JP3627651B2 - 半導体ウエハの表面処理方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの処理面に対して、エッチング処理やメッキ処理などの処理液による表面処理を行う半導体ウエハの表面処理方法及びその装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば半導体圧力センサや加速度センサ等のセンサチップを製造するにあたっては、図６に概略的に示すように、例えばシリコンウエハからなる半導体ウエハ１に数百〜数千のセンサチップ２を形成し、その後、各チップ２を切離すことが行なわれる。この場合、半導体ウエハ１の片面（表面）側には、各センサチップ２に対応して信号処理回路を構成する回路素子や給電用電極等が形成されるようになっており、以てこの面が回路面１ａ（図６（ｂ）参照）とされている。
【０００３】
そして、圧力センサの場合、センサチップ２は、図７に示すような形状をなし、前記回路面１ａとは反対側の面（裏面）に、周囲部を除く部分に凹部２ａを形成することにより回路面１ａ側にダイヤフラムが形成されるようになっている。一般に、前記凹部２ａを形成するためには、半導体ウエハ１の回路面１ａと反対側のエッチング面を、凹部２ａ形成部分を除いて例えば窒化膜からなるマスク３により覆ったうえで、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのエッチング液に浸す浸漬方式のウェットエッチング法が用いられる。さらに、この凹部２ａの形成後、マスク３を除去するために、例えばフッ酸（ＨＦ）等の処理液によるマスクエッチングも行なわれる。
【０００４】
この場合、窒化膜からなるマスク３を除去するためには、図８に示すようなディップエッチング装置４や、図９に示すようなスピンエッチング装置５が用いられる。図８に示すディップエッチング装置４によるエッチングにおいては、半導体ウエハ１は、その回路面１ａ側にワックス６が塗布されてマスキングされた状態でセラミック板等の治具７に保持され、その状態で、処理液（フッ酸）８を収容した処理槽９内に浸されることにより、マスク３が除去されるようになるのである。尚、処理槽９内には、撹拌機１０等が設けられるようになっている。
【０００５】
また、図９に示すスピンエッチング装置５によるエッチングにおいては、半導体ウエハ１は、その回路面１ａ側にレジスト１１が塗布されてマスキングされた状態で、回路面１ａ側にて容器１２内のスピンチャック１３にセットされ、回転されながら上方のノズル１４から処理液８が供給されることにより、マスク３が除去されるようになるのである。
【０００６】
しかしながら、上記したいずれのエッチング方法（装置４，５）においても、半導体ウエハ１の回路面１ａ（非処理面）側に、ワックス６やレジスト１１を塗布してマスキングした上でエッチングを行い、その後、半導体ウエハ１からそれらワックス６やレジスト１１を除去することが必要となるが、それら塗布や除去の工程において半導体ウエハ１の表面（回路面１ａ）に傷を付けてしまいやすい問題点があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体ウエハの非処理面をマスキングした状態で処理面の表面処理を行うことができながらも、そのマスキングに起因する半導体ウエハの傷付き等の不具合を未然に防止することができる半導体ウエハの表面処理方法及びその装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
処理液を用いた半導体ウエハの表面処理にあっては、処理液中の反応種が処理面に均一に高濃度で供給され、且つ、反応後に反応生成物を伴って速やかに処理面から遠ざかること、つまり、供給−反応−乖離の循環が重要と考えられている。本発明者等は、処理液を微粒子化して不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子（いわゆるスティックレスフォグ）を用いることにより、例えばベーパエッチング法等の蒸気を用いる場合の欠点を解消しながらも、気体に近い特性（流動性）を有し、上記した供給−反応−乖離の循環を極めて良好に行なうことができることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【０００９】
ここで、スプレー式のエッチングや塗装等に一般的に使用されるミストやフォグと称される液体の粒子は、様々な粒径の粒子を広い分布で含んでいるものとなるが、そのうち粒径が例えば十数μｍ以下の小さな粒子は、煙のように舞って処理面に付着しないので、無効液として倦厭される。これは、図１に示すように、大きな粒子Ａ１は、処理面Ｂに衝突すると潰れてその表面に付着するようになるが、粒径が数十μｍ以下の小さな粒子Ａ２は、処理面Ｂに衝突しても、粒子を潰す力以上の表面張力を有するため、その表面に付着しないものと考えられる。
【００１０】
この場合、衝突スピードが小さければ、ある程度大きい粒径の微粒子でも付着することはなく、逆に、十分に小さい粒径の微粒子であれば、衝突スピードが大きくても付着することはない。本発明にいう微粒子（スティックレスフォグ）とは、一般的なミストやフォグと異なり、上記したように半導体ウエハの処理面に衝突しても付着しない粒径を有する微粒子のみを選択的に取出したものを言うのである。
【００１１】
このようなスティックレスフォグ雰囲気中に、半導体ウエハの処理面を曝すことにより、処理液の微粒子が処理面に接触する（及び微粒子から蒸発したベーパが処理面に接触する）ようになり、処理面において反応が行なわれ、その処理液が付着することなく、反応後に反応生成物を伴って速やかに処理面から遠ざかることを繰返えさせることが可能となる。これにより、ドライに近い環境で供給−反応−乖離の循環が良好に行なわれるようになる。
【００１２】
このとき、十分に小さな粒径の微粒子を用いているので、処理液の表面積を大幅に拡大することができると共に、効率良く拡散させることができ、常に新しい処理液の微粒子（反応種）を、処理面に対して均一且つ高濃度で供給することができる。そして、処理液の微粒子の濃度（供給量）によって処理量の制御を容易に行なうことが可能となる。また、反応種の濃度は、温度等の条件によらず、発生微粒子の増減によって調整が可能であるので、処理液の薬品の組成による制約（例えば加熱によって組成が崩れる等）を受けにくい特長があり、広範囲に使用することができる。尚、処理液の微粒子は不活性ガス中に分散されているので、処理面の酸化や汚染を防止することができる。
【００１３】
本発明の半導体ウエハの表面処理方法は、半導体ウエハを非処理面にて保持すると共にその非処理面に保護液を供給することにより、非処理面が保護液で覆われた状態とし、その状態で、上記した処理液の微粒子（スティックレスフォグ）を半導体ウエハの処理面に供給することにより、処理面の処理を行うようにしたところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１４】
これによれば、上述のように、処理液の微粒子（スティックレスフォグ）の供給量（濃度）の制御により、処理面に対する表面処理量の管理を高精度で行なうことができ、しかも、液滴の付着により部分的に処理が進行してしまうことを防止でき、広い処理面において、均一且つ良好に処理を行なうことができ、高品質な処理を行なうことができる。そして、半導体ウエハのうち非処理面側は、保護液により覆われていわばマスキングされた状態となるので、非処理面に処理液が接触することを防止でき、非処理面については表面処理が行われない状態で処理面のみを選択的に処理することができる。このとき、非処理面のマスキングに液体が用いられることになるので、ワックスやレジストをマスキングに用いる場合のような塗布や除去の工程において半導体ウエハに傷を付けてしまうといった不具合を、未然に防止することができる。
【００１５】
この場合、前記保護液を処理液の微粒子が溶けにくい液体である純水から構成することが望ましく（請求項２の発明）、これにより、保護液中に処理液が溶けて非処理面に接触することを防止することができる。また、保護液を、半導体ウエハの非処理面を中心側から外周に向けて流しながら供給するようにしても良く（請求項３の発明）、これによれば、常に清浄な保護液を非処理面に供給することができるので、処理液が保護液に溶ける虞があっても、処理液が非処理面に接触することを防止することができる。さらに、処理液の微粒子の供給を、半導体ウエハを回転させながら行なうこともでき（請求項４の発明）、これにより、処理面の全体に均一に処理液の微粒子を供給することが可能となり、処理面に対する処理をより均一に行なうことができる。
【００１６】
本発明の半導体ウエハの表面処理装置は、処理室内にて半導体ウエハを保持する保持手段と、この保持手段に保持された半導体ウエハの非処理面に保護液を供給する液体供給手段と、上述のような処理液の微粒子を、半導体ウエハの処理面に対して供給する微粒子供給手段とを設けたところに特徴を有する（請求項５の発明）。
