JP3395616B2 - 半導体ウエハのエッチング加工方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，例えば圧力センサ，加速度セン
サ等の半導体センサの製造のための，半導体ウエハのエ
ッチング加工方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来技術】例えば圧力センサや加速度センサとして
は，半導体をダイヤフラム形状等に加工したチップを用
いて製造した半導体センサがある。この半導体センサ用
のチップ２０は，後述する図５，図６にも示すごとく，
半導体ウエハ２上に数１００〜数１０００程度の凹部２
１（図８）をエッチング加工により設け，次いで凹部形
成位置に沿って切断することにより製造される。

【０００３】チップ２０の形状としては，例えば図８に
示すごとく，内部をくり抜いた状態で形成した凹部２１
を有するものがある。この場合の凹部２１の形成は，図
５〜図７に示すごとく，例えば，半導体ウエハ２に通常
の半導体回路を形成する過程において，エッチング液に
選択的に溶解する犠牲層２５を半導体チップ２０の回路
２３の内部に構成する。犠牲層２５には，内部に通ずる
微小な穴や溝形状をした連通口２６を設ける。次いで，
エッチング液を連通口２６から犠牲層２５に導いて，こ
れを溶解除去することにより，上記凹部２１を形成す
る。

【０００４】また，得られる半導体センサの機能は加工
後の凹部２１の形状により左右される。そのため，半導
体ウエハのエッチング加工処理においては，確実な犠牲
層２５の除去が求められる。ここで，従来の半導体ウエ
ハのエッチング加工装置９の基本構成を図９に示す。

【０００５】同図より知られるごとく，エッチング装置
９は，エッチング液８を溜めてエッチング反応を行うエ
ッチング槽９４と，エッチング槽９４を加熱して所定温
度に保持するヒータ部９６とを有している。エッチング
槽９４には，半導体ウエハ２をエッチング液８中に十分
に浸漬させるために，治具９３にセットして挿入する。
また，治具９３への半導体ウエハ２のセットは，加工面
２８を露出させた状態で行う。

【０００６】また，エッチング槽９４には，エッチング
液８を撹拌し反応を安定化するための撹拌機９５を配設
してある。また，エッチング槽９４には，図９に示すご
とく，内部の圧力を制御するための減圧装置９７を配設
してある。減圧装置９７は，真空ポンプ９７０と，その
上流に設けた還流装置９７２と，これらをエッチング槽
９５内に接続させる真空配管９７１とより構成されてい
る。

【０００７】この減圧装置９７は，図１０に示すごと
く，エッチング槽９４の内部を減圧することにより，反
応が進むに連れてエッチング反応面から出る反応ガス８
８の剥離性を高める効果を発揮する。これにより，反応
面でのエッチング液８の入れ替え促進を図っている。ま
た，還流装置９７２は，蒸発成分をエッチング槽９４に
還流する構成としてあり，蒸発によってエッチング液の
濃度が変化することを防止するよう構成されている。

【０００８】

【解決しようとする課題】ところで，従来のエッチング
加工装置９においては，エッチング反応の終了時点を直
接確認する事は，現在のところ困難である。そのため，
エッチング時間とエッチング量との関係（エッチングレ
ート）を予め実験的に求めておき，エッチング時間を管
理することにより，エッチング加工の完了時点を予測し
てその停止を行っていた。なお，エッチング加工の停止
は，図示していない水洗等によって，エッチング液８の
希釈・冷却により行うことができる。

【０００９】一方，従来のエッチング加工装置９を用い
たエッチング加工方法においては，エッチング槽内の撹
拌による対流の発生及び上記減圧による反応ガスの剥離
促進によって反応性の維持を図っている。しかしなが
ら，上記撹拌及び減圧の効果は，各チップに均一には作
用せず，また各チッブ内部には及ばない。そのため，各
チップ内の反応もまちまちで安定性が非常に低い。それ
故，犠牲層２５が除去されずに残るというエッチング不
良が発生する場合も多い。

【００１０】この対策としては，チッブの破壊検査を繰
り返して最も反応の遅いチップ部分を把握すると共に，
その部分に最適なエッチング時間を経験的に求めてお
き，その時間に合わせて管理する方法がある。しかしな
がら，この方法によれば，数時間にわたるエッチング時
間を要する場合もあり，エッチング加工前に予め半導体
ウエハに設けたセンサ回路への悪影響やエッチング残り
などの不良が発生しやすく，生産性も極めて低いという
問題がある。

