JP7088120B2 - シリコンウェーハのエッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウェーハのエッチング方法及びエッチング装置に関する。

シリコンウェーハの製造工程において、単結晶インゴットの状態から薄くスライスされたウェーハは、面取り加工と研削加工を経て平坦化を行うのが一般的である。この際、ウェーハ表裏面には上記加工に起因する大小様々なキズや加工歪みが導入され、これらが後工程で顕在化すると重大な品質上の問題になり得る。

そこで、通常はエッチング処理を行って、これらのキズや加工歪を除去する。エッチング方法としては複数のウェーハの表裏面を同時に処理するバッチ方式や枚葉でウェーハの表面と裏面を順に処理するスピンエッチング方式が知られている（特許文献１参照）。また、目的に応じて酸エッチング液で処理する場合とアルカリエッチング液で処理する場合の２通りの手段があり、例えば酸エッチングの場合だと適宜濃度を調節した弗酸と硝酸等を含んだ混酸を用いるのが一般的である。

特開２００７－５３１７８号公報

スピンエッチング方式による酸エッチングを行う場合、通常、使用したエッチング液を回収し、再度エッチング液として用いるため、加工枚数に応じてエッチング液に含まれる弗酸と硝酸濃度は連続的に変化する。その結果、エッチング速度も連続的に変化するため、一定の加工量を維持できない問題がある。また、実際にはエッチング速度だけではなくウェーハ面内の取代分布も加工枚数に応じて変化するため、エッチング後のウェーハ形状も一定に維持できない問題がある。

従来は、この問題への対処として弗酸補給を行う場合が多いが、この方法ではエッチング速度は維持されるものの、エッチング加工後のウェーハ形状の変化には対処できない。そのため、形状変化が大きくなってくると、加工を一時中断してのエッチング液交換作業が避けられなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エッチング速度、エッチング加工後のウェーハ形状を一定に維持しながらの連続加工が可能となるシリコンウェーハのエッチング方法を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明は、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面に供給ノズルを通してエッチング液タンクに保存された酸エッチング液を供給しながら、前記シリコンウェーハを回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程を含むシリコンウェーハのエッチング方法であって、
前記スピンエッチング工程を繰り返し行うことで、複数のシリコンウェーハの連続加工を行い、
前記連続加工中に、前記スピンエッチング工程において使用した前記酸エッチング液を回収し、前記エッチング液タンクに戻して再び酸エッチング液とする工程と、
前記回収後の酸エッチング液を所定量排液し、さらに所定量の新たな前記酸エッチング液を給液する排液・給液工程とを含み、
前記排液・給液工程後の酸エッチング液を前記スピンエッチング工程に用いることを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法を提供する。

このようなシリコンウェーハのエッチング方法であれば、排液・給液を行いながらスピンエッチング方式の酸エッチングを行うことで、酸エッチング液中のＳｉ溶解量の増加、及び、それによる酸エッチング液の動粘度の変化を防ぐことができるため、連続加工時でも一定のエッチング速度と加工後のウェーハ形状を得ることができる。

このとき、前記排液・給液工程において、前記回収後の酸エッチング液のＳｉ溶解量に基づいて、前記排液する量と前記給液する量とを決定することが好ましい。

このような方法であれば、Ｓｉ溶解量の増加、及び、それによる酸エッチング液の動粘度の変化をより確実に防ぐことができる。

また、前記排液・給液工程において、前記排液する量と、前記給液する量とを同量とすることが好ましい。

このような方法であれば、Ｓｉ溶解量を一定に保つことができるため、酸エッチング液の動粘度の変化をさらに確実に防ぐことができる。

また、前記酸エッチング液として、弗酸、硝酸を含む混合液、又は、これに酢酸、燐酸、硫酸のうち少なくともいずれか一つを加えた混合液を用いることが好ましい。

このような混合液であれば、シリコンウェーハのスピンエッチングに好適に用いることができる。

また、本発明は、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面にエッチング液タンクに保存された酸エッチング液を供給するための供給ノズルと、
前記シリコンウェーハを保持し、回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うためのステージと、
前記酸エッチングで使用した酸エッチング液を回収し、前記エッチング液タンクに戻すための回収機構とを有するエッチング装置であって、
前記エッチング液タンクから前記酸エッチング液を所定量排液するための排液機構と、
前記エッチング液タンクに新たな前記酸エッチング液を所定量給液するための給液機構とを具備することを特徴とするエッチング装置を提供する。

