JP2001291649A - 基板と半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の回転による流動性物質の塗布膜厚のバ
ラツキを低減しうる基板を提供する。 【解決手段】 基板表面の外縁部に傾斜面を有する基板
において、前記傾斜面の起点から外側０．０５ｍｍまで
の領域の平均傾斜度を１９度以下とすることにより、回
転塗布法を用いて流動性物質の膜を形成する場合に、基
板外縁部の傾斜面の影響により発生する局部的な薄層化
を防止し、外縁部を含む基板全域により均一な膜厚の流
動性物質を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
に用いる基板の形状、特に外縁部の形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７（ａ）、図７（ｂ）は、従来、例え
ばシリコン半導体の製造に用いられている円形板状のシ
リコン基板の外縁部の形状を示す拡大断面図である。同
図に示すように、シリコン基板表面１０２および裏面１
０３の外縁部１０４は、通常、２２±３度の角度を有す
る傾斜面を構成するように加工されている（特許公報第
２７５７０６９号）。図７（ａ）は、この傾斜面領域の
幅が狭く、外縁部がほぼ円弧を描く様に面とり加工され
た基板の例を示すものであり、図７（ｂ）は、傾斜面領
域の幅を広くとり、先端部のみが面とり加工された基板
の例を示すものである。

【０００３】このような外縁部に２２±３度の傾斜面を
形成する加工は、本来、基板上に半導体層をエピタキシ
ャル成長させる際に、基板外縁部で発生するクラウンと
呼ばれる膜の異常成長を防止するために行われたもので
ある。

【０００４】最近では、シリコン基板上に必要な半導体
素子を形成する上で、エピタキシャル成長工程を必要と
しないものも増えているが、エピタキシャル成長工程の
有無にかかわらず、外縁部に２２±３度の角度の傾斜面
を備えたシリコン基板が広く用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のシリコン基板を
用いた半導体素子の製造においては、電気的特性や平坦
性等のバラツキがあることから、図７（ａ）や図７
（ｂ）に示すように、シリコン基板の最外周端部から約
２〜５ｍｍ以上内側の領域のみに半導体素子を形成し、
これより外側には素子や電極のパターン形成は行わなか
った。

【０００６】最近、半導体装置の高集積化、性能向上に
伴い、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishin
g）と呼ばれる研磨工程等の新しい製造方法が導入され
ている。ＣＭＰは、シリコン基板表面１０２に形成され
た配線や膜等の凹凸を平坦化するため、研磨布による機
械的研磨と研磨液の化学エッチングを組み合わせて研磨
する工程である。このＣＭＰを用いた平坦化工程では、
電極等のパターンが密に形成される領域と粗に形成され
る領域でＣＭＰ研磨速度にばらつきが生じる。即ち、パ
ターン密度が密な領域では研磨速度は遅くなり、パター
ン密度が粗な領域では研磨速度は早くなる。

【０００７】このため、パターン形成がされない基板の
周縁部近傍では、ＣＭＰ研磨量のバラツキが大きくな
る。そこで、基板表面全域でのＣＭＰ研磨量の均一化す
るため、従来ではパターンを形成しなかった外縁部に至
る周縁部も含めて、シリコン基板表面１０２の全面に電
極等のパターンを形成する必要がでてきた。

【０００８】このようなＣＭＰ工程の際には、例えばレ
ジスト、反射防止膜あるいは絶縁膜等の流動性物質を回
転塗布法を用いて基板全面に形成する工程を含むことが
多い。しかし、基板外縁部に従来と同様な傾斜面、ある
いはより傾斜度の高い傾斜面を有する基板を用いると、
回転塗布法で流動性物質からなる膜を形成した際に、外
縁部近傍にレジスト膜の膜厚が部分的に薄くなる領域が
発生することが最近の発明者等の検討であきらかとなっ
た。図８（ａ）に、基板表面にレジスト膜を回転塗布し
た際の局部的な薄層領域Ｄの例を示す。

