JP2002151463A - 半導体加工装置および半導体評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチングレートを厳密に制御することがで
きる半導体加工装置、及び半導体評価装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板表面を任意の形状及び深さで
エッチング加工する半導体加工装置であって、半導体基
板表面の加工部分のみにエッチング液あるいは洗浄液を
収容する溶液封入器、この溶液封入器にエッチング液，
洗浄液，あるいは乾燥用の不活性ガスを注入する溶液等
の注入管、溶液封入器内に注入された溶液等を排出し
て、一定の量に保持するための排出管、注入管を介して
溶液等を供給する供給装置（５）、排出管を介して溶液
等を排出する排出装置、これら溶液等の供給、排出の動
作をコントロールするコントローラ、及び半導体基板及
びエッチング液の温度を所定温度に制御する温度制御手
段（６，７）を備え、多層に積層された薄膜の電気的、
光学的特性の測定を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板表面
を任意の形状及び深さでエッチング加工する半導体加工
装置および半導体評価装置に関し、特に、半導体基板表
面のエッチング深さを厳密に制御し得るものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では半導体ウェーハ上に半導体レー
ザ構造を形成する場合に、基板上に複数種の半導体薄膜
をＭＢＥ（分子線エピタキシー）、ＭＯＣＶＤ（有機金
属化学気相成長）などでエピタキシャル成長させる方法
が用いられている。なかでも、半導体基板を複数枚チャ
ージしてエピタキシャル成長を行うＭＯＣＶＤは、生産
性の高い半導体エピタキシー方法のひとつである。

【０００３】ところが、このように形成された半導体レ
ーザ構造の評価を行うためには、膜厚測定、ホール測定
など電気的特性の評価や、或いはＰＬ（フォトルミネッ
センス）などの光学的特性の評価が必要である。そし
て、これらの評価を行うには半導体ウェーハを剪開した
り、あるいはサンプリングされた試料を用いてそれぞれ
の薄膜層でエッチングを止めて評価しなければならない
ので、評価工程に於いて半導体基板が無駄になり、生産
性を損なう原因ともなっている。

【０００４】従来から、半導体基板表面の一部分のみを
半導体加工装置でエッチング加工したり、加工された基
板上の薄膜についても、短時間で簡単に基板の深さ方向
での品質評価を行える半導体評価装置が提案されている
（特開平５−２１７９８４号公報）。

【０００５】この提案によれば、エッチング液封入管に
より半導体基板表面の加工部分にのみエッチング液を供
給して、所望の位置のみを加工できるので、ウェーハを
剪開してサンプリングをしなくても、薄膜結晶が積層さ
れた半導体基板の薄膜結晶の品質評価を各層について行
うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、多層の薄膜
が積層された半導体レーザ構造の評価を行う場合には、
それぞれの膜の性質を区別して把握する必要があって、
そのため、エッチングレートの正確な把握が必要とされ
る。しかしながら、上記提案された従来技術では、半導
体基板やエッチング液の温度制御が十分になされておら
ず、また、エッチング液封入管の容積が小さい場合に
は、エッチングレートを厳密に制御することが難しい。
すなわち、外気温度が変化した場合に使用しているエッ
チング液の温度も変化してしまうために、特に半導体基
板自体と、そのエッチング液が外気温度の影響を強く受
けて、エッチングレートが変化する。したがって、基板
表面のエッチング深さを厳密に制御できず、半導体基板
上に形成されている薄膜結晶の品質評価を各層について
行うことが困難になるという問題があった。

