JP4259459B2 - 半導体ウェハの表面処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハの処理面に対して、エッチング処理等の処理液による表面処理を行う半導体ウェハの表面処理方法及びその装置に関する。

従来、半導体圧力センサや加速度センサのセンシング部であるダイヤフラムの形成では、半導体ウェハ裏面である処理面を窒化膜等でマスクして処理部のみを露出させ、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のエッチング液に浸漬してエッチング処理を行うことで、回路が形成される半導体ウェハの表面（回路面）と反対側の裏面（処理面）に凹部を形成している。更に、この凹部形成のエッチング処理後に、マスクを除去するために、例えば弗酸（ＨＦ）等のエッチング液に浸漬してマスクエッチング処理を行っている。

即ち、従来においては、図５に示すようにまず裏面側に凹部（ダイヤフラム）１ｂが形成され、表面側に回路１ａが形成されている半導体ウェハ１の表面（回路面）に、ワックスやレジストなどの保護材２を塗布して回路面（表面）を保護する。次いで、弗酸処理槽に半導体ウェハ１を浸漬してエッチング処理を行ってマスク３を除去し、最後に半導体ウェハ１を溶剤槽に浸漬してレジスト等保護材２を除去（剥離）している。しかしながら、この従来の方法では、保護材の塗布及び剥離工程において半導体ウェハ１の回路に傷を付けてしまい易いという問題点があった。

この問題を解決するものとして、特許文献１及び２によって開示されている方法が知られている。この従来技術は、微粒化したエッチング液（以下、「スティックレスフォグ」と称する）を用いて半導体ウェハの処理面のエッチング処理を行い、半導体ウェハの回路面の保護はスティックレスフォグを溶解しにくい純水等の保護液を半導体ウェハの回路面とチャックとの間に供給して満たし、回路面を覆うようにすることで、スティックレスフォグの回路面への侵入を防止している。

特開２００２−１９０４６５号公報 特開２００４−８９８６６号公報

この従来技術では、スティックレスフォグ雰囲気中に半導体ウェハの処理面を曝すことにより、エッチング液の微粒子が半導体ウェハの処理面に接触する（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われ、そのエッチング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り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われるようになる。

一方において半導体ウェハの回路面である非処理面は、純水等の保護液で覆われた状態となり、言わばマスキングされた状態となるので非処理面にエッチング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の保護液が用いられることになるので、ワックスやレジストを回路のマスキングに用いる場合のような塗布や剥離の工程において半導体ウェハに傷を付けてしまうという不具合を未然に防止できる。

しかしながら、上記従来技術では、半導体ウェハの回路面の傷付きを防止して処理面のエッチング処理を行うには有効であるが、多数の半導体ウェハを一度に処理するキャリア処理方式でエッチング処理を行う場合には、半導体ウェハの回路面の保護に用いている保護液が飛散し半導体ウェハの処理面に付着すると、この付着した部分はエッチングが進行せずエッチング残りが発生してしまうため、保護液が半導体ウェハの処理面に付着しないように半導体ウェハを処理装置内に配置する必要があり、装置の大型化を招くという問題がある。
また、スティックレスフォグを均一に半導体ウェハの処理面に供給するためには、スティックレスフォグ供給ノズルを揺動させたり、或いは半導体ウェハを回転させたりする必要があり、構造が複雑化するという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体ウェハの回路面（非処理面）の保護材が、半導体ウェハの処理面に付着してエッチング処理を阻害することなく、かつ装置の大型化及び構造の複雑化を招くことなく、多数の半導体ウェハを一度にエッチング処理することができる半導体ウェハの表面処理方法及びその装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の半導体ウェハの表面処理方法及びその装置を提供する。
請求項１に記載の半導体ウェハの表面処理方法は、非処理面を下側にして半導体ウェハを、上下方向に間隔をあけて複数段設けられている保持手段の各々の上に保持し、この非処理面と保持手段との間に保護気体を流し、半導体ウェハの処理面に沿って微粒子状の処理液（スティックレスフォグ）を流すことによって、一度に多数の半導体ウェハの表面処理を行うようにしたものであり、これにより、スティックレスフォグが非処理面へ進入するのを阻止することができると共に、保護材が処理面に付着して表面処理が阻害される等の不具合を防止することができる。また、設置スペースを増大することなく、多数の半導体ウェハを一括して表面処理することが可能となる。

