JP4232336B2

JP4232336B2 - 半導体ウエハの表面処理方法

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Publication number: JP4232336B2
Application number: JP2000355792A
Authority: JP
Inventors: 敦資坂井田; 敏尚谷口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2002158208A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの被処理面に対して、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等のセンサチップを製造するにあたっては、図９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１０（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１０に示すような形状をなし、前記回路面１ａとは反対側の面に、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、そのエッチング面を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。尚、このような凹部２ａの形成後、マスク３を除去するためのマスクエッチングも同様な方法で行なわれる。
【０００４】
ところで、上記センサチップ２を形成する場合、半導体ウエハ１（センサチップ２）にエッチングにより形成されるダイヤフラムの厚みＴを、目標厚みとなるよう精度良く加工することが、センサとしての性能面で重要となる。ところが、従来のウェットエッチング法では、その厚み管理の方法として、時間管理方式や電気化学ストップエッチングが採用されていたが、いずれも、機械加工のように十分に高いダイヤフラムの厚みの精度（凹部２ａのエッチングの深さの精度）を得ることは困難であった。
【０００５】
そこで、図７及び図８に示すように、貼合せによるＳＯＩウエハからなる半導体ウエハ４を用いてセンサチップ５を形成することも行なわれている。この半導体ウエハ４は、ベース層４ａ上に酸化膜層４ｂを介して回路形成層４ｃが設けられ、その回路形成層４ｃを切削加工等により機械的に所望の厚みに形成することができる。この場合、図８に示すように、上記と同様のウェットエッチング法により、凹部５ａ（ダイヤフラム）を形成することができ、その際、酸化膜層４ｂにてエッチングが停止されることにより、所望のダイヤフラムの厚みが高精度で得られる。
【０００６】
しかしながら、上記のようなＳＯＩウエハからなる半導体ウエハ４を用いた場合でも、次のような不具合があった。即ち、上記した凹部５ａを形成するためのエッチング工程の後、図１１に示すようなエッチング装置６により、前記マスク３を除去するためのエッチング（浸漬式のウェットエッチング）が行なわれる。ここでは、半導体ウエハ４は、その回路形成層４ｃ側がマスキング材７により覆われた状態で治具８に保持され、その状態で、例えばフッ酸（ＨＦ）からなるエッチング液９を収容した処理槽１０内に浸され、マスク３がエッチングにより除去されるようになるのである。また、このとき、処理槽１０内には、撹拌機１１や図示しないヒータ等が設けられ、エッチング液９が適切な濃度及び温度に保たれるようになっている。
【０００７】
ところが、この構成では、選択的にマスク３を除去するエッチング液９を使用するようになっているものの、長時間のエッチングがなされることにより半導体ウエハ４の酸化膜層４ｂも一部除去されてしまい、ダイヤフラムの所定の厚みが得られず、センサとしての特性が低下してしまう虞がある。この場合、上記したシリコンウエハからなる半導体ウエハ１では、そのような心配はないので、十分なエッチング時間（オーバーエッチング）をかければ良かったが、ＳＯＩウエハ４を用いた場合には、高精度でのエッチング量の管理及びウエハ４間での分布精度が必要となってしまう。求められる精度（ばらつき）は、数１０ｎｍオーダーであり、従来のウェットエッチング法では事実上困難であった。
【０００８】
これに対し、エッチング量を高精度に管理することが可能な装置として、ドライエッチング法を行なう反応性イオンエッチング装置や、図１２に示すベーパエッチング装置１２を用いることが考えられる。このベーパエッチング装置１２は、上面が閉塞された処理槽１３内の上部に、エッチング液９が収容される容器１４やそれを加熱するヒータ１５からなるべーパ発生装置１６が設けられると共に、その下部にて、半導体ウエハ４がチャック１７により支持されるようになっている。これにて、ベーパ発生装置１６により発生されるエッチング液９のベーパ（蒸気）９ａによって半導体ウエハ４のマスク３が除去されるようになっている。また、半導体ウエハ４はチャック１７により回転されるようになっている。
【０００９】
