JPH02197123A - ウエハの表側と裏側との同時のエッチングを制御する方法と装置 - Google Patents

ウエハの表側と裏側との同時のエッチングを制御する方法と装置

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JPH02197123A
JPH02197123A JP1247879A JP24787989A JPH02197123A JP H02197123 A JPH02197123 A JP H02197123A JP 1247879 A JP1247879 A JP 1247879A JP 24787989 A JP24787989 A JP 24787989A JP H02197123 A JPH02197123 A JP H02197123A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はウェハをその表面上の酸化物を処理することに
より処理すること、特にそのような酸化物を処理し、ウ
ェハを集積回路チップにするときの酸化物のエツチング
を制御する方法と装置とに関する。
［従来の技術］ 最近まで集積回路チップを作るためのシリコンウェハま
たは類似のもののエツチングは主としてプラズマを用い
て行われた。米国特許第４．７４９．４４０号に述べら
れているように、そのようなウェハのエツチングはまた
窒素のような不活性ガスによって稀められた無水フッ化
水素または類似のハロゲンガス、およびエツチング作用
を開始させる少量の水蒸気を用いても行うことができる
。湿気を含む酸化物のエツチングの場合には、酸化物層
に含まれる湿気によって水蒸気を添加する必要はないで
あろう。
フッ化水素ガスを用いてこのようなエツチングを行う場
合には、電界の中でウェハの前側の酸化物の一部をエツ
チングで除去するのに適当な制御がなされ、ウェハの表
面に切除されたパターンがつくられる。しかしながらウ
ェハのエツチングの１つの副作用としてウェハの裏側、
特にウェハの端縁の近（で制御されない量のエツチング
が行われる。この際エツチングはウェハの裏面の端縁の
そばが最大で端縁から遠ざかるにつれてだんだん小さく
なる。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的はウェハの表側と裏側の酸化物のエツチン
グを制御して、エツチング処理の間、ウェハのエツチン
グしたい部分だけでエツチングが行われ、他の部分では
エツチングが行われないか最小になるようにすることで
ある。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、ウェハの一側を窒素のような不活性ガ
スで処理してエツチングを行なわせないか最小になるよ
うにし、同時にウェハの他側にフッ化水素のようなエツ
チング用ガスを供給してエツチングを行わせる。
また、不活性ガスを少量ウェハの一側に流し、同時にエ
ツチング用ガスをウェハの他側に流してその側にエツチ
ングを行わせる。さらに他のやり方では窒素ガスを乾燥
効果のために大量にウェハの一側に流してその側のエツ
チングを防止または最小にするが、ウェハの他側ではエ
ツチングを進行させる。乾燥効果のために大量の窒素を
ウェハの一側に流すときには、窒素はエツチング剤を含
んでもよく、そのときはエツチング剤はウェハの他側の
近くによどんで集まってその側のエツチングを行う。
本発明のなお他のやり方では、ウェハの入る容器に処理
するウェハの周縁に隣接して側壁を設け、容器はウェハ
の表側と裏側にチャンバ（空間）を形成し、処理用ガス
を雨空間に同時に供給してウェハの両側を同時に処理お
よびマスクする。窒素を空間の１つに供給するとそれは
ウェハのその側をエツチングからマスクし、ウェハの他
側はエツチング用ガスがあるので所望のエツチングが行
われる。容器の内部は電気的に中性なので、空間に供給
されるガスには何の影響も及ぼされない。
［実施例］ 本発明はシリコンウェハの処理に関する。ウェハは文字
Ｗで表わす。当業者にはウェハは両面に酸化物層をもつ
ことは周知である。たいていの場合、ウェハの前側１０
