JP7276242B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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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。
一般に、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みを除去する。
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1枚ずつ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。
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。
特許4835069号
スピン方式による酸エッチングの特徴として、ウェーハ中心部のエッチング取代PVが大きくなり、結果としてウェーハ面内のエッチング取代PVが数値的に悪化する問題がある。ここで、エッチング取代PVとはウェーハ面内の最大エッチング取代と最少エッチング取代の差分である。
この対応方法としては、エッチング加工中にノズルをウェーハの径方向に往復運動させる手法が一般的に行われているが(特許文献1)、それだけでは効果として不十分である。
また、近年、ウェーハの高平坦度化が求められる中で、エッチング後ウェーハのTTV(Total Thickness Variation)が5μmを超えるというのは好ましいことではなく、さらにエッチング取代を改善できる手法が求められている。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、スピンエッチングによるシリコンウェーハのエッチング取代を改善でき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。また、エッチング取代を改善できるエッチング装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、シリコンウェーハの表面または裏面、あるいは両面へ供給ノズルを通して酸エッチング液を供給し、前記シリコンウェーハを回転させて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において、前記シリコンウェーハの中心軸を、前記シリコンウェーハを保持するステージの回転軸から15mm以上ずらして設置してエッチングするシリコンウェーハのエッチング方法を提供する。
このようなエッチング方法によれば、ウェーハ中心近傍のエッチング取代PVを小さくし、ウェーハ面内のエッチング取代PVを改善することができる。
このとき、前記シリコンウェーハの表裏を裏返して前記シリコンウェーハの両面をエッチングする場合において、前記シリコンウェーハの前記中心軸を、前記シリコンウェーハを保持するステージの前記回転軸からずらす方向を、前記表面と前記裏面とで前記シリコンウェーハ中心軸に対して点対称の位置関係とすることが好ましい。
これにより、ウェーハ面内のエッチング取代PVをより改善することができる。
このとき、前記酸エッチング液を弗酸及び硝酸を含む酸エッチング液とすることが好ましい。またこのとき、前記酸エッチング液を、酢酸、硫酸、燐酸のうち1つ以上を更に含む酸エッチング液とすることが好ましい。
これにより、ウェーハ面内を均一にエッチングして、エッチング取代PVを確実に改善することができる。
このとき、前記酸エッチング液に含まれるシリコン含有量を12g/L以上20g/L以下とすることができる。
これにより、エッチング速度を安定化し、低コストかつ高効率にエッチングを行うことができる。
また、本発明は、少なくとも、酸エッチング液を供給する供給ノズル及びシリコンウェーハを保持するステージ備え、前記シリコンウェーハの表面または裏面、あるいは両面へ前記供給ノズルを通して前記酸エッチング液を供給し、前記シリコンウェーハを回転させて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全面に拡大して酸エッチングをスピンエッチングにより行うエッチング装置であって、
前記ステージは、前記シリコンウェーハの中心軸を前記ステージの回転軸から15mm以上離して前記シリコンウェーハを偏芯保持可能なエッチング装置を提供する。
このようなエッチング装置によれば、ウェーハ面内のエッチング取代PVを改善することができる。
以上のように、本発明のエッチング方法によれば、ウェーハ中心近傍のエッチング取代PVを小さくし、ウェーハ面内のエッチング取代PVを改善することができる方法である。特に、シリコンウェーハの表裏を裏返してシリコンウェーハの両面をエッチングする場合において、シリコンウェーハの中心軸を、シリコンウェーハを保持するステージの回転軸からずらす方向を、表面と裏面とでシリコンウェーハ中心軸に対して点対称の位置関係とすることで、ウェーハ面内のエッチング取代をより一層改善することができる。