【００１１】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，半導体ウエハ上の位置におけるエッチン
グ加工の均一性を向上させ，高能率かつ高精度のエッチ
ング加工を行うことができる，半導体ウエハのエッチン
グ加工方法及びその装置を提供しようとするものであ
る。

【００１２】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，半導体ウエハを
底板に用いると共に，該半導体ウエハの加工面を上面
に，非加工面を下面に配して構成するエッチング槽を使
用し，該エッチング槽内にエッチング液を入れると共に
上記エッチング槽内の圧力を上記エッチング液の臨界圧
に保持し，次いで，上記半導体ウエハを上記非加工面か
ら断続的に直接加熱して，該半導体ウエハの上記加工面
に接するエッチング液の沸騰を断続的に発生させながら
エッチング加工を行うことを特徴とする半導体ウエハの
エッチング加工方法にある。

【００１３】本発明において最も注目すべきことは，上
記半導体ウエハを上記非加工面から断続的に直接加熱し
て，上記エッチング液の沸騰を断続的に発生させながら
エッチング加工を行うことである。

【００１４】上記エッチング液の沸騰を断続的に発生さ
せるために，本発明においては，まず，上記エッチング
槽として半導体ウエハを底板に配設して構成したものを
使用する。そして，半導体ウエハの加工面をエッチング
槽内部に露出させると共に，非加工面を底部外部に露出
させて，半導体ウエハを直接加熱可能に配設する。

【００１５】次いで，エッチング槽内にエッチング液を
入れると共に，エッチング槽内をエッチング液の臨界圧
に保持する。ここで，エッチング液の臨界圧とは，エッ
チング液が沸騰する直前の圧力をいう。したがって，上
記臨界圧に保持されたエッチング槽内のエッチング液
は，わずかな加熱によって沸騰する状態に保たれる。

【００１６】次いで，上記半導体ウエハを上記非加工面
から断続的に直接加熱する。即ち，半導体ウエハの直接
加熱のオンオフを所定間隔で繰り返す。これにより，半
導体ウエハを直接加熱している間は，半導体ウエハに接
するエッチング液が加熱されて沸騰する。一方，半導体
ウエハの直接加熱を停止している間は，周囲のエッチン
グ液等による冷却によって，沸騰が止む。これを繰り返
すことにより，半導体ウエハの加工面に接するエッチン
グ液の沸騰を断続的に発生させながらエッチング加工が
行われる。

【００１７】次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明の半導体ウエハのエッチング加工方法において
は，上記のごとく，半導体ウエハを断続的に直接加熱す
ることにより，上記エッチング液を断続的に沸騰させな
がらエッチング加工を進行させる。

【００１８】このときのエッチング液の沸騰は，半導体
ウエハの表面で発生する。また，上記エッチング液は高
純度であって不純物粒子を殆ど含有していないため，上
記沸騰の核は半導体ウエハのエッチング加工部分に集中
する。また，上記直接加熱の停止時においては，沸騰が
止み，エッチング加工部分に新鮮なエッチング液が接触
する。

【００１９】そのため，上記沸騰を断続的に繰り返す
と，エッチング反応が行われる凹部内部及びその近傍の
エッチング液が，順次新鮮なエッチング液に置換され
る。即ち，上記断続的な沸騰は，エッチング液の爆発的
な撹拌を発生させ，均一かつ効率のよい撹拌効果を発揮
する。それ故，上記断続的な沸騰を繰返しながらエッチ
ング加工を進めることにより，半導体ウエハ上の位置的
な反応ばらつきを従来よりも大幅に減少させることがで
きる。また，エッチング液の十分な撹拌により反応性が
良好な状態に維持されるので，従来よりも早期にエッチ
ング反応を進めることができる。

【００２０】したがって，本発明によれば，半導体ウエ
ハ上の位置におけるエッチング加工の均一性を向上さ
せ，高能率かつ高精度のエッチング加工を行うことがで
きる，半導体ウエハのエッチング加工方法を提供するこ
とができる。

