JP2008021920A - 半導体基板のエッチング装置及びエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板を効率良く及び／又は局所的にウェットエッチングすることができる半導体基板のエッチング装置及びエッチング方法を提供すること。
【解決手段】半導体基板２のエッチング方法は、半導体基板２をエッチング加工するエッチング装置の加工面４ａを半導体基板２の被加工面２ａに対して平行に配置する工程と、加工面４ａに形成された開口９ａからエッチング液１０を供給する工程と、毛細管効果により加工面４ａと被加工面２ａとの間にエッチング液１０を浸透させ、かつエッチング液１０の表面張力により加工面４ａ又は被加工面２ａの端部においてエッチング液１０の浸透を終端させると共にエッチング液１０を終端位置で保持することにより、半導体基板２をエッチング加工する工程と、を含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体基板をウェットエッチング加工するエッチング装置及びエッチング方法に関する。

半導体装置の製造において、半導体基板に付着した汚染物質及び汚染物質による製品精度のばらつきは、製品の歩留まり及び信頼性を低下させる。そこで、半導体基板上の汚染物質の除去がウェットエッチング（ウェット洗浄）によって行われている。半導体基板をウェットエッチング加工するエッチング装置は、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。

特許文献１に記載の半導体基板エッチング処理装置の概略平面図を図１８に示す。また、特許文献１に記載のエッチング処理装置５１によって処理される半導体基板（ウェハ）５２の平面図を図１９に示す。特許文献１に記載のエッチング処理装置５１においては、ノズル５５によりローラ５４の溝部５４ａにエッチング液５７を供給し、溝部５４ａ内にエッチング液５７を保持する。半導体基板５２をウェハチャック５３で保持し、半導体基板５２の端部５２ａが溝部５４ａ内に入る位置にセットする。ローラ５４とウェハチャック５３とを回転軸５３ａ、５４ｂにより互いに異なる方向に回転させて、溝部５４ａに保持したエッチング液５７により、半導体基板５２の端部（外縁部）５２ａ（図１９に示す斜線部分）のみをウェットエッチングする。エッチング後、洗浄用ノズル５６から純水を吐出させて、半導体基板５２及び周辺部の洗浄を行う。

また、特許文献２に記載のエッチング装置の一部の概略断面を図２０に示す。特許文献２に記載のエッチング装置においては、エッチング液供給管６２の先端よりエッチング液６３の液面を表面張力によって突出させ、エッチング液６３の突出液面を半導体基板（ウェハ）６１のエッチング部位に接触させてエッチング加工する。

特開平１−３１６９３６号公報 特開２００４−６５１８号公報

近年、半導体装置の微細化及び半導体基板の大口径化が進行している。したがって、半導体基板（ウェハ）のエッチング加工は、半導体基板の所望の領域に対して、選択的かつ局所的に処理可能であること及び／又は一度の過程で全体的に処理可能であることが望まれている。しかしながら、特許文献１に記載のエッチング処理装置５１においては、エッチング処理可能な領域は、ローラ５４の溝部５４ａに入れることのできる部分、すなわち半導体基板５２の端部（外縁部）５２ａに限定されている。

また、特許文献２に記載のエッチング装置においては、エッチング処理１回当たりのエッチング面積は、エッチング液供給管６２の管径に依存するため限定されている。そこで、１回の処理におけるエッチング面積を拡大しようとすると、エッチング液供給管６２の管径を大きくするか、エッチング液供給管６２の本数を増やす必要がある。しかしながら、エッチング液供給管６２の本数を増やすことは、エッチング装置の複雑化を招く。また、端面面積に対して開口面積の大きいエッチング液供給管６２の直径を単純に大きくしただけでは、エッチング液供給管６２の端面から突出するエッチング液６３の高さが低くなってしまう。エッチング液６３の突出高さが低いままでは、エッチング液供給管６２と半導体基板６１が接触するおそれがある。エッチング液６３の突出高さを高くするためには、エッチング液６３の供給圧力を高める必要があるが、エッチング液供給管６２の端面上にエッチング液６３を支持する面積が小さいため、エッチング液６３がエッチング液供給管６２の端面上からこぼれないようにエッチング液６３の突出高さを高くすることは困難である。したがって、特許文献２に記載のように、エッチング液供給管６２の先端において半導体基板６１と接触させるエッチング装置においては、一度のエッチング加工で処理可能な面積は限定されることになると考えられる。すなわち、大面積のエッチング加工において、スループットが極端に落ちる問題が起こることになる。

本発明の第１視点によれば、半導体基板（ウェハ）の被加工面に平行に対向する加工面を備え、加工面は、液体を供給する少なくとも１つの開口を有し、少なくとも１つの開口の面積は、少なくとも１つの開口の面積を含む加工面の面積に対して、０．１％〜８５％である半導体基板のエッチング装置を提供する。

本発明の第２視点によれば、半導体基板をエッチング加工するエッチング装置の加工面を半導体基板の被加工面に対して平行に配置する工程と、加工面に形成された開口からエッチング液を供給する工程と、毛細管効果により加工面と被加工面との間にエッチング液を浸透させ、かつエッチング液の表面張力により加工面又は被加工面の端部においてエッチング液の浸透を終端させると共にエッチング液を終端位置で保持することにより、半導体基板をエッチング加工する工程と、を含む半導体基板のエッチング方法を提供する。

本発明において、「毛細管効果」とは、物理的な力としての表面張力（＝液体が表面をできるだけ小さくしようとする力）を原動力として、液体（例えばエッチング液）に対しエッチング装置の加工面及び半導体基板の被加工面がもつ濡れ性（例えば水系エッチング液の場合の「親水性」）によって、液体がエッチング装置の加工面と半導体基板の被加工面との間を浸透（拡散）する効果のことをいう。

