JP2016225447A - 半導体ウェーハのエッチング装置及び半導体ウェーハのエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エッチング液を貯留するエッチング槽11と、前記エッチング槽11に対して出し入れされ、複数枚の半導体ウェーハWを回転可能に収納するウェーハマガジン12と、前記ウェーハマガジン12内に前記複数枚の半導体ウェーハWの間に位置するように配設された複数枚の仕切り板15と、を備え、前記半導体ウェーハWを回転させた状態で、前記半導体ウェーハWの中央部の近傍のエッチング液の流速が、前記半導体ウェーハWの外周部の近傍のエッチング液の流速とほぼ同じ流速となるように、前記仕切り板15により前記エッチング液の流速が制御されたことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置。
【選択図】図12
Description
エッチング装置100は主として、内部にエッチング液を貯留するエッチング槽101と、複数枚の半導体ウェーハWを回転可能に支持して収納するウェーハマガジン102と、を備えている。
図2に示すように、ウェーハマガジン102は、半導体ウェーハWを収納するために離間配置された2枚の側面板103a、103bを備えている。また、2枚の側面板103a、103bの間には、中央仕切り板104が離間配置されている。また、これらの側面板103a、103b及び中央仕切り板104は、メインローラ106により連結保持されている。メインローラ106には接触支持部材107が設けられている。図1に戻って、ウェーハマガジン102の内部に収納された複数枚の半導体ウェーハWは、接触支持部材107により、それぞれ接触支持される。また、エッチング装置100では、半導体ウェーハWを回転させるための駆動部108、ウェーハマガジンを昇降させる昇降手段(図示略)を備えている。
まず、従来の仕切り板を有していないウェーハマガジンを備えたエッチング装置を用いてエッチングした後のウェーハの平坦度の状況を確認するための実験を行った。半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを、エッチング液としてフッ酸、硝酸及び酢酸が混合した混酸を用意した。
図2に示すウェーハマガジン102を備えた図1に示すエッチング装置100を使用して複数枚の半導体ウェーハWをエッチングし、エッチング後の半導体ウェーハWの表面を表面研磨装置(図示略)により表面研磨した。そして、エッチング後と表面研磨後の半導体ウェーハWについて、測定機器としてウェーハ平坦度測定器(ADE9300:米ADE社製)を用いて、表面の平坦度を測定した。その結果を図3及び図4に示す。
次に、図2に示すウェーハマガジン102を備えた図1に示すエッチング装置100を使用して複数枚の半導体ウェーハWをエッチングしたときの1バッチ内のウェーハについて、測定機器としてウェーハ平坦度測定器(ADE9300:米ADE社製)を用いて、表面の平坦度を測定した。なお、平坦度測定は、図5に示すように、測定対象の半導体ウェーハWを25mm角のセルに区切り、半導体ウェーハWの中央部に位置する4枚のセルと、半導体ウェーハWの外周部に位置する20枚のセルについて、それぞれの平坦度(SFQR)を算出した。その結果を図6に示す。なお、図6の横軸は、装填順の各半導体ウェーハWを表し、縦軸のSFQRは、半導体ウェーハWの中央部の4枚のセルの平均と、半導体ウェーハWの外周部の20枚のセルの平均をそれぞれ表している。また、SFQR(Site Front Least Squares Range)とは、設定されたサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、この平面からの+側(すなわち、ウェーハの主表面を上に向け水平に置いた場合の上側)、−側(同下側)の各々の最大変位量の絶対値の和で表したサイト毎に評価された値のことである。
ウェーハマガジン102の内部の中央及び外側に収納された半導体ウェーハWは、側面板103a,103b及び中央仕切り板104に隣接しているのに対し、それ以外の位置に収納された半導体ウェーハWは、互いに隣り合う半導体ウェーハWが存在している点が異なっている。そのため、側面板103a,103b及び中央仕切り板104に隣接していない半導体ウェーハWでは、隣接する半導体ウェーハWが回転体であり、回転する半導体ウェーハWにより生じるエッチング液の乱流が半導体ウェーハWの平坦度を悪化させているものと推察される。
