JP2011077561A - ウエーハを乾式エッチングする装置及びこれに所属の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエーハの少なくとも１つの表面において縁側の定義された区間からそのコーティングを乾式エッチング方法において取り除き、したがって例えば半導体円板において少なくとも１つの表面において定義された幅の縁側のリング範囲をエッチング除去する可能性を提供する。
【解決手段】 本発明は、コーティングされたウエーハ（半導体円板）の表面の縁に近い定義された区間を乾式エッチングする装置及び方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コーティングされたウエーハ（半導体円板）の表面の縁に近い定義された区間を乾式エッチングする装置及び方法に関する。

例えばシリコンベースのこのようなウエーハは、例えば全面的に二酸化シリコンベースのコーティングを有する。後続のプロセスのために（例えば金層又はポリシリコン（多結晶シリコン）からなる層を取付けようとするとき）、少なくとも主面の縁範囲において、しかし場合によってはその周面及び／又は第２の主面においても、ウエーハから存在するコーティングを除去することが必要な場合がある。このことは、エッチング方法によって行なわれ、これらのエッチング方法は、とりわけ乾式エッチング方法と湿式エッチング方法とに細分化することができる。

本発明は、ウエーハの乾式エッチング方法に向けられている。その際、取り除くべきコーティング（例えば二酸化シリコン層）は、ガス状のエッチング媒体（例えばふっ化水素）によって処理され、その際、ガス状のシリコンテトラフルオライド（ＳｉＦ４）が形成される。

ヨーロッパ特許出願公開第０７０１２７６号明細書は、ＨＦガスによりウエーハの片面エッチングを行なう方法を記載している。他方の側のエッチングは、エッチング過程の間に、不活性ガスによってこの側を洗浄することによって阻止される。

米国特許第５３８４００８号明細書によれば、ウエーハの表面に材料層を取付ける方法及び装置が公知であり、しかもウエーハの裏側に残留物なしに取付ける方法及び装置が公知である。ウエーハの裏側におけるこのような残留物を取り除くために、ウエーハは支持体上に置かれ、しかも支持体の縁範囲が突出するように置かれる。そのために支持体表面は、例えばウエーハの縁範囲において対応する凹所を有する。このようにして次のエッチングプロセスにおいて、ウエーハの妨げられずに突出する下側の縁範囲をエッチングすることができる。

しかしながらこのようにして定義された縁範囲をエッチング除去することはできず；それどころかウエーハの下側において支持体とウエーハとの間の境界範囲に、相対的に不規則な境界輪郭が生じる。

本発明の課題は、ウエーハの少なくとも１つの表面において縁側の定義された区間からそのコーティングを乾式エッチング方法において取り除き、したがって例えば半導体円板において少なくとも１つの表面において定義された幅の縁側のリング範囲をエッチング除去する可能性を提供することにある。

この課題設定から出発して、エッチングすべき区間を除外してウエーハ表面を例えば覆うこと、又はヨーロッパ特許出願公開０７０１２７６号明細書に暗示されるように、不活性ガスシールドによってエッチング媒体から保護することは、容易に考えられる。実際にこの様式及び方法で、ウエーハ表面の縁側コーティング区間もエッチング除去することができるが、“不規則な”輪郭によってエッチング除去される。とくにエッチングされる及びエッチングされない表面の間の移行範囲において、このようにしても、明らかにこの範囲におけるエッチングガスの管理不能な拡散過程によって引起こされ、定義された境界領域を形成することはできない。

しかし系統的な研究によって、ウエーハのエッチングすべき（エッチングされた）及びエッチングしない表面の間に定義された境界線を形成するために、このような拡散過程を利用できることがわかった。

ただしこのような定義された境界線は、“ある程度の距離”にわたって前記の拡散過程が有効になることができるときにしか、達成することはできない。

そのために本発明は、コーティングされたウエーハの少なくとも１つの表面の縁に近い定義された区間を乾式エッチングする装置を提供し、この装置は、次の特徴を有する：−エッチング室が、−ガス状のエッチング媒体のための少なくとも１つの供給開口、−ウエーハのための支持面を備えかつエッチング室の内部空間に配置された支持体、及び−過剰のエッチング媒体及び場合によってはエッチング過程によって生じる反応生成物のための少なくとも１つの取出し開口を有し、その際、−支持体が、その外側輪郭によって、回りを囲んでウエーハのエッチングすべき表面区間の内側輪郭を越えて突出するように構成されている。

