JP2004356399A - Local dry etching method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the leaving of recesses and projections having a pitch the same as that of a scanning pitch on a surface when a semiconductor wafer having an oxide film is subjected to a flattening work by local dry etching method. <P>SOLUTION: In removing recesses and projections on a semiconductor wafer by scanning the surface of the semiconductor wafer with a controlled relative speed of a nozzle jetting a gas of activative species against the surface of the semiconductor wafer in the local dry etching method, the surface of the semiconductor wafer is heated whereby the etching is effected under a condition in which the etching rates of the oxide film formed on the surface and a silicon single body below the oxide film are approached substantially. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、局所エッチング方法に関する。局所エッチング方法は、活性種ガスにより、半導体ウェハなどの表面の凸部を局所的にエッチングすることにより、平坦化あるいは厚さ分布を均一にするための技術である。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、プラズマを用いた局所ドライエッチングによるウェハの平坦化方法の原理を説明するための説明図である。符号１００はプラズマ発生部であり、プラズマ発生部１００で発生したプラズマ中の活性種ガスＧは、ノズル１０１から半導体ウェハＷの表面に噴射される。半導体ウェハＷはウェハテーブル１２０上に載置固定されており、ウェハテーブル１２０をノズル１０１に対して水平方向に制御された速度でスキャンさせる。
【０００３】
半導体ウェハＷは供給されたときには場所に応じて厚さが異り、微細な凹凸を備えている。平坦化するためのドライエッチング加工に先立って、半導体ウェハＷ毎に、その細分化された各領域における厚さが測定される。この測定は大気中で行われ、各領域の位置とその位置の厚さのデータ、すなわち、位置−厚さデータが得られる。局所ドライエッチング方法では、領域毎の材料除去量は、その領域が活性種ガスＧに曝される時間に対応する。このため、半導体ウェハに対してノズルが通過する相対速度（以下、ノズル速度という）は、相対的に厚い部分（以下、相対厚部という）Ｗａの上では低速で、また、相対的に薄い部分では相対的に高速で、移動するように速度が決定される。
【０００４】
図２は、噴射される活性種ガスにより単位時間当たりに除去される半導体ウェハ材料の量（深さ）、すなわちエッチングレート、の分布を示すグラフである。このエッチングレートプロファイルと呼ばれる曲線はガウス分布に非常に近い曲線である。この図２に示されるように、エッチングレートＥはノズル１０１の中心線上において最大の値Ｅｍａｘを有し、中心から半径ｒ方向に遠ざかるにつれて減少する。
【０００５】
このように材料除去能力がノズル中心からの距離に応じ分布を示すために、一つの領域に対して要求される材料除去量は、一つの領域のノズル速度だけによっては決定することができない。つまり、一つの領域において、必要な材料除去が行われたとしても、隣の領域あるいは更にその隣の領域に対してエッチングが行われるとき、最初の領域についても上記エッチングレートプロファイルに応じた材料除去が行われるからである。
【０００６】
このように、一つの領域には、他の全ての領域に対するエッチングの影響が及ぶので、これらの影響を全ての領域について重ね合わせた結果として各領域の表面の高さが互いに等しくなるように、ノズル速度が計算により導き出される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０７−１８３２７６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２４１８９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
現在、多くの半導体ウェハ材料はシリコンの単結晶がスライスされたものである。通常、半導体ウェハは局所ドライエッチング加工するまでに空気に曝される。この間に表面にはＳｉＯ_２からなる非常に薄い酸化膜が形成される。この酸化膜は自然に形成されるものであるが、場合によっては、ウェハを汚染から防止するために化学的に安定している酸化膜を意図的に形成する場合もある。この場合の酸化膜は一般に自然酸化膜よりも厚く形成される。
【０００９】
上記位置−厚さデータと計算によって得られたノズル速度で局所ドライエッチングを行えば所望の平面が得られるはずである。ところが、実際に加工し、ウェハ表面を基準に測定したとき、単なる誤差としては説明の付かないスキャンピッチに対応した微小な凹凸が認められることが問題になってきた。このような問題に対して発明者らは予め酸化膜を除去することにより上記酸化膜の影響を無くすことができる技術を開発した（特願２００２−２１３１７９号）。本発明は、上記出願とは異なる角度からなされた発明であって、酸化膜とシリコン単結晶との間のドライエッチングのし易さあるいはし難さの違いが温度によって影響を受けるとの知見を得、温度を制御することにより酸化膜の影響を低減させ、より簡単に良好な平坦面を得ることができる局所ドライエッチング方法を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段により解決される。すなわち、第１番目の発明は、活性種ガスを半導体ウェハの表面に向けて噴出するノズルを制御された相対速度で半導体ウェハ表面をスキャンすることによって半導体ウェハの凹凸を除去するとき、上記半導体ウェハの表面を加熱することによって、表面に形成されている酸化膜とその下のシリコン単体とのエッチングレートを実質的に接近させてエッチングすることを特徴とする局所ドライエッチング方法である。
