JP3402181B2 - 枚葉式表面加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハを
一枚ずつ、その表面を加工するための枚葉式表面加工装
置に係り、より具体的にはウエハの表面にメッキ処理や
エッチング処理等を行うための表面加工装置に関し、例
えば半導体圧力センサや半導体加速度センサ等を製造す
る際に用いると好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハの表面を加工する技術とし
て、エッチング液にてウエハ表面をエッチングしたり、
メッキ液中において電極をメッキにて形成することが行
われている。本願出願人は、特開平８−２５５７８０号
公報において、エッチング精度の低下を回避したウエハ
エッチング装置を提案している。より具体的には、図２
３に示すように、エッチング槽１２０の内部における底
面部にウエハ１２１を配置し、エッチング槽１２０の内
部にエッチング液１２２を満たし、エッチング液１２２
におけるウエハ１２１の上方に配置した攪拌翼１２３を
モータ１２４にて回転させてエッチング液１２２を攪拌
させる。そして、ウエハ１２１の下面側の電極１２５と
液中の電極１２６との間に電圧を印加しつつエッチング
（電解エッチング）を行うものである。また、本装置は
エッチング槽１２０の小型化およびエッチング液の少量
化を図ることができる。

【０００３】ところが本発明者らの更なる考察の結果、
液の攪拌方法に改良の余地があることを見出した。つま
り、攪拌翼１２３の回転にて表面加工液（エッチング液
１２２）の攪拌を行うと、液に流れが発生し停滞するこ
とは防止できるが、被表面加工面の面内において流れが
不均一になりやすく、表面加工の速度に差が発生し、製
品特性のバラツキが大きくなりやすい。また、少量の表
面加工液では液の攪拌が充分に行われにくくなる。より
詳しくは、羽根車による攪拌方式においては液が少量の
場合、液の流れが旋回流となり、ウエハでの外周部と中
心部に流速の差が生じるとともに、液流れ方向は各部位
で一定となり、エッチングを行おうとする部位へのフレ
ッシュな液の供給にバラツキが生じやすい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
事情に鑑みなされたものであり、少量の液を均一に攪拌
することができる枚葉式表面加工装置を提供することを
目的にしている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の枚葉式
表面加工装置は、内部に表面加工液が満たされるととも
に、底面部に半導体ウエハが支持され、上向きの半導体
ウエハの被加工面が前記表面加工液にて覆われる表面加
工用ポットと、前記表面加工用ポットを、水平方向にお
ける直交座標系を構成するＸ方向とＹ方向のうちのＸ方
向に揺動させる第１の揺動手段と、前記表面加工用ポッ
トを、水平方向における直交座標系を構成するＸ方向と
Ｙ方向のうちのＹ方向に揺動させ、前記第１の揺動手段
と共に前記半導体ウエハの被加工面と表面加工液との相
対運動による液の攪拌を行うための第２の揺動手段と、
を備えたことを特徴としている。

【０００６】このような構成を採用すると、第１と第２
の揺動手段により、表面加工用ポットが、水平方向にお
ける直交座標系を構成するＸ方向とＹ方向に揺動され、
ポットの内部に配置された半導体ウエハにおける被加工
面と表面加工液とが相対運動する。この相対運動にて液
の攪拌が行われる。

【０００７】よって、図２３に示したように攪拌翼１２
３の回転にてエッチング液１２２の攪拌を行うと、被表
面加工面の面内において流れが不均一になりやすかった
り少量の表面加工液では液の攪拌が充分に行われにくく
なることも考えられたが、本発明によれば、攪拌翼１２
３は無く、少量の液を用いてフレッシュな液をエッチン
グを行おうとする部位に均一に供給することができる。

【０００８】このように、少量の液を均一に攪拌するこ
とができる。また、請求項２に記載のように、表面加工
用ポットはポット載置台の上に搭載され、このポット載
置台が基材の上に、ＸおよびＹ方向に移動可能に支持さ
れ、ポット載置台にＹ方向に延びる第１の長穴とＸ方向
に延びる第２の長穴とが形成され、第１の長穴に嵌合す
る第１の偏心カムにて第１の揺動手段を構成するととも
に、第２の長穴に嵌合する第２の偏心カムにて第２の揺
動手段を構成すると、実用上好ましいものとなる。

【０００９】また、請求項３に記載のように、Ｘ方向の
揺動速度Ｖ１とＹ方向の揺動速度Ｖ２の比Ｖ１／Ｖ２
を、「１２／１３」とすると、実用上好ましいものとな
る。また、請求項４に記載のように、表面加工液はエッ
チング液であり、表面加工用ポットの底面部に、エッチ
ングの進行状況を検出するための厚さセンサを設ける
と、実用上好ましいものとなる。

【００１０】また、請求項５に記載のように、表面加工
用ポットの底面部に第１の電極を配置するとともに、表
面加工用ポットの内部における所定の深さ位置に第２の
電極を配置し、両電極間の抵抗検出にて表面加工用ポッ
ト内への液の注入を検出するようにすると、実用上好ま
しいものとなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。