【００１７】
これによれば、やはり、処理液の微粒子（スティックレスフォグ）の供給によって、広い処理面において均一且つ良好に処理を行なうことができ、高品質な処理を行なうことができる。そして、半導体ウエハのうち非処理面側は、保護液により覆われていわばマスキングされた状態となるので、非処理面に処理液が接触することを防止でき、非処理面については表面処理が行われない状態で処理面のみを選択的に処理することができる。このとき、非処理面のマスキングに液体が用いられることになるので、ワックスやレジストをマスキングに用いる場合のような塗布や除去の工程において半導体ウエハに傷を付けてしまうといった不具合を、未然に防止することができる。
【００１８】
この場合、前記保護液を処理液の微粒子が溶けにくい液体である純水から構成することにより（請求項６の発明）、保護液中に処理液が溶けて非処理面に接触することを防止することができる。
【００１９】
また、前記保持手段を、半導体ウエハよりもやや径小とされ半導体ウエハの非処理面を下側から受けるウエハ受け部を設けて構成すると共に、前記液体供給手段により、そのウエハ受け部と非処理面との間を中心側から外周に向けて保護液が流れるように構成することもできる（請求項７の発明）。これによれば、常に清浄な保護液を非処理面に供給することができるので、処理液が保護液に溶ける虞があっても、処理液が非処理面に接触することを防止することができ、しかも、保護液を非処理面よりも径小なウエハ受け部の外周部から流下させることができるので、保護液が処理面側に回り込んで処理を妨げてしまうことを未然に防止することができる。
【００２０】
さらに、保持手段により保持された半導体ウエハを回転させる回転駆動機構を設けることもでき（請求項８の発明）、これによれば、半導体ウエハを回転させながら、処理液の微粒子の供給を行なうことができ、処理面の全体に均一に処理液の微粒子を供給することが可能となって処理面に対する処理をより均一に行なうことができる。
【００２１】
そして、処理の停止や洗浄のために、半導体ウエハの処理面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設けることができ、その際、洗浄液と保護液とを同種のものとすることができる（請求項９の発明）。これによれば、液体の種類を少なく済ませることができると共に、使用済みの液体の処理等も容易に行うことができる。このとき、保護液及び洗浄液を、純水とすることができ（請求項１０の発明）、これにより、例えば半導体ウエハの処理面をエッチング処理する場合の処理液として、従来より用いられているフッ酸等をそのまま用いることができ、処理液及び保護液並びに洗浄液に特別な薬品を使用せずに済ませることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を表面処理としてエッチング処理に適用した一実施例について、図２ないし図５並びに図１，図６，図７を参照しながら説明する。尚、この実施例では、図６及び図７に示したように、例えばシリコンウエハからなる半導体ウエハ１を用いて圧力センサチップを製造する場合における、凹部２ａ形成後に例えばフッ酸（ＨＦ）からなるエッチング液（処理液）によって、窒化膜からなるマスク３を除去するためのマスクエッチング処理に、本発明を適用したものであり、従って、従来例で述べた部分と共通する点については、同一符号を使用し、新たな図示及び詳しい説明を省略することとする。
【００２３】
図２は、本実施例に係る表面処理装置であるエッチング装置２１の全体構成を概略的に示している。このエッチング装置２１は、内部を処理室（エッチング室）２２としたチャンバ２３、このチャンバ２３の図で右側部に設けられ、微粒子（スティックレスフォグ）供給手段として機能するスティックレスフォグ供給ユニット２４等を備えて構成される。
【００２４】
前記チャンバ２３は、例えば上面が開口した円筒容器状をなし、キャップ２５によりその上面開口部が開閉可能に塞がれ、もって密閉された処理室２２を構成するようになっている。また、このチャンバ２３の下部の図で左側には、前記処理室２２とは区画された機械室２６が設けられ、この機械室２６内に回転駆動機構を構成するモータ２７等が配設されている。そして、後述するように、チャンバ２３（処理室２２）内には、前記機械室２６の上部に位置して半導体ウエハ１を保持する保持手段としてのチャック２８が設けられるようになっている。
【００２５】
また、このチャンバ２３内の底部の前記機械室２６の右側部位には、チャンバ２３の図で右内側壁部から水平方向に左方に延びその左端から更に下方に延びる仕切壁２９が設けられており、その上部側が排気部３０とされ、下部側が排水部３１とされている。チャンバ２３の図で右側壁部には、それら排気部３０及び排水部３１に連通するように、排気口３０ａ及び排水口３１ａが設けられている。前記排気口３０ａは、フォグ回収装置３２に接続され、排水口３１ａは、図示しない排水処理装置に接続されるようになっている。このとき、前記排水部３１には、常に一定以上（仕切壁２９の下端部よりも上方）の水位を保つように純水が溜められるようになっている。
【００２６】
そして、チャンバ２３の図で右内壁部には、前記排気部３０の上部に位置して、フォグ導入口部３３が設けられ、このフォグ導入口部３３にフォグ導入管３４が接続され、そのフォグ導入管３４の先端にノズル部３５が設けられる。このフォグ導入管３４についても後述する。
【００２７】
一方、前記スティックレスフォグ供給ユニット２４は、本実施例では、ミスト発生室３６の上部に、スティックレスフォグ選択室３７を設けて構成されている。前記ミスト発生室３６内には、処理液たるエッチング液３８（この場合窒化膜からなるマスク３をエッチングする薬品例えばフッ酸（ＨＦ））が収容されると共に、その上部にミスト発生器３９が設けられている。このミスト発生器３９は、例えば超音波加湿器と同様の構成を備え、窒素供給源４０から窒素バルブ４１を介して不活性ガスこの場合高純度の窒素ガスを導入しながら、前記エッチング液３８を微粒子化（ミスト化）し、上方に向けて噴霧するようになっている。尚、本実施例では、ミスト発生に使用している窒素供給量は、２０Ｌ／ｍｉｎ で、エッチング液３８のミスト量は、１ｍＬ／ｍｉｎ とされている。
【００２８】
このミスト発生器３９により発生されたミストＭは、前記スティックレスフォグ選択室３７の底壁に形成された連通孔３７ａを通してスティックレスフォグ選択室３７内（図で右側部分）に供給される。
【００２９】
前記ミストＭ中には、様々な粒径のエッチング液３８の微粒子が含まれており、その分布は例えば図３に示すようになる。そして、図１に示したように、大きな粒子Ａ１は、処理面Ｂに衝突すると潰れてその表面に付着するようになるが、粒径が小さな粒子Ａ２は、処理面Ｂに衝突しても、粒子を潰す力以上の表面張力を有するため、煙のように舞ってその表面に付着しないものとなる。
【００３０】
本実施例における各種の条件（エッチング液３８の種類（表面張力）、窒素供給量、ミスト発生器３９の噴射流速、後述するフォグの処理室２２内での平均流速など）に関しては、粒径が３０μｍ以下の小さな微粒子であれば、半導体ウエハ１の処理面（エッチング面）に衝突しても付着しないことが実験的に確認されており、本実施例では、このように粒径が３０μｍ以下の小さな微粒子のみを選択的に取出したものがスティックレスフォグＦとなるのである。
【００３１】
前記スティックレスフォグ選択室３７で生成されたスティックレスフォグＦは、スティックレスフォグ選択室３７と前記チャンバ２３のフォグ導入口部３３とをつなぐフォグ供給管４３を通して、チャンバ２３に供給されるようになるのである。
【００３２】
ここで、前記フォグ導入管３４は、前記フォグ導入口部３３から上方に延びる垂直管部３４ａとその垂直管部３４ａの上端から図で左方に延びる水平管部３４ｂとからなるＬ字状をなし、前記水平管部３４ｂの先端にノズル部３５が設けられている。このノズル部３５は、前記チャック２８（半導体ウエハ１）の上方に位置され、下向きに開口している。これにて、スティックレスフォグ供給ユニット２４からフォグ供給管４３を通してフォグ導入口部３３に導入されたスティックレスフォグＦは、フォグ導入管３４を通してノズル部３５から半導体ウエハ１の上面（処理面）に向けて供給され、以て、スティックレスフォグ供給ユニット２４やフォグ導入管３４等から微粒子供給手段が構成されるのである。
【００３３】
このとき、図示はしないが、前記フォグ導入管３４は、フォグ導入口部３３に対して垂直管部３４ａが垂直軸を中心に回転可能に設けられていると共に、図示しない駆動機構に接続されて回転されるようになっており、水平管部３４ｂが水平方向に所定角度範囲内で往復旋回するようになっている。これにて、半導体ウエハ１に対するノズル部３５の位置つまりスティックレスフォグＦの供給位置が変位されるようになっているのである。
