JP2001176844A - 高平坦度半導体ウェーハの製造方法及び高平坦度半導体ウェーハ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高平坦度半導体ウェーハの製造方法及び高平
坦度半導体ウェーハにおいて、表面にプラズマエッチン
グによる走査加工痕を残さずに高い平坦度を得ること。 【解決手段】 半導体ウェーハをプラズマエッチングに
より加工する高平坦度半導体ウェーハの製造方法であっ
て、前記半導体ウェーハの厚さ分布を測定する平坦度測
定工程Ｓ５と、プラズマエッチングにより前記半導体ウ
ェーハの裏面を前記平坦度測定工程で測定された厚さ分
布に応じてエッチング量を変えながら局部的に加工し平
坦化する裏面プラズマ加工工程Ｓ７とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高集積度に対応可
能な超高平坦度を得ることができる高平坦度半導体ウェ
ーハの製造方法及び高平坦度半導体ウェーハに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェーハ等の半導体ウェーハを
平坦化する技術として、グライディング（研削）やポリ
ッシング等の機械的または機械的化学的に表面または裏
面の被加工面を研磨する方法が用いられている。しかし
ながら、ＬＳＩ等の配線の高密度化や多層化に伴って更
なる配線幅の微細化が必須となっており、シリコンウェ
ーハのさらに高い平坦度（超高平坦度）が要求されてい
るが、上記の研磨方法による平坦化技術では、得られる
平坦度に限界があった。

【０００３】そこで、近年、例えば、特開平１１−３１
６７７号公報や特開平１１−６７７３６号公報に記載さ
れている技術、すなわち被加工面に局部的なプラズマエ
ッチングを施して平坦化を図る技術が提案されている。
この種のプラズマエッチング技術では、予めシリコンウ
ェーハの平坦度（面内の厚さばらつき）を求めた後、そ
のデータに基づいて各部のエッチング量を算出し、厚さ
ばらつきに応じたエッチング量でプラズマエッチングを
行うことで高い平坦度を得ることが可能となる。

【０００４】このプラズマエッチングによる平坦化の工
程では、図４に示すように、噴射ノズル１からシリコン
ウェーハＷの表面Ｓに反応性ガスを噴射してエッチング
する。そして、噴射ノズル１とシリコンウェーハＷとを
相対的に水平方向に移動させ、図５に示すように、噴射
ノズル１をシリコンウェーハＷの全表面に走査（図５中
の矢印方向に走査）させることにより、平坦化を行って
いる。この走査方法としては、図５の（ａ）に示すよう
に、直線的に走査を行うＸ−Ｙスキャン方式や、図５の
（ｂ）に示すように、螺旋状に走査を行うｒ−θ方式な
どの方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の平坦化技術には、以下のような課題が残されてい
る。すなわち、プラズマエッチング方法では、非常に高
い平坦度を実現可能であるが、プラズマエッチングされ
たシリコンウェーハの表面を魔鏡等で観察すると、エッ
チング加工によって生じた微細な走査加工痕が残ってい
る場合があることがわかった。これは、図６に示すよう
に、エッチングプロファイルＰ０が先細の楔状になって
いるとともに、数十ｍｍ径のエッチング領域を重ね合わ
せるようにしてエッチングを行っているため、重ね合わ
せの部分で段差Ｄが残り、加工痕となるためである。こ
の段差は、”平坦度”に影響を与える様なレベルの高さ
は持たないが、”ナノトポロジー”として問題となるお
それがある。したがって、エッチングの走査ピッチを小
さく設定すれば、走査加工痕を小さくすることが可能で
あるが、その場合、スループットの低下を招いてしまう
という不都合があった。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、表面にプラズマエッチングによる走査加工痕を残
さずに高い平坦度を得ることができる高平坦度半導体ウ
ェーハの製造方法及び高平坦度半導体ウェーハを提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項
１記載の高平坦度半導体ウェーハの製造方法では、半導
体ウェーハをプラズマエッチングにより加工する高平坦
度半導体ウェーハの製造方法であって、前記半導体ウェ
ーハの厚さ分布を測定する平坦度測定工程と、プラズマ
エッチングにより前記半導体ウェーハの裏面を前記平坦
度測定工程で測定された厚さ分布に応じてエッチング量
を変えながら局部的に加工し平坦化する裏面プラズマ加
工工程とを備えている技術が採用される。

