JP5671405B2 - 基板のエッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマを使わないドライエッチングにより、材料の異方性エッチングを行って凸凹表面を形成する方法などの、基板のエッチング方法に関するものである。

従来のプラズマを使わないシリコン材料の異方性エッチング方法としては、大気圧の反応室内にシリコン基板を設置し、エッチングガスを反応室に導入してシリコン基板表面をエッチングする第１の工程と、Ｎ_２ガス又は不活性ガスを反応室に導入してシリコン基板を冷却する第２の工程とを繰り返してエッチングをするものがある（例えば、特許文献１参照。）。このとき、エッチングガスとしては、ＣｌＦ_３、ＸｅＦ、ＢｒＦ、及び、ＢｒＦ_３の中より選ばれた少なくとも１つのガスを用いる。

図８は、特許文献１に記載された従来のシリコン基板のエッチング装置を示す図である。

図８において、このエッチング装置は、ＣｌＦ_３ボンベ８１からＣｌＦ_３ガスを流量計８２を通して希釈用のＮ_２ガスと一緒に反応室８３へ導入する。反応室８３の温度は室温で圧力は大気圧であり、シリコン基板８４は石英ボート８５に載せて反応室８３内に設置する。この装置でエッチングを行う際、ＣｌＦ_３ガスで基板８４を処理する工程と、ＣｌＦ_３ガスを止めてＮ_２ガスを流し基板８４の熱を冷ました後で再びＣｌＦ_３ガスを導入するという工程と、を１回以上繰り返すことで、異方性エッチングを進行させ、深い凹凸構造を形成している。

特開平１０−３１３１２８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、反応室８３内でＣｌＦ_３などのプロセスガスとＮ_２ガスなどの冷却ガスの入れ換えを繰り返す必要があるため、シリコン基板１枚あたりのエッチングに要する時間が長くなる。また、プロセスガスがシリコン基板８４と石英ボート８５との間に回りこんで、エッチングが不要なシリコン基板裏面もエッチングをしてしまうという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、プロセスガスによるエッチングと冷却ガスによる基板冷却とを同時に実現可能とする、基板裏面へのプロセスガスの回り込みのないエッチング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の基板のエッチング方法は、大気圧下で基板の表面をプロセスガスによってエッチングするに際し、前記基板の裏面をＮ_２ガス又は不活性ガスを用いたベルヌーイチャックによって保持し、前記Ｎ _２ ガス又は不活性ガスの吐出によって前記基板に振動を与えることを特徴とする。

以上のように、本発明の基板のエッチング方法によれば、プロセスガスによるエッチングと冷却ガスによる基板冷却とを同時に実現することができる。

本発明の第１実施形態におけるエッチング方法の１つの例を示す平面図 本発明の第１実施形態におけるエッチング方法の図１Ａの例を示す正面図 本発明の第１実施形態におけるエッチング方法の別の例を示す図 本発明の第１実施形態におけるベルヌーイチャックのさらに別の例を示す平面図 本発明の第１実施形態におけるベルヌーイチャックの図３Ａの例を示す正面図 本発明の第１実施形態におけるエッチング室全体を示す図 本発明の第２実施形態におけるエッチング方法の１つの例を示す図 本発明の第２実施形態におけるエッチング方法の別の例を示す図 本発明の第２実施形態においてエア浮上式ステージを利用したエッチング方法のさらに別の例を示す図 特許文献１に記載された従来のシリコン基板のエッチング装置を示す図

以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施形態におけるシリコン基板のエッチング方法の１つの例を示す図である。

図１Ａ及び図１Ｂにおいて、本第１実施形態では、大気圧下でエッチング処理を行うシリコン基板の一例として、四角形板状のシリコン基板４を使用している。シリコン基板４は、ガスによりエッチングされる表面側を上にして、下方にあるベルヌーイ効果を利用した非接触搬送ユニット（以下、ベルヌーイチャック６）によって浮上保持されている。シリコン基板４は、このようにベルヌーイチャック６で浮上保持されながら、直方体のガイド７によって水平方向にずれないように位置規正されて、水平方向に搬送されている。近年、シリコン基板は薄型化が進むと共に、表面への異物の付着を嫌う傾向があるため、特にベルヌーイチャックによる搬送は有効である。ベルヌーイチャック６は、図１Ａ及び図１Ｂでは、四角盤状の部材で、その中央に円形の凹部６ａを有している。ベルヌーイチャック６の凹部６ａの周囲の平面（基板保持面６ｂ）のうちの四角形の外形の４辺の各縁部中央部には、ガイド７として、小さい直方体の突起が立設されている。

ベルヌーイチャック６は、例えば、エアシリンダ、又は、モータとボールネジとで組み合わされた公知の搬送機構などの搬送装置と連結されており、搬送装置により、予め決められた方向沿いに一定速度で搬送移動される。

