JP2000186000A - シリコンウェーハ加工方法およびその装置 - Google Patents

シリコンウェーハ加工方法およびその装置

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道彦 柳澤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】シリコンウェーハの周縁エッジ部分をプラズマ
エッチング方法により鏡面加工を施す方法およびその装
置。 【構成】シリコンウェーハの周縁エッジ部分を、プラズ
マ中で発生する活性種ガスによりエッチングを行なう方
法にて鏡面加工を行なうシリコンウェーハの方法を提供
する。プラズマ化した活性種ガスは例えば６フッ化硫黄
ガスを放電管８中で解離することによって発生される。
更に、シリコンウェーハ１を保持し回転する手段とその
周縁エッジ部分のみを残してウェーハ全体をカバーする
容器５とそれを収納する真空チャンバー１０と、プラズ
マ発生手段１１とを具備したことを特徴とするプラズマ
エッチングによるシリコンウェーハの周縁エッジ部分の
ポリッシング装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
の周縁エッジ部分の加工に関わるものであり、更に詳し
くは、面取り加工を施されたシリコンウェーハの周縁エ
ッジ部分をプラズマエッチング方法により鏡面加工を施
す方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等半導体
素材を原材料とした電子部品は、シリコンあるいはその
他の化合物半導体の単結晶のインゴッドを、薄い円板状
にスライスしたウェーハに多数の微細な電気回路を書き
込み分割した小片状の半導体素子チップを基に製造され
るものであり、これらの原材料となるシリコンウェーハ
等半導体材料の加工においては、その表面部分の加工と
ともにその周縁のエッジ部分も、チッピング防止やダス
ト等の巻き込みを防止することを目的として、鈍角を持
つように、または円弧状のプロファイルを持つように面
取りされた上、鏡面加工が施される。特に、ＩＣ、ＬＳ
ＩあるいはＶＬＳＩ等の小型化や高集積化といった傾向
やエピタキシャル技術の拡大から、シリコンウェーハ自
体の仕上がり面精度の向上のみならず、シリコンウェー
ハの最外周部である周縁エッジ部分への仕上がり精度の
向上要求も顕著である。
【０００３】シリコン単結晶のインゴッドからスライス
されたウェーハは、ラッピング、エッチング更にはポリ
ッシングという工程を経て、少なくともその片面が鏡面
仕上げされた鏡面ウェーハに加工され、その後のデバイ
ス工程にてその鏡面に微細な電気回路が書き込まれて行
く。複雑かつ緻密な電気回路が書き込まれ、半導体素子
チップに分割されるまではウェーハは最初の円板状の形
状を保ったまま加工されるのであり、各加工工程の間に
は洗浄、乾燥、搬送などの一連の操作が入る。その間、
ウェーハの最外周側面すなわち周縁部のエッジの形状が
切り立ったままでかつ未加工の粗な状態の面であると、
そこが各工程中に装置や他物体と接触し微小破壊（チッ
ピング）が起こり微細粒子が発生したり、また、その粗
な状態の表面形状の中に汚染粒子を巻き込み、その後の
工程でそれが散逸して精密加工を施した面を逆汚染し製
品の歩留まりや品質に大きな影響を与えたりすることが
多い。これを防止するために、ウェーハ加工の初期の段
階でこのエッジ部分の面取りを行ない更にその部分を鏡
面仕上げすることが一般に行なわれている。
【０００４】エッジ部分の加工は、従来は次のように行
なわれていた。すなわち、ダイヤモンド砥石からなるべ
べリング砥石をもってウェーハの周縁エッジ部分の面取
り加工を行なった後、例えば特開昭６４−７１６５６号
公報あるいは特開平１−１７１６５６号公報に示す如き
エッジポリッシング装置を用いてポリッシングパッドと
砥粒スラリーによりウェットプロセスによりポリッシン
グ加工を行なうのであるが、この場合、加工に手間と時
間がかかる上、ダイヤモンドの条痕を完全には消すこと
