JP2004022676A

JP2004022676A - Working method and plasma etching equipment of semiconductor wafer

Info

Publication number: JP2004022676A
Application number: JP2002173300A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Sato; 佐藤　正和; Osamu Onishi; 大西　理
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JP3982336B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a working method of a semiconductor wafer which works especially the outer peripheral part of the wafer with high accuracy to prepare the semiconductor wafer, and especially works the front and rear sides of the wafer to obtain a desired configurations respectively. <P>SOLUTION: The semiconductor wafer worked by plasma etching is worked by a method wherein the shape data of the front side and/or rear side of the semiconductor wafer are measured to evaluate the configuration of the semiconductor wafer by a differential configuration evaluation method from the measured data of the semiconductor wafer, the etching area as well as the etching amount of the evaluated wafer are calculated from the configuration of the evaluated semiconductor wafer, and thereafter transferred raw material gas is radiated against the semiconductor wafer based on the calculated etching area and the etching amount of the wafer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハの加工方法及びプラズマエッチング装置に関するものであり、シリコンウエーハなどの半導体ウエーハの製造工程において、ウエーハをプラズマエッチングにより高精度に加工する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウエーハの製造は、例えば、先ずチョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）による単結晶育成装置によって単結晶棒を育成した後、図１３に一般的な製造工程の流れを示したように、得られた単結晶棒をスライスして薄円板状のウエーハを得るスライス工程ａと、該スライス工程ａで得られたウエーハの割れや欠けを防ぐためにウエーハのエッジ部を面取りする面取り工程ｂと、面取りされたウエーハをラッピングしてこれを平坦化するラッピング工程ｃと、面取りおよびラッピングされたウエーハ表面に残留する加工歪を除去するエッチング工程ｄと、エッチングされたウエーハの表面を研磨布に摺接させて一次鏡面研磨および仕上げ鏡面研磨、あるいはさらに多くの多段研磨を施す鏡面研磨工程ｅと、鏡面研磨されたウエーハを洗浄してウエーハに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程ｆが行われることによって、鏡面研磨されたシリコンウエーハが製造される。
【０００３】
前記のような製造工程を経て得られる鏡面研磨ウエーハは、中央部分では比較的高い平坦度が達成されるものの、例えば直径３００ｍｍ程度のウエーハでは、ウエーハ最外周端部から５ｍｍ〜１０ｍｍ前後の位置からウエーハ主表面が垂れ下がるいわゆる周辺ダレが生じる場合が多い。この周辺ダレが生じる原因としては、ラッピング工程ｃやエッチング工程ｄでのウエーハ周辺部の過剰加工、及び一次鏡面研磨工程ｅ等でウエーハを研磨する際、周辺部分の研磨圧が中央部分より高く、周辺部分が過剰に研磨されてしまうことにあると考えられる。一方、研磨工程の際にリテーナリングを有する研磨ヘッドにウエーハを保持して研磨を行った場合では、ウエーハ主表面の外周部形状が盛り上がるようなハネる傾向にある。
【０００４】
近年、最先端の半導体デバイスの高集積化に伴い、高度な平坦度を有し、デバイス製造工程に適した形状の半導体ウエーハを製造することが要求されている。そのため、現在では、ウエーハ製造工程中、例えば、鏡面研磨工程前後においてプラズマエッチング工程が追加されることがある。このようなプラズマエッチング工程を行えば、ウエーハの平坦度（ＴＴＶ：Ｔｏｔａｌ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ、すなわちウエーハ全面における最大厚と最小厚の差）を一層向上させることが可能である。
【０００５】
このプラズマエッチング工程の一例として、例えば、プラズマ補助化学エッチング（ＰＡＣＥ：Ｐｌａｓｍａ　Ａｓｓｉｓｔｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれる技術が開発されている（特開平５−１６００７４号公報、特開平６−５５７１号公報、特開平７−２８８２４９号公報参照）。
【０００６】
このＰＡＣＥは、プラズマによりウエーハ表面を部分的にエッチングしながらウエーハの厚さを均一化する方法であり、ウエーハの厚さ分布を光学干渉法や静電容量法で測定した後、その厚さ分布に応じて、ウエーハ表面にプラズマを照射するノズルの相対的な移動速度を制御することによってプラズマによるエッチング除去量を制御し、ウエーハ面内を高平坦度化する技術である。
【０００７】
このプラズマエッチングの具体的な方法は、例えば、図１０に示すように高周波電極１６と接地電極１７との間にシリコンウエーハ等の原料ウエーハＷを置き、高周波電極１６に高周波を印加してノズル１８内のＳＦ_６等の原料ガスをプラズマ化して原料ウエーハＷの表面に照射する。これによりノズル１８の下に位置するウエーハ表面の領域を局所的にエッチングすることができる。このとき、原料ガスのプラズマ化は、上記のように原料ガスを高周波電極でプラズマ化する方法の他、ノズルにマイクロ波を当ててノズル内の原料ガスをプラズマ化する方法等がある。例えば、図１１に示すように、原料ウエーハＷを回転テーブル１９上に静電チャック等で固定して回転させるとともに、ノズル２０にマイクロ波を当てて原料ガスをプラズマ化し、これを原料ウエーハＷに照射することによってエッチングを行うことができる。
【０００８】
このように、原料ウエーハＷの厚さ分布を予め光学干渉法や静電容量法等で測定しておき、その厚さ分布に応じて、プラズマを照射するノズルまたは原料ウエーハＷの移動速度を制御しながらウエーハＷの表面全体を走査して厚い部分を局所的にプラズマエッチングにより除去することによって、半導体ウエーハ表面全体を高平坦化することができる。
【０００９】
しかしながら、近年、半導体デバイスの更なる高集積化に伴い、上記のような光学干渉法や静電容量法等で半導体ウエーハの厚さ分布を測定し、その厚さ分布に基づいてエッチング除去量等を制御するだけではウエーハ形状、特にウエーハの外周部形状を十分に制御することができなくなってきた。
【００１０】
すなわち、近年、半導体デバイスの高集積化が進み、回路自体の最小線幅は０．１３μｍ以下のレベルとなり、リソグラフィプロセスで半導体ウエーハ表面に回路を形成する際にその焦点深度を確保する目的から、基板となる半導体ウエーハの表面基準のサイトフラットネスＳＦＱＲは、０．１３μｍ以下（サイトサイズ：２５×３６ｍｍ^２）のレベルが要求されている。その結果、上記のようにウエーハの厚さ分布に基づいてプラズマエッチングを行った半導体ウエーハでも、実際にウエーハ上にデバイスの形成を行うと、特にウエーハ周辺部においてレジストパターンを正確に形成することができない等の問題が生じた。尚、ここで、ＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ　Ｆｒｏｎｔ　ｌｅａｓｔ−ｓＱｕａｒｅｓ　Ｒａｎｇｅ）とは、平坦度に関して表面基準の平均平面をサイト毎に算出し、その面に対する凹凸の最大範囲を表した値である。
【００１１】
また一方では、製造コストの観点から１枚の半導体ウエーハからの半導体デバイスの収率を上げるために、平坦度の保証エリアは、従来ではウエーハ最外周端部から３ｍｍを除いた領域であったものが、ウエーハ最外周端部から２ｍｍ又は１ｍｍを除いた領域へ拡大することが要求されている。
【００１２】
さらに、デバイスパターンの微細化に伴い、デバイス製造工程、例えばリソグラフィーや化学機械的研磨（ＣＭＰ）等の処理装置に用いられているウエーハ保持用のチャックとウエーハ形状との相性が問題視されるようになってきた。このようなウエーハチャックとウエーハ形状の相性に関しては、ウエーハチャックの形状とウエーハ外周部の形状のマッチング等が重要であり、処理装置によっては例えばウエーハ外周部の表面形状が適当な大きさでハネていることが好ましい等、デバイスメーカ等により半導体ウエーハの好ましい形状が異なる場合がある。そのため、ウエーハ外周部を所望の形状に正確に加工すること、さらにウエーハ表面及び裏面の形状を別々に正確に加工することが望まれている。
【００１３】
しかしながら、上記の光学干渉法や静電容量法等では、半導体ウエーハの外周部形状、例えば、ウエーハ外周部における面ダレの始まる位置（以下、変極点ということがある）等を正確に測定できないため、プラズマエッチングのエッチングエリア及びエッチング量を精度良く制御できず、ウエーハ外周部を高精度に加工することが困難であり、ウエーハ外周部（最外周近傍）まで高い平坦度を達成することができなかった。
【００１４】
また、プラズマエッチングは上記のように半導体ウエーハの厚さ分布に応じて行うため、ウエーハの厚さに関して均一に加工することができるものの、ウエーハの一方の面を加工するだけであって、原則としてウエーハ表面または裏面をそれぞれ別々に所望の形状に加工することができず、従来のような厚さ分布によるプラズマエッチングでは限界があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、ウエーハ形状、特にウエーハ外周部の形状を精度良く加工して半導体ウエーハを作製することができ、特にウエーハ表面と裏面をそれぞれ所望の形状に加工することができる半導体ウエーハの加工方法、及びそのような半導体ウエーハの加工に使用できるプラズマエッチング装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体ウエーハをプラズマエッチングによって加工する半導体ウエーハの加工方法であって、前記半導体ウエーハの表面及び／または裏面の形状データを測定し、測定した半導体ウエーハの形状データから微分型形状評価方式によって前記半導体ウエーハの形状を評価し、評価した半導体ウエーハの形状から半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出した後、算出したウエーハのエッチングエリア及びエッチング量に基づいて、前記半導体ウエーハにプラズマ化した原料ガスを照射してプラズマエッチングを行うことを特徴とする半導体ウエーハの加工方法が提供される（請求項１）。
【００１７】
このように、半導体ウエーハの表面及び／または裏面の形状データを測定し、この形状データから微分型形状評価方式によって半導体ウエーハの形状を評価して、評価したウエーハ形状からエッチングエリア及びエッチング量を算出した後、この算出したウエーハのエッチングエリア及びエッチング量に基づいて半導体ウエーハにプラズマエッチングを行うことによって、半導体ウエーハの形状、特に外周部形状を精度良く加工して、半導体ウエーハを所望のウエーハ形状に高精度で加工することができる。
【００１８】
このとき、前記半導体ウエーハの形状をウエーハ表面及び裏面別々に評価して、ウエーハ表面及び裏面のそれぞれのエッチングエリア及びエッチング量を算出した後、ウエーハ表面及び裏面のそれぞれにプラズマエッチングを行うことが好ましい（請求項２）。
【００１９】
このように、本発明の半導体ウエーハの加工方法によれば、半導体ウエーハの表面及び裏面別々に評価して、ウエーハ表面及び裏面のそれぞれのエッチングエリア及びエッチング量を算出し、その算出結果に基づいてウエーハ表面及び裏面のそれぞれにプラズマエッチングを行うことができる。そのため、従来の厚さによる制御と異なり、半導体ウエーハの表面及び裏面をそれぞれ所望の形状に加工することができる。
【００２０】
また、前記微分型形状評価方式による評価を、測定した半導体ウエーハの形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、該形状プロファイルを微分処理して微分プロファイルを算出し、得られた微分プロファイルの解析を行ってウエーハの表面特性を求めることによって行うことが好ましい（請求項３）。
【００２１】
このようにして微分型形状評価方式による評価を行えば、半導体ウエーハの半径方向、特にウエーハ外周部の形状、特にハネ始めやダレ始めの位置等を正確に定量化することができ、さらにウエーハ表面及び裏面の形状を別々に評価することもできるため、半導体ウエーハの形状をより正確に評価することができ、これに基づいて高精度なプラズマエッチングを行うことができる。
【００２２】
このとき、前記形状プロファイルの微分処理を、形状プロファイルをウエーハの半径方向に沿って１ｍｍ間隔で微分することによって行うことが好ましい（請求項４）。
【００２３】
形状プロファイルの微分処理において、微分を行う間隔は、評価対象となる半導体ウエーハの形状に応じて任意に選択することができるが、上記のように形状プロファイルの微分処理をウエーハの半径方向に沿って１ｍｍ間隔で微分することによって、従来ウエーハ形状の評価に用いられているナノトポグラフィーによる２ｍｍ×２ｍｍ角での評価に相当する測定レベルで半導体ウエーハ形状、特に半導体ウエーハの外周部形状の評価を行うことができる。ナノトポグラフィー（ナノトポロジーとも言われる）は、波長が０．２ｍｍから２０ｍｍ程度で振幅が数ｎｍから１００ｎｍ程度の凹凸のことであり、その評価方法は、１辺が０．１ｍｍから１０ｍｍ程度の正方形、または直径が０．１ｍｍから１０ｍｍ程度の円形のブロック範囲（この範囲はＷＩＮＤＯＷ　ＳＩＺＥ等と呼ばれる）の領域で、ウエーハ表面の凹凸の高低差（ＰＶ値；ｐｅａｋ　ｔｏ　ｖａｌｌｅｙ）を評価するものである。このＰＶ値は、Ｎａｎｏｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ　Ｈｅｉｇｈｔ等とも呼ばれる。ナノトポグラフィーによる半導体ウエーハの評価においては、特にウエーハ面内に存在する凹凸の最大値が小さいことが望まれている。通常２ｍｍ×２ｍｍの正方形で複数のブロック範囲に対して測定が行われ、そのＰＶ値の最大値で評価し、このＰＶ値の最大値が小さければ小さいほど、より品質の優れたウエーハとして評価される。また許容値超の領域がＦＱＡ（Ｆｉｘｅｄ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ａｒｅａ；ウエーハ有効領域）の面積のどれくらいを占めるかにより、ウエーハの形状品質を評価する場合もある。
特に微分型形状評価方式では、ナノトポグラフィーの品質に影響するウエーハ形状が急激に変化する位置、つまりダレ始めやハネ始めの位置、さらには形状変化の割合が正確に評価でき、このような位置（ウエーハの表面特性）に基づいてプラズマエッチングを行うと高平坦度な半導体ウエーハを作製することができる。
【００２４】
このとき、前記半導体ウエーハのエッチングエリアの算出を、微分型形状評価方式により評価した半導体ウエーハの形状と、目標とするウエーハ形状のテンプレートとを比較することによって行うことができる（請求項５）。また、前記半導体ウエーハのエッチング量の算出を、微分型形状評価方式により評価した半導体ウエーハの形状と、目標とするウエーハ形状のテンプレートとの差を算出し、該算出した差を積分することによって行うことができる（請求項６）。
【００２５】
このように、半導体ウエーハのエッチングエリアの算出を、微分型形状評価方式により評価した半導体ウエーハの形状と目標とするウエーハ形状のテンプレートとを比較することによって行い、また半導体ウエーハのエッチング量の算出を、微分型形状評価方式により評価した半導体ウエーハの形状と目標とするウエーハ形状のテンプレートとの差を算出し、この算出した差を積分することによって行えば、所望の形状の半導体ウエーハとするために必要なエッチングエリア及びエッチング量を正確に算出することができる。このように、半導体ウエーハの正確なエッチングエリア及びエッチング量を算出し、それらに基づいて半導体ウエーハにプラズマエッチングを行えば、半導体ウエーハを所望の形状に高精度に加工することができる。
【００２６】
さらに、前記プラズマエッチングを、プラズマ化した原料ガスを径が１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあるノズルから半導体ウエーハに照射して行うことが好ましい（請求項７）。
このように、径が１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあるノズルからプラズマ化した原料ガスを半導体ウエーハに照射してプラズマエッチングを行うことによって、半導体ウエーハ、特にウエーハ外周部の狭い領域を高精度でエッチングすることができる。この径は１ｍｍ以下であっても良いが、エッチングの効率を考慮すると１ｍｍ以上が好ましい。またナノトポグラフィーなどを改善するには２ｍｍ以下の狭い領域での形状が急激に変化する部分を中心にエッチング処理することが好ましく、ノズルの径も２ｍｍ以下と小さくすることが好ましい。また径が大きくなるとプラズマの強度に分布ができてエッチング部分で形状に分布ができ、プラズマエッチングによる新たな形状の悪化が生じる可能性もあるため、均一なプラズマエッチングができるノズルの大きさ及び出力を調整し、エッチングを行う。
【００２７】
また、前記原料ガスを、塩素系、水素系、またはフッ素系のガスとすることが好ましい（請求項８）。
このようにプラズマエッチングに用いる原料ガスを、塩素系、水素系、またはフッ素系のガスとすることによって、シリコンをはじめとする半導体ウエーハを好適にエッチングすることができる。
【００２８】
さらに、本発明によれば、半導体ウエーハをプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、少なくとも、前記半導体ウエーハの表面及び／または裏面の形状データを測定する形状測定手段と、測定した半導体ウエーハの形状データから微分型形状評価方式によって半導体ウエーハの形状を評価する形状評価手段と、評価した半導体ウエーハの形状から半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出する算出手段と、算出したエッチングエリア及びエッチング量に基づいて前記半導体ウエーハにノズルからプラズマ化した原料ガスを照射してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング手段を有することを特徴とするプラズマエッチング装置が提供される（請求項９）。
【００２９】
このように、少なくとも、半導体ウエーハの形状データを測定する形状測定手段と、微分型形状評価方式によって半導体ウエーハの形状を評価する形状評価手段と、半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出する算出手段と、半導体ウエーハにプラズマエッチングを行うプラズマエッチング手段を有するプラズマエッチング装置であれば、半導体ウエーハの形状、特に外周部形状を精度良く加工するプラズマエッチング装置とすることができる。さらに、上記のようなプラズマエッチング装置であれば、半導体ウエーハの表面及び裏面を別々に評価してそれぞれのエッチングエリア及びエッチング量を算出し、その算出結果に基づいてプラズマエッチングを行うことができるため、ウエーハ表面及び裏面をそれぞれ所望の形状に高精度に加工することもできる。
【００３０】
このとき、前記形状評価手段の微分型形状評価方式が、測定した半導体ウエーハの形状データから半径方向に沿った形状プロファイルを作成し、該形状プロファイルを微分処理して微分プロファイルを算出し、得られた微分プロファイルの解析を行ってウエーハの表面特性を求めるものであることが好ましい（請求項１０）。
【００３１】
このような形状評価手段の微分型形状評価方式であれば、半導体ウエーハの半径方向、特にウエーハ外周部の形状を正確に定量化することができ、さらにウエーハ表面及び裏面の形状を別々に評価することもできるため、半導体ウエーハの形状をより正確に評価することができ、これに基づいて高精度なプラズマエッチングを行うことができるものとなる。
【００３２】
また、前記プラズマを照射するノズルの径が１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあることが好ましい（請求項１１）。
このように、プラズマを照射するノズルの径が１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあれば、半導体ウエーハ、特にウエーハ外周部の狭い領域を高精度でエッチングすることができる装置となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、半導体ウエーハの形状、特にウエーハ外周部の形状について、従来とは異なる観点からその表面特性を求めてウエーハ形状の評価を行い、その評価に基づいてプラズマエッチングを行うことによって、ウエーハ形状、特にウエーハ外周部の形状を精度良く加工して任意の形状の半導体ウエーハを作製することができ、さらにウエーハ表面と裏面をそれぞれ所望の形状に加工することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００３４】
先ず、本発明に係るプラズマエッチング装置について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るプラズマエッチング装置の一例を示す概略説明図である。
【００３５】
本発明のプラズマエッチング装置１３は、半導体ウエーハ６の表面及び／または裏面の形状データを測定する形状測定手段１と、測定した半導体ウエーハ６の形状データから微分型形状評価方式によって半導体ウエーハの形状を評価する形状評価手段２と、評価した半導体ウエーハ６の形状から半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出する算出手段３と、算出したエッチングエリア及びエッチング量に基づいて半導体ウエーハ６にノズル９からプラズマ化した原料ガス１１を照射してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング手段４を有している。
【００３６】
このとき、形状測定手段１、形状評価手段２、算出手段３及びプラズマエッチング手段４は、形状測定手段１により測定された半導体ウエーハの形状データの座標とプラズマエッチング手段の座標を一致させることができれば、それぞれ別々に構成しても良いし、または一体的に構成しても良い。例えば、図１に示すように、形状評価手段２及び算出手段３をコンピュータ５に組み込んで、コンピュータ５と形状測定手段１、及びコンピュータ５とプラズマエッチング手段４を接続することによって、本発明のプラズマエッチング装置１３を構成することができる。
【００３７】
このとき、形状測定手段１は、半導体ウエーハ６の表面及び／または裏面の形状データを測定するものであれば特に限定するものではなく、例えば図１に示したように、ウエーハ支持具７により半導体ウエーハ６を静電チャック等で固定し、ウエーハ６の上下から表裏２本の変位計８により、半導体ウエーハ表面及び裏面のそれぞれの形状データを測定するものとすることができる。また、形状測定手段１としては、例えば、図２に示すように、被測定対象物を載せる試料台１５上に半導体ウエーハ６を非吸着で載置し、変位計１４により半導体ウエーハの表面又は裏面を測定することによって、形状データを求めるものであっても良い。
【００３８】
このとき、変位計８または１４として、例えばレーザー発振器、及びＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ、自動焦点回路等からなる自動焦点機構を備えたものを用いることができる。このような変位計を用いれば、半導体ウエーハの表面及び／または裏面に対して垂直に所定の間隔でレーザー光（例えば、ＨｅＮｅレーザー等）を照射させ、自動焦点機構によって照射されたレーザー光の半導体ウエーハからの反射像の焦点を自動的に合わせて予め校正された基準点からの距離のずれを測って、半導体ウエーハの表面及び／または裏面の厚さ方向の面の変位を測定することができる。このようにして、半導体ウエーハの表面及び／または裏面の形状データを測定することができる。
