特許 7004221 シリコンウェーハのエッチング方法、エッチング装置及び不純物分析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-06

(45)【発行日】2022-01-21

(54)【発明の名称】シリコンウェーハのエッチング方法、エッチング装置及び不純物分析方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20220114BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20220114BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 201A

H01L21/66 N

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018215280

(22)【出願日】2018-11-16

(65)【公開番号】P2020087991

(43)【公開日】2020-06-04

【審査請求日】2020-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100131048

【弁理士】

【氏名又は名称】張川 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100174377

【弁理士】

【氏名又は名称】山内 健吾

(74)【代理人】

【識別番号】100215038

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 友子

(72)【発明者】

【氏名】荒木 健司

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１１４０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４９－０４２４２３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平１１－０９７３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０４７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６０７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１７４３７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０４１０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２２０１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エッチング用のガスを、ガス導入口とガス排出口とを具備する反応室に導入し、前記反応室内に支持されたシリコンウェーハの表面をエッチングする方法であって、
前記ガス導入口を、前記反応室の、前記シリコンウェーハの表面に対する水平方向における一端側に設け、
前記ガス排出口を、前記反応室の、前記水平方向における前記ガス導入口と反対側に設け、
前記水平方向のうち前記ガス導入口から前記ガス排出口に向かう方向をガス流れ方向、前記水平方向のうち前記ガス流れ方向に直角な方向を幅方向として、
前記ガス導入口と前記ガス排出口の前記幅方向における長さを前記シリコンウェーハの直径の８３．３％以上にし、
前記ガスはフッ化水素酸と硝酸又はフッ化水素酸とオゾンの混酸ガスであり、
前記反応室内の前記シリコンウェーハを、前記表面に直交する軸線回りに９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃの角速度で回転させ、
前記反応室内の前記シリコンウェーハ上での前記ガスの流速を４～６ｃｍ／ｓｅｃとすることを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法。

【請求項2】

前記幅方向における前記ガス導入口の長さと前記ガス排出口の長さを同じにすることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。

【請求項3】

前記表面のエッチング量の狙い値が０．３μｍ～１０μｍとなるようにエッチング時間を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。

【請求項4】

エッチング用のガスを供給するガス供給部と、
ガス導入口とガス排出口とを具備する反応室と、
前記反応室内に設けられてシリコンウェーハを支持する支持部とを備え、前記ガス供給部から供給される前記ガスを前記ガス導入口から前記反応室内に導入して、前記支持部に支持された前記シリコンウェーハの表面をエッチングする装置であって、
前記ガス導入口は、前記反応室の、前記シリコンウェーハの表面に対する水平方向における一端側に設けられ、
前記ガス排出口は、前記反応室の、前記水平方向における前記ガス導入口と反対側に設けられ、
前記水平方向のうち前記ガス導入口から前記ガス排出口に向かう方向をガス流れ方向、前記水平方向のうち前記ガス流れ方向に直角な方向を幅方向として、
前記ガス導入口と前記ガス排出口の前記幅方向における長さが前記シリコンウェーハの直径の８３．３％以上であり、
前記ガスはフッ化水素酸と硝酸又はフッ化水素酸とオゾンの混酸ガスであり、
前記支持部は、前記シリコンウェーハを、前記表面に直交する軸線回りに９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃの角速度で回転させ、
前記ガス供給部は、前記反応室内の前記シリコンウェーハ上での前記ガスの流速が４～６ｃｍ／ｓｅｃとなる流量の前記ガスを供給することを特徴とするシリコンウェーハのエッチング装置。

【請求項5】

前記幅方向における前記ガス導入口の長さと前記ガス排出口の長さが同じであることを特徴とする請求項４に記載のシリコンウェーハのエッチング装置。

【請求項6】

前記表面のエッチング量の狙い値が０．３μｍ～１０μｍとなるようにエッチング時間が調整されることを特徴とする請求項４又は５に記載のシリコンウェーハのエッチング装置。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載のシリコンウェーハのエッチング方法又はエッチング装置によりシリコンウェーハをエッチングした後に、前記シリコンウェーハの表面の不純物分析を行うことを特徴とするシリコンウェーハの不純物分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコンウェーハのエッチング方法、エッチング装置及び不純物分析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス製造において、高集積化、微細化に伴い、シリコンウェーハ中の不純物濃度を極力低く抑えることが要求されている。特にウェーハ表面から表層に存在する不純物は、素子の電気特性を劣化させる要因となり、高精度かつ高感度な不純物評価技術が重要となっている。

【0003】

シリコンウェーハの表層に存在する不純物の評価方法には、硝酸とフッ化水素酸の混酸溶液によりシリコンウェーハ表層を溶解し、溶解液中の不純物濃度を測定する方法（液相法）や、フッ化水素酸と硝酸あるいはオゾンの混酸蒸気によりシリコンウェーハ表層を溶解し、シリコンウェーハ表面に残留する反応残渣を回収し、不純物濃度を測定する方法（気相法）がある（例えば特許文献１～６参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１１４０８０号公報

