JPH0684881A - 高精度エッチング方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハ面の各部位とエッチング用薬液間の
相対平均流速の均一化を図ると共に、ウェーハのエッジ
部におけるエッチング処理時の形状変化を低減し、高精
度のエッチドウェーハを形成する方法とそれを実施する
ための簡便構造の装置を提供する。 【構成】 薬液を流通する円弧状の流路１内でウェーハ
２を自転させるか、または円環状の薬液槽内でウェーハ
２を公転および自転させてウェーハ２面の各部位と薬液
間の相対平均流速の均一を図ると共に、ウェーハ２の外
縁近傍にテンプレートを配置し、エッジ部における流れ
の整流化を図るように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンのような半導
体単結晶の棒をスライスした後、その主表面を研磨する
ことにより得られる円盤状の半導体単結晶ウェーハ（以
下単にウェーハとする）の表面を均一にエッチング処理
するに好適な高精度エッチング方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハにおけるケミカルエッチング
は、スライスや研磨等の機械加工によって生じたウェ
ーハ表面の歪層の除去、結晶欠陥の観察、選択エッ
チングの利用による微細加工等の目的に用いられてい
る。本発明は上記を目的とするもので、従来一般的に
採用されているウェーハのエッチング方法は、バブリン
グ等による薬液の液流中で、ウェーハを回転させながら
エッチングする方式のものである。この場合、薬液の液
流速の制御が困難であり、そのためウェーハ面内のエッ
チ代バラツキを小さくすることができず、高精度の平坦
度をもったケミカルエッチドウェーハを得ることが困難
であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ウェーハは、その表面
にエッチング用の薬液を移動させながら接触せしめるこ
とによってエッチング処理されるが、この際ウェーハ
と、それに接触する薬液との間の各部位における相対平
均流速を、極力均一に保持しないとウェーハ各部位のエ
ッチング代のバラツキ、即ち平坦度を小さくすることが
できない。そのため、従来のエッチング方法では高精度
の平坦度を有するケミカルエッチドウェーハを作ること
が困難であった。また、エッチング処理中に発生する反
応ガスにより、ウェーハの表面にスジ状或いはランダム
な凹凸が形成される。そのため、ウェーハを自転させる
ことにより平滑化する事が必要となる。また、薬液はウ
ェーハの外縁のエッジ部に当ってから、ウェーハの主表
面に対しほぼ平行してその中心側に向かって流れるが、
前記エッジ部で両者の相対平均流速が局所的に変化す
る。そのため、該エッジ部のエッチング処理が特に不完
全になり易い。図１１および図１２はその状態を示すも
のである。すなわち、図１１に示すようにウェーハ２
は、自転或いは自転していない状態で矢印の方向から薬
液が流入すると、前記したように前記エッジ部で流速が
変化し、図１２に示すようにエッジ部に局部的な形状異
常４７を生ずる。この形状異常４７の発生によりその周
辺も影響を受け、均一のエッチング処理が行われず、平
坦な形状を得ることができない。なお、図１２は図の縦
方向がウェーハ２の厚さ方向を示し、横方向が半径方向
を示すものでそれぞれ拡大表示されている。

【０００４】本発明は、以上の問題点を解決するもの
で、薬液とウェーハ間の相対平均流速を極力均一にして
ウェーハ面内のエッチング代のバラツキと反応ガスによ
る凹凸を低減して高精度の平坦度を有するウェーハを形
成すると共に、比較的構造が簡単で、かつ容易に実施し
得る高精度エッチング方法と装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の高精度エッチング方法は、エッチング用の薬液に半導
体単結晶ウェーハを回転させながら浸漬させ、前記ウェ
ーハの表面をエッチング処理するエッチング方法であっ
て、前記薬液を円弧状の流路に沿って流通させ、前記流
路を流れる薬液が曲がる方向と同一回転方向に前記ウェ
ーハを自転させて、前記ウェーハ面の各部位に対する薬
液の相対平均流速を均一にさせることを特徴とする。