だけに電界があって切除パターンかつ（られ、裏側１１
は酸化物で覆われる。これらの状況はウェハごとに異な
り、種々の方法で実現される。
ここで説明する方法と装置を用いる場合、ウェハの表側
と裏側上にはほとんど２０種類の異なる酸化物がある。
このような酸化物は本性的な（本来の）酸化物から熱酸
化物（ＴＯＸ）まで種々あリ、化学蒸着酸化物（ＣＶＤ
ＯＸ）のような他の種々のものを含む。熱酸化物は加工
とエツチングとが最も困難なものの１つとして知られて
いるが、ここに説明する方法と装置とによって熱酸化物
をエツチングするかなりの経験が得られた。
酸化物の重要な特性の１つはその相対的エツチング速度
である。熱酸化物のエツチング速度は比較的小さい。こ
れに対して化学蒸着酸化物のエツチング速度はかなり大
きく、熱酸化物のそれの約３倍である。
シリコンウェハ上の酸化物層の厚さもまた大巾に変り、
約５００オングストロームから約５．０００オングスト
ロームである。
本発明に用いる酸化物層の多くのものはその中に少量の
本性的な水分を含むことがわかった。多くの場合、酸化
物層中の水分の量は、酸化物層がフッ化水素、特に無水
フッ化物ガスに接触したとき、エツチング作用を起こさ
せるのに十分である。ある場合には、以下に詳しく説明
するように、特に窒素のような不活性ガスをかなりの量
用いて酸化物層を乾燥させ、その中にある本性的な水分
を除去してその酸化物層のエツチングを阻止する。他の
成る場合には、無水フッ化水素ガスでエツチングを起こ
させるために前記米国特許第４゜７４９．４４０号に関
連して述べられているように、水分を添加する。
第１および２図に示す本発明を実施するのに適した装置
は固定ベース板１３とその上に載る、底のあいたハウジ
ング１４とを持つ。ハウジング１４は持ち上げ装置１５
によってベース板から持ち上げられるようになっている
。持ち上げ装置１５は空気圧シリンダのピストンロッド
でよく、その先のピストンロッド１５．１はハウジング
１４を点線位置りまで持ち上げることができ、ウェハＷ
はハウジングの内部から取り出され、同じ性質の他のウ
ェハで置き換えられる。
ウェハＷは円形なので、ハウジング１４の側壁１６は円
筒形である。側壁１６にはガスの入口１７があり、それ
にガス供給管１８が接続されている。管１８は無水フッ
化水素源、窒素のような不活性ガス源、および水蒸気源
に接続されている。この目的のために流れ制御装置１９
．２０．２］が管１８に接続されていてそれぞれこれら
のガス源として働く。
多くの目的に対してフッ化水素は酸化物をエツチングす
るのに好ましいことがわかっているが、他のハロゲンを
含むガスを用いることは成る種の目的に対して適してい
る。このような他の無水ハロゲンガスは塩素、臭素、フ
ッ素、およびヨウ素を含み、ハロゲン化水素はヨウ化水
素、臭化水素、および塩化水素を含む。
窒素は比較的安価できわめて得やすいので、これは用い
るのに好木しいガスである。しかしながらアルゴン、ネ
オン、ヘリウム、クリプトン、およびキセノンのような
他の不活性ガスも不活性窒素ガスと同じ目的に用いられ
る。これらのガスはすべて不活性で乾燥している。
ハウジング１４の内部はベース１３と連携していくつか
のチャンバ２３．２４．２５に分割された容器２２を形
成する。ガス人口１７と直接連通するチャンバ２３は、
入ってきたガスをチャンバ２３と２４を分割する拡散板
２６によって分布させる充気チャンバとして働く。チャ
ンバ２４はウェハＷの表側１０のチャンバである。ベー
ス１３とウェハＷとの間のチャンバ２５はウェハＷの裏
側１１にある裏側チャンバである。
拡散板２６には一様に分布した小さい貫通した穴２６．
１があり、これらを通してガスがチャンバ２３からチャ
ンバ２４に供給される。チャンバ２３内のガスにちょっ
とした圧力を加えると、ガスは回転するウェハの前面１
０に推進され、前面をよぎる。使用済みガスはチャンバ
２４から板２６の口２６，３と連通する通路２６．２を
通って板２６の周縁に送られ、それから環状多岐みぞ２
６．４とかべ１６の放出路３８とを通って排出される。
供給路３２がベース１３に設けてあって、ガスが裏側チ
ャンバ２５に供給される。
ウェハＷは表側チャンバ２４と裏側チャンバ２５との間
