(57)【要約】【課題】  液剤を使用せず且つ機械的研磨作業及び処理後の洗滌を不要としてドライプロセスでシリコンウェハの表面層を除去でき、多数回再生・除去処理してもシリコン基材を繰り返し使用でき、シリコン基材の有効使用が図れる、シリコンウェハの表面層の除去方法を提供する。【解決手段】  真空容器１内に陰極板３を配置し、同陰極板３上に２００ｎｍ厚みのＳｉＮ膜の表面層１ａを付着させたシリコンウェハ１を置き、真空容器１内にＣＦ４ガスを４．７ＣＣＭ導入し、３ｍｔｏｒｒ保持し、磁石密度３００ｇａｕｓｓでＲＦ電源５ｂに出力２００Ｗを印加して１０分間エッチングする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄エッチングガスを封入した真空容器内で同エッチングガスを電子流の電子で電離させて高密度プラズマを生成し、同高密度プラズマで真空容器内に配置したシリコンウェハの表面に付着させた表面層をエッチングして除去することを特徴とするシリコンウェハの表面層の除去方法。
【請求項２】
真空容器内に希薄エッチングガスを封入し、表面層を付着させたシリコンウェハを負電極に取付けて真空容器内に配置するとともに、負電極を挟むように正電極を外周に配置し、前記正負電極に直流電圧又は交番電圧を印加して電場を形成し、同電場の方向に直交するように磁場を与えてシリコンウェハのまわりを回転する電子流を形成し、同電子流の電子でエッチングガスを分離させて高密度均一プラズマを生成させてプラズマでシリコンウェハをエッチングして表面層を除去することを特徴とするシリコンウェハの表面層の除去方法。
【請求項３】
エッチングガスがフッ化炭素（ＣＦ４）であり、電場を直流電場とし、これに酸素ガスを１０〜３０％の混合比率で添加した請求項１又は２記載のシリコンウェハの表面層の除去方法。
【請求項４】
磁場が交番磁場である請求項１〜３何れか記載のシリコンウェハの表面層の除去方法。
【請求項５】
表面層がシリコン系又は絶縁系の皮膜であって、エッチングガスとしてフッ素系エッチングガスを使用した請求項１〜４何れか記載のシリコンウェハの表面層の除去方法。
【請求項６】
表面層が金属系の皮膜であって、塩素系エッチングガスを使用した請求項１〜４何れか記載のシリコンウェハの表面層の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造等で使用されたシリコンウェハの表面に表面層・皮膜を付着させたウェハから、表面層・皮膜（以下単に表面層と総称する）を除去し、再生ウェハとして再利用できるようにする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体製造工程において使用されるシリコンウェハにはプライムウェハ，ミラーウェハ，ダミーウェハ，メカダウェハの４種類ある。１プライムウェハは、新品でＩＣ製品になるウェハ、２ミラーウェハは、解析、検査用に使われプライムウェハと同レベルの面精度を有するウェハ、３ダミーウェハは、搬送テスト用、ロボットテスト用で１を使う前に必ず使用するウェハ、４メカダミーウェハは、機械設備会社が加工用として使用するウェハである。
半導体製造工程では、プライムウェハを流す前に必ずダミーウェハを事前に工程に流し、条件設定の確認をして半導体の生産を行なっている。このダミーウェハは再生ウェハを使用するのが一般的であり、各社の各工程で様々な表面層の成膜がなされたウェハが再生されて使用されている。又表面層としては、シリコン系膜・金属系膜・絶縁系膜、がある。
再生ウェハは、ダミーウェハに使われ８インチウェハの場合、７２５μｍ±２５μｍの範囲で使用される。
【０００３】
従来の再生方法はウェットプロセスで行なわれている。まず薬液によって成膜された表面層を除去し、シリコン表面の粗さを取る為に研磨を数ミクロンから十数ミクロン研磨して、不純物やパーティクル除去のために洗浄を行なっている。再生には研磨を必ず行なう必要があり、ウェハ厚が薄くなっていくので、再生可能回数が３回〜５回程度である。