本発明の半導体基板のエッチング装置及びエッチング方法においては、毛細管効果を利用して、エッチングヘッドと半導体基板とが対向する部分にエッチング液を浸透させると共に、表面張力を利用して、エッチングヘッド又は半導体基板の端部でエッチング液の浸透を終端させると共に終端位置においてエッチング液を保持させる。これにより、本発明の半導体基板のエッチング装置及びエッチング方法によれば、大面積を効率良くエッチング加工することもできれば、所望の箇所を局所的にエッチング加工することもできる。さらに、リソグラフィ工程を要することなく、所望の箇所をエッチング加工することができる。

まず、本発明のエッチング装置の全体の構成について説明する。図１は、エッチング装置の一例を示す概略全体図である。エッチング装置１は、ウェハチャック３、エッチングヘッド４、ＸＹステージ機構５、Ｚステージ機構６、エッチング液供給管７、及びコック８を備える。被加工物である半導体基板２は、ウェハチャック３上に置かれ、被加工面の裏面において吸着固定される。図１に示す形態においては、エッチングヘッド４は、ＸＹステージ機構５によって半導体基板２に対し任意の速度かつ任意の経路で任意の位置に平行移動され、Ｚステージ機構６によって半導体基板２との間隔が制御される。図１に示す形態においては、ＸＹステージ機構５及びＺステージ機構６はエッチングヘッド４に配置されているが、半導体基板２を移動させてエッチングヘッド４と半導体基板２との間隔及び位置関係を制御する同様の機構をウェハチャック３に配置してもよい。さらに、ＸＹステージ機構５及びＺステージ機構６に加え、エッチングヘッド４又は半導体基板２を回転させる機構を配置してもよい。エッチングヘッド４は、半導体基板２の被加工面に対向する平滑な平面（加工面）、及びエッチング液を半導体基板２の被加工面に供給するための少なくとも１つの供給孔を有する。該少なくとも１つの供給孔は、エッチング液供給管７に通じており、エッチング液の供給量は、コック８によって制御される。エッチング装置１は、種々の液体（例えば異なる種類のエッチング液、水等）のタンクに接続して、エッチングヘッド４の供給孔から各液体を選択的に切替可能に使用することを可能にする供給機構（不図示）や半導体基板２の被加工面に供給したエッチング液を回収する回収機構（不図示）、例えば吸収体ないし吸引機構、をさらに備えることもできる。

次に、本発明の第１実施形態に係るエッチング装置について説明する。図２は、第１実施形態に係るエッチング装置において、半導体基板をエッチング加工するエッチングヘッドの加工面の平面図である。図３は、図２に示すエッチングヘッド４と半導体基板２の間にエッチング液を保持した状態の概略断面図である。エッチングヘッド４の加工面４ａは円形の平面であり、エッチングヘッド４は、加工面４ａの中心に、エッチング液を供給するための１つの開口９ａを有する。

開口９ａの大きさは、所望の面積に設定することができるが、加工面４ａを下向きにして使用する場合には、表面張力によりエッチング液１０の液面高さを制御可能な大きさ（エッチング液１０の自重によってエッチング液が滴り落ちない大きさ）に設定すると好ましい。エッチングヘッド４の加工面４ａの面積（開口９ａの面積含む）に対する開口９ａの面積は、例えば、０．１％〜８５％、１％〜６２％、又は１％〜５１％とすることができる。ここで、下限の数値は、典型的なエッチング装置の構成において、エッチングヘッド４の加工面４ａへのエッチング液１０の許容可能な供給時間を基に定めることができる。エッチングヘッド４の加工面の面積をＳ（ｍ^２）、エッチングヘッド４の加工面４ａの面積（開口９ａの面積含む）に対する開口９ａの面積比をａ、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの面間隔をＨ（ｍ）、開口９ａからのエッチング液１０の供給速度をｚ（ｍ／ｓ）とすると、エッチング液１０の供給に要する時間ｔ（ｓ）は、以下の数１の式で表される。Ｈ＝０．００１ｍ、ｚ＝０．０１ｍ／ｓと仮定して、最大許容時間ｔ＝１００ｓ及びエッチングの均一性の観点から定められる許容時間ｔ＝１０ｓとして、それぞれにおける面積比ａを算出すると、ａ＝０．１及びａ＝１％が得られる。また、上限の数値は、典型的なエッチング装置の構成において、エッチング液１０の吸着力を基に定めることができる。以下に説明するエッチング液１０の吸着力の数６の式において、エッチング液１０の表面張力係数γ＝０．０７２Ｎ／ｍ、液密度ρ＝１０００ｋｇ／ｍ^３、エッチング液１０の端面とエッチングヘッド４の加工面４ａないし半導体基板２の被加工面２ａとがなす接触角θ＝４５°、面間隔Ｈ＝０．００１ｍとするとき、エッチングヘッド４の加工面４ａの面積Ｓ＝０．００２５ｍ^２、周囲長Ｌ＝０．２ｍの場合、面積比ａ≦０．８５３が算出され、面積Ｓ＝０．０００１ｍ^２、周囲長Ｌ＝０．０４ｍの場合、ａ≦０．６２５が算出され、そしてさらに安定した条件を設定するためにエッチング液の自重と同じ大きさの外力が余計に加わった系（数５の右辺を２倍にした系）において面積Ｓ＝０．０００１ｍ^２、周囲長Ｌ＝０．０４ｍの場合、ａ≦０．５１７が算出される。