【０００６】本発明の請求項２に記載の高精度エッチン
グ装置は、エッチング用の薬液に半導体単結晶ウェーハ
を浸漬させると共に、前記ウェーハ面の各部位に対する
薬液の相対平均流速を均一にして、前記ウェーハの表面
をエッチング処理する高精度エッチング装置であって、
前記薬液を流通させる円弧状の流路と、前記ウェーハを
吸着保持する吸着手段と、前記ウェーハを自転させる回
転手段を設けることを特徴とする。

【０００７】本発明の請求項３に記載の高精度エッチン
グ方法は、エッチング用の薬液に半導体単結晶ウェーハ
を回転させながら浸漬させて、前記ウェーハの表面をエ
ッチング処理するエッチング方法であって、前記ウェー
ハを円環状の薬液槽に沿って公転させるとともに、前記
ウェーハの公転方向と反対回転方向に自転させて、ウェ
ーハ面の各部位に対する薬液の相対平均流速を均一にさ
せることを特徴とする。

【０００８】本発明の請求項４に記載の高精度エッチン
グ装置は、エッチング用の薬液に半導体単結晶ウェーハ
を浸漬させると共に、前記ウェーハ面の各部位に対する
薬液の相対平均流速を均一にして、前記ウェーハの表面
をエッチング処理する高精度エッチング装置であって、
前記薬液を蓄溜する円環状の薬液槽と、前記ウェーハを
吸着保持する吸着手段と、前記ウェーハを前記薬液槽の
円周に沿って公転させる公転手段と、前記ウェーハを自
転させる回転手段を設けることを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項５に記載の高精度エッチン
グ装置は、前記吸着手段のウェーハの外縁近傍には、前
記ウェーハの外縁と適宜間隙を隔て、かつウェーハのエ
ッチング処理される表面とほぼ同一面上に配設されるテ
ンプレートを設けることを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１の高精度エッチング方法においては、
エッチング用の薬液を円弧状の流路に沿って流通させ、
流路を流れる薬液が曲がる方向と同一回転方向にウェー
ハを自転させてエッチングを行う。この方法では、薬液
の流速とウェーハ回転の合成が実際の相対流速となる。
この相対流速を時間平均で均一にするために、研磨の原
理を利用している。研磨では、ウェーハ（トップリン
グ）が自転しかつ下定盤が回転しているが、トップリン
グ回転数と定盤回転数を合わせることにより、ウェーハ
面内の相対速度（ウェーハと研磨クロス）を均一にして
いる。そこで、薬液の流れを円弧状にし、かつ、流路を
流れる薬液が曲がる方向と同一回転方向にウェーハを自
転させることによって、研磨と同様な条件を作り出すこ
とができる。すなわち、本発明の方法では、エッチング
用の薬液が研磨における研磨クロスに相当し、薬液の流
れあるいはウェーハの公転が研磨における定盤（研磨ク
ロス）の回転に相当し、ウェーハの自転が研磨における
トップリングによるウェーハの自転に相当する。エッチ
ングの場合、適当なウェーハ回転数とそれに合った適当
な薬液の流速を組合わせることにより、面内均一な相対
平均流速（時間平均相対流速）の発生が可能になる。薬
液の流れが全くの平行流である場合、零を除くいかなる
ウェーハ回転数であっても、面内均一な相対平均流速を
得ることはできない（ウェーハ外周が速い）。

【００１１】請求項２の高精度エッチング装置において
は、円弧状の流路により薬液の円弧状の流れを作ること
ができ、ウェーハを吸着保持する吸着手段とウェーハを
自転させる回転手段により、ウェーハを吸着保持しつつ
薬液内で回転させることができるようになり、上記均一
なエッチングが可能になる。

【００１２】請求項３の高精度エッチング方法において
は、ウェーハを円環状の薬液槽に沿って公転させるとと
もに、ウェーハの公転方向と反対回転方向に自転させ
て、ウェーハ面の各部位に対する薬液の相対平均流速を
均一にさせることにより、上記研磨と同様な条件を作り
出している。