【文献】特開２０１４－４１０３０号公報

【文献】特開２００３－１３３３８１号公報

【文献】特開２０１１－０１８７８１号公報

【文献】特開２０１１－１２９８３１号公報

【文献】特開２００７－１９８９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

液相法では、混酸の薬液組成を適宜設定することで、エッチング量のコントロールが容易であり、０．１～１０μｍまでをエッチングすることが可能である。一方、混酸溶液でシリコンウェーハを溶解するため、薬液やエッチングに用いる治具に起因する不純物の持ち込みによるバックグラウンドが増加し、不純物の検出下限が高くなる。つまり不純物を高感度に検出できないという問題がある。

【0006】

また、気相法では、薬液起因の不純物持ち込みの影響は少なくなるが、発生させる混酸ガス量のコントロールが難しく、シリコンウェーハ表面を均一にエッチングすることが困難である。

【0007】

以上のような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、シリコンウェーハ表面を均一にエッチングできる方法又は装置を提供すること、及びシリコンウェーハ表層の不純物を高精度かつ高感度に分析できる方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者は、気相エッチングであって、エッチング量の均一化を目的として検討を重ねた結果、シリコンウェーハ上を一定の流速でエッチング用ガスが流れるようにすることで、シリコンウェーハの表面の各部において、エッチング量の狙い値に対しての誤差を少なくでき、シリコンウェーハ面内のエッチング量のばらつきを抑えることができることを見出した。

【0009】

すなわち、本発明に係るシリコンウェーハのエッチング方法は、
エッチング用のガスを、ガス導入口とガス排出口とを具備する反応室に導入し、前記反応室内に支持されたシリコンウェーハの表面をエッチングする方法であって、
前記ガス導入口を、前記反応室の、前記シリコンウェーハの表面に対する水平方向における一端側に設け、
前記ガス排出口を、前記反応室の、前記水平方向における前記ガス導入口と反対側に設け、
前記水平方向のうち前記ガス導入口から前記ガス排出口に向かう方向をガス流れ方向、前記水平方向のうち前記ガス流れ方向に直角な方向を幅方向として、
前記ガス導入口と前記ガス排出口の前記幅方向における長さを前記シリコンウェーハの直径の８３．３％以上にすることを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係るシリコンウェーハのエッチング装置は、
エッチング用のガスを供給するガス供給部と、
ガス導入口とガス排出口とを具備する反応室と、
前記反応室内に設けられてシリコンウェーハを支持する支持部とを備え、前記ガス供給部から供給される前記ガスを前記ガス導入口から前記反応室内に導入して、前記支持部に支持された前記シリコンウェーハの表面をエッチングする装置であって、
前記ガス導入口は、前記反応室の、前記シリコンウェーハの表面に対する水平方向における一端側に設けられ、
前記ガス排出口は、前記反応室の、前記水平方向における前記ガス導入口と反対側に設けられ、
前記水平方向のうち前記ガス導入口から前記ガス排出口に向かう方向をガス流れ方向、前記水平方向のうち前記ガス流れ方向に直角な方向を幅方向として、
前記ガス導入口と前記ガス排出口の前記幅方向における長さが前記シリコンウェーハの直径の８３．３％以上であることを特徴とする。

【0011】

本発明のシリコンウェーハのエッチング方法又は装置によれば、反応室のガス導入口とガス排出口の幅方向における長さがシリコンウェーハの直径の８３．３％以上であり、シリコンウェーハの直径と同等又はそれ以上であるので、ガス導入口から反応室内に導入されたエッチング用のガスの流速を、シリコンウェーハ表面の幅方向における各部間で均一にできる。これにより、シリコンウェーハ表面のエッチング量のばらつきを抑制、つまりシリコンウェーハ表面を均一にエッチングできる。

【0012】

また、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法又は装置において、幅方向におけるガス導入口の長さとガス排出口の長さを同じとするのが好ましい。これによれば、ガス導入口におけるガス流速と、ガス排出口におけるガス流速との差を小さくでき、ひいては反応室内においてガス流速が変化するのを抑制できる。これにより、シリコンウェーハの面内におけるガス流速のばらつきを抑制でき、ひいてはシリコンウェーハ表面のエッチング量のばらつきを抑制できる。

【0013】

また、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法又は装置において、反応室内のシリコンウェーハを、シリコンウェーハ表面に直交する軸線回りに回転させるのが好ましい。これによれば、エッチング用のガスを、シリコンウェーハの面内に万遍なく供給でき、ガス流れ方向におけるエッチング量のばらつきを抑制できる。なお、シリコンウェーハを回転させないとすると、シリコンウェーハの、ガス導入口に近い部分ほどエッチング量が大きくなってしまい、ガス流れ方向においてエッチング量のばらつきが大きくなってしまう。

【0014】

また、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法又は装置において、シリコンウェーハを９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃの角速度で回転させるのが好ましい。これによれば、シリコンウェーハ面内のエッチング量のばらつきをより一層抑制できる。

【0015】

また、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法又は装置において、反応室内のシリコンウェーハ上でのガスの流速を４～６ｃｍ／ｓｅｃとするのが好ましい。これによれば、シリコンウェーハ面内のエッチング量のばらつきをより一層抑制できる。

【0016】

また、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法又は装置において、前記ガスはフッ化水素酸と硝酸又はフッ化水素酸とオゾンの混酸ガスとすることができる。