その際、エッチング室は、処理すべきウエーハを収容し、かつ定義された処理空間を提供するために使われる。エッチング媒体、例えばＨＦガスは、供給開口を介してエッチング室の内部空間内に供給される。

エッチング室の内部空間において、支持体は、処理すべきウエーハを収容するために使われる。その際、ウエーハの確実な支持及び周側において均一なエッチング処理を可能にするために、ウエーハのための支持面を水平に配置すると有利である。支持体、したがってウエーハをエッチング室の中央に配置し、かつ例えば丸いウエーハのためにエッチング室を回転対称に構成することは、この意図において同様に有利である。

エッチング媒体の供給は、通常連続的に行なわれるので、少なくとも１つの取出し開口が設けられており、この取出し開口を介して過剰の又は消費されたエッチングガスが、場合によってはエッチング過程によって生じる反応生成物と同様に運び去ることができる。

この時、装置の相応する特徴は、支持体の具体的な幾何学的な構成にある。その外側輪郭、すなわちその支持面の周線は、内側輪郭、すなわちエッチング除去すべき面区間の内側周線よりも大きくなければならない。その際、ウエーハのエッチング除去すべき表面区間の周線は、ウエーハを載せた際に、支持体の外側輪郭内にあるという別の要求が存在することは明らかである。

通常ウエーハは、円板の形を有する。ウエーハの仮定された外径Ｄ、及び縁範囲におけるウエーハの表面にその外径がｄである（その際、Ｄ＞ｄである）リング状の区間をエッチング除去する要求の際に、このことから支持体の幾何学について、ここに仮定されたリング状又は円形リング状の支持体は、外径ｄ＋ｘを有し、その際、ｘ＞０であるという結果が生じる。

（ｄ＋ｘ）＜Ｄである適用例から出発して、エッチング媒体は、始めに主として支持体を越えて突出するウエーハの縁側の表面区間をエッチング除去するが；エッチング媒体は、続いて支持体の支持面とウエーハの相応する面区間との間の範囲に侵入し、かつこの区間における相応するウエーハコーティングを、拡散プロセスを介したエッチング媒体の侵入深さの増大に相応して同様にエッチング除去することがわかった。その際、エッチング媒体は、驚くほど全面的に均一に深く支持体とウエーハとの間の接触範囲内に侵入するので、その結果、ウエーハ／支持体の接触範囲におけるウエーハのエッチングされる及びエッチングされない表面区間の間の正確に定義可能な境界線が形成される。

通常支持体の外側輪郭は、回りを囲んでウエーハのエッチングすべき表面区間の内側輪郭に対して同じ間隔を有する。このことは、とくに縁側において定義されたリング面をエッチング除去しようとする半導体円板に対して成立つ。

しかし個々の境界線を、例えば波形に又は直線区間を有するように形成することも、わけなく可能である。

１つの構成によれば、ウエーハのための支持体の支持面は、ウエーハ表面よりも明らかに小さい。

支持体は、例えばリング形をしていてもよく、その際、リングの幅（又は一般化して：支持面の幅）は、前記の教示に相応して、エッチング除去しない表面区間の少なくとも一部を覆うように選択されている。

比較的狭い支持面におけるウエーハの支持は、支持体上におけるウエーハの位置を安定化する。

１つの構成によれば、ウエーハのエッチングすべき表面区間の内側輪郭と支持体の外側輪郭との間の間隔は、１ないし６ｍｍである。

別の横成によれば、支持体の支持面の外側輪郭が、ウエーハの外側輪郭に等しいか、又はそれどころかそれより大きいことが考慮されている。

その際、縁側のエッチングは、もっぱら前記の拡散プロセスを介して行なわれるが、同様に定義するので、その結果、同様にウエーハのエッチングされた及びエッチングされない表面区間の間に、定義された境界線が、例えば正確な円線が形成される。

支持体上におけるウエーハの支持及び前記の拡散プロセスは、ウエーハのエッチングすべき表面区間に対向する支持体の支持面が、少なくとも１つの循環する溝を有すると、それにより最適化することができる。その際、溝の深さと幅は、μｍより小さい程度に制限することができる。