しかしながら、前者の反応性イオンエッチング装置を用いたドライエッチング法では、装置自体が高価であると共に、マスク３のオーバーエッチングにより、半導体ウエハ４のベース層４ａのシリコン面が荒れて所望のセンサ特性が得られない不具合があった。また、ベーパエッチング装置１２を用いたベーパエッチング法では、半導体ウエハ４の表面でベーパ９ａが結露（凝縮）して液溜まりが形成され、部分的にエッチングが進行してしまうことがあり、やはり望ましい品質が得られない欠点があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、表面処理量の管理を高精度で行なうことができ、しかも高品質な表面処理を行なうことができる半導体ウエハの表面処理方法を提供するにある。
【００１１】
【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被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被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。
【００１２】
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、煙のように舞って被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、被処理面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、被処理面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。
【００１３】
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被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。
【００１４】
このようなスティックレスフォグ雰囲気中に、半導体ウエハの被処理面を曝すことにより、処理液の微粒子が被処理面に接触する（及び微粒子から蒸発したベーパが被処理面に接触する）ことにより、被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被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。
【００１５】
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、被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、被処理面の酸化や汚染を防止することができる。
【００１６】
本発明の請求項１の半導体ウエハの表面処理方法は、半導体ウエハの被処理面に凹凸を形成し、そのうち凹部部分に処理液が不溶な被覆液を保持させた状態で、上記した処理液の微粒子（スティックレスフォグ）を被処理面に供給することにより、被処理面のうち凸部を選択的に処理するようにしたところに特徴を有する。
【００１７】
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、被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、広い被処理面において、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。このとき、被処理面のうち凹部部分に被覆液を保持させておくことにより、凹部部分に処理液が接触することを防止でき、凹部については表面処理が行われない状態で、凸部のみを選択的に処理することができる。
【００１８】
この場合、被処理面の凹部に被覆液を保持させるために、半導体ウエハの被処理面全体に被覆液を塗布した後、スピン乾燥により凸部の被覆液を除去する方法を採用することができ（請求項２の発明）、これにより、簡単且つ効果的に、凹部部分にのみ被覆液を保持させることができる。
【００１９】
本発明の請求項３の半導体ウエハの表面処理方法は、半導体ウエハの被処理面に親水性部と撥水性部とを形成し、そのうち親水性部に処理液が不溶な被覆液を塗布させた状態で、上記した処理液の微粒子（スティックレスフォグ）を被処理面に供給することにより、被処理面のうち撥水性部を選択的に処理するようにしたところに特徴を有する。
【００２０】
これによれば、やはり処理液の微粒子の供給量（濃度）の制御により、被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、広い被処理面において、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。このとき、被処理面のうち表面処理したい部分を撥水性部とすると共に、表面処理させたくない部分を親水性部とし、その親水性部に被覆液を塗布させておくことにより、親水性部に処理液が接触することを防止でき、親水性部については表面処理が行われない状態で、撥水性部のみを選択的に処理することができる。
【００２１】
このとき、半導体ウエハの被処理面の親水性部に被覆液を塗布するために、被覆液中に該半導体ウエハを浸漬する方法を採用することができ（請求項４の発明）、これにより、簡単且つ効果的に、親水性部にのみ被覆液を塗布させることができる。
【００２２】