さらに、エッチングヘッド４の加工面４ａの面積（開口９ａの面積含む）に対する開口９ａの好ましい面積は、０．１５％〜３２％、より好ましくは、１．５％〜８％である。
この数値は、面間隔Ｈをより好ましい値（０．００１５ｍ）に仮定して算出される。下限の数値は、上記数１の式から、上記と同様にして時間ｔ＝１００ｓとするとａ＝０．００１５と算出され、ｔ＝１０ｓとするとａ＝０．０１５と算出される。また、上限の数値は、上記と同様にしてγ＝０．０７２Ｎ／ｍ、ρ＝１０００ｋｇ／ｍ^３、θ＝４５°、Ｈ＝０．００１５ｍ、面積Ｓ＝０．０００１ｍ^２、周囲長Ｌ＝０．０４ｍとするとａ＝０．３２と算出され、さらに重力と同等の外力が加わった系を想定する（計算上ｇを２倍する）とａ＝０．０８と算出される。

エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａは、平行に設定される。その間隔は、Ｚステージ機構６の機能によって、エッチング液１０を毛細管効果によってエッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間に浸透させ、表面張力により加工面４ａ又は被加工面２ａの少なくとも一方の端部においてエッチング液１０の浸透を停止させ、かつその位置でエッチング液を保持することができるように調節される。毛細管効果は、液体（エッチング液１０）の表面張力及び密度、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａの濡れやすさ、等によって影響されるため、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間隔は、エッチング条件に応じて適宜決定すると好ましい。

エッチング加工時において、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの面間隔Ｈは、好ましくは、以下の数２を満たすように設定する。ここで、γはエッチング液１０の表面張力係数（Ｎ／ｍ）、Ｈはエッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの面間隔（ｍ）、Ｓはエッチングヘッド４の加工面４ａの面積（ｍ^２）、Ｌはエッチングヘッド４の加工面４ａの周囲長（ｍ）、ａはエッチングヘッド４の加工面４ａの面積（開口の総面積含む）に対する開口の総面積の比率である。

上記数２について簡単に説明する。エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａ間にエッチング液１０が介在すると、毛管接着作用による吸着力が働く。この吸着力は、エッチングヘッドの加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａ間の間隔が狭いほど大きく、この２面が対向している面積が大きいほど大きくなる（ただし、供給孔９の開口９ａの面積は、吸着力には寄与しないと考えられる）。一般的に、エッチング液１０の吸着力Ｆ_０は以下の数３で示される（エッチング液１０に対して内向きの方向（吸着方向）を正にとる）。図４は数３を説明するための概略側面図である。ここで、θは、エッチング液１０の端面とエッチングヘッド４の加工面４ａないし半導体基板２の被加工面２ａとがなす接触角（°）である。

このとき、数３の吸着力Ｆ_０が、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間に存在するエッチング液１０自体の重力Ｆ_１より大きければ、すなわち以下の数４を満たせば、エッチング液１０がエッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間隙に保持されることが可能となる。ここで、Ｆ_１は、以下の数５の式で表される。ｇは、重力加速度（ｍ／ｓ^２）、ρは液密度（ｇ／ｍ^３）である。

数３〜数５より、面間隔Ｈについてまとめると、数６に示すＨの２次関数となる不等式が得られる。この数６を満たす面間隔Ｈ（ただし、Ｈ＞０）が、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間にエッチング液１０を保持するための面間隔となる。ここで、数６において、接触角θを４５°と仮定すれば、数２の式が得られることになる。

上記数６において、典型的な条件として、上記と同様にして、例えば、γ＝０．０７２Ｎ／ｍ、ρ＝１０００ｋｇ／ｍ^３、θ＝４５°、面積Ｓ＝０．０００１ｍ^２、周囲長Ｌ＝０．０４ｍとして、開口面積比ａを変動させながら面間隔Ｈの上限を算出すると、１．９ｍｍが得られる。また、面間隔Ｈの下限を、エッチングヘッドと半導体基板が直接接触しないための機械的マージン間隔、例えば１ｍｍ、に設定すると、この場合の好適な面間隔Ｈは１ｍｍ〜１．９ｍｍである。

さらに好ましくは、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの面間隔Ｈ（ただし、Ｈ＞０）は、以下の数７を満たすように設定する。ここで、Ｆ_２は、半導体基板２の重力である。面間隔Ｈが数７を満たすと、エッチングヘッド４は、エッチング液１０の吸着力により、半導体基板２を持ち上げる（保持する）ことができる。

上記数７について説明する。エッチングヘッド４がエッチング液１０の吸着力により半導体基板２を持ち上げる（保持する）ためには、エッチング液１０の吸着力がエッチング液１０自体にかかる重力に加えて、半導体基板２にかかる重力を支える必要がある。すなわち、数３に示すエッチング液１０の吸着力Ｆ_０がエッチング液１０の重力Ｆ_１と半導体基板２の重力Ｆ_２の和より大きいことが必要となる。これを式で表現すると以下の数８となる。そこで、数３、数５及び数８から、数９の式を導くことができる。ここで、数９において、接触角θを４５°と仮定すれば、数７の式が得られることになる。

エッチングヘッド４の材質は、エッチング液１０に対して毛細管効果を発揮できるような濡れ性を有する材料が好ましい。例えば、フッ酸等の水系エッチング液に対して、疎水性かつ耐腐食性を有する有機材料をエッチングヘッド４に用いる場合、プラズマ処理によりエッチングヘッドの加工面４ａに親水基を作製し、濡れ性を確保することができる。別の方法としては、エッチングヘッド４の加工面４ａに、エッチング液により腐食を受けるが濡れ性の良い材料、例えばシリコンやガラス等、を使用し、加工面４ａがエッチング液によって腐食したら、消耗品として加工面４ａを交換することができるように構成することもできる。