【００１１】
第２番目の発明は、第１番目の発明の局所ドライエッチング方法において、上記半導体ウェハは、その表面に厚さ５ｎｍ以下の酸化膜が形成されたものであることを特徴とする局所ドライエッチング方法である。
【００１２】
第３番目の発明は、第１番目又は第２番目の発明の局所ドライエッチング方法において、上記半導体ウェハの表面の酸化膜の加熱温度は、１５０°Ｃ乃至３００°Ｃの範囲であることを特徴とする局所ドライエッチング方法である。
【００１３】
第４番目の発明は、第１番目又は第２番目の発明の局所ドライエッチング方法において、上記半導体ウェハの表面の酸化膜の加熱温度は、２００°Ｃ乃至２５０°Ｃの範囲であることを特徴とする局所ドライエッチング方法である。
【００１４】
第５番目の発明は、第１番目から第４番目までの発明の局所ドライエッチング方法において、上記半導体ウェハの表面の酸化膜は、ウェハテーブルに備えられたヒーターによって加熱されることを特徴とする局所ドライエッチング方法である。
【００１５】
第６番目の発明は、第１番目から第４番目までの発明の局所ドライエッチング方法において、上記半導体ウェハの表面の酸化膜は、ウェハテーブルの上部からこれに照射される赤外線又はレーザー光線によって加熱されることを特徴とする局所ドライエッチング方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
局所ドライエッチングにおけるノズルの速度は、予め求めた位置−厚さデータ、ノズルがスキャンする間隔すなわちスキャンピッチ、及び、エッチングプロファイルから計算される。このとき使用されるエッチングプロファイルは酸化膜が形成されていないシリコンを対象として事前に求めたものである。
【００１７】
ドライエッチングのし易さの観点から見ると、シリコン酸化物ＳｉＯ_２はシリコン単体と比べて非常に低い（つまりエッチングしにくい）。このため、酸化膜の形成された半導体ウェハに活性種ガスを照射すると、当初、表の酸化膜のみが遅い速度で、シリコン酸化物の一定のエッチングプロファイルに従ってエッチングされる。ところが、照射が続けられる内に中心部において酸化膜の全てが除去されたとき、下地のシリコン単体がこのガスに曝されるようになる。上述のようにシリコン単体のドライエッチングのし易さは酸化物に比べて高いため、中心部のドライエッチングが急速に進行する。図３の説明図には、このときの状態が誇張して示されている。
【００１８】
これは、酸化膜付きの半導体ウェハについては、実質的なあるいは実効的なエッチングプロファイルが大きく変形することを意味し、現実のエッチング結果と計算上のエッチング結果が大きく乖離することになる。さらに、この場合のエッチングプロファイルは、エッチングの進行とともに変形するため、この変形を考慮に入れてノズル速度を計算することは実質的に困難である。
【００１９】
本発明の局所ドライエッチング方法では、酸化膜とシリコン単結晶との間のドライエッチングのし易さあるいはし難さ（エッチングレート）の違いを半導体ウェハを加熱することによって低減させ、もって、より簡単に良好な平坦面を得ることができるようにしている。
【００２０】
図４は、本発明の局所ドライエッチング方法を実施するための装置の一例を示す説明図である。また、図５はウェハテーブルの要部断面図である。局所エッチング装置は、プラズマ発生器１、ガス供給装置３、真空チャンバー４、Ｘ−Ｙ駆動機構５を具備している。真空チャンバー４の隣には搬送チャンバー４８１が、更にその隣のロードチャンバー４８２が設けられている。
【００２１】
ロードチャンバー４８２は半導体ウェハＷを真空チャンバー４内に出し入れするとき、事前に真空チャンバー４の圧力と等しくなるように圧力調整を容易化するために設けられた小容積のチャンバーである。搬送チャンバー４８１は内部に不図示の搬送ロボットが納められており、このロボットによってウェハは真空チャンバー４とロードチャンバー４８２間で搬送される。これらのチャンバー間に設けられた搬入搬出扉４６１、４６２は真空あるいは大気がチャンバー間を移動しないようにするために設けられたものである。
【００２２】
プラズマ発生器１はアルミナ放電管２内のガスをプラズマ化させて中性ラジカルを含んだ活性種ガスＧを生成するための機器であり、マイクロ波発振器１０と導波管１１とを備えている。マイクロ波発振器１０は、マグネトロンであり、所定周波数のマイクロ波Ｍを発振することができる。
【００２３】
導波管１１は、マイクロ波発振器１０から発振されたマイクロ波Ｍを伝搬するためのもので、アルミナ放電管２に外挿されている。導波管１１の左側端内部には、マイクロ波Ｍを反射して定在波を形成する反射板（ショートプランジャー）１２が取り付けられている。更に、導波管１１の中途には、マイクロ波Ｍの位相合わせを行うスタブチューナ１３と、マイクロ波発振器１０に向かう反射マイクロ波Ｍを９０°方向に（図４の表面方向）に曲げるアイソレータ１４とが取り付けられている。
【００２４】
アルミナ放電管２は、下端部にノズル２０が形成された円筒体であり、上端部には、ガス供給装置３の供給パイプ３０が連結されている。ガス供給装置３は、アルミナ放電管２内にガスを供給するための装置であり、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）ガスのボンベ３１を有し、ボンベ３１がバルブ３２と流量制御器３３を介して供給パイプ３０に連結されている。なお、六フッ化硫黄ガスは、このように単独のガスとすることもできるが、供給パイプ３０に他のガスを同時に供給し、六フッ化硫黄ガスを含んだ混合ガスとすることもできる。
【００２５】
ガス供給装置３からアルミナ放電管２にガスを供給すると共に、マイクロ波発振器１０によってマイクロ波Ｍを発振すると、アルミナ放電管２内においてガスのプラズマ化が行われる。プラズマ化によって生成された活性種ガスＧがノズル２０から噴射される。
【００２６】