さらには、上記した処理液が不溶な被覆液を、純水から構成することができる（請求項５の発明）。これによれば、例えば半導体ウエハの被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、処理液及び被覆液に特別な薬品等を使用せずに済ませることができる。
【００２３】
【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第１の実施例（請求項１，２，５に対応）について、図２ないし図５並びに図１，図７，図８を参照しながら説明する。尚、この実施例では、図７及び図８に示したように、ＳＯＩウエハからなる半導体ウエハ４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５ａ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。
【００２４】
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。ここで、このエッチング装置２１は、大きく分けて、上面が開口した円筒状をなし内部をエッチング室２２としたチャンバ２３、このチャンバ２３の上面開口部を塞ぐように設けられるキャップ部２４、前記チャンバ２３の下部（外底部）に設けられる排水槽２５、前記チャンバ２３の図で右側部に設けられるスティックレスフォグ供給手段たるスティックレスフォグ発生ユニット２６等を備えて構成される。
【００２５】
そのうち前記キャップ部２４は、円形蓋状をなし、前記チャンバ２３の上面開口部にシール２７を介して載置状に嵌合することによって、該開口部を着脱可能に塞ぎ、もって密閉されたエッチング室２２を構成するようになっている。そして、このキャップ部２４の下面側には、前記半導体ウエハ４を保持するための保持手段としてのチャック部２８が設けられている。このチャック部２８は、半導体ウエハ４を、その被処理面たるエッチング面（ベース層４ａの外面側のマスク３が設けられている面）以外の部分をマスキングした状態で、そのエッチング面を下向きにしてエッチング室２２内の上部に保持するようになっている。
【００２６】
前記チャンバ２３の上端部の内周縁部分には、エッチング室２２内の後述するスティックレスフォグＦを回収するためのノズル部２９がリング状に設けられ、そのノズル部２９は、チャンバ２３の周壁部上部にリング状に形成されたフォグ回収溝３０に連通している。前記ノズル部２９は、前記チャック部２８に保持された半導体ウエハ４の外周部に、それよりも高い位置に位置するように設けられている。また、チャンバ２３の周壁部には、前記フォグ回収溝３０に連続して下方に延び、該チャンバ２３の底面（前記排水槽２５の上部）で開口する排気管３１が、例えば周方向に均等な４か所に位置して（図では左側の１個のみ図示）形成されている。
【００２７】
前記チャンバ２３の底壁部の中心部分には、前記エッチング室２２の内底面に連通して下方に延びる排出管部３２が一体に形成されている。そして、チャンバ２３の底壁部には、前記排出管部３２の上部部分に連通するように、図で右方に延びてチャンバ２３の右側面にて開口するフォグ導入路３３が形成されている。また、前記排出管部３２の下部は、チャンバ２３の底壁部から下方に突出し、その下端の排液口３２ａは、斜めに切断された如き状態で、前記排水槽２５内に位置している。尚、このとき、前記エッチング室２２の内底面は、内周へいくほど低くなる緩やかなテーパ面状に構成されている。
【００２８】
前記排水槽２５は、上面が開放した円形容器状をなし、その上端と前記チャンバ２３の外底面とが重なるようにして、Ｏリング等のシール３４を介してそれらの間が密閉されるように設けられている。また、この排水槽２５の図で左壁部には、排水排気口２５ａが設けられている。このとき、排水槽２５内には、図示しない給水口から例えば純水からなる洗浄水３５が供給されるようになっており、その洗浄水３５が排水排気口２５ａからオーバーフローされることにより、内部の水位が一定に保たれるようになっている。前記排出管部３２の排液口３２ａは、洗浄水３５中（水面よりも下）に位置されて水封された状態となっている。尚、前記排水排気口２５ａは、外部に設けられた図示しない排水処理装置及びガス処理装置に接続されている。
【００２９】
前記スティックレスフォグ発生ユニット２６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。
【００３０】
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。そして、このスティックレスフォグ選択室３７内には、室内を左右に仕切るように選択プレート４１が設けられている。この選択プレート４１は、例えば慣性集塵用の多孔板と同等の構成を備え、スティックレスフォグ選択室３７の右室内に供給されたミストＭのうちの粒径の大きな微粒子（この場合３０μｍを越えるもの）を捕集し、それ以下の粒径の微粒子であるスティックレスフォグＦを左室に選択的に通過させるようになっている。
【００３１】
ここで、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、被処理面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、被処理面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。