【0017】

本発明に係るシリコンウェーハの不純物分析方法は、上記シリコンウェーハのエッチング方法又はエッチング装置によりシリコンウェーハをエッチングした後に、シリコンウェーハの表面の不純物分析を行うことを特徴とする。これによれば、シリコンウェーハ表面を均一にエッチングした後にシリコンウェーハ表面の不純物分析を行うので、シリコンウェーハ表層の不純物を高精度に分析できる。また、気相エッチングを利用して不純物分析を行うので、液相法に比べてバックグラウンドノイズを小さくでき、不純物を高感度に分析できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】エッチング装置の概略側面図である。

【図2】エッチング装置の概略平面図である。

【図3】エッチング狙い値が０．３μｍのときにおける、シリコンウェーハ外周部の接線速度と、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量との関係を、各流速ごとに示した図である。

【図4】エッチング狙い値が１μｍのときにおける、シリコンウェーハ外周部の接線速度と、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量との関係を、各流速ごとに示した図である。

【図5】エッチング狙い値が３μｍのときにおける、シリコンウェーハ外周部の接線速度と、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量との関係を、各流速ごとに示した図である。

【図6】エッチング狙い値が１０μｍのときにおける、シリコンウェーハ外周部の接線速度と、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量との関係を、各流速ごとに示した図である。

【図7】比較例１で使用したエッチング装置の概略側面図である。

【図8】比較例１で使用したエッチング装置の概略平面図である。

【図9】比較例２で使用したエッチング装置の概略側面図である。

【図10】比較例２で使用したエッチング装置の概略平面図である．

【図11】エッチング狙い値が０．３μｍのときにおける、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量を実施例４と比較例１、２とで示した図である。

【図12】エッチング狙い値が１μｍのときにおける、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量を実施例４と比較例１、２とで示した図である。

【図13】エッチング狙い値が３μｍのときにおける、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量を実施例４と比較例１、２とで示した図である。

【図14】エッチング狙い値が１０μｍのときにおける、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量を実施例４と比較例１、２とで示した図である。

【図15】エッチング狙い値が０．３μｍのときにおける、エッチング狙い値に対するエッチングばらつき量の割合を実施例４と比較例１、２とで示した図である。

【図16】エッチング狙い値が１μｍのときにおける、エッチング狙い値に対するエッチングばらつき量の割合を実施例４と比較例１、２とで示した図である。

【図17】エッチング狙い値が３μｍのときにおける、エッチング狙い値に対するエッチングばらつき量の割合を実施例４と比較例１、２とで示した図である。

【図18】エッチング狙い値が１０μｍのときにおける、エッチング狙い値に対するエッチングばらつき量の割合を実施例４と比較例１、２とで示した図である。

【図19】エッチング狙い値が０．３μｍのときにおける、エッチング量の面内分布を示した図である。

【図20】エッチング狙い値が１μｍのときにおける、エッチング量の面内分布を示した図である。

【図21】エッチング狙い値が３μｍのときにおける、エッチング量の面内分布を示した図である。

【図22】エッチング狙い値が１０μｍのときにおける、エッチング量の面内分布を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１、図２に本実施形態のエッチング装置の概略図を示している。エッチング装置１は、シリコンウェーハＷの表層の不純物を分析するために、該シリコンウェーハＷの表面全面をエッチング（溶解）する装置である。先ず、エッチング装置１の構成を説明する。

【0020】

エッチング装置１は、エッチング用のガスを供給（発生）するガス供給部２と、エッチングが行われる反応室３と、反応室３内に設けられてシリコンウェーハＷを支持する支持部としての回転ステージ４とを備えている。なお、図２では、ガス供給部２の図示及び反応室３の蓋３ａの図示を省略している。シリコンウェーハＷの直径は例えば３００ｍｍであるが、これに限らず、直径１００ｍｍの小口径ウェーハでも良いし、それ以外の直径のウェーハでもよい。

【0021】

ガス供給部２は、エッチング用のガスとして、例えばフッ化水素酸と硝酸の混酸ガスを発生させて、発生させた混酸ガスを反応室３に供給する。具体的には、ガス供給部２は、所定濃度のフッ化水素酸と所定濃度の硝酸とを所定比率（例えば１：１）で混合した液を入れた容器５と、容器５の混合液内にキャリアガス（例えば窒素）を導入する管６と、管６から導入されたキャリアガスによるバブリングにより混合液から発生したフッ化水素と硝酸との混酸ガス及びキャリアガス（窒素）を含んだガス（以下単に混酸ガスという）を反応室３のガス導入口８まで導く管７とを備えている。

【0022】

なお、ガス供給部２は、エッチング用のガスとして、フッ化水素酸とオゾンとの混酸ガスを供給してもよい。この場合、ガス供給部２は、フッ化水素酸をバブリングし、発生したフッ化水素ガスにオゾンガスを混合し、この混合ガスをキャリアガス（例えば窒素）で反応室３に導入する。

【0023】

反応室３は、例えば上面と底面とこれらの間の空間を四方から囲む側面とを有した形状つまり直方体状に形成されている。反応室３は上部に開閉可能な蓋３ａを有している。この蓋３ａを開けることで、反応室３内にシリコンウェーハＷを投入でき、エッチング後においては反応室３からシリコンウェーハＷを搬出できるようになっている。なお、エッチング時においては、蓋３ａが閉じられることで反応室３が密閉される。