本発明のエッチング装置であれば、排液機構、給液機構により、排液・給液を行いながらスピンエッチング方式の酸エッチングを行うことで、酸エッチング液中のＳｉ溶解量の増加、及び、それによる酸エッチング液の動粘度の変化を防ぐことができるため、連続加工時でも一定のエッチング速度と加工後のウェーハ形状を得ることができる。

本発明のシリコンウェーハのエッチング方法及びエッチング装置であれば、排液・給液を行いながらスピンエッチング方式の酸エッチングを行うことで、酸エッチング液中のＳｉ溶解量の増加、及び、それによる酸エッチング液の動粘度の変化を防ぐことができるため、連続加工時でも一定のエッチング速度と加工後のウェーハ形状を得ることができる。

給液・排液機構を接続した本発明のエッチング装置の一実施形態の模式図である。 本発明のシリコンウェーハのエッチング方法による一実施形態を示すフロー図である。 排液・給液を行いながらスピンエッチング工程を繰り返し連続加工したときのエッチング速度の推移を示す図である。 排液・給液を行いながらスピンエッチング工程を繰り返し連続加工したときのＳｉ溶解量の推移を示す図である。 排液・給液を行いながらスピンエッチング工程を繰り返し連続加工したときの加工後のウェーハ形状の変化を示す図である。 排液・給液を行わずにスピン酸エッチングを繰り返し連続加工したときのエッチング速度の推移を示す図である。 排液・給液を行わずにスピン酸エッチングを繰り返し連続加工したときのＳｉ溶解量の推移を示す図である。 排液・給液を行わずにスピン酸エッチングを繰り返し連続加工したときの加工後のウェーハ形状の変化を示す図である。

上記のように、スピンエッチング方式による酸エッチングを行う場合、通常、使用したエッチング液を回収し、再度エッチング液として用いるため、エッチング速度、ウェーハ面内の取代分布が、連続加工における加工枚数に応じて変化してしまう問題があった。

本発明者は鋭意研究の結果、酸エッチング液中のＳｉ溶解量が変化すると酸エッチング液の動粘度が変化し、そのため、エッチング液の流体特性が無視できないスピンエッチング方式の酸エッチングでは、ウェーハ面内のエッチング速度分布が変化して、その結果、エッチング後のウェーハの加工形状が変化することを見出した。

そこで、スピンエッチング方式の酸エッチングで加工後の形状品質を一定に保つために、酸エッチング液中のＳｉ溶解量の増加を防ぎ、同時に酸エッチング液の成分濃度も維持しながら、エッチング後のウェーハ形状とエッチング速度を共に一定に維持できるスピン方式酸エッチングの手法及びエッチング装置を開発した。

即ち、本発明は、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面に供給ノズルを通してエッチング液タンクに保存された酸エッチング液を供給しながら、前記シリコンウェーハを回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程を含むシリコンウェーハのエッチング方法であって、
前記スピンエッチング工程を繰り返し行うことで、複数のシリコンウェーハの連続加工を行い、
前記連続加工中に、前記スピンエッチング工程において使用した前記酸エッチング液を回収し、前記エッチング液タンクに戻して再び酸エッチング液とする工程と、
前記回収後の酸エッチング液を所定量排液し、さらに所定量の新たな前記酸エッチング液を給液する排液・給液工程とを含み、
前記排液・給液工程後の酸エッチング液を前記スピンエッチング工程に用いることを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法である。

また、本発明は、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面にエッチング液タンクに保存された酸エッチング液を供給するための供給ノズルと、
前記シリコンウェーハを保持し、回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うためのステージと、
前記酸エッチングで使用した酸エッチング液を回収し、前記エッチング液タンクに戻すための回収機構とを有するエッチング装置であって、
前記エッチング液タンクから前記酸エッチング液を所定量排液するための排液機構と、
前記エッチング液タンクに新たな前記酸エッチング液を所定量給液するための給液機構とを具備することを特徴とするエッチング装置である。

このようなシリコンウェーハのエッチング方法及びエッチング装置であれば、排液・給液を行いながらスピンエッチング方式の酸エッチングを行うことで、酸エッチング液中のＳｉ溶解量の増加、及び、それによる酸エッチング液の動粘度の変化を防ぐことができるため、連続加工時でも一定のエッチング速度と加工後のウェーハ形状を得ることができる。

以下、本発明について詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は給液・排液機構を接続した本発明のエッチング装置の一実施形態の模式図である。具体的には、例えば、スピンエッチング方式で用いられる三益半導体工業株式会社製スピンエッチャーＭＳＥ－７０００ＥＬ－ＭＨに給液・排液機構を接続したものとすることができる。