【０００９】このような、レジスト膜をエッチングマス
クとして用いて基板等をドライエッチングする場合は、
エッチングの進行中にレジストの薄層部で基板表面が露
出し、あるいはレジストの剥がれが発生し、予定しない
シリコン基板自体のエッチングが進むことがある。この
ような領域には、例えば図８（ｂ）に示すような粗い凹
凸のあるエッチング部１０７が生じ、これが後続するプ
ロセスにおいて、基板の欠け等を生じて、パーティクル
の発生をもたらす場合がある。

【００１０】今後、高密度化、高精細化に伴うレジスト
膜の薄膜化が進めば、基板外縁部での局部的な薄膜部の
発生に伴う問題はさらに顕著になり、半導体装置の信頼
性低下や機能不良等の要因になることが予想される。

【００１１】上述する課題に鑑み、本発明の目的は、回
転塗布される流動性物質の膜厚のバラツキを低減しうる
基板を提供することである。

【００１２】また、本発明の別の目的は、回転塗布法を
用いての流動性物質の膜形成およびこれをマスクとする
エッチング工程を有する半導体装置の製造方法におい
て、高い歩留まりを有する製造方法を提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の基板の第１の特
徴は、基板表面の外縁部に傾斜面を有する基板におい
て、前記傾斜面の起点から外側０．０５ｍｍまでの幅領
域で、平均傾斜度を１９度以下とすることである。

【００１４】上記第１の特徴を有する基板によれば、基
板表面に回転塗布法を用いて流動性物質の膜を形成する
場合に、基板外縁部の傾斜面の存在により発生する局部
的な薄層化を抑制し、外縁部を含む基板全域により均一
な膜厚の流動性物質を形成できる。

【００１５】なお、上記基板外縁部に形成する傾斜面
は、基板最外周端部の面取り加工部との境界に不連続な
段差を生じない程度の傾斜度を有することが好ましく、
例えば少なくとも０．５度以上としてもよい。

【００１６】本発明の基板の第２の特徴は、基板表面の
外縁部に傾斜面を有する基板において、前記外縁部中、
少なくともオリエンテーションフラットもしくはノッチ
が形成された部分の前記傾斜面の起点から外側０．０５
ｍｍまでの幅領域で、平均傾斜度を１９度以下とするこ
とである。

【００１７】上記第２の特徴を有する基板によれば、オ
リエンテーションフラットやノッチが形成される外縁部
では、基板外形がこの部分のみ変形加工されているた
め、この部分で回転塗布法による流動性物質の膜厚のば
らつきが特に発生しやすい。よって、少なくともこの領
域について外縁部の傾斜度を調整し、回転塗布膜の局部
的な薄層化を防止すれば、効果的に流動性物質の膜厚の
ばらつきを抑制できる。

【００１８】なお、上記第１の特徴を有する基板あるい
は第２の特徴を有する基板において、基板裏面の外縁部
に、基板表面の外縁部と面対称な形状を形成してもよ
い。

【００１９】基板の表面と裏面の外縁部形状を面対称に
形成することにより、基板加工等がよりやり易くなる。

【００２０】また、上述する基板として、シリコン基板
を用いてもよい。あるいは化合物半導体基板、ガラス基
板、セラミックス基板のいずれかの基板を用いてもよ
い。

【００２１】本発明の半導体装置の製造方法の第１の特
徴は、基板表面の外縁部に傾斜面を有し、前記傾斜面の
起点から外側０．０５ｍｍまでの幅領域の平均傾斜度を
１９度以下とする基板を準備する工程と、前記基板上に
流動性物質を回転塗布する工程とを有することである。

【００２２】上記本発明の製造方法の特徴によれば、基
板外縁部の傾斜面の影響により発生する局部的な薄層化
を防止し、外縁部を含む基板全域により均一な膜厚の流
動性物質からなる膜を形成できる。