【００１２】本実施形態は、ライトエッチング装置に適
用したものであり、ピエゾ抵抗層を用いた半導体圧力セ
ンサを製造する場合を想定している。ライトエッチング
について簡単に説明しておくと、図６に示すように、半
導体ウエハ５０におけるチップ形成領域５０ａに図７に
示すようにマスク５１を用いた水酸化カリウム等のエッ
チング液によるウェットエッチングにより厚肉部５２に
対し凹部５３を形成し、薄肉部（ダイヤフラム）５４を
有する圧力センサや加速度センサ等の半導体センサを製
造する。図７に示す状態においては、凹部５３の底面の
外周の角部５５は、異方性エッチングの特性上、丸みが
ない（アール形状にならないため）。そのために、製品
特性や強度等を向上する目的で、図８に示すように数μ
ｍの等方性エッチングを行い角部５５を丸くする処理を
行う。つまり、ウエハ５０上にマスク５１を形成し、被
ライトエッチング面５６をフッ酸と硝酸の混酸等に浸す
ことにより、凹部５３内が均等に溶解し角部５５に滑ら
かなアール（丸み）が付く。この工程がライトエッチン
グ工程である。

【００１３】図１，２に、本実施形態におけるライトエ
ッチング装置を示す。図１はライトエッチング装置の平
面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図１に
おいて、水平方向における直交座標系をＸ軸とＹ軸にて
示す。

【００１４】以下、このライトエッチング装置について
詳細に説明する。まず、表面加工用ポットとしてのエッ
チングポット１を、図３を用いて説明する。エッチング
ポット１は、プレート状のウエハベース２と、筒状のウ
エハパイプ３とを具備し、ウエハベース２の上にはシリ
コンウエハ４が載置できるとともにその上にウエハパイ
プ３が一方の開口部を下にした状態で載置される。つま
り、シリコンウエハ４が筒状のウエハパイプ３の下面開
口部を塞ぐように配置される。より詳しくは、ウエハベ
ース２はその中央部がシリコンウエハ４を乗せる台の役
割をしており、シリコンウエハ４の被マスキング面が自
然な反りを保てるよう外気との連通孔５が設けられてい
る。また、ウエハベース２におけるウエハ載置部の外周
側には凹部６が環状に形成され、この凹部６にウエハパ
イプ３の突部７が嵌合する。このように凹部６は位置合
わせの機能を持つ。さらに、ウエハベース２における凹
部６の外周側（ウエハ載置部の周囲）には、平坦なシー
ル面Ｓ１が環状に形成され、シール面Ｓ１には凹部８が
環状に形成され真空用ポケットとして機能する。

【００１５】また、ウエハパイプ３の下面での内周部に
はウエハ形パッキン９が固定され、このパッキン９はシ
リコンウエハ４の縁部上面をシールすべくウエハ形状に
形抜きされている。シール部材としてのウエハ形パッキ
ン９により、ウエハパイプ３内に満たされるライトエッ
チング液に対しシールすることができる。また、ウエハ
パイプ３における下面外周部には平坦なシール面Ｓ２が
環状に形成され、このシール面Ｓ２には凹部１０が環状
に形成され真空用ポケットとして機能する。

【００１６】ウエハベース２のシール面Ｓ１とウエハパ
イプ３のシール面Ｓ２との間には、環状のＸ形パッキン
１１が配置されている。そして、真空ポンプ等で凹部
（真空用ポケット）８，１０内の空気を排出することで
Ｘ形パッキン１１が収縮してウエハベース２とウエハパ
イプ３とが引き寄せられる。この状態においては、シリ
コンウエハ４はウエハ形パッキン９によるシールが行わ
れるとともに、ウエハベース２に設けた給電電極１２が
シリコンウエハ４に押しつけられる。つまり、ウエハ４
は図示していないローダによって被エッチング面が上向
きになるようにウエハベース２に乗せられ、ウエハパイ
プ３を被せて、Ｘ形パッキン１１の収縮にてウエハ４の
シールおよび電極１２のウエハ４への給電が確保され
る。

【００１７】このように構成したエッチングポット１が
図２に示すように揺動機構を設けたライトエッチング装
置にセットされ、エッチングポット１内にライトエッチ
ング液２３が１００ｃｃ程度注入される。このようにエ
ッチングポット１の内部にライトエッチング液２３が満
たされるとともに、ポット１の底面部にシリコンウエハ
４が支持され、上向きのシリコンウエハ４の被加工面が
ライトエッチング液２３にて覆われる。

【００１８】図２において、エッチングポット１が揺動
ベース（ポット載置台）１３の上に搭載されるととも
に、エッチングポット１の上面開口部が揺動キャップ１
４にて塞がれる。揺動ベース１３と揺動キャップ１４
は、基材としての本体ベース１７の上にＸおよびＹ方向
に移動可能に支持されている。より詳しくは、直交して
配置された直動軸受け１５，１６を介して本体ベース１
７およびキャップベース１８が水平方向（図１のＸ−Ｙ
方向）に揺動可能に支持されている。また、本体ベース
１７とキャップベース１８との間には２本の支柱１９，
２０が介在されている。キャップベース１８の中央部に
は給排液ブロック２１が固定され、給排液ブロック２１
は４フッ化エチレン樹脂等の耐食・絶縁材料よりなる。
給排液ブロック２１には注入口２２が形成され、この注
入口２２を通してライトエッチング液（表面加工液）２
３がエッチングポット１に注入できるようになってい
る。より詳しくは、給排液ブロック２１には給液ポンプ
２４が接続され、給液ポンプ２４によりタンク２５内の
ライトエッチング液２３を定量供給することができるよ
うになっている。

