JP7171371B2

JP7171371B2 - エッチング装置

Info

Publication number: JP7171371B2
Application number: JP2018206421A
Authority: JP
Inventors: 豊毛戸; 泰紀出口; 慧牛田
Original assignee: Toho Kasei Co Ltd
Current assignee: Toho Kasei Co Ltd
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: JP2020072210A

Description

本発明は、エッチング対象物の片面をウェットエッチング可能なエッチング装置に関する。

特許文献１には、モータにより回転するウェハステージと、このウェハステージ上に載置されたシリコンウェハの片面に対して薬液を噴射する薬液ノズルとを備えたエッチング装置が開示されている。

特開２０１６－２１３３３７号公報

前記エッチング装置では、シリコンウェハの片面に対して薬液が噴射されるので、薬液がシリコンウェハに供給されるまでに薬液温度が低下し易い。このため、高温の薬液を用いてシリコンウェハを片面エッチングする場合、前記エッチング装置のエネルギー消費が大きくなり、運転コストが増大するおそれがある。

そこで、本発明は、運転コストを低減しつつ片面エッチング可能なエッチング装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様のエッチング装置は、
厚さ方向に並んで配置された第１面および第２面を有するエッチング対象物を前記第１面が対向した状態で保持可能な保持面を有する基台と、
前記保持面に対向するように開口する凹部と、この凹部の開口縁に設けられて前記保持面に保持された前記エッチング対象物を前記保持面と共に挟持可能な対向面とを有し、前記凹部と前記保持面に保持された前記エッチング対象物の前記第２面とで囲まれた処理空間を形成可能な処理空間形成部と、
前記対向面における前記凹部の開口縁の全周に亘って設けられ、前記対向面と前記保持面に保持された前記エッチング対象物の前記第２面との間を封止する封止部材と、
前記処理空間形成部の外部から前記処理空間の内部にエッチング液を供給可能な供給流路部と、
前記処理空間の内部から、前記処理空間の内部に供給された前記エッチング液を前記処理空間の外部に排出可能な排出流路部と
を備える。

前記エッチング装置によれば、処理空間形成部の凹部と、基台の保持面に保持されたエッチング対象物の第２面とで囲まれて閉鎖された処理空間が形成され、この処理空間にエッチング液が供給される。このような構成により、処理空間内に供給されたエッチング液の温度低下を防ぎつつ、エッチング対象物の第２面をエッチングすることができるので、運転コストを低減しつつ片面エッチング可能なエッチング装置を提供できる。

本発明の第１実施形態のエッチング装置を備えたエッチング処理システムの配管図。本発明の第１実施形態のエッチング装置の断面模式図。図２のエッチング装置を用いたエッチング処理工程のフローチャート。本発明の第２実施形態のエッチング装置の断面模式図。

以下、本開示の一例を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向あるいは位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した本開示の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本開示の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のエッチング装置２は、例えば、図１に示すエッチング処理システム１に適用できる。このエッチング処理システム１は、一例として、エッチング装置２、エッチング液貯槽３、循環ポンプ４、インラインヒータ５およびフィルタ６で構成された循環回路１０を備えている。循環回路１０は、エッチング貯液槽３に貯留されているエッチング液２１０が、循環ポンプ４により、インラインヒータ５およびフィルタ６を介してエッチング装置２に供給された後、エッチング装置２から排出されてエッチング液貯槽３に戻るように構成されている。

循環回路１０のインラインヒータ５およびフィルタ６の間には、分岐点１１と、この分岐点１１からエッチング液貯留槽３に延びる分岐回路１２とが設けられている。循環回路１０における分岐点１１とフィルタ６との間、および、分岐回路１２における分岐点１１とエッチング液貯留槽３との間には、それぞれ開閉弁７が設けられている。各開閉弁７は、例えば、制御装置１００により開閉されるエアー弁または電磁弁である。

エッチング装置２は、その内部にエッチング液２１０を一時的に貯留可能な処理空間２１と、この処理空間２１に貯留されたエッチング液２１０の温度を検出する温度センサ２２とを有している。また、エッチング液貯留槽３は、その内部に貯留されたエッチング液２１０の温度を検出する温度センサ８を有している。

なお、エッチング装置２の処理空間２１に供給されるエッチング液２１０は、一例として、２０％ＫＯＨ水溶液で構成され、温度センサ２２により摂氏７５度になるように液温が調節される。

