JPH08502148A - 半導体基板エッチング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基板を回転させる工程と、少なくとも一部は溶けた気体を含む加圧されたエッチング液１４の泡立ちにより形成される流れる泡と回転された基板を接触させる工程とを含む、半導体基板５０のエッチング方法。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体基板エッチング方法及び装置発明の背景 本発明は、基板が泡の形態のエッチング液にさらされるようになっている半導 体基板のエッチング方法及び該方法を行うための装置に関する。 シリコン基板のような半導体基板は、例えばシリコンから成長した単結晶イン ゴットから、以下の方法、即ち薄い基板を製造するためにインゴットの軸に垂直 な方向にインゴットをスライスする工程と、その表面及び裏面を平坦化するため に基板をラッピングする工程と、切り出し及びラッピング時のダメージを除き、 また付着するラッピング用粗粉を除くために基板をエッチングする工程と、エッ チング表面を磨く工程とを有する方法によって得られる。 典型的なエッチング方法では、複数の半導体基板がエッチング架台またはたる に取り付けられ、架台全体がエッチング液に沈められる。エッチング架台は、一 般には１またはそれ以上の平行で、水平なローラーを有するドラム型のケースか ら構成され、それぞれのローラーは、その表面に一定間隔で刻まれた複数の終わ りのない周方向の溝を有する。溝は、夫々のローラーの溝の１つに置かれた基板 が、ローラーの軸に垂直で、エッチング架台に支持された他の基板に平行に立つ ように並べられている。ローラーは軸の回りを回転し、駆動メカニズムで駆動さ れ、これによって夫々の基板は、ローラーの軸に平行な軸の回りで回転するよう になる。例えばＵ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏｓ ３，９６４，９５７及び５，２ １１，７９４を参照。 普段用いるエッチング液は、一般には、硝酸、重クロム酸塩、過マンガン酸塩 のような強い酸化剤、酸化物を溶解する弗化水素酸のような溶解剤、酢酸のよう な希釈剤を含む。しかし、最もスムースで均一なエッチングを行うこれらの酸の 相対的な比率では、除去速度が比較的速くなってしまう。それゆえに、不均一性 を小さくするために、基板が斜めにエッチングされるのを防ぐように、基板回転 速度を比較的速く、例えば２０から３０ｒｐｍにしなければならない。しかし、 基板同士は接近しており（４から７ｍｍ間隔）、基板回転は基板間の液体の剛体 回転を生じ、結果として基板間の酸が比較的よどんでしまう。かかる剛体効果は 回転速度５ｒｐｍ程度で明白であり、２０から３０ｒｐｍの典型的な回転速度で 問題となる。この効果は、現在まで用いられている大きな鈍い形のエッチング架 台やたると結び付き、各基板の不均一エッチング及びたるの長さに沿ったエッチ ングの不均一を招き、異なった場所の基板は、異なったエッチングが行なわれる こととなる。 エッチングの均一性改良のための努力として、気体がエッチングタンクにまき 散らされ、エッチング架台やたるに支持された基板の間を流れるようにしている 。例えば、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏｓ．４，２５１，３１７及び４，８４０ ，７０１参照のこと。しかし、さまざまな理由により、結果は完全に満足いくも のでは無かった。第１に、各基板の表面全体を横切るのと同様、エッチング架台 またはたる全体を横切って均一な気体の泡を作るように改良することは困難であ る。