支持体上にウエーハをセットし、又は支持体から取出すために、補助機構が必要である。取付け／解体は、ウエーハに作用する昇降装置によって容易にすることができる。

この昇降装置は、例えば垂直に可動のピンからなることができ、なるべく少なくとも３つのピンからなることができ、これらのピンは、取出すためにウエーハを上方に持ち上げ、したがって支持体から離す。

とくに回転対称のウエーハの際に、一定の幅の縁区間をエッチング除去できるようにするため、さらに支持体に関してウエーハを同心的に配置する位置決め手段を設けることができる。これらの位置決め手段は、例えば処理すべきウエーハの外側輸郭（外径）に沿って配置された案内部材（例えば案内ピン）からなることができる。たとえば３つのピン状の案内部材の場合、ウエーハは、相応してその周の３つの点において案内ピンに接触し、これらの点は、この場合、なるべく互いに１２０°の角度を有する。

相応した案内部材は、同様にウエーハを取付けかつ解体するために利用することができる。

装置は、同様にウエーハにおいて両方の表面を縁側においてエッチング除去するために利用することができる。この場合、ウエーハは、上側において相応する“マスク”によって覆われ、その際、このマスクの幾何学的構造に対して、支持体に対するものと同じ予定が成立つ。ここでもマスクは、例えば帽子状に構成することができ、したがって縁側だけにおいてウエーハ表面上に載っているこどが成立つ。

最後にその下側の縁側及び周面及びその上面をエッチングするように、ウエーハを処理することも可能である。この場合、初めに述べた支持体を配置するだけでよい。

ガス状のエッチング媒体によってコーティングされたウエーハの少なくとも１つの表面の縁に近い定義された少なくとも１つの区間を乾式エッチングする所属の方法は、次の点で傑出している。すなわち支持体が、その支持面の外側輪郭によって、回りを囲んでエッチングすべき縁に近い表面区間の内側輪郭を越えて突出するように、ウエーハを、支持体の支持面上に載せ、かつエッチング媒体が、支持体の支持面によって覆われたその縁に近い表面区間においてウエーハのコーティングを所望の定義された程度にエッチング除去するまで、エッチングプロセスを行なう。

その際、エッチングプロセスの間に消費されなかったエッチング媒体、及びエッチングプロセスによって生じた反応生成物、例えばＳｉＦ４、Ｈ２Ｏを取り除き、かつ同時に新しいエッチング媒体を供給し、かつエッチング媒体が、支持体の支持面によって覆われたその縁に近い表面区間においてウエーハのコーティングを所望の定義された程度にエッチング除去するまで、これら両方の方法ステップを頻繁に繰返すことができる。

別の方法変形によれば、ウエーハをその周縁から内方に延びた縁に近いその区間によって、支持体の支持面の範囲に載せ、この支持体が、少なくともウエーハのエッチング除去すべき縁に近い表面区間の程度の幅を有する。このようにしてウエーハのエッチング除去された及びエッチング除去されない表面区間の間の境界線が、前に詳細に説明したように、支持体とウエーハとの間の接触領域にあることが保証される。

同様に支持体から離れた方のウエーハの表面も処理することができることは、前にすでに述べた。そのためにウエーハのこの表面をカバーによって覆い、このカバーが、ウエーハの回りを囲む縁に近い表面区間を露出するが、その外側輪郭によって、ウエーハのこの表面においてエッチングすべき縁に近い表面区間の内側輪郭を越えて突出する構成が考慮されている。それにより基本的に、前に“下側エッチング”に関してすでに記載した特徴は、同様にウエーハの上側に転用される。

通常の場合、エッチングプロセスによって生じた反応生成物（例えば水）がウエーハにおいて凝縮する前に、消費されなかったエッチング媒体及び生じた反応生成物の除去が行なわれるようにする。