半導体ウェハＷは、真空チャンバー４内のウェハテーブル４０上に配置され、ウェハテーブル４０に静電気力によって吸着される。真空チャンバー４には、真空ポンプ４１がとりつけられており、この真空ポンプ４１によって真空チャンバー４内を真空にする（減圧する）ことができる。また、真空チャンバー４の上面中央部には、孔４２が穿設され、この孔４２を通してアルミナ放電管２のノズル２０が真空チャンバー４内に挿入されている。孔４２とアルミナ放電管２との間にはＯ−リング４３が装着され、孔４２とアルミナ放電管２との間が気密に保持されている。孔４２に挿入されたノズル２０の周囲にはダクト４４が設けられている。ダクト４４には他の真空ポンプ４５が接続されており、エッチング時の反応生成ガスはダクト４４を通って真空チャンバー４の外部に排出される。ダクト４４はノズル２０を取り囲むように設けられている。排気がダクト４４内を通過するとき、真空チャンバー内の気体が集中して来るため、この排気流量によって噴出する活性種ガスのエッチングプロファイルが調整できる。真空ポンプ４５と真空チャンバー４との間には排気流量を調整する流量調整装置４７が設けられており、これによりエッチングプロファイルの調整を容易にしている。真空ポンプ４５の排出量を調整できれば流量調整装置４７を設けるかどうかは任意である。
【００２７】
Ｘ−Ｙ駆動機構５が真空チャンバー４内に配されており、ウェハテーブル４０の下方からこれを支持している。このＸ−Ｙ駆動機構５は、そのＸ駆動モータ５０によってウェハテーブル４０を図４の左右方向に移動させ、そのＹ駆動モータ５１によってウェハテーブル４０とＸ駆動モータ５０とを一体に図４の紙面表裏方向に移動させる。すなわち、このＸ−Ｙ駆動機構５によってノズル２０を半導体ウェハＷに対して相対的にＸ−Ｙ方向に移動させることができる。
【００２８】
図５に示されるように、ウェハテーブル４０のウェハ支持面４０１の下部にはヒーター４０２が埋め込まれている。このヒーター４０２は半導体ウェハＷの外径に比べて相当大きく、半導体ウェハＷの下部よりも外側まで加熱領域が大きく広がったサイズである。これは、特に周辺部と内側で半導体ウェハの温度分布に偏りが生じないようにするためである。ヒーター４０２のオンオフ、加熱温度は真空チャンバー４の外部から例えば制御コンピュータ４９によって制御することができる。
【００２９】
ガス供給装置３のバルブ３２を開くと、ボンベ３１内のＳＦ_６ガスが供給パイプ３０に流出して、アルミナ放電管２に供給される。ＳＦ_６ガスの流量はバルブ３２の開度によって調整される。
【００３０】
上記ＳＦ_６ガス又はこの混合ガスの供給作業と平行して、マイクロ波発振器１０を駆動する。アルミナ放電管２内のＳＦ_６ガスがマイクロ波Ｍによってプラズマ化される。ガスのプラズマ化によって、中性のＦ（フッ素）ラジカルを含んだ活性種ガスＧが生成される。活性種ガスＧはアルミナ放電管２のノズル２０に案内されて、ノズル２０の開口２０ａから半導体ウェハＷの表面に向けて噴射される。
【００３１】
活性種ガスの噴射と平行して、制御コンピュータ４９によってＸ−Ｙ駆動機構５が制御され、ウェハテーブル４０は決められた軌跡に沿って予め計算された速度で移動する。
【００３２】
噴射された活性種ガスは半導体ウェハの表面の材料と化学反応を起こす。この化学反応によって生成した生成物はガス状であるため、この生成ガスをその場から容易に除去する（流し去る）ことができる。これによって半導体ウェハＷの表面から材料が除去される。除去される量は材料表面が活性種ガスに曝される時間に実質的に比例するので、半導体ウェハＷとノズル２０との相対速度を制御することによって、除去量を制御する。この相対速度は、予め測定されている半導体ウェハＷの凹凸のデータ、すなわち、位置−厚さデータ、に基づいて決定される。
【００３３】
本発明方法は、以上のような局所ドライエッチング装置を用いて行われ、手順は以下のようである。まず真空下の真空チャンバー４、搬送チャンバー４８１及びロードチャンバー４８２間を隔てる搬入搬出扉のうち搬入搬出扉４６２を開き（搬入搬出扉４６１は閉じたまま）、不図示のロボットによってロードチャンバー４８２から酸化膜が形成されている半導体ウェハＷを搬送チャンバー４８１内に取り込む。次いで搬入搬出扉４６２を閉じ、代わって搬入搬出扉４６１を開き、ロボットはこれを真空チャンバー４内に搬入し、ウェハテーブル４０上に載置し、これを吸着把持させる。半導体ウェハＷをウェハテーブル４０に吸着すると、ヒーター４０２によってウェハテーブル４０の表面が加熱されているため、熱は半導体ウェハＷに伝達され半導体ウェハＷの表面が所定の温度に加熱される。次に、搬入搬出扉４６１を閉じ、バルブ３２を開いてボンベ３１内のＳＦ_６ガスをアルミナ放電管２に送る。
【００３４】
マイクロ波発振器１０を動作させ、アルミナ放電管２内のＳＦ_６ガスをプラズマ化しフッ素活性種ガスを発生させノズルの開口２０ａから噴出させる。次いで、Ｘ駆動モータ５０、Ｙ駆動モータ５１を駆動して、半導体ウェハＷが開口２０ａの下に来るように、ウェハテーブル４０をそれまでの退避位置から移動させ、予め計算されたノズル速度（領域毎に異なる）でもってスキャンする。このとき半導体ウェハＷが加熱されており、加熱によって、酸化膜とその下のシリコン単結晶とは、非常に近いエッチングレートで加工されることになる。このため、酸化膜の影響が低減されるので、エッチングが実質的に予定されたとおりに行われる。特に、酸化膜が５ｎｍ以下のような自然酸化膜では、実質的に影響を無視できる程度の加工ができる。このため、加工後に凹凸が残ることは実質的に防止される。
【００３５】
平坦化終了後、ウェハテーブル４０を退避位置に移動させ、搬入搬出扉４６１を開くと不図示ロボットが加工を終了した半導体ウェハＷを取り出してロードチャンバー４８２内に取り込む。次に搬入搬出扉４６１を閉じて搬入搬出扉４６２を開き、ロボットはロードチャンバー４８２内にこの半導体ウェハＷを置き、新しいウェハを先に述べた手順に従って真空チャンバー４内に搬入する。加工済みのウェハはロードチャンバー４８２から次の工程に送られる。
【００３６】
なお、上のように１枚ずつ外部からロードチャンバー４８２内に搬入する、あるいは、外部へ１枚ずつ搬出する代わりに、複数枚、例えば２５枚ウェハを納めたカセット単位でこの搬入搬出を行うようにすることも可能である。この場合、ロードチャンバー４８２内を真空にする手間とエネルギーを少なくすることができる。また、活性種ガスの原料としては、ＳＦ_６だけでなく、ＣＦ_４、ＮＦ_３などを使用することができ、更に、補助として酸素などを添加をすることができる。
【００３７】
図６は、ウェハテーブル４０の加熱温度の設定を変えて平均取り量の設定１μｍでエッチング加工したときに実際に得られた加工測定値を一部分（ウェハー直径上の位置１２ｍｍから４０ｍｍまで）について示すグラフである。また、図７は、ウェハテーブル４０の加熱温度と平均加工誤差（ピーク トゥー バレーのウェハー直径全体についての平均）の関係を示すグラフである。いずれも一例である。
