JP2014150284A - 局所プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係る局所プラズマ処理装置は、プラズマによりエッチングガスを励起するプラズマ発生手段と、半導体ウェーハを載置する載置台と、前記プラズマ発生手段と、前記載置台と、の相対的位置を制御する制御手段と、を備えている。そして、前記制御手段は、エッチングレートのプロファイルが互いに異なる複数の領域に分割された前記半導体ウェーハの前記複数の領域のあいだの前記エッチングレートのプロファイルの差異が抑制されるように、前記プラズマ発生手段と、前記載置台と、の相対位置を制御する。
【選択図】図1
Description
ここで、半導体ウェーハを平坦化する技術としては、グラインディングやCMP(Chemical Mechanical Polishing)などの機械的または機械的化学的研磨方法が知られているが、得られる平坦度には限界があった。
そこで、近年、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(特許文献1を参照)。
特許文献1に開示されている技術では、予め半導体ウェーハの平坦度を求め、その値に基づいて各部分における除去量を演算する。そして、厚さのばらつきに応じた除去量で半導体ウェーハの表面側をプラズマエッチングして、高い平坦度を得ようとするものである。
しかしながら、この技術においては、半導体ウェーハの周縁部をエッチングするために半導体ウェーハの周縁部を超えた位置までノズルを相対的に走査(移動)する必要がある(特許文献1の図4、図10を参照)。そのため、ノズルの相対移動距離が長くなり、処理時間の増大、生産性の低下などを招くおそれがあった。
しかしながら、これらの技術においても半導体ウェーハの周縁部をエッチングするために半導体ウェーハの周縁部を超えた位置までノズルを相対的に走査(移動)している(特許文献2の図1、特許文献3の図8を参照)。そのため、ノズルの相対移動距離が長くなり、処理時間の増大、生産性の低下などを招くおそれがあった。
まず、単結晶シリコンのインゴットから所定の厚さの半導体ウェーハWを、刃物やワイヤーなどの切断具用いて切り出すスライシングを行う(ステップS1)。
次に、切り出された半導体ウェーハWの周縁に、面取り加工を施して面取り面を形成させる(ステップS2)。
この研磨加工は、前述のスライシングで生じた半導体ウェーハWの主面上の凹凸を除去して、平坦化するために行われる。例えば、公知の研磨装置などを用いて主面のラッピング加工などが行われる。
このエッチング処理は、例えば、ウエットエッチング処理とすることができ、具体的には酸エッチング処理またはアルカリエッチング処理とすることができる。酸エッチング処理には、例えば、半導体ウェーハWを硝酸(HNO3)とフッ化水素(HF)との混合溶液に浸し、半導体ウェーハWのシリコン(Si )を硝酸で酸化させて、酸化シリコン(SiO2)を形成させ、これをフッ化水素で溶解除去するものなどがある。また、アルカリエッチング処理には、例えば、半導体ウェーハWを水酸化カリウム(KOH)や水酸化ナトリウム(NaOH)などのアルカリ溶液に浸して、半導体ウェーハW表面をエッチングするものなどがある。
例えば、マイクロ波などを導入することにより所定のエッチングガスをプラズマ化して、中性活性種、イオンなどを生成し、半導体ウェーハWに与えるダメージの少ない中性活性種により半導体ウェーハWの主面上の凸部を局部的に除去することを例示することができる。
この場合、中性活性種に対するイオンの量やイオンの衝突エネルギーを制御することで、半導体ウェーハWの主面上の凸部の形状に合わせた最適なエッチング処理をすることができる。例えば、化学的な反応で等方性エッチングを行うことができる中性活性種を多く用いれば、凸部の高さが低く面積が比較的大きいような部分(なだらかな凸部部分)を、効率よく平坦化することができる。また、物理的な衝撃で異方性エッチングを行うことができるイオンの量を多くしたり、衝突エネルギーを強めれば、凸部の高さが高く面積が比較的小さいような部分(急峻な凸部部分)を、効率よくかつ精度よく平坦化させることができる。ここで、イオンの量やイオンの衝突エネルギーを余り大きくしすぎると、半導体ウェーハWにダメージを与えるおそれがある。そのため、中性活性種を主体とした処理とすることが好ましい。
次に、必要に応じて、半導体ウェーハWに鏡面仕上げ加工などを施す(ステップS7)。尚、高平坦化処理後の処理や加工は必要に応じて適宜行うようにすればよい。
また、ステップS6において、後述する周縁部における局部的なエッチング、および中央部における局部的なエッチングのうち少なくともいずれかが行われるようにすることもできる。場合によっては、どちらかを高平坦化処理すれば足りる場合もあるからである。
図2は、ノズルNの直下のエッチングレートEのプロファイルを例示するための模式図である。なお、グラフ図の縦軸はエッチングレートEを表し、横軸はノズルN中心からの距離Xを表している。
図2に示すように、エッチングレートEはノズルNの中心直下において最大となり、ノズルNの中心から遠ざかるにつれて減少する。このエッチングレートEの変化は、ガウス分布に近似した曲線となる。