第２に、まき散らしは、マイクロラフネス、部分的な膜厚分布、全体の膜厚 分布の比較的小さな基板を作るのに必要な小さい泡、中間の泡、大きな泡のおお よそ均一な分散を作ろうとはしない。ここで、小さい泡（直径５マイクロメータ 以下）は、基板のマイクロラフネスを減少させ、中間の大きさの泡（直径５マイ クロメータから約２ミリメータ）は、基板の部分的な膜厚分布を小さく保ち、大 きな泡（直径２ミリメータ以上）は基板の直径を横切った全体の膜厚分布を低く 保つ。第３に、典型的に高回転速度が用いられるため、まき散らしを用いても、 剛体効果は完全には除去できない。発明の概要 本発明の目的の中には、半導体基板エッチング方法用の設備についてがある。 即ち、そのような方法用の設備は、剛体効果を最小にするものであり、比較的遅 い回転速度で基板の均一なエッチングが得られるものであり、エッチング基板は 比較的小さな表面のマイクロラフネス値Ｒ_a（算術平均粗さ）を有するものであ り、エッチング基板は比較的小さな全体の膜厚分布（基板の最大膜厚及び最小膜 厚の差）を有するものであり、エッチング基板は比較的小さな部分的な膜厚分布 （基板の一部分の最大膜厚と最小膜厚の差、例えば２０ｍｍ×２０ｍｍの部分） を有するものであり、そのような方法を行うための装置である。 それゆえに、手短に言えば、本発明は、半導体基板をエッチングするための方 法に関するものである。該方法は基板を回転させる工程と、回転した基板を泡の 流れに接触させる工程からなる。泡は、少なくとも一部は溶けた気体を含む加圧 されたエッチング液の泡立ちにより形成される。 また本発明は、半導体基板を扱うための装置に関するものでもある。装置は少 なくとも２つの一般的なディスク型半導体基板を支持するための架台を含み、架 台は開かれた反対側の端部を持つ液体チャンバを画成する。付加的に、本装置は 液体チャンバ及び該半導体基板の間を通して、半導体基板処理液を動かすための 循環システムを含む。 本発明の他の目的及び特徴は、一部は明らかにされ、一部は以下で示されるで あろう。図面の簡単な説明 図１は、本発明にかかるエッチタンク及びエッチ架台を有する基板エッチング 装置の一部を除去した前面図である。 図２は、エッチ架台を除いた、図１のエッチタンクの上面図である。 図３は、図１のエッチ架台の立面図である。 図４は、典型的な半導体基板とかみ合った、図１のエッチ架台のローラの模式 図である。 図５は、図１のエッチ架台のローラの１つの部分上面図である。 図６は、図５の６−６線における面に沿った部分図である。 図７は、図１のエッチング装置に放出するための溶けた気体を含む加圧した酸 を製造するための装置の模式図である。 図の全体において、一致する記号は、一致する部分を示す。好ましい実施例の詳細な説明 本発明によれば、０．０９マイクロメータ以下で望ましくは０．０７マイクロ メータ（Ｒ_a）以下の平均表面マイクロラフネス及び、約１．４マイクロメータ 以下の平均全膜厚分布及び、約０．６マイクロメータ以下の部分的な膜厚分布を 有するエッチングされた基板が、シリコン基板から２５マイクロメータより少な い、好ましくは２０マイクロメータより少ない素材の除去方法によって、提供さ れる。表面マイクロラフネス（Ｒ_a）の測定は、ＡＳＭＥ 標準 Ｂ．４６．１ に従って行なわれ、全膜厚分布及び部分的膜厚分布測定は、ＡＳＴＭ 標準（予 備） ２０１９１−Ｒｅｖ ６により、またはＡＤＥ社（ニュートン、マサチュ ーセッツ）により ＵｌｔｒａＧａｇｅ ９５００の商品名で販売されているテ スタで行うことができる。 本方法では、半導体基板は泡の形態の中を流れるエッチング液と接触している 。泡は、圧縮された泡及び溶けた気体を含む加圧されたエッチング液から作られ る。