(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙ方向のエッチングによって形成される形状がＸ方向に一定間隔で繰り返される局部エッチングの相対走査により、表面に空間波長が０．５ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下であり、波高が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の微小凹凸が形成されていること
を特徴とするナノトポグラフィ評価用基準ウエーハ。
【請求項２】
少なくとも両面研磨工程を経たシリコンウェーハを、Ｘ−Ｙステージを用い、Ｘ、Ｙのいずれか一方の方向は一定の幅のステップ移動をさせ、他方の方向は直線移動をさせることにより局部エッチングの領域を移動させるとともに、このとき、
上記Ｘ−Ｙステージのステップ幅を変化させることにより微小凹凸の空間波長を依存させ、
上記直線移動の速度を変化させることにより、上記微小凹凸の波高を依存させることによって、
上記シリコンウェーハ上に、空間波長が０．５ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下であり、波高が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるところのナノトポグラフィ評価のための微小凹凸を局部エッチングの相対走査により形成すること
を特徴とするナノトポグラフィ評価用基準ウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ製造時に起こるシリコンウェーハ表面の微小凹凸（ナノトポグラフイ、Nanotopogrphy）を測定するための基準とするためのウェーハであって、表面に一定の空間波長と高さ（波高）を持つ微小凹凸を有するナノトポグラフィ評価用基準ウエーハに関し、更には、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハの平坦化加工中に生じる数百ｎｍ以下の微小凹凸（ナノトポグラフイ、Nanotopogrphy）がデバイスプロセスのＣＭＰ工程等において問題にされる。そのため、ウェーハ製造過程において、シリコンウェーハ表面の微小凹凸の測定が行われている。
【０００３】
シリコンウェーハの加工後に残る微小凹凸（ナノトポグラフィ）を測定する装置として魔鏡（ハロゲンランプの平行光をシリコンウェーハに照射し、そのときの反射光の明暗を測定する測定装置）もしくは ＳＱＭ（ＡＤＥ社、アルゴンイオンレーザーをワークに対し斜入射し正反射光をディテクターにより検出する。この時、正反射位置とのズレよりワーク表面の傾きを求め、微小凹凸の高さを測定する測定装置）などが使用されている。
【０００４】
これらの測定装置による測定では、平坦化加工が施された任意のシリコンウェーハを目標管理ウェーハとして用い、日間、バッチ間、及び、特定の装置間のバラツキが管理されているにすぎない。
【０００５】
ところが、このような管理では、たまたま選ばれた一つのシリコンウェーハを基準にして、上述の日間、バッチ間、装置間の相対的なバラツキが管理されるだけであるため、測定の絶対値に対して高い信頼性は得られていない。このため、基準となる定まった微小凹凸を有するシリコンウェーハを供給し、これにより測定値の絶対値を較正することが必要となってきた。ある段差を有する標準ウェーハは存在しているものの、該ウェーハは表面に一定の空間波長と高さ（波高）を持たない為、これでは周期性、傾きについての較正をすることができない。
【０００６】
ところで、シリコンウェーハの平坦化において近年では、プラズマ中に発生する活性種によってシリコンウェーハを局部的にエッチングする局部エッチング装置が使用されるようになってきた。図１は一般的な局部エッチング装置２００を示す断面図である。
【０００７】
この局部エッチング装置２００は、ＳＦ６（六フッ化硫黄）ガス等をプラズマ発生器１００で放電させて、Ｆ活性種等を生成し、このＦ活性種ガスＧをノズル部１０１からチャック１２０上のシリコンウェーハＷの表面Ｗａに噴射することで、表面Ｗａの部分のうち基準厚さ値よりも厚い部分（以下、「相対厚部」という。）を局部的にエッチングするものである。
【０００８】