【００２３】本発明の半導体装置の製造方法の特徴は、
基板表面の外縁部に傾斜面を有し、前記傾斜面の起点か
ら外側０．０５ｍｍまでの領域の平均傾斜度を１９度以
下とした基板を準備する工程と、前記基板上に被エッチ
ング材となる絶縁膜、半導体膜もしくは導体膜を形成す
る工程と、前記基板上にレジストを回転塗布する工程
と、前記レジストを、露光、現像によりパターニングす
る工程と、レジストパターンをエッチングマスクとし
て、前記被エッチング材をドライエッチングする工程と
を有することである。

【００２４】上記本発明の製造方法の特徴によれば、基
板外縁部の傾斜面の影響により発生する局部的な薄層化
を防止し、外縁部を含む基板全域により均一な膜厚のレ
ジスト膜を形成できるため、後続する被エッチング材の
エッチング工程で、エッチングマスクの剥がれや消失が
なく、歩留まりの高いエッチングパターンを形成でき
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参考にしながら、本
発明の実施の形態についてシリコン基板を例にとり説明
する。

【００２６】図１（ａ）、図１（ｂ）は、本実施の形態
にかかる基板全体の平面図と基板中央の破断線ＡＡ’Ｃ
Ｃ’における断面図である。図１（ａ）には、基板１に
ノッチ１０が形成されている例を、図１（ｂ）には、オ
リエンテーションフラット２０が形成されている基板の
例を示している。同図に示すように、基板の基本的な形
状は従来と同様に円形板状のものであるが、本実施の形
態に係る基板は、基板の外縁部Ｂの形状が従来のものと
異なっている。

【００２７】図２（ａ）、図２（ｂ）に、この外縁部Ｂ
の拡大断面図を示す。図２（ａ）は、傾斜面領域の幅が
狭く、外縁部がほぼ円弧を描く様に面とり加工された基
板、図２（ｂ）は、傾斜面領域の幅を広くとり、先端部
のみが面とり加工された基板であるが、いずれの基板も
外縁起点Ｓから半径方向に０．０５ｍｍまでの領域の傾
斜度を１９度以下としている点に特徴がある。

【００２８】以下、本実施の形態にかかる基板外縁部形
状を導くために行った本願発明者等による検討内容につ
いて説明する。

【００２９】基板上にレジスト膜や塗布型絶縁膜等の流
動性物質を回転塗布法を用いて成膜する場合、塗布する
流動性物質の粘性とシリコン基板表面２の表面状態等に
合わせて、所望の膜厚になるようにシリコン基板の回転
数や塗布温度等を設定し、図３に示すように、基板のほ
ぼ中央上部に備えた供給口６から液状の流動性物質を必
要量基板上に滴下し、基板を回転する。滴下された流動
性物質は、基板の回転による遠心力の作用を受けて基板
表面に広がるが、そのうちの一部は基板周縁面に沿って
流動する成分となり、残りは回転径方向に飛散する成分
となる。

【００３０】図４は、上述する回転塗布法を用いて、直
径２００ｍｍの従来の基板に、設計膜厚約１μｍのレジ
スト膜を形成し、基板の中心から半径方向に向かう各位
置でのレジスト膜の膜厚のばらつきを測定した結果を示
すものである。同グラフに示すように、レジスト膜は基
板のほぼ全面で均一な膜厚で形成されるものの、基板の
外縁起点部（傾斜が開始する点）から半径方向約０．０
５ｍｍまでの領域（以下、この領域を「外縁領域Ａ」と
呼ぶ）内に、周囲に比較しレジスト膜厚の薄い部分が生
じている。なお、基板の直径、回転数等によって、多少
の変動はあるものの、このようなレジスト膜厚の薄層部
は、ほぼ外縁起点から約０．０５ｍｍまでの領域内で発
生する。

【００３１】基板の外縁部に高い傾斜面が存在すると、
この傾斜角により、レジストが流れ落ち易くなる結果、
回転径方向に飛散するレジスト成分が多くなり、基板周
縁面に沿って流動する成分が少なくなる。図４に示す外
縁領域Ａ内のレジスト膜厚の薄層化はその結果発生した
ものと考えられる。

