JP4941368B2 - 半導体ウエハのエッチング装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハのエッチング装置に関する。

従来、複数の半導体ウエハを同時にエッチングする手法として二種類の手法が提案されている。その１つは、各半導体ウエハの非エッチング面にワックスを塗布した後に各半導体ウエハをエッチング液に浸漬する手法である。他の１つは、各半導体ウエハの非エッチング面をプロテクトするとともに、その非エッチング面を真空で吸引する装置を使用し、その装置ごとエッチング液に浸漬する手法である。

特許第２８５７９５８号公報（第１８〜２０段落、図６，７）。

しかし、前述した前者の手法は、総ての半導体ウエハの非エッチング面にワックスを塗布する必要があるため、エッチングの効率が悪いという問題がある。また、後者の手法は、半導体ウエハの非エッチング面を真空で吸引するため、半導体ウエハが面方向に破損するおそれがある。特に、圧力センサなど、メンブレン構造のセンシング部を有する半導体装置をエッチング面に形成する半導体ウエハの場合は、薄肉のセンシング部が破損しやすい。また、各半導体ウエハごとに装置を装着する必要があるため、エッチングに必要な費用が高くなるという問題もある。
つまり、従来のものは、エッチングの効率が悪く、また、半導体ウエハが破損するおそれがあるという主たる問題がある。

そこでこの発明は、上述の諸問題を解決するためになされたものであり、エッチングの効率が良く、かつ、半導体ウエハが面方向に破損するおそれのない半導体ウエハのエッチング装置を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
非エッチング面（１ｂ）同士が向き合った１組の半導体ウエハ（１，１）の周縁を液密状態に保持する保持装置（１０）を備えた半導体ウエハのエッチング装置であって、
前記保持装置（１０）は、
前記１組の半導体ウエハの内の一方の半導体ウエハの周縁に装着された第１保持部材（１１）と、
前記１組の半導体ウエハの内の他方の半導体ウエハの周縁に装着された第２保持部材（１２）と、
前記第１保持部材（１１）と第２保持部材（１２）との間を接続する接続部材（１３）と、
前記第１保持部材（１１）における前記半導体ウエハと接する周縁に装着された第１のＯリング（１１ａ）と、
前記第２保持部材（１２）における前記半導体ウエハと接する周縁に装着された第２のＯリング（１２ａ）と
前記接続部材（１３）における前記各保持部材（１１，１２）と接する周縁に装着された第３のＯリング（１３ａ）とを備え、
前記各保持部材（１１，１２）および前記接続部材（１３）は、前記半導体ウエハの周縁形状に対応した形状に形成され、
前記接続部材（１３）によって前記１組の半導体ウエハ（１，１）の前記非エッチング面（１ｂ）間には空間（２）が形成されており、
前記保持装置によって保持された前記１組の半導体ウエハをエッチング液に浸漬可能に構成されたという技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体ウエハのエッチング装置において、前記半導体ウエハ（１）は、前記エッチング液（４）に浸漬することにより、メンブレン構造のセンシング部（１ｄ）をエッチング面（１ａ）に形成するものであるという技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の半導体ウエハのエッチング装置において、
前記第１のＯリング（１１ａ）と前記半導体ウエハ（１）の周縁との境界に形成された第１隙間（１１ｂ）と、
前記第２のＯリング（１２ａ）と前記半導体ウエハ（１）の周縁との境界に形成された第２隙間（１２ｂ）と、
前記第３のＯリング（１３ａ）の内部に形成され、前記第１隙間（１１ｂ）および第２隙間（１２ｂ）と連通する連通路（１３ｂ）と、
前記連通路（１３ｂ）から前記各隙間（１１ｂ，１２ｂ）を介して前記境界を真空引きする真空装置（２０，２１）と、を備えるという技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体ウエハのエッチング装置において、前記非エッチング面（１ｂ）間の空間（２）の圧力を制御する圧力制御装置（３０）を備えたという技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の半導体ウエハのエッチング装置において、前記圧力制御装置（３０）は、前記空間（２）に気体を充填し、その気体の圧力を制御することにより前記空間の圧力を制御するものであるという技術的手段を用いる。

