JP5073621B2

JP5073621B2 - 半導体装置の製造装置

Info

Publication number: JP5073621B2
Application number: JP2008227870A
Authority: JP
Inventors: 敏文神戸
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: JP2010062403A

Description

本発明は、半導体基板のおもて面を非接触で保持するベルヌーイチャック機構を有し、ベルヌーイチャック機構に保持された半導体基板の裏面をウェットエッチングにより加工する半導体装置の製造装置に関する。

一般に、現在のウェハプロセスにおいては、半導体基板の裏面に電極を形成する場合や半導体基板を薄板化する場合等における半導体基板の裏面加工は、グラインダによるバックグラインド時の損傷を防止するために、半導体基板の裏面をウェットエッチングにより加工している。
この場合のエッチングは、半導体基板のおもて面側に形成された配線パターン等の損傷を防止するために、ベルヌーイチャック機構により半導体基板のおもて面を非接触で保持して行われる。

図３は従来のエッチング装置を示す断面図、図４は従来のエッチング装置を示す上面図、図５は図４の断面線Ａ−Ａに沿った断面を示す説明図である。
図３、図４において、１は半導体装置の製造装置としてのエッチング装置である。
２はバルク基板やＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等の半導体基板であり、そのおもて面２ａには半導体装置３（図５参照）を構成する複数の半導体素子および配線パターン等が形成されている。

本説明で用いる半導体基板２の直径は、６インチである。
５は供給管であり、その供給口６が半導体基板２の裏面２ｂの中心部の上方に配置されており、半導体基板２の裏面２ｂをエッチングにより除去するための、流体としてのエッチング液を供給する。
１０はベルヌーイチャック機構の回転基台であり、流体としての窒素ガス（Ｎ_２）等の噴出ガスを半導体基板２の半径方向外側に向かって、斜め上方に放射状に噴出させる円環状の噴出口１１が、半導体基板２の外周縁部の半径方向内側に設けられており、図示しないモータ等の駆動機構により矢印Ｂ方向に、３５０〜１０００ｒｐｍで回転する。

また、回転基台１０の回転軸１２には、回転している回転軸１２に外部から窒素ガスを供給するための、回転系と静止系との間をシールするメカニカルシール等を用いた図示しないガス供給機構が設けられている。
１３は位置決めピンであり、樹脂材料で形成された、外径φ１．５ｍｍ〜φ２ｍｍ、高さ２〜３ｍｍの円柱状部材であって、半導体基板２の外周面２ｃに接触させて複数配置されており、回転基台１０上に、ベルヌーイチャック機構によりおもて面２ａを非接触で保持された半導体基板２の位置ずれを防止する機能を有している。

上記のエッチング装置１を用いて、半導体基板２の裏面２ｂをエッチングする場合は、半導体基板２のおもて面２ａを回転基台１０の保持面に対向させ、その外周面２ｃを位置決めピン１３により位置決めして回転基台１０上に載置し、回転基台１０の円環状の噴出口１１から、回転基台１０の保持面と半導体基板２のおもて面２ａとの間に窒素ガスを噴出させると、ベルヌーイの定理に従って、半導体基板２の噴出口１１から半径方向内側の中央領域は負圧となり、半導体基板２の半径方向外側に噴出する窒素ガスは半径の増加に伴って減速し、その圧力（静圧力）が回復して正圧となり、おもて面２ａの中央領域の負圧と外周縁部の正圧と裏面２ｂの大気圧との力のバランスによって、半導体基板２のおもて面２ａが回転基台１０上に非接触で保持される。

そして、回転基台１０を回転させながら、回転している半導体基板２の中心部に、供給口６からエッチング液を滴下させると、図４に示すように、そのエッチング液は半導体基板２の裏面２ｂをエッチングしながら、相対系（回転している半導体基板２上に乗った状態をいう。）から見ると、エッチング液が遠心力によって半径方向外側に向かって放射状に膜の状態で拡がり、半導体基板２の外周端から半径方向外側に流出する。

このようにして、半導体基板２の裏面２ｂが、供給口６から供給される新たなエッチング液により連続的にエッチングされる。
この連続的なエッチングのときに、半導体基板２の外周端から外側に流出する膜状のエッチング液は、図５に示すように、位置決めピン１３に衝突して切り裂かれ、エッチング液の飛沫を発生させる。