【００３８】
これらのグラフに示されるように、ウェハテーブル４０の温度を１００°Ｃに設定したとき、表面形状にはピーク トゥー バレーで５５ｎｍ程度の凹凸が残るのに対し、１５０°Ｃではこれが３０ｎｍ程度になり、２００°Ｃでは２０ｎｍ、２５０°Ｃでは３ｎｍ程度になっている。このことから、半導体ウェハＷの温度（ウェハテーブル４０の温度）を上げると加工誤差が小さくなることがわかる。
【００３９】
加工後の半導体ウェハが要求される誤差を満たし、かつ、ダメージを受けないために、実質的に有意な加熱温度は、１５０°Ｃ乃至３００°Ｃの範囲とし、更には２００°Ｃ乃至２５０°Ｃの範囲とすることがより好ましいものと評価できる。
【００４０】
上で説明した実施形態の局所ドライエッチング方法においては、半導体ウェハの表面の酸化膜の加熱がヒーターによって行われているが、代わってウェハテーブルの上部から赤外線又はレーザー光線を照射することによって酸化膜を加熱することも可能である。
【００４１】
なお、出願人が先に出願した特開２０００−１２４１８９号公報には、ウェハテーブルを加熱する技術が示されているが、これは、エッチングによって表面が白濁するという問題、及び、半導体ウェハの外周部と内周部ではエッチングレートが異なるという問題を解決するためになされたものであって、本発明のように半導体ウェハの酸化膜の問題を扱ったものではないので、目的を異にし、またそのために、加熱温度の範囲も異なるものである。
【００４２】
以上に述べたように、本実施形態によれば、半導体ウェハが加熱下でエッチングされるので、表面に形成されている酸化膜とその下のシリコン単体とのエッチングレートが実質的に接近し、酸化膜の影響が実質的に除去され、このため、予め求められた単一のエッチングプロファイルとそれを元に計算したノズル速度によって実質的に予定したとおりのエッチングを行うことができる。また、加熱という簡単な手段によってこれを行うことが可能であるため、既存の局所エッチング装置のウェハテーブルの簡単な改造だけで済む。更に、別工程で酸化膜の除去を行う必要が無く、一回のエッチングによって平坦化を行うことができるため、スループットを向上させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウェハが加熱下でエッチングされるので酸化膜の影響が実質的に除去され、このため、予め求められた単一のエッチングプロファイルとそれを元に計算したノズル速度によって実質的に予定したとおりのエッチングを行うことができるという効果を奏する。また、加熱という簡単な手段によってこれを行うことが可能であるため、既存の局所エッチング装置のウェハテーブルの簡単な改造だけで済むという効果を奏する。更に、別工程で酸化膜の除去を行う必要が無く、一回のエッチングによって平坦化を行うことができるため、スループットを向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマを用いた局所ドライエッチングによるウェハの平坦化方法の原理を説明するための説明図である。
【図２】噴射される活性種ガスのエッチングレートの分布を示すグラフである。
【図３】酸化膜の影響を受けてエッチングプロファイルが変形する様子を示す説明図である。
【図４】局所ドライエッチング方法を実施するための装置の一例を示す説明図である。
【図５】実施形態のウェハテーブルの要部断面図である。
【図６】ウェハテーブル４０の加熱温度の設定を変えて平均取り量の設定１μｍでエッチング加工したときに実際に得られた加工測定値を一部分（ウェハー直径上の位置１２ｍｍから４０ｍｍまで）について示すグラフ（一例）である。
【図７】ウェハテーブル４０の加熱温度と平均加工誤差（ピーク トゥー バレーのウェハー直径全体についての平均）の関係を示すグラフ（一例）である。
【符号の説明】
１ プラズマ発生器
１０ マイクロ波発振器
１００ プラズマ発生部
１０１ ノズル
１１ 導波管
１２ 反射板（ショートプランジャー）
１２０ ウェハテーブル
１３ スタブチューナ
１４ アイソレータ
２ アルミナ放電管
２０ ノズル
２０ａ 開口
３ ガス供給装置
３０ 供給パイプ
３１ ボンベ
３２ バルブ
３３ 流量制御器
４ 真空チャンバー
４０ ウェハテーブル
４０１ ウェハ支持面
４０２ ヒーター
４１ 真空ポンプ
４２ 孔
４３ Ｏ−リング
４４ ダクト
４５ 真空ポンプ
４６１、４６２ 搬入搬出扉
４７ 流量調整装置
４８１ 搬送チャンバー
４８２ ロードチャンバー
４９ 制御コンピュータ
５ Ｘ−Ｙ駆動機構
５０ Ｘ駆動モータ
５１ Ｙ駆動モータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a local etching method. The local etching method is a technique for locally etching a convex portion on a surface of a semiconductor wafer or the like with an active species gas, thereby flattening or uniforming the thickness distribution.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle of a method of planarizing a wafer by local dry etching using plasma. Reference numeral 100 denotes a plasma generation unit. The active species gas G in the plasma generated by the plasma generation unit 100 is jetted from the nozzle 101 to the surface of the semiconductor wafer W. The semiconductor wafer W is mounted and fixed on the wafer table 120, and scans the wafer table 120 with respect to the nozzle 101 in a horizontal direction at a controlled speed.