【００１９】ライトエッチング液２３はポット１内に少
量（１００ｃｃ程度）入れられ、液の深さは１０ｍｍ以
下である。このように少量のライトエッチング液２３で
一枚のウエハ４内の均一なライトエッチングが可能とな
り、ライトエッチング液２３が少ないので毎回新しいラ
イトエッチング液でライトエッチングが可能となり、ウ
エハ間のエッチングが安定し、繰り返し精度が向上す
る。

【００２０】給排液ブロック２１の中央部には排液パイ
プ２６が垂下されている。排液パイプ２６の下端部には
拡散プレート２７が固定されており、同プレート２７は
ライトエッチング液２３に浸漬する。拡散プレート２７
は、Ｐｔ等の高耐食金属材料よりなり、円盤状をなし、
径がウエハ４の全チップ形成領域より大きく被エッチン
グ面を網羅している。拡散プレート２７にはウエハ４の
チップパターンに合わせて、液が通過するように多数の
穴２７ａが設けられている。排液パイプ２６にはエジェ
クタ２８が接続され、バルブ２９を開くことによるエジ
ェクタ２８のバキューム効果にてエッチングポット１内
の液を強制排液することができるようになっている。

【００２１】揺動キャップ１４には純水洗浄用の通路３
０が形成され、給水バルブ３１を開くことでウエハパイ
プ３の内壁に沿って全周から純水がエッチングポット１
内に流れ込みウエハ４の被エッチング面を希釈洗浄する
ことができる。また、揺動キャップ１４には排液口３３
が形成され、ポット１内でオーバーフローした液を排水
ビット３４に流すことができるようになっている。さら
に、給水中に給気バルブ３２を開くことで窒素ガス等の
不活性ガスを純水に混合して流すことができるようにな
っている。

【００２２】図１に示すように、揺動ベース１３には長
方形の穴（長穴）３５，３６が形成され、第１の長穴３
５はＹ方向に延び、第２の長穴３６はＸ方向に延びてい
る。第１の長穴３５の中には第１の偏心カム３７が回転
自在に嵌合し、第２の長穴３６の中には第２の偏心カム
３８が回転自在に嵌合している。第１および第２の揺動
手段としての偏心カム３７，３８における駆動軸３９，
４０がモータと駆動連結され、駆動軸３９，４０を中心
に偏心カム３７，３８が回転する。そして、偏心カム３
７，３８が回転すると、図１中Ｘ方向およびＹ方向に揺
動ベース１３を移動させることができる。より正確に
は、偏心カム３７の回転によりＸ方向に、偏心カム３８
の回転によりＹ方向に揺動ベース１３が移動する。この
とき、それぞれの偏心カム３７，３８の回転数を適正に
設定することでウエハ４のチップ配置に適合したＸ−Ｙ
揺動を行うことができる。このＸ−Ｙ揺動にて、シリコ
ンウエハ４の上面とライトエッチング液２３との相対運
動によるライトエッチング液２３の攪拌が行われる。

【００２３】ここで、本実施形態においては、第１の偏
心カム３７の回転数ｎ１と第２の偏心カム３８の回転数
ｎ２の比ｎ１／ｎ２を、「１２／１３」としている。つ
まり、Ｘ方向の揺動速度Ｖ１とＹ方向の揺動速度Ｖ２の
比Ｖ１／Ｖ２を、「１２／１３」としている。この場合
の偏心カム３７，３８の回転方式として、偏心カム３７
の駆動軸３９を回転駆動する第１のモータを用いるとと
もに偏心カム３８の駆動軸４０を回転駆動する第２のモ
ータを用い、ｎ１／ｎ２＝１２／１３とする。あるい
は、両偏心カム３７，３８に共通のモータを用意し、該
モータの出力軸に偏心カム３７の駆動軸３９を連結する
とともに該モータの出力軸にギヤを介して偏心カム３８
の駆動軸４０を連結することにより、ｎ１／ｎ２＝１２
／１３としてもよい。

【００２４】また、図２において、ウエハベース２には
厚さセンサ４１が設けられ、図４に示すように、ライト
エッチング量（厚みｔ）を測定してライトエッチングの
進行状況を検出して、ライトエッチング終了時期を検出
するようにしている。ここで、厚さセンサ４１は、図４
に示すように、シリコンウエハ４のエッチング面とその
反対面の二重反射を利用して片側から厚み測定を行う測
定器の例を示す。

【００２５】また、図２の拡散プレート２７がエッチン
グポット１の内部における所定の深さ位置に第１の電極
として配置され、同プレート２７には配線４５が接続さ
れている。拡散プレート２７と、エッチングポット１の
底面部に配置した電極（第２の電極）１２との間には抵
抗測定器４４が接続されている。この抵抗測定器４４に
よる電極間の抵抗検出にて、エッチングポット１内への
液の注入量が検出できるようになっている。

【００２６】ここでライトエッチング装置の大きさにつ
いて言及すると、４インチウエハを処理する場合におい
てはポット１の径はウエハより１０〜２０ｍｍ大きく１
２０ｍｍ程度であり、高さも３０〜５０ｍｍ程度であ
る。よって、ライトエッチング装置は３０ｃｍ立方の占
有容積となり、小型化でき、そのため空間コストの高い
クリーンルームに設置する設備として優れている。