【００３４】
さらに、前記フォグ導入管３４の先端部には、ノズル部３５に並ぶように、半導体ウエハ１の処理面に洗浄液である純水を供給するための洗浄用ノズル４４、及び、乾燥時に処理室２２内に窒素を供給する窒素供給用ノズル４５が設けられている。そのうち洗浄用ノズル４４には、洗浄液供給管４６が接続され、この洗浄液供給管４６は、前記キャップ２５を貫通して外部に延び純水バルブ４７を介して図示しない洗浄液（純水）供給源に接続されている。これにて、洗浄液供給手段が構成される。また、前記窒素供給用ノズル４５には、窒素供給管４８が接続され、この窒素供給管４８が前記キャップ２５を貫通して外部に延び窒素バルブ４９を介して窒素供給源４０に接続されている。
【００３５】
さて、前記チャック２８部分の構成について、図４及び図５も参照して述べる。図４及び図２に示すように、このチャック２８は、回転ロッド５０と、この回転ロッド５０の上端部に固着された円板状のマスクプレート５１と、このマスクプレート５１の上面外周部に上方に延びて設けられたこの場合５本（図５参照）のガイドピン５２とを備えて構成される。前記半導体ウエハ１は、マスク３を有する処理面を上面とし、それらガイドピン５２によってガイドされながら、マスクプレート５１上に載置状（後述するように使用時には実際に載置されることはない）に保持されるようになっている。
【００３６】
前記マスクプレート５１は、その上面側に、リング状に凸となり、前記半導体ウエハ１の非処理面である回路面１ａを下側から受けるためウエハ受け部５１ａを有しており、従ってそのウエハ受け部５１ａの内側領域が円形凹部５１ｂとされている。このとき、図４に示すように、ウエハ受け部５１ａの外径寸法Ｌ２は、半導体ウエハ１の外形寸法Ｌ１よりもやや径小とされている。
【００３７】
また、前記ガイドピン５２は、図５に示すように、マスクプレート５１の外周部に、半導体ウエハ１の外周縁部に対して僅かの隙間をもって囲むことにより水平方向の位置規制を行うもので、半導体ウエハ１のオリフラ部に対応して２本が設けられ、半導体ウエハ１の周縁部に対応して残りの３本がほぼ等間隔に設けられている。そして、前記回転ロッド５０には、上下方向中間部から上方に延びて流体通路５０ａが形成されており、その上端の吐出口５０ｂが前記マスクプレート５１の円形凹部５１ｂの中央部にて開口している。
【００３８】
この回転ロッド５０は、その中間部が回転ジョイント５３に回転自在に支持された状態で、図２に示すように、その下部が前記機械室２６の上壁部を貫通するように設けられ、その下端部が、前記モータ２７の駆動軸にカップリング５４により連結されている。これにて、チャック２８が、処理室２２内のノズル部３５の下方に配設されると共に、前記モータ２７の駆動により垂直軸を中心に回転されるようになっており、もってマスクプレート５１上に保持した半導体ウエハ１を回転させることができるようになっている。
【００３９】
さらに、前記回転ジョイント５３には、その外壁部に接続口５５が設けられると共に、その接続口５５と前記回転ロッド５０の流体通路５０ａとを連通させる連通孔５３ａが形成されている。前記接続口５５には、流体供給管５６が接続され、流体供給管５６は、チャンバ２３の側壁を貫通して外部に導出されている。そして、その流体供給管５６が、チャンバ２３の外部にて二股に分岐し、その一方が純水バルブ５７を介して図示しない保護液（純水）供給源に接続され、他方が窒素バルブ５８を介して窒素供給源４０に接続されている。
【００４０】
これにて、純水バルブ５７が開放されると、前記エッチング液（フッ酸）３８の微粒子が溶けにくい保護液である純水５９が、流体供給管５６から接続口５５及び連通孔５３ａを通って回転ロッド５０の流体通路５０ａに供給され、流体通路５０ａを上昇して吐出口５０ｂからマスクプレート５１の上面に吐出され、マスクプレート５１と半導体ウエハ１の回路面１ａとの間を中心から外周側に向けて流れるようになり、もって液体供給手段が構成されるのである。窒素バルブ５８が開放されると、同様の経路で窒素ガスが供給されるようになる。
【００４１】
尚、上記したミスト発生器３９、モータ２７、フォグ導入管３４を旋回させる駆動機構、窒素バルブ４１，４９，５８、純水バルブ４７，５７等の機構は、図示しない制御装置により制御され、エッチング処理の工程が自動で実行されるようになっている。また、本実施例では、前記洗浄液及び保護液を、同種のものである純水５９としている。
【００４２】
次に、上記構成の作用について述べる。上記構成のエッチング装置２１により、本実施例に係る表面処理方法（エッチング処理方法）が次のようにして実行される。即ち、凹部２ａが形成された半導体ウエハ１のエッチング面の表面のマスク３を除去するエッチング処理を行なうにあたっては、まず、チャンバ２３のキャップ２５を取外した状態で、チャック２８に半導体ウエハ１をセットする工程が実行される。
【００４３】
この工程では、純水バルブ５７が開放されることにより、チャック２８に対して保護液たる純水５９を供給しながら行われ、マスクプレート５１の上面が純水５９により覆われた状態で、図示しない搬送ローダ等によって、半導体ウエハ１が処理面を上面としてマスクプレート５１（純水５９）上に載置される。この場合、５本のガイドピン５２によって、マスクプレート５１に対する半導体ウエハ１の水平方向の位置決めがなされる。
【００４４】
これにて、半導体ウエハ１がチャック２８に保持されるのであるが、このとき、マスクプレート５１上に純水５９が供給されていることにより、半導体ウエハ１の非処理面（回路面１ａ）と純水５９の表面張力、及びベルヌイチャックの効果により、半導体ウエハ１はマスクプレート５１上に純水５９を介して浮上がった状態に保持されるようになり、もって、半導体ウエハ１の非処理面（回路面１ａ）が純水５９によりマスキングされた状態とされるのである。また、このとき、マスクプレート５１のウエハ受け部５１の外径Ｌ２が、半導体ウエハ１の外径Ｌ１よりもやや径小とされているので、純水５９が半導体ウエハ１の上面（処理面）側に回り込むことが防止される。
【００４５】
このように半導体ウエハ１がチャック２８にセットされた後、チャンバ２３にキャップ２５がセットされ、処理室２２内が密閉される。尚、チャック２８に供給されてマスクプレート５１から溢れ出た純水５９は、チャンバ２２内の排水部３１に溜められるようになると共に、適宜排水口３１ａから排水されるようになる。
【００４６】
次いで、スティックレスフォグ供給ユニット２４（ミスト発生器３９）が駆動されると共に、モータ２７が駆動され、また、引続きチャック２８に対して純水５９が連続的に供給されるようになる。これにて、上述のように、ミスト発生器３９により発生したミストＭのうち選択プレート４２を通った粒径の小さい微粒子が窒素ガス中に分散したスティックレスフォグＦが、フォグ供給管４３及びフォグ導入口部３３を介してフォグ導入管３４を通り、ノズル部３５から処理室２２内に連続的に供給される。
【００４７】
また、これと共に、チャック２８が回転され、保持されている半導体ウエハ１も一体的に回転するようになる。この回転に伴い、半導体ウエハ１とマスクプレート５１との間に満たされた純水５９が遠心力によって外周方向に排出されるが、回転に見合った清浄な純水５９が常に供給されることにより、半導体ウエハ１の非処理面のマスキング状態を維持することができる。さらに、このとき、フォグ導入管３４（ノズル部３５）が往復旋回動作を行うようになり、ノズル部３５の位置を変位させながらスティックレスフォグＦが供給されるようになる。
【００４８】
これにより、半導体ウエハ１の処理面がスティックレスフォグＦ雰囲気に曝されてエッチングの工程が実行されるのである。この状態では、スティックレスフォグＦ（エッチング液３８の微粒子）が、半導体ウエハ１の処理面つまりマスク３の表面に接触する（及び微粒子から蒸発したベーパがマスク３の表面に接触する）ようになり、裏面側の非処理面については、純水５９でマスキングされていることにより、エッチング液３８の微粒子が接触することが防止されるのである。これにて、半導体ウエハ１のうちマスク３の表面において選択的に反応が行なわれ、その反応後は、スティックレスフォグＦが反応生成物を伴って速やかにエッチング面から遠ざかることが連続的に繰返えされ、もって、マスク３の表面に対して、ドライに近い環境で、反応種の供給−反応−乖離の循環が良好に行なわれるようになるのである。
【００４９】
またこのとき、十分に小さな粒径の微粒子を用いているので、反応に供されるエッチング液３８の表面積を大幅に拡大することができると共に、効率良く拡散させることができ、常に新しいエッチング液３８の微粒子（反応種）を、マスク３の表面に付着させることなく、広いエッチング面（マスク３表面）に対して均一且つ高濃度で供給することができる。しかも、半導体ウエハ１が回転すると共に、ノズル部３５の位置が変動するので、スティックレスフォグＦが半導体ウエハ１の処理面全体に均等に供給されるようになり、均一なエッチングが行われるようになるのである。