【０００８】この高平坦度半導体ウェーハの製造方法で
は、裏面プラズマ加工工程において、プラズマエッチン
グにより半導体ウェーハの裏面を平坦度測定工程で測定
された厚さ分布に応じてエッチング量を変えながら局部
的に加工し平坦化するので、裏面にはプラズマエッチン
グによる走査加工痕が残る場合もあるが、デバイス製造
において重要な表面にはプラズマエッチングによる走査
加工痕が残ることがない。

【０００９】請求項２記載の高平坦度半導体ウェーハの
製造方法では、請求項１記載の高平坦度半導体ウェーハ
の製造方法において、前記裏面プラズマ加工工程後に、
前記半導体ウェーハの表面を鏡面研磨する表面研磨工程
を備えている技術が採用される。

【００１０】この高平坦度半導体ウェーハの製造方法で
は、裏面プラズマ加工工程後に、半導体ウェーハの表面
を鏡面研磨する表面研磨工程を備えているので、裏面プ
ラズマ加工工程で裏面をプラズマエッチングする際に、
半導体ウェーハを保持するために表面側をチャッキング
するような場合において、チャッキングにより表面側に
接触痕が生じても、表面が表面研磨工程で鏡面研磨され
て接触痕を削除することができる。

【００１１】請求項３記載の高平坦度半導体ウェーハの
製造方法では、請求項１または２記載の高平坦度半導体
ウェーハの製造方法において、前記平坦度測定工程後
に、得られた前記厚さ分布から平坦度の良否を判別する
平坦度判定工程を備え、前記裏面プラズマ加工工程は、
前記平坦度判定工程で不良と判別された場合のみ行われ
る技術が採用される。

【００１２】この高平坦度半導体ウェーハの製造方法で
は、裏面プラズマ加工工程が平坦度判定工程で不良と判
別された場合のみ行われるので、平坦度が十分に得られ
た良品については裏面プラズマ加工工程以降の加工工程
を削除することができ、加工コストを低減することがで
きる。

【００１３】請求項４記載の高平坦度半導体ウェーハの
製造方法では、請求項１から３のいずれかに記載の高平
坦度半導体ウェーハの製造方法において、プラズマによ
り生成された反応性ラジカルをメインエッチャントとし
てプラズマエッチングを行う技術が採用される。

【００１４】この高平坦度半導体ウェーハの製造方法で
は、裏面プラズマ加工工程において、プラズマにより生
成された反応性ラジカルをメインエッチャントとしてプ
ラズマエッチングを行うので、ラジカルによる化学的反
応のエッチングであり、イオンをメインエッチャントと
したプラズマエッチングのように物理的なダメージがな
く、ダメージレスな平坦化加工が可能になる。

【００１５】請求項３記載の高平坦度半導体ウェーハの
製造方法では、請求項１から４のいずれかに記載の高平
坦度半導体ウェーハの製造方法によって加工が施されて
いる技術が採用される。

【００１６】この高平坦度半導体ウェーハでは、上記高
平坦度半導体ウェーハの製造方法によって加工が施され
ているので、表面に走査加工痕が存在しないとともに、
高い平坦度を有しているので、高集積度対応鏡面ウェー
ハとして好適である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高平坦度半導
体ウェーハの製造方法及び高平坦度半導体ウェーハの第
１実施形態を、図１および図２を参照しながら説明す
る。

【００１８】本実施形態の高平坦度半導体ウェーハの製
造方法は、例えば、単結晶シリコンのインゴットからシ
リコンウェーハをスライスして、高平坦度ウェーハにま
で加工する方法である。まず、図１に示すように、最初
にスライス工程Ｓ１によってシリコンインゴットから複
数枚のシリコンウェーハを所定厚さにそれぞれスライス
する。