【００２７】図５には、ライトエッチング装置を用いた
加工対象である半導体圧力センサの断面図を示す。図５
において、（１１０）面方位のＰ型シリコン基板６０に
はその一面に厚さ１０μｍのＮ型エピタキシャル層６１
が形成され、この積層体にて図３のシリコンウエハ４が
構成されている。Ｐ型シリコン基板６０には一面に開口
する凹部６２が形成され、この凹部６２の底面６２ａに
て薄肉部６３が構成されている。この薄肉部６３がセン
サダイヤフラムとなる。また、この凹部６２はウェット
エッチングにより形成したものである。さらに、ライト
エッチング（ウェットエッチング）により凹部６２の底
面６２ａでのエッジ部（角部）６４が面取り加工される
とともに、凹部６２の内壁が鏡面化されている。

【００２８】Ｎ型エピタキシャル層６１にはＰ⁺ 型不純
物拡散層６５が形成され、このＰ⁺型不純物拡散層６５
が歪みを感知するためのピエゾ抵抗となる。Ｎ型エピタ
キシャル層６１の表面にはシリコン酸化膜６６が形成さ
れている。Ｐ⁺ 型不純物拡散層６５がアルミ配線６７に
てシリコン酸化膜６６の表面側に電気的に引き出されて
いる。

【００２９】凹部６２の形成のためのエッチングの際に
は、Ｐ型シリコン基板６０の被エッチング面における所
定領域をマスク材６８にて被覆した状態でエッチングが
行われ、マスク材６８の無い領域のシリコンがエッチン
グされて凹部６２が形成される。

【００３０】より詳しくは、エッチングを行うシリコン
ウエハ４は図６に示すように多数のチップ形成領域５０
ａを有し、このシリコンウエハ４に対しＫＯＨ液による
ウェットエッチングを行い、シリコンウエハの一方の面
において一部領域に凹部を形成し、さらに水洗する。

【００３１】引き続き、仕上げ加工を行うべくライトエ
ッチングを行う。以下、図１，２に示したライトエッチ
ング装置を用いたライトエッチング方法について述べ
る。

【００３２】図３に示すように、シリコンウエハ４をエ
ッチングポット１にセットする。このとき、図９に示す
ワックス７１にてマスキングするのではなく、図３のウ
エハ形パッキン（縁面シール用リップパッキン）９にて
マスキングされる。このエッチングポット１を図２の揺
動ベース１３の上にセットし、揺動キャップ１４を乗せ
てクランプねじ４２，４３でＸ−Ｙ方向に揺動可能に支
持する。そして、給液ポンプ２４でライトエッチング液
２３としての混酸（硝酸とフッ酸の混合物）を汲み上げ
て、給排液ブロック２１の注入口２２を通してエッチン
グポット１の中に注入する。混酸は拡散プレート２７上
を落下しシリコンウエハ４の上面に均等に拡がる。この
とき、抵抗測定器４４により電極１２と拡散プレート２
７間の抵抗を測定することでシリコンウエハ４が混酸に
浸漬したことを確認する。このようにして、ライトエッ
チング液２３が所定の液面位置となるまで定量供給され
ると、給液ポンプ２４の駆動を停止する。

【００３３】そして、ライトエッチングの開始点とし
て、ライトエッチング処理時間を計測し、Ｘ−Ｙ揺動を
開始する。この揺動を伴う混酸への浸漬を所定時間行
う。このときのＸ−Ｙ揺動は回転比１２：１３となるよ
うに回転数を調整しライトエッチングを行う。

【００３４】処理時間経過後、バルブ２９を開いてエジ
ェクタ２８を駆動してエッチングポット１内のライトエ
ッチング液２３を排液パイプ２６から強制排液してバル
ブ２９を閉める。その後、給水バルブ３１を開いてウエ
ハパイプ３の通路３０からウエハパイプ３の内側に沿っ
てウエハパイプ３の全周から純水をエッチングポット１
内に流し込みエッチング面を希釈洗浄する。その純水の
オーバーフロー分は排液口３３から排水ビット３４へ排
出される。

【００３５】さらに、給気バルブ３２を開いて揺動キャ
ップ１４の通路３０から窒素ガスを送り込み、バブリン
グ洗浄を行う。その後、給水バルブ３１、給気バルブ３
２を閉じて、バルブ２９を開いてエジェクタ２８を駆動
してエッチングポット１内の純水を排液パイプ２６から
強制排液してバルブ２９を閉める。再び、給水バルブ３
１を開いてウエハパイプ３の通路３０からウエハパイプ
３の内壁に沿ってウエハパイプ３の全周から純水をエッ
チングポット１内に流し込みエッチング面を希釈洗浄す
る。

【００３６】この操作を、抵抗測定器４４により電極１
２と拡散プレート２７間の抵抗値が十分上がるまで繰り
返し、洗浄が完了したことを確認する。洗浄終了後、給
気バルブ３２は開いたまま給水バルブ３１を閉じて、バ
ルブ２９を開いてエジェクタ２８を駆動してエッチング
ポット１内の洗浄液を排液パイプ２６から強制排液して
バルブ２９を閉める。その後、給気バルブ３２を閉じて
窒素ガスの送り込みを終了してＸ−Ｙ揺動を止め、ライ
トエッチング装置からエッチングポット１を取り外し、
エッチングポット１の真空を解除してシリコンウエハ４
を取り出す。