第１実施形態に係るエッチング装置におけるエッチング液の供給過程を示す概略断面図を図５に示す。まず、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとを所定の間隔になるまで接近させる（図５（ａ））。次に、供給孔９にエッチング液１０を導入する（図５（ｂ））。なお、図５（ａ）に示す工程と図５（ｂ）に示す工程とが逆になるように、供給孔９に（好ましくは開口９ａまで）エッチング液１０を導入した後に、エッチングヘッド４と半導体基板２を接近させても構わない。次に、供給孔９を通じて、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間隙にエッチング液１０を供給する（図５（ｃ））。このとき、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間隔は、エッチング液１０に毛細管効果が作用するほど（好ましくは上記数２及び数７を満たすように）狭くなっており、エッチング液１０は、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間隙に入り込み（拡散し）、半導体基板２の被加工面２ａ全体に行き渡ることができる（図５（ｄ））。

図１〜図５に示すエッチング装置においては、エッチングヘッド４が上側（加工面４ａが下向き）であり、半導体基板２が下側（被加工面２ａが上向き）になっているが、エッチングヘッド４が下側（加工面４ａが上向き）に、半導体基板２が上側（被加工面４ａが下向き）に配置されるように構成することも可能である。この構成におけるエッチング液の供給過程を示す概略断面図を図６に示す。まず、エッチングヘッド４の加工面４ａ上に予めエッチング液１０を突出させる（図６（ａ））。このとき、エッチング液１０をあふれさせることがないように、供給孔９の開口９ａの周りの加工面４ａの大きさに応じて圧力をエッチング液１０にかけるようにする。これにより、エッチング液１０は、表面張力によりエッチングヘッド４の加工面４ａ上に突出する。このように、予めエッチング液を突出させておくと、エッチングヘッド４と半導体基板２とを接近させて、エッチング液１０が半導体基板２の被加工面２ａに接触した段階で（図６（ｂ））、エッチング液１０は毛細管効果によりエッチングヘッド４の加工面４ａ全体に行き渡ることができる（図６（ｃ））。

次に、本発明の第２実施形態に係るエッチング装置について説明する。図７は、第２実施形態に係るエッチング装置において、エッチングヘッドの加工面の概略平面図である。第１実施形態においては、エッチングヘッド４は、エッチング液の供給孔９を、エッチングヘッドの加工面４ａの中心部分に１つだけ有していたが、第２実施形態においては、エッチングヘッド１４は複数の供給孔１９（１９_１、１９_２及び１９_３）を有している。図７に示す形態においては、複数の供給孔１９は、エッチングヘッド１４の加工面１４ａの中心にある供給孔１９_１を中心にして、同心円状に配置されている。図７には、各供給孔の１９_２及び１９_３の開口１９ｂ、１９ｃに沿った同心円（点線）が示してある。図８に、図７に示すエッチングヘッド１４と半導体基板２の間にエッチング液を保持した状態の概略断面図を示す。エッチングヘッド１４の加工面１４ａ上における複数の供給孔１９_１、１９_２、１９_３の開口１９ａ、１９ｂ、１９ｃの総面積は、エッチングヘッド１４の加工面１４ａの面積（開口１９ａ、１９ｂ、１９ｃの総面積含む）に対して、例えば０．１％〜８５％、１％〜６２％、又は１％〜５１％とすることができ、好ましくは０．１５％〜３２％、より好ましくは、１．５％〜８％である。各開口の大きさは、すべて一定でもよいし、それぞれ異ならせても良い。また、エッチングヘッド１４の加工面１４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間隔は、第１実施形態と同様に、毛細管効果によりエッチング液１０を両面間に浸透可能であり、かつ表面張力によりエッチング液１０の終端及び保持可能な程度まで狭める。エッチング加工時において、エッチングヘッド１４の加工面１４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間隔は、上記数２又は数７を満たすように設定すると好ましい。

第２実施形態に係るエッチング装置におけるエッチング液の好ましい供給過程を示す概略断面図を図９に示す。エッチングヘッド１４と半導体基板２を所定の距離まで接近させた後、まず、エッチングヘッド１４の加工面１４ａの中心にある供給孔１９_１からエッチング液１０を半導体基板２へ供給する（図１９（ａ））。このとき、供給孔１９_２、１９_３からはエッチング液１０は供給していないが、供給孔１９_２、１９_３の開口１９ｂ、１９ｃまでエッチング液１０で満たしておく（液面を開口１９ｂ、１９ｃに露出させておく）と好ましい。これにより、エッチングヘッド１４の加工面１４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間への空気の混入を防止することができる。次に、半導体基板２上に供給されたエッチング液１０が供給孔１９_２の開口１９ｂまで到達したら、供給孔１９_２からもエッチング液１０を供給する（図９（ｂ））。同様に、エッチング液１０が供給孔１９_３の開口１９ｃに到達したら、供給孔１９_３からもエッチング液１０を供給する（図９（ｃ））。このように、エッチングヘッド１４の中心側から外側に向けて段階的にエッチング液１０を順次供給することにより、エッチングヘッド１４と半導体基板２との間に空気の入り込みを防止することができる。

図２及び図７に示すエッチングヘッド４、１４においては、円形の加工面４ａ、１４ａを示してあるが、エッチングヘッド４、１４の加工面４ａ、１４ａは、円形に限定されることなく、半導体基板２の被加工面２ａの形状、面積等に応じて種々の形状、例えば矩形、にすることができる。また、開口９ａ、１９ａ〜１９ｃの形状も円形になっているが、円形に限定されることなく、種々の形状を適用することができる。

