JP3610860B2

JP3610860B2 - 半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハ

Info

Publication number: JP3610860B2
Application number: JP2000020697A
Authority: JP
Inventors: 徹谷口; 悦郎森田
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: JP2001210626A

Description

【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半導体ウェーハの製造方法及び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、ＬＳＩ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１１−３１６７７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、プラズマエッチング方法では、平坦度測定器により得られる平坦度のデータを基にして加工を行うため、厚さデータの正確さが大変重要になる。従来の静電容量センサでは、数ｍｍ×数ｍｍの面積内で平均された値が各点での平坦度（厚さ）とされるため、形状変化が急峻な部分では、真のウェーハ形状を得られない可能性が高い。特に、シリコンウェーハでは最周辺部（〜３ｍｍ）に於ける形状変化が大きくなりやすく、この部分を精確に測定する必要があるが、従来の静電容量センサ方式では困難であった。そして、この不正確な厚さデータに基づいてプラズマエッチング加工を行っても、高集積度に対応可能な超高平坦度のウェーハを製造することができなかった。
【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、超高平坦度を得ることができ、必要な測定精度を維持すると共に、一枚の測定時間が短縮されてスループットを向上させることができる半導体ウェーハの製造方法及び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、本発明の半導体ウェーハの製造方法では、半導体ウェーハの表裏面の少なくとも一方の被加工面をプラズマエッチングにより加工する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。
【０００８】
この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、数μｍ〜１００μｍ程度の非常に小さいスポットが得られるレーザ光により、従来の静電容量センサに比べて平坦度測定の精度を大幅に向上させることができる。つまり、ウェーハの形状を忠実に表す値を得ることができる。さらに、このデータに基づいてプラズマエッチング加工を行うので、非常に高平坦度なウェーハを製造することが可能になる。
【０００９】
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、上記の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。
【００１０】
この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反応性イオン及び反応性ラジカルのうち、主に反応性ラジカルによる化学的反応のエッチングであり、反応性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。
【００１１】
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、上記の半導体ウェーハの製造方法において、前記被加工面の反対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反対面の凹凸を測定する反対面測定工程を備え、前記プラズマ加工工程は、前記被加工面の凹凸及び前記反対面の凹凸に応じて被加工面を加工する技術が採用される。
【００１２】
この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、被加工面及び反対面の凹凸データによりウェーハ面内の厚さばらつき（平坦度）が得られ、この厚さばらつきに基づいて被加工面を加工することで、より高精度に高平坦度化を得ることができる。
【００１３】
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、上記の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、前記被加工面の周辺部を測定する際に前記レーザ光による測定ピッチを他の部分より小さく設定する技術が採用される。
【００１４】
この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、被加工面の周辺部を測定する際にレーザ光による測定ピッチを他の部分より小さく設定するので、特に形状変化の大きい周辺部を他の部分より精密に測定することができ、さらに被加工面全面を細かな測定ピッチで測る必要が無くなって、一枚の測定時間が短縮されてスループットを向上させることができる。
【００１５】
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、上記の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、前記被加工面の任意の半径方向における凹凸を測定する第１の測定工程と、このデータから前記半径方向の凹凸に応じて前記レーザ光による測定ピッチを、形状変化の大きい領域では細かな測定ピッチにし、形状変化の小さい領域では大きな測定ピッチに変えながら前記被加工面全体の凹凸を測定する第２の測定工程とを備える技術が採用される。
前記第１の測定工程において、直線的に半径方向の凹凸をサンプリングして起伏傾向を求め、前記第２の測定工程では、螺旋状に前記被加工面全体の測定を行うことができる。
【００１６】
この半導体ウェーハの製造方法では、まず、第１の測定工程において、被加工面の任意の半径方向における凹凸を測定することにより、被加工面の半径方向における凹凸の傾向がサンプリングされ、次に、第２の測定工程において、半径方向の凹凸に応じてレーザ光による測定ピッチを変えながら被加工面全体の凹凸を測定することにより、凹凸の起伏に対応した測定ピッチで被加工面全体を効率的に測定することができる。すなわち、形状変化の大きい領域では細かなピッチにし、形状変化の小さい領域では大きなピッチに設定することができ、必要な測定精度を維持すると共に、一枚の測定時間が短縮されてスループットを向上させることができる。