請求項６に記載の発明では、請求項４に記載の半導体ウエハのエッチング装置において、前記圧力制御装置（３０）は、前記空間（２）に液体を充填し、その液体の圧力を制御することにより前記空間の圧力を制御するものであるという技術的手段を用いる。

請求項７に記載の発明では、請求項４ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体ウエハのエッチング装置において、前記圧力制御装置（３０）は、前記空間の圧力を検出する圧力検出装置（４０）を備えており、その圧力検出装置によって検出された圧力が所定値に達したときにエッチングを停止するという技術的手段を用いる。

請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体ウエハのエッチング装置において、前記保持装置（１０）によって保持された前記１組の半導体ウエハ（１，１）を複数組配置し、各組の半導体ウエハをエッチング液（４）に浸漬するエッチング糟（５０）を備えており、前記エッチング糟内のエッチング液を撹拌するという技術的手段を用いる。

なお、上記各括弧内の符号は、後述する発明の実施形態における具体例との対応関係を示すものである。

（請求項１に係る発明の効果）
非エッチング面同士が向き合った１組の半導体ウエハの周縁は、保持装置によって液密状態に保持されているため、その１組の半導体ウエハをエッチング液に浸漬したときに、エッチング液が非エッチング面に接触するおそれがない。
従って、各半導体ウエハの非エッチング面にワックス処理を施さなくても１組の半導体ウエハを同時にエッチングすることができるため、エッチングの効率を良くすることができる。
しかも、保持装置は、１組の半導体ウエハの周縁を保持するため、半導体ウエハの面方向に応力が作用しないので、半導体ウエハが面方向に破損するおそれがない。

特に、請求項２に記載するように、半導体ウエハが、エッチング液に浸漬することにより、メンブレン構造のセンシング部をエッチング面に形成するものである場合には、半導体ウエハの面方向に圧力が掛かったときに薄肉のセンシング部が破損しやすいが、請求項１に係る発明によれば、保持装置は、半導体ウエハの周縁を保持するため、センシング部が破損するおそれがない。

（請求項３に係る発明の効果）
連通路から各隙間を介して、各Ｏリングと半導体ウエハの周縁との境界を、真空装置によって真空引きするため、その境界部分を良好な液密状態に維持することができる。

（請求項４に係る発明の効果）
非エッチング面間に形成された空間の圧力を制御することができるため、エッチング面の面方向に掛かるエッチング液の圧力によって半導体ウエハが破損しないようにすることができる。

例えば、請求項５に記載するように、上記空間に気体を充填し、その気体の圧力を制御することによって半導体ウエハが破損しないようにすることができる。
また、請求項６に記載するように、上記空間に液体を充填し、その液体の圧力を制御することによって半導体ウエハが破損しないようにすることができる。

（請求項７に係る発明の効果）
従来は、エッチングを開始してからの経過時間とエッチングの進行度との関係を求め、エッチング開始から目標の時間に達したときにエッチングを停止していた。
しかし、従来の手法では、エッチング液の濃度のムラや半導体ウエハの厚さの誤差などに起因してエッチングの進行度にばらつきが生じていた。

この発明では、エッチング面のエッチングが進行するに従って、半導体ウエハが面方向に変位（変形）するため、上記空間の圧力も変化する。
そこで、エッチングの進行度と上記空間の圧力との関係を予め求めておく。この関係は、エッチング液の濃度のムラや半導体ウエハの厚さの誤差などによって変化しない。
そして、空間の圧力を検出する圧力検出装置を設け、その圧力検出装置によって検出された圧力が所定値に達したときにエッチングを停止するようにすれば、エッチングの精度を高めることができる。

（請求項８に係る発明の効果）
複数組の半導体ウエハを同時にエッチングすることができるため、エッチングの効率をより一層高めることができる。しかも、エッチング液を撹拌するため、エッチング液の濃度にムラが生じないので、エッチング精度を高めることができる。
なお、エッチング液を撹拌する手法としては、エッチング液を撹拌するファンなどをエッチング糟に設ける手法でも良いし、各組の半導体ウエハ自身をエッチング液中で移動させる手法でも良い。