請求項２に記載の半導体ウェハの表面処理装置は、処理室と、この処理室内で非処理面を下側にして半導体ウェハを保持する保持手段と、非処理面と保持手段の間に保護気体を供給する保護気体供給手段と、微粒子状の処理液（スティックレスフォグ）を半導体ウェハの処理面に沿って供給する微粒子供給手段とを備えていて、保持手段を上下方向に間隔をあけて棚状に複数段設けると共に、この保持手段に、略中央部付近に保護気体供給手段に連通する複数のノズル孔を設けたものであり、これにより、請求項１と同様の効果を奏するものである。
また、設置スペースを増大することなく、複数の半導体ウェハを一括して表面処理をすることができる。また、中央部付近から外周に均等に保護気体を流すことができ、スティックレスフォグの非処理面への侵入を防止できる。

請求項３の該表面処理装置は、ノズル孔を半導体ウェハの非処理面に対して傾斜して形成したものであり、これにより、保護気体の流れを非処理に沿った流れとすることができ、半導体ウェハの非処理面と保持手段との間に有効にベルヌーイ効果を発生させることができる。
請求項４の該表面処理装置は、微粒子供給手段が、複数段の保持手段上に保持された各半導体ウェハに対応して形成された複数の放出口を有する分配プレートを備えていて、分配プレートに隣接して各放出口の下方にコマ部を設けたものであり、これにより、半導体ウェハを保持手段上に位置付けすることができると共に、保護気体を非処理面から半導体ウェハの内方側に逃がす案内をさせることによって、スティックレスフォグを確実に処理面全体に均一に供給することができる。

請求項５の該表面処理装置は、コマ部の半導体ウェハ側の面が、垂直面と傾斜面とで形成されていて、垂直面が半導体ウェハのオリフラ部に当接することで半導体ウェハの位置付けをするようにしたものである。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の半導体ウェハの表面処理装置を説明する。図１は、本発明の実施の形態の半導体ウェハの表面処理装置の断面図であり、図２は、その要部の拡大断面図である。表面処理装置１は、エッチング処理を行う処理室であるチャンバ２と、チャンバ２内で半導体ウェハ１０を保持する保持手段３と、半導体ウェハ１０のエッチング処理を行う処理面１０ａに微粒子化したエッチング液（処理液）を供給する微粒子供給手段４と、保持手段上に保持された半導体ウェハ１０の非処理面（回路面）１０ｂに高圧窒素等の保護気体を供給する保護気体供給手段５等より基本的に構成されている。

チャンバ２には、図示しない微粒子発生装置に接続され、発生した微粒子化したエッチング液（スティックレスフォグ）を供給するための供給口２１と、エッチング処理が終了したスティックレスフォグを排出する排気口２２とが設けられている。なお、粒径が３０μｍ以下の小さな微粒子であれば、半導体ウェハの処理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、本発明では、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り出したものをスティックレスフォグと称している。したがって、微粒子発生装置は、噴霧手段又は超音波手段等により噴霧された粒子を更に微粒子化して選択する微粒子選択手段をも含むものである。

チャンバ２内には、半導体ウェハ１０を載置して保持する保持手段３が上下に間隔をあけて複数段（図１，２では、４段）設けられている。保持手段３は、略円板状のチャックプレート３１とこのチャックプレート３１を機械的に保持する保持プレート３２とより構成されている。更に、各保持プレート３２は、連結ロッド３３によって機械的に保持されている。チャックプレート３１の略中央部付近には、複数のノズル孔３１ａが、リング状に等間隔に配置され、半導体ウェハ１０の非処理面１０ｂに対して傾斜（例えば６０度）するように穿設されていて、保持プレート３２の連通路３２ａを介して、後述する保護気体供給手段５に連通している。ノズル孔３１ａからは、チャックプレート３１の周縁に向けて保護気体が噴出される。また、チャックプレート３１の周縁は、下方内方に向けて傾斜した傾斜面３１ｂが形成されている。