また、薬液処理では除去できない膜（ＳｉＯＣ，ＳｉＣ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ等）もあり、再生できないウェハもあった。
一方、本出願人は、水晶体本体をプラズマで削って薄肉にする技術を開発した。その技術は出願され、特開２０００−２８６２３６号公報として知られている。しかしながら、この技術はエッチングするのが水晶体本体の結晶体であり、シリコンウェハの表面被膜を除去するものとは除去する対象・素材・用途が異なり、且つ従来の液剤と機械的研磨と洗浄を用いるシリコンウェハの表面層の除去方法とは、真空空間内でのドライ処理という手法は大きく手法を異にするため、本願発明の目的のシリコンウェハの表面層の除去に利用できるものとは理解されてなかった。
【特許文献１】特開２０００−２８６２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来のこれらの問題点の解消し、液剤を使用せずにドライプロセスで表面層を除去し、しかもシリコン基材本体を削ることがきわめて少なく、処理毎のシリコン基材の厚みの減少が小さく多くの回数再生でき、更に従来の薬液処理では除去できなかった膜（ＳｉＯＣ，ＳｉＣ，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ）も除去できるようになり、今まで廃棄処理されていたダミーウェハが再生可能にできるという優れたシリコンウェハの表面層除去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）希薄エッチングガスを封入した真空容器内で同エッチングガスを電子流の電子で電離させて高密度プラズマを生成し、同高密度プラズマで真空容器内に配置したシリコンウェハの表面に付着させた表面層をエッチングして除去することを特徴とするシリコンウェハの表面層の除去方法
２）真空容器内に希薄エッチングガスを封入し、表面層を付着させたシリコンウェハを負電極に取付けて真空容器内に配置するとともに、負電極を挟むように正電極を外周に配置し、前記正負電極に直流電圧又は交番電圧を印加して電場を形成し、同電場の方向に直交するように磁場を与えてシリコンウェハのまわりを回転する電子流を形成し、同電子流の電子でエッチングガスを分離させて高密度均一プラズマを生成させてプラズマでシリコンウェハをエッチングして表面層を除去することを特徴とするシリコンウェハの表面層の除去方法
３）エッチングガスがフッ化炭素（ＣＦ４）であり、電場を直流電場とし、これに酸素ガスを１０〜３０％の混合比率で添加した前記１）又は２）記載のシリコンウェハの表面層の除去方法
４）磁場が交番磁場である前記１）〜３）何れか記載のシリコンウェハの表面層の除去方法
５）表面層がシリコン系又は絶縁系の皮膜であって、エッチングガスとしてフッ素系エッチングガスを使用した前記１）〜４）何れか記載のシリコンウェハの表面層の除去方法
６）表面層が金属系の皮膜であって、塩素系エッチングガスを使用した前記１）〜４）何れか記載のシリコンウェハの表面層の除去方法
にある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ドライプロセスで表面層のみをエッチングで除去でき、シリコン基材の厚みの減少はほとんどなく多数回の再生・除去処理してもシリコン基材を長く繰り返し使用できる。シリコン基材のリサイクル効率に優れ、シリコン基材費を安価できる。
除去処理で液剤を使用しないので処理行程が簡単で廃棄処理も簡易に済む。又除去後のシリコンウェハのシリコン基材は洗浄の必要性がない程となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明によって除去できるシリコンウェハの表面層（皮膜）としては、シリコン系（Ｓｉ,Ｐｏｌｙ  Ｓｉ,ａ−Ｓｉ，ＷＳｉｘ等）、金属系（Ａｌ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ−Ｓｉ，等）、絶縁膜系（ＳｉＯ２，ＳｉＯＣ，ＳｉＣ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮ，ＳＯＧ等）、有機系（ＭＳＱ：メチルシルセスキシオキサン，ポリイミド等）などがある。