＜第１実施形態＞
この発明に係る第１実施形態について図を参照して説明する。以下の各実施形態では、圧力センサを製造するための半導体ウエハのエッチング装置（以下、エッチング装置と略す）を例に挙げて説明する。
図１は、この実施形態に係るエッチング装置に備えられた保持装置の縦断面図である。図２は、図１に示す保持装置の外観図であり、（ａ）は図１に示す保持装置を矢印Ａから見た側面図、（ｂ）は（ａ）に示す保持装置を矢印Ｂから見た平面図である。図３は、図１に示す保持装置の要部拡大図である。図６（ａ）〜（ｃ）および図７（ａ），（ｂ）は、エッチング液の撹拌手法を示す説明図である。

［主要構成］
この実施形態に係るエッチング装置は、１組の半導体ウエハ１を保持する保持装置１０と、保持装置１０と各半導体ウエハ１との液密状態を維持するための真空ポンプ２０と、この真空ポンプ２０を制御する制御装置２２と、保持装置１０と真空ポンプ２０とを接続するためのチューブ２１とを備える。

各半導体ウエハ１は、それぞれ円板状に形成されている。各半導体ウエハ１は、非エッチング面１ｂ同士を向き合わせて配置されている。各半導体ウエハ１の非エッチング面１ｂ間には空間２が形成されている。各半導体ウエハ１は、複数の圧力センサを製造するものであり、エッチング面１ａをエッチング液によってエッチングすることにより、複数の空洞部１ｃを形成し、メンブレン構造のセンシング部（圧力に反応する部分）１ｄを複数形成する。

各半導体ウエハ１の周縁には、保持装置１０がそれぞれ装着されている。保持装置１０は、一方の半導体ウエハ１の周縁に装着された保持部材１１と、他方の半導体ウエハ１の周縁に装着された保持部材１２と、両保持部材１１，１２間を接続する接続部材１３とを備える。図２に示すように、各保持部材１１，１２および接続部材１３は、半導体ウエハ１の周縁形状に対応した平面視リング状にそれぞれ形成されている。

保持部材１１，１２のうち、半導体ウエハ１の周縁と接する周縁には、Ｏリング１１ａ，１２ａがそれぞれ装着されている。また、接続部材１３のうち、各保持部材１１，１２と接する周縁には、Ｏリング１３ａが装着されている。各Ｏリングは、液密性の高い材料（例えば、ゴム）により形成されている。

図３に示すように、Ｏリング１１ａ，１２ａと、それらと対応する半導体ウエハ１の周縁との境界には、それぞれ隙間１１ｂ，１２ｂが形成されている。また、Ｏリング１３ａの内部には、各隙間１１ｂ，１２ｂと連通する連通路１３ｂが形成されている。
接続部材１３の周面からＯリング１３ａの内部には、チューブ２１の一端が挿入されており、その一端は、連通路１３ｂと連通している。なお、図３において隙間１１ｂ，１２ｂおよび連通路１３ｂは、分かり易くするために実際よりも幅広に描いてある。

真空ポンプ２０に接続された制御装置２２は、真空ポンプ２０の動作を制御し、保持装置１０と各半導体ウエハ１との液密状態を維持する。また、エッチング装置は、保持装置１０を複数備えており、各保持装置１０に１組の半導体ウエハ１がそれぞれ保持される（図６，７）。また、半導体ウエハ１を保持した各保持装置１０をエッチング糟５０に収容し、また、エッチング終了後に各保持装置１０をエッチング液４から取出すための装置を備える。

［エッチング処理］
図１において矢印Ａで示す側が、半導体ウエハをセッティングするときの下側であるとする。まず、セッティング面に載置された保持部材１１の上に一方の半導体ウエハ１を載置する。このとき、その一方の半導体ウエハ１は、エッチング面１ａが下を向き、非エッチング面１ｂが上を向くように載置する。次に、保持部材１１の上に接続部材１３を載置する。