第２実施形態に係るエッチング装置によれば、第１実施形態に係るエッチング装置よりもより迅速にエッチング液を供給することができ、第２実施形態に係るエッチング装置は広い加工面を有するエッチングヘッドに好適である。

次に、本発明の第３実施形態に係るエッチング装置について説明する。図１０は、第３実施形態に係るエッチング装置の第１形態において、エッチングヘッドの加工面の概略平面図である。図１１は、図１０に示すエッチングヘッド２４と半導体基板２の間にエッチング液を保持した状態の概略断面図である。第３実施形態においては、エッチングヘッド２４の加工面２４ａは、エッチング処理する部分の形状に形成されている。例えば、エッチングヘッド２４の加工面２４ａの形状は、１つの半導体基板２における被加工面２ａ全体と同じ形状等にすることができる。図１０に示すエッチングヘッドの形状は、半導体基板２上にチップを作りこむ領域の外縁となる領域の形状に合わせて作製している。第１〜第２実施形態のように、エッチング液１０をエッチングヘッド２４の加工面２４ａと半導体基板２の被加工面２ａ間に保持させると、図１１に示すように、エッチング液１０は、エッチングヘッド２４の加工面２４ａ部分にのみ保持されるので、半導体基板２の被加工面２ａを選択的にエッチング処理することができる。例えば、図１０に示す形状のエッチングヘッド２４の場合、図１２に示す半導体基板２２の外周部にある被加工面２２ａ（斜線部分）を１回の処理でエッチング加工することができる。

開口２９ａは、エッチングヘッド２４の加工面２４ａの形状に合わせて、適宜好適な箇所に１以上形成する。また、開口２９ａの総面積の加工面２４ａに対する可能な比率は、上記の第１実施形態と同様である。

第３実施形態のように環状形状のエッチングヘッド２４においても、数２（又は数７）より面間隔を設定することができる。図１０のような環状形状エッチングヘッド２４の場合、周囲長Ｌには、エッチングヘッド２４の外周長と内周長の和を代入する。

エッチングヘッドの形状が複雑な場合又はエッチング液１０の接触部分が複雑な形状には、エッチング液１０の吸着力Ｆ_０は、仮想的に分割したエッチングヘッドから算出することもできる。図１０に示すエッチングヘッド２４を例にして説明する（エッチング液１０は、エッチングヘッド２４の全面と接触しているものとする）。まず、図１３に示すように、計算しやすいようにエッチングヘッド２４を仮想的に部分２４ｂ〜２４ｉに分割する。次に、式２から各部分について吸着力Ｆ_２４ｂ〜Ｆ_２４ｉを算出する。この際、エッチングヘッドの周囲長成分Ｌには、図１３に示したような仮想的な分割によって発生した仮想辺成分（図１３に示す細線の辺部分）は含めずに計算を行う。すなわち、図１３に示す太線の辺部分の長さのみを考慮して計算する。そして、エッチングヘッド２４全体の吸着力Ｆ_０は吸着力Ｆ_２４ｂ〜Ｆ_２４ｉの合計であるので、数４の代わりに以下の数１０を用いて面間隔Ｈを設定する。

次に、本発明の第３実施形態に係るエッチング装置の第２形態について説明する。図１４は、第３実施形態に係るエッチング装置の第２形態において、エッチングヘッドの加工面の概略平面図である。第２形態においては、エッチングヘッド３４の加工面３４ａの形状は、半導体基板上に作製するデバイスの一作製単位となっている。例えば図１４に示すエッチングヘッド３４の形状は、半導体基板２に作製する複数のチップのうちの１つのチップと同じ大きさの矩形形状となっている。開口３９ａの面積比率及び加工面３４ａと半導体基板との面間隔は、第１実施形態と同様に設定することができる。また、図１４に示す形態においては、開口３９ａは加工面３４ａの中心に１つ形成されているが、開口の数は、加工面３４ａの大きさや所望の加工速度に応じて適宜設定することもできる。

次に、本発明のエッチング方法を本発明のエッチング装置の動作と合わせて説明する。まず、本発明の第４実施形態に係るエッチング方法について説明する。図１５に、本発明の第４実施形態に係るエッチング方法を説明するための工程図を示す。まず、半導体基板２をウェハチャック３で保持し、エッチングヘッド４を、エッチング処理を開始する所望の位置の上方に配置する（図１５（ａ））。図１５に示す形態においては、エッチングヘッド４として、所望の形状及び大きさを有するエッチングヘッドを使用することができる。

次に、Ｚステージ機構６により、エッチングヘッド４と半導体基板２の間隔が所定の距離になるように、エッチングヘッド４を降下させる。そして、図５又は図９に示すようにエッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間にエッチング液１０を供給する。このとき、図３又は図８に示すように、毛細管効果によりエッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間の全面に亘ってエッチング液１０が拡散され、かつ表面張力によりエッチング液１０の拡散がエッチングヘッド４又は半導体基板２の端部で終端すると共に、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間の全面に亘ってエッチング液１０が保持されるように、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間隔を調節すると共に、コック８によりエッチング液１０の供給量を調節する（図１５（ｂ））。好ましくは、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの面間隔は、数６に示す面間隔Ｈ（ただし、Ｈ＞０）を満たすように設定する。