【００２１】次に，上記優れたエッチング加工方法を実
施するための装置としては，次の発明がある。即ち，請
求項２の発明のように，半導体ウエハを底板に用いると
共に，該半導体ウエハの加工面を上面に，非加工面を下
面に配して構成するエッチング槽と，該エッチング槽内
を減圧する槽内減圧装置と，上記エッチング槽を加熱す
るヒータ部とよりなり，該ヒータ部は，上記エッチング
槽内に入れたエッチング液の温度を一定に保つための保
温ヒータと，上記半導体ウエハを断続的にエッチング液
の沸点以上の温度に加熱する沸騰ヒータとを有してお
り，かつ，該沸騰ヒータは，上記半導体ウエハの上記非
加工面に当接させてあることを特徴とする半導体ウエハ
のエッチング加工装置がある。

【００２２】本発明の装置において最も注目すべきこと
は，半導体ウエハを底板に用いた上記エッチング槽と上
記槽内減圧装置と上記ヒータ部とを有すると共に，該ヒ
ータ部には，上記保温ヒータと沸騰ヒータとを備えてい
ることである。

【００２３】上記ヒータ部の保温ヒータは，上記エッチ
ング槽全体，即ち系全体を所定温度に保温するよう構成
されている。具体的構成としては種々の構成をとること
ができるが，例えば後述する実施形態例に示すごとく，
金属ブロック全体を加熱して，その伝熱によりエッチン
グ槽全体を加熱するよう構成することができる。

【００２４】一方，上記沸騰ヒータは，半導体ウエハを
瞬間的にエッチング液の沸点以上の温度に加熱するよう
構成されている。この沸騰ヒータも種々の構成をとるこ
とができるが，例えば後述する実施形態例に示すごと
く，面ヒータ等を用いてこれを半導体ウエハの非加工面
に当接させるよう構成することができる。

【００２５】また，上記エッチング槽は，上記のごと
く，半導体ウエハを底部に用いて構成する。これによ
り，半導体ウエハの非加工面を上記沸騰ヒータに当接さ
せる。また，エッチング槽には上記槽内減圧装置を接続
する。槽内減圧装置は，例えば真空ポンプ等によりエッ
チング槽内の雰囲気を減圧することにより，上述したエ
ッチング液の臨界圧力を得るよう構成されている。

【００２６】次に，本発明の装置の作用効果につき説明
する。本発明のエッチング加工装置は，上記構成のエッ
チング槽を用いている。そのため，半導体ウエハの加工
面をエッチング液に晒すと共に，非加工面を直接上記沸
騰ヒータに当接させることができる。そのため，半導体
ウエハは，沸騰ヒータにより高効率かつ直接的に急速加
熱を行うことができる。一方，系全体の温度は，上記保
温ヒータによって所定温度に保持することができる。

【００２７】また，エッチング槽には，上記槽内減圧装
置を接続してある。そのため，エッチング槽内の雰囲気
は容易にエッチング液の臨界圧に調整することができ
る。それ故，上記沸騰ヒータによる半導体ウエハの加熱
は，上述したエッチング液の沸騰を容易に発生させるこ
とができる。また，上記沸騰ヒータは断続的に上記半導
体ウエハを加熱する。そのため，上記沸騰は断続的に発
生させることができる。

【００２８】したがって，本発明のエッチング加工装置
を用いれば，上記沸騰を断続的に発生させながらエッチ
ング加工を進めることができ，上記の優れたエッチング
加工方法を容易に実施することができる。それ故，本発
明によれば，半導体ウエハ上の位置におけるエッチング
加工の均一性を向上させ，高能率かつ高精度のエッチン
グ加工を行うことができる，半導体ウエハのエッチング
加工装置を提供することができる。

【００２９】次に，請求項３の発明のように，上記沸騰
ヒータには，上記半導体ウエハとの間隙を減圧して上記
半導体ウエハとの密着度を向上させるための密着用減圧
装置を接続してあることが好ましい。これにより，上記
沸騰ヒータと半導体ウエハとの密着度を向上させること
ができ，沸騰ヒータから半導体ウエハへの伝熱特性をさ
らに向上させることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】実施形態例 本発明の実施形態例にかかる半導体ウエハのエッチング
加工方法及びその装置につき，図１〜図６を用いて説明
する。まず，本例のエッチング加工装置１は，図１に示
すごとく，半導体ウエハ２を底板に用いると共に，半導
体ウエハ２の加工面２８を上面に，非加工面２９を下面
に配して構成するエッチング槽４を有する。