【００３７】以下、図１０に示す浸漬方式にてライトエ
ッチングを行った場合と、図１，２の装置でライトエッ
チングを行った場合を比較して説明する。図９に示すご
とくフッ酸と硝酸の混酸に対し高耐食性を有するセラミ
ック等のプレート７０に、ワックス７１でウエハ７２を
マスキングし被ライトエッチング面７３のみがエッチン
グ液に溶解するようにする。そして、図１０に示すよう
に、ウエハ７２を張り付けてマスキングしたプレート７
０を、キャリア７４に並べて、エッチング槽７５に容れ
たエッチング液（ライトエッチング液）７６に所望のエ
ッチング量になるまで浸漬し、搬送装置等により移し替
えて、水洗槽７７に容れた純水７８に浸漬することでエ
ッチングを停止する。

【００３８】十分水洗した後、キャリア７４を取り出
し、乾燥した後、図示してない溶剤洗浄装置等でワック
ス７１を溶解しウエハ７２をプレート７０から外す。こ
のような工程による浸漬方式は、必要なエッチング量を
処理時間で管理するためウエハ間、ウエハ面内のエッチ
ング量のバラツキがエッチング量の±５０％と大きく厚
み不良率が１０％以上になる等の品質上の問題があっ
た。また、ウエハ７２を保護するためのマスキング作業
も脆弱なウエハを扱うことから自動化が困難で、エッチ
ング後の溶剤洗浄も含めて生産性の低い工程となってい
た。

【００３９】これに対し、図１，２に示す装置を用いて
ライトエッチングを行うと、品質面でウエハ面内の厚み
精度が２倍以上向上し、形状不良のない良好なライトエ
ッチングをすることができた。

【００４０】また、本実施形態では、ウエハ４の被エッ
チング面を上向きで行うため、極めてガス抜けが良く、
泡による末エッチングや形状不良は皆無であった。ま
た、ライトエッチングの開始や停止をエッチングポット
１内の液抵抗値で電気的に検出するため、ライトエッチ
ング処理の再現性が極めて高くなりウエハ間のバラツキ
も大幅に改善することができるようになった。

【００４１】さらに、エッチングポット１内の液抵抗を
計る抵抗測定器４４を用い、ライトエッチングの開始前
及び水洗中に陽極酸化電流を加えることで、ライトエッ
チングを停止することが可能である。

【００４２】また、ウエハベース２に設けた厚さセンサ
４１によってリアルタイムにライトエッチング量を計測
し目的の厚みでライトエッチング停止を行うことも容易
にできる。

【００４３】これらの高精度化は、図９のワックス７１
によるマスキングや、図１０のキャリア７４による工程
間般送を行うライトエッチング装置では実現できないも
のである。

【００４４】このように、ウエハのマスキング治具とし
てのエッチングポット１において、ウエハ４の被エッチ
ング面を上向きにてウエハ縁面をマスキングした状態で
支持するためのウエハベース２とウエハパイプ３を用
い、このエッチングポット１に少量のエッチング液を入
れて、ウエハ４の被エッチング面をエッチング液で覆う
ことで、従来の浸漬エッチングに必要な用件を満たすこ
とができる。さらに、エッチングポット１をＸ−Ｙの２
次元揺動する機構に挟み込み、Ｘ−Ｙ揺動することで、
ウエハ面のエッチング液を均一且つ高速に攪拌すること
により、エッチング面全体にわたってエッチング液に関
する条件の均一化を図ることができる。詳しくは、ライ
トエッチング開始時に付着した気泡や、ライトエッチン
グ中に発生するガスの離脱が図１０の方式より極めて容
易で、これらの気泡による未エッチングやエッチング形
状不良を無くすることができる。また、エッチングポッ
ト１内に設けた拡散プレート２７により、給液時のエッ
チング液を拡散でき、また、Ｘ−Ｙ揺動運動によりウエ
ハ４との対向面を常に相対運動させることで、エッチン
グポット１内の液を均一に攪拌することができる。より
詳しくは、エッチング液を少量（エッチングポット内容
積）で処理することができるため、大幅な省資源化が実
現でき、エッチングポット１からウエハ４を取り出すこ
となくその場で水洗まで連続的に行うことができ、従来
のような搬送中に反応が進むことで生じるウエハ面内の
厚みバラツキを低減することができる。さらに、Ｘ−Ｙ
揺動の速度や回転比率や、拡散プレート２７の形状及び
距離を容易に変更できるため、製品のパターンに合わせ
て容易に品質を作り込むことができる。

【００４５】このように、本実施の形態は、下記の特徴
を有する。 （イ）エッチングポット１にてその内部にライトエッチ
ング液２３が満たされるとともに、底面部にシリコンウ
エハ４が支持され、上向きのシリコンウエハ４の被加工
面がライトエッチング液２３にて覆われるようにし、偏
心カム３７，３８によりエッチングポット１のＸ方向と
Ｙ方向に揺動させ、ウエハ４の被加工面とライトエッチ
ング液２３との相対運動による攪拌を行うようにした。
よって、図２３に示したように攪拌翼１２３の回転にて
エッチング液１２２の攪拌を行うと、被表面加工面の面
内において流れが不均一になりやすかったり少量の表面
加工液では液の攪拌が充分に行われにくくなることも考
えられたが、本実施形態によれば、攪拌翼１２３は無
く、少量の液を用いてフレッシュな液をエッチングを行
おうとする部位に均一に供給することができる。

