JP2009253133A - 半導体ウェーハの平坦化方法、局所プラズマ処理装置及び半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、処理時間を抑制することができる半導体ウェーハの平坦化方法、局所プラズマ処理装置及び半導体ウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】エッチングガスをプラズマにより励起して、中性活性種を含むガスを生成し、前記ガスを半導体ウェーハの主面に局所的に供給して、局部的なエッチングを行う半導体ウェーハの平坦化方法であって、半導体ウェーハの面内を、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し、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すること、を特徴とする半導体ウェーハの平坦化方法が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い平坦度が要求される半導体ウェーハの平坦化方法、局所プラズマ処理装置及び半導体ウェーハの製造方法に関する。

シリコンウェーハなどの半導体ウェーハは、表面に微細な回路パターンを形成させる必要上、半導体ウェーハの厚さが均一であること、表面形状が平坦であることが要求される。 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。

ここで、半導体ウェーハ面内における位置によってエッチングレートのプロファイルが変化する。例えば、半導体ウェーハの中央部と周縁部とではエッチングレートが異なる。そのため、半導体ウェーハの中央部と周縁部とを同じ条件でエッチングするものとすれば、平坦度が悪化するおそれがある。

そこで、エッチングレートのプロファイルの違いを考慮した平坦化技術が提案されている（特許文献２、３を参照）。
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。

また、エッチングレートのプロファイルは半導体ウェーハ面内位置のみならず、例えば、中性活性種の濃度、中性活性種を含むガスの流れ、温度などの影響をも受ける。そのため、特許文献２に開示された技術のみでは、平坦度の向上を図ることができないおそれがある。また、特許文献３に開示された技術のように、ノズルを半導体ウェーハの半径方向にジグザグに走査しつつ中央部と周縁部とでエッチング条件を変えるものとすれば演算処理が困難となるおそれがあった。
特開２００１−２４４２４０号公報 特開平１１−２１４３６８号公報 特開２００２−２５２２１０号公報

本発明は、処理時間を抑制することができる半導体ウェーハの平坦化方法、局所プラズマ処理装置及び半導体ウェーハの製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、エッチングガスをプラズマにより励起して、中性活性種を含むガスを生成し、前記ガスを半導体ウェーハの主面に局所的に供給して、局部的なエッチングを行う半導体ウェーハの平坦化方法であって、半導体ウェーハの面内を、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し、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すること、を特徴とする半導体ウェーハの平坦化方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、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が提供される。

さらにまた、本発明の他の一態様によれば、単結晶シリコンのインゴットから半導体ウェーハを切り出し、前記半導体ウェーハの周縁に、面取り加工を施して面取り面を形成し、前記半導体ウェーハの主面を研磨加工し、前記半導体ウェーハをエッチング処理し、上記の半導体ウェーハの平坦化方法を用いて、前記半導体ウェーハの平坦化を行うこと、を特徴とする半導体ウェーハの製造方法が提供される。

本発明によれば、処理時間を抑制することができる半導体ウェーハの平坦化方法、局所プラズマ処理装置及び半導体ウェーハの製造方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。尚、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体ウェーハＷの製造方法について例示をするためのフローチャートである。
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）。

次に、半導体ウェーハＷの面を研磨する研磨加工を行う（ステップＳ３）。
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。

次に、半導体ウェーハＷをエッチング処理して、前述の面取り加工および研磨加工による加工ダメージを除去する（ステップＳ４）。
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。

また、このエッチング処理はドライエッチング処理とすることもできる。例えば、所定のエッチングガス（ＳＦ_４、ＮＦ_３など）をプラズマなどで励起、活性化させて中性活性種などを生成し、このうち、半導体ウェーハＷに与えるダメージが少ない中性活性種を用いてエッチング処理を行うようなものを例示することができる。

次に、半導体ウェーハＷの表面および裏面の凹凸の形状を、平坦度測定手段によって測定する。そして、得られた凹凸の値から面内の厚みのばらつき（厚みの面内分布）を演算し、演算結果を面内分布のデータとして記憶する（ステップＳ５）。