【００３２】このような基板外縁部でのレジスト膜厚の
局部的な薄層化は、レジスト剥がれやオーバーエッチン
グ等の発生の要因となりやすい。特に、半導体装置の高
集積化、性能向上に伴い、レジスト塗布膜厚そのものの
薄膜化が進むと、外縁部に生じた局部的な薄層化による
問題はより顕著化されることが予想される。

【００３３】従来、基板の外縁部に設けられていた傾斜
面は、基板上に半導体膜をエピタキシャル成長させる際
に異常成長によるクラウンの発生を防止する目的で設定
されたものである。これに対し、現在使用している多く
の半導体素子では、エピタキシャル成長工程をそもそも
必要としないものが大半であることから、基板外縁部の
傾斜面を２２±３度にする必然性は少なくなっている。

【００３４】そこで、次に、レジスト等の流動性物質を
回転塗布法にて作製する際に、基板外縁近傍も含めて均
一な膜厚を形成するため、外縁起点部から半径方向に
０．０５ｍｍの範囲で、局部的な薄膜化を生じにくい傾
斜角度条件を求める実験を行った。

【００３５】図５（ａ）、図５（ｂ）は、実験に用いた
基板の外縁部を示す部分拡大図である。同図に示すよう
に、外縁起点部から半径方向に０．０５ｍｍまでの外縁
領域Ａを例えば０．００５ｍｍ以下の間隔で少なくとも
１０等分以上に分割して、各分割エリアでの基板の表面
形状を直線近似した勾配を求め、さらに最小二乗法を用
いてこれらの勾配を平均化した勾配からなる直線を補助
線４ａとする。一方、基板表面２の平坦面を延長した一
点破線を基準線２ａとして、この基準線２ａと補助線４
ａとで構成する角度を外縁領域Ａの傾斜角θとした。

【００３６】図５（ａ）や図５（ｂ）に示すように、外
縁領域Ａでの傾斜角θが異なる複数の基板を用意し、各
基板に同一条件でレジストを回転塗布し、外縁領域Ａ内
の複数箇所でレジストの膜厚を測定した。また、このレ
ジストをエッチングマスクとして、通常の条件でドライ
エッチングを行い、エッチング終了時における外縁領域
Ａにおける基板のエッチング深さを測定した。

【００３７】図６（ａ）は、上述する実験結果より得ら
れた傾斜角θと外縁領域Ａのレジスト膜厚の関係を示す
グラフである。同グラフに示すように、レジスト膜厚
は、傾斜角１９度以下では、基板平坦部でのレジスト膜
厚とほぼ変わらないが、傾斜角１９度を境に、傾斜角θ
の増大に伴いレジスト膜厚が薄くなる傾向を示した。こ
の結果より、外縁領域Ａにおける傾斜角θを１９度以下
にすることで基板外縁部に局部的なレジスト膜の薄層部
の発生を阻止できる。

【００３８】図６（ｂ）は、上述する方法で各基板上に
形成したレジスト膜を用いて、シリコン基板のドライエ
ッチングと同じ条件で基板表面を処理した際の傾斜角θ
と外縁領域Ａでのシリコン基板エッチング深さの関係を
示すグラフである。具体的には、被エッチング材として
シリコン基板を想定し、ＣＦ_４をエッチングガスとして
用いたドライエッチング処理を行った。

【００３９】外縁領域Ａにおける傾斜角θを１９度以下
にした場合は、外縁領域Ａにも基板中央表面の平坦部と
同じレジスト膜厚が形成できるため、通常のエッチング
条件では基板表面が露出せず、シリコン基板自体がエッ
チングされることはない。よってエッチング深さは０と
なる。これに対し、外縁領域Ａにおける傾斜角θが１９
度を超えると、この領域のレジスト膜厚が周囲に較べ薄
くなるため、通常のエッチング条件では、ドライエッチ
ング進行中に基板表面が露出し、基板自身がエッチング
されてしまう。

