JPH0439225B2

JPH0439225B2 -

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Publication number: JPH0439225B2
Application number: JP13003486A
Authority: JP
Priority date: 1986-06-06
Filing date: 1986-06-06
Publication date: 1992-06-26
Also published as: JPS62287625A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はスピン式エツチング装置に関し、特
に、製造途中にあるデイスク状半導体素子（サイ
リスタ、ダイオード等）の、外周端面部材である
シリコン面を、エツチングカツト量を均一にし
て、平坦に仕上げることができ、かつ汚染のない
高清浄な洗浄処理を施すのに好適な、スピン式エ
ツチング装置に関するものである。

〔従来の技術〕

製造途中のデイスク状のサイリスタ半導体素子
３００（以下、試料と称する）は、その製造を第
６図に示すように、主としてタングステンまたは
モリブデン材質よりなるアノード電極３０１、主
としてアルミニユウム材質よりなる接合部材３０
２、拡散等の適宜の手法でPNPNの４層構造に
形成されたシリコン材質本体部分３０３、アルミ
ニユウム膜のカソード電極３０５、同じくゲート
電極３０６、およびシリコン材質外周端面部３０
４を被覆する表面保護層３０７の各部材で構成さ
れる。

かかる試料３００の耐電圧及び漏れ電流等の電
気特性は、シリコン材質本体部分３０３の内部構
造、及び主として研磨機によつて形成される外周
端面部３０４の形状、表面仕上状態、加工ひずみ
層厚、不純物の付着等、更に電気絶縁する表面保
護剤３０７の膜厚、密着度等によつて大きく左右
される。

特に、この種の試料３００は、大電圧・大電流
制御装置に使用されることが多く、極めて微小の
漏れ電流値と、長期間性能保証の高信頼性が要求
される。

このために、第６図に示すたような試料の製造
工程には、研磨機等によつて形成された外周端面
部３０４を、表面保護層３０７の形成前に、数μ
ｍ程度均一にエツチングカツトし、平坦な仕上げ
状態にエツチング処理する工程が含まれている。

従来のエツチング工程を、第７図Ａ，Ｂ，Ｃに
示す。

まず第７図Ａに於いて、治具４０３に試料３０
０をセツトし、タンク４０１に所定量満たしたエ
ツチング液４０２中にて上下揺動しながら、所定
時間タンク４０１内で浸漬エツチングし、シリコ
ン外周端面部３０４を含めて、試料３００の全面
をエツチングする。

なお、このとき同時に、アノード電極材３０
１、接触部材３０２、カソード電極３０５、およ
びゲート電極３０６もエツチングカツトされる。

その後、極めてすばやく、第７図Ｂのタンク４
０４内に、あらかじめ充満している純水４０５中
へ浸漬させ、同様に上下揺動しながら、エツチン
グ反応を停止させるクエンチ処理を行なう。この
とき、純水４０５はタンク４０４よりオーバーフ
ロー状態とするのが普通である。

さらに継続して、純水による洗浄処理を所定時
間施こす。

次に、第７図Ｃに於いて、試料３００を治具４
０３と共にタンク４０６内のアセトン４０７に浸
漬させ、上下揺動しながら、脱水処理を同じく所
定時間施す。

そして最後に、図示は省略したが、常温のN₂
ボツクス内で乾燥処理を施し、第６図に示した表
面保護層３０７を塗布し、一連の表面処理工程が
終了させることになる。

また、半導体ウエハを回転円盤上に、ガスクツ
シヨンを介して浮遊状態に保持しておき、上方か
らエツチング液を半導体ウエハに供給することに
より、前記ウエハの上面のみを所定量だけエツチ
ング除去し、その後洗滌液を注いで洗滌乾燥させ
ることも提案されている（特開昭57−52139号公
報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の従来技術は、次に記すような問題点を有
している。

(1) 全て手作業処理であり、上下揺動のスピード
およびストローク長、ならびに所要時間にばら
つきが生じ、均一なエツチング、クエンチおよ
び洗滌処理が施されない。

(2) 第７図の従来例に於いては、タンク４０１内
に浸漬してエツチングが行なわれるため、本来
エツチングすべきシリコン部材の他に、タング
ステン、アルミニユウム等の部材もエツチング
され、これらが不純物として各部材に付着す
る。