具体的には、厚い相対厚部に対して、チャック１２０を移動速度、即ちノズル部１０１の相対速度を遅くして、Ｆ活性種ガスＧの噴射時間を長くし、低い相対厚部に対しては、ノズル部１０１の相対速度を速くして、Ｆ活性種ガスＧの噴射時間を短くすることにより、シリコンウェーハＷの表面Ｗａ全体を平坦化するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題に鑑み、表面の微小凹凸を測定する時の基準となるシリコンウェーハであって、表面に局部エッチングの相対走査によって形成された予め定められた一定の空間波長と高さを持つ微小凹凸を有するナノトポグラフィ評価用基準ウエーハを提供するとともに、この評価用基準ウエーハを製造する製造方法を提供することを課題とするものである。また、この評価用基準ウエーハを測定器の較正に使用することにより、どの測定器においても測定結果の評価が等価になるようにし、更にこれによる管理を可能とすることを課題とするものである。また、更に、現在では、較正手段を持たないシリコンウェーハ表面の微小凹凸測定装置に対し一定の規格に基づいた評価用基準ウェーハを提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、局部的なエッチングを一定速度、一定幅毎に移動させることによりエッチング形状が重ね合わされ、ウェーハ表面には微小なエッチング痕が一定の周期と一定の高さで形成される。また、その際、エッチング痕はその周期が直線走査の間隔と一致し、高さが速度に依存して形成される。なお、この明細書では波高という用語を使用するが、これは周期性のある微小凹凸を水面の波にたとえ、そのような波において、波の底から波の頂きまでの高さの差を意味するものとして使用している。
【００１１】
【００１２】
更に具体的に示すと上記課題は、以下の手段により解決される。すなわち、
第１番目の発明の解決手段は、Ｙ方向のエッチングによって形成される形状がＸ方向に一定間隔で繰り返される局部エッチングの相対走査により、空間波長が０．５ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下であり、波高が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の微小凹凸が形成されていることを特徴とするナノトポグラフィ評価用基準ウエーハである。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
第２番目の発明の解決手段は、少なくとも両面研磨工程を経たシリコンウェーハを、Ｘ−Ｙステージを用い、Ｘ、Ｙのいずれか一方の方向は一定の幅のステップ移動をさせ、他方の方向は直線移動をさせることにより局部エッチングの領域を移動させるとともに、このとき、上記Ｘ−Ｙステージのステップ幅を変化させることにより微小凹凸の空間波長を依存させ、上記直線移動の速度を変化させることにより、上記微小凹凸の波高を依存させることによって、上記シリコンウェーハ上に、空間波長が０．５ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下であり、波高が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるところのナノトポグラフィ評価のための微小凹凸を局部エッチングの相対走査により形成することを特徴とするナノトポグラフィ評価用基準ウエーハの製造方法である。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
これらの発明では、プラズマ発生過程において放電管内の所定のガスがノズル部から噴射されるとともに、放電管のノズル部がウェーハの表面に沿って一定速度で移動させられる。これにより、シリコンウェーハの表面にはノズル部から噴射する活性種ガスによつて局部的なエッチングが施されることにより、シリコンウェーハに一定の周期と波高を持つ微小凹凸が加工、形成される。
【００２０】
局部的なエッチングを一定速度、一定幅毎に移動させることによりウェーハ表面に微小なエッチング痕、つまり、微小凹凸、が一定の周期と波高で形成される。このとき、微小凹凸の周期は直線走査の間隔と一致し、波高は速度に依存する。微小凹凸を空間波長（周期）が０．５ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下であり、波高が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下のナノトポグラフィ評価用基準ウエーハを製造し、これをウェーハ表面測定用の光学的測定装置にかけ、較正、及び測定値の確認を行う。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図２は、この発明の一実施形態に係わるナノトポグラフィ評価用基準ウエーハを製造するための製造装置、すなわち、局部エッチング装置を示す概略構成図である。これによりウェーハ表面には、局部エッチングにより微小凹凸が形成される。
【００２３】
この局部エッチング装置は、プラズマ発生器１、ガス供給装置３、Ｘ−Ｙ駆動機構５を具備している。プラズマ発生器１はアルミナ放電管のガスをプラズマ放電させて中性ラジカルを含んだ活性種ガスＧを生成するための機器であり、マイクロ波発振器１０と導波管１１とよりなる。マイクロ波発振器１０は、マグネトロンであり、所定周波数のマイクロ波Ｍを発振することができる。
【００２４】
導波管１１は、マイクロ波発振器１０から発振されたマイクロ波Ｍを伝搬するためのもので、アルミナ放電管２に外挿されている。
【００２５】