【０００７】この発明の目的は、エッチングレートを厳
密に制御することができる半導体加工装置、及び多層に
積層された薄膜の電気的、光学的特性の測定を容易にす
る半導体評価装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、半導体基板表面を任意の形状及び深さでエッチング
加工する半導体加工装置が提供される。この半導体加工
装置は、半導体基板表面の加工部分のみにエッチング液
あるいは洗浄液を収容する溶液封入器と、この溶液封入
器に前記エッチング液，洗浄液，あるいは乾燥用の不活
性ガスを注入する溶液等の注入管と、前記溶液封入器内
に注入された溶液等を排出して、一定の量に保持するた
めの排出管と、前記注入管を介して前記溶液等を供給す
る供給装置と、前記排出管を介して前記溶液等を排出す
る排出装置と、これら溶液等の供給、排出の動作をコン
トロールするコントローラと、前記半導体基板及びエッ
チング液の温度を所定温度に制御する温度制御手段とか
ら構成される。

【０００９】この半導体加工装置によれば、半導体基板
の任意の部分にエッチング液、洗浄液、及び乾燥用の不
活性ガスを注入、排出することができ、かつ半導体基
板、エッチング液の温度制御を行って、エッチングレー
トを厳密に制御することができる。これにより、半導体
基板上の多層の薄膜を部分的にエッチングして、半導体
基板全体を無駄にすることなく、薄膜の光学的、電気的
特性の評価を容易に行える。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施
例を示す半導体加工装置の構成図であり、図２は図１の
一実施例における溶液封入器の構成を示す側面断面図で
ある。これらの図において、１は半導体ウェーハ、２は
円筒形状の溶液封入器であって、半導体ウェーハ１表面
の加工部分のみにエッチング液あるいは洗浄液が供給さ
れ、かつ供給された溶液が溶液封入器２の外部に出て所
望の位置以外をエッチングするのを防ぐためのシール材
２ａが、円筒の先端部分に設けられている。３は溶液封
入器２の内部に挿入された溶液等の注入管であり、ここ
からエッチング液の他に、洗浄液，乾燥用の不活性ガス
等が供給される。４は溶液等の排出管であり、半導体ウ
ェーハ１表面と溶液封入器２に囲まれた空間の溶液を排
出する。

【００１１】ここで使用される溶液封入器２は、実際に
は半導体ウェーハ１に比較して微小なものであるが、図
ではその構造を分かり易くするため拡大して示してい
る。また、溶液封入器２の形状は円筒でなくてもよく、
例えば矩形の立方体であっても良い。

【００１２】５はエッチング液のタンクであり、エッチ
ング液が半導体ウェーハ１と同一温度になるように、こ
のエッチング液タンク５は恒温槽７内で温度制御された
純水６に浸漬されている。８は半導体ウェーハ１を恒温
槽７内で保持している試料ホルダである。９は溶液等の
注入管３の一端に取り付けられた切り換え弁であって、
それぞれエッチング液タンク５、洗浄水タンク１０、及
び乾燥用ガスタンク１１からの溶液類を順次に切り換え
て溶液封入器２の内部に供給できるようになっている。
なお、恒温槽７は図示しない温度制御手段を備えてい
る。

【００１３】次に、本発明の動作を説明する。半導体ウ
ェーハ１は、試料ホルダ８によって恒温槽７内で位置決
めされて固定され、温度制御された純水６によって所定
の温度に保持されている。溶液封入器２は、半導体ウェ
ーハ１上でシーリングされて所定位置に配置されてい
る。最初に、エッチング液が例えばポンプなどのエッチ
ング液供給装置１２を利用して溶液封入器２の内部に供
給される。

【００１４】このとき、エッチング液は恒温槽７内の純
水６に浸漬されたエッチング液タンク５から供給される
ので、半導体ウェーハ１と同一温度に温度制御されてい
る。エッチング液によって所定の時間だけエッチングを
実行したのちに、エッチング液排出装置１３によりエッ
チング液は溶液封入器２の外部に排出される。したがっ
て、恒温槽７の設定温度に応じてエッチング時間を決め
ることにより、エッチングレートを厳密に制御すること
が可能になる。その後、切り換え弁９を切り換えて、洗
浄水、乾燥用ガスを溶液封入器２に順次に供給する。

【００１５】このようにして、剪開などを行わずに半導
体ウェーハ１を部分的にエッチングすることができ、か
つ半導体レーザ構造のような多層薄膜構造であっても、
エッチング深さを正確に制御することが可能になる。