【００５０】
尚、エッチング液３８の微粒子は窒素ガス中に分散されているので、エッチング面の酸化や汚染も防止することができる。さらには、エッチング面での反応後に反応生成物を伴って乖離されたスティックレスフォグＦは、処理室２２下部の排気部３０に流れ込むようになり、排気口３０ａから排出され、フォグ回収装置３２に回収されて処理されるようになる。前記チャック２８から排出された純水５９も一部の液滴状となったエッチング液３８と共に排水部３１に流れ込み、排水口３１ａから排出されて排水処理装置にて処理されるようになる。
【００５１】
そして、エッチング処理（マスク３の除去）が終了すると、スティックレスフォグ供給ユニット２４等の駆動が停止され、次いで、純水バルブ４７が開放されて洗浄用ノズル４４から半導体ウエハ１の処理面に向けて洗浄液たる純水５９が噴射され、もってエッチングが停止される。引続き、半導体ウエハ１の処理面に向けて洗浄用ノズル４４からの純水５９の噴射を継続することにより、半導体ウエハ１や周囲部の洗浄の工程が行なわれる。この際、半導体ウエハ１の非処理面側への純水５９の供給も継続される。
【００５２】
所定時間の洗浄工程が終了すると、今度は、純水バルブ４７，５７が閉じられて窒素バルブ４９，５８が開放され、窒素供給用ノズル４５から処理室２２内に窒素ガスが供給されると共に、チャック２８にも窒素ガスが供給されるようになり、もって半導体ウエハ１の乾燥（水切り）の工程が行なわれる。しかる後、半導体ウエハ１がチャック２８から取外され、エッチングの処理が終了する。尚、洗浄に用いられた純水５９や残存していたスティックレスフォグＦ（エッチング液３８）等も上記と同様に、排気口３０ａや排水口３１ａから排出されるようになる。
【００５３】
このように本実施例によれば、エッチング液３８の微粒子を窒素ガス中に分散させたスティックレスフォグＦを用いてエッチング処理を行うようにしたので、半導体ウエハ１の処理面に対する高品質な処理を行なうことができる。そして、半導体ウエハ１のうち非処理面（回路面１ａ）側を、純水（保護液）５９により覆っていわばマスキングした状態で処理を行う構成としたので、非処理面にスティックレスフォグＦが接触することを防止でき、処理面のみを選択的に処理することができる。このとき、非処理面のマスキングに液体が用いられることになるので、従来のようなワックス６やレジスト１１をマスキングに用いる場合のような塗布や除去の工程において半導体ウエハ１の回路面１ａに傷を付けてしまうといった不具合を、未然に防止することができるものである。
【００５４】
この場合、本実施例では、保護液として、純水５９を採用し、流水状態で処理したので、マスキングしている純水５９中にエッチング液３８が溶けて非処理面に接触することを未然に防止することができるものである。しかも、純水５９を非処理面よりも径小なウエハ受け部５１ａの外周部から流下させることができるので、純水５９が処理面側に回って処理を妨げてしまうことを未然に防止することができる。特に本実施例では、純水５９をウエハ受け部５１ａと半導体ウエハ１の非処理面（回路面１ａ）との間を流しながら処理を行うようにしたので、常に清浄な保護液を非処理面に供給することができ、処理液が保護液に溶ける虞があっても、処理液が非処理面に接触することを防止することができる。
【００５５】
また、特に本実施例では、半導体ウエハ１を回転させると共に、その供給のためのノズル部３５を変位させながら、スティックレスフォグＦを供給するようにしたので、処理面全体に対するエッチング処理をより一層均一に行なうことができる。さらには、保護液及び洗浄液を共に純水５９とし、エッチング液３８に従来より用いられているフッ酸をそのまま採用するようにしたので、使用する液体の種類を少なく済ませると共に、特別な薬品を使用せずに済ませることができるものである。
【００５６】
尚、上記実施例では、粒径３０μｍ以下の微粒子を取出してスティックレスフォグＦとしたが、半導体ウエハの処理面に付着しない粒径としては、実使用上の各種の条件（処理液の種類（表面張力）、窒素供給量、ミスト発生器の噴射流速、微粒子のエッチング室内での平均流速など）によって異なってくる。特に、衝突スピードが小さければ、ある程度大きい粒径の微粒子でも付着することはなく、逆に、十分に小さい粒径の微粒子であれば、衝突スピードが大きくても付着することはないため、速度のファクターが最も支配的となる。上記実施例では一例を示したに過ぎない。
【００５７】
そして、上記実施例では、処理液（エッチング液３８）としてフッ酸を採用したが、処理液（エッチング液）の種類としては様々なものを採用でき、また、保護液や洗浄液についても、各種の水溶液等を採用することができ、そられを必ずしも同種のものとする必要はない。不活性ガスについても、窒素ガスに限定されるものではない。半導体ウエハ１を必ずしも回転させる構成としなくても良く、ノズル部３５についても可動としなくても良い。
【００５８】
その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えばスティックレスフォグ供給ユニット２４の構成や、チャックの構成などについては、所期の機能を呈するものであれば良く、各種の構造が考えられる。さらには、本発明は、圧力センサチップ用の半導体ウエハのマスクエッチングに限らず、他のエッチング処理は勿論、めっき処理などにも適用でき、各種の半導体ウエハの表面処理全般に広く適用することができる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用を説明するための図
【図２】本発明の一実施例を示すもので、エッチング装置の全体構成を示す縦断面図
【図３】ミスト中の微粒子の粒径の分布状態を示す図
【図４】チャック部分の構成を示す縦断面図
【図５】チャックに半導体ウエハを保持した様子を示す上面図
【図６】半導体ウエハ（シリコンウエハ）の平面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）
【図７】シリコンウエハを用いたセンサチップの平面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）
【図８】従来例を示すもので、ディップエッチング装置の構成を示す縦断面図
【図９】スピンエッチング装置の構成を示す縦断面図
【符号の説明】
図面中、１は半導体ウエハ、１ａは回路面（非処理面）、２ａは凹部、３はマスク、２１はエッチング装置（表面処理装置）、２２は処理室、２４はスティックレスフォグ供給ユニット（微粒子供給手段）、２７はモータ（回転駆動機構）、２８はチャック（保持手段）、３４はフォグ導入管、３５はノズル部、３８はエッチング液（処理液）、３９はミスト発生器、４０は窒素供給源、４２は選択プレート、４４は洗浄用ノズル（洗浄液供給手段）、４７は純水バルブ、５０は回転ロッド、５０ａは流体通路、５１はマスクプレート、５１ａはウエハ受け部、５２はガイドピン、５３は回転ジョイント、５６は流体供給管、５７は純水バルブ、５９は純水（保護液，洗浄液）、Ｆはスティックレスフォグ（微粒子）を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの処理面に対して、エッチング処理やメッキ処理などの処理液による表面処理を行う半導体ウエハの表面処理方法及びその装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば半導体圧力センサや加速度センサ等のセンサチップを製造するにあたっては、図６に概略的に示すように、例えばシリコンウエハからなる半導体ウエハ１に数百〜数千のセンサチップ２を形成し、その後、各チップ２を切離すことが行なわれる。この場合、半導体ウエハ１の片面（表面）側には、各センサチップ２に対応して信号処理回路を構成する回路素子や給電用電極等が形成されるようになっており、以てこの面が回路面１ａ（図６（ｂ）参照）とされている。
【０００３】
そして、圧力センサの場合、センサチップ２は、図７に示すような形状をなし、前記回路面１ａとは反対側の面（裏面）に、周囲部を除く部分に凹部２ａを形成することにより回路面１ａ側にダイヤフラムが形成されるようになっている。一般に、前記凹部２ａを形成するためには、半導体ウエハ１の回路面１ａと反対側のエッチング面を、凹部２ａ形成部分を除いて例えば窒化膜からなるマスク３により覆ったうえで、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのエッチング液に浸す浸漬方式のウェットエッチング法が用いられる。さらに、この凹部２ａの形成後、マスク３を除去するために、例えばフッ酸（ＨＦ）等の処理液によるマスクエッチングも行なわれる。
【０００４】