この面内分布のデータ（厚みと座標）に基づいて、後述する局所プラズマエッチングの処理条件が決められる。この場合、例えば、予め中性活性種やイオンの供給量、供給時間などと、エッチング量との関係を調べておき、それに基づいて載置台４の移動速度などを制御して、平坦化を行うようにすることができる。

平坦度測定手段には、例えば、半導体ウェーハＷの表面および裏面にそれぞれ対向するように配設され、レーザ光により凹凸を測定することのできる非接触型のレーザ測定装置を備えたものなどを例示することができる。また、平坦度測定手段には、レーザ測定装置を半導体ウェーハＷの表面および裏面に沿って移動させることのできる移動手段と、これらの動作の制御を行うと共に測定された凹凸のデータを記憶することのできる制御手段とを備えるようにすることもできる。

次に、本実施の形態に係る平坦化方法を用いて、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する高平坦化処理を行う（ステップＳ６）。
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。

また、中性活性種とイオンとを半導体ウェーハＷの主面上の凸部に向けて局部的に供給し、化学的な反応と物理的な衝撃でエッチング処理を行うこともできる。
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。

次に、本実施の形態に係る平坦化方法についてさらに例示をする。
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。

ここで、半導体ウェーハＷの面内における位置によってエッチングレートＥのプロファイルが変化する。例えば、半導体ウェーハＷの中央部においては、ノズルＮの直下を中心としてその周辺に半導体ウェーハＷの主面が存在する。そのため、噴射された中性活性種を含むガスは、半導体ウェーハＷの主面に沿って均等に広がることができる。その結果、エッチングレートＥのプロファイルも図２に例示をしたような対称形を呈するようになる。 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。

図３は、半導体ウェーハＷの周縁部におけるエッチングレート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。
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。

このような半導体ウェーハＷの面内位置による影響を軽減させるために、特許文献１〜３に開示された技術においては、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。

図４は、比較例に係るノズルＮの走査（移動）の様子を例示するための模式図である。 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。

また、特許文献１の図１０に開示がされた技術のように、渦巻き状にノズルＮを走査（移動）する場合においても、走査（移動）の開始または終了を半導体ウェーハＷの周縁部の外側にする必要がある。そのため、この場合においても走査距離が長くなり、余計な時間を費やすことになる。その結果、処理時間の増大や生産性の低下を招くおそれがある。

図５は、本実施の形態に係るノズルＮの走査（移動）の様子を例示するための模式図である。なお、図５（ａ）は中央部を処理した後に周縁部を処理する場合、図５（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。
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。

例えば、図５に示すように、エッチングレートＥのプロファイルが対称な中央部においては、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（移動）するようにしている。また、エッチングレートＥのプロファイルが非対称な周縁部においては、半導体ウェーハＷの周縁に沿って、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、前述したように周縁部のエッチングレートＥが高くなりやすいため、中央部に比べてエッチングレートＥが抑えられるようなエッチング条件としている。

この場合、比較例のようにノズルＮをオーバーストロークさせる必要がないので走査（移動）距離が無駄に伸びることはない。また、各領域毎に最適なエッチング条件を選択することができるため、無駄な処理時間を費やすこともない。また、エッチングレートＥのプロファイルにより領域を分割するようにしているため、各領域内ではエッチング条件をほぼ同一とすることができる。そのため、演算処理の簡略化、演算速度の向上などをも図ることができる。

また、各領域毎に最適な条件を選択することができるため、平坦度の向上を図ることができる。例えば、中央部を渦巻き状に走査（移動）するものとすれば、中性活性種が半導体ウェーハＷの中心部付近に滞留しやすくなり平坦度が悪化するおそれがある。そのため、中央部においてはノズルＮを半導体ウェーハＷの半径方向にジグザグに走査（移動）することで、中性活性種の滞留を抑えて平坦度の向上を図るようにしている。一方、片方向が開放されている周縁部においては、中性活性種の滞留が少ないので周縁に沿った走査（移動）とすることができる。