このような導波管１１の左側端内部には、マイクロ波Ｍを反射して定在波を形成する反射板（ショートプランジャー）１２が取り付けられている。また、導波管１１の中途には、マイクロ波Ｍの位相合わせを行うスタブチューナ１３と、マイクロ波発振器１０に向かう反射マイクロ波Ｍを９０°方向に（図２の表面方向）に曲げるアイソレータ１４とが取り付けられている。
【００２６】
アルミナ放電管２は、下端部にノズル部２０を有した円筒体であり、上端部には、ガス供給装置３の供給パイプ３０が連結されている。
【００２７】
ガス供給装置３は、アルミナ放電管２内にガスを供給するための装置であり、ＳＦ６（六フッ化硫黄）ガスのボンベ３１を有し、ボンベ３１がバルブ３２と流量制御器３３を介して供給パイプ３０に連結されている。
【００２８】
プラズマ発生器１がかかる構成を採ることにより、ガス供給装置３からアルミナ放電管２にガスを供給すると共に、マイクロ波発振器１０からマイクロ波Ｍを発振すると、アルミナ放電管２内においてプラズマ放電が行われ、プラズマ放電で生成された活性種ガスＧがノズル部２０から噴射される。
【００２９】
シリコンウェーハＷは、チャンバー４内のチャック４０上に配置されると、チャック４０の静電気力で吸着されるようになっている。チャンバー４には、真空ポンプ４１がとりつけられており、この真空ポンプ４１によってチャンバー４内を真空にすることができる。また、チャンバー４の上面中央部には、孔４２が穿設され、この孔４２を介してアルミナ放電管２のノズル部２０がチャンバー４内に外挿されている。また、孔４２とアルミナ放電管２との間にはＯ−リング４３が装着され、孔４２とアルミナ放電管２との間が気密に保持されている。そして、このような孔４２に挿入されたノズル部２０の周囲にはダクト４４が設けられ真空ポンプ４５の駆動によって、エッチング時の反応生成ガスをチャンバー４の外部に排出することができる。
【００３０】
Ｘ−Ｙ駆動機構５は、このようなチャンバー４内に配されており、チャック４０の下方から支持している。
【００３１】
このＸ−Ｙ駆動機構５は、そのＸ駆動モータ５０によってチャック４０を図２の左右方向に移動させ、そのＹ駆動モータ５１によってチャック４０とＸ駆動モータ５０とを一体に図２の紙面表裏方向に移動させる。すなわち、このＸ−Ｙ駆動機構５によってノズル部２０をシリコンウェーハＷに対して相対的にＸ−Ｙ方向に移動させることができる。
【００３２】
次に、上記局部エッチング装置を用いてこの実施形態のウェーハ表面微小凹凸を形成する方法について説明する。ガス供給装置３のバルブ３２を開き、ボンベ３１内のＳＦ６ガスを供給パイプ３０に流出して、アルミナ放電管２に供給する。この時、バルブ３２の開度を調整して、ＳＦ６ガスの流量を３００ＳＣＣＭ（ Standard Cubic CentiMeter ）に調整する。
【００３３】
上記ＳＦ６ガスの供給作業と平行して、マイクロ波発振器１０を駆動する。すると、ＳＦ６ガスがマイクロ波Ｍによってプラズマ放電されて、中性ラジカルであるＦ（フッ素）ラジカル（中性活性種）を含んだ活性種ガスＧが生成される。これにより活性種ガスＧがアルミナ放電管２のノズル部２０に案内されて、ノズル部２０の開口２０ａからシリコンウェーハＷ側に向けて噴射される。
【００３４】
この状態で局部エッチング過程を実行する。制御コンピュータ４９によりＸ−Ｙ駆動機構５を駆動し、シリコンウェーハＷを吸着したチャック４０をＸ−Ｙ方向にジグザグ状に移動する。図３は、ノズル部２０の走査の様子をシリコンウェーハＷの上面から見た軌跡によって説明するための説明図である。この図３に示すように、ノズル部２０はシリコンウェーハＷに対して相対的にジグザク状（矩形波状）に移動させられる。
【００３５】
このとき、ノズル部２０の速度は、Ｙ方向に一定速度の移動を反対方向に繰り返し、この繰り返しの逆転時に合わせてＸ方向には一定間隔Ｓでステップ移動させられる。これによりシリコンウェーハＷの表面ではＸ方向の間隔Ｓ毎にＹ方向の一定走査速度に応じたエッチングが行われる。なお、上記局部エッチングでは、ＳＦ６ガスが使用される例を示ししているが、ＮＦ３、又は、ＣＦ４ガスを使用することができる。
【００３６】
図４は、Ｙ方向から見たエッチングの様子を示す図である。この図において、左右方向はＸ軸方向、上下はＺ方向を示しており、（ａ）はＹ方向のエッチングによって形成される形状がＸ方向に等間隔で重ね合わされたときにシリコンウェーハ上に形成される形状、（ｂ）はこの形状の一部拡大図である。
【００３７】
ノズル部２０がＹ方向にシリコンウェーハＷの表面を一定速度で走査すると、一度の走査により、（ａ）の太い曲線ｅで示される形状が形成される。この形状がＸ方向に一定間隔Ｓで繰り返されるので、最終的にこれが重ね合わされた形状がシリコンウェーハＷ上に形成される。拡大図（ｂ）に示されるように、重ね合わされた形状は微小な波を打っており、そのピッチはＸ方向の送り間隔Ｓと等しい。つまり、エッチングの重なる領域が連続してエッチング後のシリコンウェーハＷの表面において微小の凹凸が発生する。
【００３８】