本発明のエッチングガスは、表面層に材質の応じて適切なガスを選択する。シリコン系・絶縁系・有機系の表面層の場合はフッ素ガスＣＦ４等のフッ素系のエッチングガス（ＣＦ４，Ｃ２Ｆ８等）を、金属系表面層の場合は、塩素系ガス（Ｃｌ２，ＣＣｌ４等）を使用する。又他のガス（アルゴンガスＡｒ，酸素ガスＯ２等）を添加してもよい。エッチングガスの濃度は１０-2〜１０-3ｔｏｒｒ程度である。
表面層が単層でなく複数層の場合は、２種類以上のエッチングガスを供給して各層に応じたエッチングを選択的に行う。
本発明の電場は、直流電圧印加と、高周波電圧（ＲＦ）印加の方法があり、直流電圧印加の場合は５００ｍＡ−１ＫＶ程度で、又ＲＦ電圧は２００Ｗ程度の電源を用い、外部磁界型マグネトロン放電を可能にする。
又、磁場も一方向の磁界と、方向を交代的に変える交番磁界の印加の方法がある。交互に反転させる交番磁場の方が、エッチングの均一性を向上させることで好ましい。
本発明のシリコンウェハを載置する電極板としてはＳＵＳ３１６板にスパッタによる汚染を防止するために表面処理を施したもの又は、ガラスカバーなどで保護して使用するのがよい。
シリコンウェハ本体を削らないようにするには、エッチングガス・電圧・電場・磁場の強さを制御すること及び印加時間の制御で正確にできる。
【実施例１】
【０００８】
以下、実施例１を詳細に説明する。
実施例１は、７２５μｍ程の厚みの２００ｍｍ直径のシリコンウェハに形成された数μｍ厚みの有機系素材の表面層を除去する方法であって、エッチングガスとしてＣＦ４ガスを使用し、電圧として、２００Ｗの交番電圧を印加し、又磁場としては、容器外のコイルによってシリコンウェハ内の磁求密度として３００ｇａｕｓｓ印加した例である。
【０００９】
図１は、実施例１のシリコンウェハの表面層除去方法の装置を示す説明図である。
図２は、実施例１の磁場・電場・電子流の方向とエッチング状態を示す説明図である。
図３は、実施例１による表面層除去の現象を示す説明図である。
【００１０】
図中、１はエッチングされる対象である直径２００ｍｍで厚み７２５μｍのシリコンウェハ、１ａはシリコンウェハ表面の有機系素材の表面層、２は２５０ｍｍ×１５０ｍｍ長さ７５１ｍｍの角型の真空容器、３はシリコンウェハを搭載するＳＵＳ３１６による２００ｍｍ×４００ｍｍの陰極板、４は磁場を発生させる真空容器２外側に配置されたコイル、４ａはコイル印加直流電源、４ｂはコイル印加交流電源、４ｃは直流交流切換スイッチ、５は電場生成のためのＤＣ及びＲＦ電源を切換スイッチで発生させる電源部、５ａは直流電圧を発生させる最大出力５００ｍＡ−１ｋＶのＤＣ電源、５ｂは最大出力５００Ｗの１３．５６ＭＨｚの交番電圧のＲＦ電源、５ｃはＤＣとＲＦの電源切換スイッチ、６はエッチングガスのＣＦ4のボンベ、７は添加ガスＡｒ、Ｏ２のボンベ、８はＮ２のボンベ、９は１４０リットル／秒のターボ分子ポンプ、１０は１７０リットル／分のロータリーポンプである。
【００１１】
陰極板３上に直径２００ｍｍ厚み７２５μｍで表面層１ａを数μｍ付着させたシリコンウェハ１を載せ、高真空に排気する。エッチング条件としてエッチングガスであるＣＦ４ガスを４．７ＣＣＭ導入して３ｍｔｏｒｒを保持し、磁束密度３００ｇａｕｓｓ、ＲＦ出力２００Ｗにて１０分間のエッチングを行った。その後、真空容器２内壁からの脱ガス分子等による汚染を防止することを目的としてＡｒガスを４．７ＣＣＭ導入し、動作圧力３ｍｔｏｒｒ、磁束密度３００ｇａｕｓｓ、ＲＦ出力５０ＷにてＡｒイオンクリーニングを１分間行った。エッチング処理後のシリコンウェハは、目視にて表面が鏡面であることが観察できた。さらにＳＥＭによる分析の結果、その表面はシリコン素地であった。これらから、プラズマによりシリコン表面を荒らすことなく絶縁表面層のみを除去することが可能であることが実証された。