【００３９】
また、プラズマエッチング手段４は、例えば、高周波電極１０に高周波を印加してノズル９内の原料ガス１１をプラズマ化して、高周波電極１０と接地電極１２との間に置かれた半導体ウエーハ６の表面に照射することによって、プラズマが照射された半導体ウエーハ６の領域を局所的にエッチングすることができる。
【００４０】
このとき、プラズマを照射するノズル９の径が１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあることが好ましい。本発明のプラズマエッチング装置に使用するノズルは、従来用いられているもの、例えば、比較的小径の３ｍｍ〜５ｍｍ程度の径を有するものでも使用できるが、このようにノズル９の径が１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあるものを用いることによって、ウエーハ外周部の微細な領域でも非常に高精度でエッチングを行うことができる。
【００４１】
また、ノズル９の形状については上記に限定されるものではない。例えば、上記のように直径が１〜２ｍｍである小径の円形ノズルを用いても良いし、その他の形状として、１辺が１〜２ｍｍの長方形のノズルを用いることもできる。また、ノズルの形状をウエーハ周辺部の外周に沿った形状にすることによって、ウエーハ外周部の形状をより効率的に処理することができる。
【００４２】
次に、上記のような本発明のプラズマエッチング装置を用いて、半導体ウエーハを加工する方法を説明する。
本発明による半導体ウエーハの加工方法は、半導体ウエーハの表面及び／または裏面の形状データを測定し、測定した半導体ウエーハの形状データから微分型形状評価方式によって前記半導体ウエーハの形状を評価し、評価した半導体ウエーハの形状から半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出した後、算出したウエーハのエッチングエリア及びエッチング量に基づいて、前記半導体ウエーハにプラズマ化した原料ガスを照射してプラズマエッチングを行うことを特徴とする。
【００４３】
このような本発明の半導体ウエーハの加工方法によれば、半導体ウエーハの形状、特に外周部形状を精度良く加工して、半導体ウエーハを任意の形状に加工することができる。
さらに、半導体ウエーハの形状をウエーハ表面及び裏面別々に評価して、ウエーハ表面及び裏面のそれぞれのエッチングエリア及びエッチング量を算出した後、ウエーハ表面及び裏面のそれぞれにプラズマエッチングを行うことができるため、半導体ウエーハの表面及び裏面をそれぞれ所望の形状に加工することが可能となる。
【００４４】
以下、本発明の半導体ウエーハの加工方法について、図面を参照しながらより詳細に説明する。
先ず、上記形状測定手段によって、加工対象となる半導体ウエーハの表面及び／または裏面の形状データを測定する。
半導体ウエーハの形状データを測定する方法は、例えば図１に示した形状測定手段１のように、ウエーハ支持具７により半導体ウエーハ６を静電チャック等で固定し、ウエーハ６を挟む表裏２本の変位計８により半導体ウエーハを走査してウエーハの厚さ方向の面の変位を測定することによって、半導体ウエーハ表面及び裏面の形状データを求めることができる。また、例えば図２のように被測定対象物を載せる試料台１５上に半導体ウエーハ６を非吸着で載置し、変位計１４により半導体ウエーハの表面又は裏面を走査してウエーハの厚さ方向の面の変位を測定することによって、形状データを求めることもできる。
【００４５】
このとき、半導体ウエーハの形状データは、半導体ウエーハの表面及び／または裏面を細かい測定間隔で走査することによって、優れた精度で半導体ウエーハの形状評価を行うことができる。例えば、半導体ウエーハを走査する間隔を１ｍｍ間隔以下、特に０．０５ｍｍ間隔程度とすることにより、優れた測定精度で半導体ウエーハの形状データを測定することができる。
その後、上記のように測定された形状データ（測定位置及び変位などの情報）は、例えば上記のコンピュータに備えた記憶手段（不図示）等に順次保存することができる。
【００４６】
次に、形状評価手段によって、上記の形状測定手段で測定した半導体ウエーハの形状データから微分型形状評価方式により半導体ウエーハの形状の評価が行われる。
測定した半導体ウエーハの形状データから、半径方向に沿って、評価を行う範囲の形状プロファイルを作成する。例えば、ウエーハ外周部の形状を評価する場合、図３に示すような形状プロファイルを作成することができる。この図３の形状プロファイルは、直径３００ｍｍの半導体ウエーハのウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の形状データを示したものである。このとき、ウエーハ最外周から２ｍｍの領域は測定除外領域とした。
【００４７】
本発明の半導体ウエーハの加工方法において、半導体ウエーハの形状の評価は、上記のように半導体ウエーハの最外周から１ｍｍ〜２ｍｍ以内の領域を除外して行われることが好ましい。一般に、半導体ウエーハの外周部にはウエーハのカケ等を防止するため面取りが施されており、図１２に示すような面取り部が形成されている。この面取り部の幅はウエーハの製造方法によって異なるが、通常およそ５００μｍ（０．５ｍｍ）程度である。近年、ウエーハ形状の評価は、ウエーハ主表面と面取り部の境界近傍まで行われることが望まれているものの、測定精度等を考慮に入れると、面取り部を含む半導体ウエーハの最外周から１ｍｍの領域を除外すること（測定除外領域）により、さらに測定精度の優れた半導体ウエーハの形状の評価を行うことができる。
【００４８】
また、この図３の形状プロファイルは、形状測定手段によって測定された形状データから形状プロファイルを作成する際に、長波長成分を除去するために最小自乗法近似を施し、さらに測定ノイズを除去するために１〜２ｍｍ程度の移動平均の操作を行ったものである。このように、形状プロファイルを作成する際に、ワープ等の長波長成分及び測定ノイズの除去を行うことによって、ウエーハ形状の局所的な変化を正確に測定することができ、半導体ウエーハ形状を高精度で評価することができる。尚、長波長成分の除去は、形状プロファイルを作成する際に行うのではなく、その後微分プロファイルを算出する際に行っても良い。このような処理を必要に応じ複数回実施しても良い。なお、プラズマエッチング前にうねりやワープ等の長周期の凹凸（長波長成分）が小さくなるように加工しておくと更に好ましい。
【００４９】
このとき、形状プロファイル（形状データ）の符号（プラス・マイナス）は、ウエーハの一主表面を表面または裏面をどちらにするかによってプラスまたはマイナスに変化するため、ウエーハ表面（または裏面）の形状データをどちらの符号で表すかは任意であり、ウエーハ形状を評価する際にウエーハの外周部におけるウエーハ面のハネまたはダレ方向を間違えることなく評価することができれば良い。
【００５０】
続いて、作成した形状プロファイル（図３）を、任意の位置を基準として一定間隔で微分を行い、その中点にデータをプロットすることによって、図４に示すような微分プロファイルを算出することができる。つまり、作成した形状プロファイルにおいて、任意の位置Ｘ_ｉ（ｍｍ）を基準として、Ｘ_ｉ＋１（ｍｍ）における形状プロファイルの変位の大きさＹ_ｉ＋１（μｍ）と、Ｘ_ｉ（ｍｍ）における形状プロファイルの変位の大きさＹ_ｉ（μｍ）との差を一定間隔（Ｘ_ｉ＋１−Ｘ_ｉ）で除した値を微分値（ｄｙｉ）として求めた後、間隔（Ｘ_ｉ＋１−Ｘ_ｉ）の中間点にデータをプロットすることによって微分プロファイルを算出することができる。この微分値は傾きの大きさ（μｍ／ｍｍ）に相当する。
【００５１】
このとき、形状プロファイルの微分を行う間隔（Ｘ_ｉ＋１−Ｘ_ｉ）は、評価対象となる半導体ウエーハの形状に応じて任意に選択することができるが、形状プロファイルをウエーハの半径方向に沿って１ｍｍ間隔で微分することによって、優れた測定レベル、例えば２ｍｍ×２ｍｍ角で評価したナノトポグラフィーに相当する測定レベルで半導体ウエーの形状を評価することができる。
【００５２】
次に、得られた微分プロファイルの解析を行って、ウエーハの表面特性を求める。以下、微分プロファイルを解析して表面特性を求める方法について説明する。
先ず、得られた微分プロファイル（図４）から、算出した微分プロファイルの最外点を最外データポイントＡとし、最外データポイントＡからウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をロールオフ（Ｒｏｌｌ　Ｏｆｆ）開始点Ｂとして検出し、また最外データポイントＡからウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最大値となる位置をフリップアップ（ＦｌｉｐＵｐ）最大スロープ位置Ｃとして検出し、さらに該フリップアップ最大スロープ位置Ｃからウエーハ中心方向に微分プロファイルを走査して最初に零となる位置をフリップアップ（Ｆｌｉｐ　Ｕｐ）開始点Ｄとして検出し、これらのロールオフ開始点Ｂ、フリップアップ最大スロープ位置Ｃ、及びフリップアップ開始点Ｄをウエーハの表面特性として求めることによって、本発明の半導体ウエーハの形状の評価を行うことができる。
【００５３】
主にこのような半導体ウエーハの表面特性を求めることによって、従来のウエーハ形状の評価方法では得ることのできないウエーハ形状、特にウエーハ外周部形状に関する有効な情報を得ることができ、その後のプラズマエッチングにおいて高精度の加工を行うことが可能となる。なお、微分型形状評価方式は、先に得られた微分プロファイル（１階微分プロファイル）を更に一定間隔で微分して２階微分プロファイルを算出し評価するものでも良い。２階微分プロファイルからは、主に曲率の大きさについての情報が得られ、例えば形状プロファイルの変位の大きい部分（傾斜のある部分）を正確に解析でき、エッチングエリアの決定に有用な情報が得られる。
【００５４】
このように形状評価手段によって半導体ウエーハ形状の評価を行った後、評価した半導体ウエーハの形状から半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出する。
例えば、半導体ウエーハをプラズマエッチングにより面取り部近傍まで平坦度の優れたウエーハに加工する場合は、形状評価手段により評価したウエーハ形状から、半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出することができる。
【００５５】
また、上述のように、デバイス製造工程において処理装置と半導体ウエーハとの相性を良くするためにある特定のウエーハ形状に加工する場合は、予めその目標とするウエーハ形状のテンプレート、例えば図５に示すようなウエーハ形状のテンプレートをウエーハ表面及び／または裏面について用意しておき、そして、この目標とするウエーハ形状のテンプレートと形状評価手段により評価した半導体ウエーハの形状とを比較することによって半導体ウエーハのエッチングエリアを算出し、また、目標とするウエーハ形状の微分処理したテンプレートと微分型形状評価方式により評価した半導体ウエーハの形状（微分プロファイル）との差を算出し、この算出した差を積分することによって半導体ウエーハのエッチング量を算出することができる。
【００５６】
その後、このように算出した半径方向の半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を、ウエーハ全周に渡って求めることにより、半導体ウエーハにプラズマエッチングを行うために必要なエッチングエリア及びエッチング量を正確に算出することができる。このとき、半径方向のエッチングエリア及びエッチング量をウエーハ中心角が１°以下の間隔で、例えばウエーハ面内で３６０〜４００本程度放射状に算出することにより、極めて優れた精度でエッチングエリア及びエッチング量を算出することができる。
【００５７】
以上のように半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出することによって、半導体ウエーハの表面及び裏面のそれぞれについて適切なエッチングエリア及びエッチング量を求めることができる。また、このように算出した半導体ウエーハのエッチングエリア及びエッチング量は、例えばコンピュータに順次蓄積することができ、その後これらに基づいて、半導体ウエーハにプラズマ化した原料ガスを照射してプラズマエッチングを行う。
【００５８】
プラズマエッチングは、プラズマエッチング手段により、原料ガスをプラズマ化し、これをノズルから半導体ウエーハに照射することによって行うことができる。例えば、図１に示すように、半導体ウエーハ６をウエーハ支持具７に静電チャック等で固定して回転させるとともに、高周波電極１０に高周波を印加して原料ガス１１をプラズマ化して、照射口の径が１〜２ｍｍのノズル９から高周波電極１０と接地電極１２との間に置かれた半導体ウエーハ６の表面に照射することによって、プラズマエッチングを行うことができる。尚、原料ガスをプラズマ化する方法としては特に限定されず、上記のように高周波電極に高周波を印加する方法の他、マイクロ波をノズルに当てる方法等のような従来用いられているいずれの方法でも採用することができる。
【００５９】
このとき、プラズマエッチングを行う際に使用する原料ガスとしては、従来使用しているものを限定することなく使用できるが、具体的には、ＣＣｌ_４等の塩素系、Ｈ_２等の水素系、またはＳＦ_６等のフッ素系のガスを使用でき、特に、シリコンウエーハを加工する場合には、ＳＦ_６を好適に使用できる。
【００６０】
このように本発明によれば、半導体ウエーハの形状、特に外周部形状を精度良く加工することができるため、半導体ウエーハを高平坦度化、又は、半導体ウエーハの形状をウエーハ表面及び裏面別々に評価して、ウエーハ表面及び裏面のそれぞれのエッチングエリア及びエッチング量を算出してプラズマエッチングを行うことができるため、半導体ウエーハの表面及び裏面をそれぞれ所望の形状に加工することが可能となる。また、このようにウエーハ表面及び裏面を所望の形状、すなわち、平坦にすることのみならず、必要に応じウエーハ周辺部をハネさせたり、あるいはダレさせたり任意の形状に加工することができれば、例えば、ウエーハチャックとウエーハ形状の相性の問題等を解決することができ、デバイス製造工程における歩留りの向上を図ることができる。
【００６１】
また、本発明の半導体ウエーハの加工方法を鏡面研磨工程が施された鏡面研磨ウエーハに行う場合は、主に半導体ウエーハの外周部を中心にプラズマエッチングを行えば良いため、半導体ウエーハを高いスループットで加工することができるとともに、ウエーハ外周部（ウエーハの測定除外領域近傍）まで形状が制御された鏡面研磨ウエーハを作製することができ、その結果、半導体ウエーハの生産性及び良品率を著しく向上させることができる。
【００６２】
また、一般にプラズマエッチングを半導体ウエーハの全面に対して行うと、ウエーハ表面のヘイズレベルが悪化するため、プラズマエッチング後に再度研磨代が微小の研磨が必要になり、コストアップにつながるという問題があったが、上記のようにウエーハ外周部を中心にプラズマエッチングを行えば、ウエーハの研磨面全体のヘイズレベルはほとんど低下せず、プラズマエッチング後にヘイズを除去するための鏡面研磨等を行う必要も無い。このように、本発明は、特にウエーハ外周部の形状の作り込みに有効である。
【００６３】
さらに、このように加工された半導体ウエーハを用いてデバイスを形成すれば、ウエーハ表面上の広範囲に回路を正確に形成させることができる。その結果、半導体デバイスの品質、生産性及び歩留りを著しく向上させることができる。
【００６４】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１として、本発明の半導体ウエーハの加工方法により、ウエーハ外周部の形状が、ウエーハ表面側では盛り上がるように湾曲して（ハネて）おり、かつウエーハ裏面側では垂れ下がるように湾曲して（ダレて）いるシリコンウエーハを製造する場合について説明する。
【００６５】
ＣＺ法により直径３００ｍｍのシリコン単結晶を引き上げ、得られた単結晶をスライスし、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨の各工程を順次施してシリコンウエーハを作製した（この状態のウエーハを原材料ウエーハということがある）。この時、鏡面研磨工程でリテーナリングを用いたＣＭＰによってウエーハの表裏両面を研磨した。鏡面研磨工程後のシリコンウエーハは、ウエーハ表面及び裏面ともに外周部がハネた状態となっており、ほぼ同じ形状であった。
【００６６】
このようなシリコンウエーハに対して、本発明の半導体ウエーハの加工方法によって、ウエーハ外周部においてウエーハ表面側ではハネており、またウエーハ裏面側ではダレてるようなウエーハ形状となるように加工を行った。
【００６７】
先ず、図１に示すような構成を有するプラズマエッチング装置（システム）１３を用い処理した。本実施例１では形状測定手段１及びプラズマエッチング手段４は別々の構成（それぞれ独立した装置）のものを用い、形状測定手段で測定されたウエーハの形状データの座標とプラズマエッチング手段の座標軸を一致させ処理する装置（システム）を用いた。形状測定手段１を用いて、シリコンウエーハの表面及び裏面の形状データを測定した。このとき、変位計８として、非接触レーザー変位計（２ヘッド方式）のナノメトロ（登録商標）３００ＴＴ（黒田精工社製）を用いて、半導体ウエーハの形状データを求め、コンピュータ５に順次保存した。
【００６８】
その後、形状評価手段２により、測定した形状データから半径方向に沿ってウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲（ウエーハ最外周から２ｍｍは測定除外領域とした）の形状プロファイルを作成した後、２ｍｍの移動平均を施して測定ノイズを除去し、また最小自乗法近似により長波長成分を除去することによって、図３に示すような長波長成分及び測定ノイズが除去された形状プロファイルを作成した（ウエーハ裏面の形状についても同様に形状プロファイルを作製したが、ウエーハ表面の形状プロファイルとほぼ同様の形状を示したため、図示を省略する）。その後、この作成した形状プロファイル（図３）に１ｍｍ間隔で微分を行って、図４に示すような微分プロファイルを算出した。これにより、面取り部につながるダレの開始位置、例えばロールオフ開始点Ｂや、ハネ始めや最大傾きの位置およびハネ具合、例えばフリップアップ開始点Ｄやフリップアップ最大スロープ位置Ｃ及び位置Ｃの微分値などを正確に求めることができる。これらの表面特性をもとにプラズマエッチングを行っても良いが、本実施例１ではさらにテンプレートを用いエッチングエリア及びエッチング量を算出した。
【００６９】
つまり、目標とするウエーハ形状のテンプレートとして、表面形状については図５のウエーハ形状のテンプレート、裏面形状については図６のウエーハ形状のテンプレートを用意した。特にテンプレートは微分処理したものが好ましく、微分処理したテンプレート及び被加工物の微分プロファイルを比較しエッチングエリアを求め、また差を算出して積分することによってエッチング量を算出した。
【００７０】
その後、算出したウエーハのエッチングエリア及びエッチング量に基づいて、プラズマエッチング装置１３のプラズマエッチング手段４を用いて、高周波電極１０に高周波を印加して原料ガス１１をプラズマ化して、照射口の径が２ｍｍのノズル９から高周波電極１０と接地電極１２との間に置かれた半導体ウエーハ６の表面にプラズマを照射することによって、プラズマエッチングを行った。
【００７１】
プラズマエッチング後、得られたシリコンウエーハの形状を再度形状測定手段１を用いて、ウエーハ表面の形状データ、ウエーハ裏面の形状データ、及びウエーハ形状をより正確に評価するためにウエーハの厚さを測定し、半径方向に沿ってウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の形状プロファイルを作成した。その結果を図８に示す。
【００７２】
尚、この図８のウエーハ裏面の形状プロファイルは、図９に示すように変位計によって形状データが測定されたものであるため、プラスマイナスが逆である。しかしながら、本発明では、上述のように、ウエーハの外周部におけるウエーハ面のハネまたはダレ方向を間違えることなく評価することができれば、形状プロファイル（形状データ）の符号をどちらで表すかは任意である。また、目標とするウエーハ形状のテンプレートの比較においても、このようなことを考慮に入れてエッチングエリア及びエッチング量を算出するため、何ら問題はない。
【００７３】
続いて、この図８のウエーハ表面及び裏面の形状プロファイルに２ｍｍの移動平均を施して測定ノイズを除去した後、１ｍｍ間隔で微分処理を行って微分プロファイルを算出し、最小自乗法近似により長波長成分を除去することによって、図７に示すようなウエーハ表面及び裏面の微分プロファイルを算出した。
【００７４】
この図７のウエーハ表面及び裏面の微分プロファイルより、ウエーハ中心から１４０ｍｍより外側の領域（ウエーハ最外周から１０ｍｍの領域）において、ウエーハ表面の微分プロファイルはプラス側（ハネ方向）に存在し、またウエーハ裏面の微分プロファイルもプラス側（ダレ方向：裏面の形状データの符号が逆であるため、実際にはマイナス側の領域に存在する）に存在していることがわかる。
【００７５】
以上のことから、本発明の半導体ウエーハの加工方法によって、半導体ウエーハの表面及び裏面をそれぞれ所望の形状、すなわち、ウエーハ中心から１４０ｍｍより外側の領域においてウエーハ形状のテンプレートとほぼ同様のウエーハ表面側でハネており、裏面側でダレている形状に半導体ウエーハを加工することができた。このように本発明の方法では、ウエーハ形状を任意の形状に、特にウエーハ表面及び裏面をそれぞれ別々に所望の形状に加工できる。なお上記実施例１に限らず、本発明の方法によればウエーハ外周部まで高平坦度に加工することもできる。
【００７６】
（実施例２）
直径３００ｍｍのシリコンウエーハに対し、ウエーハ周辺部まで高平坦度のウエーハを製造した。この原料ウエーハはうねり成分が少なくなるように加工された両面鏡面研磨ウエーハであり、ウエーハ表面及び裏面ともに外周部がハネた形状のウエーハを用いた。
【００７７】
実施例１と同様にこのウエーハの表裏両面の形状データを形状測定手段により測定し、更に形状プロファイル及び微分プロファイルを形状評価手段により作成した。本実施例２では微分型形状評価方式によってウエーハ全周に渡ってウエーハ中心角が１°の間隔で３６０本の微分プロファイルを作成し評価した。微分プロファイルは得られた形状プロファイルを１ｍｍ間隔で微分処理したものである。さらにこの微分プロファイル（１階微分プロファイル）を１ｍｍ間隔で再度微分処理を行い２階微分プロファイルを作成した。
【００７８】
得られた（１階）微分プロファイルに±０．０１μｍ／ｍｍの幅でしきい値を設定し（例えば図４のような微分プロファイルの縦軸にしきい値を設定し）、シリコンウエーハのエッチングエリア及びエッチング量を算出した。つまりこのしきい値からはみ出したエリアの部分（位置）を修正するようにプラズマエッチングを行った。
【００７９】
今回用いた原料ウエーハでは、ウエーハ外周部がハネた形状をしているため、しきい値をはみ出す領域がウエーハ外周部に存在した。特にウエーハ外周端部から１０ｍｍ程度の範囲であった。従って、このウエーハ外周部のみプラズマエッチングを行った。
【００８０】
上記、（１階）微分プロファイルのしきい値をはみ出した位置の位置情報及び微分値（傾きの大きさ）及び２階微分プロファイルの情報をもとにプラズマエッチングを実施例１と同様に行った後、得られたシリコンウエーハの形状として、ウエーハの厚さ、ウエーハ表面及び裏面の形状を評価したところ、ウエーハ厚さについてはウエーハ外周部まで高平坦度に、さらにウエーハ表面及び裏面とも微分プロファイルの縦軸が±０．０１μｍ／ｍｍ以内とウエーハ形状の急激な変化点がなく良好なウエーハが製造できた。
【００８１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００８２】
例えば、上記実施例においては、研磨工程後にプラズマエッチングを行う場合について説明しているが、本発明はこれには限定されず、例えば研磨工程を多段研磨で行う場合、本発明によるプラズマエッチングを多段研磨の１次鏡面研磨後に行っても良いし、仕上げ鏡面研磨工程後に行っても良い。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体ウエーハの形状、特に外周部形状を精度良く加工することができるため、半導体ウエーハを高平坦度化することができ、また半導体ウエーハの表面及び裏面をそれぞれ所望の形状に加工することができる。そして、このように加工された半導体ウエーハであれば、ウエーハ表面上の広範囲にデバイスを正確に形成できるため、半導体デバイスの生産性及び歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマエッチング装置の一例を示す概略説明図である。
【図２】本発明のプラズマエッチング装置における形状測定手段の別の一例を示す概略説明図である。
【図３】半導体ウエーハの半径方向に沿ってウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の形状プロファイルを示したグラフである。
【図４】図３の形状プロファイルを微分処理して算出した微分プロファイルを示したグラフである。
【図５】目標とするウエーハ形状のウエーハ表面側のテンプレートを示した図である。
【図６】目標とするウエーハ形状のウエーハ裏面側のテンプレートを示した図である。
【図７】図８の形状プロファイルを微分処理して算出した微分プロファイルを示したグラフである。
【図８】実施例１においてプラズマエッチングを行った後の半導体ウエーハの半径方向に沿ってウエーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の形状プロファイルを示したグラフである。