[0003]
When supplied, the semiconductor wafer W varies in thickness depending on the location and has fine irregularities. Prior to dry etching for flattening, the thickness of each subdivided region of each semiconductor wafer W is measured. This measurement is performed in the atmosphere, and data on the position of each region and the thickness at that position, that is, position-thickness data is obtained. In the local dry etching method, the amount of material removed for each region corresponds to the time during which the region is exposed to the active species gas G. Therefore, the relative speed at which the nozzle passes through the semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a nozzle speed) is low on a relatively thick portion (hereinafter, referred to as a relative thick portion) Wa, and is relatively thin. Is relatively fast, and the speed is determined so as to move.
[0004]
FIG. 2 is a graph showing the distribution of the amount (depth) of the semiconductor wafer material removed per unit time by the injected active species gas, that is, the etching rate. The curve called the etching rate profile is a curve very close to a Gaussian distribution. As shown in FIG. 2, the etching rate E has the maximum value Emax on the center line of the nozzle 101, and decreases as the distance from the center in the radius r direction increases.
[0005]
As described above, since the material removing ability shows a distribution according to the distance from the nozzle center, the material removing amount required for one region cannot be determined only by the nozzle speed of one region. In other words, even if the necessary material is removed in one area, when the etching is performed on the adjacent area or further adjacent area, the material removal according to the etching rate profile is performed on the first area. Is performed.
[0006]
As described above, since the influence of the etching on all the other regions affects one region, as a result of superimposing these effects on all the regions, the heights of the surfaces of the respective regions are equal to each other. The nozzle speed is derived by calculation.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-07-183276 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-124189
[Problems to be solved by the invention]
Currently, many semiconductor wafer materials are sliced silicon single crystals. Usually, the semiconductor wafer is exposed to air before the local dry etching. During this time, a very thin oxide film made of SiO ₂ is formed on the surface. Although this oxide film is formed naturally, in some cases, a chemically stable oxide film may be formed intentionally to prevent the wafer from being contaminated. In this case, the oxide film is generally formed thicker than the natural oxide film.
[0009]
If local dry etching is performed at the position-thickness data and the nozzle speed obtained by the calculation, a desired plane should be obtained. However, when the wafer is actually processed and measured with reference to the wafer surface, there has been a problem that minute irregularities corresponding to a scan pitch that cannot be explained are recognized as mere errors. To solve such a problem, the inventors have developed a technique capable of eliminating the influence of the oxide film by removing the oxide film in advance (Japanese Patent Application No. 2002-213179). The present invention is an invention made from a different angle from the above-mentioned application, and has a knowledge that the difference in ease or difficulty of dry etching between an oxide film and a silicon single crystal is affected by temperature. It is another object of the present invention to provide a local dry etching method capable of reducing the influence of an oxide film by controlling the temperature and easily obtaining a good flat surface.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by the following means. That is, the first invention removes the irregularities of the semiconductor wafer by scanning the surface of the semiconductor wafer at a controlled relative speed with a nozzle for ejecting the active species gas toward the surface of the semiconductor wafer. Is a local dry etching method characterized in that the surface is heated so that the etching rate between the oxide film formed on the surface and the silicon alone under the surface is made substantially close to each other to perform etching.
[0011]
A second invention is directed to the local dry etching method according to the first invention, wherein the semiconductor wafer has an oxide film having a thickness of 5 nm or less formed on a surface thereof. It is.
[0012]
According to a third invention, in the local dry etching method according to the first or second invention, the heating temperature of the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is in a range of 150 ° C. to 300 ° C. Is a local dry etching method.
[0013]
According to a fourth invention, in the local dry etching method according to the first or second invention, the heating temperature of the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is in a range of 200 ° C. to 250 ° C. Is a local dry etching method.
[0014]
According to a fifth invention, in the local dry etching method according to the first to fourth inventions, the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is heated by a heater provided on the wafer table. This is a local dry etching method.
[0015]
In a sixth aspect, in the local dry etching method according to the first to fourth aspects, the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is heated by infrared rays or a laser beam irradiated from above the wafer table. A local dry etching method.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The nozzle speed in the local dry etching is calculated from the position-thickness data obtained in advance, the interval at which the nozzle scans, that is, the scan pitch, and the etching profile. The etching profile used at this time is obtained in advance for silicon on which an oxide film is not formed.
[0017]
From the viewpoint of ease of dry etching, silicon oxide SiO ₂ is very low (that is, hard to etch) as compared with silicon alone. Therefore, when the semiconductor wafer on which the oxide film is formed is irradiated with the active species gas, initially, only the oxide film in the table is etched at a slow speed in accordance with a constant etching profile of silicon oxide. However, when the entire oxide film is removed at the central portion while the irradiation is continued, the underlying silicon alone is exposed to this gas. As described above, the dry etching of silicon alone is higher than that of oxide, so that the dry etching of the central portion proceeds rapidly. The state at this time is exaggerated in the explanatory diagram of FIG.