方法は、室温及び大気圧において行なうことができる。

その他の点において方法に関して、装置によって説明したものと同じ特徴及び利点が得られる。

方法は、記載した装置によって相応して実行することができる。次の図の説明によってなお詳細に説明するように、支持体（ウエーハのための支持台）は、ウエーハを支持体に載せる範囲内に凹所を有する。この凹所によって全面的にウエーハを載せる際に生じることがある問題は避けられる。ウエーハを支持体上に全面的に載せる際、これは、縁範囲において支持面に対してどこでも同じ間隔を置いて配置することができず、このことは、同様に不均一又は不規則な下側エッチングに至ることがある。ウエーハが、エッチングすべきその縁範囲においてのみ載っているとき、後にチップを製造しようとするウエーハ（半導体円板）の範囲が接触されないという利点も得られる。

本発明のその他の特徴は、特許請求の範囲従属請求項の特徴及びその他の出願書類から明らかである。

本発明による装置の垂直断面図である。 エッチング処理の前の載せられたウエーハを備えた支持体の拡大して示す部分断面図である。 エッチング処理の後の載せられたウエーハを備えた支持体の拡大して示す部分断面図である。

次に本発明を実施例により詳細に説明する。

図１は、丸い内部空間１２を備えたエッチング室１０を示しており、この内部空間は、下側において底部１４によって、かつ上側においてベル状のフード１６によって区切られている。フード１６は、取り外し可能に底部１４上に載せられている。

フード１６の蓋１６ｄに供給開口１８が設けられており、この供給開口内に（図示しない）導管が口を開いており、この導管は、エッチングガス、ここでは：ＨＦガスを、エッチング室１０の内部空間１２内に導く。

底部１４に複数の開口２０が設けられており、しかもそれぞれフード１６の壁部分１６ｗに隣接して設けられており、これらの開口は、消費された又は過剰のエッチングガスを放出する（取出す）ために使われる。

開口２０の内側に並べて、底部１４にリング状の凹所２２が延びている。

凹所２２の内壁に、リング状の支持体２４が挿入されており、この支持体は、凹所２２を越えて上方に突出しており、かつこの凹所の平らに研磨された上側端面２６は、ウエーハ２８のための水平な支持面を形成しており、このウエーハは、ここでは外径Ｄを備えた円板の形を有する。支持体２４の形に相応して、ウエーハ２８の中央区間は、支持体２４上に載っていない。

図から明らかなように、ウエーハ２８は、支持体２４に対して同心的に配置されており、かつ周側において同じ間隔で支持体２４を越えて突出している。

ウエーハ２８の外周に複数のピン３０が接しており、これらのピンは、底部１４の凹所２２の範囲に固定されている。

再び支持体２４に対して内側に、さらに底部１４に昇降棒３２が配置されており、これらの昇降棒は、矢印方向Ｐに垂直に可動であり、かつ例えば続いてウエーハ２８を（あらかじめフード１６を取り除いた後に）取出し、かつ新しいウエーハ２８に置き換えることができるようにするため、上方に垂直に移動する際に、ウエーハ２８を支持体２４から持ち上げるために使われる。

装置の動作は次のとおりである：

支持体２４上にウエーハ２８を挿入し、かつ底部１４上にフード１６を被せた後に、供給開口１８を介してエッチング室１０の内部空間１２内にエッチングガスが導かれる。

その際、エッチングガスは、ウエーハ２８の上側２８ｏ、ウエーハ２８の周面２８ｆ、及びまず支持体２４を越えて側方に突出したウエーハ２８の下側２８ｕの区間２８ｒの回りを洗う。

相応してまずこれらの範囲においてウエーハ２８の表面コーティングがエッチング除去される。しかし続いて拡散過程によってエッチングガスは、外側から支持体２４（又はその端面２６）とウエーハ２８の下側２８ｕにおける対応する面区間との間の接触範囲に侵入するので、図３に示すように、ウエーハ２８の下側２８ｕのエッチング除去される縁範囲は、半径方向内方に継続し、しかも距離ｘ（図３）にわたって継続する。このエッチングプロセスは、ウエーハの“下側においてエッチングされるので、“下側エッチング”とも称する。

エッチング処理の前における支持体２４上のウエーハ２８を示す図２と比較して、ウエーハ２８の表面コーティング３４が、この時、上側２８ｏにおいて完全に、周面２８ｆにおいて同様に完全に、かつ下側２８ｕにおいて距離（Ｄ−ｄ）／２にわたってエッチング除去されていることが明らかであり、その際、ｄは、ウエーハ２８の下側２８ｕのエッチング除去されないコーティング３４の外径、又はウエーハ２８の下側２８ｕのエッチング除去される範囲の内径を表わしている。