急激な圧力降下により、圧縮された泡は中間の大きさ及び大きい泡を形成す るために広がり、エッチング溶液は小さな泡を形成するために泡立つ。（例えば 、シャンペンのビンからコルクを抜いた時に、溶けた二酸化炭素の泡ができるの と同じように、溶けた気体は簡単に溶剤から出て、小さな泡を形成する。） エッチング液に溶かす気体は、実質的には半導体基板及びエッチング液の組成 と反応しないいかなる気体でも良い。これらの反応しない気体には、水素、窒素 、酸素のような元素ガス、ヘリウム、アルゴンのような貴ガス、二酸化炭素のよ うな化合ガスが含まれる。ヘリウムのような不活性ガスが、最も溶解度が低く、 最も小さい泡を生じる点で、最も好ましい。しかし、ヘリウムは、比較的高価で ある。水素や酸素も比較的低い溶解度を有するが、高純度のものは比較的高価で あり、加えて危険性もある。このように、二酸化炭素及び窒素が他のガスに比べ て好ましく、さらに窒素のほうが、より溶解度が低いため、二酸化炭素より好ま しい。 エッチング液は、硝酸、重クロム酸塩、過マンガン酸塩のような酸化剤、酸化 物を溶かす弗化水素酸のような溶解剤、酢酸、リン酸、グリセリン、または水の ような希釈剤を含む。小さな泡の大きさを安定させるためには、酸の中で化学的 に安定な界面活性剤を含むことが好ましい。典型的な界面活性剤は、リン酸及び ３Ｍ社（セントポール、ミネソタ）によりＦＣ−９３の商品名で販売されている アンモニウム・パーフルオロアルキル・スルフォネート、ＦＣ−９５、ＦＣ−９ ８の商品名で販売されているカリウム・パーフルオロアルキル・スルフォネート 、ＦＣ−１３５の商品名で販売されているフロリネート・アルキル・クオータナ リー・アンモニウム・ヨー化物のような弗化界面活性剤を含む。リン酸は、特に 付加的に希釈剤として役立つので、界面活性剤としてむしろ好ましい。エッチン グ液は、約４０から７０％の硝酸（６９ ｗｔ．％ ＨＮＯ₃水溶液として供給 される）、約３から１１％の弗化水素酸（４９ ｗｔ．％ ＨＦ水溶液として供 給される）、約２０から４０％のリン酸（８５ ｗｔ．％ Ｈ₃ＰＯ₄水溶液とし て供給される）を含むことが好ましい。より好ましくは、エッチング溶液は、５ ８ ｖｏｌ．％の硝酸、６ ｖｏｌ．％の弗化水素酸、３６ ｖｏｌ．％のリン 酸（上述の源溶液にもとづいて）を有することが好ましい。それゆえに、リン酸 の硝酸に対する比は、約１：１から０．２５：１の範囲であり、好ましくは約０ ．５：１から０．７：１の範囲であり、更に好ましくは約０．６２：１である。 より濃縮された酸を用い、水を減らすことにより、ポリッシングの効率をより改 良することができる。 エッチング溶液の温度は、約２５℃から４５℃であり、好ましくは３５℃であ り、半導体基板は、約２５マイクロメータ、好ましくは２０マイクロメータ以下 の素材を除去するのに十分な間、エッチング溶液に接触させる。半導体基板が流 れる泡にさらされる時のエッチング速度は毎分約２から２０マイクロメータであ り、好ましくは毎分約２．５から１５マイクロメータである。このように基板は 泡のなかで約１から１０分、好ましくは約１．５から５分エッチングされる。 半導体基板は流れるエッチング溶液に接触されている間、回転されている。剛 体効果を最小にするために、基板は約５ｒｐｍ以下で回転され、好ましくは３ｒ ｐｍ以下であり、より好ましくは約１．５ｒｐｍの速度である。 図１を参照すると半導体基板は、一般的に１０で示すエッチング装置の中でエ ッチングされ、該エッチング装置はエッチング液１４を含むエッチタンク１２を 含む。せき１６はタンク１２をタンク区画室１８、２０に分ける。出口２２はタ ン ク区画室２０の底にエッチング液をエッチタンクから除去するために設けられ、 入口２４はタンク区画室１８の底にエッチタンクにエッチング液を導入するため に設けられている。 