【図９】図１の本発明のプラズマエッチング装置における形状測定手段の変位計による表裏面の形状データの測定について説明した説明図である。
【図１０】プラズマエッチングの一例を示す概略説明図である。
【図１１】プラズマエッチングの別の例を示す概略説明図である。
【図１２】半導体ウエーハの外周部の形状を概略的に表した概略説明図である。
【図１３】従来の半導体ウエーハの一般的な製造工程を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…形状測定手段、　２…形状評価手段、　３…算出手段、
４…プラズマエッチング手段、　５…コンピュータ、
６…半導体ウエーハ、　７…ウエーハ支持具、
８…変位計、　９…ノズル、
１０…高周波電極、　１１…原料ガス、　１２…接地電極、
１３…プラズマエッチング装置、　１４…変位計、　１５…試料台、
１６…高周波電極、　１７…接地電極、　１８…ノズル、
１９…回転テーブル、　２０…ノズル、　Ｗ…原料ウエーハ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for processing a semiconductor wafer and a plasma etching apparatus, and relates to a technique for processing a wafer with high accuracy by plasma etching in a process of manufacturing a semiconductor wafer such as a silicon wafer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in manufacturing a silicon wafer, for example, first, a single crystal rod is grown by a single crystal growing apparatus using a Czochralski method (CZ method) or a floating zone melting method (FZ method). As shown in the flow, the obtained single crystal rod is sliced to obtain a thin disk-shaped wafer, and the wafer edge obtained in order to prevent cracking or chipping of the wafer obtained in the slicing step a. A chamfering step b for chamfering a portion, a lapping step c for lapping the chamfered wafer to flatten it, an etching step d for removing processing strain remaining on the chamfered and lapped wafer surface, and A mirror polishing step e in which the surface of the wafer is brought into sliding contact with a polishing cloth to perform primary mirror polishing and finish mirror polishing, or more multi-stage polishing; By washing step f for removing abrasive and foreign matter adhering to the wafer to clean the polished wafer is performed, a silicon wafer having been mirror-polished is prepared.
[0003]
Although the mirror-polished wafer obtained through the above-described manufacturing process achieves a relatively high flatness in the central portion, for example, in the case of a wafer having a diameter of about 300 mm, from a position about 5 mm to 10 mm from the outermost peripheral edge of the wafer. In many cases, a so-called peripheral sag in which a wafer main surface hangs down is generated. As a cause of this peripheral sag, excessive processing of the peripheral portion of the wafer in the lapping step c and the etching step d, and when polishing the wafer in the primary mirror polishing step e, the polishing pressure of the peripheral portion is higher than the central portion, It is considered that the peripheral portion is excessively polished. On the other hand, when polishing is performed while holding the wafer on a polishing head having a retainer ring during the polishing step, the outer peripheral shape of the main surface of the wafer tends to swell.
[0004]
In recent years, with the high integration of the most advanced semiconductor devices, it has been required to manufacture a semiconductor wafer having a high degree of flatness and a shape suitable for a device manufacturing process. Therefore, at present, a plasma etching process may be added during a wafer manufacturing process, for example, before and after a mirror polishing process. By performing such a plasma etching step, it is possible to further improve the flatness of the wafer (TTV: Total Thickness Variation, that is, the difference between the maximum thickness and the minimum thickness over the entire surface of the wafer).
[0005]
As an example of the plasma etching process, for example, a technique called plasma-assisted chemical etching (PACE) has been developed (JP-A-5-160074, JP-A-6-5571, JP-A-6-5577). -288249).
[0006]
PACE is a method of uniformizing the thickness of a wafer while partially etching the surface of the wafer with plasma. After measuring the thickness distribution of the wafer by an optical interference method or a capacitance method, the thickness distribution is measured. In this technique, the relative removal speed of the nozzle for irradiating the plasma to the wafer surface is controlled in accordance with the control of the amount of etching removal by the plasma, and the inside of the wafer surface is made highly flat.
[0007]
As a specific method of the plasma etching, for example, as shown in FIG. 10, a raw material wafer W such as a silicon wafer is placed between a high-frequency electrode 16 and a ground electrode 17, and a high-frequency SF within ₆ And the like, and the surface of the raw material wafer W is irradiated with plasma. As a result, a region on the wafer surface located below the nozzle 18 can be locally etched. At this time, the source gas may be turned into plasma by a method of turning the source gas into a plasma by applying microwaves to the nozzle, in addition to the method of turning the source gas into plasma with the high-frequency electrode as described above. For example, as shown in FIG. 11, the raw material wafer W is fixed on the rotating table 19 with an electrostatic chuck or the like and rotated, and the microwave is applied to the nozzle 20 to convert the raw material gas into plasma. Irradiation can perform etching.
[0008]
As described above, the thickness distribution of the raw material wafer W is measured in advance by an optical interference method, a capacitance method, or the like, and the moving speed of the nozzle for irradiating the plasma or the moving speed of the raw material wafer W is controlled in accordance with the thickness distribution. While scanning the entire surface of the wafer W while locally removing a thick portion by plasma etching, the entire surface of the semiconductor wafer can be highly flattened.
[0009]
However, in recent years, with the further increase in the degree of integration of semiconductor devices, the thickness distribution of a semiconductor wafer is measured by the optical interference method, the capacitance method, or the like as described above, and the amount of etching removal based on the thickness distribution is measured. , It has become impossible to sufficiently control the shape of the wafer, particularly the shape of the outer peripheral portion of the wafer.
[0010]
In other words, in recent years, the integration of semiconductor devices has been advanced, and the minimum line width of the circuit itself has become a level of 0.13 μm or less. In order to secure the depth of focus when forming a circuit on the surface of a semiconductor wafer by a lithography process, Site flatness SFQR based on the surface of a semiconductor wafer serving as a substrate is 0.13 μm or less (site size: 25 × 36 mm). ² ) Level is required. As a result, even if a semiconductor wafer is plasma-etched based on the thickness distribution of the wafer as described above, when a device is actually formed on the wafer, a resist pattern can be accurately formed, particularly in a peripheral portion of the wafer. There were problems such as inability to do so. Here, the SFQR (Site Front-least-squares Range) is a value that calculates an average plane based on a surface with respect to flatness for each site and expresses a maximum range of unevenness with respect to the surface.
[0011]
On the other hand, in order to increase the yield of semiconductor devices from a single semiconductor wafer from the viewpoint of manufacturing cost, the flatness guaranteed area has conventionally been an area excluding 3 mm from the outermost peripheral edge of the wafer. However, it is required to enlarge the region except for 2 mm or 1 mm from the outermost peripheral edge of the wafer.
[0012]
Further, with the miniaturization of device patterns, compatibility between a wafer holding chuck used in a device manufacturing process, for example, a processing apparatus such as lithography and chemical mechanical polishing (CMP) and a wafer shape may be regarded as a problem. It has become. With respect to such compatibility between the wafer chuck and the wafer shape, matching of the shape of the wafer chuck with the shape of the outer peripheral portion of the wafer is important, and depending on the processing apparatus, for example, the surface shape of the outer peripheral portion of the wafer may be formed with an appropriate size. For example, the preferred shape of the semiconductor wafer may differ depending on the device manufacturer or the like. Therefore, it is desired that the outer peripheral portion of the wafer be accurately processed into a desired shape, and that the front and rear surfaces of the wafer be separately processed accurately.
[0013]
However, the optical interference method, the capacitance method, and the like cannot accurately measure the shape of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer, for example, the position at which the surface sag at the outer peripheral portion of the wafer starts (hereinafter, sometimes referred to as an inflection point). In addition, it is difficult to control the etching area and the etching amount of the plasma etching with high accuracy, and it is difficult to process the outer peripheral portion of the wafer with high accuracy, and it is not possible to achieve high flatness up to the outer peripheral portion of the wafer (near the outermost peripheral portion). Was.
[0014]
Also, since plasma etching is performed according to the thickness distribution of the semiconductor wafer as described above, it can be processed uniformly with respect to the thickness of the wafer, but only one side of the wafer is processed, and in principle, The wafer surface or the back surface cannot be separately processed into a desired shape, and there is a limit in the conventional plasma etching using the thickness distribution.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to precisely process a wafer shape, particularly a shape of a wafer outer peripheral portion, to produce a semiconductor wafer. It is an object of the present invention to provide a semiconductor wafer processing method capable of processing the respective back surfaces into desired shapes, and a plasma etching apparatus that can be used for processing such a semiconductor wafer.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method for processing a semiconductor wafer by processing a semiconductor wafer by plasma etching, comprising: measuring shape data of a front surface and / or a back surface of the semiconductor wafer; The shape of the semiconductor wafer is evaluated by the differential shape evaluation method from the shape data of the wafer, and the etching area and the etching amount of the semiconductor wafer are calculated from the evaluated shape of the semiconductor wafer. On the basis of the method, a semiconductor wafer processing method is provided, wherein plasma etching is performed by irradiating the semiconductor wafer with a source gas that has been turned into plasma (claim 1).
[0017]
In this way, the shape data of the front and / or back surface of the semiconductor wafer is measured, the shape of the semiconductor wafer is evaluated from the shape data by the differential shape evaluation method, and the etching area and the etching amount are calculated from the evaluated wafer shape. After that, by performing plasma etching on the semiconductor wafer based on the calculated etching area and etching amount of the wafer, the shape of the semiconductor wafer, particularly the outer peripheral shape, is accurately processed, and the semiconductor wafer is formed into a desired wafer shape. It can be processed with high precision.