このとき発生した飛沫は、その慣性力により主には位置決めピン１３の外周面に沿って半導体基板２の半径方向外側に飛散し、窒素ガスの気流に乗って外部に導かれるが、位置決めピン１３への衝突により運動エネルギを失った飛沫は、一部は位置決めピン１３の外周面に付着した状態で、他は位置決めピン１３の近傍に浮遊した状態で滞留する。
一方、噴出口１１から噴出させた窒素ガスは、回転基台１０の保持面と半導体基板２のおもて面２ａとの間に導かれて半径方向外側に向かって放射状に流れ、半導体基板２の外周端を過ぎた後に、噴出口１１から斜め上方に噴出したときの上方に向かう速度成分により、大部分は半径方向外側に向かって斜め上方に流れていく。

また、位置決めピン１３の近傍を通過する窒素ガスは、円柱状の位置決めピン１３の外周面に沿って回り込み、位置決めピン１３の外周面に付着したエッチング液を吹き飛ばしながら半導体基板２の半径方向外側に向かって斜め上方に流れていくが、位置決めピン１３に衝突して塞き止められた窒素ガスは、半径方向の速度成分を失った状態で、上方に向かう速度成分により位置決めピン１３に沿って上方へ向かい、半導体基板２の外周縁部に半径方向内側に向かう渦流を発生させる。

この位置決めピン１３との衝突により生じた渦流に乗って、位置決めピン１３の近傍に浮遊した状態で滞留しているエッチング液の飛沫が、半導体基板２のおもて面２ａ側に巻き込まれ、主に半導体基板２のおもて面２ａの外周縁部の位置決めピン１３の近傍に付着し、半導体基板２の外周縁部を過剰にエッチングして、半導体基板２にクラックを発生させる要因になるという問題がある。

また、半導体基板２のおもて面２ａ側に巻き込まれたエッチング液の飛沫の一部は、半導体基板２のおもて面２ａの他の部位にも付着し、エッチング液が付着した部位に形成された配線パターン等がエッチングされ、外観異常や配線パターン不良による半導体装置３の歩留りの低下や信頼性の低下を生じさせるという問題がある。
上記のような、ベルヌーイチャック機構を用いたエッチング装置における、エッチング液の半導体基板のおもて面への付着を防止するために、従来のベルヌーイチャック機構を用いたエッチング装置は、上記と同様のベルヌーイチャック機構の回転基台の円環状の噴出口と、回転基台に立設された複数の円柱状の位置決めピンとの間に、位置決めピンに向けてエアジェットを吹き付けるノズルを設け、このノズルから吹き付けられるエアジェットにより、半導体基板に裏面の端部から半導体基板のおもて面と回転基台との間に流れ込もうとするエッチング液を吹き飛ばして、半導体基板のおもて面の位置決めピンの近傍に形成されるピンマークの発生を防止している（例えば、特許文献１参照。）。

また、同様の構成のベルヌーイチャックの回転基台の外周縁部に、半導体基板の外周縁部に対向する段差部を設け、半導体基板に裏面の端部から半導体基板のおもて面と回転基台との間に流れ込むエッチング液を、半導体基板のおもて面の外周縁部に制限して、半導体基板のおもて面に生ずるエッチングむらを低減しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。

更に、円盤状の回転ステージに設けられた支持ピンにより半導体基板の裏面を支持させ、規制ピンにより外周面を位置決めした半導体基板を回転させながら、そのおもて面にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成した後に、不要となった外周縁部のレジスト膜を溶剤からなるリンス液により除去するときに、リンス液を供給するリンスノズルに設けた、リンス液の飛沫を遮る遮蔽部材により、規制ピンに衝突したリンス液のレジスト膜上への跳ね返りを防止しているものもある（例えば、特許文献３参照。）。

更に、回転ステージ上の半導体基板を回転させながらレジスト液を塗布するスピン方式塗膜装置において、ステージ上面からアウターカップの内縁開口部までの高さをｈとし、その開口部の直径をｗとしたときに、これらの比率ｈ／ｗを０．０１以上、０．０２以下として、レジスト液のミストの半導体基板上への再付着、およびアウターカップの外部への飛散を防止しているものもある（例えば、特許文献４参照。）。
特開２０００-２０８４７７号公報（段落０００２−００２４、第１図）特開平９−１８１０２６号公報（主に段落００２３−００２９、第１図）特開平１１−１８６１３８号公報（主に段落００２４−００３０、第３図）特開平９−９４５１３号公報（主に段落００３１−００３４、第１図）