保護気体供給手段５は、給気管５１と連結管５２とから構成されている。給気管５１の一端は、保護気体である高圧窒素の供給源５３に接続していて、他端は閉鎖されており、給気管５１の各保持プレート３２に対応する位置には、連結管５２が設けられていて、各保持プレート３２の連通路３２ａにそれぞれ連結され、チャックプレート３１のノズル孔３１ａに連通している。こうして、供給源５３からの保護気体がノズル孔３１ａから半導体ウェハ１０の非処理面１０ｂと保持プレート３１間に供給され、半導体ウェハ１０及び保持プレート３１の外周へ向けて均一に流れる。

一方、微粒子供給手段４は、チャンバ１内に設けられた分配管４１及び分配プレート４２とより構成されている。分配管４１は、略Ｌ字状であって、その一端は、チャンバ２の供給口２１に連通していて、他端は閉鎖されている。分配管４１の直立部分のチャックプレート３１側の側面には、開口４１ａが形成されていて、この開口４１ａに分配プレート４２が嵌合され、取り外し自在に固定されている。分配プレート４２には、相互に間隔をあけて複数（図１，２では４つ）の放出口４２ａが形成されている。各放出口４２ａの位置は、各チャックプレート３１の位置よりやや上方に位置していて、放出口４２ａの形状は、長方形又は長円形をしていて、その長手方向の長さが図４に示されるように半導体ウェハ１０のオリフラ部１０ｃの長さに略等しい。こうして、供給口２１から導入されたスティックレスフォグが、分配管４１を通って分配プレート４２の各放出口４２ａから半導体ウェハ１０の処理面１０ａに沿って放出される。

更に、分配プレート４２に接して、スペーサ６とコマ部７とが交互に積層された積層体が設けられている。スペーサ６は、放出口４２ａと略同様の位置に配置され、コマ部７は、両放出口４２ａの間に位置するように配置されている。スペーサ６の形状は、分配プレート４２の放出口４２ａを塞がないような形状をしており、一方、コマ部７は、チャックプレート３１側の側面が垂直面７ａと下方に向けて傾斜した傾斜面７ｂとよりなっている。図４に示すようにコマ部７の垂直面７ａは、半導体ウェハ１０のオリフラ部１０ｃに当接することで、半導体ウェハ１０の図中左右方向の位置付けが行えるようになっていると共に、図３に示すように垂直面７ａとチャックプレート３１の周縁との間にギャップＧが形成されている。また、コマ部７の傾斜面７ｂとチャックプレート３１の周縁の傾斜面３１ｂとは、同様の傾斜角度で形成されており、両傾斜面７ｂ，３１ｂ間にはギャップＧと略同じ間隙が形成されている。したがって、チャックプレート３１のノズル孔３１ａから供給された保護気体は、図３に示すように、半導体ウェハ１０の非処理面１０ｂに沿って径方向に外方に流れ、その一部Ｆは、ギャップＧ及び間隙を通って、下段の半導体ウェハ１０内側に向う流れとなる。

上記説明においては、半導体ウェハ１０の保持手段３、微粒子供給手段４及び保護気体供給手段５とがそれぞれ別個に構成されているものとして説明しているが、本発明においては、図２に示されるように保持手段３、微粒子供給手段４の一部、保護気体供給手段５及びスペーサ６とコマ部７とよりなる積層体とが、キャリアＣとしてユニット化されており、半導体ウェハ１０の取り替えの際に、キャリアＣをチャンバ２から出し入れすることができるようになっている。勿論、これらの手段を個別に関連をもたせて構成することも可能である。