この場合、窒化膜からなるマスク３を除去するためには、図８に示すようなディップエッチング装置４や、図９に示すようなスピンエッチング装置５が用いられる。図８に示すディップエッチング装置４によるエッチングにおいては、半導体ウエハ１は、その回路面１ａ側にワックス６が塗布されてマスキングされた状態でセラミック板等の治具７に保持され、その状態で、処理液（フッ酸）８を収容した処理槽９内に浸されることにより、マスク３が除去されるようになるのである。尚、処理槽９内には、撹拌機１０等が設けられるようになっている。
【０００５】
また、図９に示すスピンエッチング装置５によるエッチングにおいては、半導体ウエハ１は、その回路面１ａ側にレジスト１１が塗布されてマスキングされた状態で、回路面１ａ側にて容器１２内のスピンチャック１３にセットされ、回転されながら上方のノズル１４から処理液８が供給されることにより、マスク３が除去されるようになるのである。
【０００６】
しかしながら、上記したいずれのエッチング方法（装置４，５）においても、半導体ウエハ１の回路面１ａ（非処理面）側に、ワックス６やレジスト１１を塗布してマスキングした上でエッチングを行い、その後、半導体ウエハ１からそれらワックス６やレジスト１１を除去することが必要となるが、それら塗布や除去の工程において半導体ウエハ１の表面（回路面１ａ）に傷を付けてしまいやすい問題点があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体ウエハの非処理面をマスキングした状態で処理面の表面処理を行うことができながらも、そのマスキングに起因する半導体ウエハの傷付き等の不具合を未然に防止することができる半導体ウエハの表面処理方法及びその装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
処理液を用いた半導体ウエハの表面処理にあっては、処理液中の反応種が処理面に均一に高濃度で供給され、且つ、反応後に反応生成物を伴って速やかに処理面から遠ざかること、つまり、供給−反応−乖離の循環が重要と考えられている。本発明者等は、処理液を微粒子化して不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子（いわゆるスティックレスフォグ）を用いることにより、例えばベーパエッチング法等の蒸気を用いる場合の欠点を解消しながらも、気体に近い特性（流動性）を有し、上記した供給−反応−乖離の循環を極めて良好に行なうことができることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【０００９】
ここで、スプレー式のエッチングや塗装等に一般的に使用されるミストやフォグと称される液体の粒子は、様々な粒径の粒子を広い分布で含んでいるものとなるが、そのうち粒径が例えば十数μｍ以下の小さな粒子は、煙のように舞って処理面に付着しないので、無効液として倦厭される。これは、図１に示すように、大きな粒子Ａ１は、処理面Ｂに衝突すると潰れてその表面に付着するようになるが、粒径が数十μｍ以下の小さな粒子Ａ２は、処理面Ｂに衝突しても、粒子を潰す力以上の表面張力を有するため、その表面に付着しないものと考えられる。
【００１０】
この場合、衝突スピードが小さければ、ある程度大きい粒径の微粒子でも付着することはなく、逆に、十分に小さい粒径の微粒子であれば、衝突スピードが大きくても付着することはない。本発明にいう微粒子（スティックレスフォグ）とは、一般的なミストやフォグと異なり、上記したように半導体ウエハの処理面に衝突しても付着しない粒径を有する微粒子のみを選択的に取出したものを言うのである。
【００１１】
このようなスティックレスフォグ雰囲気中に、半導体ウエハの処理面を曝すことにより、処理液の微粒子が処理面に接触する（及び微粒子から蒸発したベーパが処理面に接触する）ようになり、処理面において反応が行なわれ、その処理液が付着することなく、反応後に反応生成物を伴って速やかに処理面から遠ざかることを繰返えさせることが可能となる。これにより、ドライに近い環境で供給−反応−乖離の循環が良好に行なわれるようになる。
【００１２】
このとき、十分に小さな粒径の微粒子を用いているので、処理液の表面積を大幅に拡大することができると共に、効率良く拡散させることができ、常に新しい処理液の微粒子（反応種）を、処理面に対して均一且つ高濃度で供給することができる。そして、処理液の微粒子の濃度（供給量）によって処理量の制御を容易に行なうことが可能となる。また、反応種の濃度は、温度等の条件によらず、発生微粒子の増減によって調整が可能であるので、処理液の薬品の組成による制約（例えば加熱によって組成が崩れる等）を受けにくい特長があり、広範囲に使用することができる。尚、処理液の微粒子は不活性ガス中に分散されているので、処理面の酸化や汚染を防止することができる。
【００１３】
本発明の半導体ウエハの表面処理方法は、半導体ウエハを非処理面にて保持すると共にその非処理面に保護液を供給することにより、非処理面が保護液で覆われた状態とし、その状態で、上記した処理液の微粒子（スティックレスフォグ）を半導体ウエハの処理面に供給することにより、処理面の処理を行うようにしたところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１４】
これによれば、上述のように、処理液の微粒子（スティックレスフォグ）の供給量（濃度）の制御により、処理面に対する表面処理量の管理を高精度で行なうことができ、しかも、液滴の付着により部分的に処理が進行してしまうことを防止でき、広い処理面において、均一且つ良好に処理を行なうことができ、高品質な処理を行なうことができる。そして、半導体ウエハのうち非処理面側は、保護液により覆われていわばマスキングされた状態となるので、非処理面に処理液が接触することを防止でき、非処理面については表面処理が行われない状態で処理面のみを選択的に処理することができる。このとき、非処理面のマスキングに液体が用いられることになるので、ワックスやレジストをマスキングに用いる場合のような塗布や除去の工程において半導体ウエハに傷を付けてしまうといった不具合を、未然に防止することができる。
【００１５】
この場合、前記保護液を処理液の微粒子が溶けにくい液体である純水から構成することが望ましく（請求項２の発明）、これにより、保護液中に処理液が溶けて非処理面に接触することを防止することができる。また、保護液を、半導体ウエハの非処理面を中心側から外周に向けて流しながら供給するようにしても良く（請求項３の発明）、これによれば、常に清浄な保護液を非処理面に供給することができるので、処理液が保護液に溶ける虞があっても、処理液が非処理面に接触することを防止することができる。さらに、処理液の微粒子の供給を、半導体ウエハを回転させながら行なうこともでき（請求項４の発明）、これにより、処理面の全体に均一に処理液の微粒子を供給することが可能となり、処理面に対する処理をより均一に行なうことができる。
【００１６】
本発明の半導体ウエハの表面処理装置は、処理室内にて半導体ウエハを保持する保持手段と、この保持手段に保持された半導体ウエハの非処理面に保護液を供給する液体供給手段と、上述のような処理液の微粒子を、半導体ウエハの処理面に対して供給する微粒子供給手段とを設けたところに特徴を有する（請求項５の発明）。
【００１７】
これによれば、やはり、処理液の微粒子（スティックレスフォグ）の供給によって、広い処理面において均一且つ良好に処理を行なうことができ、高品質な処理を行なうことができる。そして、半導体ウエハのうち非処理面側は、保護液により覆われていわばマスキングされた状態となるので、非処理面に処理液が接触することを防止でき、非処理面については表面処理が行われない状態で処理面のみを選択的に処理することができる。このとき、非処理面のマスキングに液体が用いられることになるので、ワックスやレジストをマスキングに用いる場合のような塗布や除去の工程において半導体ウエハに傷を付けてしまうといった不具合を、未然に防止することができる。
【００１８】
この場合、前記保護液を処理液の微粒子が溶けにくい液体である純水から構成することにより（請求項６の発明）、保護液中に処理液が溶けて非処理面に接触することを防止することができる。
【００１９】
また、前記保持手段を、半導体ウエハよりもやや径小とされ半導体ウエハの非処理面を下側から受けるウエハ受け部を設けて構成すると共に、前記液体供給手段により、そのウエハ受け部と非処理面との間を中心側から外周に向けて保護液が流れるように構成することもできる（請求項７の発明）。これによれば、常に清浄な保護液を非処理面に供給することができるので、処理液が保護液に溶ける虞があっても、処理液が非処理面に接触することを防止することができ、しかも、保護液を非処理面よりも径小なウエハ受け部の外周部から流下させることができるので、保護液が処理面側に回り込んで処理を妨げてしまうことを未然に防止することができる。
