JP2019067895A - 光電気化学エッチングによるＳｉＣウェハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光電気化学エッチングによって、ＳｉＣウェハの表面に対して均一な加工を実現し得る技術を提供する。【解決手段】光電気化学エッチングによるＳｉＣウェハの加工方法であって、エッチング溶液中にＳｉＣウェハを配置する工程と、ＳｉＣウェハへの加工形状に対応する開口が形成された電極板を、エッチング溶液中でＳｉＣウェハの表面に対向するように配置する工程と、ＳｉＣウェハと電極板との間に電圧を印加しながら、ＳｉＣウェハの表面に向けて電極板の反対側から光を照射し、電極板の開口を通じてＳｉＣウェハの表面を選択的に露光する工程とを備える。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、光電気化学エッチングによるＳｉＣウェハの加工方法に関する。

特許文献１には、発光ダイオードの製造に、光電気化学エッチングを採用した技術が開示されている。

特開２０１３−５４１２１４号公報

本発明者らは、光電気化学エッチングによってＳｉＣウェハを加工することを検討している。ＳｉＣウェハは高硬度を有しており、熱的、化学的にも非常に安定しているため、加工が難しい材料である。従来、ＳｉＣウェハの加工では、化学機械研磨（ＣＭＰ）や機械研磨（ＭＰ）といった機械加工やドライエッチングを用いた方法が行われてきた。しかしながら、それらの加工方法によると、結晶欠陥の発生といったＳｉＣウェハへのダメージが問題となり得る。このようなダメージは、ＳｉＣウェハの電気的特性を低下させることから、その後の半導体素子の製造工程において、半導体素子の生産性（例えば良品率）を低下させる要因となり得る。この点に関して、光電気化学エッチングでは、エッチング溶液中で加工がなされるので、上記のような問題が解決される。

光電気化学エッチングによるＳｉＣウェハの加工では、エッチング溶液中にＳｉＣウェハを配置し、同じくエッチング溶液中に配置された電極とＳｉＣウェハとの間に電圧を印加しながら、ＳｉＣウェハに向けて紫外光等の光を照射する。これにより、光を照射されたＳｉＣウェハの表面が酸化されるとともに、その酸化物がエッチング溶液中に溶解することによって、ＳｉＣウェハの当該表面がエッチングされる。一方で、光電気化学エッチングでは、エッチング溶液中に配置された電極に近い位置ほど、ＳｉＣウェハの酸化が進行しやすいので、電極の位置に応じてＳｉＣウェハが偏ってエッチングされてしまう。この問題を回避するためには、エッチング溶液中に配置する電極を板状の電極板とし、その電極板を加工対象であるＳｉＣウェハの表面に対して対向させることが考えられる。しかしながら、そのような電極体をＳｉＣウェハの表面に対向配置すると、当該電極板が障害物となってしまい、加工対象であるＳｉＣウェハの表面に光を照射できなくなるという背反が生じる。本明細書は、光電気化学エッチングによって、ＳｉＣウェハの表面に対して均一な加工を実現し得る技術を提供する。

本明細書が開示する加工方法は、光電気化学エッチングによるＳｉＣウェハの加工方法であって、エッチング溶液中にＳｉＣウェハを配置する工程と、ＳｉＣウェハへの加工形状に対応する開口が形成された電極板を、エッチング溶液中でＳｉＣウェハの表面に対向するように配置する工程と、ＳｉＣウェハと電極板との間に電圧を印加しながら、ＳｉＣウェハの表面に向けて電極板の反対側から光を照射し、電極板の開口を通じてＳｉＣウェハの表面を選択的に露光する工程とを備える。

上記した方法では、開口が形成された電極板を、エッチング溶液中でＳｉＣウェハの表面に対向するように配置する。これにより、ＳｉＣウェハの反対側から光を照射したときに、その光の一部は電極板により遮断されることなく、電極板の開口を通じてＳｉＣウェハの表面に到達することができる。これにより、ＳｉＣウェハの表面では、電極板の開口に対応する範囲のみが露光され、選択的にエッチングされる。電極板とＳｉＣウェハの表面との間の距離は、ＳｉＣウェハの表面全体に亘って一定であるので、各々のエッチング箇所では同じ速度でエッチングが進行する。即ち、ＳｉＣウェハの表面全体に亘って、偏りのないエッチングを行うことができる。このように、ＳｉＣウェハの表面に電極板を対向させるとともに、その電極板をマスクとしても機能させることにより、ＳｉＣウェハの表面に対して均一な加工を実施することができる。