【００４０】以上の実験結果より、本実施の形態にかか
る基板は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、外縁
起点部から半径方向に０．０５ｍｍまでの外縁領域Ａに
おいて、傾斜角θを１９度以下にすることが導かれる。

【００４１】本実施の形態に係る基板を用いれば、レジ
スト膜、ＳＯＧ膜、その他の流動性物質を塗布する工程
を有する半導体プロセスにおいて、基板外縁部にかけて
基板表面に均一な膜厚の流動性物質を形成できる。

【００４２】また、エッチング工程を必要とする半導体
プロセスでは、基板上に被エッチング材である絶縁膜や
導体あるいは半導体膜を形成した後、この上にレジスト
膜や絶縁膜等を回転塗布し、パターニングを経てでエッ
チングマスクを形成し、これをマスクとして被エッチン
グ材のエッチングを行うが、この場合にも、基板として
本実施の形態に係る基板を用いることで、外縁部も含め
て膜厚が均一なレジストマスクを基板上に形成できる。
これにより、オーバエッチングやパーティクルの発生要
因となる基板外縁部での不要なエッチング部の発生を抑
制できる。

【００４３】また、ＣＭＰ工程においても、基板外縁部
周辺までパターンの形成が必要であるため、外縁部を含
む基板全域に均一な膜厚のレジストを形成することは、
基板全域に均一な膜厚のパターンを形成する上で望まし
く、結果的にプロセスの精度と歩留まりを上げることが
できる。

【００４４】なお、基板最外周端部は、プロセス途中で
基板の欠け等が生じないように面とり加工を行う必要が
あるが、この面とり加工とその内側の外縁領域Ａ周囲の
加工とは別工程であるため、外縁領域Ａの傾斜角が小さ
すぎると、加工領域の境界部に段差等の不連続な形状が
生じ、欠けやパーティクルの発生、薬液の残留や成膜性
の悪化の原因になる虞れがある。よって、少なくとも
０．５度以上の傾斜角にすることが好ましい。

【００４５】シリコン基板表面の外縁部の幅、即ち傾斜
起点部から基板最外周端部までの距離は特に限定しない
が、外縁部の幅は少なくとも基板の厚さの１／３以上、
例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍとすることにより、欠けや割
れ等の発生を防止できる。

【００４６】なお、図２（ａ）および図２（ｂ）には、
基板の表面と裏面の両方で基板外縁部から最外周端面に
いたる領域に同様な形状加工を施した例を示しているよ
うに、基板表面のみならず、基板裏面にも、表面と裏面
が面対称になるように同様な形状加工を行えば、傾斜加
工はより楽になる。

【００４７】また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すよう
に、基板には通常、位置合わせのため結晶の方位を示す
ノッチ１０やオリエンテーションフラット２０が形成さ
れているが、このような変形部には、回転塗布法で流動
性物質膜を形成した場合にレジスト等の膜厚のばらつき
等が顕著に現れやすい場所である。よって、少なくとも
ノッチやオリエンテーションフラット部周辺の基板外縁
部には、外縁起点部から半径方向に０．０５ｍｍまでの
外縁領域Ａにおいての傾斜面の傾斜角θを１９度以下と
することは、膜厚ばらつきに起因する剥離等の発生を抑
制するため効果的である。

【００４８】また、上述する例では、特にＳｉ基板の例
を示しているが、ＧａＡｓ基板等の半導体化合物基板や
ガラス基板、さらには金属、セラミックス、プラスチッ
クス等のあらゆる固体材料から構成された基板等につい
ても回転塗布法により流動性物質膜を形成するプロセス
や、これをマスクとして絶縁膜、半導体膜あるいは導体
膜をエッチングするプロセスが存在する。よって、これ
らの基板にも、図２（ａ）や図２（ｂ）に示すように基
板外縁部の傾斜面の起点から外側０．０５ｍｍまでの幅
領域で、平均傾斜度を１９度以下とすることによって、
シリコン基板の場合と同様な効果を得ることができる。