で、ウェハの裏側に係合してそれを支える、上向きに曲
がった、先のとがった端部２９のある３つのアーム２８
を持つ骨格フレームすなわちスパイダ２７に支持される
。骨格フレーム２７はハブ３０に取り付けられて支持さ
れている。ハブ３０は取り付は軸３１に取り付けられて
回転される。軸３１はモータに接続されているので、軸
３１、ハブ３０、および骨格フレーム２７は回転される
。ウェハは処理の間２ＯＲＰＭまたはそれ以上の速度で
回転され、ガスがウェハの前側に一様に当てられる。
前側チャンバ２４には拡散板２６を通ってだけガスがイ
共糸合される。
裏側チャンバ２５にも処理ガスが供給される。
このためにガス供給路３２がベース１３につくられ、開
上端は３３に示すようにガスを広く分布させるために拡
大されている。供給路３２から供給されたガスはチャン
バ２５中に広がり、ウェハの裏側１１に当ってウェハを
処理する。
ガス供給路３２はベース１３に接続されたガス供給管３
４に接続されるとともに無水フッ化水素源、窒素のよう
な不活性ガス源、および必要に応じて水蒸気源に接続さ
れている。これらの処理ガス源はそれぞれ制御できるフ
ッ化水素源、窒素源、および水蒸気源と考えられる流量
制御装置３５．３６．３７、によって表わされる。
ウェハの表側１０の酸化物をエツチングする間に実質的
に前記米国特許第４，７４９，４４０号に記載されてい
るように種々の割合と流量のフッ化水素、窒素、および
水蒸気が用いられる。典型的には表側チャンバ２４とウ
ェハの表側とに供給されるガスの比率は窒素が約６リツ
トル／分、水蒸気が約２リツトル／分、無水フッ化水素
が０．５リツトル／分で、処理ガス全体としては８．５
リツトル／分、すなわち８５００ｃｃ／分である。表側
チャンバ２４への処理ガスの供給と同時に少量の窒素の
ような不活性ガスの流れが裏側チャンバ２５に供給され
る。供給路３２を通ってチャンバ２５に入る窒素の流れ
は約２０ｃｃ／分である。裏側チャンバ２５を通る不活
性ガスのこの流れはウェハの全裏側をよぎり、最終的に
はウェハＷの周縁のそばで裏側チャンバから排出される
。裏側チャンバ２５を通ってウェハの裏側１１をよぎる
窒素の流れは拡散板２６を通って供給されるフッ化水素
によるウェハの裏側のエツチングを阻止するためのもの
である。
他の実施態様においては、ウェハの裏側１１の酸化物を
一部または全部除去し、表側１０にはエツチング用ガス
が作用しないようにすることが望ましい。この実施態様
においては、ウェハの表側１０のパターン化された酸化
物をよぎって不活性ガスの連続流を供給するために、窒
素だけがチャンバ２３および拡散板２６を通って表側チ
ャンバ２４に供給される。窒素ガスをウェハの表側をよ
ぎって流す目的は、ウェハの表側をマスクするためであ
る。
ウェハの裏側１１から酸化物をはぎ取るために、少量の
フッ化水素ガスだけを供給路３２を通っテ裏側チャンバ
２５に供給し、ウェハの裏側１１のエツチングを行う。
このためにフッ化水素ガスを約２０〜１５０ｃｃ　／分
の割合で供給する。多くの場合、ウェハの裏側上の酸化
物は十分な本性的水分を含み、供給された無水フッ化水
素と反応してウェハの裏側の酸化物のエツチングを行っ
て酸化物を完全にはぎ取る。成る場合にはフッ化水素と
ともに少量の、すなわち６００ｃｃの水蒸気を裏側チャ
ンバ２５に供給してエツチング作用を起こさせる。
さらに他の実施態様においては、ウェハの裏側１１から
酸化物を一部または全部除去したいときは、無水フッ化
水素および窒素ガスを前記のように表側チャンバ２４に
流す。この際窒素は約６０００ｃｃ／分とし、水蒸気は
供給しない。この実施態様においては供給路３２から裏
側チャンバ２５にはガスを供給しない。チャンバ２４に
流されてウェハの表側をよぎる大量の窒素ガスは十分な
乾燥効果を持ち、ウェハの表側の酸化物層から実質的に
すべての水分を除去してフッ化水素によるウェハの表側
のどのようなエツチングの開始をも防止する。大量の窒
素ガスと少量のフッ化水素ガスとは大抵の場合排出多岐
管（マニホルド）と排出路３８とを経て直ちに排出され
る。裏側チャンバ２５には流れがないので、フッ化水素