【００２０】
さらに、保持手段により保持された半導体ウエハを回転させる回転駆動機構を設けることもでき（請求項８の発明）、これによれば、半導体ウエハを回転させながら、処理液の微粒子の供給を行なうことができ、処理面の全体に均一に処理液の微粒子を供給することが可能となって処理面に対する処理をより均一に行なうことができる。
【００２１】
そして、処理の停止や洗浄のために、半導体ウエハの処理面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を設けることができ、その際、洗浄液と保護液とを同種のものとすることができる（請求項９の発明）。これによれば、液体の種類を少なく済ませることができると共に、使用済みの液体の処理等も容易に行うことができる。このとき、保護液及び洗浄液を、純水とすることができ（請求項１０の発明）、これにより、例えば半導体ウエハの処理面をエッチング処理する場合の処理液として、従来より用いられているフッ酸等をそのまま用いることができ、処理液及び保護液並びに洗浄液に特別な薬品を使用せずに済ませることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を表面処理としてエッチング処理に適用した一実施例について、図２ないし図５並びに図１，図６，図７を参照しながら説明する。尚、この実施例では、図６及び図７に示したように、例えばシリコンウエハからなる半導体ウエハ１を用いて圧力センサチップを製造する場合における、凹部２ａ形成後に例えばフッ酸（ＨＦ）からなるエッチング液（処理液）によって、窒化膜からなるマスク３を除去するためのマスクエッチング処理に、本発明を適用したものであり、従って、従来例で述べた部分と共通する点については、同一符号を使用し、新たな図示及び詳しい説明を省略することとする。
【００２３】
図２は、本実施例に係る表面処理装置であるエッチング装置２１の全体構成を概略的に示している。このエッチング装置２１は、内部を処理室（エッチング室）２２としたチャンバ２３、このチャンバ２３の図で右側部に設けられ、微粒子（スティックレスフォグ）供給手段として機能するスティックレスフォグ供給ユニット２４等を備えて構成される。
【００２４】
前記チャンバ２３は、例えば上面が開口した円筒容器状をなし、キャップ２５によりその上面開口部が開閉可能に塞がれ、もって密閉された処理室２２を構成するようになっている。また、このチャンバ２３の下部の図で左側には、前記処理室２２とは区画された機械室２６が設けられ、この機械室２６内に回転駆動機構を構成するモータ２７等が配設されている。そして、後述するように、チャンバ２３（処理室２２）内には、前記機械室２６の上部に位置して半導体ウエハ１を保持する保持手段としてのチャック２８が設けられるようになっている。
【００２５】
また、このチャンバ２３内の底部の前記機械室２６の右側部位には、チャンバ２３の図で右内側壁部から水平方向に左方に延びその左端から更に下方に延びる仕切壁２９が設けられており、その上部側が排気部３０とされ、下部側が排水部３１とされている。チャンバ２３の図で右側壁部には、それら排気部３０及び排水部３１に連通するように、排気口３０ａ及び排水口３１ａが設けられている。前記排気口３０ａは、フォグ回収装置３２に接続され、排水口３１ａは、図示しない排水処理装置に接続されるようになっている。このとき、前記排水部３１には、常に一定以上（仕切壁２９の下端部よりも上方）の水位を保つように純水が溜められるようになっている。
【００２６】
そして、チャンバ２３の図で右内壁部には、前記排気部３０の上部に位置して、フォグ導入口部３３が設けられ、このフォグ導入口部３３にフォグ導入管３４が接続され、そのフォグ導入管３４の先端にノズル部３５が設けられる。このフォグ導入管３４についても後述する。
【００２７】
一方、前記スティックレスフォグ供給ユニット２４は、本実施例では、ミスト発生室３６の上部に、スティックレスフォグ選択室３７を設けて構成されている。前記ミスト発生室３６内には、処理液たるエッチング液３８（この場合窒化膜からなるマスク３をエッチングする薬品例えばフッ酸（ＨＦ））が収容されると共に、その上部にミスト発生器３９が設けられている。このミスト発生器３９は、例えば超音波加湿器と同様の構成を備え、窒素供給源４０から窒素バルブ４１を介して不活性ガスこの場合高純度の窒素ガスを導入しながら、前記エッチング液３８を微粒子化（ミスト化）し、上方に向けて噴霧するようになっている。尚、本実施例では、ミスト発生に使用している窒素供給量は、２０Ｌ／ｍｉｎ で、エッチング液３８のミスト量は、１ｍＬ／ｍｉｎ とされている。
【００２８】
このミスト発生器３９により発生されたミストＭは、前記スティックレスフォグ選択室３７の底壁に形成された連通孔３７ａを通してスティックレスフォグ選択室３７内（図で右側部分）に供給される。
【００２９】
前記ミストＭ中には、様々な粒径のエッチング液３８の微粒子が含まれており、その分布は例えば図３に示すようになる。そして、図１に示したように、大きな粒子Ａ１は、処理面Ｂに衝突すると潰れてその表面に付着するようになるが、粒径が小さな粒子Ａ２は、処理面Ｂに衝突しても、粒子を潰す力以上の表面張力を有するため、煙のように舞ってその表面に付着しないものとなる。
【００３０】
本実施例における各種の条件（エッチング液３８の種類（表面張力）、窒素供給量、ミスト発生器３９の噴射流速、後述するフォグの処理室２２内での平均流速など）に関しては、粒径が３０μｍ以下の小さな微粒子であれば、半導体ウエハ１の処理面（エッチング面）に衝突しても付着しないことが実験的に確認されており、本実施例では、このように粒径が３０μｍ以下の小さな微粒子のみを選択的に取出したものがスティックレスフォグＦとなるのである。
【００３１】
前記スティックレスフォグ選択室３７で生成されたスティックレスフォグＦは、スティックレスフォグ選択室３７と前記チャンバ２３のフォグ導入口部３３とをつなぐフォグ供給管４３を通して、チャンバ２３に供給されるようになるのである。
【００３２】
ここで、前記フォグ導入管３４は、前記フォグ導入口部３３から上方に延びる垂直管部３４ａとその垂直管部３４ａの上端から図で左方に延びる水平管部３４ｂとからなるＬ字状をなし、前記水平管部３４ｂの先端にノズル部３５が設けられている。このノズル部３５は、前記チャック２８（半導体ウエハ１）の上方に位置され、下向きに開口している。これにて、スティックレスフォグ供給ユニット２４からフォグ供給管４３を通してフォグ導入口部３３に導入されたスティックレスフォグＦは、フォグ導入管３４を通してノズル部３５から半導体ウエハ１の上面（処理面）に向けて供給され、以て、スティックレスフォグ供給ユニット２４やフォグ導入管３４等から微粒子供給手段が構成されるのである。
【００３３】
このとき、図示はしないが、前記フォグ導入管３４は、フォグ導入口部３３に対して垂直管部３４ａが垂直軸を中心に回転可能に設けられていると共に、図示しない駆動機構に接続されて回転されるようになっており、水平管部３４ｂが水平方向に所定角度範囲内で往復旋回するようになっている。これにて、半導体ウエハ１に対するノズル部３５の位置つまりスティックレスフォグＦの供給位置が変位されるようになっているのである。
【００３４】
さらに、前記フォグ導入管３４の先端部には、ノズル部３５に並ぶように、半導体ウエハ１の処理面に洗浄液である純水を供給するための洗浄用ノズル４４、及び、乾燥時に処理室２２内に窒素を供給する窒素供給用ノズル４５が設けられている。そのうち洗浄用ノズル４４には、洗浄液供給管４６が接続され、この洗浄液供給管４６は、前記キャップ２５を貫通して外部に延び純水バルブ４７を介して図示しない洗浄液（純水）供給源に接続されている。これにて、洗浄液供給手段が構成される。また、前記窒素供給用ノズル４５には、窒素供給管４８が接続され、この窒素供給管４８が前記キャップ２５を貫通して外部に延び窒素バルブ４９を介して窒素供給源４０に接続されている。
【００３５】
さて、前記チャック２８部分の構成について、図４及び図５も参照して述べる。図４及び図２に示すように、このチャック２８は、回転ロッド５０と、この回転ロッド５０の上端部に固着された円板状のマスクプレート５１と、このマスクプレート５１の上面外周部に上方に延びて設けられたこの場合５本（図５参照）のガイドピン５２とを備えて構成される。前記半導体ウエハ１は、マスク３を有する処理面を上面とし、それらガイドピン５２によってガイドされながら、マスクプレート５１上に載置状（後述するように使用時には実際に載置されることはない）に保持されるようになっている。
【００３６】
前記マスクプレート５１は、その上面側に、リング状に凸となり、前記半導体ウエハ１の非処理面である回路面１ａを下側から受けるためウエハ受け部５１ａを有しており、従ってそのウエハ受け部５１ａの内側領域が円形凹部５１ｂとされている。このとき、図４に示すように、ウエハ受け部５１ａの外径寸法Ｌ２は、半導体ウエハ１の外形寸法Ｌ１よりもやや径小とされている。