タンク区画室１８の下に、エッチング溶液分散用マニフォールド２８に横切ら れたエッチング液充満室２６が設けられる。エッチング液分散用マニフォールド ２８は穴３０が１８列ある管であり（１列に穴が１７、穴の直径は１．５ｍｍ） 、列は、分散用マニフォールドの周囲に互いに約２０度間隔をあけて位置する。 エッチング液分散用マニフォールド２８の端部２９ａ、２９ｂはエッチング液源 に接続されている。エッチング液充満室２６の上部のシールは、エッチング液充 満室からのエッチング溶液の上部への流れを許容する中央の窓部（図示せず）を 有する板３２によって行なわれる。該中央の窓部は、２５×２５ｍｍの４角のグ リッド上に５０の直径１．５ｍｍの穴を直列に有するグリッドにより画成される のが、好ましい。 板３２の上には、３セットの穴をあけたまたは穴のある分散用板３４ａ、３４ ｂ、３４ｃがあり、これらは３６ａ、３６ｂ、３６ｃにより支えられ、分離され る。夫々の分散用板は、約２００から３００マイクロメータの並んだ穴のある３ 枚の重なったシートを含むことが好ましい。このシートは、ポアレックス社（フ ェアバーン、ジョージア）がポレックス Ｘ４９１２の商品名で販売している約 ２５０マイクロメータの穴のあるポリプロピレンのようなシート、同等の穴のあ るＰＶＤＦシート、または他の同等のシートでよい。しかし、特に方法及び装置 のために板の幅及び長さを横切ったエッチング液の上方向への流れの等しい分散 を得るために必要な板のセットの数は、エッチング液の流速、穴のあるシートの タイプ、及びシートの多孔性に依存する。 フレーム３８は、板のセットの上にタンク区画室１８の周囲に広がり、中央に 入口２４を画成して設けられる中央の長四角形の入口を有する。 再度図１を参照すると、一般に４０で表されるエッチ架台は側壁面４２、４４ 、後壁面４６、及び前壁面４６、４８を有する（一部のみ図示する）。壁面の下 部端部は、フレーム３８をシールし、エッチ架台とフレームの間のリークをシー ル するために設計され、配置される。エッチ架台壁面は入口２４からのエッチング 液がそこを通って流れる流体チャンバ４９を画成する。エッチ架台４０は、側壁 面４２、４４を横切る４つの一般的に水平なローラ−５２（２つの上部ローラー ５２ａ、５２ｂ、及び２つの下部ローラー５２ｃ、５２ｄ）を含む。ローラー５ ２は複数の垂直方向の半導体基板５０の周囲のエッジとかみ合うように加工され ている。各のローラーは、基板エッジを受けるための多数の軸方向に設けられた 周囲の溝５１（好ましくは２１の溝）、及び縦方向の溝５３（図５、６参照）を 有する。弾性のあるバンド５５は、例えばバイトンやでデュポン社（ウイルミン トン、デラウエア）からカルレッツの商品名で販売さているエラストマ等から作 製され、少なくとも１つのローラーの縦方向の溝５３に挿入され、これらは、基 板の中心の下に置かれ、回転時に基板のエッジを上方向に押し進め、更にこれら は、ローラーの回転中に基板がローラー上でスリップするのを防ぐために２また はそれ以上のローラーに設けることが好ましい。特にバンド５５は、化学的ポリ ッシングによりプラスチックローラーに対しスリップしようとするスムースなエ ッジが生じるエッチング工程の終わり近くで、特に有用である。２つの対になっ たダミー基板５４、５６（例えば、半導体基板５０とほぼ同じ直径を有する薄い プラスチックまたはシリコンディスク）は、エッチ架台の側壁４２、４４の近く に、ローラー５２及び支持部５７によって保持される。エッチ架台の内側の寸法 は、好ましくは１３５×２５４ｍｍであり、これはダミー基板に加えて、（ロー ラー５２が十分な数の周囲の溝を供給すると仮定して）１７枚の２００ｍｍ基板 または２５枚の１５０ｍｍ基板を乗せるものである。 