また、エッチング処理システム１は、マイクロコンピュータおよび入出力回路などで構成された制御装置１００と、この制御装置との間で制御指令などの送受信を行うコントローラ１１０とを備えている。制御装置１００は、コントローラ１１０、エッチング装置２の温度センサ２２および後述するリーク検出センサ７０、および、エッチング液貯留槽３の温度センサ８などからの信号を受けて、エッチング装置２、循環ポンプ４、インラインヒータ５、および、開閉弁７などを制御する。

次に、図２を参照して、エッチング装置２をより詳しく説明する。なお、図２には、エッチング対象物の一例としての略円形状のシリコンウェハ２００を後述する基台３０の保持面３１で保持した状態を示している。

エッチング装置２は、図２に示すように、シリコンウェハ２００を保持可能な基台３０と、基台３０に保持されたシリコンウェハ２００を覆うように配置されてシリコンウェハ２００と共に処理空間２１を形成するカップ状の処理槽カップ４０（処理空間形成部の一例）と、処理空間２１の内部にエッチング液２１０を供給可能な供給流路部５０と、処理空間２１の内部に供給されたエッチング液２１０を処理空間２１の外部に排出可能な排出流路部６０とを備えている。

基台３０は、シリコンウェハ２００を保持可能な保持面３１を有している。この保持面３１は、一例として、略水平方向に延びる平面で構成されている。また、基台３０は、保持面３１の中心を通りかつ保持面３１に直交する方向（すなわち、鉛直方向）に延びる中心線ＣＬに対して、略対称に設けられている。シリコンウェハ２００は、その厚さ方向に並んで配置された第１面２０１および第２面２０２を有し、第１面２０１が保持面３１に対向した状態で保持面３１に保持される。

また、基台３０は、保持面３１にシリコンウェハ２００を真空吸着によって保持する真空保持部３２と、保持面３１と保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第１面２０１との間を封止する補助封止部材３７とを有している。

真空保持部３２は、保持面３１の中心部に開口しかつ基台３０を中心線ＣＬの延在方向に貫通する貫通孔３４と、この貫通孔３４にそれぞれ接続された溝部３５および真空吸着装置３６とで構成されている。溝部３５は、貫通孔３４の中心線ＣＬの延在方向における保持面３１に近い方の端部に接続され、保持面３１上でかつ中心線ＣＬまわりに間隔を空けて配置されている。真空吸着装置３６は、貫通孔３４の中心線ＣＬの延在方向における保持面３１から遠い方の端部に接続されている。

補助封止部材３７は、例えば、フッ素ゴム（またはシリコンゴム）製のオーリングで構成され、保持面３１の中心線ＣＬまわりの周縁部でかつ保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第１面２０１の周縁部全周に対して接触可能に配置されている。

また、基台３０は、保持面３１に交差（例えば、直交）する方向から見て、補助封止部材３７の内側に設けられたリーク検出センサ７０を有している。このリーク検出センサ７０は、保持面３１と保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第１面２０１との間に侵入したエッチング液２１０を検出可能に配置されている。

基台３０の中心線ＣＬまわりでかつ保持面３１の外側には、排液溝部３８が設けられている。この排液溝部３８の底部には、ドレン３９が設けられ、処理空間２１の内部に貯留されたエッチング液２１０のうち、排出流路部６０を介して排出されなかったエッチング液２１０が、ドレン３９を介してエッチング装置２の外部に排出される。

処理槽カップ４０は、一例として一部材で構成され、保持面３１に対向するように開口する凹部４２と、この凹部４２の開口縁に設けられて保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００を保持面３１と共に挟持可能な対向面４１とを有している。この処理槽カップ４０は、対向面４１における凹部４２の開口部４３まわりの全周（すなわち、凹部４２の開口縁の全周）が、保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第２面２０２に対向してシリコンウェハ２００の第２面２０２を覆うように配置され、凹部４２と保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第２面２０２とで処理空間２１を形成可能に構成されている。

処理槽カップ４０の対向面４１には、対向面４１と保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第２面２０２との間を封止する封止部材４４が設けられている。この封止部材４４は、例えば、フッ素ゴム（またはシリコンゴム）製のオーリングで構成され、対向面４１における凹部４２の開口部４３まわりの全周に亘って設けられている。

対向面４１の中心線ＣＬから遠い方の縁部には、対向面４１から基台３０に向かって突出する突出部４５が設けられている。この突出部４５により、基台３０の保持面３１に対する処理槽カップ４０の位置を決めることができる。

処理槽カップ４０の対向面４１に交差する方向に延びる側面には、凹部４２の内部と処理槽カップ４０の外部とに連通して、処理空間２１の内部に貯留されたエッチング液２１０を処理空間２１の外部に排出するためのドレン４６が設けられている。