【００１９】さらに、スライスされたシリコンウェーハ
Ｗの周縁に面取り加工を施して面取り面を形成する。次
に、ラッピング工程Ｓ２によってシリコンウェーハＷを
ラップ加工し、スライシングにより生じた凹凸層が削除
される。このラッピング工程Ｓ２は、既知のラッピング
装置を用いて行われるもので、砥粒と加工液とを混ぜた
スラリーをラップ定盤とシリコンウェーハＷとの間に入
れて両方に圧力を加えながら相対運動させて機械的な研
磨を行うものである。

【００２０】次に、シリコンウェーハＷのラッピングに
よる表面ダメージ層を化学エッチングで除去した後、粗
研磨工程Ｓ３によって、シリコンウェーハＷの表面にポ
リッシングを行い鏡面化する。この粗研磨工程Ｓ３は、
既知の研磨装置を用いて行われる。該研磨装置は、シリ
コンウェーハＷの表面に研磨布を当接させアルカリ性研
磨液を供給しながらメカノケミカル研磨を行うものであ
る。粗研磨工程Ｓ３後に洗浄工程Ｓ４によって洗浄し、
平坦度測定工程Ｓ５によって、洗浄されたシリコンウェ
ーハＷの表面および裏面の凹凸形状を、平坦度測定器に
よって測定する。この平坦度測定器は、シリコンウェー
ハＷの表面および裏面にそれぞれ対向状態に配されレー
ザ光を用いて凹凸を測定する非接触型の変位センサと、
これらの変位センサを表面に沿って移動させる制御を行
うと共に測定された凹凸データを記憶する制御部とを備
えている。

【００２１】前記変位センサは、内蔵された半導体レー
ザから出射されたレーザ光を可動対物レンズを介してス
ポット状にして表面に照射し、さらにレーザ光が表面で
反射した反射光を内部のフォーカスディテクタによって
受光すると共にその受光状態に基づいて可動対物レンズ
を移動させ、その移動を作動トランスによって信号化
し、その信号の変化分をデジタル解析することにより表
面の凹凸を測定するようになっている。

【００２２】この平坦度測定器では、シリコンウェーハ
Ｗの表面および裏面の凹凸を同時に測定するため、これ
ら凹凸データからシリコンウェーハＷ面内の厚さばらつ
き、すなわち平坦度を測定することができる。次に、平
坦度測定後に、必要に応じて希フッ酸洗浄工程Ｓ６によ
って表面の自然酸化膜を除去する。

【００２３】さらに、裏面ＤＣＰ工程（裏面プラズマ加
工工程）Ｓ７によって、平坦度測定工程Ｓ５によって得
られた面内の厚み分布のデータに応じて裏面にプラズマ
加工を施して平坦化を行う。すなわち、裏面ＤＣＰ工程
Ｓ７前において、シリコンウェーハＷが、図２の（ａ）
に示すような断面形状をしている場合、図２の（ｂ）に
示すように、裏面Ｒを理想的にフラットにしたときの面
内厚さばらつきが、平坦度を表すいわゆるＧＢＩＲ(Gro
bal Backside Ideal Reference)となる。

【００２４】このＧＢＩＲは、図２の（ｃ）に示すよう
に、裏面Ｒ側に平行に表面Ｓ側を加工しても、図２の
（ｄ）に示すように、表面Ｓ側に平行に裏面Ｒ側を加工
しても、同じ値になることから、従来、表面Ｓ側をプラ
ズマ加工して高平坦度を得ていたのに対し、本実施形態
のように裏面Ｒ側をプラズマ加工しても、ＧＢＩＲやＳ
ＢＩＲなどの裏面基準の平坦度については同様に高平坦
度を得ることができる。

【００２５】各部のエッチング量は、制御部に記録され
た表面および裏面の凹凸データから求めた厚さばらつき
のデータに応じて予め設定されている。なお、裏面をプ
ラズマエッチングする際のシリコンウェーハＷの保持手
段としては、表面側をチャッキングして保持する場合や
エッジ部において保持する場合等がある。