ここで使用するシリコン基板４の面方位は、要求される表面の形状に応じて、（１１１）、又は、（１００）を選択すればよく、搬送方向は一方向のみでも往復運動でもよい。

また、シリコン基板４の上方には、プロセスガス８をシリコン基板４に向けて供給するプロセスガス供給用ノズル９が１個以上配置されている。このプロセスガス８は、ＣｌＦ_３、ＸｅＦ、ＢｒＦ、ＢｒＦ_３より選ばれた少なくとも１つのエッチングガスをＮ_２などのガスによって希釈したガスである。図１Ａ及び図１Ｂでは、３本のプロセスガス供給用ノズル９の下方をベルヌーイチャック６が搬送される例について説明している。このプロセスガス供給用ノズル９は、図示されていないガス供給配管、バルブ、マスフローコントローラ、及び、ガスボンベにつながっている。プロセスガス供給用ノズル９のガス吹き出し口１０は、０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度の幅の細長いスリット形状をしており、ガス吹き出し口１０からガスが均一にシリコン基板４に供給できる形状になっている。

通常のベルヌーイチャックは、シリコン基板を非接触で搬送するために使用される搬送手段であり、フィルターでデバイスに影響のあるパーティクル又は油分を取り除いたドライエアをシリコン基板の裏面に向けて供給して、シリコン基板と基板保持面との間に、吸着力又は反力を発生させて、シリコン基板を基板保持面に対して保持するものである。

しかし、本発明の第１実施形態におけるベルヌーイチャック６では、ドライエアの代わりにＮ_２ガス（冷却ガス１１）を中央部開口６ｃより供給して、ベルヌーイチャックとしてのシリコン基板４の保持と同時に、シリコン基板４の冷却も行っている。

ここで、冷却ガス１１としてＮ_２ガスを使用しているのは、ＣｌＦ_３などのエッチングガスをＮ_２ガスで希釈して、プロセスガス８として使用しているからであり、ガスによるエッチングプロセスへの影響を無くすためである。

冷却ガス１１としては、比熱が大きくかつ熱伝導率が高いガスのほうが冷却効率が良いので、Ｎ_２ガス以外の一例としては、Ｈｅガスがよい。しかしながら、エッチングのプロセスに影響が無ければ、他の不活性ガスを冷却ガス１１として使用することも可能である。例えば、Ａｒを使用しているプロセスでは、Ａｒガスを冷却ガス１１として使用することもできる。また、シリコン基板４の冷却効果を上げるために、冷却ガス１１の図示されていない供給配管をさらに冷却するなどして、冷却ガス１１の温度を低くしておくことも有効である。

また、図１Ａの平面図に示すように、ベルヌーイチャック６はシリコン基板４より大きく、シリコン基板４裏面を基板保持面６ｂで覆う形状にしている。図１Ａの平面図に示すように、ベルヌーイチャック６とシリコン基板４の間では、冷却ガス１１をシリコン基板４の裏面の中心に吹き付けて、冷却ガス１１がシリコン基板４の中心から外周へ向かって放射状に流れている。そのため、ベルヌーイチャック６をシリコン基板４より大きくしておくことによって、シリコン基板４裏面へのプロセスガス８の回り込みを防止でき、電極など電気回路を形成するシリコン基板４裏面の状態を、清浄な状態に保つことができる。なお、ベルヌーイチャック６の大きさは、シリコン基板４がガイド７により決まる移動可能範囲内にある限り、ベルヌーイチャック６がシリコン基板４の裏面を覆うようにすることがよい。よって、図１Ａ及び図１Ｂのようなガイド７の構成の場合、向かい合った２つのガイド７の内側面同士の距離を、シリコン基板４の幅以上にしておく。また、シリコン基板４裏面へのプロセスガス８の回り込みを防止するために、ベルヌーイチャック６とシリコン基板４との隙間から吹出す冷却ガス１１の圧力が反応室３のプロセス圧力よりも高くなるようにする必要がある。

本発明の第１実施形態の１つの実施例の場合、反応室３の圧力を９０ｋＰａ〜９８ｋＰａ程度と大気圧よりやや減圧し、ベルヌーイチャック６へ供給する冷却ガス１１の圧力を２００ｋＰａとしている。例えば、ガイド７の内側の面同士の距離が１２７ｍｍの場合、ベルヌーイチャック６の寸法は１２７ｍｍ×１２７ｍｍ以上にするのがよい。