なお、図５（ａ）に示すように中央部を処理した後に周縁部を処理してもよいし、図５（ｂ）に示すように周縁部を処理した後に中央部を処理するようにしてもよい。

図６は、本実施の形態に係るノズルＮの走査（移動）の様子を例示するための模式図である。なお、図６（ａ）は中央部を処理した後に周縁部を処理する場合、図６（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。

本実施の形態においては、エッチングレートＥのプロファイルが対称な中央部においては、ノズルＮを半導体ウェーハＷの半径方向に「Ｚ字状」に走査（移動）するようにしている。また、エッチングレートＥのプロファイルが非対称な周縁部においては、半導体ウェーハＷの周縁に沿ってノズルＮを走査（移動）するようにしている。また、前述したように周縁部のエッチングレートＥが高くなりやすいため、中央部に比べてエッチングレートＥが抑えられるようなエッチング条件としている。

この場合、図５、図６に例示をしたように中央部に置いては、直線的な往復移動を含む軌跡でノズルＮの走査（移動）を行えばよい。なお、直線的な軌跡には、例えば、湾曲した軌跡のようなものも含めることができる。
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。

次に、周縁部におけるノズルＮの走査位置についてさらに例示をする。
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。

この場合、本発明者の得た知見によれば、ノズルＮの中心位置を半導体ウェーハＷの周縁（端面）Ｗ１から半値半幅Ｘ１以上内側にすることが好ましい。すなわち、中性活性種を含むガスの供給中心が半導体ウェーハＷの周縁からエッチングレートのプロファイルの半値半幅以上内側を相対的に移動するようにすることが好ましい。そのようにすれば、エッチングレートＥのプロファイルの変形が平坦度に与える影響を抑制することができる。

なお、半導体ウェーハＷの品種などによっては、周縁部における平坦度をさらに高めることが必要となる場合がある。
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は、プロファイルの変形の抑制について例示をするための模式図である。
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。

この場合、リング状部材２００は、半導体ウェーハＷと同程度に中性活性種を消費する材料からなるものとすることが好ましい。そのようにすれば、エッチングレートＥのプロファイルの対称性を高めることができる。そのような材料としては、例えば、シリコン、石英、ポリカーボネート、ＳｉＣなどを例示することができる。

また、リング状部材２００の表面と半導体ウェーハＷの表面とは必ずしも同じ高さである必要はなく、段差があってもよい。ただし、リング状部材２００の表面と半導体ウェーハＷの表面とを同じ程度の高さとすれば、半導体ウェーハＷの主面上におけるガスの流れを円滑にすることができる。また、リング状部材２００の内周面と半導体ウェーハＷの周縁とは密着させてもよいし、ある程度の隙間を設けるようにしてもよい。

次に、本発明の実施の形態に係る局所プラズマ処理装置について例示をする。
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は、本発明の第１の実施の形態に係る局所プラズマ処理装置について例示をするための模式図である。
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の天井板には、天井板に略垂直になるように放電管８が設けられている。放電管８は、一端が減圧チャンバ３の外側に向けて突出するように設けられ、その端面は気密となるように塞がれている。また、他端は減圧チャンバ３内側の載置台４の載置面４ａ（半導体ウェーハＷが載置、保持される面）に向けて突出するように設けられ、その端面は開口されている。なお、本実施の形態においては、放電管８が前述したノズルＮの機能を果たすことになる。また、図示の便宜上、放電管８の大きさを大きく描いているが、放電管８の開口を被エッチング部分（凹凸の領域）の大きさよりも小さなものとして、繰り返し走査（移動）を行うことで被エッチング部分の平坦化を図るようにしている。

放電管８の開口寸法は、直径１０ミリメートル以上、直径６０ミリメートル以下とすることが好ましい。直径１０ミリメートル未満とすれば、放電管８から供給される中性活性種の失活割合が多くなりエッチングレートが下がってしまうからである。また、直径６０ミリメートルを超えるものとすれば局部的なエッチングができず平坦化に問題が生じるからである。

減圧チャンバ３外側の放電管８の突出端近傍にはガス導入管１１が設けられ、ガス導入管１１には図示しないガス供給手段が接続されている。そして、放電管８内にガス導入管１１を介してエッチングガスＧ１が導入できるようになっている。