ができず、それが潜在的に周縁エッジ部に残留するた
め、ポリッシングを行なわないものよりも程度は軽いも
のの、やはり汚染粒子の巻き込みの傾向は消すことはで
きず、ＩＣ、ＬＳＩあるいはＶＬＳＩ等の小型化や高集
積化といった傾向が進み、シリコンウェーハの加工精度
がより厳しくなるにつれてその改善の要求はより強くな
って来ている。
【０００５】更に、この工程がウェットプロセスである
がために、廃水処理設備に対する負荷を高くする上、加
工に必要な超純水供給設備等の付帯設備の設置が必要で
ある等の問題点が指摘されていた。加うるに、シリコン
ウェーハの両面ポリッシング加工後にこのエッジポリッ
シングを行なう場合には、両面ポリッシング加工で得ら
れた清澄で鏡面仕上げ状態の表面に、エッジポリッシン
グで用いるスラリー、パッド屑あるいはシリコンウェー
ハの微細屑等が流れ再汚染や逆汚染を起こすことにな
り、後工程での洗浄の負荷が高くなるばかりでなく、新
たな傷、条痕の発生に繋がり決して好ましいものとは言
い難かった。
【０００６】一方、乾式でウェーハ表面を加工する方法
として、例えば特開平９−１１５８８７号公報に示すよ
うなプラズマエッチング手法を用いて、ウェーハを平面
方向に移動させながらその表面を局部的に順次加工し、
全体としてウェーハ全表面の平坦化、平坦化を図る方法
がすでに提案されている。この方法で行えば、超純水の
使用はなく、廃水も流出すことがないので環境汚染のな
いクリーンな加工が可能であるが、この方法はウェーハ
表面の加工に限定されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上述の
シリコンウェーハの加工精度の向上に伴なう、ウェーハ
の周縁エッジ部分のポリッシングにおける加工精度の問
題に鑑み、鋭意研究を行なった結果、上述の特開平９−
１１５８８７号公報に示すようなプラズマエッチング手
法を用いて、シリコンウェーハの周縁エッジ部分の加工
を行なえば好ましい鏡面が得られることを見出し、本発
明を完成するに至ったものであり、その目的とする所は
プラズマエッチング手法によるシリコンウェーハの周縁
エッジ部分の鏡面仕上げ加工方法を堤供することにあ
り、更に他の目的はそのエッチング用装置を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的は、シリコン
ウェーハの周縁エッジ部分を、プラズマ中で発生する活
性種ガスによりエッチングを行なうことを特徴とするシ
リコンウェーハの加工方法にて達成される。プラズマ中
で発生する活性種ガスは例えば６フッ化硫黄ガスを放電
管中で解離することによって発生される。更に本発明の
他の目的は、シリコンウェーハを保持し回転する手段と
その周縁エッジ部分の一部のみを残してウェーハ全体を
カバーする容器とそれを収納する真空チャンバーと、プ
ラズマ発生手段とを具備したことを特徴とするプラズマ
エッチングによるシリコンウェーハの周縁エッジ部分の
ポリッシング装置にて達成される。該シリコンウェーハ
の周縁エッジ部分のポリッシング装置において、周縁エ
ッジ部分の一部のみを残してウェーハ全体をカバーする
容器は、窒素ガスあるいは不活性ガスにより内部がプラ
ス圧状態に保たれていることが好ましい。
【０００９】プラズマ化された活性種ガスを照射された
シリコンウェーハ表面は、活性種ガスの作用により粗な
面が均されポリッシングに相当する精密な面を得ること
ができる。また、シリコンウェーハの周縁エッジ部分の
一部のみを残してウェーハ全体をカバーする容器に収納
し、内部を窒素ガスあるいは不活性ガスによりプラス圧
に保ちつつシリコンウェーハを回転し、周縁エッジ部分
の全周を順次プラズマ化された活性種ガスに照射される
ようにしてやれば、周縁エッジ部分のみのポリッシング
加工が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の加工対象物であるシリコ
ンウェーハは、べべリング砥石によりその最外周部であ
る周縁エッジ部分が面取りされており、面取り後の形状
は例えば、上下の面に対して各々約２２度の角度を持つ