しかしながら、上述した特許文献１の技術においては、ベルヌーイチャック機構を構成する回転基台に、円環状の噴出口とは別に、位置決めピンにエアジェットを吹き付けるノズルを設けているため、回転基台にエアジェット用の新たなノズルを設け、新たに設けたノズルに外部からエアを供給するエア供給機構を新たに追加する必要があり、エッチング装置の構造が複雑になると共に、現行のエッチング装置の改造に時間を要するという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、簡素な構造で、半導体基板のおもて面側へのエッチング液の巻き込みを抑制する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、半導体基板を、噴出口から前記半導体基板の半径方向外側に向けて噴出させた噴出ガスにより非接触で保持する回転基台と、前記回転基台に設けられ、前記半導体基板の外周面に接触する複数の位置決めピンとを備えた半導体装置の製造装置において、前記位置決めピンの外周面に、前記噴出ガスの流れを半径方向外側に案内する案内溝を設けたことを特徴とする。

これにより、本発明は、案内溝で半導体基板のおもて面を非接触で保持するための噴出ガスを案内して、半導体基板の外周縁部の位置決めピンの近傍に生ずる半径方向内側に向かう渦流の発生を簡素な構造で抑制することができ、半導体基板のおもて面側へ巻き込まれるエッチング液の量を大幅に低減して、半導体基板の外周縁部の過剰エッチングによるクラックの発生を抑制することができると共に、半導体基板に形成した半導体装置の外観異常や配線パターン不良による歩留りの低下や信頼性の低下を防止することができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明による半導体装置の製造装置の実施例について説明する。

図１は実施例のエッチング装置の部分断面を示す説明図である。
なお、上記図３ないし図５と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。また図１は図５と同様の断面で示してある。
図１において、２０は位置決めピンであり、その外周面には、三角状の断面形状を有する円環溝である案内溝２１が、その溝筋を半導体基板２の裏面２ｂと平行にして複数形成されており、上記した円柱状の位置決めピン１３と同様の材料および外形寸法（外径および高さ）で形成されている。

また、本実施例の位置決めピン２０は、互いに隣接する２つの案内溝２１で形成される山部の外周部に、半導体基板２の外周面２ｃを接触させて配置されており、半導体基板２を回転基台１０上に位置決めすると共に、外周面に形成された案内溝２１により、流体であるエッチング液および窒素ガスの流れを半導体基板２の半径方向外側へ案内する機能を有している。

このような外周面に案内溝２１を形成した位置決めピン２０の作用について、図２を用いて説明する。
なお、以下に示す流れの状態は、上記と同様に相対系から見た場合の流れの状態を用いて説明する。
上記した連続的なエッチングのときに、半導体基板２の外周端から外側に流出する膜状のエッチング液は、図２に示すように、位置決めピン２０に衝突して切り裂かれ、エッチング液の飛沫を発生させる。

このとき発生した飛沫は、その慣性力により主には位置決めピン２０の案内溝２１に導かれて半導体基板２の半径方向外側に飛散し、窒素ガスの気流に乗って外部に導かれる。
また、位置決めピン２０への衝突により運動エネルギを失った飛沫は、一部は位置決めピン２０の案内溝２１に付着した状態で、他は位置決めピン２０の近傍に浮遊した状態で滞留する。

一方、噴出口１１から噴出させた窒素ガスは、回転基台１０の保持面と半導体基板２のおもて面２ａとの間に導かれて半径方向外側に向かって放射状に流れ、半導体基板２の外周端を過ぎた後に、噴出口１１から斜め上方に噴出したときの上方に向かう速度成分により、大部分は半径方向外側に向かって斜め上方に流れていく。
また、位置決めピン２０の近傍を通過する窒素ガスは、位置決めピン２０の外周面に形成された案内溝２１に沿って、位置決めピン２０の案内溝２１に付着したエッチング液を吹き飛ばしながら更に半径方向外側に導かれ、位置決めピン２０を回り込んだ後に、半導体基板２の半径方向外側に向かって斜め上方に流れていく。