また、側壁４２及び４４を横切るガイド５８は、エッチング工程中に基板が上 へ移動するのを抑制し、ハンドル６０は、エッチ架台を移動する時につかみ、車 軸６２は、回転できるように２つのドライブシャフト６４、６６に接続されてい る。シャフト６４、６６を電気モータ（図示せず）または他の適したメカニズム で回転することにより、ローラーの反対の端部の６８、７０で示した２つのギア 列によって、ローラー５２が回転される。 図３に示すように、ギア列７０は、シャフト６４に固定された駆動ギア１００ 、 ローラー５２ａ、５２ｂ、５２ｃの端部に固定されたローラーギア１０２ａ、１ ０２ｂ、１０２ｃ、及びローラーギアを駆動ギアに回転して接続する減速ギア１ ０４、１０６からなる。減速ギアは側壁４４に回転できるように設置され、高ト ルク及び低速度をローラーギアに伝える。ギア列７０は３つのローラーギアを持 っているように示されているが、ギア列は４つのローラーギアを有する（例えば 、各のローラーに対するローラーギアは、ローラー５２ｄを含む）、または本発 明の範囲から分けることができないちょうど２つのローラーギアを有することが できると理解される。ギア列６８は基本的にギア列７０と同様と理解される。 下部ローラー５２ｃ、５２ｄは、側壁に形成されたリセス１１０に沿って乗っ たスライド部材１０８で側壁４２、４４に接続されている。スライド部材は上方 や外方へ、下部ギア１０６と関係して移動でき、下部ローラーのローラーギアを 下部減速ギアから離し、ローラーを十分に広げ、それによりエッチ架台４０から の基板の速い挿入及び取り出しができる。リーフスプリング１１２は下部ローラ ーに接続され、図３のようにローラーを下方及び内方に押し立てる。リーフスプ リング１１２の中央部分に対する上方向の力の作用は、下部ローラーを外方へ動 かす。調整ネジ１１４、１１６は側壁４４に設けられ、スライド部材１０８とと もに、スライド部材の内方への移動を調整的に制限し、ローラーを調整する。 一般的に、半導体基板は、その周囲の一部に、結晶方位を示すためのオリフラ を有する。それゆえに、各基板のオリフラがローラーの１つの隣の位置に回転し た時に基板の放射状の移動を防ぐために、ローラーは十分な数で、配置されなけ ればならない。 特に図４について述べると、エッチ架台は、４つ以上でも、以下でも無いロー ラー５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄからなることが好ましい。オリフラがロー ラーの１つの隣の位置に回転した時に、基板の放射状の移動を防ぐのに必要なロ ーラーの厳格な位置は、基板の直径、オリフラの長さ、オリフラが占める弧の角 度によって変化する。しかし、一般に、角度δは角度γより小さく、δとγの和 は角度ζより大きい。ここで、δは基板中央を通る水平面１２０及び上部ローラ ーの軸と基板中央を含む面１２２の間の基板の弧の角度であり、γは水平面１２ ０と下部ローラーと基板中央の軸を含む面１２４の間の基板の弧の角度であり、 ζはオリフラにより占められる基板の弧の角度である。また、角度δは、いずれ かの２つの面、即ち１つは基板の中心と１つのローラーの軸を含むものであり、 他は基板の中心と１つのローラー軸に近隣したローラー軸を含むものであるが、 これらの面によって定義された２つの角度の小さい方より小さい。更に、エッチ ング液の泡が下部ローラーを通って上方へ移動する時に、回転する下部ローラー の基板上で起こるシャドーイング効果を最小にするためには、角度γをできる限 り小さくしなければならない。例えば、約６２ｍｍの長さのオリフラを持つ２０ ０ｍｍの基板では、角度γは約３０度、角度δは約１０度である。 