JP2001176845A - 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

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

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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、プラズマエッチング法に
よって、サイト毎の高平坦度を得ること。 【解決手段】 半導体ウェーハの表面を被加工面として
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、被加工面の凹凸を測定する被
加工面測定工程と、プラズマエッチングにより被加工面
を被加工面測定工程で測定された凹凸に応じてエッチン
グ量を変えながら局部的に加工し平坦化するプラズマ加
工工程とを備え、プラズマ加工工程は、前記凹凸Ｄ０の
周期を予め設定した境界周波数に基づいて高周波成分Ｄ
Ｈと低周波成分ＤＬとに分解し、高周波成分の凹凸のみ
に応じて加工する

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、ラッピング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、ＬＳ
Ｉ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】このウェーハの厚さ分布を測定する平坦度
測定器としては、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を測定する静
電容量センサが用いられていた。
【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、従来はウェーハの厚さ分布を測定し、裏
面側が平坦であると仮定した裏面基準での平坦度（ＴＴ
Ｖ又はＧＢＩＲ：裏面基準面からの距離の最大値と最小
値の差）が得られるように表面側をプラズマ加工で平坦
化していたが、デバイスによってはウェーハ表面のサイ
ト毎に基準面を設定した表面基準の平坦度（ＳＦＱＲ：
サイトベストフィット基準面での各サイト表面高さの最
大値と最小値との差）が要求される場合も多く、厚さ分
布に基づいて表面を加工する方法では、ＳＦＱＲ等の表
面基準で高平坦度を得ることが難しかった。
【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、プラズマエッチング法によって、サイト毎等の表
面基準で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
体ウェーハの表面を被加工面として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、前記被加工面の凹凸を測定する被加工面測定工程
と、プラズマエッチングにより前記被加工面を前記被加
工面測定工程で測定された凹凸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プラズマ加工工程
とを備え、前記プラズマ加工工程は、前記凹凸の周期を
予め設定した境界周波数に基づいて高周波成分と低周波
成分とに分解し、高周波成分の凹凸のみに応じて加工す
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、プラズマ加工工程において、前記凹凸の周期を予め
設定した境界周波数に基づいて高周波成分と低周波成分
とに分解し、高周波成分の凹凸のみに応じて加工するの
で、大きなうねり成分である低周波成分の凹凸はそのま
まに、例えば一つのサイト内の平坦度に影響する高周波
成分の凹凸のみを平坦化することができる。また、高周
波数成分の凹凸だけを加工するので、加工による取り代
が小さくて済み、スループットが高くなる。
【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、前記被加工面測定工程は、前記被
加工面にレーザ光をスポット状に照射して反射した反射
光によって前記凹凸を測定す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、被加工面測定工程において、被加工面にレーザ光を
スポット状に照射して反射した反射光によって凹凸を測
定するので、表面自体の凹凸を微小なスポット状のレー
ザ光で直接測定することにより、従来の静電容量方式に
比べて非常に高精度に凹凸を測定することができる。
【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プラズマエッチングを行う技術が採
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、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、プラズマ化により生じたイオ
ン及びラジカルのうち、主に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。
【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、前記プラズマ
加工工程は、前記境界周波数を前記被加工面のサイトサ
イズに応じて決定する技術が採用される。
【００１４】この高平坦度半導体ウェーハの製造方法で
は、プラズマ加工工程において、境界周波数を被加工面
のサイトサイズに応じて決定するので、サイトサイズに
対応した適切な平坦化が可能になり、ＳＦＱＲ等の表面
基準において高平坦度を容易に得ることができる。
【００１５】請求項５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表面が加工され
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表面が加工さ
れているので、ＳＦＱＲ等の表面基準において高い平坦
度を有しており、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一
実施形態を、図１から図４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、面取り工程Ｓ２によってスライス
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Ｓ３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Ｓ
３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、エッチング工程Ｓ４によって、ラッ
ピングされたシリコンウェーハＷをエッチング液により
エッチング処理して機械研磨（ラッピング加工および面
取り加工）による加工ダメージを除去する。さらに、研
磨工程Ｓ５によって、エッチング処理されたシリコンウ
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
を施して鏡面研磨する。
【００２１】この研磨工程Ｓ５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。
【００２２】次に、凹凸測定工程（被加工面測定工程）
Ｓ６によって、研磨されたシリコンウェーハＷの表面
（被加工面）Ｓの凹凸形状を、図２に示すように、平坦
度測定器１によって測定する。この平坦度測定器１は、
