JP2005327856A - 半導体ウェーハのエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
シリコンウェーハの保持バーの溝からの脱落をなくし回転不良をなくすことで、シリコンウェーハの破損を防止しエッチング処理をムラなく良好に行えるようにするとともに、外周部でエッチング液が接触しない面積を極力小さく抑えることでシリコンウェーハの外周部の平坦度を向上させる。
【解決手段】
オリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも下方に存在する回転位置になっている場合に、ウェーハ中心３０ｃよりも下方に存在するウェーハ外周面３１であってオリエンテーションフラット面３２を除いた部分が常時３本以上の保持バー（たとえば保持バー１４、１５、１６）によって保持されるように、下方の保持バー１３、１４、１５、１６が配置されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体ウェーハ、特にオリエンテーションフラット面を有する半導体ウェーハをエッチング工程でエッチング処理する際に用いられる装置に関するものである。

シリコンウェーハなどの半導体ウェーハを製造する工程の１つに、エッチング工程がある。またシリコンウェーハの製造の過程で、シリコンの結晶軸方位を表すために、ノッチやオリエンテンショーンフラット面が形成される。図６は、オリエンテーションフラット面３２を有するシリコンウェーハ３０を斜視図にて示している。シリコンウェーハ３０の外周面３１は、面取り工程でベベル部３１ａが形成されている。シリコンウェーハ３０は、オリエンテーションフラット面３２を有しているため完全な円板状ではなく半月状の不完全な円板形状となっている。シリコンウェーハ３０の表面３０ａ、裏面３０ｂは、ラッピング工程でラップ砥粒を用いて研削され平坦化されている。

エッチング工程では、前工程（ラッピング工程）で形成された加工歪層（ダメージ層）等を除去するとともに、シリコンウェーハ３０の表面３０ａおよび裏面３０ｂの面の精度を高め平坦度を向上させることを目的として、シリコンウェーハ３０の表面３０ａおよび裏面３０ｂを酸エッチングすることで化学研磨処理が施される。

エッチング工程では、図２に示されるエッチング装置が使用される。なお以下の説明では装置の上下方向（鉛直方向、重力方向）は、特に断りのない限り図面中の上下方向に対応しているものとする。

図２は従来のエッチング装置を構成する治具としてのバレル２０の構成を示しており、図２（ｂ）はバレル２０の正面図で、図２（ａ）は図２（ｂ）を矢視Ａでみた図２（ｂ）の左側面図である。

図２に示すバレル２０は図示しないエッチング槽に収容されている。エッチング槽にはエッチング液が満たされている。

図２に示すように、バレル２０は、その長手方向が水平方向となるように配置された５本の保持バー２１、２２、２３、２４、２５を備えている。各保持バー２１〜２５には、シリコンウェーハ３０の外周面３１を嵌合しシリコンウェーハ３０の外周面３１を保持する溝２６が、保持バー２１〜２５の長手方向に所定の間隔で（たとえば等間隔で）、複数、形成されている。溝２６は、保持バー２１〜２５の周面に環状に形成されている。

図２（ａ）に示すように上記５本の保持バー２１〜２５は、シリコンウェーハ３０の外周面３１に沿った各位置に配置されている。すなわちシリコンウェーハ３０の中心３０ｃよりも上方には、２本の保持バー２１、２２が左右対称に配置されており、ウェーハ中心３０ｃよりも下方には、３本の保持バー２３、２４、２５が左右対称に配置されている。たとえば上方の２本の保持バー２１、２２は、ウェーハ外周面３１に沿って６０゜の間隔で配置されている。また下方の３本の保持バー２３、２４、２５は、保持バー２４が最下点となるように、ウェーハ外周面３１に沿って４５゜の間隔で配置されている。

このため複数のシリコンウェーハ３０がそれぞれ、保持バー２１〜２５の各溝２６に嵌合されるように装填されると、複数のシリコンウェーハ３０は、それらの外周面３１が５本の保持バー２１〜２５によって保持され、等間隔で立てられた姿勢に位置決めされる。