即ち、本発明においては、キャリアプレート３１を機械的に保持した保持プレート３２より構成される保持手段３が連結ロッド３３に取り付けられ、更にこの連結ロッド３３の両端がエンドプレート８に固定されている。同様に、保護気体供給手段５の給気管５１もまたその両端でそれぞれエンドプレート８に固定されている。更にまた、微粒子供給手段４の分配プレート４２及びスペーサ６とコマ部７とよりなる積層体が、エンドプレート８によって両端から挟持され、エンドプレート８に固定されている。このようにして、保持手段３、保護気体供給手段５、微粒子供給手段４の分配プレート４２及び積層体とが、エンドプレート８によって一体的に組み立てられ、キャリアＣとしてチャンバ２に出し入れ可能とされている。

以上の構成よりなる本実施形態の半導体ウェハの表面処理装置１の動作について、図１〜４を用いて説明する。
まず、チャックプレート３１上に処理面１０ａを上向きにして半導体ウェハ１０をセットしたキャリアＣをチャンバ２に投入し、分配管４１の開口４１ａに分配プレート４２を嵌合してセットし、給気管５１に保護気体である高圧窒素の供給源５３を接続する。供給された窒素（実施例では、半導体ウェハ１枚当り１NL／min）は、給気管５１から各連結管５２、保持プレート３２の連通路３２ａを通りチャックプレート３１に設けたノズル孔３１ａから半導体ウェハ１０の保護面である非処理面１０ｂとチャックプレート３１間に流入する。ノズル孔３１ａは半導体ウェハ１０の非処理面１０ｂに対して傾斜（実施例では６０度）をもたせることで窒素の流線を非処理面１０ｂに沿った流れとすることができる。これにより、半導体ウェハ１０は、ベルヌーイ効果で図２に示すように一定の間隔Ｄを保ってチャックプレート３１上に保持され、半導体ウェハ１０の外周から均等に窒素が流出し、半導体ウェハ１０の非処理面１０ｂはスティックレスフォグを半導体ウェハ１０の外周部から吸い込むことなく確実に保護される。

次ぎに図示しない微粒子発生装置で微粒子化された弗酸のスティックレスフォグを供給口２１からチャンバ２内に供給する。スティックレスフォグは、チャンバ２内に設けた分配管４１を通り、分配プレート４２の放出口４２ａから半導体ウェハ１０の処理面１０ａに供給される。

また、コマ部７では、図３に示すようにその垂直面７ａと半導体ウェハ１０のオリフラ部１０ｃとが当接することにより、半導体ウェハ１０の非処理面１０ｂの保護に用いている窒素の一部Ｆが、コマ部７とチャックプレート３１とのギャップＧを通り、コマ部７の傾斜面７ｂとチャックプレート３１の傾斜面３１ｂとの間隙を斜面に沿って流れ、半導体ウェハ１０の内側に向かった流れとなる。これにより、半導体ウェハ１０の処理面１０ａへのスティックレスフォグの流れを阻害することなく、図４に示すように半導体ウェハ１０の処理面１０ａ全体に均一かつ高濃度のスティックレスフォグを供給することが可能となる。

一定時間経過後、エッチング処理が終了すると図示しない洗浄液供給、排出手段によりチャンバ２内に洗浄液（実施例では純水）を供給し、半導体ウェハ１０及びチャンバ２内を洗浄する。洗浄が終了するとキャリアＣから窒素供給源５３を切断し、キャリアＣをチャンバ２から取り出し処理を終了する。

なお、上述の実施形態では、保護材の気体として窒素を用いているが、他のウェハに悪影響を及ぼさない気体であれば、何れの気体でも使用可能である。
また、上述の実施形態では、窒化膜のエッチング例を示したが、酸化シリコンをエッチングして微細な構造体を形成する処理などのように、薬液を微細化して処理部に反応させる処理形態であれば、何れの処理形態でも本発明は適用可能なものである。