図７について説明すると、貯蔵タンク８０に保たれたエッチング液は、例えば 、リヒテル ヘミエ社（ドイツ）から販売されているモデルナンバＭＮＫ−Ｂ／ Ｆ ３２−１２５遠心ポンプや、スタライテ産業社（デラバン、ウイスコンシン ）から販売されているモデルナンバＳ１６Ｐ８−１３９６Ｖ遠心油だめポンプ等 の循環ポンプ８２で加圧される。エッチング液配管の分岐点８４において、貯蔵 タンク８６からの気体は、例えばシールされた気体導入ライン末端部を有する２ ５マイクロメータの穴を有する管を用いてエッチング液に導入される。親密なエ ッチングガスの混合を確実にするために、スタティックミキサ８８が、配管に導 入されている。トリムバルブ９０ａ、９０ｂは、エッチング液分散用マニフォー ルド２８の反対側端部２９ａ、２９ｂに接続されたライン９２ａ、９２ｂにおい て、エッチング液の流量を調整する（図１参照）。 ここで述べた以外でも、総ての酸でぬれる部分は、ポリビニルクロライド（Ｐ ＶＣ）、ポリビニリディンディフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレンまたは テフロンからできている。 操作において、バルブ９０ａ、９０ｂが開かれ、循環ポンプ８２が起動し、貯 蔵タンク８０に含まれるエッチング液が、分散用板３４ａ、３４ｂ、３４ｃを通 って、入口２４を通って、さらにエッチ架台４０の溶液チャンバ４９を通って上 部へ流される。エッチング溶液レベルがせき１６の高さを越えた時、好ましくは 前部壁面４６より低くであるが、エッチング溶液は区画室２０にあふれ出し、区 画 室からエッチング液は出口２２により回収され、廃液入れ（図示せず）に導かれ 、さらに貯蔵タンク８０に戻されるかあるいは、廃棄される。 エッチング液がエッチ架台中に流された時、多くの半導体及びダミー基板を設 置したエッチ架台のハンドル６０は、（好ましくはロボットアーム（図示せず） により）つかまれ、エッチ架台は、タンク区画室１８に沈められ、フレーム３８ 中にシールされる。 同時に、側壁４８に最も近い各基板の周囲のエッジの一部分が下方向へ動く（ 例えば、図３に示す基板であれば、時計回りの方向に回転する）ような方向に半 導体基板を回転させるように、駆動メカニズム（例えばギア列６８、７０）が、 回転させられる。入口２４を通って流れるエッチング溶液は、このようにエッチ 架台を通って上方に流れ、回転している半導体及びダミー基板と接触しようとす る。基板と接触した後、エッチング溶液は前面壁面をあふれ出て、タンク区画室 １８に入る。結果として、エッチング溶液の全流れはエッチ架台を通って流され るようになり、基板は比較的壁面４２、４４に近いため、エッチング溶液は基板 の周囲よりもむしろ基板の間を流れなければならない。典型的に、エッチング液 の流速は、毎分５から２５リッタ標準の間であり、好ましくは毎分７から１５リ ッタ標準の間である。壁面４２、４４と壁面に最も近いダミー基板との間隔は、 半導体基板と半導体基板及びダミー基板の間隔と同じようになっているため、架 台の２つの各の端部のダミー基板は、各基板の間のより均一で一定な流れを促進 する。選択的に、一方のサイドに２つのダミー基板を用いるかわりに１つのダミ ー基板を用いることもできる。 エッチ架台が最初にフレーム３８に置かれ、その後の数秒は、エッチング液は 基本的に液体でありエッチング液は基本的に泡を含まない。しかし、その後に貯 蔵タンク８６からの気体が分岐点８４で、エッチング液に導入される。毎分５か ら２５リッタ標準のエッチング液の流量に対し、気体の流量は毎分約５から７０ リッタ標準であり、毎分約３０から５０リッタ標準が好ましく、毎分約４０リッ タ標準が更に好ましい。エッチング溶液に注入された気体は固溶限界に達するま で溶解する。