また、本第１実施形態のシリコン基板４には、微振動が与えられる。この微振動は、真空吸着又は静電吸着など接触式のチャックによって保持された場合と異なり、ベルヌーイチャック６に供給されている冷却ガス１１の圧力又は流量変化の影響により、シリコン基板４に与えられるものである。この微振動により、シリコン基板４の表面とプロセスガス８の分子との接触が促進され、エッチング反応が活発に行われるという効果が得られる。この効果を積極的に利用するために、冷却ガス１１の圧力又は流量を約１秒周期程度の頻度で±０．２〜５％程度変化させることも有効である。また、プロセスガス供給用ノズル９とシリコン基板４との距離を１〜１５ｍｍ程度の距離に近づけることにより、プロセスガス供給用ノズル９から出たプロセスガス８によって、シリコン基板４に微振動を与えることも可能である。

なお、本第１実施形態においては、シリコン基板４の表面を上にして、下方からベルヌーイチャック６にてシリコン基板４を保持し、プロセスガス８を上方から供給する構成を示した。しかしながら、図２のように、上下を逆にして、上方からベルヌーイチャック６にてシリコン基板４を保持してもよい。

さらには、時計回りに９０度回転させて、シリコン基板４の表面が上下方向沿いになるように配置し、プロセスガス８を水平方向からシリコン基板４の表面に供給してもよい。

また、本第１実施形態では、プロセスガス供給用ノズル９を固定し、シリコン基板４を保持したベルヌーイチャック６を水平方向に移動させているが、シリコン基板４を保持したベルヌーイチャック６を固定し、プロセスガス供給用ノズル９を水平方向に移動させてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂはベルヌーイチャック６の別の例を示す図である。図３Ａの平面図に示すように、ベルヌーイチャック６の形状は、シリコン基板４より大きく、シリコン基板４裏面全体を覆う形状であればよい。このため、ベルヌーイチャック６の形状は、図１Ａ及び図１Ｂのように基板４と同じ四角である必要はなく、円形やその他の形状でもよい。また、シリコン基板４のガイド７は、シリコン基板４がベルヌーイチャック６による搬送中にずれなければよく、図１Ａ及び図１Ｂのような直方体以外に、円柱、又は、半円柱などどのような形状でもよい。ただし、ベルヌーイチャック６とシリコン基板４との間から放出される冷却ガス１１の流れをガイド７で妨げないようにして、シリコン基板４の中央から外周へ向かう冷却ガス１１の流れを各方向に均等にするため、ガイド７のシリコン基板４に向かい合う辺の長さが短くなるようにするのが望ましい。あるいは、ベルヌーイチャック６のシリコン基板４と向かい合う面に中央から放射状に整流板や溝を設けるなど、ベルヌーイチャック６の中央から外周へ向けて、冷却ガス１１が各方向に均一に流れるようにすることが望ましい。このような構成にすることにより、シリコン基板４の面内での温度分布を均一にすることが可能になる。

なお、本第１実施形態において、シリコン基板４は角型基板としているが、シリコン基板４が円形の場合には、シリコン基板４の外周の最低３ヶ所以上の点に、円柱又は直方体などのガイド７を、シリコン基板４との適度なクリアランスを設けて設置することで、角型基板の場合と同様に実施可能である。

図４は、本第１実施形態における、反応室３の一例としてのエッチング室の全体を示す図である。反応室３内には、プロセスガス供給用ノズル９が複数個配置されており、上方に向かってプロセスガス８が吹き出されている。プロセスガス供給用ノズル９の上を、シリコン基板４をそれぞれ保持した複数のベルヌーイチャック６が連続して水平方向に移動している。ただし、プロセスガス８として使用しているエッチングガスＣｌＦ_３などは、非常に危険なガスであり、反応室３から外へ漏れないようにするために、反応室３の出入口３ａにＮ_２ガスなどの不活性ガスを使用したガスカーテン１２を形成することが望ましい。このために、本第１実施形態では、反応室３に、ガスカーテン用ノズル１３と、その両側と、反対側（上部側）に排気ガス１４用の排気口１５を配置している。本第１実施形態は、図４に示すようにガスカーテン用ノズル１３と排気口１５とを設けることで、シリコン基板４を連続してエッチング処理できるように構成している。排気口１５は、図示されていない排気配管、除害装置、及び、ファンにつながっている。

以上のように、本第１実施形態にかかる構成によれば、ベルヌーイチャック６で保持するシリコン基板４の裏面に向けてＮ_２ガスの冷却ガス１１を供給して、シリコン基板４の保持と同時に、シリコン基板４の冷却の機能も持たせることができる。このため、シリコン基板４のエッチングと冷却との２工程を同時にできる。また、ベルヌーイチャック６とシリコン基板４の間には、冷却ガス１１がシリコン基板４の中心から外周へ向かって放射状に流れている。そのため、ベルヌーイチャック６をシリコン基板４より大きく構成しておくことによって、シリコン基板４裏面へのプロセスガス８の回り込みを防止でき、シリコン基板４表面だけにエッチング処理が可能である。この結果、図８に示す特許文献１に記載された従来のシリコン基板のエッチング装置よりも、効率良く、高品質なエッチング処理ができる。 （第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態におけるシリコン基板のエッチング方法を示す図である。図５において、図１Ａ〜図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図５では、図１Ａ及び図１Ｂで示したベルヌーイチャック６の外周部の全周に、冷却ガス１１を回収するために、冷却ガス排気口１６を設けている。冷却ガス排気口１６には、排気装置が連結されて、冷却ガス１１を吸引している。