以上説明したように、本発明は、非処理面の保護材として、気体を使用し、保護気体（例、窒素）を半導体ウェハとチャックプレートとの間にベルヌーイ効果を発生するように供給することにより、半導体ウェハとチャックプレートとの間隔を一定に保ち安定的にスティックレスフォグの非処理面への進入を防止することができる。
また、保護気体の一部を半導体ウェハ内側に向けて流れる構造とすることで、処理面へのスティックレスフォグの供給を効率良く行うことができ、処理速度、バラツキを向上することが可能となる。更に、スペースを必要とすることなく多数の半導体ウェハを一度に処理することが可能となる。

本発明の実施の形態の半導体ウェハの表面処理装置の切断図である。 図１の半導体ウェハの表面処理装置の要部であるキャリアの構成図である。 保護気体（窒素）の流れを説明する側面図である。 スティックレスフォグ及び保護気体の流れを説明する平面図である。 従来の半導体ウェハの表面処理方法を説明する図である。

符号の説明

１ 表面処理装置
２ チャンバ（処理室）
３ 保持手段
３１ チャックプレート
３１ａ ノズル孔
３１ｂ 傾斜面
３２ 保持プレート
３３ 連結ロッド
４ 微粒子供給手段
４１ 分配管
４２ 分配プレート
４２ａ 放出口
５ 保護気体供給手段
５１ 給気管
５２ 連結管
６ スペーサ
７ コマ部
７ａ 垂直面
７ｂ 傾斜面
８ エンドプレート
１０ 半導体ウェハ
１０ａ 処理面
１０ｂ 非処理面（回路面）
１０ｃ オリフラ部
Ｃ キャリア
Ｄ 間隙
Ｇ ギャップ

Claims (5)

1. 半導体ウェハの処理面に対して、処理液による表面処理を行う半導体ウェハの表面処理方法において、
   前記処理面と反対側の非処理面を下側にして前記半導体ウェハを、上下方向に間隔をあけて複数段設けられている保持手段の各々の上に保持し、前記半導体ウェハの前記非処理面と前記保持手段との間にベルヌーイ効果を発生するように前記非処理面を保護する保護気体を流し、この状態で、前記半導体ウェハの前記処理面に沿って、微粒子状の処理液を流すことによって、一度に多数の前記半導体ウェハの前記処理面の表面処理を行うことを特徴とする半導体ウェハの表面処理方法。
2. 半導体ウェハの処理面に対して、処理液による表面処理を行う半導体ウェハの表面処理装置であって、
   表面処理を行う処理室と
   前記処理室内で、前記処理面と反対側の非処理面を下側にして前記半導体ウェハを保持する保持手段と、
   前記保持手段上に保持された前記半導体ウェハの前記非処理面と前記保持手段との間に保護気体を供給する保護気体供給手段と、
   前記処理面に付着しない粒径に微粒子化した処理液を前記半導体ウェハの前記処理面に沿って供給する微粒子供給手段と、
   を備える半導体ウェハの表面処理装置において、
   前記保持手段が、上下方向に間隔をあけて棚状に複数段設けられていると共に、前記保持手段の各々には、略中央部付近に複数のノズル孔が形成されていて、前記ノズル孔の各々が前記保護気体供給手段に連通していることを特徴とする半導体ウェハの表面処理装置。
3. 前記ノズル孔が前記半導体ウェハの前記非処理面に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェハの表面処理装置。
4. 前記微粒子供給手段が、複数段の前記保持手段上に保持された前記半導体ウェハの各々に対応して形成された複数の放出口を有する分配プレートを備えていて、前記分配プレートに隣接して、前記放出口の各々の下方に、前記半導体ウェハを位置付けし、かつ保護気体を前記非処理面から逃がす案内をするコマ部を配設したことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体ウェハの表面処理装置。
5. 前記コマ部の前記半導体ウェハ側の面が、垂直面と傾斜面とで構成されていて、前記垂直面が前記半導体ウェハのオリフラ部に当接することで、前記半導体ウェハの位置付けが行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェハの表面処理装置。

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