【0024】

また、反応室３は、ガス供給部２から供給される混酸ガスの導入及び排気が可能に構成されている。具体的には、反応室３は、ガス導入口８及びガス排出口９を有している。ガス導入口８は、反応室３の、鉛直方向に直角な方向である水平方向（シリコンウェーハＷの表面に平行な方向）における一端側の側面の上部に設けられている。ガス排出口９は、反応室３の、水平方向におけるガス導入口８と反対側の側面の上部に設けられている。鉛直方向（シリコンウェーハＷの表面に直角な方向）を高さ方向としたとき、ガス導入口８及びガス排出口９は、高さ方向において互いに同じ位置（同一高さ）に設けられている。また、ガス導入口８及びガス排出口９は、回転ステージ４に載置されたシリコンウェーハＷの表面と同等の高さ位置又は該表面よりも若干高い位置に設けられている。また、ガス導入口８及びガス排出口９は、回転ステージ４及びこれに載置されたシリコンウェーハＷを間に挟んで水平方向に対向する位置に設けられている。すなわち、ガス導入口８はガス排出口９の方に向けて開口を形成しており、ガス排出口９はガス導入口８の方に向けて開口を形成している。また、ガス導入口８及びガス排出口９は、回転ステージ４の回転軸線Ｌ１から水平方向に等距離となる位置に設けられている。

【0025】

さらに、ガス導入口８及びガス排出口９は互いに同じ形状、同じサイズに形成されている。具体的には、ガス導入口８及びガス排出口９の流路断面（ガスの流れ方向に直交する断面）は例えば矩形状となっている。ここで、水平方向のうちガス導入口８からガス排出口９に向かう方向Ｐ１（図１参照）（図２に示す一点鎖線Ｌ２に平行な方向でもある）をガス流れ方向とし、水平方向のうちガス流れ方向Ｐ１に直角な方向Ｐ２（図２参照）を幅方向とする。ガス導入口８の幅方向Ｐ２における長さａ１（図２参照）と、ガス排出口９の幅方向Ｐ２における長さｂ１（図２参照）は、互いに同じ長さであり、かつ、シリコンウェーハＷの直径の８３．３％以上である。これら長さａ１、ｂ１は、シリコンウェーハＷの直径の８３．３％以上であれば、シリコンウェーハＷの直径と同等（具体的には、シリコンウェーハＷの直径の８３．３％以上、１２０％以下）でもよいし、シリコンウェーハＷの直径の同等以上の長さ（具体的には、シリコンウェーハＷの直径の１２０％以上）でもよい。また、長さａ１、ｂ１は、シリコンウェーハＷの直径と全く同じでもよい。

【0026】

また、ガス導入口８の高さ方向における長さａ２（図１参照）と、ガス排出口９の高さ方向における長さｂ２は互いに同じ長さである。また、ガス導入口８のガス流れ方向Ｐ１に平行な方向における長さａ３（図１参照）と、ガス排出口９のガス流れ方向Ｐ１に平行な方向における長さｂ３（図１参照）は互いに同じ長さでもよいし、異なる長さでもよい。

【0027】

また、図２において、ガス導入口８の幅方向Ｐ２における中間点と、ガス排出口９の幅方向Ｐ２における中間点とを通る直線Ｌ２が、回転ステージ４の回転軸線Ｌ１（言い換えるとシリコンウェーハＷの中心に直交する軸線）に交差するように、ガス導入口８、ガス排出口９及び回転ステージ４（又はシリコンウェーハＷ）の位置関係が定められている。

【0028】

回転ステージ４は、ガス導入口８とガス排出口９の間の位置において、シリコンウェーハＷを水平に支持する載置面４ａを有している。また、回転ステージ４は、回転ステージ４を鉛直方向に延びた軸線Ｌ１回りに回転させる駆動部１０を有する。この軸線Ｌ１は載置面４ａの中心を通るように設定されている。シリコンウェーハＷは、シリコンウェーハＷの中心が回転軸線Ｌ１に一致するように、載置面４ａに載置される。

【0029】

次に、エッチング装置１を用いたシリコンウェーハＷのエッチング方法及び不純物分析方法を説明する。先ず、反応室３の蓋３ａを開けて、シリコンウェーハＷを反応室３内の回転ステージ４に載置させる。その後、蓋３ａを閉める。次に、ガス供給部２において容器５内の混合液を窒素等のキャリアガスでバブリングすることで混酸ガスを発生させ、発生させた混酸ガスをガス導入口８から反応室３内に導入する。このとき、導入した混酸ガスの流速が、シリコンウェーハＷの表面上で４～６ｃｍ／ｓｅｃとなるように制御するのが好ましい。言い換えると、ガス供給部２は、シリコンウェーハＷ上での混酸ガスの流速が４～６ｃｍ／ｓｅｃとなる流量の混酸ガスを反応室３に供給するのが好ましい。ガス供給部２からの混酸ガスの流量は、例えばキャリアガス（窒素）の流量や、容器５内の混合液の量によって制御できる。なお、４～６ｃｍ／ｓｅｃのガス流速とは、シリコンウェーハＷの表面の各点上でのガス流速の平均値が４～６ｃｍ／ｓｅｃであることを意味する。ガス流速を４～６ｃｍ／ｓｅｃとすることで、後述の実施例で示すように、シリコンウェーハＷの面内におけるエッチング量のばらつきをより一層小さくできる。