[0018]
At this time, it is preferable to evaluate the shape of the semiconductor wafer separately for the wafer front surface and the back surface, calculate the respective etching areas and etching amounts of the wafer front surface and the back surface, and then perform plasma etching on each of the wafer front surface and the back surface. (Claim 2).
[0019]
As described above, according to the method for processing a semiconductor wafer of the present invention, the front surface and the back surface of the semiconductor wafer are separately evaluated, the etching area and the etching amount of each of the wafer front surface and the back surface are calculated, and based on the calculation result. Plasma etching can be performed on each of the front and back surfaces of the wafer. Therefore, unlike the conventional control based on the thickness, the front surface and the back surface of the semiconductor wafer can be respectively processed into desired shapes.
[0020]
Further, the evaluation by the differential shape evaluation method is performed by creating a shape profile along the radial direction from the measured shape data of the semiconductor wafer, differentiating the shape profile to calculate a differential profile, and obtaining the obtained differential profile. It is preferable that the analysis be performed to obtain the surface characteristics of the wafer (claim 3).
[0021]
By performing the evaluation using the differential shape evaluation method in this manner, it is possible to accurately quantify the semiconductor wafer in the radial direction, particularly the shape of the outer peripheral portion of the wafer, particularly the position at the beginning of the splash or sag, and further, the wafer surface. Also, since the shape of the back surface can be evaluated separately, the shape of the semiconductor wafer can be more accurately evaluated, and highly accurate plasma etching can be performed based on this.
[0022]
At this time, it is preferable that the differentiation process of the shape profile is performed by differentiating the shape profile at intervals of 1 mm along the radial direction of the wafer (claim 4).
[0023]
In the differentiation process of the shape profile, the interval at which the differentiation is performed can be arbitrarily selected according to the shape of the semiconductor wafer to be evaluated, but the differentiation process of the shape profile is performed along the radial direction of the wafer as described above. By differentiating at 1 mm intervals, the semiconductor wafer shape, particularly the outer peripheral shape of the semiconductor wafer, is evaluated at a measurement level corresponding to the evaluation of 2 mm × 2 mm square by nanotopography conventionally used for evaluating the wafer shape. be able to. Nanotopography (also referred to as nanotopology) refers to unevenness having a wavelength of about 0.2 mm to 20 mm and an amplitude of about several nm to 100 nm. The evaluation method is such that one side is about 0.1 mm to 10 mm. In a region of a square or a circular block range having a diameter of about 0.1 mm to 10 mm (this range is referred to as WINDOW SIZE, etc.), a height difference (PV value; peak to valley) of unevenness on a wafer surface is evaluated. is there. This PV value is also called Nanotopography Height or the like. In the evaluation of a semiconductor wafer by nanotopography, it is particularly desired that the maximum value of the unevenness existing in the wafer surface is small. Usually, a measurement is performed on a plurality of block ranges of a square of 2 mm × 2 mm, and the maximum value of the PV value is evaluated. The smaller the maximum value of the PV value is, the higher the quality of the wafer is evaluated. You. Further, the shape quality of the wafer may be evaluated depending on how much the area exceeding the allowable value occupies the area of the FQA (Fixed Quality Area; wafer effective area).
In particular, in the differential shape evaluation method, the position at which the wafer shape that affects the quality of nanotopography changes rapidly, that is, the position at the beginning of sagging or splash, and the rate of shape change can be accurately evaluated. When plasma etching is performed based on (surface characteristics of a wafer), a semiconductor wafer having high flatness can be manufactured.
[0024]
At this time, the etching area of the semiconductor wafer can be calculated by comparing the shape of the semiconductor wafer evaluated by the differential shape evaluation method with a target wafer shape template (claim 5). Further, the calculation of the etching amount of the semiconductor wafer is performed by calculating a difference between the shape of the semiconductor wafer evaluated by the differential shape evaluation method and a target wafer shape template, and integrating the calculated difference. (Claim 6).
[0025]
As described above, the calculation of the etching area of the semiconductor wafer is performed by comparing the shape of the semiconductor wafer evaluated by the differential shape evaluation method with the target wafer shape template, and the calculation of the etching amount of the semiconductor wafer is performed. If a difference between the shape of the semiconductor wafer evaluated by the differential shape evaluation method and the target wafer shape template is calculated and the calculated difference is integrated to obtain a desired shape of the semiconductor wafer, Necessary etching areas and etching amounts can be accurately calculated. As described above, if the accurate etching area and the etching amount of the semiconductor wafer are calculated, and the semiconductor wafer is subjected to plasma etching based on the calculated values, the semiconductor wafer can be processed into a desired shape with high accuracy.
[0026]
Further, it is preferable that the plasma etching is performed by irradiating the semiconductor wafer with a plasma-converted source gas from a nozzle having a diameter in a range of 1 mm to 2 mm (claim 7).
As described above, by performing plasma etching by irradiating a semiconductor wafer with a source gas that has been turned into plasma from a nozzle having a diameter in the range of 1 mm to 2 mm, a semiconductor wafer, particularly, a narrow region on the outer periphery of the wafer can be etched with high precision. can do. This diameter may be 1 mm or less, but is preferably 1 mm or more in consideration of the etching efficiency. Further, in order to improve nanotopography and the like, it is preferable to perform etching treatment mainly on a portion where the shape in a narrow region of 2 mm or less changes rapidly, and it is preferable to reduce the diameter of the nozzle to 2 mm or less. Also, as the diameter increases, the plasma intensity can be distributed and the shape can be distributed at the etched portion, and the new shape can be deteriorated by the plasma etching. Is adjusted and etching is performed.
[0027]
Preferably, the source gas is a chlorine-based, hydrogen-based, or fluorine-based gas (claim 8).
By using a chlorine-based, hydrogen-based, or fluorine-based gas as the source gas for plasma etching, a semiconductor wafer including silicon can be suitably etched.
[0028]
Furthermore, according to the present invention, there is provided a plasma etching apparatus for performing plasma etching of a semiconductor wafer, wherein at least a shape measuring means for measuring shape data of a front surface and / or a back surface of the semiconductor wafer, and a shape data of the measured semiconductor wafer. A shape evaluation means for evaluating the shape of the semiconductor wafer by a differential shape evaluation method, a calculation means for calculating an etching area and an etching amount of the semiconductor wafer from the evaluated shape of the semiconductor wafer, and a calculation method based on the calculated etching area and the etching amount. In addition, a plasma etching apparatus is provided which has plasma etching means for performing plasma etching by irradiating the semiconductor wafer with a source gas converted into plasma from a nozzle.
[0029]
Thus, at least the shape measuring means for measuring the shape data of the semiconductor wafer, the shape evaluating means for evaluating the shape of the semiconductor wafer by the differential shape evaluation method, and the calculating means for calculating the etching area and the etching amount of the semiconductor wafer And a plasma etching apparatus having a plasma etching means for performing plasma etching on the semiconductor wafer can be a plasma etching apparatus for processing the shape of the semiconductor wafer, particularly the outer peripheral portion with high accuracy. Furthermore, with the plasma etching apparatus as described above, the front and back surfaces of the semiconductor wafer are separately evaluated to calculate respective etching areas and etching amounts, and plasma etching can be performed based on the calculation results. In addition, the front and rear surfaces of the wafer can be processed into desired shapes with high precision.
[0030]
At this time, the differential type shape evaluation method of the shape evaluation means creates a shape profile along the radial direction from the measured shape data of the semiconductor wafer, calculates the differential profile by differentiating the shape profile, and obtains the obtained profile. It is preferable to obtain the surface characteristics of the wafer by analyzing the differential profile.
[0031]
With such a differential shape evaluation method of the shape evaluation means, it is possible to accurately quantify the shape of the semiconductor wafer in the radial direction, particularly the outer peripheral portion of the wafer, and to separately evaluate the shapes of the front and back surfaces of the wafer. Therefore, the shape of the semiconductor wafer can be more accurately evaluated, and based on this, highly accurate plasma etching can be performed.
[0032]
Preferably, the diameter of the nozzle for irradiating the plasma is in the range of 1 mm to 2 mm.
As described above, if the diameter of the nozzle for irradiating the plasma is in the range of 1 mm to 2 mm, the apparatus can be used to etch a semiconductor wafer, particularly a narrow region on the outer periphery of the wafer with high accuracy.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
The inventors of the present invention have evaluated the shape of a semiconductor wafer, particularly the shape of the outer peripheral portion of the wafer, by evaluating the surface shape from a viewpoint different from the conventional one, and performing plasma etching based on the evaluation. The present inventors have found that a semiconductor wafer of an arbitrary shape can be manufactured by precisely processing a wafer shape, particularly a shape of a wafer outer peripheral portion, and furthermore, it is possible to process a wafer front surface and a back surface into desired shapes, respectively. It was completed.
[0034]
First, a plasma etching apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one example of a plasma etching apparatus according to the present invention.