上記実験2の検討結果を踏まえ、隣接する半導体ウェーハWの回転によるエッチング液の乱流を抑制するために、図7に示すように、内部に収納する複数枚の半導体ウェーハWの間に、表面が平坦な仕切り板205が複数枚設置されたウェーハマガジン202を用意した。この図7に示すウェーハマガジン202を備えた図1に示すエッチング装置100を使用して複数枚の半導体ウェーハWをエッチングし、エッチング後の半導体ウェーハWの表面を表面研磨装置(図示略)により表面研磨した。そして、エッチング後と表面研磨後の半導体ウェーハWについて、測定機器としてウェーハ平坦度測定器(ADE9300:米ADE社製)を用いて、表面の平坦度を測定した。その結果を図8及び図9に示す。
図8及び図9に示す結果から、半導体ウェーハWの中央部のウネリのような凹凸は、上記図3及び図4に示す結果に比べて、軽減されていることが確認できた。この結果から、複数枚の仕切り板を設置することで、エッチング液の乱流の発生が抑制されることが確認された。しかしながら、半導体ウェーハWの中央部のウネリのような凹凸の改善は、十分とはいえない。
そこで、半導体ウェーハWの回転により生じる回転流の影響を確認するために、図7に示すウェーハマガジン202において、設置する複数枚の仕切り板205間の間隔を適宜変更して、半導体ウェーハWのエッチングを行い、エッチング後の半導体ウェーハWの平坦度(SFQR)を測定した。その結果を図11に示す。
図11から、半導体ウェーハWの中央部の平坦度は、仕切り板205間の間隔が狭まるほど改善され、仕切り板205間の間隔が拡がるほど悪化する傾向が見られた。また、半導体ウェーハWの外周部の平坦度は、仕切り板205間の間隔が狭まるほど悪化し、仕切り板205間の間隔が拡がるほど改善する傾向が見られた。
これらの結果から、半導体ウェーハWの中央部近傍のエッチング液の流速を、半導体ウェーハWの外周部近傍のエッチング液の流速とほぼ同じ流速となるように制御して、半導体ウェーハWの中央部付近のエッチング液の流れを従来よりも速くし、中央部付近の反応生成ガスの剥離を促進させることが考えられる。これにより、反応生成ガスの剥離の遅れを起因とするエッチングの進行妨害が解消され、半導体ウェーハWの中央部と外周部のエッチング反応を均一化できると考えられる。
本発明は、上述のような知見に基づいて完成されたものである。
<半導体ウェーハのエッチング装置の構成>
まず、エッチング装置の構成について説明する。
図12は、エッチング装置10を示した概略図である。
エッチング装置10は主として、内部にエッチング液を貯留するエッチング槽11と、複数枚の半導体ウェーハWを回転可能に支持して収納するウェーハマガジン12と、を備えている。
図13に示すように、ウェーハマガジン12は、半導体ウェーハWを収納するために離間配置された2枚の側面板13a,13bを備えている。また、2枚の側面板13a,13bの間には、中央仕切り板14が離間配置されている。また、側面板13aと中央仕切り板14の間、側面板13bと中央仕切り板14の間には、複数枚の仕切り板15が配設されている。また、これらの側面板13a,13b、中央仕切り板14及び仕切り板15は、メインローラ16により連結保持されている。メインローラ16には接触支持部材17が設けられている。
図12に戻って、ウェーハマガジン12の内部に収納された複数枚の半導体ウェーハWは、接触支持部材17により、それぞれ接触支持される。また、エッチング装置10では、半導体ウェーハWを回転させるための駆動部18、ウェーハマガジン12を昇降させる昇降手段(図示略)を備えている。
図14は、本実施形態の仕切り板15の形状を示す概略図である。図中の左側が平面図、右側が断面図である。
なお、図14では、仕切り板15の形状は、断面視で、表面側及び裏面側が線対称に形成されている。そのため、表面側のみを説明し、裏面側の説明を省略する。
仕切り板15の表面には、断面視で、その中央領域151が外周領域152よりも外方に突出する突出部153が形成されている。突出部153は、平面視で、円形状に形成され、平坦部154と傾斜部155とを有している。平坦部154は、突出部153の中央に位置し、その表面が平坦な円形状に形成されている。傾斜部155は、平坦部154の外周と、外周領域152の内周とを緩やかな傾斜で接続している。
