浄である。
【００２２】
ここで、図６および図７を参照しながら、この一実施例のプラズマエッチング方法を採用し、実際にシリコンウェーハの平坦度適用領域の外周部をプラズマエッチングしたときの、この外周部のサイト平坦度の結果を示す。
図６は、平坦度適用領域の外周部のサイトナンバーを示す模式図である。図７は、平坦度適用領域の外周部の各サイトにおける係数と平坦度とを関係を示すグラフである。
図７のグラフから明らかなように、係数Ｓ＝１．０、係数Ｓ＝１．２、係数Ｓ＝１．５の場合に、平坦度適用領域の外周部のＳＢＩＲ値が特に小さくなった。これにより、この外周部の平坦度が他の係数（Ｓ＝０．５、Ｓ＝０．８、Ｓ＝２．０）のときよりも高まった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法が適用された半導体ウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図２】（ａ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法に用いられるウェーハ板厚測定機の要部拡大図である。（ｂ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法に用いられる他のウェーハ板厚測定機の要部拡大図である。
【図３】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法に用いられるプラズマエッチング装置の模式図である。
【図４】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法におけるプラズマエッチング中の半導体ウェーハの要部拡大断面図である。
【図５】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのプラズマエッチング方法を利用して作製された半導体ウェーハを等高線で示した斜視図である。
【図６】平坦度適用領域の外周部のサイトナンバーを示す模式図である。
【図７】平坦度適用領域の外周部の各サイトにおける係数と平坦度とを関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
Ｗ  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
Ｓ  係数。
【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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【図７】
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