また、図１５（ａ）から図１５（ｂ）への別の動作としては、エッチングヘッド４を降下させる前に、エッチングヘッド４の加工面をエッチング液１０で濡らした状態にしておくこともできる。この場合、コック８により、エッチング液１０が表面張力によりエッチングヘッド４に保持され、かつ滴らないようにエッチング液１０の供給量を調節する。そして、Ｚステージ機構６によってエッチングヘッド４を降下し、エッチングヘッド４と半導体基板２との間にエッチング液１０が浸透しかつ保持されるように、エッチングヘッド４と半導体基板２との間隔及びエッチング液１０の供給量を調節する。

次に、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間にエッチング液１０を保持した状態において、ＸＹステージ機構５によりエッチングヘッド４を所定の経路で（半導体基板２の所定の被加工面上を）平行移動させる（図１５（ｃ））。これにより、エッチング液１０を選択的に所定の箇所に塗布し、所望の箇所をエッチング加工することができる。エッチングヘッド４を移動させるときは、コック８を制御することによって、エッチング加工の間、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａ間にエッチング液１０が保持されるように、エッチング液１０の供給量を調節する。また、エッチングヘッド４の移動に合わせて、エッチング液を回収する回収機構（不図示）も移動させて、エッチング処理後のエッチング液１０を半導体基板２面から回収することもできる。

したがって、第４実施形態によれば、半導体基板の被加工面が、図１２に示すような複雑な形状である場合であっても、リソグラフィ工程を用いることなく任意の箇所を選択的にエッチング加工を行うことができる。例えば、矩形形状の加工面を有するエッチングヘッドを用いて、被加工面２２ａと内側の非被加工面との直線的な境界部分においてはエッチングヘッドを直線的に移動させ、半導体基板２２の曲線的な縁端部分においてはエッチングヘッドを曲線的に移動させてエッチング処理をする。半導体基板２２の縁端部分の処理において、エッチングヘッドの一部が半導体基板２２面からはみ出したとしても、エッチング液の供給量を調節する（又エッチング液を一部回収する）ことによって、半導体基板２２の被加工面２２ａとエッチングヘッドの加工面とが対向している部分にのみにエッチング液を保持することができる。また、このように、エッチングヘッドの加工面の一部が半導体基板の被加工面からはみ出す場合には、エッチングヘッドの加工面と半導体基板の被加工面とが対向している領域（加工面のはみ出した部分を除いた領域）に関して、数６が満たされる必要がある。

第４実施形態に係るエッチング方法に使用可能なエッチングヘッドは、被加工面の形状や大きさに応じて適宜設計することができる。例えば、図２、図７及び図１４に示すようなエッチングヘッドを使用することができる。この他にも、扇型上のエッチングヘッドや矩形の一辺が曲線状となっているエッチングヘッド等、種々の形状のエッチングヘッドを使用することができる。

次に、本発明の第５実施形態に係るエッチング方法について説明する。第４実施形態に係るエッチング方法においては、半導体基板にエッチング液を接触させながらエッチングヘッドを平行移動させてエッチング加工を行ったが、第５実施形態に係るエッチング方法においては、エッチングヘッドの加工面の形状を１つの半導体基板の被加工面の形状と同一にして一度の処理（接触）でエッチング加工を完了させる。第５実施形態においては、エッチングヘッドは、半導体基板の被加工面を水平移動することなく一度の処理で加工できるような形状、すなわち被加工面と同一形状、の加工面を有するものを使用する。エッチング液を供給する開口の数は加工面の形状や大きさに応じて適宜設計する。例えば、図１２に示すような被加工面２２ａをエッチング処理する場合には、図１０に示すような加工面２４ａを有するエッチングヘッドを使用する。

図１６に、本発明の第５実施形態に係るエッチング方法を説明するための工程図を示す。まず、第４実施形態と同様にして、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間にエッチング液１０を介在させる（図１６（ａ）及び図１６（ｂ））。このとき、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間に空気が入らないようにする。これにより、所望の被加工面を一括処理することができる。

さらに、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａからエッチング液１０が漏れ出さないようにすると共に、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの面間隔Ｈ（ただし、Ｈ＞０）は、好ましくは上記数６を満たすように、より好ましくは上記数９を満たすように設定する。上記数９を満たすように面間隔Ｈを設定すると、エッチングヘッド４は、エッチング液１０により、吸盤のごとく半導体基板２を吸着することができる。したがって、図１６（ｂ）の状態において、エッチングヘッド４を上昇させると、半導体基板２を吸着保持しながら上昇させることができる。半導体基板２がウェハチャック３から離れた後、半導体基板２を吸着保持したままエッチングヘッド４を平行移動させ、半導体基板２をリンス槽１１上まで移動させる（図１６（ｃ））。そして、エッチングヘッド４の供給孔から液体（例えばエッチング液、リンス液、水等）を半導体基板２の吸着力を超える圧力で放出すれば、半導体基板２をエッチングヘッド４から外し、リンス液１２が入ったリンス槽１１に入れ、エッチング加工を終了することができる。

したがって、第５実施形態によれば、エッチング液は、その表面張力により、半導体基板の選択的エッチング及び半導体基板の保持の２つの役割を果たすことができる。すなわち、エッチング加工する被加工面が予め判明していれば、被加工面に合う形状を有するエッチングヘッドを作製することにより、エッチングヘッドを水平移動させることなく、所望の箇所を１回の処理で選択的にエッチングすることができる。これにより、エッチング加工の処理効率を向上させることができる。また、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの面間隔Ｈが上記数９を満たせば、エッチング液により半導体基板をエッチングヘッドに吸着させて、エッチング処理したまま半導体基板を移動させることができるので、エッチング工程からリンス工程への移行機構を簡略化することができる。