図３（ａ）はシリコンウェーハ３０の外周面３１が保持バー２１〜２５の溝２６に嵌合された状態を断面にて示している。

５本の保持バー２１〜２５は、同一方向ω1に回転できるように（たとえば図２（ａ）中左回転に回転できるように）、ギヤ等を介して電気モータ等の回転アクチュエータの回転軸に連結されている。このため上記回転アクチュエータが駆動されると、保持バー２１〜２５が左回転方向ω1に回転し、保持バー２１〜２５の回転力が溝２６を介して複数のシリコンウェーハ３０に伝達されて、複数のシリコンウェーハ３０は、保持バー２１〜２５の回転方向ω1とは反対の図２（ａ）中右方向ω2に回転されることになる。複数のシリコンウェーハ３０が回転されるとウェーハ周辺のエッチング液は撹拌され、シリコンウェーハ３０の表面３０ａおよび裏面３０ｂのエッチングが進行する。このようなエッチングが所定の時間行われた後に、複数のシリコンウェーハ３０がバレル２０から取り外されて、つぎの工程へ移送される。

図４（ａ）、（ｂ）は、図２の従来装置におけるシリコンウェーハ３０の回転中の各姿勢を示している。

図４（ａ）はオリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも上方に存在するときの回転姿勢を示し、図４（ｂ）はオリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも下方に存在するときの回転姿勢を示している。
シリコンウェーハ３０が図４（ａ）に示す回転姿勢をとっているときには、下方の３本の保持バー２３、２４、２５の各溝２６に、外周面３１のうちオリエンテーションフラット面３２を除いた部分が嵌合して、シリコンウェーハ３０から受ける重力方向の力を３点で支持している。このため保持バー２３、２４、２５の溝２６を介してシリコンウェーハ３０に回転力が有効に伝達されて、シリコンウェーハ３０の回転がスムーズに行われる。

つぎにシリコンウェーハ３０が図４（ａ）に示す回転姿勢から図４（ｂ）に示す回転姿勢に移行してオリエンテーションフラット面３２が、下方の保持バー、たとえば保持バー２３に相当する場所に位置されたとする。このとき保持バー２３の溝２６の谷からオリエンテーションフラット面３２が離れてしまうため、シリコンウェーハ３０は有効に嵌合されないばかりか溝２６から脱落することがある。このためシリコンウェーハ３０の脱落によりシリコンウェーハ３０が破損するおそれがある。

また本来シリコンウェーハ３０からの重力方向の力を受けるべきである保持バー２３は、シリコンウェーハ３０を保持しておらず他の２本の保持バー２４、２５のみでシリコンウェーハ３０を保持しているためシリコンウェーハ３０への回転伝達が不十分であり回転不良を起こすおそれがある。回転不良を起こすと、シリコンウェーハ３０の面内でエッチング液が均一に接触しないためエッチング処理のムラが生じ面内の平坦度が劣化するおそれがある。実験では、回転不良によってシリコンウェーハ３０の特に中心付近で平坦度の劣化がみられた。

ここで、図３（ｂ）に示すように、溝２６の深さを図３（ａ）に示すものよりも、より深くすることで、保持バー２３の溝２６にオリエンテーションフラット面３２を有効に嵌合させて、上述したシリコンウェーハ３０の脱落、シリコンウェーハ３０の回転不良をなくすことが考えられる。

しかし図３（ｂ）に示すように溝２６を深く形成すると、その深くなった分だけシリコンウェーハ３０の外周部３３（図６）でエッチング液に接触しない面積が拡がり、エッチング処理が行われない領域が拡がることになる。

近年、シリコンウェーハ３０の外周部３３においても、一定レベル以上の平坦度が要求されている。外周部３３でエッチング処理が行われない領域が拡がるとすると、外周部３３の平坦度が悪化し、シリコンウェーハ３０の品質の劣化を招くおそれがある。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、シリコンウェーハ３０の保持バーの溝からの脱落をなくし回転不良をなくすことで、シリコンウェーハ３０の破損を防止しエッチング処理をムラなく良好に行えるようにするとともに、外周部３３でエッチング液が接触しない面積を極力小さく抑えることでシリコンウェーハ３０の外周部３３の平坦度を向上させることを解決課題とするものである。

第１発明は、
切欠きを有する半導体ウェーハが複数本の保持バーによって保持され、前記保持バーが回転されることによって前記半導体ウェーハがエッチング液内で回転され当該半導体ウェーハがエッチング処理される、半導体ウェーハのエッチング装置において、
前記切欠きが前記半導体ウェーハの中心よりも下方に存在する回転位置になっている場合に、当該ウェーハ中心よりも下方に存在するウェーハ外周面であって前記切欠きを除いたウェーハ外周面が常時３本以上の保持バーによって保持されるように、前記複数本の保持バーが配置されていること
を特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
前記複数本の保持バーは、前記ウェーハ中心よりも上方に２本が配置され、前記ウェーハ中心よりも下方に４本が配置されていること
を特徴とする。