一方、半導体ウェーハWの周縁部においては、ノズルNの直下を中心としてその一方向にしか半導体ウェーハWの主面が存在しない。そのため、噴射された中性活性種を含むガスの流れは、半導体ウェーハWの形状の影響を受けることになる。
半導体ウェーハWの周縁部においては、ノズルNの直下を中心としてその一方向にしか半導体ウェーハWの主面が存在しない。そのため、中性活性種を含んだガスの流れは対称にならず、エッチングレートEのプロファイルが図3に例示をしたように変形する。また、周縁部においては半導体ウェーハWの裏面側に中性活性種を含んだガスが回りこむので、この影響を受けてエッチングレートEのプロファイルが変形する場合もある。また、周縁部の外側にはエッチング対象物である半導体ウェーハWが存在しないので、単位面積あたりにおける中性活性種の量が多くなる。以上のことより、中央部に比べて周縁部におけるエッチングレートEが高くなりやすくなる。そのため、周縁部と中央部とを同じ条件で処理するようにすれば、平坦度が悪化するおそれがある。
本比較例においては、ノズルNを半導体ウェーハWの半径方向にジグザグに走査するようにしている。また、半導体ウェーハWの面内位置による影響を軽減させるために、ノズルNを半導体ウェーハWの周縁部を超えた位置まで相対的に走査(移動)するようにしている。この場合、ノズルNを半導体ウェーハWの周縁部からオーバーストロークさせることになるため、その分余計な時間を費やすことになる。また、ノズルNをオーバーストロークさせず走査(移動)速度や中性活性種の量を調整するなどして、周縁部のエッチングレートを抑えるようにしても処理に余計な時間を費やすことになる。そのため、いずれにしても処理時間の増大や生産性の低下を招くおそれがある。
本実施の形態においては、エッチングレートEのプロファイルにより半導体ウェーハWの面内を複数の領域に分割するようにしている。そして、分割された領域毎に最適な走査(移動)方法やエッチング条件を選択するようにしている。すなわち、分割された領域毎のエッチングレートのプロファイルの差異が抑制されるように、局部的なエッチングが行われる位置を相対的に走査(移動)するようにしている。また、分割された領域毎のエッチングレートに合わせて最適なエッチング条件を選択するようにしている。
また、周縁部における実効エッチング領域(実際にエッチングされる範囲)と、中央部における実効エッチング領域(実際にエッチングされる範囲)と、が重ならないようになっている。実効エッチング領域同士が重なれば、平坦度が悪化するおそれがあるからである。
図7は、周縁部におけるノズルNの位置を例示するための模式図である。なお、図中の2E1はエッチングレートの最大値、E1はその半分の値である。また、2X1はエッチングレートのプロファイルの半値幅(半値全幅)、X1は半値半幅である。
ノズルNの位置を半導体ウェーハWの周縁(端面)W1に近づけるほどエッチングレートEのプロファイルの変形は大きくなる。この場合、エッチングレートEのプロファイルの変形が余り大きくなりすぎると、平坦度が悪化するおそれがある。そのため、平坦度への影響を抑制することができるノズルNの位置とすることが好ましい。
図8は、周縁部における平坦度の向上について例示をするための模式図である。なお、図8(a)は中央部を処理した後に周縁部を処理する場合、図8(b)は周縁部を処理した後に中央部を処理する場合を例示するものである。
図8(a)、図8(b)に例示をするものの場合には、半導体ウェーハWの周縁を囲むようにリング状部材200が設けられている。リング状部材200を設けるようにすれば、エッチングレートEのプロファイルの変形を抑制することができるので、周縁部における平坦度を向上させることができる。
図9に示すように、半導体ウェーハWの周縁を囲むようにリング状部材200を設けるものとすれば、ノズルNの中心直下の条件をノズル中心軸に対して対称とすることができる。そのため、エッチングレートEのプロファイルの変形を抑制することができるので、周縁部における平坦度を向上させることができる。
以下に例示をする局所プラズマ処理装置によれば、前述した半導体ウェーハWの主面を局部的にプラズマエッチング処理し、高平坦化処理を行う(ステップ6)ことができる。
図10に示すように、局所プラズマ処理装置1には、プラズマ発生手段2、減圧チャンバ3、載置台4、図示しない制御手段などが主に備えられている。
プラズマ発生手段2には、導入導波管7、放電管8、導波管9、冷却ブロック10、ガス導入管11などが設けられている。尚、冷却ブロック10は必ずしも必要ではなく、適宜設けるようにすればよい。
減圧チャンバ3の側壁には排気口14が設けられ、排気口14には排気管14aの一端が接続されている。排気管14aの他端には排気手段EXが接続されている。
減圧チャンバ3の内部には、載置台4が設けられている。載置台4の上面は半導体ウェーハWを載置、保持するための載置面4aとなっている。載置台4には、半導体ウェーハWを保持するための図示しない保持手段(例えば、静電チャックなど)が設けられている。また、半導体ウェーハWの温度を制御するための図示しない温度制御手段(例えば、ヒータなど)などを適宜設けるようにすることもできる。この場合、例えば、中性活性種による反応生成物の昇華を促進するために、載置面4a近傍から加熱された窒素ガスなどを流すことにより、半導体ウェーハWを加熱するようにしても良い。