ようになっていたりあるいは円弧状になっていたりす
る。そしてこの部分の面はダイヤモンド砥粒による条痕
がそのまま残っており、凹凸、起伏はかなり激しく、一
般的には面粗さはＲａで３５０〜４００ｎｍ程度であ
る。この周縁エッジ部分以外をシールして、前述のプラ
ズマ化した活性種ガスを照射してやると、その作用によ
り、エッジ面の面粗さは５〜１５ｎｍ程度にまで改善さ
れる。この数値は従来のポリッシングにより得られる数
値とほぼ同等であり、この手法によりポリッシングに相
当する加工ができることは明らかである。
【００１１】本発明にいうプラズマエッチング手法と
は、大略以下の如きものをいう。すなわち、プラズマ発
生管においてプラズマ励起した特定の原子の反応性ラジ
カル種と固体中の原子との反応によって揮発性分子が形
成され、運び去られることに基づいて固体表面が削られ
る現象を応用したものであって、本発明の場合これをシ
リコンウェーハの周縁エッジ部分の加工に応用しようと
いうものである。本発明の場合、６フッ化硫黄ガスを原
料ガスとしてこれを反応管中で励起し活性種ガスを発生
させ、これをシリコンウェーハを対象としてその周縁エ
ッジ部分に局部的に照射することでポリッシングに相当
する加工を行なうことをその趣旨とする。すなわち、照
射された活性種ガスはウェーハ周縁エッジ部分の粗面の
凸部先端を選択的に攻撃し、その部分の珪素原子と反応
し揮発性の４フッ化珪素分子を形成し、系外に除去され
て凸部が削られて行く。一方、凹部は凸部によりシェー
ドされ上述の反応は極めて緩慢になるため、凸部と凹部
が均され平坦化が進行して行くのである。この作用によ
り、前述の通りその周縁エッジ部分の面粗さは５〜１５
ｎｍ程度にまで向上する。プラズマ発生用反応管として
は例えば、石英、アルミナあるいはサファイア製のもの
を使用することができる。
【００１２】この方法は乾式で行なうものであり、気相
と固相による化学反応を利用するものであるから、加工
に際してはコロイダルシリカ等の液体状の研磨用組成物
を使用することがないため、従来の方法のようにその廃
液の処理を考慮する必要がない。また、加工後もその表
面を洗浄する必要がないので洗浄工程を一つ省略するこ
とも可能となる。
【００１３】以下、本発明の実施例を、図面をもって説
明する。図１はプラズマエッチング手法によるウェーハ
周縁エッジ部分のポリッシングを行なうための装置の１
実施例を示す図面である。図面において、シリコンウェ
ーハ１は回転自在の試料台３の上に載置され、それ全体
が拡散防止チャンバー５中に収納されている。拡散防止
チャンバー５の最外側部の一部にはシリコンウェーハ１
の厚みよりも僅かに広い間隙を持ったスリット状開口部
６が設けられており、そこからシリコンウェーハの周縁
エッジ部分２の一部が局部的に露出するようになってい
る。拡散防止チャンバー５にはガス導入ライン７が設け
られており、窒素ガスあるいはその他の不活性ガスが導
入されるようになっている。スリット状開口部６から露
出したシリコンウェーハの周縁エッジ部分２の上部に近
接してプラズマ発生用石英反応管８の先端ノズル９が設
置されており、これら拡散防止チャンバー５及び石英反
応管８の先端ノズル９部分は真空チャンバー１０の内部
に収納されている。石英反応管８の他端はプロセスガス
供給ライン１３に接続されており、また石英反応管のプ
ラズマ発生領域１１に相当する部分にはマイクロ波電源
１２が配置されている。
【００１４】真空チャンバー１０に接続する真空ポンプ
（図示せず）を稼動した状態で、プロセスガスである６
フッ化硫黄ガスをプロセスガス供給ライン１３より導入
し、プラズマ発生装置を稼動して石英反応管８から活性
種ガスを発生せしめ、その先端ノズル９より照射せしめ
る。シリコンウェーハ１は試料台３の回転軸４に接続し
た駆動モータ（図示せず）によって一定速度で回転さ
れ、その周縁エッジ部２の一部は拡散防止チャンバー５
に設けられたスリット状開口部６から露出している。露
出した周縁エッジ部分は前述の石英反応管の先端ノズル
９より照射される活性種ガスによりエッチング作用を受