本発明によれば、図１（ａ）あるいは図５（ｂ）に示すように、オリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも下方に存在する回転位置になっている場合に、ウェーハ中心３０ｃよりも下方に存在するウェーハ外周面３１であってオリエンテーションフラット面３２を除いた部分が常時３本以上の保持バー（たとえば保持バー１３、１５、１６）によって保持されるように、下方の保持バー１３、１４、１５、１６が配置されている。この場合、各保持バー１１〜１６に形成される溝１７としては、図３（ａ）に示すものと比較して浅い図３（ｂ）に示す溝１７を採用することができる。

シリコンウェーハ３０が図５（ｂ）に示す回転姿勢に移行してオリエンテーションフラット面３２が、下方の保持バー、たとえば保持バー１４に相当する場所に位置されたとする。このとき浅い溝１７を採用しているため保持バー１４の溝１７の谷からオリエンテーションフラット面３２が離れてしまうため、この部分ではシリコンウェーハ３０が有効に嵌合されなくなる。

しかし他の３本の保持バー１３、１５、１６の溝１７には、外周面３１のうちオリエンテーションフラット面３２を除いた部分が有効に嵌合されており、シリコンウェーハ３０は下方で３点で保持されている。すなわちオリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも下方の任意の位置にあるとき、常時、下方の４本の保持バー１３〜１６のうち３本の保持バーの溝に有効に嵌合し３点で保持されている。

なおオリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも上方に存在する回転姿勢をとっているとき（図５（ａ））には、下方の４本の保持バー１３、１４、１５、１６の各溝１７に、外周面３１のうちオリエンテーションフラット面３２を除いた部分が嵌合して、シリコンウェーハ３０から受ける重力方向の力を４点で支持している。

本発明の装置は、オリテンテーションフラット面３２を有しないシリコンウェーハ３０を保持してエッチング処理する際にも使用することができる（第３発明）。

本発明によれば、ウェーハ中心３０ｃよりも下方でシリコンウェーハ３０は少なくとも３点で確実に保持されるため、シリコンウェーハ３０の保持バーの溝からの脱落がなくなるとともに、回転不良を起こすことなくスムーズに回転する。この結果、シリコンウェーハ３０の破損が防止されエッチング処理をムラなく良好に行える。また溝１７を浅くし外周部３３でエッチング液が接触しない面積を極力小さく抑えることができたためシリコンウェーハ３０の外周部３３の平坦度が向上する。

以下図面を参照して本発明に係る半導体ウェーハのエッチング装置の実施の形態について説明する。

図１は実施形態のエッチング装置を構成する治具としてのバレル１０の構成を示しており、図１（ｂ）はバレル１０の正面図で、図１（ａ）は図１（ｂ）を矢視Ａでみた図１（ｂ）の左側面図である。また図１（ｃ）は図１（ｂ）を矢視Ｂでみた図１（ｂ）の右側面図である。

図１に示すバレル１０は図示しないエッチング槽に収容されている。エッチング槽にはエッチング液が満たされている。

図１に示すように、バレル１０は、その長手方向が水平方向となるように配置された６本の保持バー１１、１２、１３、１４、１５、１６を備えている。各保持バー１１〜１６には、シリコンウェーハ３０の外周面３１を嵌合しシリコンウェーハ３０の外周面３１を保持する溝１７が、保持バー１１〜１６の長手方向に所定の間隔で（たとえば等間隔で）、複数、形成されている。溝１７は、保持バー１１〜１６の周面に環状に形成されている。

図１（ａ）に示すように上記６本の保持バー１１〜１６は、シリコンウェーハ３０の外周面３１に沿った各位置に配置されている。すなわちシリコンウェーハ３０の中心３０ｃよりも上方には、２本の保持バー１１、１２が左右対称に配置されており、ウェーハ中心３０ｃよりも下方には、４本の保持バー１３、１４、１５、１６が左右対称に配置されている。たとえば上方の２本の保持バー１１、１２は、ウェーハ外周面３１に沿って７６゜の間隔で配置されている。また下方の４本の保持バー１３、１４、１５、１６は、保持バー１４、１５が最下点となるように、ウェーハ外周面３１に沿って配置されている。保持バー１３と保持バー１４との間隔および保持バー１５と保持バー１６との間隔は、３７度に設定されており、保持バー１４と保持バー１５との間隔は６０゜に設定されている。

すなわちオリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも下方に存在する回転位置になっている場合に、ウェーハ中心３０ｃよりも下方に存在するウェーハ外周面３１であってオリエンテーションフラット面３２を除いた部分が常時３本以上の保持バー（たとえば保持バー１３、１５、１６）によって保持されるように、下方の保持バー１３、１４、１５、１６が配置されている。

このため複数のシリコンウェーハ３０が保持バー１１〜１６の各溝１７に嵌合されるように装填されると、複数のシリコンウェーハ３０は、それらの外周面３１が６本の保持バー１１〜１６によって保持され、等間隔で立てられた姿勢に位置決めされる。

図３（ｂ）はシリコンウェーハ３０の外周面３１が保持バー１１〜１６の溝１７に嵌合された状態を断面にて示している。実施形態では、シリコンウェーハ３０の外周部３３でエッチング液との接触面積が大きくなる浅い溝１７を採用している。

６本の保持バー１１〜１６は、同一方向ω1に回転できるように（たとえば図１（ａ）中左回転に回転できるように）、ギヤ等を介して電気モータ等の回転アクチュエータの回転軸に連結されている。すなわち各保持バー１１〜１６の端部にはそれぞれ、保持バーの周方向に歯面を有するギヤが設けられている。各保持バー１１〜１６のギヤは、ウェーハ中心３０ｃと同心となっているギヤ１８に歯合している。ギヤ１８は図示しない回転アクチュエータの回転軸に接続されている。

このため上記回転アクチュエータが駆動されると、保持バー１１〜１６が左回転方向ω1に回転し、保持バー１１〜１６の回転力が溝１７を介して複数のシリコンウェーハ３０に伝達されて、複数のシリコンウェーハ３０は、保持バー１１〜１６の回転方向ω1とは反対の図１（ａ）中右方向ω2に回転されることになる。複数のシリコンウェーハ３０が回転されるとウェーハ周辺のエッチング液は撹拌され、シリコンウェーハ３０の表面３０ａおよび裏面３０ｂのエッチングが進行する。このようなエッチングが所定の時間行われた後に、複数のシリコンウェーハ３０がバレル１０から取り外されて、つぎの工程へ移送される。

図５（ａ）、（ｂ）は、図１の本実施形態装置におけるシリコンウェーハ３０の回転中の各姿勢を示している。

図５（ａ）はオリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも上方に存在するときの回転姿勢を示し、図５（ｂ）はオリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも下方に存在するときの回転姿勢を示している。
シリコンウェーハ３０が図５（ａ）に示す回転姿勢をとっているときには下方の４本の保持バー１３、１４、１５、１６の各溝１７に、外周面３１のうちオリエンテーションフラット面３２を除いた部分が嵌合して、シリコンウェーハ３０から受ける重力方向の力を４点で支持している。このため保持バー１３、１４、１５、１６の溝１７を介してシリコンウェーハ３０に回転力が有効に伝達されて、シリコンウェーハ３０の回転がスムーズに行われる。

つぎにシリコンウェーハ３０が図５（ａ）に示す回転姿勢から図５（ｂ）に示す回転姿勢に移行してオリエンテーションフラット面３２が、下方の保持バー、たとえば保持バー１４に相当する場所に位置されたとする。このとき溝１７が浅いため保持バー１４の溝１７の谷からオリエンテーションフラット面３２が離れてしまうため、この部分ではシリコンウェーハ３０が有効に嵌合されなくなる。

しかし他の３本の保持バー１３、１５、１６の溝１７には、外周面３１のうちオリエンテーションフラット面３２を除いた部分が有効に嵌合されており、シリコンウェーハ３０は下方で３点で保持されている。すなわちオリエンテーションフラット面３２がウェーハ中心３０ｃよりも下方の任意の位置にあるとき、常時、下方の４本の保持バー１３〜１６のうち３本の保持バーの溝に有効に嵌合し３点で保持されている。