前記の方法における特別な点は、エッチングが支持体２４とウエーハ２８との間の接触範囲においても行なわれ、かつその際、同時に定義された境界線、ここでは直径ｄを有する正確な円線が形成されることにある。

１０ エッチング室
１２ 内部空間
１４ 底部
１６ フード
１８ 供給開口
２０ 開口
２２ 凹所
２４ 支持体
２６ 支持面
２８ ウエーハ
３０ 案内部材
３２ 昇降装置

Claims (16)

1. コーティングされたウエーハ（２８）の少なくとも１つの表面（２８ｕ）の縁に近い定義された区間を乾式エッチングする装置において、
   １．１、エッチング室（１０）が、
   １．１．１、ガス状のエッチング媒体のための少なくとも１つの供給開口（１８）、
   １．１．２、ウエーハ（２８）のための支持面（２６）を備えかつエッチング室（１０）の内部空間（１２）に配置された支持体（２４）、及び
   １．１．３、過剰のエッチング媒体及び場合によってはエッチング過程によって生じる反応生成物のための少なくとも１つの取出し開口（２０）を有し、その際、
   １．２、支持体（２４）が、その外側輪郭によって、回りを囲んでウエーハのエッチングすべき表面区間の内側輪郭を越えて突出するように構成されていることを特徴とする、ウエーハを乾式エッチングする装置。
2. 支持体（２４）の外側輪郭が、回りを囲んでウエーハ（２８）のエッチングすべき表面区間の内側輪郭に対して同じ間隔を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ウエーハ（２８）のエッチングすべき表面区間の内側輪郭と支持体（２４）の外側輪郭との間の間隔が、１ないし６ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 支持体（２４）の外側輪郭が、最大でウエーハ（２８）の外側輪郭に相当することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 支持体（２４）がリング形を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 支持体（２４）の外径が、ウエーハ（２８）のエッチングすべき表面区間の内径よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. ウエーハのエッチングすべき表面区間に対向する支持体（２４）の支持面（２６）が、少なくとも１つの循環する溝を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. ウエーハ（２８）に作用する昇降装置（３２）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 昇降装置（３２）が、垂直に可動のピンからなることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 処理すべきウエーハ（２８）の外側輪郭に沿って配置されたウエーハ（２８）のための案内部材（３０）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
11. ガス状のエッチング媒体によってコーティングされたウエーハの少なくとも１つの表面の縁に近い定義された少なくとも１つの区間を乾式エッチングする方法において、支持体が、その支持面の外側輪郭によって、回りを囲んでエッチングすべき縁に近い表面区間の内側輪郭を越えて突出するように、ウエーハを、支持体の支持面上に載せ、かつエッチング媒体が、支持体の支持面によって覆われたその縁に近い表面区間においてウエーハのコーティングを所望の定義された程度にエッチング除去するまで、エッチングプロセスを行なうことを特徴とする、ウエーハを乾式エッチングする方法。
12. エッチングプロセスの間に消費されなかったエッチング媒体、及びエッチングプロセスによって生じた反応生成物を取り除き、新しいエッチング媒体を供給し、かつエッチング媒体が、支持体の支持面によって覆われたその縁に近い表面区間においてウエーハのコーティングを所望の定義された程度にエッチング除去するまで、これら両方の方法ステップを頻繁に繰返すことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. ウエーハをその周縁から内方に延びた縁に近い区間によって、支持体の支持面の範囲に載せ、この支持体が、少なくともウエーハのエッチング除去すべき縁に近い表面区間の程度の幅を有することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
14. 支持体から離れた方のウエーハの表面にカバーを載せ、このカバーが、ウエーハの回りを囲む縁に近い表面区間を露出するが、その外側輪郭によって、ウエーハのこの表面においてエッチングすべき縁に近い表面区間の内側輪郭を越えて突出することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
15. エッチングプロセスによって生じた反応生成物がウエーハにおいて凝縮する前に、消費されなかったエッチング媒体及び生じた反応生成物を取り除くことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
16. 室温及び大気圧においてエッチングプロセスを行なうことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。

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