【００１３】請求項４の高精度エッチング装置において
は、円環状の薬液槽と、ウェーハを吸着保持する吸着手
段と、前記ウェーハを前記薬液槽の円周に沿って公転さ
せる公転手段と、前記ウェーハを自転させる回転手段を
備えているために、ウェーハを吸着しつつ、薬液槽にウ
ェーハを浸漬した状態でウェーハの公転と自転を行なえ
るようになり、上記均一なエッチングが可能になる。

【００１４】また、請求項５の高精度エッチング装置に
おいては、吸着手段のウェーハ外縁近傍に、ウェーハの
外縁と適宜間隙を隔て、かつウェーハのエッチング処理
される表面とほぼ同一面上に配設されるテンプレートを
設けてあるため、エッチングの際には、テンプレートに
より薬液の流れが整流されるため、ウェーハの外縁に異
常形状を発生させることがない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図１乃至図４は本発明のエッチング装置の第１の
実施例を示すものであり、図５乃至図８はその第２の実
施例を示すものである。

【００１６】実施例１ 図１に示すように、エッチング用の薬液は円弧状（図示
では１／４円弧）の流路１内をＣから入り、矢印のよう
に円弧に沿ってほぼ均一の流速で流通し、Ｄから流出す
る。円盤状のウェーハ２は流路１内に配設される。この
ウェーハ２は矢印のように薬液の円弧状の流れ方向と同
じ方向へ自転せしめられる。図２に示すように、ウェー
ハ２は後に説明する吸着手段３の吸着盤８に吸着保持さ
れ、回転手段４により自転される。また、ウェーハ２の
外縁側には間隙δを介してテンプレート５が配置され
る。なお、図２において矢印Ｅはエッチング用薬液の流
れ方向を示し、矢印Ｆは吸着手段３の真空吸着方向を示
すものである。

【００１７】図３は薬液１０の流通する流路１の具体的
形状と、薬液１０の供給および排出系路構造を示すもの
である。流路１を形成する１／４円弧状の弧状箱体９
は、図４に示すようにウェーハ２および吸着盤８の収納
される枠体部９ａとその開口側に開閉自在に係合する開
閉蓋９ｂと吸着盤８に連結する回転軸１１を支持する支
持部９ｃ等から形成される。図３に示すように、弧状箱
体９の供給側と排出側には分散板１２，１３を介して分
配器１４，１５が連結される。供給側の分配器１４は流
量計１６，開閉弁１７およびポンプ１８を配置する管路
１９を介して薬液１０を蓄溜する薬液循環槽２０に連結
する。なお、管路１９には純水を供給する管路２１が開
閉弁２２を介して連結される。薬液循環槽２０は温調器
２３により適温に加温される。一方、排出側の分配器１
５には三方開閉弁２４を介し戻入管２５が連結し、薬液
１０を薬液循環槽２０に戻入する。また、薬液循環槽２
０は開閉弁２６を介しドレイン側に連結し、三方開閉弁
２４も排出管２７によりドレイン側に連結される。以上
の構造により適温に加温された薬液１０がポンプ１８等
を介して薬液循環槽２０から弧状箱体９内に供給され、
円弧状の流路１を流通して再び薬液循環槽２０内に戻入
されて循環する。

【００１８】次に、吸着手段３を説明する。図４に示す
ように円盤状の吸着盤８は弧状箱体９の流路１内に収納
されて配置され、その表面側にはウェーハ２が搭載され
る。吸着盤８には回転軸１１が連結すると共に、回転軸
１１の内部に貫通形成された空気孔（図略）は吸着盤８
内に貫通形成される多数個の吸引孔２８に連通する。一
方、回転軸１１内の前記空気孔は開閉弁２９を介して真
空タンク３０に管路３１により連結し、真空タンク３０
には真空ポンプ３２が連結して真空タンク３０内を真空
による。以上の構造に開閉弁２９を開放することにより
ウェーハ２は吸着盤８の表面に真空吸着保持される。