(3) 第７図Ｂのクエンチ処理での上下揺動方式で
は、試料３００と純水４０５との間に得られる
相対的な流速が弱いため、エツチングの停止が
十分高速で行なわれないのみならず、付着した
不純物の完全除去は不可能であり、特性劣化の
要因となる。

(4) 同様にして、試料３００に付着しているエツ
チング液４０２の完全除去も不可能で、シリコ
ン外周端面部３０４にシミが発生し易く、種々
の特性劣化をもたらす。

(5) 第７図Ｃに示した、アセトン４０７での脱水
処理においても、アセトン４０７は有機溶剤で
あり、かつ置換スピードが非常に速いので、や
はりシリコン外周端面部３０４に、特性劣化の
要因となるシミを発生させる。

(6) ガスクツシヨンを用いる従来例においても、
エツチング液がウエハの片面全面に供給される
ので、カソード電極やゲート電極がエツチング
され、前記(2)と同様の問題を生ずる。

(7) ガスクツシヨン用のガスは、その表面張力作
用が小さいので、ウエハの下面全体に均一なシ
ール膜を形成することができず、ウエハの裏面
にエツチング液が侵入するおそれが強いのみな
らず、前記ガスが、ウエハの側面に洩れ出して
エツチングむらを生ずるおそれがある。

さらに、スピニング脱水を行なう場合、試料
の回転数が回転円盤のそれと同じになるという
保証が少ない。

本発明の目的は、前述の問題点を解消するため
に、均一量のエツチング、および汚染不純物を半
導体素子の面に付着させることのない高清浄なク
エンチ・洗浄を実現できるのみならず、さらに有
機溶剤アセトンを使用しないスピン式脱水乾燥を
施すことのできる、高信頼度のスピン式エツチン
グ装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明においては、
中心軸のまわりに回転可能に支持され、その上面
中央部に、被処理半導体素子をセツトするための
凹窪部を有するワークホルダーと、前記ワークホ
ルダーのほぼ中央部を貫通して、前記凹窪部に開
口する洗滌液供給用穴および前記凹窪部の底面に
設けられた輻射状溝と、前記ワークホルダーをそ
の中心軸のまわりに回転させる手段と、前記ワー
クホルダーの斜め上方から、前記ワークホルダー
の回転と同方向に被処理半導体素子の外周端面部
にエツチング液を噴射する手段と、前記ワークホ
ルダーの斜め上方から、前記ワークホルダーの回
転と逆方向に被処理半導体素子の外周端面部にク
エンチ液を噴射する手段とを具備している。

〔作用〕

本発明においては、エツチング液や、クエンチ
液、洗滌液などが、ほぼ水平に保持されて、回転
している試料の外周端縁部に、斜め上方より、し
かもエツチング液は、回転と同方向の接線方向近
傍から、また、クエンチ液、洗滌液は、回転と逆
方向の接線方向近傍からそれぞれ噴射供給される
ので、これらの処理液は常に、一方通行的に、下
方へ向つて排出される。

したがつて、エツチング終了時のクエンチ処理
を極く短時間で急速に行なうことができ、またエ
ツチング時に発生する不純物や、使用済のエツチ
ング液、クエンチ液、洗滌液などによつて試料が
汚染されることがなく、むらの無い高清浄な処理
を行なうことができる。

また、試料の下面側に、ワークホルダーを貫通
して下方から純水を供給するので、エツチング液
が試料下面に侵入して、不所望なエツチングを起
こすことも防止される。

さらに、エツチング処理クエンチ処理、洗浄・
乾燥処理を同一の装置で連続的に実施することが
できるので、作業能率の向上や自動化も容易であ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１〜５図に基づいて
説明する。

第１図は本発明のスピン式エツチング装置の実
施例を示す全体構成図、第２図は第１図のＡ−Ａ
矢視図を示すものである。第３、第４図はワーク
ホルダーの平面図および断面図、第５図は本発明
による処理の一例を示すシーケンス図である。

第１図に於いて、回転数が任意に可変できる
（サーボ）モータ１に直結したタイミングプーリ
２と、タイミングベルト３及びタイミングプーリ
４によつて、前記プーリ４に直結された中空シヤ
フト６が、制定された回転数で回転させられる。

中空シヤフト６の下端には、回転ユニオン継手
５がジヨイントされている。中空シヤフト６は、
図示を省略してあるが、ベアリングを内蔵したハ
ウジング７で回転可能に支持される。