次に、本発明の第６実施形態に係るエッチング方法について説明する。第４実施形態及び第５実施形態に係るエッチング方法においては、広面積を効率よくエッチングすることができる方法を示したが、第６実施形態に係るエッチング方法においては、任意の箇所を局所的に、各箇所に適した異なる仕様でエッチングすることができる。例えば、半導体基板２に作製する複数のチップのうちの１つのチップ部分を選択的にエッチングすることができる。この場合、エッチングヘッドには図１４に示すようなエッチングヘッドを使用すると好ましい。第６実施形態に係るエッチング方法においては、エッチングヘッドの形状及び開口の数は、図１４に限定されることなく、条件に応じて適宜設計することができる。

図１７に、第６実施形態に係るエッチング方法を説明するための工程図を示す。まず、エッチングヘッド４を、エッチング加工する所望の箇所の上に移動させ、半導体基板２の被加工面２ａとエッチングヘッド４の加工面４ａを所定の間隔まで（好ましくは数６を満たすように）接近させる（図１７（ａ））。第４実施形態と同様にしてエッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間にエッチング液１０を介在させ、所定の箇所を局所的にエッチング加工する。その後、エッチング液１０を吸い取り又は吸引等により除去すると共に、エッチングヘッド４と半導体基板２とを離す。エッチングヘッド４は、半導体基板２から離した状態で、次のエッチング箇所上に水平移動する（図１７（ｂ））。そして、図１７（ａ）〜図１７（ｂ）と同様にして、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとを所定の間隔まで接近させ、エッチングヘッド４の加工面４ａと半導体基板２の被加工面２ａとの間にエッチング液１０を介在させる（図１７（ｃ）、（ｄ））。このとき、図１７（ｂ）に示す１箇所目のエッチング加工と図１７（ｄ）に示す２箇所目のエッチング加工とにおいて、エッチング加工時間、エッチング液１０の種類などを変更することにより、各箇所に適した条件でエッチング加工を行うことができる。

したがって、第６実施形態に係るエッチング方法によれば、リソグラフィ工程を追加することなく、同一の半導体基板内において、異なる条件のエッチング加工を局所的な任意の箇所において実施することができる。これにより、半導体基板における面内傾向の調整等、プロセスのコントロールを容易に行うことができる。

なお、第４〜第６実施形態に係るエッチング方法についての上記説明及び図１５〜図１７においては、第１実施形態に係るエッチング装置についての上記説明及び図１〜図６と同じ符号を使用しているが、これは便宜上のものであり、第４〜第６実施形態に係るエッチング方法に使用するエッチング装置は、第１実施形態に係るエッチング装置に限定することを意図するものではない。

本発明のエッチング装置及びエッチング方法において、エッチング液は、所望のエッチング加工に適した種々のエッチング液を使用することができるが、表面張力及び毛細管効果の観点から特に好ましくは水系のエッチング液である。

本発明のエッチング装置及びエッチング方法は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形、変更、改良等を含むことは言うまでも無い。

エッチング装置の構成の一例を示す概略全体図。 本発明の第１実施形態に係るエッチング装置において、エッチングヘッドの加工面の概略平面図。 図２に示すエッチングヘッドと半導体基板の間にエッチング液を保持した状態の概略断面図。 数３を説明するための概略側面図。 第１実施形態に係るエッチング装置におけるエッチング液の供給過程を示す概略断面図。 図５に示す形態とは異なる供給過程を示す概略断面図。 本発明の第２実施形態に係るエッチング装置において、エッチングヘッドの加工面の概略平面図。 図７に示すエッチングヘッドと半導体基板の間にエッチング液を保持した状態の概略断面図。 第２実施形態に係るエッチング装置におけるエッチング液の供給過程を示す概略断面図。 本発明の第３実施形態に係るエッチング装置の第１形態において、エッチングヘッドの加工面の概略平面図。 図１０に示すエッチングヘッドと半導体基板の間にエッチング液を保持した状態の概略断面図。 本発明のエッチング装置によって加工される半導体基板の一例を示す平面図。 第３実施形態において吸着力を算出する方法を説明するための仮想平面図。 本発明の第３実施形態に係るエッチング装置の第２形態において、エッチングヘッドの加工面の概略平面図。 本発明の第４実施形態に係るエッチング方法を説明するための工程図。 本発明の第５実施形態に係るエッチング方法を説明するための工程図。 本発明の第６実施形態に係るエッチング方法を説明するための工程図。 特許文献１に記載の半導体基板エッチング処理装置の概略平面図。 特許文献１に記載のエッチング処理装置によって処理される半導体基板の平面図。 特許文献２に記載のエッチング装置の一部の概略断面図。

符号の説明

１ エッチング装置
２，２２ 半導体基板（ウェハ）
２ａ，２２ａ 被加工面
３ ウェハチャック
４，１４，２４，３４ エッチングヘッド
４ａ，１４ａ，２４ａ，３４ａ 加工面
２４ｂ〜２４ｉ 仮想分割面
５ ＸＹステージ機構
６ Ｚステージ機構
７ エッチング液供給管
８ コック
９，１９，２９ 供給孔
９ａ，１９ａ〜１９ｃ，２９ａ，３９ａ 開口
１０ エッチング液
１１ リンス槽
１２ リンス液
５１ エッチング処理装置
５２ 半導体基板（ウェハ）
５２ａ エッチング加工部分（端部）
５３ ウェハチャック
５３ａ 回転軸
５４ ローラ
５４ａ 溝部
５４ｂ 回転軸
５５ ノズル
５６ 洗浄用ノズル
５７ エッチング液
６１ 半導体基板（ウェハ）
６２ エッチング液供給管
６３ エッチング液

Claims (20)