【００１９】次に、回転手段４を説明する。回転軸１１
は図４に示すように弧状箱体９の支持部９ｃにシール手
段３３によりシールされて支持される。回転軸１１側に
設けられたプーリ（図略）にはプーリ用ベルト３４を介
し駆動モータ３５側のプーリ３６が連結される。また、
回転軸１１と真空タンク３０間には回転軸１１まわりか
ら洩れた薬液１０を回収するためのドレンパネル３７が
介設され管路３８を介してドレイン側に連通する。以上
の構造により駆動モータ３５を作動することにより吸着
盤８に吸着されたウェーハ２が流路１内で自転する。

【００２０】次に、テンプレート５について説明する。
図２，図４および図９に示すように、吸着盤８の外周に
はリング状のテンプレート５が固着される。テンプレー
ト５の内壁側と吸着盤８上に吸着保持されたウェーハ２
の外縁との間には間隙δが形成される。間隙δの値は実
験的，経験的に設定される。また、テンプレート５の上
面とウェーハ２のエッチング処理される表面（上面）と
はほぼ同一平面上に形成される。

【００２１】次に、本実施例の作用を説明する。ウェー
ハ２は前記したように流路１内のほぼ中間部に配置され
る。真空ポンプ３２を作動し、吸着盤８にウェーハ２を
吸着保持する。ポンプ１８を作動し、薬液循環槽２０内
の薬液１０を供給側の分配器１４側に送る。薬液１０等
は分散板１２により弧状箱体９内に流入し、図１に示し
たような円弧状の薬液１０の流れを流路１内に形成す
る。流路１を通過した薬液１０は排出側の分散板１３お
よび分配器１５を介して集約され薬液循環槽２０内に戻
入される。一方、駆動モータ３５を作動することにより
ウェーハ２が自転する。図３に示すようにウェーハ２が
矢印Ｇ方向（薬液の流れ方向を示す矢印Ｈと同一回転方
向）に自転し、流路１内を矢印Ｈのように薬液１０が流
れ、両者の速度を適宜コントロールすることによりウェ
ーハ２面の各部位に対する薬液１０の相対平均流速をほ
ぼ均一にすることができる。相対平均流速が均一になる
とウェーハ２の表面のエッチング代のバラツキが減少
し、その結果、平坦性のあるエッチドウェーハが形成さ
れる。一方、ウェーハ２の外縁近傍には前記した形状の
テンプレート５が配置されるため図９に示すように矢印
Ｂからの薬液１０の流れがテンプレート５により整流さ
れ、ウェーハ２の外縁での流速の乱れが減少し、外縁の
形状変化が緩和される。図１０はその状態を示すもの
で、図１２の場合に較べてエッジ部における形状の異常
が大幅に改善されることがわかる。

【００２２】実施例２ 本実施例はウェーハ２側を自転及び公転させて薬液１０
とウェーハ２面の各部位に対する薬液の相対平均流速を
極力均一に保持するようにしたエッチング装置を示す。
図５に示すように、薬液１０は円環状（ドーナツ状）の
薬液槽７内に蓄溜され、ウェーハ２は矢印Ｊ方向に自転
すると共に矢印Ｋ方向に公転すべく形成される（矢印Ｊ
方向と矢印Ｋ方向は互いに反対回転方向である）。図６
に示すようにウェーハ２は吸着手段３ａの吸着盤８ａの
図の下面側に吸着支持される。また、ウェーハ２の外縁
側には図２に示したと同様にテンプレート５ａが配設さ
れる。図８は図５をより詳細に示したもので、公転手段
６の先端側に配設された吸着手段３ａおよび回転手段４
ａ（後記）によりウェーハ２は保持される。なお、図８
に示すように吸着手段３ａは図４に示した吸着手段３と
同様に形成され、同一符号のものは同一物又は同一機能
の物を示しその説明を省略する。なお、この場合、吸着
手段３ａはウェーハ２と共に公転するため後記する公転
手段６側に設置される（詳細構造省略）。なお、図６に
おいて矢印Ｋはウェーハ２の回転方向を示し、矢印Ｍは
真空吸着方向を示す。