【００１２】
他の有機系膜の表面層については上記実施例と同じ条件で１０分間のエッチングによって、多層膜（３層）では３０分間のエッチング処理で同様に表面層が除去できた。
【実施例２】
【００１３】
実施例２は、前記実施例１の装置を用い、シリコンウェハ１上の表面層１ａがＳｉＮ膜の約２００ｎｍの絶縁膜とした表面層付シリコンウェハから表面層１ａのＳｉＮ膜をエッチングによって除去する例であり、装置・エッチングガス・電圧・磁場は実施例１と同じ条件で１０分間エッチングして除去した例である。
【００１４】
図４は、実施例２の膜除去中の発光スペクトルの強度の時間経過を示す説明図である。
図５は、実施例２のウェハの膜除去処理前と処理後のＸ線光電子分光法によるＥＳＣＡ分析の説明図である。
【００１５】
実施例２では、陰極板３上に直径２００ｍｍ厚み７２５μｍのシリコンウェハ１の表面に約２００ｎｍ厚みのＳｉＮ膜の表面層１ａを付着させたシリコンウェハ１を載せ、高真空に排気する。エッチング条件としてエッチングガスであるＣＦ４ガスを４．７ＣＣＭ導入して３ｍｔｏｒｒを保持し、磁束密度３００ｇａｕｓｓ、ＲＦ出力２００Ｗにて１０分間エッチングを行った。
【００１６】
図４は、この実施例のエッチング開始時Ｔ１（０分）から、３分後のＴ２時と、６分後のＴ３時と、１０分後のＴ４時の発光スペクトルの強度〜波長分布を示す発光スペクトル図を左側に示し、又右側にＳｉＮ膜の表面層１ａの除去状態（表面層の厚みの変化）を示している。このように１０分間のエッチングによって表面層１ａは完全に除去できた。
図５は、エッチング開始前と、１０分間のエッチング処理後のシリコンウェハのＥＳＣＡ分析結果を示している。これから分かるように、３９８．５ｅＶのＮ１ｓ１／２のピークが無くなり、ＳｉＮ膜の表面層１ａが完全に除去されたことが確認できた。
更に、エッチング後のシリコンウェハ１の表面を１００００倍でＳＥＭ観察しても、その表面のダメージが無い均一な表面となっていることが確認できた。
エッチング処理後の目視観察でもシリコンウェハ１の表面が鏡面であることが観察できた。
これらから、プラズマによりシリコン表面を荒らすことなく絶縁表面層のみを除去することが可能であることが実証された。
【００１７】
その後、真空容器２内壁からの脱ガス分子等による汚染を防止することを目的としてＡｒガスを４．７ＣＣＭ導入し、動作圧力３ｍｔｏｒｒ、磁束密度３００ｇａｕｓｓ、ＲＦ出力５０ＷにてＡｒイオンクリーニングを１分間行った。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、シリコンウェハの表面層の除去であるが、シリコンウェハの表面層の素材を異にすれば一部表面層のみの除去にも使用できる。又シリコン素材以外のウェハにも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１のシリコンウェハの表面層除去方法の装置を示す説明図である。
【図２】実施例１の磁場・電場・電子流の方向とエッチング状態を示す説明図である。
【図３】実施例１による表面層除去の現象を示す説明図である。
【図４】実施例２の膜除去中の発光スペクトルの強度の時間経過を示す説明図である。
【図５】実施例２のウェハの膜除去処理前と処理後のＸ線光電子分光法によるＥＳＣＡ分析の説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  シリコンウェハ
１ａ  表面層
２  真空容器
３  陰極板
４  コイル
４ａ  コイル印加直流電源
４ｂ  コイル印加交流電源
４ｃ  直流交流切換スイッチ
５  電源部
５ａ  ＤＣ電源
５ｂ  ＲＦ電源
５ｃ  電源切換スイッチ
６  ＣＦ４ボンベ
７，８  ボンベ
９  ターボ分子ポンプ
１０  ロータリーポンプ
【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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