この時微小凹凸の周期が２０ｍｍ以下で、波高（波頂から波底までの高さの差）が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲とする場合、単一エッチング走査のエッチング最大除量から計算してＹ方向の速度を決定する。
【００３９】
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。例えば上記実施形態ではダウンストリームプラズマを使用したが、ＲＩＥを用いることもできる。この場合もプラズマの生成法に違いはあるがＸ−Ｙ駆動を利用し、エッチング形状を計算された間隔毎に加工を行うことにより一定の波高、周期をもつシリコンウェーハの製造が可能となる。
【００４０】
上記実施形態により製造された一定周期と設定値波高を有するシリコンウェーハを、測定器の測定値を確認するため、あるいは測定器を較正するためのウェーハとして使用するとき、その測定器は安定した信頼のできるデータを得ることが可能となる。以下に実施例を示す。
【００４１】
【実施例】
実施例１
ダウンストリームプラズマを使用した局部エッチング装置においてＳＦ６ガス、ガス流量３００ＳＣＣＭ、マイクロ波進行波、出力３００Ｗによりピッチ幅を２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍに設定し、Ｙ方向の速度を一定（８０ｍｍ／ｓｅｃ、４０ｍｍ／ｓｅｃ、８０ｍｍ／ｓｅｃ）にして、シリコンウェーハのエッチング加工を行った。加工前後にシリコンウェーハ平坦度測定装置により加工量を測定した。また加工後、触針式段差測定装置により加工後のシリコンウェーハ上の凹凸の高さ（波高）について評価した。図５は、これにより得られた加工結果を示す表である。
【００４２】
実施例２
従来の方法として基準ウェーハにより較正していないナノトポグラフィ評価装置と本発明により得られた基準ウェーハにより較正されたナノトポグラフィ評価装置によりそれぞれ製品ウェーハの微小凹凸を評価した。その結果を図６に示す。本発明による基準ウェーハにより較正されたナノトポグラフィ評価装置の凹凸ａの高さ（波高）ｈａは、触針式段差測定装置による基準値（絶対値）ｂとほぼ同じ波高ｈｂであるのに対し、一方、従来の方法で得られている凹凸ｃの高さ（波高）ｈｃでは凹凸の高さ（波高）に誤差が生じていることがわかる。
【００４３】
【発明の効果】
これまでのシリコンウェーハ上に残る微小凹凸ナノトポロジー、を制御することは不可能であった。しかし、局部エッチング法を用いた本発明の方法では、Ｘ−Ｙステージのピッチ幅と走査速度により加工後のシリコンウェーハ上に残る微小凹凸を制御することが可能となるという効果を奏する。また、このため、現在のところ較正手段を持たないシリコンウェーハ表面の微小凹凸測定装置に対し標準サンプルとして一定の規格のあるウェーハを供給することが可能となり、絶対値の信頼性が向上するという効果を奏する。
【００４４】
本発明によって、表面の微小凹凸を測定する時の基準となるシリコンウェーハであって、表面に予め定められた一定の空間波長と波高を持つ微小凹凸を有するナノトポグラフィ評価用基準ウエーハを提供することができるという効果を奏する。また、この評価用基準ウエーハを測定器の較正に使用することにより、どの測定器においても測定結果の評価を等価とすることを可能にし、更にこれによる管理を可能とする効果を奏する。また、更に、現状では較正手段を持たないシリコンウェーハ表面の微小凹凸測定装置に対し一定の規格のあるウェーハを供給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】  一般的な局部エッチング装置２００の断面図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係わるナノトポグラフィ評価用基準ウエーハを製造するための製造装置、すなわち、局部エッチング装置を示す概略構成図である。
【図３】  ノズル部２０の走査の様子をシリコンウェーハＷの上面から見た軌跡によって説明するための説明図である。
【図４】  Ｙ方向から見たエッチングの様子を示す図である。
【図５】  実施例の加工結果を示す表である。
【図６】  従来と本発明にかかる製品ウェーハの微小凹凸を評価した結果を示す図である。
【符号の説明】
１、１００  プラズマ発生器
２  アルミナ放電管
３  ガス供給装置
４  チャンバー
５  Ｘ−Ｙ駆動機構
１０  マイクロ波発振器
１１  導波管
１３  スタブチューナ
１４  アイソレータ
２０、１０１  ノズル部
２０ａ  開口
３０  供給パイプ
３１  ボンベ
３２  バルブ
３３  流量制御器
４０、１２０  チャック
４１、４５  真空ポンプ
４２  孔
４３  Ｏ−リング
４４  ダクト
４９  制御コンピュータ
５０  Ｘ駆動モータ
５１  Ｙ駆動モータ
Ｇ  活性種ガス
Ｍ  マイクロ波
Ｗ  シリコンウェーハ
Ｗａ  表面
【図１】
0003950622.tif 000002
【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】
0003950622.tif 000007