JP2011071415A

JP2011071415A - シリコンウエハの製造方法

Info

Publication number: JP2011071415A
Application number: JP2009222585A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Isogai; 宏道磯貝; Koji Sensai; 宏治泉妻
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】シリコンウエハを平坦に加工するシリコンウエハの製造方法において、前記シリコンウエハを局所的に加工し、高精度且つ高スループットでウエハ面全体を平坦化することのできるシリコンウエハの製造方法を提供する。
【解決手段】ウエハ面内において所定間隔ごとに厚さ寸法を測定し、シリコンウエハＷの第一の形状データを得るステップと、前記第一の形状データにフーリエ変換（ＦＦＴ）を施し、第一の周波数分布を得るステップと、所望の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタにより、前記第一の周波数分布のフィルタリングを行い、第二の周波数分布を得るステップと、前記第二の周波数分布に対し、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を施し、第二の形状データを得るステップと、前記第二の形状データに基づき、基準厚さ値よりも厚い部分を局所的に加工するステップと、を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン単結晶から切り出したシリコンウエハを平坦に加工するシリコンウエハの製造方法に関し、特に前記シリコンウエハの局所的な加工によりウエハ面全体を平坦化するシリコンウエハの製造方法に関する。

シリコン単結晶から切り出され、鏡面研磨加工されたシリコンウエハの表面には、数百ナノメートル以下の微少な凹凸（ナノポトグラフィ）が存在する。近年にあっては、そのようなナノポトグラフィが問題視され、前記数百ナノメートルレベルのナノポトグラフィを数十ナノメートルレベルまでに加工する平坦化技術が求められている。

従来、鏡面加工後のシリコンウエハに対する平坦化技術として、局所的に平坦化加工する局所エッチングがある。
この局所エッチングは、図６に示すように例えばＳＦ₆（六フッ化硫黄）ガス等をプラズマ発生器２００で放電させて中性活性種を生成し、この中性活性種ガスＧをエッチングノズル１からチャック２上に保持されたウエハＷの表面に噴射する。

そして、ウエハ表面のうち、基準厚さ値よりも厚い部分を局所的にエッチングがなされる。具体的には、図７に示すようにエッチングノズル１が、ウエハＷ上において矢印に示す方向に沿って、即ちジグザグ状にスキャンされ、基準厚さ値よりも厚い部分に対してはノズル１の移動速度を遅くして中性活性種ガスＧの噴射時間が長くなるように制御される。これにより、前記基準厚さ値よりも厚い部分のみ局所的にエッチングがなされ、ウエハＷ全体の平坦化が行われる。
尚、このような局所エッチングに関しては特許文献１に開示されている。

特開２００２−１３４５８１号公報

しかしながら、前記した局所エッチングの方法にあってはウエハ全体に対しエッチングノズルをスキャンさせる必要があるため、処理時間を多く必要とし、スループットが低下するという課題があった。
また、ウエハ上におけるエッチングノズルのスキャンラインを平行且つ密に重ね合わさなければ、スキャン軌跡による段差がウエハ表面に生じる虞があった。
また、近年、シリコンウエハに要求されている数十ナノメートルレベルの形状精度を得ることはできないという課題があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、シリコンウエハを平坦に加工するシリコンウエハの製造方法において、前記シリコンウエハを局所的に加工し、高精度且つ高スループットでウエハ面全体を平坦化することのできるシリコンウエハの製造方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係るシリコンウエハの製造方法は、シリコンウエハのウエハ面内において、チップ形成領域となる各サイトの平坦度を向上するように局所加工を施し、前記シリコンウエハを平坦化するシリコンウエハの製造方法であって、前記ウエハ面内において所定間隔ごとに厚さ寸法を測定し、シリコンウエハの第一の形状データを得るステップと、前記第一の形状データに高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を施し、第一の周波数分布を得るステップと、所望の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタにより、前記第一の周波数分布のフィルタリングを行い、第二の周波数分布を得るステップと、前記第二の周波数分布に対し、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ：inverse FFT）を施し、第二の形状データを得るステップと、前記第二の形状データに基づき、該第二の形状データを平坦化するように、基準厚さ値よりも厚い部分を局所的に加工するステップと、を実行することに特徴を有する。