【００２６】この裏面ＤＣＰ工程Ｓ７のプラズマ加工
は、エッチングガスをマイクロ波によりプラズマ化し
て、イオン及び反応性ラジカルを生成し、これらのうち
ラジカルをメインエッチャント（すなわち、反応性ラジ
カルがイオンより多い状態のエッチャント）として局部
的なプラズマエッチングを行うＤＣＰ（Dry Chemical P
lanarization）方法であって、イオンをメインエッチャ
ントとしたエッチングを行う従来のプラズマ加工が物理
的なダメージを伴うのに対し、ラジカルによる化学的反
応でエッチングを行うため、ダメージレスな加工が可能
な方法である。

【００２７】本実施形態では、シリコンウェーハＷをプ
ラズマエッチングするために、例えばエッチングガスと
してＳＦ６を用い、下記の反応式（１）に示すように、
このＳＦ６をマイクロ波によって分解・活性化してイオ
ン（ＳＦｘ）およびラジカル（中性ラジカルＦ^*）と
し、これらのうち主にラジカルをシリコンウェーハＷの
裏面の所定の部分に局部的に噴射させて、下記の反応式
（２）に示すように、化学的反応だけでエッチングを行
う。 ＳＦ６→Ｆ^*＋ＳＦｘ＋・・・ （１） Ｆ^*＋４Ｓｉ→ＳｉＦ４ （２）

【００２８】なお、イオンＳＦｘとラジカルＦ^*とを分
離してラジカルを噴射ノズル１から噴射させるには、図
３に示すように、ラジカルＦ^*に対してイオンＳＦｘが
長い時間存在することができない特性を利用して、マイ
クロ波によるプラズマ発生領域Ｍを噴射ノズル１先端か
ら上流側に離間させることにより、主にラジカルＦ^*を
噴射させることができる。すなわち、上記ＤＣＰ方法
は、シリコンウェーハとエッチングガスとの間に高周波
電力によって高周波プラズマを発生させる方法に対し、
シリコンウェーハＷから離れた位置でマイクロ波により
エッチングガスをプラズマ化でき、ラジカルを選択的に
用いることができるという利点がある。

【００２９】裏面ＤＣＰ工程Ｓ７において、シリコンウ
ェーハＷをその表面側でチャッキングして保持した場
合、裏面ＤＣＰ工程Ｓ７後、仕上げ研磨工程Ｓ８によっ
て、裏面ＤＣＰ工程Ｓ７のチャッキングにより生じた表
面側の接触痕を削除する。すなわち、裏面加工後のシリ
コンウェーハＷの表面に予め決めた厚さだけ機械的化学
的研磨を施して表面のマイクロラフネスを除去する研磨
を行う。

【００３０】この仕上げ研磨工程Ｓ８は、粗研磨工程Ｓ
３と同様のメカノケミカル研磨を行う既知の研磨装置を
用いて行われる。なお、裏面ＤＣＰ工程Ｓ７において、
シリコンウェーハＷをエッジ部において保持している場
合は、この工程は不要である。最後に、仕上げ研磨工程
Ｓ８後、洗浄工程Ｓ９によってシリコンウェーハＷを洗
浄し、研磨液等を洗い流して加工を終了する。

【００３１】このように本実施形態では、裏面ＤＣＰ工
程Ｓ７において、プラズマエッチングによりシリコンウ
ェーハＷの裏面を、平坦度測定工程Ｓ５で測定された厚
さ分布に応じてエッチング量を変えながら局部的に加工
し平坦化するので、裏面にはプラズマエッチングによる
走査加工痕が残る場合があるが、デバイス製造において
重要な表面にはプラズマエッチングによる走査加工痕が
残ることがない。

【００３２】また、裏面をプラズマエッチングする際
に、表面側をチャッキングしてシリコンウェーハＷを保
持した場合には、裏面ＤＣＰ工程Ｓ７後に仕上げ研磨工
程Ｓ８を行うので、チャッキングによる表面の接触痕を
消して鏡面ウェーハを得ることができる。さらに、ラジ
カルによるプラズマエッチングを行うので、非常に高平
坦度なウェーハをダメージレスで加工・製造することが
できる。