【００４６】このように、少量の液を均一に攪拌するこ
とができ、その故、ライトエッチング液２３は少量であ
るため攪拌によるウエハへの衝撃力は弱く、ウエハを破
壊することなく攪拌できる。また、液深さも浅いためエ
ッチング液底面まで均一に攪拌可能である。

【００４７】また、ポット１の中に少量のライトエッチ
ング液２３を入れて、ウエハ４の被加工面をライトエッ
チング液２３で覆うことで、従来の方式（図１０の浸漬
エッチング）に必要な用件を満たすことができる。ま
た、ポット１をＸ−Ｙの２次元揺動することで、ウエハ
面のエッチング液を均一、かつ高速に攪拌することによ
り、被加工面全体にわたって表面加工液に関する条件の
均一化を図ることができる。 （ロ）より具体的な構成として、エッチングポット１は
揺動ベース１３の上に搭載され、この揺動ベース１３が
本体ベース１７の上に、ＸおよびＹ方向に移動可能に支
持され、揺動ベース１３にＹ方向に延びる第１の長穴３
５とＸ方向に延びる第２の長穴３６とが形成され、第１
の長穴３５に嵌合する第１の偏心カム３７および第２の
長穴３６に嵌合する第２の偏心カム３８にてＸ−Ｙ揺動
を行うようにしたので、実用上好ましいものとなってい
る。 （ハ）Ｘ−Ｙ揺動の際の条件として、第１の偏心カム３
７の回転数ｎ１と第２の偏心カム３８の回転数ｎ２の比
ｎ１／ｎ２を、「１２／１３」とすることにより、Ｘ方
向の揺動速度Ｖ１とＹ方向の揺動速度Ｖ２の比Ｖ１／Ｖ
２を「１２／１３」としたので、実用上好ましいものと
なっている。

【００４８】つまり、ｎ１／ｎ２＝１２／１３とするこ
とにより、Ｘ−Ｙ揺動によるライトエッチング液２３の
渦流の旋回方向（時計回り、反時計回り）を周期的に変
化させることができ、攪拌のランダム性を向上させるこ
とができる。具体的には、ライトエッチング液２３の渦
流の旋回方向が３回転毎に変化する。 （ニ）エッチングポット１の底面部の構造として、厚さ
センサ４１を設けてエッチングの進行状況を検出するよ
うにしたので、実用上好ましいものとなっている。 （ホ）エッチングポット１の内部への液供給系として、
エッチングポット１の底面部に電極１２を配置するとと
もにポット１の内部における所定の深さ位置に拡散プレ
ート電極２７を配置し、抵抗測定器４４による両電極間
の抵抗検出にてポット１内への液の注入を検出するよう
にしたので、実用上好ましいものとなっている。

【００４９】なお、これまでの説明においては圧力セン
サの製造について述べたが、加速度センサの製造に用い
てもよい。つまり、図７の後において加速度センサとす
る際には、図１１に示すように厚肉の四角枠部８０と重
り部８１との間における薄肉部８２に貫通孔８３を形成
するとともに、ビームとなる薄肉部８２にはゲージ（ピ
エゾ抵抗素子等）８４を配置する。 （第２の実施の形態）次に、第２の実施の形態を、第１
の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００５０】本実施形態は、半導体ウエハ上に電極用の
バンプを形成するメッキ装置に具体化したものである。
図１２にメッキ装置の平面図を示す。図１３は図１２の
Ｂ−Ｂ断面図であり、表面加工用ポットとしてのメッキ
ポット９０をセットした状態を現している。図１４はメ
ッキポット９０の断面図である。

【００５１】図１４において、ウエハ４は図示していな
いローダによって被メッキ面が上向きになるようにウエ
ハベース２に乗せられ、ウエハパイプ３を被せて、図示
していない真空ポンプなどで凹部（ポケット）８，１０
を排気することでＸ形パッキン１１が収縮し、ウエハベ
ース２とウエハパイプ３を引き寄せ、ウエハパイプ３に
設けたウエハ形パッキン（縁面シール用リップパッキ
ン）９でウエハ４のシールを行うと同時に、ウエハパイ
プ３に設けたカソード電極９１がウエハ４に押しつけら
れることで給電電極が確保される。

【００５２】このように構成したメッキポット９０を、
図１３のようにＸ−Ｙ揺動機構を設けた装置にセットす
ることでメッキを行う。図１３において、揺動ベース１
３及び揺動キャップ９２は直交して配置された直動軸受
け１５，１６を介してそれぞれ本体ベース１７及びキャ
ップベース１８にＸ−Ｙ揺動可能に支持されている。

【００５３】キャップベース１８に固定されたアノード
ブロック９３は、ポリプロピレン等の絶縁材料よりな
り、中央にアノード電極９４が吊り下げられている。ア
ノード電極９４は下端面が円盤状をなし、ウエハ４の全
チップ形成領域より大きく被メッキ面を網羅している。
アノード電極９４は表面加工液としてのメッキ液９５に
浸漬している。