このように、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により得られた周波数成分に対し、所望の周波数成分のみが通過するようにバンドパスフィルタによるフィルタリングを施すことにより、形状変化の大きい低周波成分及び形状制御が困難な高周波成分、すなわち、サイトの平坦度（サイトフラットネス）に与える影響が少ない成分が除去される。これにより、ウエハ全面における高低差が大幅に低減され、エッチング時に精度よく処理を行うことができる。
したがって、局所加工による除去量を大幅に低減することができ、高いスループットを実現することができる。
また、エッチング量が低減されることにより、目標とする除去量分布との誤差を小さく抑えることができ、数十ナノメートルレベルの形状精度が得られると共に、スキャン軌跡による段差の発生を抑制することができる。

また、前記局所加工において、ノズルを一定位置に留めてエッチングする時の該一定位置における除去量プロファイルの断面形状がガウシアン分布となるように調整されていることが好ましい。
ガウシアン分布に近いほど、エッチングノズルのスキャンを重ねた時のスキャン軌跡により生じる段差が形成されにくくなるため、スキャンピッチを広げることができ、高スループット化に有利となる。

具体的には、前記バンドパスフィルタにより通過させる周波数成分が、０．０２／ｍｍから０．５０／ｍｍであることが好ましい。

本発明によれば、シリコンウエハを平坦に加工するシリコンウエハの製造方法において、前記シリコンウエハを局所的に加工し、高精度且つ高スループットでウエハ面全体を平坦化することのできるシリコンウエハの製造方法を得ることができる。

図１は、本発明に係るシリコンウエハの製造方法が実行されるシリコンウエハ製造装置のブロック図である。図２は、本発明に係るシリコンウエハの製造方法の工程の流れを示すフローである。図３は、本実施例において、シリコンウエハの厚さ寸法に基づく形状データ分布を示す図である。図４は、本実施例において、図３の形状データ分布に対してバンドパスフィルタを通過した周波数成分からなる形状データ分布を示す図である。図５は、本実施例において、図３の形状データ分布に対してバンドパスフィルタにより除去された周波数成分からなる形状データ分布を示す図である。図６は、局所エッチングを説明するための図である。図７は、局所エッチングにおけるエッチングノズルのスキャン動作を説明するための図である。

以下、本発明のシリコンウエハの製造方法の実施の形態について説明する。尚、本発明にあっては、シリコンウエハの面内をチップ形成領域である複数のサイトに区分けした場合に、各サイトの平坦度の指標であるＳＦＱＲ（Site Front-surface referenced least Squares/range）の値を低く抑えることのできるシリコンウエハの製造方法を提供するものである。前記ＳＦＱＲとは、表面基準のサイト内の各点の表面位置を示す全データから最小二乗法によりサイト内の基準平面（回帰平面）を計算し、この平面からのずれの最大値と最小値の和をとったものであり、各ウエハについてサイトの数だけ存在する。

図１は、本発明のシリコンウエハの製造方法が実行されるシリコンウエハ製造装置の全体構成を示すブロック図である。
このシリコンウエハ製造装置１００は、研磨装置１０により鏡面研磨加工されたシリコンウエハのウエハ面内に対し、所定間隔ごと（例えば縦横１ｍｍ間隔）に厚さ寸法を測定する厚さ測定装置１１と、前記厚さ測定装置１１により測定され得られた形状データに基づき、高速フーリエ変換、逆フーリエ変換等の周波数解析処理を行うコンピュータ１２とを備える。尚、コンピュータ１２は、演算装置（図示せず）、記憶装置（図示せず）等を備え、前記記憶装置に記録された複数のコンピュータプログラムにより、フーリエ変換、逆フーリエ変換、バンドパスフィルタによるフィルタリング処理等が実行される。
さらにシリコンウエハ製造装置１００は、前記コンピュータ１２により制御され、シリコンウエハのウエハ面に対し局所加工を行うエッチング装置１３を備える。尚、エッチング装置１３は、既に図６、図７に示した従来装置と同様の装置構成を有するものとし、以下においては図６、図７で示された同じ符号を用いて説明する。