【００３３】次に、本発明に係る高平坦度半導体ウェー
ハの製造方法及び高平坦度半導体ウェーハの第２実施形
態を、図４を参照しながら説明する。

【００３４】第２実施形態と第１実施形態との異なる点
は、第１実施形態では、裏面ＤＣＰ工程Ｓ７の後に仕上
げ研磨工程Ｓ８を行っているのに対し、第２実施形態で
は、図４に示すように、裏面ＤＣＰ工程Ｓ７より前に粗
研磨および仕上げ研磨を行う研磨工程Ｓ１１を行って裏
面ＤＣＰ工程Ｓ７の後にタッチポリッシュ工程（表面研
磨工程）Ｓ１２を行う点である。すなわち、第２実施形
態では、ラッピング工程Ｓ３後の研磨工程Ｓ１１におい
て、粗研磨（鏡面化するための研磨）および仕上げ研磨
（マイクロラフネスを取り除くための研磨）を表面に施
して鏡面化しておき、表面側でチャッキングをしてウェ
ーハＷを保持していた場合には、裏面ＤＣＰ工程Ｓ７後
に、仕上げ研磨より軽くメカノケミカル研磨を行うタッ
チポリッシュ工程Ｓ１２で表面に残ったチャッキング痕
の削除を行う。

【００３５】したがって、裏面ＤＣＰ工程Ｓ７後に研磨
を行うと裏面ＤＣＰ工程Ｓ７で高めた平坦度が若干低下
してしまうのに対し、本実施形態では、裏面ＤＣＰ工程
Ｓ７の前に研磨を行うので、高平坦度を維持した高品質
のシリコンウェーハＷを得ることができる。なお、第１
実施形態は、上述したように、第２実施形態による場合
よりも若干平坦度が低下するものの、第２実施形態に比
べて工程数が少なくて済むため、加工工程の低コスト化
を図ることができる。

【００３６】次に、本発明に係る高平坦度半導体ウェー
ハの製造方法及び高平坦度半導体ウェーハの第３実施形
態を、図５を参照しながら説明する。

【００３７】第３実施形態と第２実施形態との異なる点
は、第２実施形態では、投入される全てのシリコンウェ
ーハＷに裏面ＤＣＰ工程Ｓ７によるプラズマエッチング
を裏面側に施すのに対し、第３実施形態では、図５に示
すように、平坦度測定工程Ｓ５後に良品判定工程（平坦
度判定工程）Ｓ２１において、測定された平坦度が製品
規格において規格内か規格外かの良品判定を行い、不良
と判定された場合のみＤＣＰによる平坦化加工の工程
（希フッ酸洗浄工程Ｓ６以降の工程）を行う点である。

【００３８】すなわち、第３実施形態では、仕上げ研磨
工程Ｓ１１によって製品として十分な平坦度が得られて
いる場合はＤＣＰによる平坦化加工を行う必要がないの
で、良品判定工程Ｓ２１後の裏面ＤＣＰ工程Ｓ７等を省
くことができ、もし規格外品が生じた場合でも、裏面Ｄ
ＣＰ工程Ｓ７でリカバリー可能であることから、全体と
しての加工コストを低減することができる。

【００３９】なお、本発明は、次のような実施形態をも
含むものである。上記実施形態ではレーザ光測定方式の
平坦度測定器を用いたが、他の方式の平坦度測定器を採
用しても構わない。例えば、一対のプローブの先端を互
いに一定間隔で対向させるとともに、これらプローブ間
にシリコンウェーハを配し、プローブ間に生じる静電容
量を計測することによってシリコンウェーハの厚さ分布
を測定する静電容量センサを採用してもよい。