[0035]
The plasma etching apparatus 13 of the present invention includes a shape measuring means 1 for measuring shape data of the front surface and / or the back surface of the semiconductor wafer 6 and a shape of the semiconductor wafer by a differential shape evaluation method from the measured shape data of the semiconductor wafer 6. A shape evaluation means for evaluating; a calculating means for calculating an etching area and an etching amount of the semiconductor wafer from the evaluated shape of the semiconductor wafer; and a plasma from the nozzle to the semiconductor wafer based on the calculated etching area and the etching amount. Plasma etching means 4 for irradiating the converted source gas 11 to perform plasma etching.
[0036]
At this time, the shape measuring means 1, the shape evaluating means 2, the calculating means 3, and the plasma etching means 4 can make the coordinates of the shape data of the semiconductor wafer measured by the shape measuring means 1 coincide with the coordinates of the plasma etching means. , May be configured separately, or may be configured integrally. For example, as shown in FIG. 1, by incorporating the shape evaluation means 2 and the calculation means 3 into a computer 5 and connecting the computer 5 to the shape measurement means 1 and the computer 5 to the plasma etching means 4, the plasma of the present invention is obtained. The etching device 13 can be configured.
[0037]
At this time, the shape measuring means 1 is not particularly limited as long as it measures shape data of the front surface and / or the back surface of the semiconductor wafer 6. For example, as shown in FIG. The wafer 6 is fixed by an electrostatic chuck or the like, and the shape data of each of the front and back surfaces of the semiconductor wafer can be measured by the two front and back displacement meters 8 from above and below the wafer 6. As the shape measuring means 1, for example, as shown in FIG. 2, a semiconductor wafer 6 is mounted on a sample table 15 on which an object to be measured is mounted without suction, and a front or rear surface of the semiconductor wafer is May be used to obtain shape data.
[0038]
At this time, as the displacement meter 8 or 14, for example, a device equipped with a laser oscillator, an automatic focusing mechanism including a CCD (Charge Coupled Device) camera, an automatic focusing circuit, or the like can be used. By using such a displacement meter, a laser beam (for example, HeNe laser or the like) is irradiated to the front and / or back surface of the semiconductor wafer perpendicularly at a predetermined interval, and the semiconductor light of the laser beam irradiated by the automatic focusing mechanism is irradiated. The displacement of the front and / or back surface of the semiconductor wafer in the thickness direction can be measured by automatically adjusting the focus of the reflection image from the wafer and measuring the deviation of the distance from the reference point calibrated in advance. . In this way, the shape data of the front surface and / or the back surface of the semiconductor wafer can be measured.
[0039]
The plasma etching means 4 applies, for example, a high frequency to the high-frequency electrode 10 to turn the source gas 11 in the nozzle 9 into a plasma, and the surface of the semiconductor wafer 6 placed between the high-frequency electrode 10 and the ground electrode 12. , The region of the semiconductor wafer 6 irradiated with the plasma can be locally etched.
[0040]
At this time, the diameter of the nozzle 9 for irradiating the plasma is preferably in the range of 1 mm to 2 mm. Nozzles used in the plasma etching apparatus of the present invention may be those conventionally used, for example, those having a relatively small diameter of about 3 mm to 5 mm can be used. Thus, the diameter of the nozzle 9 is 1 mm to 2 mm. By using a material within the range, etching can be performed with very high accuracy even in a fine region on the outer peripheral portion of the wafer.
[0041]
Further, the shape of the nozzle 9 is not limited to the above. For example, a small-diameter circular nozzle having a diameter of 1 to 2 mm as described above may be used, or a rectangular nozzle having a side of 1 to 2 mm may be used as another shape. Further, by making the shape of the nozzle along the outer periphery of the wafer peripheral portion, the shape of the wafer outer peripheral portion can be processed more efficiently.
[0042]
Next, a method of processing a semiconductor wafer using the above-described plasma etching apparatus of the present invention will be described.
In the method for processing a semiconductor wafer according to the present invention, the shape data of the front surface and / or the back surface of the semiconductor wafer are measured, and the shape of the semiconductor wafer is evaluated by the differential shape evaluation method from the measured shape data of the semiconductor wafer. After calculating the etching area and the etching amount of the semiconductor wafer from the shape of the semiconductor wafer, based on the calculated etching area and the etching amount of the wafer, irradiating the semiconductor wafer with a raw material gas that has been turned into plasma to perform plasma etching. Features.
[0043]
According to such a semiconductor wafer processing method of the present invention, the semiconductor wafer can be processed into an arbitrary shape by precisely processing the shape of the semiconductor wafer, particularly, the outer peripheral portion shape.
Furthermore, since the shape of the semiconductor wafer is separately evaluated for the wafer front surface and the back surface, and the respective etching areas and etching amounts of the wafer front surface and the back surface are calculated, plasma etching can be performed on each of the wafer front surface and the back surface. The front and back surfaces of the semiconductor wafer can be processed into desired shapes, respectively.
[0044]
Hereinafter, the method for processing a semiconductor wafer according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
First, the shape data of the front surface and / or the back surface of the semiconductor wafer to be processed is measured by the shape measuring means.
A method of measuring the shape data of a semiconductor wafer is, for example, as in the shape measuring means 1 shown in FIG. 1, by fixing a semiconductor wafer 6 with a wafer support 7 by an electrostatic chuck or the like, By scanning the semiconductor wafer with the displacement gauge 8 and measuring the displacement of the surface in the thickness direction of the wafer, the shape data of the front and back surfaces of the semiconductor wafer can be obtained. For example, as shown in FIG. 2, a semiconductor wafer 6 is mounted on a sample table 15 on which an object to be measured is mounted without suction, and the displacement meter 14 scans the front or back surface of the semiconductor wafer to scan in the thickness direction of the wafer. The shape data can also be obtained by measuring the displacement of the surface.
[0045]
At this time, the shape data of the semiconductor wafer can be evaluated with excellent accuracy by scanning the front surface and / or the back surface of the semiconductor wafer at small measurement intervals. For example, by setting the scanning interval of the semiconductor wafer to 1 mm or less, particularly about 0.05 mm, the shape data of the semiconductor wafer can be measured with excellent measurement accuracy.
Thereafter, the shape data (information such as the measurement position and the displacement) measured as described above can be sequentially stored in, for example, a storage unit (not shown) provided in the computer.
[0046]
Next, the shape evaluation means evaluates the shape of the semiconductor wafer from the shape data of the semiconductor wafer measured by the shape measurement means by a differential shape evaluation method.
From the measured shape data of the semiconductor wafer, a shape profile in a range to be evaluated is created along the radial direction. For example, when evaluating the shape of the outer peripheral portion of the wafer, a shape profile as shown in FIG. 3 can be created. The shape profile shown in FIG. 3 shows shape data of a semiconductor wafer having a diameter of 300 mm in a range of 120 to 148 mm from the center of the wafer. At this time, a region 2 mm from the outermost periphery of the wafer was defined as a measurement exclusion region.
[0047]
In the method for processing a semiconductor wafer of the present invention, it is preferable that the evaluation of the shape of the semiconductor wafer is performed excluding a region within 1 mm to 2 mm from the outermost periphery of the semiconductor wafer as described above. Generally, an outer peripheral portion of a semiconductor wafer is chamfered to prevent chipping or the like of the wafer, and a chamfered portion as shown in FIG. 12 is formed. The width of the chamfered portion varies depending on the method of manufacturing the wafer, but is usually about 500 μm (0.5 mm). In recent years, it has been desired that the evaluation of the wafer shape be performed up to the vicinity of the boundary between the wafer main surface and the chamfered portion, but in consideration of measurement accuracy and the like, an area of 1 mm from the outermost periphery of the semiconductor wafer including the chamfered portion. Is excluded (measurement exclusion area), it is possible to evaluate the shape of the semiconductor wafer with more excellent measurement accuracy.
[0048]
In addition, the shape profile of FIG. 3 performs least squares approximation to remove long wavelength components when creating a shape profile from shape data measured by the shape measuring means, and further removes measurement noise. And a moving average operation of about 1 to 2 mm. As described above, when a shape profile is created, by removing long-wavelength components such as warp and measurement noise, local changes in the wafer shape can be accurately measured, and the semiconductor wafer shape can be accurately measured. Can be evaluated. The removal of the long-wavelength component may be performed not at the time of forming the shape profile but at the time of calculating the differential profile. Such processing may be performed a plurality of times as needed. Note that it is more preferable to perform processing before plasma etching such that long-period irregularities (long-wavelength components) such as undulations and warps are reduced.
[0049]
At this time, since the sign (plus / minus) of the shape profile (shape data) changes to plus or minus depending on whether one main surface of the wafer is the front surface or the back surface, the shape data of the wafer front surface (or the back surface) is obtained. Is arbitrary, as long as the shape of the wafer can be evaluated without mistake in the direction of the splash or sag of the wafer surface at the outer peripheral portion of the wafer.
[0050]