【００３２】
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、後述するフォグのエッチング室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４の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。
【００３３】
従って、前記選択プレート４１が、ミストＭのうち半導体ウエハ４のエッチング面に付着しない粒径のものを選択的に取出す選択手段として機能するのである。この選択プレート４１を通過し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の左室と、前記チャンバ２３のフォグ導入路３３とをつなぐフォグ供給管４２を通して、エッチング室２２内に供給されるようになるのである。また、選択プレート４１の捕集された比較的大きな微粒子は凝集回収され、前記連通孔３７ａを通してミスト発生室３６内のエッチング液３８に戻されるようになっている。
【００３４】
一方、前記エッチング室２２内には、上部寄り部位に位置して上部拡散板４３が設けられていると共に、下部側部位に位置して下部拡散板４４が設けられている。これら拡散板４３及び４４は、共に前記選択プレート４１に類似した例えばルーバー状の多孔板からなり、エッチング室２２内を上下に仕切るようにして設けられ、前記半導体ウエハ４のエッチング面に向けて、スティックレスフォグＦを均一に拡散すると共に、その流速を均一化する機能を有する。また、凝集して粒径が大きくなったフォグＦを捕集して半導体ウエハ４に到達しないようにする機能も有する。
【００３５】
さらに、エッチング室２２内には、両拡散板４３，４４間に位置して、撹拌機４５が設けられている。この撹拌機４５は、エアモータ４５ａにより撹拌翼４５ｂを回転させるように構成され、これにより、スティックレスフォグＦが効果的に撹拌されるようになると共に、その流速（半導体ウエハ４に衝突する速度）が調整されるようになっている。これにて、両拡散板４３，４４並びに撹拌機４５から撹拌手段が構成され、本実施例においては、スティックレスフォグＦの平均流速が、５００mm／ｓ程度とされるようになっているのである。
【００３６】
尚、フォグＦが凝集して前記撹拌翼４５ｂに付着した粒子は、遠心力によってエッチング室２２の内壁に飛ばされて半導体ウエハ４に到達しないようになっている。また、エッチング室２２内で液滴化したエッチング液３８は、例えばエッチング室２２の内壁を伝って流れ落ち、排出管部３２を通して排水槽２５内の洗浄水３５中に溶け込むようになる。
【００３７】
さらには、エッチング室２２の内壁部には、前記半導体ウエハ４のエッチング面に対して純水を噴射して洗浄を行なう純水洗浄用ノズル４６が、例えば周方向に均等な４か所（２個のみ図示）に位置して設けられている。この純水洗浄用ノズル４６は、図示しない純水供給装置に接続され、もって洗浄機構が構成されている。尚、図示はしないが、エッチング室２２（チャンバ２３）には、前記半導体ウエハ４及びキャップ部２４の水切りを行なうための窒素ブロー装置、前記フォグ回収溝３０内にスティックレスフォグＦがオーバーフローしたことを検知する光センサ等も設けられている。
【００３８】
さて、本実施例においては、上記したエッチング装置２１を用いて半導体ウエハ４のマスク３を除去するエッチング処理が行われるのであるが、このとき、半導体ウエハ４のエッチング面（ベース層４ａ側）には、凹部５ａにより、凹凸部が形成されていることになり、そのうち凸部にエッチング処理の対象となる窒化膜からなるマスク３が存在することになる。
【００３９】
本実施例に係るエッチング処理方法にあっては、図４にも示すように、前記凹部５ａ部分に、前記エッチング液（フッ酸）３８が不溶な被覆液この場合純水４７を保持させた状態でエッチングが行われるようになっている。この場合、凹部５ａ内に純水４７を保持させるにあたって、図４に示すようなスピン乾燥装置４８が用いられる。このスピン乾燥装置４８は、上面部に半導体ウエハ４を保持する治具４８ａがシャフト４８ｂ回りに回転するように構成され、また、その上方に、純水４７を供給（滴下）するためのノズル４９が配置されるようになっている。
【００４０】
次に、上記構成の作用について、図５も参照して述べる。凹部５ａが形成された半導体ウエハ４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、半導体ウエハ４の凹部５ａに被覆液たる純水４７を保持させる工程が実行される。この工程は、図４に示すように、スピン乾燥装置４８の治具４８ａに半導体ウエハ４をセットし、半導体ウエハ４の中央部にノズル４９から純水４７を供給しつつ、半導体ウエハ４を回転させることにより行われる。これにて、凹部５ａ内に純水４７が保持され、凸部（マスク３）上の純水４７が遠心力により除去されてマスク３が露出するようになる。
【００４１】