本発明のエッチング装置は、酸エッチング液を保存するためのエッチング液タンク、酸エッチング液をシリコンウェーハの表面及び／又は裏面に供給するための供給ノズル、シリコンウェーハを保持し、回転させるためのステージ、酸エッチング液を回収し、エッチング液タンクに戻すための回収機構、エッチング液タンクから酸エッチング液を排液するための排液機構、エッチング液タンクに新たな酸エッチング液を給液するための給液機構を具備する。

本発明のエッチング装置１００は、例えば図１に示すように、エッチング加工部１４とエッチング液供給部１３で構成することができる。

エッチング加工部１４は、真空吸着ステージ（ステージ）２と供給ノズル３とエッチング液回収カップ１９を具備することができる。この場合、供給ノズル３を、表面側のみならず、裏面側にも具備し、ウェーハの両面を同時にエッチングできるようにしてもよい。

エッチング液供給部１３は、エッチング液タンク６と、エッチング液タンク６からエッチング加工部へ酸エッチング液を送液する送液ポンプ１８と、エッチング液回収カップ１９からエッチング液タンク６に酸エッチング液を回収する回収ポンプ２０を有する回収機構２１と、排液・給液機構１７を具備することができる。

エッチング液タンク６には酸エッチング液８が入っており、回収された酸エッチング液により、所定量のＳｉが溶解した酸エッチング液が入っている。排液・給液機構１７は、給液タンク１１と酸エッチング液を給液タンク１１からエッチング液タンク６へ送液する給液ポンプ１２とからなる給液機構２２と、排液処理部１６とエッチング液供給部１３のエッチング液タンク６から酸エッチング液を抜き取り排液処理部１６へ送液する排液ポンプ１５とからなる排液機構２３と、で構成することができる。給液タンク１１には、Ｓｉが溶解していない状態の、エッチング液タンク６に入っている酸エッチング液８と同一成分濃度の酸エッチング液を入れればよい。

シリコンウェーハ１は表面または裏面を上にして真空吸着ステージ２の中心に水平に設置され、真空源１０に連結した真空吸着ステージ２上に真空吸着で保持することができる。

真空吸着ステージ２は、ステージ下方にある図示しないθ軸モータおよびθスピンドル等による回転ユニットによって、真空吸着ステージ２中心を回転軸として図のθ方向に回転させることができる。

次に、図１に示したエッチング装置１００を用いた場合を例に、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法を説明する。図２に本発明のシリコンウェーハのエッチング方法による加工フローを例示する。

本発明のシリコンウェーハのエッチング方法は、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面へ供給ノズルを通してエッチング液タンクに保存された酸エッチング液を供給しながら（図２のｓｔｅｐ １）、シリコンウェーハを回転させて酸エッチング液の供給範囲をシリコンウェーハ全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程（エッチング加工、図２のｓｔｅｐ ２）を含む。酸エッチング液は弗酸と硝酸を含む混合液とすることができるが、これに酢酸や硫酸や燐酸を適宜組み合わせて混合しても良い。このような混合液は、シリコンウェーハのスピンエッチングに好適に用いることができる。混合比は、質量％で例えば弗酸が１～８０％、硝酸が１０～８０％混合された酸エッチング液でよいが、これに質量比で酢酸が例えば１０～３０％、硫酸が例えば１０～２５％、燐酸が例えば１０～５０％を任意の割合で混合してもよい。

このとき、図１に示すように、真空吸着ステージ２上方にある供給ノズル３にエッチング液供給部１３のエッチング液タンク６から送液ポンプ１８を経由して酸エッチング液８を供給し、真空吸着ステージ２上に保持され回転しているシリコンウェーハ１に酸エッチング液８を供給することができる。酸エッチング液８を供給している間、供給ノズル３は図１中の矢印４（供給ノズルの運動方向）で示すように、シリコンウェーハ１中心を通ってシリコンウェーハ１の径方向に直線往復運動するのが一般的である。

また、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法では、上記スピンエッチング工程を繰り返し行うことで、複数のシリコンウェーハの連続加工を行う。また、連続加工中に、スピンエッチング工程において使用した酸エッチング液を回収し、エッチング液タンクに戻して再び酸エッチング液とする工程（図２のｓｔｅｐ ３）を含む。

シリコンウェーハ１上に供給された酸エッチング液８は、シリコンウェーハ１の回転に倣ってシリコンウェーハ１上を移動し、シリコンウェーハ１外周部から液滴５となってウェーハ上から排出される。

排出された液滴５はエッチング液回収カップ１９に入り、回収ポンプ２０によってエッチング液タンク６に回収することができる。エッチング液タンク６に回収した回収後の酸エッチング液は再び酸エッチング液８とする。