【００５４】図１２に示すように、偏心カム３７，３８
が回転することにより揺動ベース１３がＸ−Ｙ揺動す
る。他の構成は第１の実施の形態における図１〜図３と
同様であり、同一の符号を付すことによりその説明は省
略する。

【００５５】以下、図１９，２１に示す方式にてメッキ
を行った場合と、図１２，１３の装置でメッキを行った
場合を比較して説明する。図１５に示したように半導体
ウエハ１００におけるチップ形成領域１００ａに図１６
に示すように、数１０〜数１００μｍ程度の寸法の電極
用バンプ１０１を形成する方法として、電気メッキが一
般に行われている。

【００５６】この際に、図１７に示したように、ウエハ
１００上に配線１０２を形成し、その上に形成したレジ
スト層１０３をパターニングして多数の凹部１０３ａを
形成し、図１８に示したように、それぞれの凹部１０３
ａ内に個々の電極バンプ１０１を形成する。

【００５７】電気メッキの方式としては、図１９に示す
ような浸漬方式が一般的に用いられてきた。例えば図２
０に示すようにプレート１０４の上に半導体ウエハ１０
０を配置するとともに、カソード電極１０５を配線１０
２に接触させワックス１０６で覆い、メッキ液１０７に
対し絶縁したウエハ１００を、図１９に示すメッキ液１
０７を入れたメッキ槽１０８内に浸漬し、これと対向す
るアノード電極１０９の間で電析反応させる。

【００５８】しかし、この浸漬方式は、必要なバンプ形
成に要するメッキ処理時間が極めて長く、生産量を確保
するために多数のウエハを並行して同時に処理する必要
があり、また、ウエハ１００の取り扱いもマスク治具へ
の脱着、カソード電極１０５の確保等の作業が繁雑で生
産性の低い方式である。

【００５９】このような欠点を解消するために、メッキ
処理を高速化し、ウエハ１００の脱着を容易にする噴流
方式が開発された（例えば特開昭５６−１５２９９１号
公報）。

【００６０】この噴流方式は、図２１に示すように、図
２０の状態のウエハ１００を、被メッキ面を下向きにし
てメッキセル１１０に配置する。そして、循環槽１１１
に収容したメッキ液１１２を、ポンプ１１３で楊液して
ノズル１１４から噴射させ、被メッキ面に噴流として当
ててメッキを行う。

【００６１】この噴流方式では浸漬方式に比べてメッキ
処理速度を２〜３倍程度高速化できるが被メッキ面上で
メッキ液の流れに方向性が有るため、例えば図２２に示
した異形バンプ１０１ａや成長異常のバンプ１０１ｂ等
のバンプ形状不良が浸漬方式の４倍以上の高率で発生す
る。さらに品質向上のためにメッキ浴中には各種の添加
剤が加えられているが、これらが、噴流のための循環に
より酸化劣化し、メッキ液寿命を大幅に短くしてしまう
等の問題があり、液更新や廃水処理等のコストを押し上
げる原因にもなっている。

【００６２】また、図１９に示す浸漬方式で４５分のメ
ッキ時間を要した。これと同等のメッキを、図２１の噴
流方式の装置を用いて行うとともに図１２，１３の本実
施形態の装置を用いて行った。詳しくは、図１３のウエ
ハ４を前記の要領でメッキポット９０によりシールした
後、メッキ液９５をウエハ面から３０ｍｍまで入れて揺
動ベース１３にセットし、アノード電極９４とウエハ４
の距離を２５ｍｍになるように固定した。Ｘ−Ｙ揺動は
回転比１２：１３になるように、回転数を調整し１９分
間のメッキを行った。

【００６３】以上のメッキの結果、図２１の装置を用い
た場合に比べ、本実施形態では品質面で半田組成の精度
が４．３倍向上し、メッキ時間も２．４倍高速化するこ
とができた。また、本実施形態では、ウエハ４の被メッ
キ面を上向きで行うため、極めてガス抜けが良く、高速
化してもバンプ形状不良は皆無であった。さらに、図２
１の装置を用いた場合に比べ、本実施形態では液の酸化
劣化は見られなかった。

【００６４】このように、ウエハのマスキング治具とし
てのメッキポット９０を用いてウエハ縁面をマスキング
した状態でウエハ４の被メッキ面を上向きに支持し、ウ
エハの給電に必要なカソード電極９１を配置し、さら
に、このメッキポット９０に少量のメッキ液９５を入れ
て、ウエハ４の被メッキ面に対向するように設けた円盤
状のカソード電極９１との間に通電することで、従来の
浸漬メッキに必要な用件を満たすことができる。より詳
しくは、メッキ開始時に付着した気泡や、メッキ中に発
生するガスの離脱が従来の何れの方式より極めて容易
で、これらの気泡によるメッキ形状不良を皆無にするこ
とができる。さらに、メッキポット９０をＸ−Ｙの２次
元揺動する機構に挟み込み、Ｘ−Ｙ揺動することで、ウ
エハ面のメッキ液を均一且つ高速に攪拌することによ
り、各チップのメッキ条件を安定化し、界面流速の向上
を図ることができる。また、上記のＸ−Ｙ揺動運動によ
りウエハ４との対向面を常に相対運動させることで円盤
状のアノード電極９４は電流集中を防止すると同時に、
メッキポット９０内の液を均一に攪拌することができ
る。また、メッキ液９５を少量（メッキポット内容積）
で処理することができるため、大幅な省資源化が実現で
きる。