【００４９】以上、本実施の形態に沿って、本発明の内
容を説明したが、本発明は上述した実施の形態の説明に
限定されるものではない。

【００５０】

【発明の効果】以上、説明するように、本発明の基板
は、基板表面の外縁部に傾斜面を有する基板において、
前記傾斜面の起点から外側０．０５ｍｍまでの領域の平
均傾斜度を１９度以下に抑えることで、回転塗布法を用
いて流動性物質よりなる膜を形成した際に基板外縁部で
の局部的な薄層部の発生を抑制し、外縁部を含む基板全
域により均一な膜厚の流動性物質を形成できる。この結
果、製造工程での歩留まりを上げ、信頼性低下や機能不
良等の生じない半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るシリコン基板の形状を示す
正面図と断面図である。

【図２】本実施の形態に係る基板の外縁部形状を示す部
分断面図である。

【図３】流動性物質の回転塗布法を示す概略図である。

【図４】従来の基板上にレジスト膜を回転塗布した際の
レジスト膜の膜厚分布を示す図である。

【図５】本実施の形態に係るシリコン基板外縁部の傾斜
角度の測定例を説明するための基板の一部断面図であ
る。

【図６】シリコン基板外縁起点部から外側半径方向に
０．０５ｍｍまでの幅領域における、外縁部の傾斜角と
レジスト膜厚および傾斜角と基板エッチング深さとの関
係を示す図である。

【図７】従来のシリコン基板の外縁部の形状を示す基板
の一部断面図である。

【図８】従来の基板を用いた際のレジスト膜厚の薄層部
の発生例とこれに起因するオーバエッチングの例を示す
一部断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 基板表面 ２ａ 基準線 ３ 基板裏面 ４ 基板外縁部 ４ａ 補助線 ６ 供給口 １０ ノッチ ２０ オリエンテーションフラット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 尚広 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5F046 JA16 JA22

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板表面の外縁部に傾斜面を有する基板
   において、 前記傾斜面の起点から外側０．０５ｍｍまでの幅領域
   で、平均傾斜度を１９度以下とすることを特徴とする基
   板。
2. 【請求項２】 基板表面の外縁部に傾斜面を有する基板
   において、 前記外縁部中、少なくともオリエンテーションフラット
   もしくはノッチが形成された部分の前記傾斜面の起点か
   ら外側０．０５ｍｍまでの幅領域で、平均傾斜度を１９
   度以下とすることを特徴とする基板。
3. 【請求項３】 基板裏面の外縁部が、基板表面の外縁部
   と面対称な形状を有することを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の基板。
4. 【請求項４】 前記基板が、シリコン基板である請求項
   １から請求項３のいずれかに記載の基板。
5. 【請求項５】 前記基板が、化合物半導体基板、ガラス
   基板、セラミックス基板のいずれかである請求項１また
   は請求項３に記載の基板。
6. 【請求項６】 基板表面の外縁部に傾斜面を有し、前記
   傾斜面の起点から外側０．０５ｍｍまでの幅領域の平均
   傾斜度を１９度以下とする基板を準備する工程と、 前記基板上に流動性物質を回転塗布する工程とを有する
   半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 基板表面の外縁部に傾斜面を有し、前記
   傾斜面の起点から外側０．０５ｍｍまでの幅領域の平均
   傾斜度を１９度以下とする基板を準備する工程と、 前記基板上に被エッチング材となる絶縁膜、半導体膜も
   しくは導体膜を形成する工程と、 前記基板上にレジストを回転塗布する工程と、 前記レジストを、露光、現像によりパターニングする工
   程と、 レジストパターンをエッチングマスクとして、前記被エ
   ッチング材をドライエッチングする工程とを有する半導
   体装置の製造方法。