図示しない制御手段は、プラズマ発生手段2(放電管8)と、載置台4と、の相対的位置を制御する。すなわち、図示しない制御手段は、エッチングレートのプロファイルにより複数に分割された半導体ウェーハの領域毎のエッチングレートのプロファイルの変形が抑制されるように、プラズマ発生手段2(放電管8)と、載置台4と、の相対位置を制御する。また、減圧チャンバ3の圧力、プラズマの発生、エッチングガスG1の導入、温度などを制御するようにもなっている。
まず、図示しない搬送装置により被処理物である半導体ウェーハWが、減圧チャンバ3内に搬入され、載置台4の載置面4a上に載置される。搬送装置が減圧チャンバ3内から退避した後には、図示しない扉を閉じて減圧チャンバ3を気密となるように密閉する。搬入された半導体ウェーハWは、図示しない静電チャックにより載置面4a上に保持される。
尚、図10で例示をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は適宜省略する。
図11(a)に示すように、局所プラズマ処理装置110には、大気圧プラズマ発生手段25、チャンバ31、載置台4、図示しない制御手段などが主に備えられている。
図11(b)は、大気圧プラズマ発生手段25の概略構成を例示するための模式図である。
図11(b)に示すように、アルミナ、石英などの誘電体からなる放電管25aの外周面には、互いに対向するように電極25b、25cが設けられている。そして、一方の電極25cには、コンデンサ23を介して高周波電源24が接続されている。また、他方の電極25bは接地されている。電極25cに高周波電力を印加するとプラズマP4が発生し、このプラズマP4により、導入口25dから供給されたエッチングガスG1が励起、活性化されて中性活性種、イオン、電子が生成される。
なお、前述した局所プラズマ処理装置1と同様の部分については、適宜説明を省略する。
局所プラズマ処理装置1の場合と同様に、半導体ウェーハWの搬入、載置・保持、処理のための移動が行われた後、前述した大気圧プラズマ発生手段25によりエッチングガスG1(例えば、SF4など)を励起、活性化させて中性活性種、イオン、電子を生成させる。
また、イオンにより物理的なエッチングが行われる。この際、可変電源50により入射するイオンの量が制御される。
ここで、図中の「○」は中性活性種、「+」はイオン、「−」は電子を表している。
このように、大気圧プラズマにより中性活性種、イオン、電子を生成するものとすれば、減圧環境が不要となるので局所プラズマ処理装置自体の構成を簡略化することもできる。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、半導体ウェーハ平坦化装置1、半導体ウェーハ平坦化装置110に備えられた各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
プラズマによりエッチングガスを励起するプラズマ発生手段と、
半導体ウェーハを載置する載置台と、
前記プラズマ発生手段と前記載置台との相対位置の移動を制御する制御手段と、
を備える局所プラズマ処理装置において、
前記制御手段は、
前記半導体ウェーハにおける、エッチングレートのプロファイルが互いに異なる複数の領域のあいだで、前記プラズマ発生手段と、前記載置台と、の相対位置の移動方法を異ならせること、を特徴とする局所プラズマ処理装置が提供される。
Claims (4)
- プラズマによりエッチングガスを励起するプラズマ発生手段と、
半導体ウェーハを載置する載置台と、
前記プラズマ発生手段と、前記載置台と、の相対的位置を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、エッチングレートのプロファイルが互いに異なる複数の領域に分割された前記半導体ウェーハの前記複数の領域のあいだの前記エッチングレートのプロファイルの差異が抑制されるように、前記プラズマ発生手段と、前記載置台と、の相対位置を制御すること、を特徴とする局所プラズマ処理装置。 - 前記制御手段は、
前記複数の領域のそれぞれにおいて前記局部的なエッチングを行う位置を決定し、前記エッチングレートのプロファイルが非対称な前記半導体ウェーハの周縁部においては、前記半導体ウェーハの周縁に沿って、前記局部的なエッチングを行う位置を相対的に移動し、
前記エッチングレートのプロファイルが対称な前記半導体ウェーハの中央部においては、方向が異なる複数の直線の組み合わせからなる軌跡で前記局部的なエッチングを行う位置を相対的に移動するように、前記プラズマ発生手段と、前記載置台と、の相対位置を制御すること、を特徴とする請求項1記載の局所プラズマ処理装置。 - 前記プラズマ発生手段は、大気圧下でプラズマを発生可能であること、を特徴とする請求項1記載の局所プラズマ処理装置。
- 前記載置台には、前記半導体ウェーハの周縁を囲むようにリング状部材が設けられていること、を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の局所プラズマ処理装置。
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