[0018]
This means that, for a semiconductor wafer with an oxide film, the substantial or effective etching profile is greatly deformed, and the actual etching result and the calculated etching result are greatly separated. Furthermore, since the etching profile in this case changes as the etching progresses, it is substantially difficult to calculate the nozzle speed taking this deformation into account.
[0019]
According to the local dry etching method of the present invention, the difference in the ease or difficulty (etching rate) of dry etching between an oxide film and a silicon single crystal is reduced by heating a semiconductor wafer, thereby making it easier. A good flat surface can be obtained.
[0020]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of an apparatus for performing the local dry etching method of the present invention. FIG. 5 is a sectional view of a main part of the wafer table. The local etching apparatus includes a plasma generator 1, a gas supply device 3, a vacuum chamber 4, and an XY driving mechanism 5. A transfer chamber 481 is provided next to the vacuum chamber 4, and a load chamber 482 is provided next to the transfer chamber 481.
[0021]
The load chamber 482 is a small-capacity chamber provided for facilitating pressure adjustment so that the pressure becomes equal to the pressure of the vacuum chamber 4 in advance when the semiconductor wafer W is taken in and out of the vacuum chamber 4. A transfer robot (not shown) is housed in the transfer chamber 481, and the wafer is transferred between the vacuum chamber 4 and the load chamber 482 by the robot. The loading / unloading doors 461 and 462 provided between these chambers are provided to prevent vacuum or the atmosphere from moving between the chambers.
[0022]
The plasma generator 1 is a device for converting the gas in the alumina discharge tube 2 into plasma to generate an active species gas G containing neutral radicals, and includes a microwave oscillator 10 and a waveguide 11. . The microwave oscillator 10 is a magnetron, and can oscillate a microwave M having a predetermined frequency.
[0023]
The waveguide 11 is for transmitting the microwave M oscillated from the microwave oscillator 10, and is extrapolated to the alumina discharge tube 2. A reflector (short plunger) 12 that reflects the microwave M and forms a standing wave is attached inside the left end of the waveguide 11. Further, in the middle of the waveguide 11, a stub tuner 13 for adjusting the phase of the microwave M and an isolator 14 for bending the reflected microwave M toward the microwave oscillator 10 in a 90 ° direction (surface direction in FIG. 4). And are attached.
[0024]
The alumina discharge tube 2 is a cylindrical body having a nozzle 20 formed at a lower end, and a supply pipe 30 of a gas supply device 3 is connected to an upper end. The gas supply device 3 is a device for supplying a gas into the alumina discharge tube 2, and has a gas cylinder 31 of SF ₆ (sulfur hexafluoride) gas, and the gas cylinder 31 is connected via a valve 32 and a flow rate controller 33. Connected to the supply pipe 30. The sulfur hexafluoride gas may be a single gas as described above, or another gas may be simultaneously supplied to the supply pipe 30 to be a mixed gas containing the sulfur hexafluoride gas.
[0025]
When the gas is supplied from the gas supply device 3 to the alumina discharge tube 2 and the microwave M is oscillated by the microwave oscillator 10, the gas is turned into plasma in the alumina discharge tube 2. The active species gas G generated by the plasma is injected from the nozzle 20.
[0026]
The semiconductor wafer W is arranged on a wafer table 40 in the vacuum chamber 4 and is attracted to the wafer table 40 by electrostatic force. A vacuum pump 41 is attached to the vacuum chamber 4, and the inside of the vacuum chamber 4 can be evacuated (depressurized) by the vacuum pump 41. A hole 42 is formed in the center of the upper surface of the vacuum chamber 4, and the nozzle 20 of the alumina discharge tube 2 is inserted into the vacuum chamber 4 through the hole 42. An O-ring 43 is mounted between the hole 42 and the alumina discharge tube 2 to keep the space between the hole 42 and the alumina discharge tube 2 airtight. A duct 44 is provided around the nozzle 20 inserted in the hole 42. Another vacuum pump 45 is connected to the duct 44, and a reaction product gas at the time of etching is discharged to the outside of the vacuum chamber 4 through the duct 44. The duct 44 is provided so as to surround the nozzle 20. When the exhaust gas passes through the duct 44, the gas in the vacuum chamber is concentrated. Therefore, the etching flow rate of the active species gas to be ejected can be adjusted by the exhaust gas flow rate. Between the vacuum pump 45 and the vacuum chamber 4, there is provided a flow rate adjusting device 47 for adjusting the exhaust flow rate, thereby facilitating the adjustment of the etching profile. As long as the discharge amount of the vacuum pump 45 can be adjusted, the provision of the flow rate adjusting device 47 is optional.
[0027]
An XY drive mechanism 5 is provided in the vacuum chamber 4 and supports the wafer table 40 from below. The XY drive mechanism 5 moves the wafer table 40 in the left-right direction in FIG. 4 by the X drive motor 50, and integrally integrates the wafer table 40 and the X drive motor 50 by the Y drive motor 51 in FIG. Move it upside down. That is, the nozzle 20 can be moved in the XY direction relatively to the semiconductor wafer W by the XY driving mechanism 5.
[0028]
As shown in FIG. 5, a heater 402 is embedded below the wafer support surface 401 of the wafer table 40. The heater 402 is considerably larger than the outer diameter of the semiconductor wafer W, and has a size in which the heating area is greatly extended to the outside of the lower portion of the semiconductor wafer W. This is to prevent a bias in the temperature distribution of the semiconductor wafer particularly at the peripheral portion and the inside. The on / off and heating temperature of the heater 402 can be controlled from outside the vacuum chamber 4 by the control computer 49, for example.
