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

枚葉式表面加工装置

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JP3402181B2
JP3402181B2 JP02831098A JP2831098A JP3402181B2 JP 3402181 B2 JP3402181 B2 JP 3402181B2 JP 02831098 A JP02831098 A JP 02831098A JP 2831098 A JP2831098 A JP 2831098A JP 3402181 B2 JP3402181 B2 JP 3402181B2
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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。
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