【0030】

なお、混酸ガスは、ガス導入口８から反応室３内に導入された後、シリコンウェーハＷの表面の各部を一定の流速で通過して、その流速を保ったままガス排出口９から排出されると仮定して、シリコンウェーハＷ上でのガス流速は、反応室３への流入ガスの体積流量と、ガス排出口９のサイズ（流路面積）とから換算できる。すなわち、流速×流路面積＝体積流量であるので、流速＝体積流量／流路面積により導出できる。反応室３への流入ガスの体積流量は、例えばガス供給部２における混酸ガスの導入管７又はガス導入口８に、流量センサを設けて、このセンサによる流量測定値とすればよい。ガス排出口９のサイズ（流路面積）は、ガス排出口９の幅方向Ｐ２における長さｂ１と、高さ方向における長さｂ２とから導出できる。

【0031】

また、シリコンウェーハＷの表面への混酸ガスの供給時には、駆動部１０によって回転ステージ４及びそれに載置されたシリコンウェーハＷを軸線Ｌ１回りに回転させるのが好ましい。シリコンウェーハＷを回転させることで、混酸ガスをシリコンウェーハＷの面内に万遍なく供給でき、ガス流れ方向Ｐ１においてエッチング量のばらつきを抑制できる。

【0032】

さらに、シリコンウェーハＷを回転させる際の角速度を９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃとするのが好ましい。これによって、後述の実施例で示すように、シリコンウェーハＷの面内におけるエッチング量のばらつきをより一層小さくできる。

【0033】

また、混酸ガスによるシリコンウェーハＷのエッチング時間は、エッチング狙い値に応じて適宜に定めることができる。つまり、エッチング時間を制御することで、例えば一回のエッチングで０．１μｍ～１０μｍの範囲でエッチング量を制御できる。

【0034】

以上のように、本実施形態では、水平方向に対向する位置にガス導入口８及びガス排出口９を設けて、これらガス導入口８及びガス排出口９の間にシリコンウェーハＷを支持し、かつ、ガス導入口８及びガス排出口９の長さａ１、ｂ１をシリコンウェーハＷの直径と同等またはそれ以上としているので、シリコンウェーハＷの表面の幅方向Ｐ２における各部間でガス流速の差異を小さくできる。これにより、シリコンウェーハＷの面内のエッチング量のばらつきを小さくできる。換言すれば、シリコンウェーハＷのエッチング面を平坦にできる。また、シリコンウェーハＷを９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃの角速度で回転させ、シリコンウェーハＷ上でのガス流速を４～６ｃｍ／ｓｅｃとすることで、より一層、面内のエッチング量のばらつきを小さくできる。

【0035】

以上のようにエッチングを実施した後、蓋３ａを開けて、エッチング後のシリコンウェーハＷを取り出す。その後、取り出したシリコンウェーハＷの表面に対して不純物分析を行う。具体的には、例えば、エッチング後のシリコンウェーハＷの表面に残留する反応残渣をフッ酸と過酸化水素水の混合溶液又はフッ酸と塩酸の混合溶液などで回収する。そして、回収した溶液中の不純物濃度をＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析計）等で分析する。これによって、エッチングにより溶解したウェーハ表層中の不純物を定量評価できる。

【0036】

また、同一のシリコンウェーハＷに対して上記エッチング及び不純物分析を繰り返し実施してもよい。これによって、シリコンウェーハＷの深さ方向の不純物濃度の分布を評価できる。このとき、本実施形態のエッチング方法を用いることで、シリコンウェーハＷの表面全体を均一にエッチングできるので、深さ方向の不純物濃度の変化を高精度に分析できる。

【実施例】

【0037】

（実施例１）
図１、図２と同様のエッチング装置を用いて、シリコンウェーハ上での混酸ガスの流速と、シリコンウェーハの面内のエッチング量のばらつきとの関係を調べた。具体的には、シリコンウェーハ上での混酸ガスの流速を２～８ｃｍ／ｓｅｃの範囲で振って、各流速においてシリコンウェーハの面内各部のエッチング量を測定した。そして、各部のエッチング量のうち最大エッチング量と最小エッチング量との差異を、面内のエッチング量のばらつきとして求めた。ガス流速は、反応室への流入ガス流量測定値と、ガス排出口のサイズ（流路面積）とから換算し、この換算値が狙いの流速値となるようにガス供給部による混酸ガスの流量（具体的にはキャリアガスとしての窒素流量）を調整した。また、ＡＤＥ社製のウェーハ厚み測定装置により、ウェーハ面内を２０ｍｍ角のメッシュに区切り、各メッシュごとにエッチング前後のウェーハ厚みの差をエッチング量として求めた。シリコンウェーハは直径３００ｍｍ、導電型がｐ型のポリッシュドウェーハを用いた。反応室のガス導入口及びガス排出口の幅方向における長さは３００ｍｍとした。シリコンウェーハの回転は無しとした。エッチング時間は１２分とした。

【0038】

表１に、各ガス流速に対する、シリコンウェーハ面内の最大エッチング量、最小エッチング量及びこれらの差異（エッチングばらつき量）を示す。

【0039】

【表1】

【0040】

表１に示すように、ガス流速が４ｃｍ／ｓｅｃ未満、又は６ｃｍ／ｓｅｃより大きいと、最大エッチング量と最小エッチング量の差異が０．３０μｍより大きくなった。これに対して、ガス流速が４～６ｃｍ／ｓｅｃでは、最大エッチング量と最小エッチング量の差異が０．３０μｍより小さくなった。このことから、エッチング量の面内ばらつきを小さくするためには、シリコンウェーハ上でのガス流速を４～６ｃｍ／ｓｅｃにするのが好ましいといえる。