実施例のエッチング装置１０を示す。 電極板２０の平面図を示す。

図面を参照して、一実施例であるＳｉＣウェハ１２の加工方法について説明する。本実施例の加工方法は、光電気化学エッチングによる加工方法であり、図１に示すエッチング装置１０を利用する。エッチング装置１０は、ステージ１８、電極板２０、電源２２、光源２４、及びエッチング溶液１４を貯めるエッチング槽２６を備える。エッチング溶液１４は、一例ではあるが、フッ酸と硝酸の混合水溶液であってよい。

ステージ１８は、ＳｉＣウェハ１２が配置される台であり、エッチング槽２６内に配置されている。なお、ＳｉＣウェハ１２は、概して円板形状をしており、上面１２ａとその反対に位置する下面１２ｂを有する。一例ではあるが、本実施例では、ＳｉＣウェハ１２の一表面である上面１２ａに、光電気化学エッチングによる加工を実施する。ステージ１８には、ステージ電極１６が設けられている。ステージ電極１６は、ステージ１８上のＳｉＣウェハ１２の下面１２ｂと接触することで、ＳｉＣウェハ１２と電気的に接続される。なお、ステージ電極１６を含むステージ１８の具体的な構成は特に限定されない。ステージ１８は、エッチング溶液１４内でＳｉＣウェハ１２を支持するとともに、そのＳｉＣウェハ１２と電気的に接続される構成であればよい。

電極板２０は、エッチング槽２６内に配置されており、エッチング溶液１４内でステージ１８上のＳｉＣウェハ１２の上面１２ａと対向する。電極板２０は、ＳｉＣウェハ１２と同様に、概して円板形状を有している。電極板２０は、優れた導電性を有し、且つ、エッチング溶液１４に溶けにくい材料で構成されている。一例ではあるが、電極板２０は、例えば金のような金属材料で構成される。電極板２０は、上面２０ａとその上面２０ａの反対側に位置する下面２０ｂを有する。図２に示すように、電極板２０には、複数の開口２０ｃが形成されている。開口２０ｃの数、位置及び形状は、ＳｉＣウェハ１２に加工する形状と対応している。なお、電極板２０に形成される開口２０ｃの数、位置及び形状については特に限定されず、電極板２０には少なくとも一つの開口２０ｃが形成されていればよい。

電源２２は、ステージ１８のステージ電極１６と電極板２０とに接続されており、両者の間に直流電圧を印加する。なお、図１に示すように、電源２２の正極はステージ電極１６（即ち、ＳｉＣウェハ１２）に接続されており、電源２２の負極は電極板２０に接続されている。前述したように、ステージ電極１６は、ステージ１８上のＳｉＣウェハ１２と電気的に接続されている。従って、電源２２がステージ電極１６と電極板２０との間に直流電圧を印加すると、ステージ１８上のＳｉＣウェハ１２と電極板２０との間に直流電圧が印加される。

光源２４は、ステージ１８上のＳｉＣウェハ１２に向けて光を照射する。但し、ステージ１８が電極板２０の下面２０ｂ側に位置するのに対して、光源２４は電極板２０の上面２０ａ側に位置している。従って、光源２４は、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａに向けて、電極板２０の反対側から光を照射するように配置されている。前述したように、電極板２０には複数の開口２０ｃが形成されているので、光源２４が発した光の一部は当該開口２０ｃを通じてＳｉＣウェハ１２の上面１２ａに照射される。光源２４には、特に限定されないが、例えば紫外光を発するものなどが用いられる。