[0029]
When the valve 32 of the gas supply device 3 is opened, the SF ₆ gas in the cylinder 31 flows out to the supply pipe 30 and is supplied to the alumina discharge tube 2. The flow rate of the SF ₆ gas is adjusted by the opening of the valve 32.
[0030]
The microwave oscillator 10 is driven in parallel with the operation of supplying the SF ₆ gas or the mixed gas. The SF ₆ gas in the alumina discharge tube 2 is turned into plasma by the microwave M. By the gasification of the gas, an active species gas G containing neutral F (fluorine) radicals is generated. The active species gas G is guided to the nozzle 20 of the alumina discharge tube 2, and is injected from the opening 20 a of the nozzle 20 toward the surface of the semiconductor wafer W.
[0031]
In parallel with the injection of the active species gas, the XY drive mechanism 5 is controlled by the control computer 49, and the wafer table 40 moves at a speed calculated in advance along a predetermined trajectory.
[0032]
The injected active species gas causes a chemical reaction with the material on the surface of the semiconductor wafer. Since the product produced by this chemical reaction is in a gaseous state, the produced gas can be easily removed (run off) from the place. As a result, the material is removed from the surface of the semiconductor wafer W. Since the amount removed is substantially proportional to the time during which the material surface is exposed to the active species gas, the amount removed is controlled by controlling the relative speed between the semiconductor wafer W and the nozzle 20. The relative speed is determined based on data of the unevenness of the semiconductor wafer W measured in advance, that is, position-thickness data.
[0033]
The method of the present invention is performed using the above-described local dry etching apparatus, and the procedure is as follows. First, the carry-in / out door 462 of the carry-in / out doors separating the vacuum chamber 4, the transfer chamber 481, and the load chamber 482 under vacuum is opened (while the carry-in / out door 461 is closed), and the load chamber 482 is oxidized by a robot (not shown). The semiconductor wafer W on which the film is formed is taken into the transfer chamber 481. Next, the carry-in / carry-out door 462 is closed, and the carry-in / carry-out door 461 is opened in its place, and the robot carries it into the vacuum chamber 4, places it on the wafer table 40, and suction-holds it. When the semiconductor wafer W is attracted to the wafer table 40, since the surface of the wafer table 40 is heated by the heater 402, the heat is transmitted to the semiconductor wafer W and the surface of the semiconductor wafer W is heated to a predetermined temperature. Next, the loading / unloading door 461 is closed, the valve 32 is opened, and the SF ₆ gas in the cylinder 31 is sent to the alumina discharge tube 2.
[0034]
By operating the microwave oscillator 10, the SF ₆ gas in the alumina discharge tube 2 is turned into plasma to generate a fluorine active species gas, which is ejected from the nozzle opening 20a. Next, the X drive motor 50 and the Y drive motor 51 are driven to move the wafer table 40 from the retreat position so far so that the semiconductor wafer W comes under the opening 20a, and the nozzle speed (area Each time is different). At this time, the semiconductor wafer W is heated, and by the heating, the oxide film and the underlying silicon single crystal are processed at a very close etching rate. Thus, the effect of the oxide film is reduced, and the etching is performed substantially as expected. In particular, in the case of a natural oxide film having an oxide film of 5 nm or less, the processing can be performed to such an extent that the influence can be substantially ignored. For this reason, it is substantially prevented that unevenness remains after processing.
[0035]
After the planarization is completed, the wafer table 40 is moved to the retreat position, and when the carry-in / carry-out door 461 is opened, the robot (not shown) takes out the processed semiconductor wafer W and takes it into the load chamber 482. Next, the loading / unloading door 461 is closed and the loading / unloading door 462 is opened, and the robot places the semiconductor wafer W in the load chamber 482 and loads a new wafer into the vacuum chamber 4 according to the procedure described above. The processed wafer is sent from the load chamber 482 to the next step.
[0036]
Note that instead of carrying in the load chamber 482 one by one from the outside as described above, or carrying out one by one to the outside, the carry-in and carry-out may be performed in units of a cassette containing a plurality of wafers, for example, 25 wafers. It is also possible to In this case, it is possible to reduce the labor and energy required to evacuate the load chamber 482. In addition, as a raw material of the active species gas, not only SF ₆ but also CF ₄ and NF ₃ can be used, and further, oxygen and the like can be added as an auxiliary.
[0037]
FIG. 6 shows a part (from the position 12 mm to 40 mm on the wafer diameter) of the processing measurement value actually obtained when the etching process is performed with the setting of the average removal amount 1 μm by changing the setting of the heating temperature of the wafer table 40. It is a graph. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the heating temperature of the wafer table 40 and the average processing error (average of the entire peak-to-valley wafer diameter). Each is an example.
[0038]
As shown in these graphs, when the temperature of the wafer table 40 is set to 100 ° C., peak-to-valley unevenness of about 55 nm remains in the surface shape, whereas at 150 ° C., this becomes about 30 nm. , At 200 ° C., about 3 nm at 250 ° C. From this, it is understood that when the temperature of the semiconductor wafer W (the temperature of the wafer table 40) is increased, the processing error is reduced.
[0039]
In order that the processed semiconductor wafer satisfies the required error and is not damaged, a substantially significant heating temperature is in a range of 150 ° C. to 300 ° C., and further, 200 ° C. to 250 ° C. It can be evaluated that the range of C is more preferable.
[0040]
In the local dry etching method of the embodiment described above, the heating of the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is performed by the heater. Instead, the oxide film is irradiated by irradiating infrared rays or a laser beam from the upper part of the wafer table. Heating is also possible.