過剰な気体は溶解しないが、圧縮された泡として、酸と一緒に運ば れる。加圧、混合されるバルブ９０ａ、９０ｂの上流の圧力は、好ましくは絶対 圧約２バール（ａｂｓ）より大きく、好ましくは、少なくとも約３．３バール絶 対圧であり、さらに好ましくは、少なくとも約４．７バール絶対圧である。実際 の方法として、エッチング溶液の圧力についての唯一の圧迫は、工程で用いられ るポンプ、貯蔵容器、配管の格である。加圧されたエッチング液はバルブ９０ａ 、９０ｂを通り、それゆえに急激な圧力降下を経験し、結果として小さい、中間 の大きさの、そして大きい泡を形成する。大きい泡及び中間の大きさの泡は圧縮 された泡の拡張によって形成され、小さい泡は、泡立ちにより形成される。圧力 降下は少なくとも約０．７バールであり、好ましくは少なくとも約２バールであ り、更に好ましくは、少なくとも約３．３バールである。 泡は、エッチング液分散用マニフォールド２８によって、排出され、上方へ移 動し、分散用板３４ａ、３４ｂ、３４ｃによって、エッチ架台の長さ、幅方向に 沿って等しく分散させられる。加えて、分散用板３４ａ、３４ｂ、３４ｃの穴の 大きさ（これは、大きい泡のサイズを効果的に限定している）は、小さい泡、中 間の大きさの泡、大きな泡がほぼ等しく分散するような泡を作製するために選択 される。 エッチング液と硝酸、弗化水素酸、酢酸を用いる一般的な方法において、酢酸 の量が増加するにつれて、ポリッシング作用が減少し、エッチング作用がばらつ くようになる。このように、酢酸の硝酸に対する比は経験的に、約１：２より大 きくはできず、エッチング速度は、エッチング液のポリッシング作用を減少させ ることなく毎分約５０マイクロメータ以下には減少させることはできない。しか し、酢酸のかわりにリン酸を希釈剤として用いた時、エッチング液のポリッシン グ効果に負の影響を与えることなく、エッチング速度を毎分約２から２０マイク ロメータに減少でき、これによりエッチング液は、最小の素材除去で、スムース なポリッシング表面を供給する。この大きさのエッチング速度は、制御性がよく 、基板を、剛体回転効果を最小にする速度で回転することができる。 基板は、例えば弗化水素酸の濃度のようなエッチング液の活動性に依存して、 泡の中で、約１から１０分エッチングされる。この間の基板からの素材の除去は 、 約２０から２５マイクロメータである。そして分岐点８４における気体の注入は 、停止するが、エッチング液の流れは、実質的に、エッチ架台中に泡が残らなく なるまで続く。それから、エッチ架台のハンドル６０が（好ましくは、ロボット アーム（図示せず）により）つかまれ、エッチ架台はエッチタンクから取り出さ れ、基板表面に残っているかもしれないエッチング液を除去するためにウォータ ーリンスタンク（図示せず）に浸される。ロボットアームは、泡エッチング中は かみ合っていないエッチ架台の駆動シャフトを、基板がエッチタンクからリンス タンクに移動された時に基板を回転するために、かみ合わせるのが好ましい。 以下の例は、発明を説明する。例１ 図１から７に示す装置及び方法を用いて、６０００枚の２００ｍｍシリコン基 板を、５８ ｖｏｌ％ 硝酸（６９ ｗｔ％ 水溶液として供給）、６ ｖｏｌ ％ 弗化水素酸（４９ ｖｏｌ％ 水溶液として供給）、３６ ｖｏｌ％ リン 酸（８５ ｖｏｌ％ 水溶液として供給）を含むエッチング液から作られた泡に よって、公称２５マイクロメータの除去を伴うエッチングを行った。これにより 、ＡＳＴＭ Ｄ−５２３−８５、ＤＩＮ ６７５３０、またはＩＳＯ ２８１３ 法による測定で、２４０±６０の光沢反射値を有するスムースな基板を生産でき た。平均表面粗さは、ＡＳＭＥ 標準 Ｂ．４６．１により、０．０６から０． ０９マイクロメータ（Ｒ_a）と測定された。