Subsequently, by differentiating the created shape profile (FIG. 3) at regular intervals with reference to an arbitrary position, and plotting data at the middle point, a differential profile as shown in FIG. 4 can be calculated. it can. That is, in the created shape profile, any position X _i (Mm), X _{i + 1} The magnitude Y of the displacement of the shape profile in (mm) _{i + 1} (Μm) and X _i The magnitude Y of the displacement of the shape profile in (mm) _i (Μm) at a constant interval (X _{i + 1} -X _i ) Is obtained as a differential value (dyi), and then the interval (X _{i + 1} -X _i The differential profile can be calculated by plotting the data at the midpoint of ()). This differential value corresponds to the magnitude of the gradient (μm / mm).
[0051]
At this time, the interval (X _{i + 1} -X _i ) Can be arbitrarily selected according to the shape of the semiconductor wafer to be evaluated. By differentiating the shape profile at 1 mm intervals along the radial direction of the wafer, an excellent measurement level, for example, 2 mm × 2 mm The shape of the semiconductor way can be evaluated at a measurement level corresponding to the nanotopography evaluated at the corner.
[0052]
Next, the obtained differential profile is analyzed to determine the surface characteristics of the wafer. Hereinafter, a method of analyzing the differential profile to obtain the surface characteristics will be described.
First, from the obtained differential profile (FIG. 4), the outermost point of the calculated differential profile is set as the outermost data point A, and the differential profile is scanned from the outermost data point A toward the wafer center to become zero first. The position is detected as a roll-off (Roll Off) start point B, and the position at which the differential value is scanned from the outermost data point A toward the center of the wafer is detected as the maximum slope position C of the flip-up (FlipUp). Further, the differential profile is scanned in the direction of the center of the wafer from the maximum flip-up slope position C to detect the first zero position as a flip-up (Flip Up) start point D. The maximum slope position C and the flip-up starting point D are defined as the surface characteristics of the wafer. By obtaining Te, evaluation of the shape of the semiconductor wafer of the present invention can be performed.
[0053]
Mainly by obtaining the surface characteristics of such a semiconductor wafer, it is possible to obtain effective information on a wafer shape that cannot be obtained by a conventional wafer shape evaluation method, particularly on a wafer outer peripheral shape, and in subsequent plasma etching. High-precision processing can be performed. The differential shape evaluation method may be one in which the previously obtained differential profile (first-order differential profile) is further differentiated at regular intervals to calculate and evaluate a second-order differential profile. From the second-order differential profile, information about the magnitude of the curvature is mainly obtained. For example, a portion where the displacement of the shape profile is large (an inclined portion) can be accurately analyzed, and useful information for determining the etching area can be obtained. Can be
[0054]
After the semiconductor wafer shape is evaluated by the shape evaluation means as described above, an etching area and an etching amount of the semiconductor wafer are calculated from the evaluated semiconductor wafer shape.
For example, when a semiconductor wafer is processed into a wafer having excellent flatness to the vicinity of a chamfered portion by plasma etching, the etching area and the etching amount of the semiconductor wafer can be calculated from the wafer shape evaluated by the shape evaluation means.
[0055]
Further, as described above, in the case of processing a wafer into a specific wafer shape in order to improve compatibility between the processing apparatus and the semiconductor wafer in the device manufacturing process, a target wafer shape template such as shown in FIG. Such a wafer-shaped template is prepared for the front surface and / or the back surface of the wafer, and the target wafer-shaped template is compared with the shape of the semiconductor wafer evaluated by the shape evaluation means to etch the semiconductor wafer. An area is calculated, and a difference between a template obtained by differentiating a target wafer shape and a semiconductor wafer shape (differential profile) evaluated by a differential shape evaluation method is calculated, and the calculated difference is integrated. It is possible to calculate the amount of etching of a semiconductor wafer. That.
[0056]
Thereafter, the etching area and the etching amount of the semiconductor wafer in the radial direction thus calculated are obtained over the entire circumference of the wafer, so that the etching area and the etching amount required for performing the plasma etching on the semiconductor wafer are accurately calculated. can do. At this time, the etching area and the etching amount are calculated with extremely excellent accuracy by calculating the etching area and the etching amount in the radial direction at intervals of a wafer central angle of 1 ° or less, for example, about 360 to 400 lines in the wafer plane. Can be calculated.
[0057]
By calculating the etching area and the etching amount of the semiconductor wafer as described above, an appropriate etching area and etching amount can be obtained for each of the front surface and the back surface of the semiconductor wafer. The etching area and the etching amount of the semiconductor wafer calculated in this manner can be sequentially accumulated in, for example, a computer. Thereafter, based on these, the plasma etching is performed by irradiating the semiconductor wafer with a raw material gas that has been turned into plasma.
[0058]
The plasma etching can be performed by converting a raw material gas into plasma by plasma etching means and irradiating the raw material gas from a nozzle to a semiconductor wafer. For example, as shown in FIG. 1, a semiconductor wafer 6 is fixed to a wafer support 7 by an electrostatic chuck or the like and rotated, and a high frequency is applied to a high-frequency electrode 10 to convert the raw material gas 11 into plasma, thereby forming an irradiation port. By irradiating the surface of the semiconductor wafer 6 placed between the high-frequency electrode 10 and the ground electrode 12 from the nozzle 9 having a diameter of 1 to 2 mm, plasma etching can be performed. The method for converting the source gas into plasma is not particularly limited, and may be any of the conventionally used methods such as a method of applying a high frequency to the high frequency electrode as described above and a method of applying a microwave to a nozzle. But you can.
[0059]
At this time, as a source gas used for performing the plasma etching, a conventionally used source gas can be used without any limitation. ₄ Chlorine such as H ₂ Hydrogen or SF ₆ And the like, and especially when processing a silicon wafer, SF ₆ Can be suitably used.
[0060]
As described above, according to the present invention, since the shape of the semiconductor wafer, particularly the outer peripheral shape, can be processed with high precision, the semiconductor wafer can be highly flattened, or the shape of the semiconductor wafer can be evaluated separately for the front and rear surfaces of the wafer. Then, since the plasma etching can be performed by calculating the respective etching areas and the etching amounts of the front and rear surfaces of the wafer, the front and rear surfaces of the semiconductor wafer can be processed into desired shapes. In addition, if the wafer front and back surfaces are in a desired shape, that is, not only can be flattened, but also the peripheral portion of the wafer can be spattered or sagged if necessary, if processed into an arbitrary shape, for example, Therefore, the problem of compatibility between the wafer chuck and the wafer shape can be solved, and the yield in the device manufacturing process can be improved.
[0061]
Further, when the method for processing a semiconductor wafer of the present invention is performed on a mirror-polished wafer subjected to a mirror-polishing process, plasma etching may be performed mainly on the outer peripheral portion of the semiconductor wafer. In addition to being able to process, a mirror-polished wafer whose shape is controlled up to the outer peripheral portion of the wafer (in the vicinity of the measurement exclusion region of the wafer) can be manufactured, and as a result, the productivity and yield of semiconductor wafers can be significantly improved. Can be.
[0062]
Further, in general, when plasma etching is performed on the entire surface of a semiconductor wafer, the haze level on the surface of the wafer deteriorates, so that a small amount of polishing is required again after the plasma etching, leading to an increase in cost. However, if the plasma etching is performed mainly on the outer peripheral portion of the wafer as described above, the haze level of the entire polished surface of the wafer hardly decreases, and there is no need to perform mirror polishing or the like for removing the haze after the plasma etching. As described above, the present invention is particularly effective in forming the shape of the outer peripheral portion of the wafer.
[0063]
Further, if a device is formed using the semiconductor wafer processed as described above, a circuit can be accurately formed over a wide area on the surface of the wafer. As a result, the quality, productivity, and yield of the semiconductor device can be significantly improved.
[0064]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
(Example 1)
As Example 1, according to the semiconductor wafer processing method of the present invention, the shape of the outer peripheral portion of the wafer is curved (splashed) on the front surface side of the wafer, and is curved so as to hang down on the rear surface side of the wafer ( A case of manufacturing a dripped silicon wafer will be described.
[0065]
A silicon single crystal having a diameter of 300 mm is pulled up by the CZ method, the obtained single crystal is sliced, and each step of chamfering, lapping, etching and mirror polishing is sequentially performed to produce a silicon wafer (the wafer in this state is referred to as a raw material wafer). Sometimes). At this time, both front and rear surfaces of the wafer were polished by CMP using a retainer ring in a mirror polishing step. The silicon wafer after the mirror-polishing step had substantially the same shape, with the outer peripheral portions of the silicon wafer both on the front surface and the back surface being broken.
[0066]
Such a silicon wafer was processed by the semiconductor wafer processing method of the present invention so as to have a wafer shape in which the outer peripheral portion of the wafer was spattered on the front surface side of the wafer and was sagged on the rear surface side of the wafer. .
[0067]
First, processing was performed using a plasma etching apparatus (system) 13 having a configuration as shown in FIG. In the first embodiment, the shape measuring means 1 and the plasma etching means 4 have different configurations (independent devices), and the coordinates of the wafer shape data measured by the shape measuring means coincide with the coordinate axes of the plasma etching means. An apparatus (system) for performing the treatment was used. The shape data of the front and back surfaces of the silicon wafer were measured using the shape measuring means 1. At this time, the shape data of the semiconductor wafer was obtained by using Nanometer (registered trademark) 300TT (manufactured by Kuroda Seiko Co., Ltd.) of a non-contact laser displacement meter (two-head system) as the displacement meter 8 and was sequentially stored in the computer 5.