【００４０】また、上記実施形態では、半導体ウェーハ
としてシリコンウェーハに適用したが、他の半導体ウェ
ーハ、例えば、化合物半導体のウェーハ（ガリウム・ヒ
素のウェーハ等）の製造方法に適用してもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明の高平坦度半導体ウェーハの製造
方法および高平坦度半導体ウェーハによれば、プラズマ
エッチングにより半導体ウェーハの裏面を、測定された
厚さ分布に応じてエッチング量を変えながら局部的に加
工し平坦化するので、高平坦度を得ることができると共
に、表面にはプラズマエッチングによる走査加工痕が残
ることがなく、加工痕が表面のデバイス製造時に影響を
及ぼすことがなく、高品質で高集積度にも対応可能な超
高平坦度のウェーハが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る高平坦度半導体ウェーハの製造
方法及び高平坦度半導体ウェーハの第１実施形態におけ
る製造工程を示すフローチャートである。

【図２】 本発明に係る高平坦度半導体ウェーハの製造
方法及び高平坦度半導体ウェーハの第１実施形態と従来
例との平坦度加工の違いを示す説明図である。

【図３】 本発明に係る高平坦度半導体ウェーハの製造
方法及び高平坦度半導体ウェーハの第１実施形態におけ
る裏面ＤＣＰ工程のプラズマ加工を示す説明図である。

【図４】 本発明に係る高平坦度半導体ウェーハの製造
方法及び高平坦度半導体ウェーハの第２実施形態におけ
る製造工程を示すフローチャートである。

【図５】 本発明に係る高平坦度半導体ウェーハの製造
方法及び高平坦度半導体ウェーハの第３実施形態におけ
る製造工程を示すフローチャートである。

【図６】 本発明に係る高平坦度半導体ウェーハの製造
方法及び高平坦度半導体ウェーハの従来例におけるプラ
ズマ加工による走査加工痕を示す概略断面図である。

【図７】 本発明に係る高平坦度半導体ウェーハの製造
方法及び高平坦度半導体ウェーハの従来例および一実施
形態におけるプラズマ加工の走査パターン（Ｘ−Ｙスキ
ャン方式およびｒ−θ方式）を示す平面図である。

【符号の説明】

Ｓ３ 粗研磨工程 Ｓ５ 平坦度測定工程 Ｓ７ 裏面ＤＣＰ工程（裏面プラズマ加工工程） Ｓ８ 仕上げ研磨工程（表面研磨工程） Ｓ１１ 研磨工程 Ｓ１２ タッチポリッシュ工程（表面研磨工程） Ｓ２１ 良品判定工程（平坦度判定工程） Ｓ シリコンウェーハの表面 Ｒ シリコンウェーハの裏面 Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェーハをプラズマエッチングに
   より加工する高平坦度半導体ウェーハの製造方法であっ
   て、 前記半導体ウェーハの厚さ分布を測定する平坦度測定工
   程と、 プラズマエッチングにより前記半導体ウェーハの裏面を
   前記平坦度測定工程で測定された厚さ分布に応じてエッ
   チング量を変えながら局部的に加工し平坦化する裏面プ
   ラズマ加工工程とを備えていることを特徴とする高平坦
   度半導体ウェーハの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高平坦度半導体ウェーハ
   の製造方法において、 前記裏面プラズマ加工工程後に、前記半導体ウェーハの
   表面を鏡面研磨する表面研磨工程を備えていることを特
   徴とする高平坦度半導体ウェーハの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の高平坦度半導体
   ウェーハの製造方法において、 前記平坦度測定工程後に、得られた前記厚さ分布から平
   坦度の良否を判別する平坦度判定工程を備え、 前記裏面プラズマ加工工程は、前記平坦度判定工程で不
   良と判別された場合のみ行われることを特徴とする高平
   坦度半導体ウェーハの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の高平
   坦度半導体ウェーハの製造方法において、 前記裏面プラズマ加工工程は、プラズマにより生成され
   た反応性ラジカルをメインエッチャントとして前記プラ
   ズマエッチングを行うことを特徴とする高平坦度半導体
   ウェーハの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の高平
   坦度半導体ウェーハの製造方法によって加工が施されて
   いることを特徴とする高平坦度半導体ウェーハ。