[0041]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-124189, filed by the applicant, discloses a technique of heating a wafer table. This technique involves the problem that the surface becomes cloudy due to etching and the outer periphery of a semiconductor wafer. The purpose of the present invention is to solve the problem that the etching rate is different between the portion and the inner peripheral portion, and does not deal with the problem of the oxide film of the semiconductor wafer as in the present invention. Therefore, the range of the heating temperature is also different.
[0042]
As described above, according to the present embodiment, since the semiconductor wafer is etched under heating, the etching rates of the oxide film formed on the surface and the silicon alone therebelow substantially approach, The effect of the oxide film is substantially eliminated, so that etching can be performed substantially as expected by using a single etching profile determined in advance and a nozzle speed calculated based on the single etching profile. Further, since this can be performed by a simple means of heating, only a simple modification of the wafer table of the existing local etching apparatus is required. Further, since there is no need to remove the oxide film in a separate step and the flattening can be performed by one etching, the throughput can be improved.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the semiconductor wafer is etched under heating, the influence of the oxide film is substantially eliminated, and therefore, the single etching profile determined in advance and the nozzle speed calculated based on the single etching profile are substantially eliminated. This has the effect that etching can be performed as originally planned. Further, since this can be performed by a simple means of heating, there is an effect that only a simple modification of the wafer table of the existing local etching apparatus is required. Further, since it is not necessary to remove the oxide film in a separate step, and the flattening can be performed by one etching, there is an effect that the throughput can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle of a method of planarizing a wafer by local dry etching using plasma.
FIG. 2 is a graph showing a distribution of an etching rate of a sprayed active species gas.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing how an etching profile is deformed under the influence of an oxide film.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of an apparatus for performing a local dry etching method.
FIG. 5 is a sectional view of a main part of the wafer table of the embodiment.
FIG. 6 shows a part (from the position 12 mm to 40 mm on the wafer diameter) of the processing measurement value actually obtained when the etching processing is performed at the setting of the average removal amount of 1 μm by changing the setting of the heating temperature of the wafer table 40. It is a graph (an example).
FIG. 7 is a graph (one example) showing the relationship between the heating temperature of the wafer table 40 and the average processing error (average of the entire peak-to-valley wafer diameter).
[Explanation of symbols]
1 Plasma Generator 10 Microwave Oscillator 100 Plasma Generator 101 Nozzle 11 Waveguide 12 Reflector (Short Plunger)
Reference Signs List 120 Wafer table 13 Stub tuner 14 Isolator 2 Alumina discharge tube 20 Nozzle 20a Opening 3 Gas supply device 30 Supply pipe 31 Cylinder 32 Valve 33 Flow rate controller 4 Vacuum chamber 40 Wafer table 401 Wafer support surface 402 Heater 41 Vacuum pump 42 Hole 43 O -Ring 44 Duct 45 Vacuum pump 461, 462 Loading / unloading door 47 Flow rate adjusting device 481 Transfer chamber 482 Load chamber 49 Control computer 5 XY drive mechanism 50 X drive motor 51 Y drive motor

Claims (6)

活性種ガスを半導体ウェハの表面に向けて噴出するノズルを制御された相対速度で半導体ウェハ表面をスキャンすることによって半導体ウェハの凹凸を除去するとき、上記半導体ウェハの表面を加熱することによって、表面に形成されている酸化膜とその下のシリコン単体とのエッチングレートを実質的に接近させてエッチングすることを特徴とする局所ドライエッチング方法。When removing irregularities of the semiconductor wafer by scanning the semiconductor wafer surface at a controlled relative speed with a nozzle that ejects an active species gas toward the surface of the semiconductor wafer, heating the surface of the semiconductor wafer, A local dry etching method characterized in that the etching rate of the oxide film formed on the substrate and the underlying silicon alone are substantially brought close to each other for etching. 請求項１に記載された局所ドライエッチング方法において、上記半導体ウェハは、その表面に厚さ５ｎｍ以下の酸化膜が形成されたものであること
を特徴とする局所ドライエッチング方法。2. The local dry etching method according to claim 1, wherein the semiconductor wafer has an oxide film having a thickness of 5 nm or less formed on a surface of the semiconductor wafer. 請求項１または請求項２のいずれかに記載された局所ドライエッチング方法において、
上記半導体ウェハの表面の酸化膜の加熱温度は、１５０°Ｃ乃至３００°Ｃの範囲であること
を特徴とする局所ドライエッチング方法。In the local dry etching method according to any one of claims 1 and 2,
A local dry etching method, wherein the heating temperature of the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is in a range of 150 ° C. to 300 ° C. 請求項１または請求項２のいずれかに記載された局所ドライエッチング方法において、
上記半導体ウェハの表面の酸化膜の加熱温度は、２００°Ｃ乃至２５０°Ｃの範囲であること
を特徴とする局所ドライエッチング方法。In the local dry etching method according to any one of claims 1 and 2,
A local dry etching method, wherein the heating temperature of the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is in the range of 200 ° C. to 250 ° C. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載された局所ドライエッチング方法において、
上記半導体ウェハの表面の酸化膜は、ウェハテーブルに備えられたヒーターによって加熱されること
を特徴とする局所ドライエッチング方法。In the local dry etching method according to any one of claims 1 to 4,
A local dry etching method, wherein the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is heated by a heater provided on the wafer table. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載された局所ドライエッチング方法において、
上記半導体ウェハの表面の酸化膜は、ウェハテーブルの上部からこれに照射される赤外線又はレーザー光線によって加熱されること
を特徴とする局所ドライエッチング方法。In the local dry etching method according to any one of claims 1 to 4,
A local dry etching method characterized in that the oxide film on the surface of the semiconductor wafer is heated from above the wafer table by infrared rays or a laser beam applied to the wafer table.

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