そして、凹部５ａ内に純水４７を保持した半導体ウエハ４を、上記エッチング装置２１にセットすることが行われる。この際には、半導体ウエハ４が、裏面側等に必要なマスキングがなされた状態で、図示しないハンドリング装置等により、チャンバー２３から取外しておいたキャップ部２４のチャック部２８にセットされ、そのキャップ部２４がチャンバー２３にセットされる。これにて、半導体ウエハ４はそのエッチング面を下向きとした状態で、密閉されたエッチング室２２の上部に配置される。尚、このとき、凹部５ａの寸法が十分に小さく、またマスク３が撥水性を有していることから、半導体ウエハ４を下向きにしても、凹部５ａ内に保持された純水４７が落下することなく保持されるようになる。
【００４２】
次に、スティックレスフォグ供給ユニット２６（ミスト発生器３９）が駆動されると共に、撹拌機４５のエアモータ４５ａが駆動され、また、排水槽２５内に給水口から洗浄水３５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４１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４２及びフォグ導入路３３を通してエッチング室２２の底部中央部（排出管部３２の上部部分）から該エッチング室２２内に連続的に供給される。この場合、スティックレスフォグ発生ユニット２６から供給されるスティックレスフォグＦの濃度は一定（例えば窒素供給量が２０Ｌ／min で、エッチング液３８のミスト量が１ｍＬ／min ）とされる。
【００４３】
エッチング室２２内にスティックレスフォグＦが充満し、ノズル部２９からオーバーフローしたことを光センサにて検出した時点を、エッチング処理の開始時として計時が開始される。このエッチング処理時においては、半導体ウエハ４のエッチング面が、スティックレスフォグＦ雰囲気に曝されるようになる。尚、両拡散板４３，４４並びに撹拌機４５によって、半導体ウエハ４のエッチング面に向けて、スティックレスフォグＦが広く均一に拡散すると共に、その流速（半導体ウエハ４のエッチング面に衝突する速度）が調整（例えば平均流速が約５００mm／ｓ）されるようになり、また、凝集して粒径が大きくなったフォグが、半導体ウエハ４に到達することが未然に防止される。
【００４４】
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４のエッチング面のうち、純水４７で被覆されていない部分つまりマスク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、凹部５ａの内面については、純水４７で被覆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４のエッチング面のうち、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る。これにより、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。
【００４５】
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。尚、エッチング面が下向きとされていることにより、粉体の如き挙動を示すスティックレスフォグＦが堆積したり、傷やゴミに引掛かることはなく、さらには、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。
【００４６】
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、ノズル部２９からオーバーフローしてフォグ回収溝３０に流入し、排気管３１を通して排水槽２５に流れ込むようになる。この場合、排水槽２５は排水排気口２５ａのみで外部と接続される構成とされているので、環境保全を図ることができる。排水排気口２５ａから排出されるスティックレスフォグＦは、ガス処理装置によって処理され、排水排気口２５ａからオーバーフローした洗浄水３５は、排水処理装置にて処理される。
【００４７】
そして、上記エッチング開始から所定のエッチング時間（マスク３の除去に必要な時間）が経過すると、撹拌機４５及びスティックレスフォグ発生ユニット２６の駆動が停止され、次いで、純水洗浄用ノズル４６からエッチング面に向けて純水が噴射され、もってエッチングが停止される。このとき、スティックレスフォグＦの濃度（供給量）の制御によって、マスク３部分のエッチング量の管理を高精度で容易に行なうことが可能となり、例えば予め実験的に求めておいたエッチングレートに基づいてエッチング時間を設定することができる。
【００４８】
ちなみに、本実施例では、例えば１．０μｍ厚のマスク３を４分のエッチング時間で除去することができた。ここで、図５は、エッチング時間と、窒化膜（上記マスク３）及び酸化膜（凹部５ａの底部に位置する酸化膜層４ｂ）の除去量との関係を調べた試験結果を示している。破線で示すように、窒化膜は、４分の処理時間で１．０μｍ除去することができるのに対し、実線で示すように、同時間で酸化膜（酸化膜層４ｂ）の除去量が０．０４μｍとごく少なく（約２５分の１）済み、マスク３を良好に除去しながら、凹部５ａ内のエッチングの進行を防止し、高精度のダイヤフラムの厚みを得ることができるのである。
【００４９】