所定のエッチング取代を満たした後、エッチング加工が終了したら、エッチング液タンク６からの酸エッチング液８の供給を停止し（図２のｓｔｅｐ ４）、供給ノズル３に給水源７から水９を供給し、真空吸着ステージ２上に保持され回転しているシリコンウェーハ１上に水９を供給することができる（リンス、図２のｓｔｅｐ ６）。

シリコンウェーハ１上に供給された水９は、シリコンウェーハ１の回転に倣ってシリコンウェーハ１上を移動し、シリコンウェーハ１上に残留する酸エッチング液８を水９に置換しながらシリコンウェーハ１の外周部から液滴５となって排出される。

また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記回収後の酸エッチング液を所定量排液し、さらに所定量の新たな酸エッチング液を給液する排液・給液工程（図２のｓｔｅｐ ５）を含む。そして、排液・給液工程後の酸エッチング液を、複数のシリコンウェーハの連続加工におけるスピンエッチング工程に用いる。

酸エッチング液８供給停止後、適切な量の回収後の酸エッチング液を、エッチング液タンク６から排液・給液機構１７の排液ポンプ１５を経由して排液処理部１６に排液することができる。その後、適切な量の新たな酸エッチング液を排液・給液機構１７の給液タンク１１から給液ポンプ１２を経由してエッチング液タンク６に給液することができる。また、シリコンウェーハ１上の酸エッチング液８の水への置換が終了したら給水源７からの水９供給を停止し、シリコンウェーハ１を高速回転させることでシリコンウェーハ１上の水をすべて飛散させ、乾燥したシリコンウェーハ１を得ることができる（リンス・乾燥、図２のｓｔｅｐ ６）。

このとき、排液・給液工程において、回収後の酸エッチング液のＳｉ溶解量に基づいて、排液する量と給液する量とを決定することが好ましい。Ｓｉ溶解量は、シリコンウェーハの所定のエッチング取代から算出することができるが、特に限定されるものではなく、エッチング液タンク等に設けられたＳｉ溶解量を測定する機構等により求めることもできる。このようにすれば、エッチングによる溶解で増加した分のＳｉのモル計算等により求めたＳｉ溶解量に基づいた適切な量の排液・給液を行うことで、酸エッチング液中のＳｉ溶解量の増加、及び、それによる酸エッチング液の動粘度の変化をより確実に防ぐことができる。

また、Ｓｉ溶解量を一定に保つために、Ｓｉが溶解した回収後の酸エッチング液を一定量排液した後に、Ｓｉが溶解していない同量の新たな酸エッチング液を給液することが好ましい。このようにすれば、Ｓｉ溶解量をエッチングによって増加する前のＳｉ溶解量に戻すことができる。

また、排液・給液工程は、複数のシリコンウェーハの連続加工中に行えばよく、タイミングは特に限定されるものではないが、エッチング加工のスピンエッチング工程毎に一定のＳｉ溶解量を維持することで加工後の形状品質を一定にすることができる。例えば、１枚エッチング加工を行う毎にそのエッチング取代に見合った量の排液・給液を行うことで酸エッチング液中のＳｉ溶解量を一定に保つ。なお、弗酸と硝酸の消費量はＳｉ溶解量に比例するため、排液・給液によって酸エッチング液中のＳｉ溶解量を一定に保つことは、同じ酸エッチング液中の弗酸濃度と硝酸濃度を一定に保つことに等しい。

なお、スピンエッチング方式の酸エッチングにおけるＳｉ溶解量は１２ｇ／Ｌ以下が好ましい。このような範囲であれば、流体としての特性変化が大きくなりすぎず、酸エッチング液を供給するノズル直下に形成される衝突噴流域での加工後のウェーハ形状が良好となる。

シリコンウェーハ１枚あたりのエッチング取代は、通常、前工程であるラップ加工または平面研削加工でシリコンウェーハ表面に導入される加工変質層を除去できる量である３～８μｍが片面分のエッチング取代として好ましい。このエッチング取代から算出されるＳｉモル量に基づいた量の排液・給液を、例えばスピンエッチング工程後のリンス中に毎回行えば、Ｓｉ溶解量を一定量に保ちながらの連続エッチング加工を行うことができ、エッチング速度、エッチング後の形状を一定に維持しながらの連続加工がより確実に可能となる。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