かかる構成によれば、シリコン基板４を冷却するために使用した冷却ガス１１が反応室３内に漏れる量を減少させることができ、前述の第１実施形態で得られる効果に加えて、冷却ガス１１によるプロセスガス８への影響を抑えたエッチング処理ができる。そのため、プロセスガス８の混合比に対するマージンの狭いプロセスには有効である。例えば、エッチングガスＣｌＦ_３のプロセスガス８全体に占める割合が、プロセスに大きな影響を与える場合は、図５に示したような構成が有効である。

なお、本第２実施形態では、ベルヌーイチャック６の凹部６ａの中央部に冷却ガス１１の供給口を設け、ベルヌーイチャック６の外周部に冷却ガス排気口１６を設けている。しかしながら、このような構成に限られるものではなく、図６に示すように、ベルヌーイチャック６の基板保持面６ｂの外周側に冷却ガス供給口６ｇを設け、ベルヌーイチャック６の凹部６ａの中央部に冷却ガス排気口１６ａを設けてもよい。また、冷却ガス供給口６ｇは外周側に１ヵ所しか示していないが、複数個設けてもよい。また、ベルヌーイチャック６の断面形状は簡略化して図示しているが、断面形状は図示された形状に限定するものではない。

また、図７では、ベルヌーイチャックではなく、エア浮上式搬送ステージ１７を利用した別の例を示している。本第２実施形態の別の例では、エア浮上式搬送ステージ１７に、エアではなく、冷却ガス１１を貫通孔１７ａから供給している。よって、前述のベルヌーイチャック６の場合と同様に、シリコン基板４を冷却、搬送しながら、プロセスガス供給用ノズル９から吹き出されるプロセスガス８によってエッチング処理をすることも可能である。エア浮上式搬送ステージ１７は、シリコン基板４の基板温度の均一性という点では、ベルヌーイチャック６を利用した方法に比べて有利であるが、冷却ガス１１のプロセスへの影響が大きいという点でベルヌーイチャック６よりも課題がある。

なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、プロセスガスによるエッチングと冷却ガスによる冷却を同時に実現することが可能であるため、耐熱性の低い基板や部品などに加熱や発熱を伴う製造工程、具体的には、電池、太陽電池、ディスプレイ、又は、電子部品などのエッチングなどに適用できる。

３ 反応室
４ シリコン基板
６ ベルヌーイチャック
６ａ 凹部
６ｂ 基板保持面
６ｃ 中央部開口
６ｇ 供給口
７ ガイド
８ プロセスガス
９ プロセスガス供給用ノズル
１０ ガス吹き出し口
１１ 冷却ガス
１２ ガスカーテン
１３ ガスカーテン用ノズル
１４ 排気ガス
１５ 排気口
１６、１６ａ 冷却ガス排気口
１７ エア浮上式搬送ステージ
１７ａ 貫通孔
８１ ＣｌＦ_３ボンベ
８２ 流量計
８３ 反応室
８４ シリコン基板
８５ 石英ボート

Claims (6)

1. 大気圧下で基板の表面をプロセスガスによってエッチングするに際し、前記基板の裏面をＮ_２ガス又は不活性ガスを用いたベルヌーイチャックによって保持し、前記Ｎ_２ガス又は不活性ガスの吐出によって前記基板に振動を与える、基板のエッチング方法。
2. 前記ベルヌーイチャックにおける前記基板を保持する側の面が、前記基板より大きく、かつ、前記基板の裏面全体を覆う形状である、請求項１に記載の基板のエッチング方法。
3. 前記ベルヌーイチャックにおける前記基板を保持する側の面の外周部にガイドを設けた、請求項１または２に記載の基板のエッチング方法。
4. 前記ベルヌーイチャックから前記基板の裏面に向けて吹出される前記Ｎ_２ガス又は不活性ガスを、外周部の排気口によって回収する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板のエッチング方法。
5. 大気圧下で基板の表面をプロセスガスによってエッチングするに際し、前記基板の裏面をＮ_２ガス又は不活性ガスを用いた浮上式搬送ステージによって保持し、前記Ｎ _２ ガス又は不活性ガスの吐出によって前記基板に振動を与える、基板のエッチング方法。
6. 前記Ｎ_２ガス又は不活性ガスによって前記基板の裏面を冷却する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の基板のエッチング方法。

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