放電管８は、環状の導入導波管７に略直交するように挿通している。また、導入導波管７には導波管９が接続され、導波管９には図示しないマイクロ波発生手段が接続されている。そして、導入導波管７には、放電管８の軸方向に略直交する方向から伝播してきたマイクロ波Ｍを、放電管８の内部に向けて放射するための環状のスロット７ａが設けられている。放電管８の内部は、プラズマＰ１を発生させるためのプラズマ発生室Ｃともなるが、スリット７ａに対向する部分がプラズマ発生室Ｃの略中心領域となる。

冷却手段である冷却ブロック１０は、放電管８と導入導波管７との挿通部分の周辺において、放電管８の外周面を包囲するようにして設けられている。また、冷却ブロック１０は循環する冷却水により冷却されるようになっている。冷却ブロック１０と放電管８との間には、隙間（例えば１ｍｍ程度）が形成されている。
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。

載置台４には、水平面のＸ軸方向への移動を行うための第１のテーブル４ｂと、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向への移動を行うための第２のテーブル４ｃと、垂直方向（Ｚ軸方向）への移動を行うための垂直移動部４ｄと、が設けられている。そして、これらは個別に位置制御することができ、載置された半導体ウェーハＷを所望の位置に移動可能としている。尚、半導体ウェーハＷの水平面内における回転方向（θ方向）位置を移動、調整するための手段を設けることもできる。また、載置台４の載置面４ａ上には、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。
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。

ここで、主要部分の材質を例示するものとすれば、放電管８はアルミナ、石英などの誘電体材料からなり、減圧チャンバ３などはステンレスなどの金属材料からなるものとすることができる。この場合、減圧チャンバ３などの表面は、フッ素系樹脂でコーティングするか、フッ素系樹脂部材で覆う事が望ましい。

次に、局所プラズマ処理装置１の作用について例示をする。
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。

次に、前述した平坦度測定（ステップＳ５）の演算結果（面内分布のデータ）に基づき、平坦化される箇所が放電管８の直下に来るように載置台４のテーブル４ｂ、テーブル４ｃ、垂直移動部４ｄの移動が行われる。

この際、前述したように、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し、分割された領域毎最適な移動方法がとられる。例えば、エッチングレートＥのプロファイルが対称な中央部においては、放電管８と半導体ウェーハＷの相対的な位置を半導体ウェーハＷの半径方向にジグザグに移動するようにすることができる。また、エッチングレートＥのプロファイルが非対称な周縁部においては、半導体ウェーハＷの周縁に沿って放電管８と半導体ウェーハＷの相対的な位置を移動するようにすることができる。また、前述したように周縁部のエッチングレートＥが高くなりやすいため、中央部に比べてエッチングレートＥが抑えられるようなエッチング条件とされる。

プラズマ発生手段２と、載置台４と、の相対的位置の制御は図示しない制御手段により行われる。なお、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ことでエッチング条件の制御を行うこともできる。

次に、減圧チャンバ３内が排気手段ＥＸにより所定圧力まで減圧される。この際、図示しない制御手段により減圧チャンバ３内の圧力が調整される。また、減圧チャンバ３と連通する放電管８の内部もともに減圧される。

次に、図示しないガス供給手段から所定量のエッチングガスＧ１（例えば、ＳＦ_４など）が、ガス導入管１１を介して放電管８内に導入される。また、図示しないマイクロ波発生手段から、所定のパワーのマイクロ波Ｍが導波管９に放射される。そして、導波管９、導入導波管７内を伝播してきたマイクロ波Ｍは、環状のスロット７ａから放電管８内のプラズマ発生室Ｃに導入される。また、冷却ブロック１０内に冷却水が供給されて、放電管８の冷却が行われる。