また、突出部153は、ウェーハマガジン12に半導体ウェーハWを収納したとき、半導体ウェーハWの外周と、突出部153の外周(傾斜部155の外周)、平坦部154の外周とが略同心円状となるように形成されている。
突出部153の大きさは、ウェーハマガジン12に収納する半導体ウェーハWの径に対して70〜80%が好ましく、75%がより好ましい。平坦部154の大きさは、ウェーハマガジン12に収納する半導体ウェーハWの径に対して30〜50%が好ましく、40%がより好ましい。
なお、本実施形態では、仕切り板15の材質に、エッチング液に対して耐性を有するポリプロピレンを用いている。しかし、塩化ビニルなどのように、ある程度の強度と耐酸性を有する素材であれば、他の材質であっても好適に用いることができる。
半導体ウェーハWは、ウェーハマガジン12の内部空間に、それぞれの表面同士が平行になるように並べられて収納されている。
ここで、本実施形態のエッチング装置10において、エッチングの対象とされる半導体ウェーハWとしては、例えば、シリコンウェーハ、ガリウム・砒素ウェーハなどが挙げられる。また、これらの半導体ウェーハWのサイズは、4〜12インチ程度のものが使用される。
エッチング液は、一般的に用いられるものを使用することができる。例えば、フッ化水素(HF)、硝酸(HNO3)、酢酸(CH3COOH)、過酸化水素(H2O2)、各種リン酸等の混酸液からなる酸エッチング液や、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、アンモニア(NH3)等のアルカリエッチング液等が挙げられる。なお、エッチング液は図示しない温度調節機構により、あらかじめ定められた所定の温度に調整される。
次に、上記のように構成されたエッチング装置10の動作について説明する。
まず、エッチング槽11にエッチング液を供給する。なお、エッチング液は、随時エッチング槽11に供給される。エッチング槽11の上端から溢れたエッチング液は、回収槽(図示略)により回収される。回収されたエッチング液は、フィルター(図示略)でろ過され、エッチングにより回収したエッチング液に含まれる異物等が除去される。そして、エッチングで消費された不足成分が追加され、組成が調整されたのち、エッチング槽11に再供給される。このようにしてエッチング液を循環させている。
次に、あらかじめ複数枚の仕切り板15が設置されたウェーハマガジン12に、複数枚の半導体ウェーハWを収納する。収納した半導体ウェーハWは、接触支持部材17によりそれぞれ接触支持され、表面同士が平行になる縦列状態となる。
半導体ウェーハWの収納後、駆動部108の駆動モータを回転させ、メインローラ16を回転させる。メインローラ16の回転により、接触支持部材17に接触支持されている半導体ウェーハWを回転させる。駆動モータの回転数を制御することにより、半導体ウェーハWは10〜60rpmの速度で回転させ、任意秒ごとに、回転方向を正回転、逆回転させる。
エッチング終了後は、エッチング槽11からウェーハマガジン12が引き上げられ、図示しない洗浄槽に移され、洗浄される。
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
例えば、仕切り板15の突出部153を、平坦部154と傾斜部155とを有する形状としたが、これに限定されない。例えば、傾斜部のない、平坦部154のみからなる形状としてもよい。また、断面視で突出部153の外周が半楕円形状となるように形成してもよい。
その他、本発明の実施における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
図7に示す内部に収納する複数枚の半導体ウェーハの間に、表面が平坦な仕切り板205が複数枚設置されたウェーハマガジン202を用意した。図7に示すウェーハマガジン202の隣接する仕切り板205間の間隔は33mmである。
また、図13に示す、中央領域151に突出部153が形成された仕切り板15が複数枚設置されたウェーハマガジン12を用意した。図13に示すウェーハマガジン12の隣接する仕切り板15間の間隔は、突出部153の平坦部154における間隔が17mm、かつ、外周領域152における間隔が33mmである。