また、本発明のエッチング装置によれば、ウェーハ中心近傍のエッチング取代PVを小さくし、エッチング取代PVを改善することができるものとなる。
本発明のエッチング装置の一例の概略図である。 図1に示したエッチング装置のシリコンウェーハおよびステージの周辺部だけを示した図である。 本発明のエッチング方法によるシリコンウェーハ表面のエッチングの様子を示した模式図である。 本発明のエッチング方法によるシリコンウェーハ裏面のエッチングの様子を示した模式図である。 本発明のエッチング方法によるエッチング取代分布形状を示す図である(実施例)。 シリコンウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてシリコンウェーハを設置した際の表面の模式図である(比較例1)。 シリコンウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてシリコンウェーハを設置した際の裏面の模式図である(比較例1)。 シリコンウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてシリコンウェーハを設置し、エッチングを行った際のエッチング取代分布形状を示す図である(比較例1)。 シリコンウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてシリコンウェーハを設置し、ノズルをシリコンウェーハの径方向に往復運動させた際の表面の模式図である(比較例2)。 シリコンウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてシリコンウェーハを設置し、ノズルをシリコンウェーハの径方向に往復運動させた際の裏面の模式図である(比較例2)。 シリコンウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてシリコンウェーハを設置し、ノズルをシリコンウェーハの径方向に往復運動させた際のエッチング取代分布形状を示す図である(比較例2)。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述のように、スピンエッチングにおけるエッチング取代を改善できる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が求められていた。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、シリコンウェーハの表面または裏面、あるいは両面へ供給ノズルを通して酸エッチング液を供給し、前記シリコンウェーハを回転させて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において、前記シリコンウェーハの中心軸を、前記シリコンウェーハを保持するステージの回転軸から15mm以上ずらして設置してエッチングするシリコンウェーハのエッチング方法により、シリコンウェーハ中心近傍のエッチング取代PVを小さくし、シリコンウェーハ面内のエッチング取代PVを改善することができることを見出し、本発明を完成した。
以下、図面を参照して説明する。
図1は、本発明のエッチング装置の一例を示す概略図であり、また本発明のシリコンウェーハのエッチング方法に用いることができるエッチング装置の一例であるエッチング装置100である。本発明のシリコンウェーハのエッチング装置は、少なくとも、酸エッチング液を供給する供給ノズル3及びシリコンウェーハを保持するステージ2を具備し、後に詳述するシリコンウェーハ1の中心軸11をステージの中心軸12から15mm以上離してシリコンウェーハを偏芯保持可能な装置である。
即ち、エッチング装置100は、シリコンウェーハ1を保持する真空吸着ステージ2と酸エッチング液を供給する供給ノズル3を有する。エッチング液タンク6には所定量のSiが溶解した酸エッチング液8が入っている。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に水平に保持され、真空源4に連結した真空吸着ステージ2上に真空吸着孔10を介して保持される。但し、本発明におけるシリコンウェーハの保持は、偏芯保持可能であれば保持方法は真空吸着に限定されない。
真空吸着ステージ2はステージ下方にあるθ軸モータ(不図示)およびθスピンドル(不図示)等による回転ユニットによって真空吸着ステージ中心を回転軸12(中心軸)として、θ方向(回転方向)に回転する。
続いて、真空吸着ステージ2の上方にある供給ノズル3にエッチング液タンク6から酸エッチング液8を供給し、真空吸着ステージ上に保持され回転しているシリコンウェーハ1上に酸エッチング液8を供給する(スピンエッチング工程)。