【0041】

（実施例２）
ガス導入口及びガス排出口のサイズ以外は図１、図２と同様のエッチング装置を用いて、直径３００ｍｍ、導電型がｐ型のシリコンウェーハ（ポリッシュドウェーハ）を使用し、シリコンウェーハ上での混酸ガスの流速を５ｃｍ／ｓｅｃとしたときの、ガス導入口及びガス排出口のサイズ（幅方向における長さ）と、シリコンウェーハの面内のエッチング量のばらつきとの関係を調べた。具体的には、反応室のガス導入口及びガス排出口のサイズを５０ｍｍから３００ｍｍまで段階的に振って、各サイズにおいてシリコンウェーハの面内各部のエッチング量を実施例１と同様の方法で測定した。そして、面内各部のエッチング量のうち最大エッチング量と最小エッチング量との差異を、面内のエッチング量のばらつきとして求めた。なお、シリコンウェーハの回転は無しとした。エッチング時間は１２分とした。ガス流速は、実施例１と同様に、反応室への流入ガス流量測定値と、ガス排出口のサイズ（流路面積）とから換算し、この換算値が５ｃｍ／ｓｅｃとなるようにガス供給部による混酸ガスの流量（具体的にはキャリアガスとしての窒素流量）を調整した。

【0042】

表２に、ガス導入口及びガス排出口の各サイズに対する、シリコンウェーハ面内の最大エッチング量、最小エッチング量及びこれらの差異（エッチングばらつき量）を示す。

【0043】

【表2】

【0044】

表２に示すように、ガス導入口及びガス排出口のサイズが２００ｍｍ以下では、最大エッチング量と最小エッチング量の差異が０．３０μｍより大きくなった。これに対して、ガス導入口及びガス排出口のサイズが２５０ｍｍ以上では、最大エッチング量と最小エッチング量の差異が０．３０μｍより小さくなった。このことから、エッチング量の面内ばらつきを小さくするためには、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに対しては、ガス導入口及びガス排出口のサイズを２５０ｍｍ以上（シリコンウェーハの直径の８３．３％以上）とするのが好ましいといえる。

【0045】

（実施例３）
図１、図２と同様のエッチング装置を用いて、直径３００ｍｍ、導電型がｐ型のシリコンウェーハ（ポリッシュドウェーハ）を使用したときの、シリコンウェーハの外周部の接線速度と、シリコンウェーハの面内のエッチング量のばらつきとの関係を調べた。具体的には、混酸ガスのシリコンウェーハ上での流速を３～７ｃｍ／ｓｅｃ、エッチング狙い値を０．３μｍ、１μｍ、３μｍ、１０μｍ、シリコンウェーハの外周部の接線速度（＝シリコンウェーハの半径×角速度）を０～５０ｃｍ／ｓｅｃとしたときの、シリコンウェーハの面内の最大エッチング量と最小エッチング量との差異を実施例１と同様の方法で求めた。なお、ガス導入口及びガス排出口のサイズ（幅方向における長さ）は３００ｍｍとした。またエッチング狙い値に応じてエッチング時間を調整した。また、ガス流速は、実施例１と同様に、反応室への流入ガス流量測定値と、ガス排出口のサイズ（流路面積）とから換算し、この換算値が狙いの流速値となるようにガス供給部による混酸ガスの流量（具体的にはキャリアガスとしての窒素流量）を調整した。また、シリコンウェーハの外周部の接線速度が狙い値となるように、回転ステージの回転速度（角速度）を調整した。

【0046】

図３～図６に、エッチング狙い値毎の、シリコンウェーハ外周部の接線速度と、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量（最大エッチング量と最小エッチング量との差異）との関係を示す。

【0047】

図３～図６に示すように、いずれのエッチング狙い値及び流速においても、シリコンウェーハを回転させる（つまりウェーハ外周部の接線速度をゼロより大きくする）ことで、回転させない場合（つまりウェーハ外周部の接線速度がゼロ）に比べて、シリコンウェーハ面内のエッチングばらつき量を小さくできる。また、いずれのエッチング狙い値及び流速においても、ウェーハ外周部の接線速度がゼロから大きくなるにしたがって次第にエッチングばらつき量が小さくなっていき、接線速度が３０ｃｍ／ｓｅｃの辺りでエッチングばらつき量が最小となり、さらに接線速度が大きくなるとエッチングばらつき量が次第に大きくなっていくという傾向を示している。

【0048】

ここで、図３～図６の結果から、エッチング狙い値に対して、エッチングばらつき量（最大エッチング量と最小エッチング量との差異）が１０％以内となる流速及び接線速度の条件を導出することを考える。図３の結果においては、エッチング狙い値（＝０．３μｍ）に対してエッチングばらつき量が１０％以内つまり０．０３μｍ以内となる条件は、流速が４～６ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が２５～３５ｃｍ／ｓｅｃであった。

【0049】

図４の結果においては、エッチング狙い値（＝１μｍ）に対してエッチングばらつき量が１０％以内つまり０．１μｍ以内となる条件は、流速が４～６ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が２５～３５ｃｍ／ｓｅｃであった。