次に、接続部材１３の上に他方の半導体ウエハ１を載置する。このとき、その他方の半導体ウエハ１は、非エッチング面１ｂが下を向き、エッチング面１ａが上を向くように載置する。つまり、両半導体ウエハ１を各非エッチング面１ｂ同士が向き合うように載置する。次に、その半導体ウエハ１の上に保持部材１２を載置する。

次に、制御装置２２によって真空ポンプ２０を作動し、各半導体ウエハ１をＯリング１１ａ，１２ａにそれぞれ密着させるとともに、各Ｏリング１１ａ，１２ａとＯリング１３ａとを密着させる。これにより、各半導体ウエハ１と保持装置１０は液密状態に維持される。他の保持装置１０についても同様の手順により、１つの保持装置１０につき、１組の半導体ウエハ１をそれぞれ保持させる。
保持装置１０は、撹拌手法に応じて図６に示すように放射状に配置し、あるいは、図７に示すように半導体ウエハ同士が対向するように配置する。

次に、１組の半導体ウエハ１を保持した状態の各保持装置１０をエッチング糟５０に収容し、エッチング液４に浸漬し、エッチング液４を撹拌する。
エッチング液４の撹拌は、図６（ａ）に示すように放射状に配置された各保持装置１０によって囲まれた空間の中心に撹拌部材５１を配置し、その撹拌部材５１を回転させる手法を用いることもできる。また、図６（ｂ）に示すように、エッチング糟５０の内部に各保持装置１０を放射状に配置し、エッチング糟６０を回転させる手法でも良い。また、図６（ｃ）に示すように、放射状に配置した各保持装置１０自身を回転させる手法でも良い。

さらに、図７（ａ）に示すように、半導体ウエハ同士が対向するように各保持装置１０をエッチング糟５０の内部に配置し、エッチング糟５０の内部に設けた撹拌部材（例えば、ファンなど）５２を回転させる手法でも良い。さらに、図７（ｂ）に示すように、半導体ウエハ同士が対向するように各保持装置１０をエッチング糟５０の内部に配置し、各保持装置１０自身を移動（例えば、直線的な往復運動）させる手法でも良い。
そして、目標のエッチング時間が経過したときに各保持装置１０をエッチング液４から取出す。

［第１実施形態の効果］
（１）非エッチング面１ｂ同士が向き合った１組の半導体ウエハ１の周縁は、保持装置１０によって液密状態に保持されているため、その１組の半導体ウエハ１をエッチング液４に浸漬したときに、エッチング液４が非エッチング面１ｂに接触するおそれがない。
従って、各半導体ウエハ１の非エッチング面１ｂにワックス処理を施さなくても多くの半導体ウエハ１を同時にエッチングすることができるため、エッチングの効率を良くすることができる。
しかも、保持装置１０は、１組の半導体ウエハ１，１の周縁を保持するため、半導体ウエハ１の面方向に応力が作用しないので、半導体ウエハ１が面方向に破損するおそれがない。

（２）特に、圧力センサを製造する半導体ウエハ１は、エッチングによってメンブレン構造のセンシング部１ｂを形成するため、センシング部１ｂの面方向に対する強度が弱いが、保持装置１０は半導体ウエハ１の周縁を保持するため、センシング部１ｂが破損するおそれがない。

＜第２実施形態＞
次に、この発明の第２実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係るエッチング装置は、エッチングの進行に伴う半導体ウエハ１の歪みを阻止できることを特徴とする。図４は、この実施形態に係るエッチング装置に備えられた保持装置の縦断面図である。なお、第１実施形態のエッチング装置と同じ構成については説明を省略する。

チューブ３１の一端が、接続部材１３の周面からＯリング１３ａを通って空間２の中に挿通されており、チューブ３１の他端は圧力制御装置３０と接続されている。また、Ｏリング１３ａには、真空ポンプ２０と接続されたチューブ２１，２１が挿入されている。空間２には、空気などの気体が充填されており、その気体の圧力が圧力制御装置３０によって制御される。