【００１６】ここでは、半導体ウェーハ１に供給される
洗浄水の温度調節は必ずしも必要ではない。エッチング
液の温度さえ一定に保たれていれば、エッチングレート
を正確に制御できるからである。しかし、エッチング液
の種類によっては、使用する洗浄水の温度によって半導
体ウェーハ１の表面を洗浄できる度合いが異なると考え
られるので、洗浄水タンク１０についても温度制御を行
うことが好ましい場合がある。

【００１７】次に、上記実施例の半導体加工装置に設け
た半導体評価装置の一実施例について説明する。図３は
本発明の半導体評価装置の一実施例を示す図で、図１と
同一符号は同一構成部分を示している。１４は溶液封入
器２内部に挿入され、レーザ光をエッチング加工したい
半導体ウェーハ１表面に照射するための光ファイバ、１
５は溶液封入器２内部に挿入され、半導体ウェーハ１で
発光する光を受光する光ファイバ、１６は光ファイバ１
４の一端に接続され、光ファイバ１４内にレーザ光を導
入するためのレーザ光源、１７は光ファイバ１５の一端
に接続され、光ファイバ１５で受光した光を分光するた
めの分光器、１８は洗浄水タンク１０、乾燥用ガスタン
ク１１、エッチング液供給装置１２、エッチング液排出
装置１３、レーザ光源１６、および分光器１７と電気的
に接続され、各装置をコントロールする制御信号を出す
とともに、分光器１７で測定した測定データを分析し、
その結果をディスプレイおよびプリンタ等で出力する機
能を有するコントローラコンピュータである。

【００１８】この半導体評価装置の動作は、エッチング
後の純水洗浄工程中に光学的特性の評価フローが入って
いることが特徴となっている。すなわち、純水洗浄工程
中に、レーザ光源１６から光ファイバ１４を介して半導
体ウェーハ１上にレーザ光を照射し、半導体ウェーハ１
表面からの光を光ファイバ１５で受光し、これらのデー
タをコントローラコンピュータ１８に入力して処理を行
い、その結果をディスプレイまたはプリンタにより出力
する。

【００１９】上述した評価装置は、半導体ウェーハ１表
面の光学的特性を測定して評価するものであったが、膜
厚自体を測定したり、その電気的特性を測定する必要も
ある。そのような場合には、溶液封入器２内に薄膜の電
気的特性を検出するための測定プローブを挿入して、対
応する測定評価手段を接続して所望する測定データを取
り出すようにすればよい。

【００２０】なお、ホール測定など、半導体ウェーハ１
の電気的な特性を測定する場合には、図４に示すよう
に、溶液封入器２が半導体ウェーハ１の表面においてリ
ング形状の接触面を有するものを用いることが好まし
い。

【００２１】図４は、図２の溶液封入器とは別の構成を
示す側面断面図である。ここでは、円筒形状の溶液封入
器２は上部に貫通穴２ｂを備え、その内部２０にも温度
制御された純水が導入される。そして、封入器２の側面
周壁が二重構造になっており、そこに溶液等の注入管３
から供給されたエッチング液が封入され、リング形状の
エッチング加工を可能にするものである。２ａはシール
材、４は溶液等の排出管である。

【００２２】なお、ここで溶液封入器２の底面リング形
状は円形としているが、必要に応じて矩形など任意の形
状に変更して使用することができる。図５は、図４に示
す溶液封入器２を用いた場合の半導体ウェーハ１表面の
加工状態を示す斜視図である。図４の溶液封入器２は下
方から眺めるとリングのような形状でエッチング液が注
入されるので、エッチング部分が一続きの溝１ｂとな
る。これによって、エッチングによって削られた溝１ｂ
部分を境に、薄膜の内側１ａを外側から分離することが
可能になる。したがって、薄膜成長基板にシリコン基板
などを用いている場合、半導体ウェーハ１上にエピタキ
シャル成長した薄膜を同一面で、その内側１ａを外側か
ら電気伝導的に分離することができる。