さらに、本発明の半導体ウェーハの製造方法では、前記被加工面の凹凸及び前記反対面の凹凸を同時に測定することができる。
【００１７】
本発明の半導体ウェーハでは、上記の半導体ウェーハの製造方法によって表裏面の少なくとも一方が加工されている技術が採用される。
【００１８】
この半導体ウェーハでは、上記半導体ウェーハの製造方法によって表裏面の少なくとも一方が加工されているので、非常に高い平坦度を有しているとともに、最周辺部まで高平坦度を維持することが可能となり、高集積度対応鏡面ウェーハとして好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態の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。
【００２１】
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、所定厚さだけ粗研磨が行われて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Ｓ３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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。これによって、シリコンウェーハＷの表面は鏡面化されるが、高集積度対応ウェーハとしては十分な平坦度が得られておらず、特に周辺部の形状変化が大きい状態である。
【００２４】
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および裏面（反対面）Ｒ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および裏面Ｒにそれぞれ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２Ａ、２Ｂと、これらの変位センサ２Ａ、２Ｂを表面Ｓおよび裏面Ｒ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。
【００２５】
変位センサ２Ａ、２Ｂ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および裏面Ｒに照射し、さらにレーザ光Ｌが表面Ｓおよび裏面Ｒ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および裏面Ｒ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。
【００２６】
この平坦度測定器１では、シリコンウェーハＷの表面Ｓおよび裏面Ｒの凹凸を同時に測定するため、これら凹凸データからシリコンウェーハＷ面内の厚さばらつき、すなわち平坦度を測定することができる。
この平坦度測定器１で測定する際、制御部Ｃは変位センサ２Ａ、２Ｂを予め設定された測定ピッチで移動させながら凹凸の測定を行う。そして、制御部Ｃは、図３に示すように、表面Ｓの周辺部Ｅを測定する際にレーザ光Ｌによる測定ピッチＰ１を他の部分の測定ピッチＰ２より小さく設定している。例えば、シリコンウェーハＷの中央部は、３ｍｍの測定ピッチＰ２に設定すると共に、周辺部Ｅは、１ｍｍの測定ピッチＰ１に設定する。
【００２７】
シリコンウェーハＷの表面Ｓおよび裏面Ｒの凹凸を測定した後、得られた凹凸データから面内の厚みばらつきを算出し、プラズマ加工工程Ｓ７によって、このデータに応じて表面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、制御部Ｃに記録された表面Ｓおよび裏面Ｒの凹凸データから求めた厚さばらつきのデータに応じて予め設定されている。
【００２８】
このプラズマ加工は、エッチングガスをマイクロ波によりプラズマ化して、反応性イオン及び反応性ラジカルを生成し、これらのうち反応性ラジカルをメインエッチャント（すなわち、反応性ラジカルが反応性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（ＤｒｙＣｈｅｍｉｃａｌＰｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）方法であって、反応性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、反応性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。
【００２９】
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・活性化して反応性イオン（ＳＦｘ、Ｆイオン等）および反応性ラジカル（中性ラジカルＦ^＊）とし、これらのうち主に反応性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）
【００３０】
なお、反応性イオンと反応性ラジカルＦ^＊とを分離して反応性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、反応性ラジカルＦ^＊に対して反応性イオンｉｏｎ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、主に反応性ラジカル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、反応性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。
【００３１】
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および裏面Ｒ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凹凸を測定するので、数μｍ〜１００μｍ程度の非常に小さいスポットが得られるレーザ光Ｌにより、形状変化の大きい周辺部Ｅについても高精度に測定することができる。
【００３２】
また、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反応性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。さらに、周辺部Ｅの凹凸を測定する際に、測定ピッチＰ１を他の部分の測定ピッチＰ２より細かく設定するので、効率的にかつ正確な測定が可能になる。
そして、本実施形態により製造されたシリコンウェーハＷは、周辺除外領域が小さく高集積度にも対応可能な超高平坦度ウェーハとなる。
【００３３】