処理対象の半導体ウェーハWとして、ラッピング処理を終えた、200mmφのシリコンウェーハを用意した。
そして、図7に示すウェーハマガジン202を備えた図1に示すエッチング装置100を使用して複数枚のシリコンウェーハを下記の条件でエッチングし、エッチング後のシリコンウェーハの表面を表面研磨装置(図示略)により表面研磨した(比較例1)。
同様に、図13に示すウェーハマガジン12を備えた図12に示すエッチング装置10を使用して複数枚のシリコンウェーハを下記の条件でエッチングし、エッチング後のシリコンウェーハの表面を表面研磨装置(図示略)により表面研磨した(実施例1)。
エッチング液:フッ酸と硝酸と酢酸の混酸
回転数:30rpm(正・逆交互回転)
エッチング時間:180秒間
また、図17は、比較例1における表面研磨後のウェーハ平坦度を示し、図18は、実施例1における表面研磨後のウェーハ平坦度を示す。図17,18の各セルに示した数値は、比較例1の表面研磨後のシリコンウェーハにおけるウェーハ平坦度の最大値を1としたときの相対値である。
Claims (7)
- エッチング液を貯留するエッチング槽と、
前記エッチング槽に対して出し入れされ、複数枚の半導体ウェーハを回転可能に収納するウェーハマガジンと、
前記ウェーハマガジンの内部に前記複数枚の半導体ウェーハの間に位置するように配設された複数枚の仕切り板と、
を備え、
前記半導体ウェーハを回転させた状態で、前記半導体ウェーハの中央部の近傍のエッチング液の流速が、前記半導体ウェーハの外周部の近傍のエッチング液の流速とほぼ同じ流速となるように、前記仕切り板により前記エッチング液の流速が制御された
ことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置。 - 請求項1に記載の半導体ウェーハのエッチング装置において、
隣接する前記仕切り板間の間隔は、
前記半導体ウェーハの中央部に対応する中央領域における間隔が、
前記半導体ウェーハの外周部に対応する外周領域における間隔よりも小さい
ことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体ウェーハのエッチング装置において、
隣接する前記仕切り板間の間隔は、前記中央領域における間隔が17mm以下、かつ、前記外周領域における間隔が32mm以上である
ことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の半導体ウェーハのエッチング装置において、
前記仕切り板の厚さは、
前記中央領域における厚さが、前記外周領域における厚さよりも大きい
ことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の半導体ウェーハのエッチング装置において、
前記仕切り板の外周領域における厚さは、前記半導体ウェーハと略同じ厚さである
ことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置。 - エッチング液を貯留するエッチング槽と、前記エッチング槽に対して出し入れされ、複数枚の半導体ウェーハを回転可能に収納するウェーハマガジンと、前記ウェーハマガジンの内部に前記複数枚の半導体ウェーハの間に位置するように配設された複数枚の仕切り板と、を備えた半導体ウェーハのエッチング装置を用い、
前記半導体ウェーハを前記エッチング液に浸した状態で保持し、前記半導体ウェーハを回転させながらエッチングする半導体ウェーハのエッチング方法において、
前記半導体ウェーハを回転させた状態で、前記半導体ウェーハの中央部の近傍のエッチング液の流速が、前記半導体ウェーハの外周部の近傍のエッチング液の流速とほぼ同じ流速となるように、前記仕切り板により前記エッチング液の流速が制御された
ことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング方法。 - 請求項6に記載の半導体ウェーハのエッチング方法において、
前記複数枚の半導体ウェーハの回転は、正回転と逆回転とが交互に行われる
ことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング方法。
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