【００３７】
また、前記ガイドピン５２は、図５に示すように、マスクプレート５１の外周部に、半導体ウエハ１の外周縁部に対して僅かの隙間をもって囲むことにより水平方向の位置規制を行うもので、半導体ウエハ１のオリフラ部に対応して２本が設けられ、半導体ウエハ１の周縁部に対応して残りの３本がほぼ等間隔に設けられている。そして、前記回転ロッド５０には、上下方向中間部から上方に延びて流体通路５０ａが形成されており、その上端の吐出口５０ｂが前記マスクプレート５１の円形凹部５１ｂの中央部にて開口している。
【００３８】
この回転ロッド５０は、その中間部が回転ジョイント５３に回転自在に支持された状態で、図２に示すように、その下部が前記機械室２６の上壁部を貫通するように設けられ、その下端部が、前記モータ２７の駆動軸にカップリング５４により連結されている。これにて、チャック２８が、処理室２２内のノズル部３５の下方に配設されると共に、前記モータ２７の駆動により垂直軸を中心に回転されるようになっており、もってマスクプレート５１上に保持した半導体ウエハ１を回転させることができるようになっている。
【００３９】
さらに、前記回転ジョイント５３には、その外壁部に接続口５５が設けられると共に、その接続口５５と前記回転ロッド５０の流体通路５０ａとを連通させる連通孔５３ａが形成されている。前記接続口５５には、流体供給管５６が接続され、流体供給管５６は、チャンバ２３の側壁を貫通して外部に導出されている。そして、その流体供給管５６が、チャンバ２３の外部にて二股に分岐し、その一方が純水バルブ５７を介して図示しない保護液（純水）供給源に接続され、他方が窒素バルブ５８を介して窒素供給源４０に接続されている。
【００４０】
これにて、純水バルブ５７が開放されると、前記エッチング液（フッ酸）３８の微粒子が溶けにくい保護液である純水５９が、流体供給管５６から接続口５５及び連通孔５３ａを通って回転ロッド５０の流体通路５０ａに供給され、流体通路５０ａを上昇して吐出口５０ｂからマスクプレート５１の上面に吐出され、マスクプレート５１と半導体ウエハ１の回路面１ａとの間を中心から外周側に向けて流れるようになり、もって液体供給手段が構成されるのである。窒素バルブ５８が開放されると、同様の経路で窒素ガスが供給されるようになる。
【００４１】
尚、上記したミスト発生器３９、モータ２７、フォグ導入管３４を旋回させる駆動機構、窒素バルブ４１，４９，５８、純水バルブ４７，５７等の機構は、図示しない制御装置により制御され、エッチング処理の工程が自動で実行されるようになっている。また、本実施例では、前記洗浄液及び保護液を、同種のものである純水５９としている。
【００４２】
次に、上記構成の作用について述べる。上記構成のエッチング装置２１により、本実施例に係る表面処理方法（エッチング処理方法）が次のようにして実行される。即ち、凹部２ａが形成された半導体ウエハ１のエッチング面の表面のマスク３を除去するエッチング処理を行なうにあたっては、まず、チャンバ２３のキャップ２５を取外した状態で、チャック２８に半導体ウエハ１をセットする工程が実行される。
【００４３】
この工程では、純水バルブ５７が開放されることにより、チャック２８に対して保護液たる純水５９を供給しながら行われ、マスクプレート５１の上面が純水５９により覆われた状態で、図示しない搬送ローダ等によって、半導体ウエハ１が処理面を上面としてマスクプレート５１（純水５９）上に載置される。この場合、５本のガイドピン５２によって、マスクプレート５１に対する半導体ウエハ１の水平方向の位置決めがなされる。
【００４４】
これにて、半導体ウエハ１がチャック２８に保持されるのであるが、このとき、マスクプレート５１上に純水５９が供給されていることにより、半導体ウエハ１の非処理面（回路面１ａ）と純水５９の表面張力、及びベルヌイチャックの効果により、半導体ウエハ１はマスクプレート５１上に純水５９を介して浮上がった状態に保持されるようになり、もって、半導体ウエハ１の非処理面（回路面１ａ）が純水５９によりマスキングされた状態とされるのである。また、このとき、マスクプレート５１のウエハ受け部５１の外径Ｌ２が、半導体ウエハ１の外径Ｌ１よりもやや径小とされているので、純水５９が半導体ウエハ１の上面（処理面）側に回り込むことが防止される。
【００４５】
このように半導体ウエハ１がチャック２８にセットされた後、チャンバ２３にキャップ２５がセットされ、処理室２２内が密閉される。尚、チャック２８に供給されてマスクプレート５１から溢れ出た純水５９は、チャンバ２２内の排水部３１に溜められるようになると共に、適宜排水口３１ａから排水されるようになる。
【００４６】
次いで、スティックレスフォグ供給ユニット２４（ミスト発生器３９）が駆動されると共に、モータ２７が駆動され、また、引続きチャック２８に対して純水５９が連続的に供給されるようになる。これにて、上述のように、ミスト発生器３９により発生したミストＭのうち選択プレート４２を通った粒径の小さい微粒子が窒素ガス中に分散したスティックレスフォグＦが、フォグ供給管４３及びフォグ導入口部３３を介してフォグ導入管３４を通り、ノズル部３５から処理室２２内に連続的に供給される。
【００４７】
また、これと共に、チャック２８が回転され、保持されている半導体ウエハ１も一体的に回転するようになる。この回転に伴い、半導体ウエハ１とマスクプレート５１との間に満たされた純水５９が遠心力によって外周方向に排出されるが、回転に見合った清浄な純水５９が常に供給されることにより、半導体ウエハ１の非処理面のマスキング状態を維持することができる。さらに、このとき、フォグ導入管３４（ノズル部３５）が往復旋回動作を行うようになり、ノズル部３５の位置を変位させながらスティックレスフォグＦが供給されるようになる。
【００４８】
これにより、半導体ウエハ１の処理面がスティックレスフォグＦ雰囲気に曝されてエッチングの工程が実行されるのである。この状態では、スティックレスフォグＦ（エッチング液３８の微粒子）が、半導体ウエハ１の処理面つまりマスク３の表面に接触する（及び微粒子から蒸発したベーパがマスク３の表面に接触する）ようになり、裏面側の非処理面については、純水５９でマスキングされていることにより、エッチング液３８の微粒子が接触することが防止されるのである。これにて、半導体ウエハ１のうちマスク３の表面において選択的に反応が行なわれ、その反応後は、スティックレスフォグＦが反応生成物を伴って速やかにエッチング面から遠ざかることが連続的に繰返えされ、もって、マスク３の表面に対して、ドライに近い環境で、反応種の供給−反応−乖離の循環が良好に行なわれるようになるのである。
【００４９】
またこのとき、十分に小さな粒径の微粒子を用いているので、反応に供されるエッチング液３８の表面積を大幅に拡大することができると共に、効率良く拡散させることができ、常に新しいエッチング液３８の微粒子（反応種）を、マスク３の表面に付着させることなく、広いエッチング面（マスク３表面）に対して均一且つ高濃度で供給することができる。しかも、半導体ウエハ１が回転すると共に、ノズル部３５の位置が変動するので、スティックレスフォグＦが半導体ウエハ１の処理面全体に均等に供給されるようになり、均一なエッチングが行われるようになるのである。
【００５０】
尚、エッチング液３８の微粒子は窒素ガス中に分散されているので、エッチング面の酸化や汚染も防止することができる。さらには、エッチング面での反応後に反応生成物を伴って乖離されたスティックレスフォグＦは、処理室２２下部の排気部３０に流れ込むようになり、排気口３０ａから排出され、フォグ回収装置３２に回収されて処理されるようになる。前記チャック２８から排出された純水５９も一部の液滴状となったエッチング液３８と共に排水部３１に流れ込み、排水口３１ａから排出されて排水処理装置にて処理されるようになる。
【００５１】
そして、エッチング処理（マスク３の除去）が終了すると、スティックレスフォグ供給ユニット２４等の駆動が停止され、次いで、純水バルブ４７が開放されて洗浄用ノズル４４から半導体ウエハ１の処理面に向けて洗浄液たる純水５９が噴射され、もってエッチングが停止される。引続き、半導体ウエハ１の処理面に向けて洗浄用ノズル４４からの純水５９の噴射を継続することにより、半導体ウエハ１や周囲部の洗浄の工程が行なわれる。この際、半導体ウエハ１の非処理面側への純水５９の供給も継続される。
【００５２】
所定時間の洗浄工程が終了すると、今度は、純水バルブ４７，５７が閉じられて窒素バルブ４９，５８が開放され、窒素供給用ノズル４５から処理室２２内に窒素ガスが供給されると共に、チャック２８にも窒素ガスが供給されるようになり、もって半導体ウエハ１の乾燥（水切り）の工程が行なわれる。しかる後、半導体ウエハ１がチャック２８から取外され、エッチングの処理が終了する。尚、洗浄に用いられた純水５９や残存していたスティックレスフォグＦ（エッチング液３８）等も上記と同様に、排気口３０ａや排水口３１ａから排出されるようになる。