【００３１】また，エッチング加工装置１は，エッチン
グ槽４内を減圧する槽内減圧装置５と，エッチング槽４
を加熱するヒータ部６とを有している。ヒータ部６は，
エッチング槽４内に入れたエッチング液８の温度を一定
に保つための保温ヒータ６１と，半導体ウエハ２を断続
的にエッチング液８の沸点以上の温度に加熱する沸騰ヒ
ータ６２とを有している。また，沸騰ヒータ６２は，半
導体ウエハ２の非加工面２９に当接させてある。

【００３２】これをさらに詳説すると，図１に示すごと
く，上記エッチング槽４は，半導体ウエハ２の上部に逆
カップ形状の槽本体部５１をシール材５９を介して配設
する事により構成してある。槽本体部５１には，その上
部から撹拌機５２を下方に向けて配設してあると共に，
外部上方には撹拌機５２を回転させる回転モータ５３を
設けてある。

【００３３】また，図１に示すごとく，槽内減圧装置５
は，真空ポンプ５０と，その上流に設けた還流装置５２
と，これらを槽本体５１上部に接続させる真空配管５１
とより構成されている。また，還流装置５２からは，槽
本体５１側面につながる還流路５４を延設してある。本
例の槽内減圧装置５は，予め求めたエッチング液８の蒸
気圧線図から沸点近傍の圧力を把握してその制御値を約
−０．５ｋｇ／ｃｍ² Ｇに設定してある。

【００３４】また，上記ヒータ部６は，図１，図２に示
すごとく，円柱状の金属ブロック内に発熱線を埋設して
なる保温ヒータ６１と，その上面に設けた沸騰ヒータ６
２とにより構成してある。沸騰ヒータ６２は，図２に示
すごとく，ラバーヒータ６２１を表面に貼付けて構成し
てある。

【００３５】また，沸騰ヒータ６２には，半導体ウエハ
２との間隙を減圧して半導体ウエハ２との密着度を向上
させるための密着用減圧装置６７を接続してある。この
密着用減圧装置６７は，沸騰ヒータ６２の表面に設けた
微細な開口部（図示略）に通ずる排気路６７１を真空ポ
ンプ６７０により吸引するよう構成してある。

【００３６】なお，上記エッチング槽４を構成した半導
体ウエハ２としては，図５，図６に示すごとく，予め，
その加工面２８に回路２３を設けると共に，得ようとす
るチップ２０の凹部形状を呈する犠牲層２５を設けてお
く。また，犠牲層２５には，その内部に通ずる溝状の連
通口２６を設けておく。

【００３７】次に，上記構成のエッチング加工装置１を
用いてエッチング加工を行うに当たっては，まず，エッ
チング槽４内にエッチング液８を入れる。本例における
エッチング液８としては，フッ酸系のものを用いた。次
いで，槽内減圧装置５を起動させてエッチング槽４内の
圧力をエッチング液８の臨界圧（−０．５ｋｇ／ｃｍ²
Ｇ）に保持する。

【００３８】一方，エッチング槽４及び槽内のエッチン
グ液８の温度は，保温ヒータ６１によって所定温度（約
８０℃）に保持する。また，エッチング槽４内のエッチ
ング液８は，撹拌機５２によって撹拌させる。この状態
において，図３に示すごとく，半導体ウエハ２の加工面
２８のエッチング加工が進行を始める。

【００３９】次いで，半導体ウエハ２は，非加工面２９
に当接させた沸騰ヒータ６２により断続的に直接加熱す
る。これにより，半導体ウエハ２の加工面２８に接する
エッチング液の沸騰を断続的に発生させながらエッチン
グ加工を行うことができる。即ち，図３に示すごとく，
半導体ウエハ２のエッチング加工はエッチング液８が犠
牲層２５内に進入し，反応ガス８５を発生させながら進
行する。ここで，上記沸騰ヒータ６２による断続的な加
熱を行った際には，まず，図４に示すごとく，犠牲層２
５の連通口２６付近において集中的に沸騰８３が開始す
る。