また、処理槽カップ４０の凹部４２の底面には、中心線ＣＬの延在方向に延びる複数の貫通孔４７、４８が設けられている。複数の貫通孔４７、４８には、凹部４２の底面の略中央部に配置された第１貫通孔４７と、第１貫通孔４７に対して中心線ＣＬまわりに間隔を空けて配置された第２貫通孔４８とが含まれている。

第１貫通孔４７には、供給流路部５０を構成する供給管５１が配置されている。この供給管５１は、処理槽カップ４０の外部から凹部４２の内部まで延びて、処理空間２１の内部にエッチング液２１０を供給可能に構成されている。また、第２貫通孔４８には、排出流路部６０を構成する排出管６１が配置されているこの排出管６１は、処理槽カップ４０の外部から凹部４２の内部まで延びて、処理空間２１の内部に一時的に貯留されたエッチング液２１０を排出可能に構成されている。

供給管５１の凹部４１の内部側の端部には、対向面４１に対して略平行（すなわち、この実施形態では略水平方向）に延びる補助供給管５２が設けられている。この補助供給管５２の延在方向の両端部には、それぞれ供給口５３が設けられている。各供給口５３は、対向面４１に交差（例えば直交）する方向まわり（すなわち、中心線ＣＬまわり）の同一方向（この実施形態では、中心線ＣＬの延在方向でかつ処理槽カップ４０から基台３０に向かう方向（すなわち、図２の矢印Ａ方向）から見て、時計回り）に開口している。

なお、供給管５１の各供給口５３は、中心線ＣＬの延在方向において、排出管６１の排出口６２よりも対向面４１の近くに配置されている。

続いて、図３を参照して、前記エッチング装置２を用いたウェットエッチング処理の工程について説明する。

まず、処理槽カップ４０を中心線ＣＬの延在方向でかつ基台３０から離れる方向に移動させて（ステップＳ１）、基台３０の保持面３１にシリコンウェハ２００を載置する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ１において、基台３０を中心線ＣＬの延在方向でかつ処理槽カップ４０から離れる方向に移動させてもよい。

保持面３１にシリコンウェハ２００が載置されると、真空保持部３２の真空吸着装置３６を作動させて、シリコンウェハ２００を保持面３１に真空吸着により保持し（ステップＳ３）、処理槽カップ４０を中心線ＣＬの延在方向でかつ基台３０に接近する方向に移動させて、処理空間２１を形成する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ４において、基台３０を中心線ＣＬの延在方向でかつ処理槽カップ４０に接近する方向に移動させてもよい。

処理空間２１が形成されると、供給管５１を介して処理空間２１の内部にエッチング液２１０を供給しつつ、排出管６１を介して処理空間２１の内部に貯留されたエッチング液２１０を処理空間２１の外部に排出して（ステップＳ５）、シリコンウェハ２００の第２面２０２に対するエッチングを開始する。このとき、シリコンウェハ２００とエッチング液２１０との反応ガスも、排出管６１を介して、エッチング液２１０と共に処理空間２１の外部に排出される。

シリコンウェハ２００の第２面２０２に対するエッチングが終了すると、処理空間２１へのエッチング液２１０の供給を停止して（ステップＳ６）、処理槽カップ４０を中心線ＣＬの延在方向でかつ基台３０から離れる方向に移動させる（ステップＳ７）。このとき、エッチング液２１０の供給が停止されたときに処理空間２１の内部に残っていたエッチング液２１０は、排液溝部３８のドレン３９を介してエッチング装置２の外部に排出される。なお、ステップＳ７において、基台３０を中心線ＣＬの延在方向でかつ処理槽カップ４０から離れる方向に移動させてもよい。

その後、真空保持部３２の真空吸着装置３６を停止させ、シリコンウェハ２００の保持面３１に対する保持を解除して、シリコンウェハ２００を取り出す（ステップＳ８）。そして、シリコンウェハ２００を水洗槽に投入して純水洗浄して（ステップＳ９）、エッチング処理を終了する。なお、ステップＳ８およびステップＳ９において、シリコンウェハ２００を保持面３１に保持したまま、水洗ノズルなどを介してシリコンウェハ２００の第２面２０２に純水を供給することで純水洗浄してもよい。また、高温のエッチング液を用いてエッチングした場合は、温純水を用いることで、効果的にシリコンウェハ２００を洗浄できる。