【００２３】なお、前述したようにエッチング加工され
る溝１ｂの形状が正方形になるように半導体ウェーハ１
上の多層薄膜を分離して、それらのホール測定を行うこ
とも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の半導
体加工装置によれば、部分的なエッチング加工における
加工深さを正確に制御することができる。したがって、
この半導体加工装置を半導体評価装置に応用すれば、ホ
ール測定等の電気的測定や光学的特性の測定が容易にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す半導体加工装置の構成
図である。

【図２】図１の一実施例における溶液封入器の構成を示
す側面断面図である。

【図３】本発明の半導体評価装置の一実施例を示す構成
図である。

【図４】図２の溶液封入器とは別の構成を示す側面断面
図である。

【図５】図４の溶液封入器を用いた場合の半導体基板表
面の加工状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…半導体ウェーハ、２…溶液封入器、２ａ…シール
材、３…溶液等の注入管、４…溶液等の排出管、５…エ
ッチング液タンク、６…純水、７…恒温槽、８…試料ホ
ルダ、９…切り換え弁、１０…洗浄水タンク、１１…乾
燥用ガスタンク、１２…エッチング液供給装置、１３…
エッチング液排出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｊ Ｆターム(参考） 2G043 AA06 CA05 CA07 DA08 EA01 GA07 GB07 HA05 JA01 2G052 AA13 AD32 DA21 EC12 EC14 FC02 FC15 FC19 GA11 GA21 HC03 HC22 JA04 JA09 4M106 AA01 BA05 BA12 CB30 DH12 DH32 DH55 DJ23 5F043 AA01 EE01 EE10 EE27 EE33 GG10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板表面を任意の形状及び深さで
   エッチング加工する半導体加工装置において、 前記半導体基板表面の加工部分のみにエッチング液ある
   いは洗浄液を収容する溶液封入器と、 この溶液封入器に前記エッチング液，洗浄液，あるいは
   乾燥用の不活性ガスを注入する溶液等の注入管と、 前記溶液封入器内に注入された溶液等を排出して、一定
   の量に保持するための排出管と、 前記注入管を介して前記溶液等を供給する供給装置と、 前記排出管を介して前記溶液等を排出する排出装置と、 これら溶液等の供給、排出の動作をコントロールするコ
   ントローラと、 前記半導体基板及びエッチング液の温度を所定温度に制
   御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする半導体
   加工装置。
2. 【請求項２】 前記温度制御手段は温度制御可能な恒温
   槽であり、前記溶液封入器と半導体基板との接触面はシ
   ーリングがなされていて、前記半導体基板及びエッチン
   グ液のタンクが前記恒温槽内に収納されていることを特
   徴とする請求項１に記載の半導体加工装置。
3. 【請求項３】 前記恒温槽内には、前記洗浄液のタンク
   も収納されていることを特徴とする請求項２に記載の半
   導体加工装置。
4. 【請求項４】 前記溶液封入器は、前記半導体基板の表
   面においてリング形状の接触面を有するものであること
   を特徴とする請求項１に記載の半導体加工装置。
5. 【請求項５】 前記請求項1乃至請求項４のいずれかに
   記載の半導体加工装置を用いてエッチング加工された半
   導体基板の多層薄膜構造の評価を行う半導体評価装置で
   あって、 前記封入器内に挿入され、半導体基板上に形成された薄
   膜の電気的、及び／又は光学的特性を検出するためのプ
   ローブと、 このプローブで検出した特性データを分析し、その結果
   を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする半導体
   評価装置。
6. 【請求項６】 前記洗浄液による洗浄工程中に前記半導
   体基板上にレーザ光を照射する光ファイバと、 前記半導体基板からの光を受光する光ファイバと、 前記レーザ光を出射するレーザ光源と、 前記光ファイバで受光した光を分光する分光器とを更に
   備えたことを特徴とする請求項５に記載の半導体評価装
   置。