このためシリコンウェーハ３０は溝１７から脱落することなく、回転不良を起こすことなく、スムーズに回転する。これによりシリコンウェーハ３０の面内でエッチング液が均一に接触しエッチング処理がムラなく行われ、面内の平坦度、特にウェーハ中心付近での平坦度が向上する。実験では、同じ浅い溝２６（図３（ｂ））を採用した従来のバレル２０（図１）を用いて加工されたシリコンウェーハ３０と比較して、本実施形態装置で加工されたウェーハは、中心付近で平坦度の向上がみられた。

また図３（ｂ）に示すように、溝１７の深さを図３（ａ）に示すものよりも、より浅く形成したものを採用することが可能となったため、その浅くできた分だけシリコンウェーハ３０の外周部３３（図６）でエッチング液に接触しない面積を小さくすることができ、エッチング処理が行われない領域を少なくすることができる。このように外周部３３でエッチング処理が行われない領域を極力少なくすることができたため、深い溝２６（図３（ａ））を採用した従来のバレル２０（図１）を用いて加工されたシリコンウェーハ３０と比較して、外周部３３での平坦度が向上し、シリコンウェーハ３０の品質を向上させることができた。

以上のように本実施形態の装置によれば、ウェーハ中心３０ｃよりも下方でシリコンウェーハ３０は少なくとも３点で確実に保持されるため、シリコンウェーハ３０の保持バーの溝からの脱落がなくなるとともに、回転不良を起こすことなくスムーズに回転する。この結果、シリコンウェーハ３０の破損が防止されエッチング処理をムラなく良好に行える。また溝１７を浅くし外周部３３でエッチング液が接触しない面積を極力小さく抑えることができたため、シリコンウェーハ３０の外周部３３の平坦度が向上する。

上述した実施形態では、オリエンテンショーンフラット面３２を有するシリコンウェーハ３０を想定して説明した。しかし本実施形態の装置は、切欠きを有するシリコンウェーハ３０であればよく、当然に、ノッチを有するシリコンウェーハにも適用することができる。また、本発明の装置は、切欠きを有するシリコンウェーハのみならず、オリエンテーションフラット面やノッチを有しない完全円板状のシリコンウェーハをエッチング処理する際にも使用することができる。すなわちウェーハの種類を選ばす同一のバレル１０（治具）を用いてエッチング処理が良好に行われるため、治具を使い分ける必要がなくなり、作業効率が向上する。

本実施形態では、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを想定して説明したが、エッチング処理が必要な半導体ウェーハであれば、ガリウム砒素等の任意のウェーハを対象として使用することができる。

図１は本実施形態のエッチング装置のバレルの構成を示す図で、図１（ｂ）は正面図で、図１（ａ）は左側面図で、図１（ｃ）は右側面図である。 図２は従来のエッチング装置のバレルの構成を示す図で、図１（ｂ）は正面図で、図１（ａ）は左側面図で、図１（ｃ）は右側面図である。 図３（ａ）、（ｂ）はシリコンウェーハの外周面３１が保持バーの溝に嵌合する様子を示す断面図で、図３（ａ）は深く形成された溝を示す図で、図３（ｂ）は浅く形成された溝を示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）は従来装置でシリコンウェーハを回転されたときのシリコンウェーハの回転姿勢を異なる２つの姿勢として示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は本実施形態装置でシリコンウェーハを回転されたときのシリコンウェーハの回転姿勢を異なる２つの姿勢として示す図である。 図６はオリエンテーションフラット面を有するシリコンウェーハを示す斜視図である。

符号の説明

１０ バレル
１１〜１６ 保持バー
３０ シリコンウェーハ
３０ ウェーハ中心
３１ 外周面
３２ オリエンテーションフラット面

Claims (2)

1. 切欠きを有する半導体ウェーハが複数本の保持バーによって保持され、前記保持バーが回転されることによって前記半導体ウェーハがエッチング液内で回転され当該半導体ウェーハがエッチング処理される、半導体ウェーハのエッチング装置において、
   前記切欠きが前記半導体ウェーハの中心よりも下方に存在する回転位置になっている場合に、当該ウェーハ中心よりも下方に存在するウェーハ外周面であって前記切欠きを除いたウェーハ外周面が常時３本以上の保持バーによって保持されるように、前記複数本の保持バーが配置されていること
   を特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置。
2. 前記複数本の保持バーは、前記ウェーハ中心よりも上方に２本が配置され、前記ウェーハ中心よりも下方に４本が配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハのエッチング装置。

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