このとき、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法では、スピンエッチング工程において、シリコンウェーハの中心軸を、シリコンウェーハを保持するステージの回転軸から15mm以上ずらして設置してエッチングする。ずらして設置する方法は特に限定されないが、例えば上述のように真空吸着でシリコンウェーハ1の中心軸をステージの回転軸から15mm以上ずらして保持することができる。
ここで図2を用いて詳細に説明する。図2は、エッチング装置100のシリコンウェーハ1と真空吸着ステージ2の周辺部をだけを示した図で、シリコンウェーハを保持するステージの回転軸12から15mm以上ずらしてシリコンウェーハ1を設置した一例の模式図である。図2に示すように、シリコンウェーハ1の中心軸11は、真空吸着ステージ2の中心軸12とずらして設置されており、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法では、このずれ幅が15mm以上である。また、ずれ幅の上限は特に限定されないが、装置の配置を考慮し、30mm以下とすることが好ましい。
本発明のシリコンウェーハのエッチング方法の実施形態の一例の模式図として、図3にエッチングするウェーハ表面21の中心軸を、ウェーハを保持するステージの回転軸から15mm以上ずらし、ノズル往復運動方向A-A’で示されるウェーハの径方向に供給ノズル3を往復運動させたときを示す。また、図4に図3のウェーハ表面を裏返して、ウェーハ裏面22とした場合の一例の模式図を示す。
このとき、図3、4に示されるように、シリコンウェーハの表裏を裏返してシリコンウェーハの両面をエッチングする場合において、シリコンウェーハの中心軸11を、シリコンウェーハを保持するステージ2の回転軸12からずらす方向を、表面と裏面とでシリコンウェーハ中心軸に対して点対称の位置関係とすることが好ましい。このような位置関係にすると、ウェーハ面内のエッチング取代PVをより改善することができる。
また、供給する酸エッチング液は、シリコンウェーハ表裏面に存在する大小様々なキズや加工歪みを除去できれば、特に制限されないが、弗酸及び硝酸を含む酸エッチング液とすることが好ましく、更に好ましくは弗酸及び硝酸を含む酸エッチング液に酢酸、硫酸、燐酸のうち1つ以上を更に含むことが好ましい。このようにすれば、ウェーハ面内のエッチング取代PVを確実に改善することができる。
混合比は特に限定されないが、例えば、質量%で弗酸が1~80%、硝酸が10~80%混合された酸エッチング液とすることができ、これに更に質量%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良い。
また、このとき、酸エッチング液に含まれるシリコン含有量を12g/L以上20g/L以下とすることが好ましい。このようにすれば、エッチング速度が安定すると共に、低コストかつ高効率にエッチングを行うことができる。
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。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供給を停止し、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(図1参照)。
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。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。
本発明において、ウェーハ中心近傍のエッチング取代PVを小さくし、ウェーハ面内のエッチング取代PVを改善するために、上述のようなシリコンウェーハのエッチング方法を用いる理由は、以下のような知見による。
酸を用いたスピンエッチングで見られるウェーハ中心近傍のエッチング取代変動は、ウェーハ回転で生じるエッチング液の径方向流速分布の変動が原因である。ウェーハ上でのエッチング液流速は、エッチング液供給ノズルの直下にある衝突噴流領域で変動しやすい。
スピンエッチングでは、一般的にはエッチング液を滴下するノズル位置とウェーハの回転軸は同一位置にある。通常スピンエッチングはウェーハ表面とウェーハ裏面を単独でエッチングするが、ノズル位置とウェーハの回転軸は表面エッチング時と裏面エッチング時で同一位置にある。図6にウェーハ表面21の回転軸と同一位置に供給ノズル3が位置している場合の一例の概略図を、図7にウェーハ裏面22の回転軸と同一位置に供給ノズル3が位置している場合の一例の概略図を示す。これらの重複した位置関係により、エッチング取代変動が増幅されて大きくなると考えられる。尚、スピンエッチングは表面側と裏面側にそれぞれ供給ノズルを具備し、表裏面を同時にエッチングすることも可能である。