各半導体ウエハ１のエッチングが進行すると、メンブレン構造のセンシング部１ｄの膜厚が次第に薄くなるため、エッチング液の圧力によって各半導体ウエハ１の各センシング部１ｄが空間２の方向へ歪む（膨らむ）。
そこで、エッチングを開始する前に圧力制御装置３０によって空間２に圧力を掛けておき、エッチングの進行に伴ってセンシング部１ｄの膜厚が薄くなった場合であってもセンシング部１ｄが空間２の方に歪まないようにする。空間２に掛ける圧力の大きさは、エッチング液４の圧力によってセンシング部１ｄが歪まない圧力を予め実験やシミュレーションによって求めておく。
これにより、エッチング液４の圧力によってセンシング部１ｄが破損しないようにすることができる。

＜第３実施形態＞
次に、この発明の第３実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係るエッチング装置は、エッチングの精度を高めることができることを特徴とする。図５は、半導体ウエハに装着された圧力センサの説明図である。

この実施形態に係るエッチング装置は、第２実施形態の圧力制御装置３０を備えず、接続部材１３にはチューブ３１は挿通されていない。空間２は、密閉されており、一定の圧力に保持されている。図５に示すように、半導体ウエハ１の非エッチング面１ｄには、圧力センサ４０が設けられている。

圧力センサ４０は、空間２の圧力を検出する。圧力センサ４０に接続された配線は、接続部材１３を通じて外部のエッチング制御装置（図示せず）と電気的に接続されている。エッチング制御装置は、圧力センサ４０によって検出された圧力に応じて各保持装置１０をエッチング液４から取出す制御などを行う。

また、センシング部１ｄの膜厚と、空間２の圧力との関係は、予め実験によって求められており、その関係は２値化され、テーブル形式でエッチング制御装置内の記憶装置に記憶されている。

そして、エッチングが進行するに伴って各センシング部１ｄの膜厚が薄くなり、各センシング部１ｄが空間２に向けて膨らむと、空間２の圧力が増大し、その圧力値が圧力センサ４０によって検出される。そして、各センシング部１ｄの膜厚が目標値に達し、空間２の圧力が所定値に達すると、エッチング制御装置が各保持装置１０をエッチング液４から取出し、エッチングを停止する。

このように、第３実施形態のエッチング装置によれば、エッチング時間によって制御するのではなく、センシング部１ｄの膜厚に対応して変化する空間２の圧力に応じてエッチングを停止することができる。
従って、エッチング液の濃度のムラや半導体ウエハの厚さの誤差などの影響を受けないため、エッチングの精度を高めることができる。
なお、圧力センサ４０は、空間２の圧力を精度良く検出できれば取付位置は限定されず、例えば、Ｏリング１３ａに取付けても良い。

＜他の実施形態＞
（１）前述の各実施形態では、半導体ウエハ１の非エッチング面１ｂ間に空間２を形成する構成を説明したが、非エッチング面１ｂ同士を接触させた状態で保持装置１０に保持する構成も可能である。

（２）非エッチング面１ｂ間に、半導体ウエハ１と対応する形状の支持部材を介在させ、その支持部材の両面に各半導体ウエハ１の各非エッチング面１ｂをそれぞれ接触させる構成も可能である。また、支持部材と半導体ウエハとが密着して半導体ウエハを支持部材から離し難いという問題がある場合は、両面に凹凸を有する支持部材（例えば、磨りガラスなど）を用いれば、その問題を解決できる。

（３）保持部材１１，１２および接続部材１３の周面に、それらを相互に密着固定するための固定部材（図示せず）を装着し、各部材間の液密性を確保する構成でも良い。この構成によれば、真空ポンプ２０およびチューブ２１が不要となるため、エッチング装置の製造コストを低減することができる。

（４）第２実施形態において、気体に代えて水などの液体を空間２に充填することもできる。

（５）第２実施形態において、第３実施形態にて使用した圧力センサ４０を空間２の所定箇所に設け、その圧力センサによって検出された空間２の圧力値が一定となるように圧力制御装置３０を制御することもできる。この構成によれば、各センシング部１ｄの膜厚が薄くなるに伴って空間２の圧力が変化しないように制御することができるため、エッチングの進行に伴う各センシング部１ｄの歪みを確実に阻止することができる。