前記エッチング装置２では、処理槽カップ４０の凹部４２と、基台３０の保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第２面２０２とで囲まれて閉鎖された処理空間２１が形成され、この処理空間２１にエッチング液２１０が供給される。このような構成により、処理空間２１内に供給されたエッチング液２１０の温度低下を防ぎつつ、シリコンウェハ２００の第２面２０２をエッチングすることができるので、運転コストを低減しつつ片面エッチング可能なエッチング装置２を提供できる。

なお、前記エッチング装置２では、略水平な保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００上に処理槽カップ４０を配置して処理空間２１を形成し、この処理空間２１内にエッチング液２１０を循環させることで、シリコンウェハ２００を片面エッチングする。このため、エッチングにより発生した反応ガスがシリコンウェハ２００の表面に留まることなく排出され、エッチングの均一性を高めることができる。前記エッチング装置２において、摂氏７５度に加熱された２０％ＫＯＨ水溶液で構成されたエッチング液を用いてシリコンウェハ２００をエッチングすると、ユニフォミティが２％以下、エッチングレートが０．９マイクロメートル／分以上となった。

また、供給流路部５０が、処理槽カップ４０の外部から凹部４２の内部まで延びて、処理空間２１の内部にエッチング液２１０を供給可能な供給管５１を有し、この供給管５１が、凹部４２の内部側の端部に設けられた複数の供給口５３を有している。このような構成により、処理空間２１の内部に、中心線ＣＬまわりのエッチング液の流れが形成され、処理空間２１の内部におけるエッチング液の滞留を低減することができる。その結果、シリコンウェハ２００に対するエッチングの均一性をより高めることができる。

また、供給管５１の複数の供給口５３の各々が、対向面４１に交差する方向まわりの同一方向に開口している。このような構成により、処理空間２１の内部にエッチング液の同一方向の流れが形成されるので、処理空間２１の内部に貯留されたエッチング液をスムーズに処理空間２１の外部に排出することができる。その結果、シリコンウェハ２００に対するエッチングの均一性をより高めることができる。

また、基台３０が、保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第１面２０１の周縁部全周に対して接触可能に配置されて、保持面３１と保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第１面２０１との間を封止する補助封止部材３７を有している。この補助封止部材３７により、エッチング液２１０のシリコンウェハ２００の第１面２０１側への侵入を防ぐことができるので、より確実にシリコンウェハ２００を片面エッチングすることができる。

また、基台３０が、保持面３１に交差する方向から見て、補助封止部材３７の内側に配置されて、保持面３１と保持面３１に保持されたシリコンウェハ２００の第１面２０１との間に侵入したエッチング液２１０を検出するリーク検出センサ７０を有している。このリーク検出センサ７０により、エッチング液２１０がシリコンウェハ２００の第１面２０１側に侵入しているか否かを検出することができる。

また、基台３０が、保持面３１にシリコンウェハ２００を真空吸着によって保持する真空保持部３２を有している。この真空保持部３２によりシリコンウェハ２００をより確実に保持面３１で保持することができる。

なお、エッチング対象物は、シリコンウェハ２００に限らず、例えば、ＳｉＣウェハ、サファイアウェハ、あるいは、化合物半導体ウェハであってもよい。

基台３０の保持面３１は、シリコンウェハ２００を保持できればよく、真空吸着により保持する場合に限らない。すなわち、真空保持部３２は、省略することができる。

また、保持面３１は、略水平に延びる平面で構成されている場合に限らず、例えば、鉛直方向に対して交差する方向に延びる平面で構成されていてもよい。

処理空間形成部は、一部材で構成された処理槽カップ４０に限らず、例えば、筒状部材と、この筒状部材の一端開口を覆う蓋部材との二部材で構成されていてもよい。

処理槽カップ４０の凹部４２は、開口部４３まわりの全周に亘って対向面４１がシリコンウェハ２００の第２面２０２に対向して、エッチング液を貯留可能な処理空間２１を形成することができれば、任意の形状を採用できる。なお、処理空間２１の大きさは、エッチング装置２の設計などに応じて、任意に設定できる。

封止部材４４および補助封止部材３７の各々は、オーリングで構成されている場合に限らず、対向面４１とシリコンウェハ２００の第２面２０２との間、および、保持面３１とシリコンウェハ２００の第１面２０１との間を封止することができる任意の構成を採用できる。

供給管５１は、複数の供給口５３を有する場合に限らず、例えば、１つの供給口５３を有するように構成してもよい。また、複数の供給口５３は、対向面４１に交差する方向（例えば、中心線ＣＬ）まわりの同一方向に開口する場合に限らず、中心線ＣＬまわりの異なる方向に開口するように構成してもよい。