【００４０】さらに沸騰ヒータ６２による加熱を続ける
と，既に犠牲層２５が溶解して凹部形状になりつつある
内部のエッチング液８も沸騰してガス化する。次いで，
沸騰ヒータ６２による加熱を停止する。これにより，半
導体ウエハ２は周囲のエッチング液８により冷却され，
上記沸騰８３が停止する。

【００４１】この沸騰８３の停止は，凹部内部のガス化
したエッチング液８の液化をもたらし，その圧力低下効
果によって，新たなエッチング液８が反応中の凹部（犠
牲層２５）内部に進入する。即ち，上記沸騰８３の発生
及び停止は，エッチング反応に沸騰，凝縮の運動エネル
ギーを加えることができる。これにより，エッチング反
応部分におけるエッチング液８を爆発的に撹拌させる効
果を発揮する。

【００４２】そのため，本例のエッチング加工において
は，反応部分のエッチング液８を効率よく新鮮なエッチ
ング液に入れ替えることができる。また，この効果は，
上記沸騰８３により行うことができるため，半導体ウエ
ハ２上の位置的なばらつきを殆ど伴わずに発揮させるこ
とができる。

【００４３】それ故，本例によれば，半導体ウエハ上の
位置におけるエッチング加工の均一性を向上させ，高能
率かつ高精度のエッチング加工を行うことができる，半
導体ウエハのエッチング加工方法及びその装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例にかかる，エッチング加工装置の構
成を示す説明図。

【図２】実施形態例における，ヒータ部の構成を示す説
明図。

【図３】実施形態例における，半導体ウエハのエッチン
グ初期反応を示す説明図。

【図４】実施形態例における，半導体ウエハの加工面に
おける沸騰開始状態を示す説明図。

【図５】実施形態例における，半導体ウエハの加工面を
示す説明図。

【図６】図５のＡ−Ａ線矢視断面図。

【図７】従来例における，半導体ウエハ（チップ）のエ
ッチング加工前の状態を示す説明図。

【図８】従来例における，半導体ウエハ（チップ）のエ
ッチング加工後の状態を示す説明図。

【図９】従来例における，エッチング加工装置の構成を
示す説明図。

【図１０】従来例における，半導体ウエハのエッチング
反応を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．エッチング加工装置， ２．．．半導体ウエハ， ４．．．エッチング槽， ５．．．槽内減圧装置， ６．．．ヒータ部， ６１．．．保温ヒータ， ６２．．．沸騰ヒータ， ８．．．エッチング液，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−283394（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−369868（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−42828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−107440（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−70336（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/306,21/3063,21/308

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハを底板に用いると共に，該
   半導体ウエハの加工面を上面に，非加工面を下面に配し
   て構成するエッチング槽を使用し，該エッチング槽内に
   エッチング液を入れると共に上記エッチング槽内の圧力
   を上記エッチング液の臨界圧に保持し，次いで，上記半
   導体ウエハを上記非加工面から断続的に直接加熱して，
   該半導体ウエハの上記加工面に接するエッチング液の沸
   騰を断続的に発生させながらエッチング加工を行うこと
   を特徴とする半導体ウエハのエッチング加工方法。
2. 【請求項２】 半導体ウエハを底板に用いると共に，該
   半導体ウエハの加工面を上面に，非加工面を下面に配し
   て構成するエッチング槽と，該エッチング槽内を減圧す
   る槽内減圧装置と，上記エッチング槽を加熱するヒータ
   部とよりなり，該ヒータ部は，上記エッチング槽内に入
   れたエッチング液の温度を一定に保つための保温ヒータ
   と，上記半導体ウエハを断続的にエッチング液の沸点以
   上の温度に加熱する沸騰ヒータとを有しており，かつ，
   該沸騰ヒータは，上記半導体ウエハの上記非加工面に当
   接させてあることを特徴とする半導体ウエハのエッチン
   グ加工装置。
3. 【請求項３】 請求項２において，上記沸騰ヒータに
   は，上記半導体ウエハとの間隙を減圧して上記半導体ウ
   エハとの密着度を向上させる密着用減圧装置を接続して
   あることを特徴とする半導体ウエハのエッチング加工装
   置。