【0050】

図５の結果においては、エッチング狙い値（＝３μｍ）に対してエッチングばらつき量が１０％以内つまり０．３μｍ以内となる条件は、流速が３ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が２５～４５ｃｍ／ｓｅｃと、流速が４ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が１５～４５ｃｍ／ｓｅｃと、流速が５ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が１５～５０ｃｍ／ｓｅｃと、流速が６ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が２０～４５ｃｍ／ｓｅｃと、流速が７ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が２０～４０ｃｍ／ｓｅｃであった。

【0051】

図６の結果においては、エッチング狙い値（＝１０μｍ）に対してエッチングばらつき量が１０％以内つまり１μｍ以内となる条件は、流速が４～６ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が２５～３５ｃｍ／ｓｅｃと、流速が７ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が３０ｃｍ／ｓｅｃであった。

【0052】

以上より、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを使用したときに、エッチング狙い値が０．３μｍ～１０μｍの範囲において、エッチング狙い値に対してエッチングばらつき量が１０％以内となる条件は、流速が４～６ｃｍ／ｓｅｃ、かつ、接線速度が２５～３５ｃｍ／ｓｅｃであることが判明した。

【0053】

ここで、上記の接線速度２５～３５ｃｍ／ｓｅｃの条件は直径３００ｍｍのシリコンウェーハを使用したときの条件であるので、３００ｍｍ以外の直径のシリコンウェーハを使用したときにも適用できるウェーハ回転条件を導出することを考える。表３に、各ウェーハ直径におけるウェーハの円周長さと、直径３００ｍｍを基準としたときの、各直径のウェーハの円周長さの比率とを示している。表４に、直径３００ｍｍのウェーハ外周部の接線速度（０～５０ｃｍ／ｓｅｃ）を基準としたときの、各直径のウェーハにおけるウェーハ外周部の接線速度及び角速度を示す。なお、表４において、直径２００ｍｍ、１５０ｍｍ、１００ｍｍのウェーハにおける接線速度は、直径３００ｍｍのウェーハにおける接線速度（０～５０ｃｍ／ｓｅｃ）と、表３に示す比率とから導出できる。

【0054】

【表3】

【0055】

【表4】

【0056】

表４に示すように、各直径のウェーハにおけるウェーハ外周部の接線速度の好ましい条件（エッチング狙い値に対してエッチングばらつき量が１０％以内となる条件）は、直径３００ｍｍのウェーハに対しては２５～３５ｃｍ／ｓｅｃ、直径２００ｍｍのウェーハに対しては１６．６７～２３．３３ｃｍ／ｓｅｃ、直径１５０ｍｍのウェーハに対しては１２．５０～１７．５０ｃｍ／ｓｅｃ、直径１００ｍｍのウェーハに対しては８．３３～１１．６７ｃｍ／ｓｅｃとなる。また、上記接線速度を角速度で表すと、９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃとなる。

【0057】

以上より、シリコンウェーハの直径にかかわらず、シリコンウェーハを９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃの角速度で回転させることで、エッチング狙い値に対してエッチングばらつき量が１０％以内となる。

【0058】

（実施例４）
実施例４として、図１、図２と同様のエッチング装置を用いて、直径３００ｍｍ、導電型がｐ型のシリコンウェーハ（ポリッシュドウェーハ）に対してエッチングを行い、ウェーハ面内のエッチングばらつき量（最大エッチング量と最小エッチング量の差異）及びこのばらつき量のエッチング狙い値に対する割合を測定した。このとき、エッチング時間を調整することでエッチング狙い値を０．３μｍ、１μｍ、３μｍ、１０μｍの水準で振り、さらに、ウェーハ上での混酸ガスの流速を４ｃｍ／ｓｅｃ、５ｃｍ／ｓｅｃ、６ｃｍ／ｓｅｃの水準で振った。また、ガス導入口及びガス排出口のサイズ（幅方向における長さ）は３００ｍｍとした。また、エッチングの際には、シリコンウェーハを９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃを満たす角速度で回転させた。また、シリコンウェーハの面内の最大エッチング量、最小エッチング量及びこれらの差異は実施例１と同様の方法で求めた。また、ガス流速は、実施例１と同様に、反応室への流入ガス流量測定値と、ガス排出口のサイズ（流路面積）とから換算し、この換算値が狙いの流速値となるようにガス供給部による混酸ガスの流量（具体的にはキャリアガスとしての窒素流量）を調整した。

【0059】

比較例１として、図７、図８のエッチング装置を用いて、直径３００ｍｍ、導電型がｐ型のシリコンウェーハ（ポリッシュドウェーハ）に対してエッチングを行い、ウェーハ面内のエッチングばらつき量（最大エッチング量と最小エッチング量の差異）及びこのばらつき量のエッチング狙い値に対する割合を実施例４と同様の方法で測定した。このとき、エッチング時間を調整することでエッチング狙い値を０．３μｍ、１μｍ、３μｍ、１０μｍの水準で振った。

【0060】

図７、図８のエッチング装置は、反応室１００の底部に、混酸ガスの供給ポート１０１及び排気ポート１０２を有する。これらポート１０１、１０２は上方に向けて開口を形成している。また、ポート１０１、１０２は、シリコンウェーハＷの直径（＝３００ｍｍ）に対して小さいサイズに形成されている。また、エッチングの最中は、シリコンウェーハＷを支持するステージ１０３は回転しない。図７、図８のエッチング装置においては、供給ポート１０１から反応室１００内に混酸ガスが導入されて、導入された混酸ガスによりシリコンウェーハＷの表面のエッチングを行い、排気ポート１０２から混酸ガスが排気される。