続いて、図２のフローに基づき、前記シリコンウエハ製造装置１００によるシリコンウエハの製造方法について説明する。
先ず、シリコン単結晶インゴットからシリコンウエハを切り出し、ラッピング、面取り加工、ケミカルエッチング等の加工を行った後、研磨装置１０において、前記加工を行ったウエハを保持手段（図示せず）により保持し、保持されたウエハに対し相対的に回転可能な定盤に貼り付けられた研磨布に摺接させて研磨剤を用いることによりウエハ面の鏡面研磨を行う（図２のステップＳ１）。
次いで、厚さ測定装置１１において、鏡面研磨加工がなされたウエハの厚さ分布を測定する（図２のステップＳ２）。この厚さ分布の測定においては、ウエハ面内において例えば縦横１ｍｍ間隔で厚さ寸法を測定する。これにより格子状の厚さ寸法のデータ分布（第一の形状データ）が得られる。
前記厚さ測定装置１１により得られた形状データはコンピュータ１２に送られ、コンピュータ１２では、得られた形状データのデータ分布に対し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施し、ウエハの厚さ分布を周波数成分（第一の周波数分布）として抽出する（図２のステップＳ３）。

ここで、所定周波数以下の低周波成分、或いは所定周波数以上の高周波成分は、各サイトにおける平坦度（ＳＦＱＲ）に対しての影響が非常に小さいことから、このような周波成分を除去し、所望の周波数成分のみ、例えば、サイトサイズが８ｍｍ以上２５ｍｍ未満の場合、０．０２／ｍｍから０．５０／ｍｍまで（すなわち波長２ｍｍ以上５０ｍｍ以下）の周波数成分のみ通過させるバンドパスフィルタを用いてフィルタリングを行い、フィルタ通過後の周波数成分（第二の周波数分布）を抽出する（図２のステップＳ４）。
すなわち、前記低周波成分とは、０．０２／ｍｍ未満（すなわち波長５０ｍｍを超える場合）であり、前記高周波成分とは、０．５０／ｍｍを超える場合（すなわち波長２ｍｍ未満）であることが好ましい。
これにより、形状変化の大きい低周波成分が除去され、ウエハ全面における高低差が大幅に低減される。また、形状制御が困難な高周波成分が除去され、局部エッチング時に精度よく処理を行うことができる。

次いで、コンピュータ１２において、前記フィルタ通過後の周波数成分に対し逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、所定寸法（例えば１ｍｍ）間隔の格子状に厚さ寸法によるウエハ形状（第二の形状データ）を再構築する（図２のステップＳ５）。
そして、コンピュータ１２はエッチング装置１３を制御し、前記逆フーリエ変換により得られた形状データに基づき、該第二の形状データを平坦化するように、基準厚さ値よりも厚い部分に対して局所的にエッチング処理を実行させる（図２のステップＳ６）。
この局所エッチングにおいては、図７に模式的に示したように、エッチングノズル１をチャック２に保持されたウエハＷ上において矢印方向に沿ってジグザグ状にスキャンさせると共に、ノズル１から中性活性種ガスＧをウエハ面に吹き付ける。そして、基準厚さ値よりも厚い部分に対しては、ノズル１の移動速度を低下させる制御を行うことにより局所的にエッチングがなされ、ウエハ全体が平坦化加工される。

また、エッチング装置は、ノズルを一定位置に留めてエッチングする時の該一定位置における除去量プロファイルの断面形状がガウシアン分布（正規分布）となるように調整されていることが望ましい。ガウシアン分布に近いほど、エッチングノズルのスキャンを重ねた時のスキャン軌跡により生じる段差が形成されにくくなるため、スキャンピッチを広げることができ、高スループット化に有利となるからである。