【００６５】なお、メッキポット９０を窒素ガス等の不
活性ガスでパージすることで、メッキ液９５の劣化を容
易に防止することもできる。さらに、Ｘ−Ｙ揺動の速度
や揺動比率、また、アノード電極９４の形状及び距離を
容易に変更できるため、製品のマスクパターンに合わせ
て容易に品質を作り込むことができる。

【００６６】このように本実施形態は、下記の特徴を有
する。 （イ）メッキ装置において、メッキポット９０の内部に
メッキ液９５が満たされるとともに、底面部にシリコン
ウエハ４が支持され、上向きのシリコンウエハ４の被加
工面がメッキ液９５にて覆われ、偏心カム３７，３８に
よりメッキポット９０を水平方向におけるＸ方向とＹ方
向に揺動させ、ウエハ４の被加工面とメッキ液９５との
相対運動によるメッキ液９５の攪拌を行うようにした。
よって、少量のメッキ液９５を均一に攪拌することがで
き、少量のメッキ液９５を用いてフレッシュな液をメッ
キを行おうとする部位に均一に供給することができる。
つまり、品質を浸漬方式と同等以上に確保し、処理速
度、液管理面での向上を図ることができる。

【００６７】これまで説明してきた各実施形態において
は、ライトエッチング装置やメッキ装置であったが、ウ
ェットエッチングや洗浄を行う枚葉式表面加工装置に使
用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態におけるライトエッチング
装置の平面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】 エッチングポットの断面図。

【図４】 厚さ測定部の断面図。

【図５】 圧力センサの断面図。

【図６】 ウエハの平面図。

【図７】 チップを示す図。

【図８】 チップの断面図。

【図９】 ウエハの支持状態を示す図。

【図１０】 ライトエッチング工程を説明するための説
明図。

【図１１】 加速度センサを示す図。

【図１２】 第２の実施の形態におけるメッキ装置の平
面図。

【図１３】 図１２のＢ−Ｂ断面図。

【図１４】 メッキポットの平面図。

【図１５】 ウエハの平面図。

【図１６】 センサの斜視図。

【図１７】 チップの断面図。

【図１８】 チップの断面図。

【図１９】 浸漬メッキを説明するための断面図。

【図２０】 メッキ工程を説明するための拡大図。

【図２１】 メッキ装置の断面図。

【図２２】 メッキ装置の一部拡大図。

【図２３】 従来のエッチング装置の断面図。

【符号の説明】

１…エッチングポット、２…ウエハベース、３…ウエハ
パイプ、４…シリコンウエハ、１３…揺動ベース、１７
…本体ベース、２３…ライトエッチング液、２７…拡散
プレート、３５…長穴、３６…長穴、３７…偏心カム、
３８…偏心カム、４１…厚さセンサ、４５…電極、９０
…メッキポット、９５…メッキ液。

───────────────────────────────────────────────────── 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11−154663（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304,21/306 H01L 21/308

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に表面加工液が満たされるととも
   に、底面部に半導体ウエハが支持され、上向きの半導体
   ウエハの被加工面が前記表面加工液にて覆われる表面加
   工用ポットと、 前記表面加工用ポットを、水平方向における直交座標系
   を構成するＸ方向とＹ方向のうちのＸ方向に揺動させる
   第１の揺動手段と、 前記表面加工用ポットを、水平方向における直交座標系
   を構成するＸ方向とＹ方向のうちのＹ方向に揺動させ、
   前記第１の揺動手段と共に前記半導体ウエハの被加工面
   と表面加工液との相対運動による液の攪拌を行うための
   第２の揺動手段と、を備えたことを特徴とする枚葉式表
   面加工装置。
2. 【請求項２】 表面加工用ポットはポット載置台の上に
   搭載され、このポット載置台が基材の上に、前記Ｘおよ
   びＹ方向に移動可能に支持され、ポット載置台にＹ方向
   に延びる第１の長穴とＸ方向に延びる第２の長穴とが形
   成され、第１の長穴に嵌合する第１の偏心カムにて第１
   の揺動手段を構成するとともに、第２の長穴に嵌合する
   第２の偏心カムにて第２の揺動手段を構成したことを特
   徴とする請求項１に記載の枚葉式表面加工装置。
3. 【請求項３】 Ｘ方向の揺動速度Ｖ１とＹ方向の揺動速
   度Ｖ２の比Ｖ１／Ｖ２を、「１２／１３」としたことを
   特徴とする請求項１に記載の枚葉式表面加工装置。
4. 【請求項４】 前記表面加工液はエッチング液であり、
   前記表面加工用ポットの底面部に、エッチングの進行状
   況を検出するための厚さセンサを設けたことを特徴とす
   る請求項１に記載の枚葉式表面加工装置。
5. 【請求項５】 前記表面加工用ポットの底面部に第１の
   電極を配置するとともに、前記表面加工用ポットの内部
   における所定の深さ位置に第２の電極を配置し、両電極
   間の抵抗検出にて表面加工用ポット内への液の注入を検
   出するようにした請求項１に記載の枚葉式表面加工装
   置。