【００５３】
このように本実施例によれば、エッチング液３８の微粒子を窒素ガス中に分散させたスティックレスフォグＦを用いてエッチング処理を行うようにしたので、半導体ウエハ１の処理面に対する高品質な処理を行なうことができる。そして、半導体ウエハ１のうち非処理面（回路面１ａ）側を、純水（保護液）５９により覆っていわばマスキングした状態で処理を行う構成としたので、非処理面にスティックレスフォグＦが接触することを防止でき、処理面のみを選択的に処理することができる。このとき、非処理面のマスキングに液体が用いられることになるので、従来のようなワックス６やレジスト１１をマスキングに用いる場合のような塗布や除去の工程において半導体ウエハ１の回路面１ａに傷を付けてしまうといった不具合を、未然に防止することができるものである。
【００５４】
この場合、本実施例では、保護液として、純水５９を採用し、流水状態で処理したので、マスキングしている純水５９中にエッチング液３８が溶けて非処理面に接触することを未然に防止することができるものである。しかも、純水５９を非処理面よりも径小なウエハ受け部５１ａの外周部から流下させることができるので、純水５９が処理面側に回って処理を妨げてしまうことを未然に防止することができる。特に本実施例では、純水５９をウエハ受け部５１ａと半導体ウエハ１の非処理面（回路面１ａ）との間を流しながら処理を行うようにしたので、常に清浄な保護液を非処理面に供給することができ、処理液が保護液に溶ける虞があっても、処理液が非処理面に接触することを防止することができる。
【００５５】
また、特に本実施例では、半導体ウエハ１を回転させると共に、その供給のためのノズル部３５を変位させながら、スティックレスフォグＦを供給するようにしたので、処理面全体に対するエッチング処理をより一層均一に行なうことができる。さらには、保護液及び洗浄液を共に純水５９とし、エッチング液３８に従来より用いられているフッ酸をそのまま採用するようにしたので、使用する液体の種類を少なく済ませると共に、特別な薬品を使用せずに済ませることができるものである。
【００５６】
尚、上記実施例では、粒径３０μｍ以下の微粒子を取出してスティックレスフォグＦとしたが、半導体ウエハの処理面に付着しない粒径としては、実使用上の各種の条件（処理液の種類（表面張力）、窒素供給量、ミスト発生器の噴射流速、微粒子のエッチング室内での平均流速など）によって異なってくる。特に、衝突スピードが小さければ、ある程度大きい粒径の微粒子でも付着することはなく、逆に、十分に小さい粒径の微粒子であれば、衝突スピードが大きくても付着することはないため、速度のファクターが最も支配的となる。上記実施例では一例を示したに過ぎない。
【００５７】
そして、上記実施例では、処理液（エッチング液３８）としてフッ酸を採用したが、処理液（エッチング液）の種類としては様々なものを採用でき、また、保護液や洗浄液についても、各種の水溶液等を採用することができ、そられを必ずしも同種のものとする必要はない。不活性ガスについても、窒素ガスに限定されるものではない。半導体ウエハ１を必ずしも回転させる構成としなくても良く、ノズル部３５についても可動としなくても良い。
【００５８】
その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えばスティックレスフォグ供給ユニット２４の構成や、チャックの構成などについては、所期の機能を呈するものであれば良く、各種の構造が考えられる。さらには、本発明は、圧力センサチップ用の半導体ウエハのマスクエッチングに限らず、他のエッチング処理は勿論、めっき処理などにも適用でき、各種の半導体ウエハの表面処理全般に広く適用することができる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用を説明するための図
【図２】本発明の一実施例を示すもので、エッチング装置の全体構成を示す縦断面図
【図３】ミスト中の微粒子の粒径の分布状態を示す図
【図４】チャック部分の構成を示す縦断面図
【図５】チャックに半導体ウエハを保持した様子を示す上面図
【図６】半導体ウエハ（シリコンウエハ）の平面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）
【図７】シリコンウエハを用いたセンサチップの平面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）
【図８】従来例を示すもので、ディップエッチング装置の構成を示す縦断面図
【図９】スピンエッチング装置の構成を示す縦断面図
【符号の説明】
図面中、１は半導体ウエハ、１ａは回路面（非処理面）、２ａは凹部、３はマスク、２１はエッチング装置（表面処理装置）、２２は処理室、２４はスティックレスフォグ供給ユニット（微粒子供給手段）、２７はモータ（回転駆動機構）、２８はチャック（保持手段）、３４はフォグ導入管、３５はノズル部、３８はエッチング液（処理液）、３９はミスト発生器、４０は窒素供給源、４２は選択プレート、４４は洗浄用ノズル（洗浄液供給手段）、４７は純水バルブ、５０は回転ロッド、５０ａは流体通路、５１はマスクプレート、５１ａはウエハ受け部、５２はガイドピン、５３は回転ジョイント、５６は流体供給管、５７は純水バルブ、５９は純水（保護液，洗浄液）、Ｆはスティックレスフォグ（微粒子）を示す。
Claims (10)
- 半導体ウエハの処理面に対して、処理液による表面処理を行う方法であって、
処理室内において、前記半導体ウエハを前記処理面とは反対側の非処理面にて保持手段により保持すると共に、前記非処理面に保護液を供給し、
前記非処理面が前記保護液で覆われた状態で、前記処理液を微粒子化し前記処理面に衝突しても付着しない粒径を有するものを選択的に取出して不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子を、前記半導体ウエハの処理面に供給することにより、前記処理面の処理を行うことを特徴とする半導体ウエハの表面処理方法。 - 前記保護液は、純水からなることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの表面処理方法。
- 前記保護液は、前記半導体ウエハの非処理面を中心側から外周に向けて流されながら供給されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウエハの表面処理方法。
- 前記処理液の微粒子の供給は、前記半導体ウエハを回転させながら行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体ウエハの表面処理方法。
- 半導体ウエハの処理面に対して、処理液による表面処理を行う装置であって、
処理室と、
この処理室内にて前記半導体ウエハを保持する保持手段と、
この保持手段に保持された半導体ウエハの前記処理面とは反対側の非処理面に保護液を供給する液体供給手段と、
前記処理液を微粒子化し前記処理面に衝突しても付着しない粒径を有するものを選択的に取出して不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子を、前記半導体ウエハの処理面に対して供給する微粒子供給手段とを備えることを特徴とする半導体ウエハの表面処理装置。 - 前記保護液は、純水からなることを特徴とする請求項５記載の半導体ウエハの表面処理装置。
- 前記保持手段は、前記半導体ウエハよりもやや径小とされ該半導体ウエハの非処理面を下側から受けるウエハ受け部を有すると共に、前記液体供給手段により、前記ウエハ受け部と非処理面との間を中心側から外周に向けて前記保護液が流れるように構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の半導体ウエハの表面処理装置。
- 前記保持手段により保持された前記半導体ウエハを回転させる回転駆動機構を備えることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の半導体ウエハの表面処理装置。
- 前記半導体ウエハの処理面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を備えると共に、前記洗浄液は前記保護液と同種のものであることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の半導体ウエハの表面処理装置。
- 前記保護液及び洗浄液は純水であることを特徴とする請求項９記載の半導体ウエハの表面処理装置。
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