このように本実施形態によれば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により得られた周波数成分に対し、所望の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタを通すことにより、サイトの平坦度（サイトフラットネス）に与える影響が少ない、形状変化の大きい低周波成分及び形状制御が困難な高周波成分が除去される。これにより、ウエハ全面における高低差が大幅に低減され、また、エッチング時に精度よく処理を行うことができる。
したがって、局所エッチングによる除去量を大幅に低減することができ、高いスループットを実現することができる。
また、エッチング量が低減されることにより、目標とする除去量分布との誤差を小さく抑えることができ、数十ナノメートルレベルの形状精度が得られると共に、スキャン軌跡による段差の発生を抑制することができる。

本発明に係るシリコンウエハの製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に従いシリコンウエハを製造し、本発明の効果を検証した。

〔実施例１〕
実施例１では、先ずシリコン単結晶から切り出した直径３００ｍｍのシリコンウエハに鏡面研磨加工を施した。
次いで、鏡面研磨加工されたウエハに対し、縦横１ｍｍ間隔で格子状に厚さ寸法を測定した。図３にその形状データ分布を示す。
そして、得られた形状データ分布に対し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数解析を施した。

続いて、所定の周波数帯域（波長２ｍｍ以上５０ｍｍ未満の周波数成分）のみを通過させるバンドパスフィルタを用い、高周波成分及び低周波成分を除去した。
次いで、得られた周波数成分に対し、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を施し、再び１ｍｍ間隔の格子状に厚さ寸法の分布（形状データ）を取得した。図４は前記バンドパスフィルタを通過した周波数成分からなる形状データ分布を示す図である。図５は前記バンドパスフィルタにより除去された周波数成分からなる形状データ分布を示す図である。
そして、この形状データ（図４）に基づき、基準厚さ値よりも厚い部分に対してノズルから中性活性種ガスを吹き付け、局所エッチングを行った。この局所エッチングにおいては、エッチングエリアの半値幅を６ｍｍ、スキャンピッチを４ｍｍに設定し、図７に示したようにエッチングノズルによりウエハ上をスキャンした。

表１に、前記局所エッチング後に得られたＳＦＱＲ最大値及びエッチング所要時間を示す。尚、ＳＦＱＲ最大値は、ウエハ内全サイトのＳＦＱＲの最大値を示す。
また、同じく表１に、比較例として従来手法（目標とする除去量分布に基づくスキャン速度の制御）により得られたＳＦＱＲ最大値及びエッチング所要時間を示す。

表１に示されるように、ＳＦＱＲ最大値は、従来手法よりも低い値であるにも拘わらず、エッチング時間が従来よりも大幅に短縮された。これは、局所エッチングによる除去量が大幅に低減されたことを示し、目標とする除去量分布に対し、高いエッチング精度が得られたことを示している（エッチング量が多くなると、目標とする除去量分布との誤差が大きくなるため）。
よって、本実施例により、本発明によれば、高精度且つ高スループットでウエハ面全体を平坦化することができると確認した。

１エッチングノズル
２チャック
１０研磨装置
１１厚さ測定装置
１２コンピュータ
１３エッチング装置
１００シリコンウエハ製造装置
２００プラズマ発生器
Ｗシリコンウエハ

Claims

シリコンウエハのウエハ面内において、チップ形成領域となる各サイトの平坦度を向上するように局所加工を施し、前記シリコンウエハを平坦化するシリコンウエハの製造方法であって、
前記ウエハ面内において所定間隔ごとに厚さ寸法を測定し、シリコンウエハの第一の形状データを得るステップと、
前記第一の形状データに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施し、第一の周波数分布を得るステップと、
所望の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタにより、前記第一の周波数分布のフィルタリングを行い、第二の周波数分布を得るステップと、
前記第二の周波数分布に対し、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を施し、第二の形状データを得るステップと、
前記第二の形状データに基づき、該第二の形状データを平坦化するように、基準厚さ値よりも厚い部分を局所的に加工するステップと、
を実行することを特徴とするシリコンウエハの製造方法。
前記局所加工において、ノズルを一定位置に留めてエッチングする時の該一定位置における除去量プロファイルの断面形状がガウシアン分布となるように調整されていることを特徴とする請求項１に記載されたシリコンウエハの製造方法。
前記バンドパスフィルタにより通過させる周波数成分が、０．０２／ｍｍから０．５０／ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたシリコンウエハの製造方法。