[0068]
After that, the shape evaluation means 2 creates a shape profile in the range of 120 to 148 mm from the center of the wafer in the radial direction from the measured shape data (2 mm from the outermost periphery of the wafer is a measurement exclusion area), and then moves by 2 mm. By averaging to remove the measurement noise and by removing the long wavelength component by least squares approximation, a shape profile from which the long wavelength component and the measurement noise were removed as shown in FIG. A shape profile was similarly prepared for the shape, but the shape profile was substantially the same as the shape profile of the wafer surface, and is not shown). Thereafter, differentiation was performed on the created shape profile (FIG. 3) at 1 mm intervals, and a differential profile as shown in FIG. 4 was calculated. Thereby, the start position of the sag leading to the chamfered portion, for example, the roll-off start point B, the position of the start or maximum inclination of the splash and the condition of the splash, for example, the differential value of the flip-up start point D, the flip-up maximum slope position C and the position C Can be obtained accurately. Although plasma etching may be performed based on these surface characteristics, in Example 1, an etching area and an etching amount were further calculated using a template.
[0069]
That is, as the target wafer shape template, the wafer shape template of FIG. 5 was prepared for the front surface shape, and the wafer shape template of FIG. 6 was prepared for the back surface shape. In particular, the template is preferably subjected to differential processing. The differential area of the template subjected to differential processing and the workpiece is compared to determine an etching area, and the difference is calculated and integrated to calculate the etching amount.
[0070]
After that, based on the calculated etching area and etching amount of the wafer, using the plasma etching means 4 of the plasma etching apparatus 13, a high frequency is applied to the high frequency electrode 10 to convert the source gas 11 into plasma, and the diameter of the irradiation port is reduced. Plasma etching was performed by irradiating the surface of the semiconductor wafer 6 placed between the high-frequency electrode 10 and the ground electrode 12 from a 2 mm nozzle 9 with plasma.
[0071]
After the plasma etching, the shape of the obtained silicon wafer is measured again by using the shape measuring means 1 to measure the shape data of the wafer front surface, the shape data of the back surface of the wafer, and the thickness of the wafer in order to more accurately evaluate the wafer shape. Then, a shape profile in the range of 120 to 148 mm from the center of the wafer was created along the radial direction. FIG. 8 shows the result.
[0072]
The shape profile of the back surface of the wafer in FIG. 8 is obtained by measuring the shape data with a displacement meter as shown in FIG. However, in the present invention, as described above, the sign of the shape profile (shape data) is arbitrary as long as the evaluation can be performed without mistake of the direction of the splash or sag of the wafer surface at the outer peripheral portion of the wafer. . Also in comparison of the target wafer-shaped template, there is no problem since the etching area and the etching amount are calculated in consideration of the above.
[0073]
Subsequently, a moving average of 2 mm is applied to the shape profile on the front and back surfaces of the wafer in FIG. 8 to remove measurement noise, and then a differential process is performed at 1 mm intervals to calculate a differential profile. By removing the components, differential profiles of the front and back surfaces of the wafer as shown in FIG. 7 were calculated.
[0074]
According to the differential profiles of the front and rear surfaces of the wafer in FIG. 7, the differential profile of the wafer surface exists on the plus side (splash direction) in a region outside 140 mm from the center of the wafer (region 10 mm from the outermost periphery of the wafer). It can be seen that the differential profile on the back side also exists on the plus side (the sag direction: actually exists in the area on the minus side because the sign of the shape data on the back side is opposite).
[0075]
From the above, according to the semiconductor wafer processing method of the present invention, the front surface and the back surface of the semiconductor wafer are each in a desired shape, that is, in a region outside 140 mm from the center of the wafer, on the wafer surface side substantially similar to the wafer-shaped template. The semiconductor wafer was able to be processed into a shape that was spattered and sagged on the back side. As described above, according to the method of the present invention, the wafer shape can be processed into an arbitrary shape, in particular, the front and rear surfaces of the wafer can be separately processed into desired shapes. In addition, according to the method of the present invention, not only the first embodiment but also the wafer outer peripheral portion can be processed with high flatness.
[0076]
(Example 2)
For a silicon wafer having a diameter of 300 mm, a wafer having high flatness was manufactured up to the periphery of the wafer. This raw material wafer was a double-sided mirror-polished wafer processed so as to reduce the waviness component, and a wafer whose outer peripheral portion was splashed on both the front and back surfaces of the wafer was used.
[0077]
In the same manner as in Example 1, the shape data of the front and back surfaces of the wafer were measured by a shape measuring means, and a shape profile and a differential profile were created by a shape evaluating means. In the second embodiment, the differential profile evaluation method was used to create and evaluate 360 differential profiles over the entire circumference of the wafer at intervals of 1 ° in the center angle of the wafer. The differential profile is obtained by differentiating the obtained shape profile at 1 mm intervals. Further, this differential profile (first-order differential profile) was differentiated again at 1 mm intervals to create a second-order differential profile.
[0078]
A threshold value is set in the obtained (first-order) differential profile with a width of ± 0.01 μm / mm (for example, a threshold value is set on the vertical axis of the differential profile as shown in FIG. 4), and the etching area of the silicon wafer is set. And the amount of etching was calculated. That is, the plasma etching was performed so as to correct the portion (position) of the area outside the threshold.
[0079]
In the raw material wafer used this time, since the outer peripheral portion of the wafer had a spattered shape, a region exceeding the threshold value was present in the outer peripheral portion of the wafer. In particular, the range was about 10 mm from the outer peripheral edge of the wafer. Therefore, plasma etching was performed only on the outer peripheral portion of the wafer.
[0080]
The plasma etching was performed in the same manner as in Example 1 based on the position information and the differential value (the magnitude of the slope) of the position exceeding the threshold of the (first-order) differential profile and the information of the second-order differential profile. Thereafter, as the shape of the obtained silicon wafer, when the thickness of the wafer, the shape of the wafer surface and the back surface were evaluated, the wafer thickness was high flatness to the outer periphery of the wafer, and further, both the wafer surface and the back surface had a differential profile. As the vertical axis was within ± 0.01 μm / mm, there was no sharp change in the wafer shape, and a good wafer could be manufactured.
[0081]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device having the same operation and effect can be realized by the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0082]
For example, in the above embodiment, the case where plasma etching is performed after the polishing step is described. However, the present invention is not limited to this. For example, when the polishing step is performed by multi-step polishing, the plasma etching according to the present invention is performed in multiple steps. The polishing may be performed after the primary mirror polishing or after the finishing mirror polishing step.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the shape of the semiconductor wafer, particularly the outer peripheral shape, can be processed with high accuracy, the semiconductor wafer can be made highly flat, and the front and back surfaces of the semiconductor wafer can be formed. Can be processed into desired shapes. In the case of a semiconductor wafer processed in this way, a device can be accurately formed over a wide area on the surface of the wafer, so that the productivity and yield of the semiconductor device can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one example of a plasma etching apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing another example of the shape measuring means in the plasma etching apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a shape profile in a range of 120 to 148 mm from the center of the semiconductor wafer along a radial direction of the semiconductor wafer.
FIG. 4 is a graph showing a differential profile calculated by differentiating the shape profile of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a template on a wafer surface side of a target wafer shape.
FIG. 6 is a diagram showing a template on a wafer rear surface side of a target wafer shape.
FIG. 7 is a graph showing a differential profile calculated by differentiating the shape profile of FIG. 8;
FIG. 8 is a graph showing a shape profile in the range of 120 to 148 mm from the center of the semiconductor wafer along the radial direction after plasma etching in Example 1.
9 is an explanatory diagram illustrating measurement of shape data on the front and back surfaces by a displacement meter of the shape measuring means in the plasma etching apparatus of the present invention in FIG. 1;
FIG. 10 is a schematic explanatory view showing an example of plasma etching.
FIG. 11 is a schematic explanatory view showing another example of plasma etching.
FIG. 12 is a schematic explanatory view schematically showing a shape of an outer peripheral portion of a semiconductor wafer.
FIG. 13 is a flowchart showing a general manufacturing process of a conventional semiconductor wafer.
[Explanation of symbols]
1 ... shape measuring means, 2 ... shape evaluating means, 3 ... calculating means,
4 ... plasma etching means, 5 ... computer,
6: semiconductor wafer, 7: wafer support,
8: Displacement meter, 9: Nozzle,
10: high frequency electrode, 11: raw material gas, 12: ground electrode,
13: Plasma etching device, 14: Displacement gauge, 15: Sample table,
16: High frequency electrode, 17: Ground electrode, 18: Nozzle,
19: rotary table, 20: nozzle, W: raw material wafer.