この導入されたマイクロ波ＭによりプラズマＰ１が発生し、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。生成された中性活性種、イオン、電子は、放電管８内を下降して減圧チャンバ３内に供給される。この際、イオンと電子は放電管８の内壁に衝突すると電荷を失い、中性ガスあるいは中性活性種となって下降する。そのため、イオンと電子は放電管８から放出されず、中性活性種とエッチングに寄与しない中性ガス、残余のエッチングガスＧ１が放電管８から放出される。そして、エッチングに寄与するものとしては中性活性種が減圧チャンバ３まで到達し、半導体ウェーハＷの所定の箇所を局部的にエッチングする。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。

また、中性活性種に対するイオンの量も調整が可能である。例えば、マイクロ波Ｍの出力や放電管８内の圧力調整により、放電管８における中性活性種の生成量を制御してイオンとの割合を変えることもできる。そのようにすれば、イオンを半導体ウェーハＷの表面まで到達させることもできる。この場合、前述したように、半導体ウェーハＷ上の凸部の形状に合わせた最適なエッチングをすることができる。

また、半導体ウェーハＷの温度を載置台４に設けられた図示しない温度制御手段により制御して中性活性種による化学的なエッチングを制御することもできる。中性活性種によるエッチングは化学反応により進むので、一般的には、温度が上がれば反応が促進されるからである。

そして、１箇所の平坦化が終了した後は、前述した平坦度測定（ステップＳ５）の演算結果（面内分布のデータ）に基づき、次に平坦化される箇所が放電管８の直下に来るよう載置台４のテーブル４ｂ、テーブル４ｃ、垂直移動部４ｄの移動が行われる。この際、前述したように、分割された領域毎に最適な走査（移動）方法がとられる。そして、１つの領域における平坦化が修了した場合には、他の領域の平坦化が行われる。

以上の手順により、半導体ウェーハＷの全面における処理が終了した場合には、図示しない搬送装置により半導体ウェーハＷが減圧チャンバ３の外に搬出される。この後、必要があれば、他の半導体ウェーハＷが減圧チャンバ３内に搬入され、前述の平坦化の処理が繰り返される。

図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る局所プラズマ処理装置について例示をするための模式図である。
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。

チャンバ３１の天井板には、天井板に略垂直となるように大気圧プラズマ発生手段２５が設けられている。大気圧プラズマ発生手段２５は、噴出口２５ｅがチャンバ３１内側の載置台４の載置面４ａ（半導体ウェーハＷが載置、保持される面）に向けて突出するように設けられている。チャンバ３１の外側であって、大気圧プラズマ発生手段２５の突出端近傍にある導入口２５ｄにはガス導入管１１が接続され、ガス導入管１１には図示しないガス供給手段に接続されている。そして、大気圧プラズマ発生手段２５内にガス導入管１１を介してエッチングガスＧ１が導入できるようになっている。

また、図示の便宜上、大気圧プラズマ発生手段２５の大きさを大きく描いているが、噴出口２５ｅを被エッチング部分（凹凸の領域）の大きさよりも小さなものとして、繰り返し走査（移動）を行うことで被エッチング部分の平坦化を図るようにしている。

噴出口２５ｅの開口寸法は、直径１０ミリメートル以上、直径６０ミリメートル以下とすることが好ましい。直径１０ミリメートル未満とすれば、大気圧プラズマ発生手段２５から供給される中性活性種の失活の割合が多くなりエッチングレートが下がってしまうからである。また、直径６０ミリメートルを超えるものとすれば局部的なエッチングができず平坦化に問題が生じるからである。

図示しない制御手段は、大気圧プラズマ発生手段２５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Ｗの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、大気圧プラズマ発生手段２５と、載置台４と、の相対位置を制御する。また、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。

次に、大気圧プラズマ発生手段２５の概要を例示する。
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。

また、半導体ウェーハＷの載置される部分（図５（ａ）の場合では、テーブル４ｂ）には、可変電源５０が電気的に接続されている。この可変電源５０により、印加電圧を制御して半導体ウェーハＷに入射するイオンの量が制御される。

次に、局所プラズマ処理装置１１０の作用について例示をする。
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、ＳＦ_４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。

生成された中性活性種は、半導体ウェーハＷの所定の箇所を局部的にエッチングする。 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。