ハウジング７は、図中の構造例では、チヤンバ
ー１４に固定され、中空シヤフト６の上部には、
中央に穴を設けたワークホルダー１０を取付ける
ためのボス８が取付けられる。

前記ボス８の下部周囲には、以下に述べる処理
液がハウジング７内に侵入するのを阻止し、かつ
また処理液がスムーズに下方へ流下するのを助長
するような形状の、スカート９が取付けられると
共に、同様に処理液侵入防止用のゴムシール１１
も取付けられている。

チヤンバー１４の下部は、ゆるやかな漏斗形状
とすることによつて処理液の排出を容易にすると
共に、その下端にドレンパイプ１６，１６′を設
置し、さらに排気のためのエキゾーストパイプ１
５が設置される。

前記エキゾーストパイプ１５は、第２図に明確
に示されているように、試料３００およびワーク
ホルダー１０の回転方向ａの接線位置に形成され
る。これによつて、回転時に、チヤンバー１４内
に発生する処理液雰囲気の風がスムーズに排出さ
れ、チヤンバー１４内に処理液雰囲気が停滞する
ことがなくなり、チヤンバー１４の雰囲気の清浄
化が達成される。

ワークホルダー１０にセツトされた試料３００
に対し、所定の角度θ₃、θ₄で、それぞれエツチン
グ液および純水をシリコン材質、外周端面部３０
４をめがけて噴出できる斜め上方位置に、エツチ
ングノズル１２ａ，１２ｂおよび純水ノズル１３
ａ，１３ｂが取付けられる。

以上に説明したボス８、スカート９、ワークホ
ルダー１０、チヤンバー１４、エキゾーストパイ
プ１５、ドレンパイプ１６、エツチングノズル１
２ａ，１２ｂ、純水ノズル１３ａ，１３ｂ等の処
理液接触部材は、いずれも耐薬品性の塩化ビニー
ル、ポリプロピレン樹脂等で作られたものを採用
している。

次に処理液の供給系統について説明する。

試料３００の底部へ供給される純水１０２は、
電磁弁２０、圧力調整用レギユレータ１９及び回
転ユニオン継手５への継手１７を経由し、これら
は全てチユーブ１８で接続される。レギユレータ
１９は、供給される純水１０２の圧力調整器で、
試料３００がワークホルダー１０よりとびださぬ
よう、又試料３０の上部へまわりこまないように
適宜に調整するものである。

同様にしてエツチング液１０１は、耐薬品性の
四フツ化樹脂製のニードルバルブ付流量計２２、
同様材質の電磁弁２１を経由して、エツチングノ
ズル１２ａ，１２ｂへ、チユーブ１８Ｅを介して
供給される。前記流量計２２はエツチング液１０
１の噴出量を調整するものである。なお、チユー
ブ１８も四フツ化樹脂製のものを使用する。

純水ノズル１３ａ，１３ｂへの純水１０２の供
給は、ニードルバルブ付流量計２４および電磁弁
２３を経由して行なわれる。流量計２４も純水１
０２の噴出量を調整するものである。

（サーボ）モータ１、電磁弁２０，２１，２３
は、市販のシーケンスコントローラを主体として
回路構成される制御回路２５によつて、後述する
動作をするように制御される。なお、第１図中の
破線を信号系を示すラインである。

第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視の概略平面図で
あるが、ここで重要な点は、それぞれのノズル１
２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの取付装置または
角度である。

噴出したエツチング液１０１が、試料３００の
外周端面に噴射された後、試料３００の回転方向
ａの遠心力で振り飛ばされず、試料３００（シリ
コン）の外周端面部３０４が均一に濡れるよう
に、エツチングノズル１２ａ，１２ｂは回転同接
線方向に対してθ₁の角度で設置される。

また、鉛直面内で、試料３００の外周端面に噴
射されたエツチング液が、前記端面ではねて液滴
となり、試料３００の不所望面に付着してしみな
どの作ることがないように、θ₃の角度で傾斜して
設置される。

前記角度θ₁、θ₃は試料３００の回転数、エツチ
ング液の粘性、濡れ性などに応じて経験的、実験
的に設定される。

一方、純水ノズル１３ａ，１３ｂは、シリコン
面に濡れたエツチング液１０１を強力かつ確実に
排除するため、回転逆接線方向に対してθ₂の角度
で設置される。

また、鉛直面内では、θ₄の角度で傾斜して設定
される。前記角度θ₂、θ₄は、噴射された純水が、
シリコン面に濡れているエツチング液を剥離する
ようにして、確実に洗滌、除去するように、試料
３００の回転数、純水の噴射量、エツチング液の
粘性、濡れ性などに応じて経験的、実験的に設定
される。