Claims

A method of processing a semiconductor wafer by processing a semiconductor wafer by plasma etching, comprising: measuring shape data of a front surface and / or a back surface of the semiconductor wafer; and performing a differential shape evaluation method on the basis of the measured shape data of the semiconductor wafer. After evaluating the shape of the semiconductor wafer and calculating the etching area and the etching amount of the semiconductor wafer from the evaluated shape of the semiconductor wafer, based on the calculated etching area and the etching amount of the wafer, irradiating the semiconductor wafer with the source gas which has been turned into plasma. And processing the semiconductor wafer by plasma etching.

The shape of the semiconductor wafer is evaluated separately for the front surface and the back surface of the wafer, and after calculating the respective etching areas and etching amounts of the front surface and the back surface of the wafer, plasma etching is performed on each of the front surface and the back surface of the wafer. Item 4. The method for processing a semiconductor wafer according to Item 1.

Evaluation by the differential shape evaluation method, a shape profile along the radial direction is created from the shape data of the measured semiconductor wafer, a differential profile is calculated by differentiating the shape profile, and the obtained differential profile is analyzed. 3. The method for processing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the method is performed by obtaining the surface characteristics of the wafer.

4. The semiconductor wafer processing method according to claim 3, wherein the differentiation process of the shape profile is performed by differentiating the shape profile at intervals of 1 mm along the radial direction of the wafer.

5. The method according to claim 1, wherein the calculation of the etching area of the semiconductor wafer is performed by comparing the shape of the semiconductor wafer evaluated by a differential shape evaluation method with a target wafer shape template. The method for processing a semiconductor wafer according to any one of the above.

The calculation of the etching amount of the semiconductor wafer is performed by calculating a difference between the shape of the semiconductor wafer evaluated by the differential shape evaluation method and the target wafer shape template, and integrating the calculated difference. The method of processing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the method comprises:

7. The method according to claim 1, wherein the plasma etching is performed by irradiating the semiconductor wafer with a plasma-converted source gas from a nozzle having a diameter in a range of 1 mm to 2 mm. Processing method of semiconductor wafer.

8. The method for processing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the source gas is a chlorine-based, hydrogen-based, or fluorine-based gas.

What is claimed is: 1. A plasma etching apparatus for plasma etching a semiconductor wafer, comprising: at least a shape measuring means for measuring shape data of a front surface and / or a back surface of the semiconductor wafer; A shape evaluating means for evaluating the shape of the wafer, a calculating means for calculating an etching area and an etching amount of the semiconductor wafer from the evaluated shape of the semiconductor wafer, and a plasma from the nozzle to the semiconductor wafer based on the calculated etching area and etching amount A plasma etching apparatus comprising plasma etching means for irradiating a converted source gas to perform plasma etching.

The differential type shape evaluation method of the shape evaluation means creates a shape profile along the radial direction from the measured shape data of the semiconductor wafer, calculates a differential profile by differentiating the shape profile, and obtains the obtained differential profile. 10. The plasma etching apparatus according to claim 9, wherein the analysis is performed to obtain the surface characteristics of the wafer.

11. The plasma etching apparatus according to claim 9, wherein a diameter of the nozzle for irradiating the plasma is in a range of 1 mm to 2 mm.