そこで、ウェーハ中心近傍のエッチング取代変動を減らすには、これらの重複した位置関係を変えることが有効な対策となる。ノズル位置とウェーハの回転軸の位置関係を変える手法としては、ノズルをウェーハの径方向に往復運動させるのが一般的であり、この手法を用いることでウェーハ中心部のエッチング取代PVを50%以上改善する効果が期待できる。図9に供給ノズル3をウェーハ表面21の径方向に往復運動させる場合の一例の概略図を、図10に供給ノズル3をウェーハ裏面22の径方向に往復運動させる場合の一例の概略図を示す。
しかしながら、それでも平均エッチング取代に対するエッチング取代PVは50%を超えており、たとえば平均エッチング取代が10μmの場合のエッチング取代PVは5μmを超えるため、期待されるエッチング後のウェーハのTTVも5μmを超える数値となる。
上述したように、ノズル位置とウェーハの回転軸は表面エッチング時と裏面エッチング時で同一位置にある。発明者はこの位置関係が、エッチング取代PVが大きくなる要因だと考え、エッチング取代PVをさらに改善できる手法として、スピンエッチング工程において、シリコンウェーハの中心軸を、シリコンウェーハを保持するステージの回転軸から15mm以上ずらして設置して偏芯してエッチングするエッチング方法を発案した。
特に、シリコンウェーハの表裏を裏返してシリコンウェーハの両面をエッチングする場合において、シリコンウェーハの中心軸を、シリコンウェーハを保持するステージの回転軸からずらす方向を、表面と裏面とでシリコンウェーハ中心軸に対して点対称の位置関係とすることで、より一層エッチング取代を改善できることが判った。
この方法によれば、ウェーハ中心近傍のエッチング取代PVを小さくすることで、ウェーハ面内のエッチング取代PVをさらに20%改善することができる。たとえば、平均エッチング取代が10μmの場合のエッチング取代PVは3.5μm以下となり、期待されるエッチング後のウェーハのTTVは3.5μm近傍である。このように、本発明のエッチング方法であれば、ウェーハ中心近傍のエッチング取代PVを小さくし、ウェーハ面内のエッチング取代PVを改善することができる。
以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
(実施例)
図1に示した、少なくともエッチングを行うシリコンウェーハを保持するステージ、酸エッチング液を供給する供給ノズルを備えたエッチング装置を用いて、シリコンウェーハを酸エッチングした。直径300mmシリコンウェーハを用いた。また、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10%、硝酸が51%とし、酸エッチング液に含まれるSi含有量を20g/Lとした。
酸エッチングを行う際、エッチングを行うシリコンウェーハの中心軸を、シリコンウェーハを保持するステージの回転軸から15mmずらし、かつ表面と裏面ではシリコンウェーハ中心に対して点対称の位置関係に設置し、ノズルをシリコンウェーハの径方向に往復運動させた。このときのエッチング方法の模式図を図3及び図4に、エッチング取代分布形状を図5及び表1に示す。また、後に詳述する比較例1のシリコンウェーハ面内全面の取代PVを基準とした、シリコンウェーハ面内のエッチング取代PV改善率も併せて表1に示す。なお、取代改善率(%)は下記式で定義される。
Figure 0007276242000001
Figure 0007276242000002
実施例では、図3及び図4に示したエッチングの模式図のように、エッチングするシリコンウェーハの中心軸を、シリコンウェーハを保持するステージの回転軸から15mmずらし、かつ表面と裏面ではシリコンウェーハ中心に対して点対称の位置関係に設置し、ノズルをシリコンウェーハの径方向に往復運動させたときのエッチング後のエッチング取代分布形状は、シリコンウェーハ中心近傍のエッチング取代PVが小さくなり、面内全体で見たときのエッチング取代PVは3.5μmであった。また、比較例1のシリコンウェーハ面内全面の取代PVに対する改善率は72%であった。
(比較例1)
実施例と同様のシリコンウェーハ、エッチング液を用いて、表面と裏面ともシリコンウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてシリコンウェーハを設置し、エッチングを行った。このときのエッチング方法の模式図を図6及び図7に、エッチング取代分布形状を図8及び表1に示す。上述のように、このときのシリコンウェーハ面内全面の取代を取代改善率の基準にした。
(比較例2)
実施例と同様のシリコンウェーハ、エッチング液を用いて、表面と裏面ともシリコンウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてシリコンウェーハを設置し、一般的に行われているようなノズルをシリコンウェーハの径方向に往復運動させてエッチングを行った。このときのエッチング方法の模式図を図9及び図10に、エッチング取代分布形状を図11及び表1に示す。また、シリコンウェーハ面内のエッチング取代PV改善率も併せて表1に示す。