上述したエッチング装置１０を用いたＳｉＣウェハ１２の加工方法について説明する。第１工程として、エッチング溶液１４中にＳｉＣウェハ１２を配置する。本実施例では、まずＳｉＣウェハ１２をエッチング槽２６内にあるステージ１８上に配置する。このとき、加工対象であるＳｉＣウェハ１２の上面１２ａが、電極板２０及び光源２４の方を向くように、ＳｉＣウェハ１２は配置される。次いで、エッチング溶液１４をエッチング槽２６内に供給する。なお、ＳｉＣウェハ１２の配置とエッチング溶液１４の供給との間の順序は特に問わない。例えば、エッチング槽２６の外部へ移動させたステージ１８上にＳｉＣウェハ１２を配置し、そのステージ１８をエッチング槽２６のエッチング溶液１４内へ浸漬させることによって、エッチング溶液１４中にＳｉＣウェハ１２を配置してもよい。第２工程として、ＳｉＣウェハ１２への加工形状に対応する開口２０ｃが形成されている電極板２０を、エッチング溶液１４中でＳｉＣウェハ１２の上面１２ａに対向するように配置する。

第３工程として、光電気化学エッチングを行う。具体的には、電源２２をオンにして、ＳｉＣウェハ１２と電極板２０との間に電圧を印加するとともに、光源２４を作動させて、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａに光を照射する。前述したように、ＳｉＣウェハ１２には電極板２０の反対側（上面２０ａ側）から光が照射される、その光の一部が電極板２０の開口２０ｃを通過する。これにより、電極板２０の開口２０ｃを通じて、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａは選択的に露光される。

このように、ＳｉＣウェハ１２の反対側（上面２０ａ側）から光を照射すると、その光の一部は電極板２０により遮断されることなく、電極板２０の開口２０ｃを通じてＳｉＣウェハ１２の上面１２ａに到達することができる。その結果、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａでは、電極板２０の開口２０ｃに対応する範囲のみが露光され、選択的にエッチングされる。電極板２０とＳｉＣウェハ１２の上との間の距離は、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａ全体に亘って一定であるので、各々のエッチング箇所では同じ速度でエッチングが進行する。即ち、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａ全体に亘って、偏りのないエッチングを行うことができる。このように、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａに電極板２０を対向させるとともに、その電極板２０をマスクとしても機能させることにより、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａに対して均一な加工を実施することができる。以上の工程により、ＳｉＣウェハ１２の上面１２ａへの加工が完了する。

この加工方法を採用することで、例えば、ＳｉＣウェハ１２の表面にアライメントマークを直接加工することも可能となる。従来、ドライエッチングによるアライメントマークの加工では、１５分程度の時間を要していたのに対して、本実施例の加工方法によると、その所要時間を数秒程度まで短縮させることも可能となる。

本実施例における光電気化学エッチングの条件としては、一例ではあるが、エッチング加工速度を数μｍ／分とし、紫外線強度を１５０Ｗ／ｃｍ^２程度とすることができる。また、エッチング溶液１４については、一例ではあるが、８パーセント濃度のフッ酸と６０パーセント濃度の硝酸とを１：４の割合で混合した酸性溶液を用いることができる。但し、所望する加工形状や加工速度などに応じて、エッチング溶液１４の構成は適宜変更することができる。また、エッチング溶液１４はアルカリ性溶液で構成されていてもよい。このような条件で実施すると、ＳｉＣウェハ１２上への光電気化学エッチングによる加工が十分に進行する。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

１０：エッチング装置
１２：ＳｉＣウェハ
１２ａ：ＳｉＣウェハの上面
１２ｂ：ＳｉＣウェハの下面
１４：エッチング溶液
１６：ステージ電極
１８：ステージ
２０：電極板
２０ａ：電極板の上面
２０ｂ：電極板の下面
２０ｃ：開口
２２：電源
２４：光源
２６：エッチング槽

Claims (1)

1. 光電気化学エッチングによるＳｉＣウェハの加工方法であって、
   エッチング溶液中に前記ＳｉＣウェハを配置する工程と、
   前記ＳｉＣウェハへの加工形状に対応する開口が形成された電極板を、前記エッチング溶液中で前記ＳｉＣウェハの表面に対向するように配置する工程と、
   前記ＳｉＣウェハと前記電極板との間に電圧を印加しながら、前記ＳｉＣウェハの前記表面に向けて前記電極板の反対側から光を照射し、前記電極板の前記開口を通じて前記ＳｉＣウェハの前記表面を選択的に露光する工程と、
   を備える加工方法。

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