［実施例］
図１に示したエッチング装置を用いて、図２の加工フローに従って、１００枚のシリコンウェーハのエッチングを、エッチング液タンク中の酸エッチング液の排液、給液を行いながら連続加工した。このとき、排液・給液工程は１枚のシリコンウェーハのスピンエッチング工程終了毎に行った。実施例に用いた酸エッチング液は弗酸と硝酸の混合液であり、混合比は質量％で弗酸が４％、硝酸が４７％であった（１００％に満たない残部は水である。）。１枚目の酸エッチング液として、Ｓｉ溶解量１０ｇ／Ｌのものを用い、給液する新たな酸エッチング液としてＳｉ原子を含まない酸エッチング液を用いた。排液、給液の量は同量とし、エッチングの取り代から求まるＳｉ溶解量に基づいて決定した。

図３、図４、図５にそれぞれ、排液・給液を行いながらスピンエッチング工程を繰り返し連続加工したときのエッチング速度の推移、Ｓｉ溶解量の推移、加工後のウェーハ形状の変化を示す。

［比較例］
排液機構、給液機構を具備していない、一般的に用いられるエッチング装置を用いて、１００枚のシリコンウェーハのエッチングを、排液、給液を行わずに連続加工した。比較例に用いた酸エッチング液は弗酸と硝酸の混合液であり、混合比は質量％で弗酸が４％、硝酸が４７％であった（１００％に満たない残部は水である。）。１枚目の酸エッチング液として、Ｓｉ溶解量１０ｇ／Ｌのものを用いて連続加工を開始した。

図６、図７、図８にそれぞれ、排液・給液を行わずにスピン酸エッチングを繰り返し連続加工したときのエッチング速度の推移、Ｓｉ溶解量の推移、加工後のウェーハ形状の変化を示す。

図３、図４、図５に示したように、排液・給液を行った場合は、Ｓｉ溶解量はほぼ一定に維持され、連続１００枚加工中のエッチング速度ばらつきは±７％以内であった。また加工後のウェーハ形状は、加工１枚目、５０枚目、１００枚目のウェーハの平坦度ＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は同等であった。図６、図７、図８に示したように、排液・給液を行わなかった場合は、Ｓｉ溶解量が単調に増加するにつれてエッチング速度は単調に減少し、１００枚加工中のエッチング速度は１枚目の約７０％であった。また加工後のウェーハ形状は、加工枚数が増えるにつれて変化し、１００枚加工後のＴＴＶは１枚目にくらべて２．６倍に悪化した。

上記のことから、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法及びエッチング装置を用いれば、排液・給液を行うことで、連続加工時でも一定のエッチング速度と加工後のウェーハ形状を得ることができることが示された。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１００…エッチング装置、
１…シリコンウェーハ、 ２…ステージ（真空吸着ステージ）、
３…供給ノズル、 ４…供給ノズルの運動方向、 ５…液滴、
６…エッチング液タンク、 ７…給水源、 ８…酸エッチング液、
９…水、 １０…真空源、 １１…給液タンク、 １２…給液ポンプ、
１３…エッチング液供給部、 １４…エッチング加工部、
１５…排液ポンプ、 １６…排液処理部、 １７…排液・給液機構、
１８…送液ポンプ、 １９…エッチング液回収カップ、 ２０…回収ポンプ、
２１…回収機構、 ２２…給液機構、 ２３…排液機構。

Claims (5)

1. シリコンウェーハの表面及び／又は裏面に供給ノズルを通してエッチング液タンクに保存された酸エッチング液を供給しながら、前記シリコンウェーハを回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程を含むシリコンウェーハのエッチング方法であって、
   前記スピンエッチング工程を繰り返し行うことで、複数のシリコンウェーハの連続加工を行い、
   前記連続加工中に、前記スピンエッチング工程において使用した前記酸エッチング液を回収し、前記エッチング液タンクに戻して再び酸エッチング液とする工程と、
   前記回収後の酸エッチング液を所定量排液し、さらに所定量の新たな前記酸エッチング液を給液する排液・給液工程とを含み、
   前記排液・給液工程における前記所定量の排液・給液を、前記シリコンウェーハ１枚あたりのエッチング取代から算出されるＳｉモル量に基づいた量として、前記スピンエッチング工程後のリンス中に毎回行い、
   前記排液・給液工程後の酸エッチング液を前記スピンエッチング工程に用いることを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法。
2. 前記排液・給液工程において、前記回収後の酸エッチング液のＳｉ溶解量に基づいて、前記排液する量と前記給液する量とを決定することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。
3. 前記排液・給液工程において、前記排液する量と、前記給液する量とを同量とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。
4. 前記酸エッチング液として、弗酸、硝酸を含む混合液、又は、これに酢酸、燐酸、硫酸のうち少なくともいずれか一つを加えた混合液を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。
5. 前記スピンエッチング工程における酸エッチング液のＳｉ溶解量を１２ｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。

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