1. 半導体基板の被加工面に平行に対向する加工面を備え、
   前記加工面は、液体を供給する少なくとも１つの開口を有し、
   前記少なくとも１つの開口の面積は、前記少なくとも１つの開口の面積を含む前記加工面の面積に対して、０．１％〜８５％であることを特徴とする半導体基板のエッチング装置。
2. 前記加工面は、前記液体に対し、前記半導体基板の前記被加工面との間に毛細管効果によって前記液体を浸透させるような濡れ性を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板のエッチング装置。
3. エッチング加工時において、前記液体の表面張力係数をγ（Ｎ／ｍ）、前記加工面の面積をＳ（ｍ^２）、前記加工面の周囲長をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ^２）、前記液体の液密度をρ（ｇ／ｍ^３）、及び前記加工面の面積（前記少なくとも１つの開口の面積含む）に対する前記少なくとも１つの開口の面積の比率をａとするとき、前記加工面と前記半導体基板の前記被加工面との面間隔Ｈ（ｍ）（ただし、Ｈ＞０）は、以下の数１を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体基板のエッチング装置。
   

   

   
   
4. エッチング加工時において、前記液体の表面張力係数をγ（Ｎ／ｍ）、前記加工面の面積をＳ（ｍ^２）、前記加工面の周囲長をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ^２）、前記液体の液密度をρ（ｇ／ｍ^３）、前記加工面の面積（前記少なくとも１つの開口の面積含む）に対する前記少なくとも１つの開口の面積の比率をａ、及び前記半導体基板の重力をＦ_２とするとき、前記加工面と前記半導体基板の前記被加工面との面間隔Ｈ（ｍ）（ただし、Ｈ＞０）は、以下の数２を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体基板のエッチング装置。
   

   

   
   
5. 前記加工面は、前記液体を供給するための複数の開口を有し、
   前記複数の開口は、同心状に配されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング装置。
6. 任意の速度かつ任意の経路で、前記半導体基板の前記被加工面に対し任意の位置に前記加工面を水平移動させることができる移動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング装置。
7. 前記加工面及び前記半導体基板のうち少なくとも一方を垂直移動させて、前記加工面と前記被加工面との間隔を前記面間隔Ｈに制御する移動機構をさらに備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング装置。
8. 前記加工面は、１つの前記半導体基板における被加工面と同じ形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング装置。
9. 前記加工面は、前記半導体基板に作製する一チップと同じ形状を有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング装置。
10. 前記少なくとも１つの開口から、複数の種類のうち任意の種類の前記液体を選択的に供給することができる供給機構をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング装置。
11. 前記被加工面に供給した前記液体を回収する回収機構をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング装置。
12. 半導体基板をエッチング加工するエッチング装置の加工面を半導体基板の被加工面に対して平行に配置する工程と、
    前記加工面に形成された開口からエッチング液を供給する工程と、
    毛細管効果により前記加工面と前記被加工面との間に前記エッチング液を浸透させ、かつ前記エッチング液の表面張力により前記加工面又は前記被加工面の端部において前記エッチング液の浸透を終端させると共に前記エッチング液を終端位置で保持することにより、前記半導体基板をエッチング加工する工程と、を含むことを特徴とする半導体基板のエッチング方法。
13. 前記加工面と前記被加工面との間隔は、エッチング液に毛細管効果が作用するように設定することを特徴とする請求項１２に記載の半導体基板のエッチング方法。
14. 前記エッチング液の表面張力係数をγ（Ｎ／ｍ）、前記加工面の面積をＳ（ｍ^２）、前記加工面の周囲長をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ^２）、前記エッチング液の液密度をρ（ｇ／ｍ^３）、前記加工面の面積（前記開口の総面積含む）に対する前記開口の総面積の比率をａ、及び前記エッチング液の端面と前記加工面とがなす接触角をθ（°）とするとき、前記加工面と前記被加工面との間隔Ｈ（ｍ）（ただし、Ｈ＞０）は、以下の数３を満たすように設定することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体基板のエッチング方法。
    

    

    
    
15. 前記加工面と前記被加工面との間に前記エッチング液を介在させながら、前記加工面を前記被加工面に対して水平移動させる工程、をさらに含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング方法。
16. 前記エッチング液を供給する工程において、前記加工面に形成された複数の開口のうち、前記加工面の中心側にある開口から前記開口面の外側にある開口に向かってエッチング液を順次供給することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング方法。
17. 前記半導体基板をエッチング加工する工程において、１つの前記半導体基板における被加工面と同じ形状を有する前記加工面を使用してエッチング加工することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の半導体基板のエッチング方法。
18. 前記加工面と前記被加工面との間に前記エッチング液を介在させた状態において、前記加工面で前記半導体基板を吸着保持して前記半導体基板を移動する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体基板のエッチング方法。
19. 前記エッチング液の表面張力係数をγ（Ｎ／ｍ）、前記加工面の面積をＳ（ｍ^２）、前記加工面の周囲長をＬ（ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ^２）、前記エッチング液の液密度をρ（ｇ／ｍ^３）、前記加工面の面積（前記開口の総面積含む）に対する前記開口の総面積の比率をａ、前記エッチング液の端面と前記加工面とがなす接触角をθ（°）、及び前記半導体基板の重力をＦ_２とするとき、前記加工面と前記被加工面との間隔Ｈ（ｍ）（ただし、Ｈ＞０）は、以下の数４を満たすように設定することを特徴とする請求項１８に記載の半導体基板のエッチング方法。
    

    

    
    
20. 前記半導体基板を移動する工程後、前記半導体基板を吸着保持した状態において前記加工面の前記開口から液体を供給し、前記半導体基板を前記加工面から外す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の半導体基板のエッチング方法。

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