次に、本発明に係る半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの第２実施形態を、図５および図６を参照しながら説明する。
【００３４】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態が、凹凸測定工程Ｓ６においてシリコンウェーハＷの表面Ｓおよび裏面Ｒの凹凸を予め設定した測定ピッチＰ１、Ｐ２で測定するのに対し、第２実施形態では、図５および図６の（ａ）に示すように、まず第１の凹凸測定工程（第１の測定工程）Ｓ６１において、表面Ｓおよび裏面Ｒの任意の半径方向における凹凸を測定し、さらに、図６の（ｂ）に示すように、第２の凹凸測定工程（第２の測定工程）Ｓ６２において、半径方向の凹凸に応じてレーザ光Ｌによる測定ピッチを変えながら表面Ｓ全体および裏面Ｒ全体の凹凸を測定する点である。
【００３５】
すなわち、本実施形態では、まず、第１の凹凸測定工程Ｓ６１において、表面Ｓおよび裏面Ｒの任意の半径方向に変位センサ２Ａ、２Ｂを直線的に移動させ（図６の（ａ）中の矢印方向）、その半径方向の凹凸を１回だけサンプリングして起伏傾向を求める。
【００３６】
次に、第２の凹凸測定工程Ｓ６２では、このデータから形状変化の大きい領域では細かな測定ピッチにし、形状変化の小さい領域では大きな測定ピッチに設定するとともに、螺旋状に変位センサ２Ａ、２Ｂを移動させながら（図６の（ｂ）中の矢印方向）表面Ｓおよび裏面Ｒ全体の測定を行う。
すなわち、実際に形状変化の大きい領域だけを細かく測定を行うことにより、シリコンウェーハＷ毎に表面Ｓおよび裏面Ｒ全体を効率的に測定することができる。
【００３７】
なお、本発明は、次のような実施形態をも含むものである。
上記各実施形態では、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。
また、第２実施形態では、第１の凹凸測定工程Ｓ６１と第２の凹凸測定工程Ｓ６２とに分けて凹凸測定を行ったが、予め凹凸の起伏傾向が分かっている場合等では、第１の凹凸測定工程を行わなくても構わない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の半導体ウェーハの製造方法および半導体ウェーハによれば、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し、この凹凸に応じてプラズマ加工が施されるので、非常に小さいレーザ光のスポットにより、大幅に測定精度が向上し、特に形状変化の大きい周辺部を高精度に測定可能になって、周辺除外領域を小さくすることができる。したがって、デザインルール０．１０μｍ以降の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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの第１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】本発明に係る半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの第１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】本発明に係る半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの第１実施形態における周辺部の測定ピッチを示す説明図である。
【図４】本発明に係る半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの第１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。
【図５】本発明に係る半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの第２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６】本発明に係る半導体ウェーハの製造方法及び半導体ウェーハの第２実施形態における第１の凹凸測定工程および第２の凹凸測定工程の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｅシリコンウェーハの周辺部
Ｌレーザ光
Ｐ１、Ｐ２測定ピッチ
Ｓ５研磨工程
Ｓ６凹凸測定工程（被加工面測定工程）
Ｓ６１第１の凹凸測定工程（第１の測定工程）
Ｓ６２第２の凹凸測定工程（第２の測定工程）
Ｓ７プラズマ加工工程
Ｓシリコンウェーハの表面
Ｒシリコンウェーハの裏面
Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）

Claims

半導体ウェーハの表裏面の少なくとも一方の被加工面をプラズマエッチングにより加工する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、
前記被加工面の反対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反対面の凹凸を測定する反対面測定工程と、
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、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とともに、前記被加工面の凹凸及び前記反対面の凹凸に応じて被加工面を加工し、
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し、
前記被加工面の任意の半径方向における凹凸を測定する第１の測定工程と、
このデータから前記半径方向の凹凸に応じて前記レーザ光による測定ピッチを、形状変化の大きい領域では細かな測定ピッチにし、形状変化の小さい領域では大きな測定ピッチに変えながら前記被加工面全体の凹凸を測定する第２の測定工程とを備え、
前記被加工面の周辺部を測定する際に前記レーザ光による測定ピッチを他の部分より小さく設定することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
請求項１記載の半導体ウェーハの製造方法において、
前記第１の測定工程において、直線的に半径方向の凹凸をサンプリングして起伏傾向を求め、前記第２の測定工程では、螺旋状に前記被加工面全体の測定を行うことを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
請求項１または２記載の半導体ウェーハの製造方法において、
前記被加工面の凹凸及び前記反対面の凹凸を同時に測定することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。