シリコンウェーハＷの表面Ｓに対向状態に配されレーザ
光Ｌを用いて凹凸を測定する非接触型の変位センサ２
と、これらの変位センサ２を表面Ｓ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Ｃとを備えている。
【００２３】変位センサ２は、内蔵された半導体レーザ
から出射されたレーザ光Ｌを可動対物レンズを介してス
ポット状にして表面Ｓに照射し、さらにレーザ光Ｌが表
面Ｓ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Ｓの凹凸を測定するようになっている。なお、レ
ーザ光Ｌのスポット径は、数μｍ〜１００μｍ程度まで
設定可能である。
【００２４】シリコンウェーハＷの表面Ｓの凹凸を測定
した後、得られた凹凸データに基づいて、プラズマ加工
工程Ｓ７によって、表面Ｓにプラズマ加工を施して平坦
化を行う。このときの各部のエッチング量は、図３に示
すように、制御部Ｃに記録された表面Ｓの凹凸データＤ
０から凹凸の周期を予め設定した境界周波数に基づいて
高周波成分の凹凸データＤＨと低周波成分の凹凸データ
ＤＬとに分け、高周波成分の凹凸データＤＨのみに応じ
て予め設定される。
【００２５】この凹凸データＤ０の分解は、制御部Ｃま
たは別のコンピュータ等におけるバンドパスフィルタ等
の電算処理によって行われ、高周波成分の凹凸データＤ
Ｈが抽出される。また、上記の境界周波数は、表面Ｓに
おけるサイトサイズやウェーハサイズ等に応じて決定さ
れる。
【００２６】上記プラズマ加工は、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 Planarization）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
４に示すように、ラジカルＦ*に対してイオンＳＦｘが
長い距離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】このようにプラズマ加工された後の平坦度
はＳＦＱＲ、ＳＦＬＲ、ＳＦＱＤ、ＧＦＬＲ等、すなわ
ち表面Ｓにおけるサイト（チップサイズ等で複数に分割
したときの一区画）毎に若しくは全面で、凹凸データか
ら最小二乗法等によって基準面を設定し、この基準面に
対するサイト表面高さで示される表面基準での平坦度等
で評価される。
【００３０】このように本実施形態では、凹凸測定工程
Ｓ６において、表面Ｓにレーザ光Ｌをスポット状に照射
して反射した反射光によって、表面Ｓ自体の凹凸を直接
測定するので、表面基準の平坦度を改善することが容易
となる。さらに、プラズマ加工工程Ｓ７において、凹凸
の周期をサイトサイズ若しくはウェーハサイズに応じて
決定された境界周波数に基づいて高周波成分の凹凸デー
タＤＨと低周波成分の凹凸データＤＬとに分解し、高周
波成分の凹凸データＤＨのみに応じて加工するので、大
きなうねり成分である低周波成分の凹凸はそのままに、
一つのサイト内で影響のある高周波成分の凹凸のみをサ
イトサイズに応じて適切に平坦化し、ＳＦＱＲ等での高
平坦度を得ることができる。
【００３１】また、高周波数成分の凹凸だけを加工する
ので、加工による取り代が小さくて済み、スループット
が高くなる。したがって、ＳＦＱＲなどの表面基準にお
いて高平坦度なウェーハを低コストで製造することが可
能になる。そして、プラズマ加工工程Ｓ７において、レ
ーザ光測定方式の凹凸測定工程Ｓ６で得られたデータに
基づいて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。このように本実施形態により製
造されたシリコンウェーハＷは、ＳＦＱＲ等での平坦度
が高く高集積度にも対応可能な超高平坦度ウェーハとな
る。
【００３２】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、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。
【００３３】
【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
加工工程において、前記凹凸の周期を予め設定した境界
周波数に基づいて高周波成分と低周波成分とに分解し、
高周波成分の凹凸のみに応じて加工するので、サイト毎
の平坦度に影響する高周波成分の凹凸のみを平坦化する
ことができ、ＳＦＱＲ等の表面基準での平坦度において
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。また、高周波数成分の凹凸だけを加工するので、加
工による取り代が小さくて済み、スループットが向上
し、低コストで製造することが可能になる。
【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一実施形態における
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一実施形態における
凹凸測定工程の平坦度測定器を示す概略構成図である。
【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一実施形態における
凹凸データの周波数成分の分解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一実施形態における
ＤＣＰによるプラズマ加工を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｄ０ 凹凸データ ＤＬ 低周波成分の凹凸データ ＤＨ 高周波成分の凹凸データ Ｌ レーザ光 Ｓ５ 研磨工程 Ｓ６ 凹凸測定工程（被加工面測定工程） Ｓ７ プラズマ加工工程 Ｓ シリコンウェーハの表面 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】 半導体ウェーハの表面を被加工面として
    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、 前記被加工面の凹凸を測定する被加工面測定工程と、 プラズマエッチングにより前記被加工面を前記被加工面
    測定工程で測定された凹凸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プラズマ加工工程とを
    備え、 前記プラズマ加工工程は、前記凹凸の周期を予め設定し
    た境界周波数に基づいて高周波成分と低周波成分とに分
    解し、高周波成分の凹凸のみに応じて加工することを特
    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、 前記被加工面測定工程は、前記被加工面にレーザ光をス
    ポット状に照射して反射した反射光によって前記凹凸を
    測定す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。
  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、 前記プラズマ加工工程は、前記境界周波数を前記被加工
    面のサイトサイズに応じて決定す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。
  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表面が加工され
    ていることを特徴とする高平坦度半導体ウェーハ。
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