【００２３】次に、ウェーハ２の公転および自転手段と
薬液槽７への薬液１０の供給，排出系路構造を図７によ
り説明する。公転手段６は薬液槽７の中心位置において
装置の不動側に枢支される中心軸３９と、中心軸３９を
回転させる公転用駆動モータ４０と、中心軸３９に基端
側を連結すると共に先端側に吸着手段３ａおよび回転手
段４ａを装着するアーム部材４１等からなる。一方、回
転手段４ａは、アーム部材４１に固定される駆動モータ
４２からなり、駆動モータ４２は吸着盤８ａに連結する
回転軸１１に連結される。薬液循環槽２０ａ内の薬液１
０は配管４３および開閉弁４４を介して薬液槽７内に供
給される。また、薬液槽７内の薬液１０は三方開閉弁４
５を介して薬液循環槽２０ａ及びドレイン側に戻入され
る。また、薬液循環槽２０ａ内の薬液１０は温調器２３
ａにより適温に加温される。なお、薬液循環槽２０ａに
は開閉弁４６を介してドレイン側に連結される。以上の
構造により、公転手段６のアーム部材４１の先端側に配
置された吸着手段３ａに吸着保持されたウェーハ２は、
回転手段４ａにより自転されると共に公転用駆動モータ
４０を作動することによりアーム部材４１を介して公転
される。

【００２４】次に、本実施例の作用について説明する。
吸着手段３ａにより吸着保持されたウェーハ２は薬液槽
７内の薬液１０に浸漬され下向きに配置される。ウェー
ハ２の自転と公転により、ウェーハ２と薬液１０との間
には流れが生ずるがウェーハの自転と公転の回転速度と
方向を適宜設定することによりウェーハ２と薬液１０間
の相対平均流速をほぼ均一に保持することが可能とな
り、前記実施例１とほぼ同様なエッチング効果を上げる
ことができる。勿論、テンプレート５ａにより、ウェー
ハ２のエッジ部の形状変化も緩和される。

【００２５】以上の実施例において、図示のような吸着
手段３，３ａ，回転手段４，４ａおよび公転手段６等を
採用したが、その詳細構造は図示のものに限定するもの
ではない。また、実施例１の流路１を１／４弧状のもの
としたがそれに限定するものではない。また、流路１お
よび薬液槽７に係合するウェーハ２を単一のものとした
が、それに限定するものではない。更に、薬液槽７は単
純なドーナツ状のものとしたが、同心円状の多層のもの
でもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。 （１）薬液を弧状の流路内に流通させその流路内でウェ
ーハを自転する装置構造を採用し、また、薬液を蓄溜す
る円環状の薬液槽内でウェーハを自転及び公転させる装
置構造を採用することにより、ウェーハ面の各部位と薬
液間の相対平均流速をほぼ均一にすることができる。そ
れにより、ウェーハの平坦度の精度向上が図れる。 （２）相対平均流速中でシリコンウェーハを自転するこ
とによりエッチング時に生ずる反応ガスによる凹凸が低
減し平滑なエッチング処理が行われ、高精度の平坦度が
得られる。 （３）ウェーハの外縁に近接させてテンプレートを設け
ることにより、ウェーハの外縁まわりの薬液の流れが整
流され、エッジの形状変化が緩和され、高精度のケミカ
ルエッチドウェーハを形成することができる。 （４）装置構造がコンパクトにまとめられ、かつ特別の
機器を使用しない簡便なものから構成されるため、比較
的安価な設備費により実施が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の第１の実施例を説明するための平面
図である。