第1実施形態に係るエッチング装置に備えられた保持装置の縦断面図である。 図１に示す保持装置の外観図であり、（ａ）は図１に示す保持装置を矢印Ａから見た側面図、（ｂ）は（ａ）に示す保持装置を矢印Ｂから見た平面図である。 図１に示す保持装置の要部拡大図である。 第２実施形態に係るエッチング装置に備えられた保持装置の縦断面図である。 半導体ウエハに装着された圧力センサの説明図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、エッチング液の撹拌手法を示す説明図である。 図７（ａ），（ｂ）は、エッチング液の撹拌手法を示す説明図である。

符号の説明

１・・半導体ウエハ、１ａ・・エッチング面、１ｂ・・非エッチング面、
１ｃ・・空洞部、１ｄ・・センシング部、２・・空間、４・・エッチング液、
１０・・保持装置、１１・・第１保持部材、１２・・第２保持部材、１３・・接続部材、
１１ａ・・第１のＯリング、１２ａ・・第２のＯリング、１３ａ・・第３のＯリング、
１１ｂ・・第１隙間、１２ｂ・・第２隙間、１３ｂ・・連通路、
２０・・真空ポンプ（真空装置）、２１・・チューブ（真空装置）、
３０・・圧力制御装置、４０・・圧力センサ（圧力検出装置）、５０・・エッチング糟、
５１，５２・・撹拌部材。

Claims (8)

1. 非エッチング面同士が向き合った１組の半導体ウエハの周縁を液密状態に保持する保持装置を備えた半導体ウエハのエッチング装置であって、
   前記保持装置は、
   前記１組の半導体ウエハの内の一方の半導体ウエハの周縁に装着された第１保持部材と、
   前記１組の半導体ウエハの内の他方の半導体ウエハの周縁に装着された第２保持部材と、
   前記第１保持部材と第２保持部材との間を接続する接続部材と、
   前記第１保持部材における前記半導体ウエハと接する周縁に装着された第１のＯリングと、
   前記第２保持部材における前記半導体ウエハと接する周縁に装着された第２のＯリングと
   前記接続部材における前記各保持部材と接する周縁に装着された第３のＯリングとを備え、
   前記各保持部材および前記接続部材は、前記半導体ウエハの周縁形状に対応した形状に形成され、
   前記接続部材によって前記１組の半導体ウエハの前記非エッチング面間には空間が形成されており、
   前記保持装置によって保持された前記１組の半導体ウエハをエッチング液に浸漬可能に構成されたことを特徴とする半導体ウエハのエッチング装置。
2. 前記半導体ウエハは、前記エッチング液に浸漬することにより、メンブレン構造のセンシング部をエッチング面に形成するものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハのエッチング装置。
3. 前記第１のＯリングと前記半導体ウエハの周縁との境界に形成された第１隙間と、
   前記第２のＯリングと前記半導体ウエハの周縁との境界に形成された第２隙間と、
   前記第３のＯリングの内部に形成され、前記第１隙間および第２隙間と連通する連通路と、
   前記連通路から前記各隙間を介して前記境界を真空引きする真空装置と、
   を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体ウエハのエッチング装置。
4. 前記非エッチング面間の空間の圧力を制御する圧力制御装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体ウエハのエッチング装置。
5. 前記圧力制御装置は、
   前記空間に気体を充填し、その気体の圧力を制御することにより前記空間の圧力を制御するものであることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエハのエッチング装置。
6. 前記圧力制御装置は、
   前記空間に液体を充填し、その液体の圧力を制御することにより前記空間の圧力を制御するものであることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエハのエッチング装置。
7. 前記圧力制御装置は、
   前記空間の圧力を検出する圧力検出装置を備えており、その圧力検出装置によって検出された圧力が所定値に達したときにエッチングを停止することを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体ウエハのエッチング装置。
8. 前記保持装置によって保持された前記１組の半導体ウエハを複数組配置し、各組の半導体ウエハをエッチング液に浸漬するエッチング糟を備えており、前記エッチング糟内のエッチング液を撹拌することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の半導体ウエハのエッチング装置。

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