引続き、半導体ウエハ４のエッチング面に向けて、純水洗浄用ノズル４６からの純水の噴射を継続することにより、エッチング面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４の凹部５ａ内に保持されていた被覆液としての純水４７も、一緒に流し出されるようになる。所定時間の洗浄工程が終了すると、今度は、窒素ブロー装置による半導体ウエハ４及びキャップ部２４の水切りが行なわれ、しかる後、半導体ウエハ４が取外される。
【００５０】
尚、前記洗浄に用いられた純水（及び被覆液としての純水４７）は、残存していたフォグＦ（エッチング液３８）と共に、排水槽２５内に流れ込み、排水排気口２５ａを通って排水処理装置にて処理される。このとき、排水槽２５内には常時洗浄水３５が供給されているので、処理すべき洗浄水３５中のエッチング液３８の濃度を一定値以下の低濃度とすることができる。
【００５１】
このように本実施例によれば、エッチング液３８をエッチング面に付着しない粒径に微粒子化したスティックレスフォグＦを供給して半導体ウエハ４のエッチングを行なうようにしたので、従来の浸漬式のウェットエッチング法と異なり、ドライエッチングに近い環境で、広いエッチング面に対して均一且つ高濃度でエッチング液３８（反応種）を供給することができ、反応種の供給−反応−乖離の循環を良好に行なうことができる。しかも、スティックレスフォグＦはエッチング面に付着することはないので、エッチングが部分的に進行することを防止でき、従来のベーパエッチング法の欠点を解消することができた。
【００５２】
そして、半導体ウエハ４に凹凸を形成し、そのうち凹部５ａ部分にエッチング液３８が不溶な被覆液（純水４７）を保持させた状態としてエッチング処理を行うようにしたので、凹部５ａ部分にスティックレスフォグＦ（エッチング液３８の微粒子）が接触することを防止でき、エッチングしたいマスク３部分のみを選択的にエッチング処理することができるものである。
【００５３】
この場合、本実施例では、半導体ウエハ４の凹部５ａに被覆液たる純水４７を保持させるために、半導体ウエハ４のエッチング面全体に純水４７を塗布した後、スピン乾燥により凸部の純水４７を除去する方法を採用したので、簡単且つ効果的に、凹部５ａ部分にのみ純水４７を保持させることができる。また、被覆液として純水４７を採用したことにより、エッチング液３８として、従来より用いられているフッ酸をそのまま用いることができ、処理液及び被覆液に特別な薬品等を使用せずに済ませることができる。
【００５４】
この結果、本実施例によれば、スティックレスフォグＦの供給量（濃度）の制御によってエッチング量の管理を高精度で容易に行なうことができ、しかも、凸部（マスク３の表面）のみを選択的にエッチングできると共に、マスク３表面全体に対して均一にエッチングが行なわれるので、エッチング面の荒れ等を防止でき、高品質なエッチングを行なうことができるという優れた効果を得ることができる。
【００５５】
また、本実施例のエッチング装置２１においては、反応性イオンエッチング装置と比べて、装置自体の構成を比較的簡単で安価に済ませることができる利点も得ることができる。さらには、本実施例の表面処理方法は、処理液３８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ものである。
【００５６】
図６は、本発明の第２の実施例（請求項３，４に対応）を示しており、以下、上記第１の実施例と異なる点について述べる。本実施例においても、図７及び図８に示したように、圧力センサチップ用のＳＯＩウエハからなる半導体ウエハ４に対して、凹部５ａ形成後にフッ酸からなるエッチング液（処理液）によって、酸化膜層４ｂを除去することなく窒化膜からなるマスク３を選択的に除去するためのエッチング処理を行う場合を例としている。
【００５７】
本実施例では、まず、凹部５ａが形成された半導体ウエハ４のエッチング面（被処理面）のうち凹部５ａの内部（酸化膜層４ｂの表面）に親水性処理を行い、酸化膜層４ｂの表面を親水性部５１とする。また、窒化膜からなるマスク３の表面は、撥水性を有しており、この部分が撥水性部となる。そして、エッチング面のうち親水性部５１に、エッチング液（フッ酸）が不溶な被覆液この場合純水４７を塗布させる工程が実行される。
【００５８】
この工程は、図６に示すように、純水４７を収容した純水槽５２内に、半導体ウエハ４を浸漬することにより行われ、半導体ウエハ４を純水４７内に浸漬した上で、十分な揺動撹拌を行って凹部５ａ内の泡抜きを行い、その後静かに半導体ウエハ４を取出すようにする。これにて、半導体ウエハ４のエッチング面のうち、親水性部５１（酸化膜層４ｂの表面部）に純水４７が塗布されてマスキングされた状態となり、撥水性部であるマスク３上には純水４７が塗布されることなくマスク３が露出するようになる。
【００５９】
次いで、以下図示及び詳しい説明は省略するが、上記第１の実施例と同様に、エッチング装置２１を用いて、半導体ウエハ４のエッチング面に対するスティックレスフォグＦ（エッチング液３８の微粒子）によるエッチング処理が行われる。このとき、半導体ウエハ４のエッチング面のうち、親水性部５１（酸化膜層４ｂの表面部）については、純水４７で被覆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、純水４７で被覆されていない撥水性部つまりマスク３部分に対してエッチング処理が行われるのである。