ける。活性種ガスは露出した部分全体に回り込み、露出
されたエッジ部全面に働きかけ斑のない加工を行なう。
【００１５】拡散防止チャンバー５に接続したガス導入
ライン７からは、適量の窒素ガスあるいはその他の不活
性ガスが常時供給されているので、拡散防止チャンバー
５の内部は常時プラス圧に保たれ、そのため石英反応管
８から照射された活性種ガスは拡散防止チャンバー５の
内部には入り込むことがない。従って、拡散防止チャン
バー内にシェードされた部分すなわちシリコンウェーハ
の表面には活性種ガスが照射されることなく、その部分
の表面状態は全くプラズマ化した活性種ガスの影響を受
けることはない。つまり、この装置を使用することによ
りシリコンウェーハの周縁エッジ部分のみの良好なポリ
ッシング加工が選択的に可能となるのである。シリコン
ウェーハを一定速度で回転させることにより、全周縁エ
ッジ部分を順次ポリッシング加工を行うことができる。
【００１６】
〔プラズマ生成条件〕
６フッ化硫黄流量：３００ｓｃｃｍ μ波出力 ：３００Ｗ 放電管径 ：２５ｍｍφ ノズル内径 ：５ｍｍφ 〔拡散防止チャンバ〕 窒素ガス流量 ：５００ｓｃｃｍ 開口部サイズ ：３ｍｍ 開口部からのウェーハ突出し量 ：２ｍｍ プラズマによるエッチング処理後のシリコンウェーハ周
縁エッジ部の面粗さをＡＦＭにて測定した結果、面粗さ
はＲａで６．８ｎｍまでに向上しており、目視検査にお
いても明らかに光沢の向上を認めることができ鏡面が得
られていた。面粗さの測定は１０点測定の平均値をとっ
た。また、このシリコンウェーハの周縁エッジ部の全周
を加工するのに要した時間は大略１分３０秒であった。
【００１７】
【発明の効果】本発明になるプラズマエッチング手法に
よってウェーハ周縁エッジ部分のエッチング加工を行な
った結果は以上の実施例に示した通りでありポリッシャ
ーと研磨液を使用した従来のポリッシングと同等あるい
はそれ以上の面粗さを得ることができた。本発明になる
方法は、ドライ方式であるため、その後の洗浄、乾燥工
程を必要とせず省エネおよび省力につながるとともに、
工程の省略が可能となり製品の収率向上に寄与すること
ができる。さらにまた工場廃水量の削減と水処理設備へ
の負荷を著しく軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるプラズマエッチングによるウェー
ハ周縁エッジ部分加工装置である。
【符号の説明】
１：シリコンウェーハ ２：シリコンウェーハ周縁
エッジ部分 ３：試料台 ４：回転軸 ５：拡散防止チャン
バー ６：スリット状開口部 ７：不活性ガス導入ライン ８：石英反応管 ９：先端ノズル １０：真空
チャンバー １１：プラズマ発生領域 １２：マイクロ波電源 １３：プロセスガス供給ライン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリコンウェーハの周縁エッジ部分を、プ
    ラズマ中で発生する活性種ガスによりエッチングを行な
    うことを特徴とするシリコンウェーハ加工方法。
  2. 【請求項２】プラズマ中で発生する活性種ガスが、６フ
    ッ化硫黄ガスが放電管中で解離されて発生されたもので
    あることを特徴とする請求項第１項記載のシリコンウェ
    ーハの加工方法。
  3. 【請求項３】シリコンウェーハを保持し回転する手段と
    その周縁エッジ部分の一部のみを残してウェーハ全体を
    カバーする容器とそれを収納する真空チャンバーと、プ
    ラズマ発生手段とを具備したことを特徴とするプラズマ
    エッチングによるシリコンウェーハの周縁エッジ部分の
    エッチング装置。
  4. 【請求項４】周縁エッジ部分の一部のみを残してウェー
    ハ全体をカバーする容器が、窒素ガスあるいは不活性ガ
    スにより、プラス圧状態に保たれていることを特徴とす
    る請求項第３項記載のシリコンウェーハの周縁エッジ部
    分のエッチング装置。
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