表1から分かるように、表面と裏面ともウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてウェーハを設置したときのエッチング取代分布形状(比較例1)は、ウェーハ中心近傍のエッチング取代PVが大きく、面内全体で見たときのエッチング取代PVは12.4μmであった。また、表面と裏面ともウェーハの中心軸とステージの回転軸を一致させてウェーハを設置し、一般的に行われているようなノズルをウェーハの径方向に往復運動させてエッチングを行った比較例2では、エッチング取代分布形状は、ウェーハ中心近傍のエッチング取代PVが小さくなり、面内全体で見たときのエッチング取代PVは6.1μmと比較例1に対して51%改善したが、ウェーハ面内全面の取代PVは5.0μmを超えてしまった。また、シリコンウェーハの中心軸を、シリコンウェーハを保持するステージの回転軸から15mm未満ずらして設置してエッチングしても、ウェーハ面内全面の取代PVの改善は好ましくなかった。
一方、本発明のエッチング方法およびエッチング装置を用いた実施例では、ウェーハの中心軸を、ウェーハを保持するステージの回転軸から15mm以上ずらし、かつ表面と裏面ではウェーハ中心に対して点対称の位置関係に設置し、ノズルをウェーハの径方向に往復運動させたときのウェーハ面内全面の取代PVが3.5μmと、ウェーハ面内全面の取代PVが大幅に改善され、比較例1に対して72%も改善率が向上した。
以上のとおり、本発明のエッチング方法およびエッチング装置によれば、エッチング取代を改善することができた。
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。
1…シリコンウェーハ、 2…真空吸着ステージ、 3…供給ノズル、
4…真空源、 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…真空吸着孔、
11…シリコンウェーハの中心軸、 12…ステージの中心軸、
21…ウェーハ表面、 22…ウェーハ裏面、
100…エッチング装置、
θ…回転方向、 A-A’…ノズル往復運動方向。

Claims (5)

  1. シリコンウェーハの表裏を裏返して前記シリコンウェーハの両面へ供給ノズルを通して酸エッチング液を供給し、前記シリコンウェーハを回転させて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において、前記シリコンウェーハの中心軸を、前記シリコンウェーハを保持するステージの回転軸から15mm以上ずらして設置してエッチングすることとし、
    前記シリコンウェーハの前記中心軸を、前記シリコンウェーハを保持するステージの前記回転軸からずらす方向を、前記シリコンウェーハの表面と裏面とで前記シリコンウェーハ中心軸に対して点対称の位置関係とす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. 前記酸エッチング液を弗酸及び硝酸を含む酸エッチング液とすることを特徴とする請求項に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。
  3. 前記酸エッチング液を、酢酸、硫酸、燐酸のうち1つ以上を更に含む酸エッチング液とすることを特徴とする請求項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に含まれるシリコン含有量を12g/L以上20g/L以下とすることを特徴とする請求項1~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. 少なくとも、酸エッチング液を供給する供給ノズル及びシリコンウェーハを保持するステージを備え、前記シリコンウェーハの表裏を裏返して前記シリコンウェーハの両面へ前記供給ノズルを通して前記酸エッチング液を供給し、前記シリコンウェーハを回転させて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全面に拡大して酸エッチングをスピンエッチングにより行うエッチング装置であって、
    前記ステージは、前記シリコンウェーハの中心軸を前記ステージの回転軸から15mm以上離して前記シリコンウェーハを偏芯保持可能なものであり、
    前記シリコンウェーハの前記中心軸を、前記シリコンウェーハを保持するステージの前記回転軸から離す方向を、前記シリコンウェーハの表面と裏面とで前記シリコンウェーハ中心軸に対して点対称の位置関係とするものであることを特徴とするエッチング装置。
JP2020083454A 2020-05-11 2020-05-11 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 Active JP7276242B2 (ja)

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