【図２】第１の実施例のウェーハ吸着手段およびテンプ
レートとの係合状態を示す軸断面図である。

【図３】第１の実施例の流路および流路への薬液の供給
排出系路構造を示す構成図である。

【図４】第１の実施例の吸着手段とウェーハの回転手段
を示す構成図である。

【図５】本発明の第２の実施例を説明するための平面図
である。

【図６】第２の実施例のウェーハ吸着手段およびテンプ
レートとの係合状態を示す軸断面図である。

【図７】第２の実施例のウェーハの自公転手段と薬液槽
への薬液の供給排出系路構造を示す構成図である。

【図８】第２の実施例の薬液槽と吸着手段の概要構造を
示す平面図である。

【図９】第１および第２の実施例におけるテンプレート
の効果を説明するための説明用平面図である。

【図１０】テンプレートの効果を示す線図である。

【図１１】従来のウェーハの問題点を説明するための説
明用平面図である。

【図１２】従来のエッチング装置におけるウェーハのエ
ッジ部の形状変化を示す線図である。

【符号の説明】

１ 流路 ２ 半導体結晶ウェーハ（ウェーハ） ３，３ａ 吸着手段 ４，４ａ 回転手段 ５，５ａ テンプレート ６ 公転手段 ７ 薬液槽 ８，８ａ 吸着盤 ９ 弧状箱体 ９ａ 枠体部 ９ｂ 開閉蓋 ９ｃ 支持部 １０ 薬液 １１ 回転軸 １２，１３ 分散板 １４，１５ 分配器 １６ 流量計 １７，２２，２６，２９，４４，４６ 開閉弁 １８ ポンプ １９，２１，３１，３８ 管路 ２０ 薬液循環器 ２０ａ 薬液循環槽 ２３，２３ａ 温調器 ２４ 三方開閉弁 ２５ 戻入管 ２７ 排出管 ２８ 吸引孔 ３０ 真空タンク ３２ 真空ポンプ ３３ シール手段 ３４ プーリ用ベルト ３５，４２ 駆動モータ ３６ プーリ ３７ ドレンパネル ３９ 中心軸 ４０ 公転用駆動モータ ４１ アーム部材 ４３ 配管 ４５ 三方開閉弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチング用の薬液に半導体単結晶ウェ
   ーハを回転させながら浸漬させ、前記ウェーハの表面を
   エッチング処理するエッチング方法であって、前記薬液
   を円弧状の流路に沿って流通させ、前記流路を流れる薬
   液が曲がる方向と同一回転方向に前記ウェーハを自転さ
   せて、前記ウェーハ面の各部位に対する薬液の相対平均
   流速を均一にさせることを特徴とする高精度エッチング
   方法。
2. 【請求項２】 エッチング用の薬液に半導体単結晶ウェ
   ーハを浸漬させると共に、前記ウェーハ面の各部位に対
   する薬液の相対平均流速を均一にして、前記ウェーハの
   表面をエッチング処理する高精度エッチング装置であっ
   て、前記薬液を流通させる円弧状の流路と、前記ウェー
   ハを吸着保持する吸着手段と、前記ウェーハを自転させ
   る回転手段を設けることを特徴とする高精度エッチング
   装置。
3. 【請求項３】 エッチング用の薬液に半導体単結晶ウェ
   ーハを回転させながら浸漬させて、前記ウェーハの表面
   をエッチング処理するエッチング方法であって、前記ウ
   ェーハを円環状の薬液槽に沿って公転させるとともに、
   前記ウェーハの公転方向と反対回転方向に自転させて、
   ウェーハ面の各部位に対する薬液の相対平均流速を均一
   にさせることを特徴とする高精度エッチング方法。
4. 【請求項４】 エッチング用の薬液に半導体単結晶ウェ
   ーハを浸漬させると共に、前記ウェーハ面の各部位に対
   する薬液の相対平均流速を均一にして、前記ウェーハの
   表面をエッチング処理する高精度エッチング装置であっ
   て、前記薬液を蓄溜する円環状の薬液槽と、前記ウェー
   ハを吸着保持する吸着手段と、前記ウェーハを前記薬液
   槽の円周に沿って公転させる公転手段と、前記ウェーハ
   を自転させる回転手段を設けることを特徴とする高精度
   エッチング装置。
5. 【請求項５】 前記吸着手段のウェーハの外縁近傍に
   は、前記ウェーハの外縁と適宜間隙を隔て、かつウェー
   ハのエッチング処理される表面とほぼ同一面上に配設さ
   れるテンプレートを設けることを特徴とする請求項２又
   は４に記載の高精度エッチング装置。