【0061】

比較例２として、図９、図１０のエッチング装置（ＮＡＳ技研製 ＳＣ７０００）を用いて、直径３００ｍｍ、導電型がｐ型のシリコンウェーハ（ポリッシュドウェーハ）に対してエッチングを行い、ウェーハ面内のエッチングばらつき量（最大エッチング量と最小エッチング量の差異）及びこのばらつき量のエッチング狙い値に対する割合を実施例４と同様の方法で測定した。このとき、エッチング時間を調整することでエッチング狙い値を０．３μｍ、１μｍ、３μｍ、１０μｍの水準で振った。

【0062】

図９、図１０のエッチング装置は、反応室２００内に、シリコンウェーハＷが載置される回転ステージ２０３と、回転ステージ２０３に載置されたシリコンウェーハＷの表面に直接に混酸ガスを吹き付けるノズル２０１とを有する。ノズル２０１はスイングアーム２０２によって、シリコンウェーハＷの面内方向に移動が可能となっている。図９、図１０のエッチング装置においては、回転ステージ２０３によりシリコンウェーハＷを回転させるとともに、ノズル２０１を移動させてウェーハ面内の各部に混酸ガスを直接に吹き付けることでエッチングを行う。

【0063】

図１１～図１４に、エッチング狙い値毎に、実施例４、比較例１、２のウェーハ面内のエッチングばらつき量（最大エッチング量と最小エッチング量の差異）を示す。また、図１５～図１８に、エッチング狙い値毎に、実施例４、比較例１、２のエッチング狙い値に対するエッチングばらつき量の割合（ばらつき割合）を示す。

【0064】

図１１～図１８に示すように、実施例４では、比較例１、２に比べて、ウェーハ面内のエッチングばらつき量及びばらつき割合を大幅に低減できた。具体的には、実施例４では、いずれのエッチング狙い値においてもばらつき割合を１０％以内に抑えることができた（図１５～図１８参照）。

【0065】

これに対して、比較例１では、ばらつき割合が非常に大きく、具体的にはおよそ１００～１７０％であった（図１５～図１８参照）。これは、比較例１で用いた図７、図８のエッチング装置では、ガス供給ポート１０１及び排気ポート１０２が反応室１００の底部にあり、またこれらポート１０１、１０２のサイズはウェーハ直径よりも小さく、さらにウェーハを回転させずに固定しているため、正確なエッチングコントロールが困難であり、ガスの流れ方向でエッチングムラが生じるためであると考えられる。

【0066】

また、比較例２では、ばらつき割合がおよそ２０～７０％であり（図１５～図１８参照）、比較例１に比べると小さいが、実施例４に比べると２倍以上のばらつき割合となった。また、比較例２で用いた図９、図１０のエッチング装置では、ウェーハ中心からのノズル２０１の距離、ウェーハ外周部の接線速度、及びノズル２０１の走査ピッチを細かくコントロールする必要があり、面内平滑性の高いエッチング条件を見い出すのは非常に困難である。

【0067】

（実施例５）
図１、図２と同様のエッチング装置を用いて、直径３００ｍｍ、導電型がｐ型のシリコンウェーハ（ポリッシュドウェーハ）に対してエッチングを行い、ウェーハ面内のエッチング量の分布を測定した。このとき、エッチング時間を調整することでエッチング狙い値を０．３μｍ、１μｍ、３μｍ、１０μｍの水準で振った。また、ウェーハ上での混酸ガスの流速は５ｃｍ／ｓｅｃとした。具体的には、反応室への流入ガス流量測定値と、ガス排出口のサイズ（流路面積）とからウェーハ上でのガス流速を換算し、この換算値が５ｃｍ／ｓｅｃとなるようにガス供給部による混酸ガスの流量（具体的にはキャリアガスとしての窒素流量）を調整した。また、ガス導入口及びガス排出口のサイズ（幅方向における長さ）は３００ｍｍとした。また、エッチングの際には、シリコンウェーハを９５．４９～１３３．６９ｄｅｇ／ｓｅｃを満たす角速度で回転させた。また、ウェーハ面内のエッチング量の分布は、ＡＤＥ社製のウェーハ厚み測定装置により、ウェーハ面内を２０ｍｍ角のメッシュに区切り、各メッシュごとにエッチング前後のウェーハ厚みの差を測定することで得た。

【0068】

図１９～図２２に、エッチング狙い値毎のウェーハ面内のエッチング量の分布を示す。図１９～図２２に示すように、いずれのエッチング狙い値においても、わずかにドーナツ状のエッチング量面内分布となったが、面内分布のばらつきを示す指標としての変動係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）（相対標準偏差（ＲＳＤ）ともいう）は、０．５１～２．２％と非常に小さく、エッチング面内の平坦性が優れていることを示した。

【0069】

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその具体的な記載に限定されることなく、例示した構成等を技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施することも可能であるし、またある要素、処理を周知の形態に置き換えて実施することもできる。

【符号の説明】

【0070】

１ エッチング装置
２ ガス供給部
３ 反応室
４ 回転ステージ（支持部）
８ ガス導入口
９ ガス排出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】