位置決めピン２０に衝突して塞き止められた窒素ガスは、本実施例の位置決めピン２０の外周面に形成された円環状の案内溝２１によって上方への移動が妨げられるため、半導体基板２の外周縁部の位置決めピン２０の近傍に生ずる半径方向内側に向かう渦流の発生が抑制され、位置決めピン２０の近傍に浮遊した状態で滞留しているエッチング液の飛沫は、半導体基板２のおもて面２ａ側に巻き込まれ難くなり、上記した位置決めピン２０周りの窒素ガスの流れに乗って半導体基板２の半径方向外側に向かって斜め上方に流れていく。

これにより、半導体基板２のおもて面２ａの外周縁部の位置決めピン２０の近傍に付着するエッチング液の飛沫の量を大幅に低減して、半導体基板２の外周縁部の過剰エッチングによるクラックの発生を抑制することができると共に、半導体基板２のおもて面２ａの他の部位に付着するエッチング液の飛沫の量を大幅に低減して、外観異常や配線パターン不良による半導体装置３の歩留りの低下や信頼性の低下を防止することができる。

また、本実施例の案内溝２１を形成した位置決めピン２０は、従来の位置決めピン１３と同様の外形形状に形成されているので、新たな機構を追加することなく、簡素な構造で半導体基板２のおもて面２ａ側へのエッチング液の巻き込みを防止することができ、現行のエッチング装置の改造を容易にして、半導体装置３の歩留りや信頼性を向上させたエッチング装置を早期に立ち上げることができる。

更に、本実施例の案内溝２１は、三角状の断面形状を有しているので、案内溝２１に付着したエッチング液を、自重により回転基台１０の方向に容易に流下させることができ、案内溝２１に沿って、半径方向外側に導かれながら位置決めピン２０周りの窒素ガスの流れの方向に、エッチング液を容易に導くことができる。
なお、本実施例では、案内溝２１は、溝筋を半導体基板２の裏面２ｂと平行に形成した三角状の断面形状を有する円環溝であるとして説明したが、溝筋を螺旋状に形成した三角状の断面形状を有する螺旋溝、つまりねじ形状の溝であってもよい。

この場合に、螺旋溝のリード角（＝ｔａｎ^−１（螺旋溝のピッチ／（π×位置決めピンの外径）））が、２度〜４度の範囲となるように形成するとよい。
このようにすれば、円環溝の場合と同様の効果に加えて、案内溝２１に付着したエッチング液を、回転基台１０の方向に更に容易に流下させることができる。
以上説明したように、本実施例では、半導体基板のおもて面を非接触で保持するベルヌーイチャック機構の回転基台に設けられた位置決めピンの外周面に、流体の流れを案内する案内溝を設けたことによって、案内溝で半導体基板のおもて面を非接触で保持するための噴出ガス（本実施例では、窒素ガス）を案内して、半導体基板の外周縁部の位置決めピンの近傍に生ずる半径方向内側に向かう渦流の発生を簡素な構造で抑制することができ、半導体基板のおもて面側へ巻き込まれるエッチング液の量を大幅に低減して、半導体基板の外周縁部の過剰エッチングによるクラックの発生を抑制することができると共に、半導体基板に形成した半導体装置の外観異常や配線パターン不良による歩留りの低下や信頼性の低下を防止することができる。

実施例のエッチング装置の部分断面を示す説明図実施例のエッチング装置の作用を示す説明図従来のエッチング装置の断面を示す説明図従来のエッチング装置の上面を示す説明図図４の断面線Ａ−Ａに沿った断面を示す説明図

符号の説明

１エッチング装置
２半導体基板
２ａおもて面
２ｂ裏面
２ｃ外周面
３半導体装置
５供給管
６供給口
１０回転基台
１１噴出口
１２回転軸
１３、２０位置決めピン
２１案内溝

Claims

半導体基板を、噴出口から前記半導体基板の半径方向外側に向けて噴出させた噴出ガスにより非接触で保持する回転基台と、前記回転基台に設けられ、前記半導体基板の外周面に接触する複数の位置決めピンとを備えた半導体装置の製造装置において、
前記位置決めピンの外周面に、前記噴出ガスの流れを半径方向外側に案内する案内溝を設けたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
請求項１において、
前記回転基台は、前記半導体基板のおもて面を保持することを特徴とする半導体装置の製造装置。
請求項１または請求項２において、
前記案内溝が、三角状の断面形状を有する円環溝であることを特徴とする半導体装置の製造装置。
請求項１または請求項２において、
前記案内溝が、三角状の断面形状を有する螺旋溝であることを特徴とする半導体装置の製造装置。