ガスと窒素ガスとはヂャンバ内によどむ、または集まる
。そのためこの少量のフッ化水素ガスはウェハの裏側１
１の酸化物内に本性的に存在する水分と反応して酸化物
のエツチングを行ってウェハから酸化物を除去する。こ
の場合、裏側チャンバ２５にガスの流れがなくて行われ
る酸化物のこの除去は比較的遅いが、成る過程（プロセ
ス）では用いられる。
ウェハＷのエツチングが完了したとき、ハウジング１４
は点線値ａｈまで持ち」二げられ、ウェハを除去して他
のウェハを入れることができることを理解されたい。
本発明によって、ウェハの一側をマスクし、他側のエツ
チングを行う方法、すなわちフッ化水素ガスがウェハの
他側のエツチングを行っているとき同時に不活性ガスを
供給する方法が得られることがわかる。
特許請求の範囲において「エツチング用ガスＪの用語を
用いるとき、この用語はフッ化水素のような反応性エラ
グ・ング用ガスだけを含むが、エツチング作用を開始す
るのに余分の水分を用いる必要があるときは、水蒸気も
含むことを理解されたい。しかしながら用語「エツチン
グ用ガスｊは、外部から余分の水分を供給することなく
酸化物中の本性的な水分がエツチングを開始するのに十
分なときは、フッ化水素または他のハロゲンを含むガス
だりに積極的に限定しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は処理装置の断面図、第２図はウェハ支持体（骨
格フレーム）の斜視図、第３図は処理装置の他の実施例
の断面図である。 ＩＯ・・・ウェハの表側、１１・・・ウェハの裏側、１
３・・・ベース板、１４・・・ハウジング、１７・・・
ガス供軸口、２４・・・表側ヂャンバ、２５・・・裏側
チャンバ、２６・・・拡散板、２７・・・骨格フレーム
、Ｗ・・・ウェハｒＸ斥墾／〜Ａへ′１′ｌ八− 小沢匿之軸

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）裏側の一側の一部を不活性ガスの流れで処理して
    前記一側上の酸化物のエッチングの可能性を最小にする
    ことと、 同時にウェハの他側の一部をエッチング用ガスで処理し
    て前記他側上の酸化物の一部をエッチングで除去するこ
    とと を含む、回転（自転）するウェハの表側と裏側との上の
    酸化物のエッチングを制御する方法
  2. （２）不活性ガスの流れはウェハの裏側の一部をよぎり
    、エッチング用ガスはウェハの表側上の酸化物の一部を
    エッチングする、請求項１記載のエッチングの制御方法
  3. （３）不活性ガスの流れは電界の一部とウェハの前側の
    切除されたパターンとを横切り、エッチング用ガスはウ
    ェハの裏側の酸化物の一部のエッチングをする、請求項
    １記載のエッチングの制御方法
  4. （４）不活性ガスは窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム
    、クリプトン、およびキセノンの中の少なくとも１つの
    ガスを含む、請求項１記載のエッチングの制御方法
  5. （５）不活性ガスは少なくとも窒素を含む、請求項１記
    載のエッチングの制御方法
  6. （６）エッチング用ガスはフッ化水素ガスを含む、請求
    項１記載のエッチングの制御方法
  7. （７）エッチング用ガスは無水フッ化水素と水蒸気とを
    含む、請求項１記載のエッチングの制御方法
  8. （８）酸化物の少なくとも一部は本性的な水分を含み、
    不活性ガスの流れはウェハの前記一側の酸化物の部分に
    乾燥効果を発生させるような流量であり、前記エッチン
    グ用ガスは無水特性を持つ、請求項１記載のエッチング
    の制御方法
  9. （９）不活性ガスの流れはウェハの表側の少なくとも一
    部をよぎり、不活性ガスがエッチング用ガスを含み、ウ
    ェハの裏側は回転するウェハの周縁のそばで囲いをされ
    て窒素とエッチング用ガスとの一部を閉じ込めるチャン
    バが形成され、これらのガスはほとんど停滞してウェハ
    の裏側の酸化物の少なくとも一部のエッチングを行う、
    請求項８記載のエッチングの制御方法