エツチング処理中に、エツチング液を噴射され
た試料３００上の特定点が回転し、つぎにエツチ
ング液噴射を受けるまでに、エツチング液が無く
なつて、前記特定点が空気に触れると、その部分
でエツチングむらを生ずるおそれがある。

それ故に、エツチング処理の間中、試料３００
の面に常にエツチング液で覆われつづけるように
する必要がある。

また、純水の噴射点は、クエンチ処理時に、試
料３００の表面に付着しているエツチング液を、
なるべく短時間に、かつ確実に除去するために、
エツチング液の噴射点とほぼ同一の点、またはや
や下流側の点に設定するのが望ましい。

このような観点から、本実施例では、試料３０
０に対するエツチング液噴射の周期を短かくし、
かつクエンチ処理を確実にするために、エツチン
グ液１０１及び純水１０２が、試料３００の１直
径上の対向点ｂ、b′点に噴射されるように各ノズ
ルを設置している。

エツチングノズル１２ａ，１２ｂの噴射穴径
は、エツチング液が外周端面部３０４へ集中的に
作用するように、適当な小径に加工しているが、
純水ノズル１３ａ，１３ｂは、試料３００の上部
へ作用したエツチング液１０１をも、なるべく短
時間で排除できるように太い口径に仕上げてい
る。

なお、本発明者らは実験によれば、前記角度θ₃
とθ₄を等しくし、θ₂をθ₁よりも大きくしたとき
に、良い結果が得られた。

次に、第１図のワークホルダー１０の構造を第
３、第４図によつて説明する。

ワークホルダー１０は、その上面中央に、試料
３００をセツトするための凹窪部、およびその底
面に設けられた輻射状と同心円状の溝２５を有
し、中空シヤフト６および中央穴２６より供給さ
れた純水１０２は、前記溝２５より容易に排出さ
れる構造となつている。ネジ部２７は、このワー
クホルダー１０をボス８へ取付けるためのもので
ある。

次に、第５図の処理シーケンス図に基づいて、
本実施例の動作を順をおつて説明する。

第５図の上半に於いて、横軸に処理時間、縦軸
に試料回転数を示す。また同図の下半には、上半
に示した処理時間と対応した処理液の供給、停止
をする電磁弁２０，２１，２３の開、閉の状態を
示す。

エツチング処理；時間t1の間は、電磁弁２０を開いて試料３０
０底部へ純水１０２を供給し、これと同時に開
かれる電磁弁２１を開いてエツチングノズル１
２ａ，１２ｂからエツチング液１０１を試料３
００の外周端面部に噴射させ、所望のエツチン
グ処理を行なわせる。

この時、電磁弁２０を通りボス８の中央穴、
およびワークホルダー１０の中央穴２６を経
て、試料３００の下面に供給される純水１０２
は、エツチングノズル１２ａ，１２ｂより噴射
されるエツチング液１０１が、試料３００の裏
面へ廻り込んで侵入するのを防止すると同時
に、試料３００の裏面または底部を洗浄する機
能を果す。

この工程での試料回転数Ｎ１は極低速（約
30rpm）とし、試料（シリコン）３００の外周
端面部３０４へ供給されたエツチング液１０１
が、遠心力で振り飛ばされず、しかも均一にぬ
れるようにする。なお、処理時間t1は、エツチ
ング量に見合つて設定される。

クエンチ処理；その後の時間t2の間は、電磁弁２０の開状態
を続行し、電磁弁２１を閉じ、同時に電磁弁２
３を開く。すなわち、エツチング液１０１のノ
ズル１２ａ，１２ｂからの噴出を停止させ、斜
め上部の純水ノズル１３ａ，１３ｂより純水１
０２を噴出させてクエンチ処理をする。

このときの試料回転数Ｎ２は低速（約70rpm
位）とする。また、処理時間t2は、クエンチに
要する時間以上であれば任意に設定できる。な
お、この工程では、あまりに試料回転数を高く
すると、試料にぬれたエツチング液１０１が遠
心力によつて振りきられ、純水１０２のクエン
チ作用が不可能となり、しみが発生する。