また、半導体ウェーハＷの温度を載置台４に設けられた図示しない温度制御手段により制御して中性活性種による化学的なエッチングを制御することもできる。
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。

大気圧プラズマ発生手段２５と半導体ウェーハＷの相対的な位置の移動に関しては、図１０において説明をしたものと同様のため説明を省略する。

そして、１箇所の平坦化が終了した後は、前述した平坦度測定（ステップＳ５）の演算結果（面内分布のデータ）に基づき、次に平坦化される箇所が大気圧プラズマ発生手段２５の直下に来るよう載置台４のテーブル４ｂ、テーブル４ｃ、垂直移動部４ｄの移動が行われる。この際、前述したように、分割された領域毎に最適な走査（移動）方法がとられる。そして、１つの領域における平坦化が修了した場合には、他の領域の平坦化が行われる。

以上の手順により、半導体ウェーハＷの全面における処理が終了した場合には、図示しない搬送装置により半導体ウェーハＷが減圧チャンバ３１の外に搬出される。この後、必要があれば、他の半導体ウェーハＷが減圧チャンバ３１内に搬入され、前述の平坦化の処理が繰り返される。

以上、本発明の実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
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、プラズマの発生方法に関しても前述したものに限定されるわけではなく、高密度のプラズマが発生できる種々の方法を適宜選択することができる。
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。

本発明の実施の形態に係る半導体ウェーハの製造方法について例示をするためのフローチャートである。 ノズルの直下のエッチングレートのプロファイルを例示するための模式図である。 半導体ウェーハの周縁部におけるエッチングレートのプロファイルを例示するための模式図である。 比較例に係るノズルの走査の様子を例示するための模式図である。 本実施の形態に係るノズルの走査の様子を例示するための模式図である。 本実施の形態に係るノズルの走査の様子を例示するための模式図である。 周縁部におけるノズルの位置を例示するための模式図である。 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。 プロファイルの変形の抑制について例示をするための模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係る局所プラズマ処理装置について例示をするための模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る局所プラズマ処理装置について例示をするための模式図である。

符号の説明

１、１１０ 局所プラズマ処理装置、２ プラズマ発生手段、３ 減圧チャンバ、４ 載置台、４ａ 載置面、２５ 大気圧プラズマ発生手段、３１ チャンバ、５０ 可変電源、Ｇ１ エッチングガス、Ｍ マイクロ波、Ｐ１ プラズマ、Ｗ 半導体ウェーハ

Claims (12)

1. エッチングガスをプラズマにより励起して、中性活性種を含むガスを生成し、
   前記ガスを半導体ウェーハの主面に局所的に供給して、局部的なエッチングを行う半導体ウェーハの平坦化方法であって、
   半導体ウェーハの面内を、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し、
   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すること、を特徴とする半導体ウェーハの平坦化方法。
2. 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すること、を特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
3. 前記半導体ウェーハの周縁部においては、前記ガスの供給中心が前記半導体ウェーハの周縁から前記エッチングレートのプロファイルの半値半幅以上内側を相対的に移動すること、を特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
4. 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こと、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
5. 前記複数の直線の組み合わせからなる軌跡は、ジグザグであること、を特徴とする請求項４記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
6. 前記周縁部における実効エッチング領域と、前記中央部における実効エッチング領域と、が重ならないこと、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
7. 前記周縁部における前記局部的なエッチング、および前記中央部における前記局部的なエッチングの少なくともいずれかを行うこと、を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
8. 前記半導体ウェーハの周縁を囲むようにリング状部材を設けること、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
9. 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。
10. 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９記載の局所プラズマ処理装置。
11. 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９または１０に記載の局所プラズマ処理装置。
12. 単結晶シリコンのインゴットから半導体ウェーハを切り出し、
    前記半導体ウェーハの周縁に、面取り加工を施して面取り面を形成し、
    前記半導体ウェーハの主面を研磨加工し、
    前記半導体ウェーハをエッチング処理し、
    請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体ウェーハの平坦化方法を用いて、前記半導体ウェーハの平坦化を行うこと、を特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
    

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