補助封止部材３７およびリーク検出センサ７０は、省略することもできる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態のエッチング装置２は、図４に示すように、基台３０がターンテーブル８０を有する点で、第１実施形態とは異なっている。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同一部分に同一参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、図４には、補助封止部材３７およびリーク検出センサ７０を示していない。

ターンテーブル８０は、保持面３１が設けられていると共に、図示しないモータによって保持面３１に交差する方向（例えば、中心線ＣＬ）まわりに回転可能に構成されている。

このように、基台３０がターンテーブル８０を有することで、例えば、図３のステップＳ８およびステップＳ９において、ターンテーブル８０を回転させてシリコンウェハ２００の表面に残るエッチング液を取り除いた後、シリコンウェハ２００を純水洗浄することができるので、洗浄に用いる純水の量を低減することができる。また、シリコンウェハ２００の純水洗浄後、ターンテーブル８０を高速回転させることで、シリコンウェハ２００を容易に乾燥させることができる。

なお、前記様々な実施形態または変形例のうちの任意の実施形態また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。また、実施形態同士の組み合わせまたは実施例同士の組み合わせまたは実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態または実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明のエッチング装置は、例えば、半導体用のシリコンウェハに適用できる。

１エッチング処理システム
２エッチング装置
３エッチング液貯槽
４循環ポンプ
５インラインヒータ
６フィルタ
７開閉弁
８温度センサ
１０循環回路
１１分岐点
１２分岐回路
２１処理空間
２２温度センサ
３０基台
３１保持面
３２真空保持部
３４貫通孔
３５溝部
３６真空吸着装置
３７補助封止部材
３８排液溝部
３９ドレン
４０処理槽カップ（処理空間形成部の一例）
４１対向面
４２凹部
４３開口部
４４封止部材
４５突出部
４６ドレン
４７第１貫通孔
４８第２貫通孔
５０供給流路部
５１供給管
５２補助供給管
５３供給口
６０排出流路部
６１排出管
６２排出口
７０リーク検出センサ
８０ターンテーブル
１００制御装置
１１０コントローラ
２００シリコンウェハ（エッチング対象物の一例）
２０１第１面
２０２第２面
２１０エッチング液
ＣＬ中心線
Ａ矢印

Claims

厚さ方向に並んで配置された第１面および第２面を有するエッチング対象物を前記第１面が対向した状態で保持可能な保持面を有する基台と、
前記保持面に対向するように開口する凹部と、この凹部の開口縁に設けられて前記保持面に保持された前記エッチング対象物を前記保持面と共に挟持可能な対向面とを有し、前記凹部と前記保持面に保持された前記エッチング対象物の前記第２面とで囲まれた処理空間を形成可能な処理空間形成部と、
前記対向面における前記凹部の開口縁の全周に亘って設けられ、前記対向面と前記保持面に保持された前記エッチング対象物の前記第２面との間を封止する封止部材と、
前記処理空間形成部の外部から前記処理空間の内部にエッチング液を供給可能な供給流路部と、
前記処理空間の内部から、前記処理空間の内部に供給された前記エッチング液を前記処理空間の外部に排出可能な排出流路部と
を備え、
前記基台が、
前記保持面が設けられていると共に、前記保持面に交差する方向まわりに回転可能なターンテーブルを有する、エッチング装置。
前記処理空間は、
前記供給流路部を介して供給された前記エッチング液を内部に貯留して、前記エッチング対象物の前記第２面をエッチング可能に形成される、請求項１のエッチング装置。
前記供給流路部が、前記処理空間形成部の外部から前記凹部の内部まで延びて、前記処理空間の内部に前記エッチング液を供給可能な供給管を有し、
前記供給管が、前記凹部の内部側の端部に設けられた複数の供給口を有している、請求項１または２のエッチング装置。
前記複数の供給口の各々が、前記対向面に交差する方向まわりの同一方向に開口している、請求項３のエッチング装置。
前記基台が、
前記保持面に保持された前記エッチング対象物の前記第１面の周縁部全周に対して接触可能に配置されて、前記保持面と前記保持面に保持された前記エッチング対象物の前記第１面との間を封止する補助封止部材を有する、請求項１から４のいずれか１つのエッチング装置。
前記基台が、
前記保持面に交差する方向から見て、前記補助封止部材の内側に配置されて、前記保持面と前記保持面に保持された前記エッチング対象物の前記第１面との間に侵入したエッチング液を検出するリーク検出センサを有する、請求項５のエッチング装置。
前記基台が、
前記保持面に前記エッチング対象物を真空吸着によって保持する真空保持部を有している、請求項１から６のいずれか１つのエッチング装置。