【００６０】
従って、本実施例によっても、スティックレスフォグＦの供給量（濃度）の制御によってエッチング量の管理を高精度で容易に行なうことができ、しかも、エッチングしたいマスク３部分のみを選択的にエッチングできると共に、マスク３表面全体に対して均一にエッチングが行なわれるので、エッチング面の荒れ等を防止でき、高品質なエッチングを行なうことができるという優れた効果を得ることができる。また、特に本実施例では、半導体ウエハ４を、被覆液としての純水４７が収容された純水槽５２に浸漬する方法により、その親水性部５１に純水４７を塗布するようにしたので、簡単且つ効果的に、親水性部５１にのみ純水４７を塗布させることができるといった利点を得ることができる。
【００６１】
尚、上記各実施例では、被覆液（純水４７）によるマスキング及びエッチングを１回で処理する場合を示したが、それらを複数回に分けるように繰返して所要厚みのエッチング処理を行うようにしても良く、酸化膜層４ｂの除去量を抑えるにより一層効果的となる。そして、処理液（エッチング液）の種類としても様々なものが採用でき、被覆液としても純水に限らず処理液が溶けないものであれば各種の水溶液等を採用することができる。
【００６２】
また、上記した実施例では、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、半導体ウエハの被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。他の平均流速等の具体的数値についても、上記実施例では一例を示したに過ぎない。
【００６３】
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発生ユニットの構成や、撹拌手段（拡散板及び撹拌機）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、メッキ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】本発明の第１の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】スピン乾燥装置の構成を概略的に示す図
【図５】エッチング時間と窒化膜及び酸化膜の除去量との関係を調べた試験結果を示す図
【図６】本発明の第２の実施例を示すもので、半導体ウエハの被覆液への浸漬の様子を示す縦断面図
【図７】半導体ウエハ（ＳＯＩウエハ）の縦断面図
【図８】ＳＯＩ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９】半導体ウエハ（シリコンウエハ）の平面図
【図１０】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１１】従来例を示すもので、ウエットエッチング装置の構成を示す縦断面図
【図１２】ベーパ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、１，４は半導体ウエハ、４ｂは酸化膜層、５ａは凹部、３はマスク、２１はエッチング装置、２６はスティックレスフォグ発生ユニット、３８はエッチング液（処理液）、３９はミスト発生器、４１は選択プレート、４３，４４は拡散板、４５は撹拌機、４７は純水（被覆液）、４８はスピン乾燥装置、５１は親水性部、５２は純水槽、Ｆはスティックレスフォグ、Ｍはミストを示す。

Claims

半導体ウエハの被処理面に対して、処理液による表面処理を行う方法であって、
前記半導体ウエハの被処理面に凹凸を形成し、そのうち凹部部分に前記処理液が不溶な被覆液を保持させ、
その状態で、前記処理液を前記被処理面に付着しない粒径に微粒子化し不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子を、前記被処理面に供給することにより、
前記被処理面のうち、凸部を選択的に処理することを特徴とする半導体ウエハの表面処理方法。
前記半導体ウエハの被処理面の凹部における前記処理液が不溶な被覆液の保持は、該半導体ウエハの被処理面全体に被覆液を塗布した後、スピン乾燥により前記凸部の被覆液を除去することによりなされ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。
半導体ウエハの被処理面に対して、処理液による表面処理を行う方法であって、
前記半導体ウエハの被処理面に親水性部と撥水性部とを形成し、そのうち親水性部に前記処理液が不溶な被覆液を塗布し、
その状態で、前記処理液を前記被処理面に付着しない粒径に微粒子化し不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子を、前記被処理面に供給することにより、
前記被処理面のうち、撥水性部を選択的に処理することを特徴とする半導体ウエハの表面処理方法。
前記半導体ウエハの被処理面の親水性部における前記処理液が不溶な被覆液の塗布は、被覆液中に該半導体ウエハを浸漬することにより行われることを特徴とする請求項３記載の半導体ウエハの表面処理方法。
前記処理液が不溶な被覆液は、純水であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体ウエハの表面処理方法。