  10. （１０）ウェハの周縁のそばの容器によって形成された
    、ウェハの表側および裏側のチャンバの間にウェハを閉
    じ込めることと、 エッチング用ガスを、表側チャンバ内にウェハの表側の
    少なくとも一部をよぎって流し、ウェハの表側の酸化物
    の一部のエッチングを行うことと、 エッチング用ガスを、表側チャンバ内にウェハの表側の
    少なくとも一部をよぎって流し、ウェハの表側の酸化物
    の一部のエッチングを行うことと、 同時に、不活性ガスを裏側チャンバに流してウェハの裏
    側をマスクしてウェハの裏側の酸化物がエッチングされ
    る可能性を最小にすることと を含む、回転するウェハの表側及び裏側の酸化物のエッ
    チングを制御する方法
  11. （１１）ウェハの周縁に連なる環状空間を通して不活性
    ガスを排出させる、請求項１０記載のエッチングの制御
    方法
  12. （１２）ウェハの周縁のそばの容器によって形成された
    、ウェハの表側および裏側のチャンバの間にウェハを閉
    じ込めることと、 不活性ガスを、表側チャンバ内をウェハの表側の少なく
    とも一部をよぎって流し、前記一部をマスクしてウェハ
    の表側のその一部のエッチングの可能性を最小にするこ
    とと、 同時に、エッチング用ガスを、裏側チャンバ内をウェハ
    の裏側の少なくとも一部をよぎって流し、ウェハの裏側
    の前記一部上の酸化物のエッチングを行うことと を含む、回転するウェハの表側および裏側上の酸化物の
    エッチングを制御する方法
  13. （１３）ウェハの周縁に連なる環状空間を通してガスを
    裏側チャンバから排出させる、請求項１２記載のエッチ
    ングの制御方法
  14. （１４）ウェハの裏側の前記一部上の酸化物は本性的な
    水分を含み、エッチング用ガスは無水フッ化水素を含む
    、請求項１２記載のエッチングの制御方法
  15. （１５）ウェハの周縁のすぐそばの容器によって形成さ
    れた、ウェハの表側および裏側のチャンバの間にウェハ
    を閉じ込めることと、 窒素ガスと無水エッチング用ガスとを前側チャンバにウ
    ェハをよぎって流し、窒素ガスの流量はウェハの表側上
    の酸化物の少なくとも一部に乾燥効果を与え、その酸化
    物のエッチングの可能性を最小にするようなものとし、
    エッチング用ガスと窒素ガスとの一部は裏側チャンバに
    集まって実質的に停滞してエッチング用ガスがウェハの
    裏側上の酸化物の少なくとも一部のエッチングを行うこ
    とになることと を含む、回転するウェハの表側および裏側上の、本性的
    な水分を含む酸化物のエッチングを制御する方法
  16. （１６）ウェハを閉じ込める容器を形成する、開くこと
    ができるハウジングと、 容器の側壁がウェハの周縁のすぐそばになり、ウェハの
    表側と裏側とにそれぞれチャンバを形成するようにウェ
    ハを容器を横切って支持し、ウェハの裏側の一部に係合
    してそれを支えてウェハを回転させるとともにウェハの
    裏側の他の部分を裏側チャンバに露出させる骨格フレー
    ムを含む容器内のウェハ支持装置と、 処理ガスをそれが裏側チャンバに入り、ウェハの裏側の
    一部に接触することを許すような態様で表側チャンバに
    ウェハをよぎって流すための、表側チャンバと連通する
    弁付きガス供給および排出装置と を含む、エッチングによって処理されるウェハの表側と
    裏側との両方を同時に処理する装置
  17. （１７）裏側チャンバにウェハをよぎって処理ガスを流
    すための、裏側チャンバと連通する第２の弁付きガス供
    給装置を持つ、請求項１６記載の装置。
  18. （１８）骨格フレームは裏側チャンバ内でガスからマス
    クされるウェハの面積を最小にしてウェハを支持するた
    めのとがったウェハ係合針を持つ、請求項１６記載の装
    置
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