スピン洗浄処理；その後の時間t3の間は、電磁弁２０，２３の
開状態を維持しながら、試料３００の回転数を
アツプし、Ｎ３（2000rpa程度）とする。これ
により、試料３００の底面部を洗浄すると共
に、外周端面部３０４を含めた試料３００全表
面部を高速回転で強力に洗浄する。

このスピン洗浄処理時間t3は任意に設定する
ことができる。

スピン脱水・乾燥処理；その後の時間t4の間は、電磁弁２０，２３を
ともに閉じて純水１０２の供給を停止する。そ
して、上記各処理時における回転数Ｎ１〜Ｎ３
以上の高速回転数Ｎ４（約3000rpm程度）で、
試料３００にぬれている純水１０２を遠心力に
て振り飛ばす。

この設定された処理時間t4が経過した後、
（サーボ）モータ１が停止し、所定のエツチン
グ、洗浄、乾燥処理が終了する。

以上の各処理は、制御回路２５に予め設定され
たシーケンス制御指令によつて、各部の動作を制
御することにより、連続自動処理とすることがで
きる。このようなシーケンス処理の手法は当業者
には良く知られているので、具体的な説明は省略
する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エツチング液噴出の場合は回
転同方向の接線近傍より、また純水噴出の場合
は、その逆の回転逆方向の接線近傍より、各々の
ノズルにて、回転中の試料（の外周端面部）へ向
けて斜め上方より処理液を噴出することにより、
エツチング排液および洗滌廃液を、一方通行的
に、常に下方へ向けて排出できるのみならず、更
に、エツチング液をはくり状態で試料表面から除
去して急速クエンチ、洗浄を可能とすることによ
り、不純物、残エツチング液の完全除去が可能と
なり高清浄な処理が達成される。

更に従来のアセトン置換脱水方式を、スピン脱
水乾燥としたことにより、試料にしみを発生する
ことがなくなり、加えて試料底部へのエツチング
液侵入防止と洗浄処理を兼ねた、中空シヤフト下
部よりの注水機構、排出溝付ワークホルダーの採
用によつて、試料底部の汚染防止が可能となる。

本発明によつて、均一量のエツチング、不純物
及びしみ等を含めた汚染物のない高清浄な処理を
可能とし、製品の信頼性の飛躍的向上及びばらつ
きのない性能を得ることができ、製造歩留りも大
巾向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例の全体構成を示す
断面図および制御系統図、第２図は、第１図Ａ−
Ａ矢視の概略図、第３図はワークホルダーの平面
図、第４図は第３図のＢ−Ｂ矢視の断面図、第５
図は本発明の処理シーケンス図、第６図は製造途
中のデイスク状サイリスタ半導体素子を示す概略
断面図、第７図は従来の作業法を示す説明図であ
る。１……（サーボ）モータ、６……中空シヤフ
ト、１０……ワークホルダー、１２ａ，１２ｂ…
…エツチングノズル、１３ａ，１３ｂ……純水ノ
ズル、１４……チヤンバー、２０，２１，２３…
…電磁弁、２５……制御回路、１０１……エツチ
ング液、１０２……純水、３００……試料。

Claims

【特許請求の範囲】１中心軸のまわりに回転可能に支持され、その
上面中央部に被処理半導体素子をセツトするため
の凹窪部を有するワークホルダーと、前記ワークホルダーのほぼ中央部を貫通して前
記凹窪部に開口する洗滌液供給用穴および前記凹
窪部の底面に設けられた輻射状溝と、前記ワークホルダーをその中心軸のまわりに回
転させる手段と、前記ワークホルダーの斜め上方から、前記ワー
クホルダーの回転と同方向に、被処理半導体素子
の外周端面部にエツチング液を噴射する手段と、前記ワークホルダーの斜め上方から、前記ワー
クホルダーの回転と逆方向に、被処理半導体素子
の外周端面部にクエンチ液を噴射する手段とを具
備したことを特徴とするスピン式エツチング装
置。２被処理半導体素子の外周端面部におけるエツ
チング液の噴射点およびクエンチ液の噴射点がほ
ぼ同一点であることを特徴とする前記特許請求の
範囲第１項記載のスピン式エツチング装置。３クエンチ液および洗滌液が水であることを特
徴とする前記特許請求の範囲第１項または２項記
載のスピン式エツチング装置。４エツチング液およびクエンチ液の噴射点が、
ワークホルダーの回転中心軸を通る直径上に対向
して設定されたことを特徴とする前記特許請求の
範囲第２項記載のスピン式エツチング装置。