ＡＳＴＭ 標準（予備）２０１９１ −Ｒｅｖ ６により、ＡＤＥ社（ニュートン、マサチューセッツ）からＵｌｔｒ ａＧａｇｅ ９５００の商品名で販売されているテスタを用いて、平均全膜厚分 布は１．３７（σ＝０．３３）、平均部分膜厚分布は０．５５マイクロメータ（ σ＝０．１）と測定された。例２ ６４枚の２００ｍｍ基板を、５７ ｖｏｌ％ ＨＮＯ₃（６９ ｗｔ％ ＨＮ Ｏ₃水溶液として供給）、３５ ｖｏｌ％ Ｈ₃ＰＯ₄（８５ ｗｔ％ Ｈ₃ＰＯ₄ 水溶液として供給）及び８ ｖｏｌ％ ＨＦ（４９ ｗｔ％ ＨＦ水溶液として 供給）を含むエッチング液から作られた泡によって、公称２０マイクロメータの 除去を伴うエッチングを行った。ロットから１５枚の基板を任意の試料として取 り出し、光沢、全膜厚分布、部分膜厚分布、表面粗さを測定した。１５枚の基板 は、ＡＳＴＭ Ｄ−５２３−８５により測定した光沢反射値が２７２（σ＝１８ ）、ＡＳＴＭ 標準（予備）２０１９１−Ｒｅｖ ６により、ＡＤＥ社（ニュー トン、マサチューセッツ）からＵｌｔｒａＧａｇｅ ９５００の商品名で販売さ れているテスタを用いて測定した平均全膜厚分布が１．２３マイクロメータ（σ ＝０．１６）、平均部分膜厚分布が０．５５マイクロメータ（σ＝０．０９）で あることが分かった。１５枚の基板のうち、８枚については表面粗さを測定し、 ＡＳＭＥ 標準 Ｂ．４６．１による平均表面粗さが０．０７３マイクロメータ （Ｒ_a）（σ＝０．００８）であることが分かった。 上記観点から見て、本発明の多くの目的が達成されていることが分かる。 発明の範囲から出発することなく、上記構成及び方法から多くの変形が可能で あり、上記記述に含まれる総ての方法は実例であり、これらに限定するものでは ないと理解されるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年３月３日 【補正内容】 請求の範囲 １．基板を回転させる工程と、 回転している基板を、溶けた気体を含むエッチング液の泡立ちによって形成さ れたバブルを含む流れる泡に接触させる工程とを含む半導体基板のエッチング方 法。 ２．エッチング液が、界面活性剤を含む請求項１記載のエッチング方法。 ３．エッチング液が、リン酸を含み、泡立つ前の圧力が少なくとも３５プサイグ である請求項１記載のエッチング方法。 ４．毎分約５回転を越えない速度で、基板が回転させられる請求項１記載のエッ チング方法。 ５．少なくとも約３０プサイの圧力降下を伴う加圧されたエッチング液から泡が 形成され、該加圧されたエッチング液が、硝酸と、弗化水素酸と、リン酸と、圧 力降下に先立って圧縮されたバブルと、溶解した気体を含む請求項１記載のエッ チング方法。 ６．半導体基板が、少なくとも他の１つの半導体基板と同時にエッチングされ、 該半導体基板が、基板をローラーの軸に平行な軸の回りを回転させる平行で水平 なローラーを持ったエッチ架台の中に固定され、該エッチ架台が反対側の端部に 窓を有し、泡が該反対側の端部にある窓の１つから入り他から出るように流れ、 泡の流れる方向が、一般には基板の回転軸を横切る方向である請求項１記載のエ ッチング方法。 ７．一般にディスク状の半導体基板を少なくとも２枚支持する架台で、該架台が 入口端と出口端を有する流体チャンバを画成する手段と、 流体チャンバ中を、入口端から出口端へ、該半導体基板の間を通って半導体基 板加工用液体を動かす循環システム手段とを有する半導体基板取り扱い装置。 ８．更に、該駆動メカニズムが、該基板を回転させるために該基板の周囲にかみ 合うように適合させた４つのローラーを含み、該ローラーが４つの平行で水平な 軸の回りを回転し、４つのローラーのうちの２つが一般に基板の中心を通る水平 面の上で基板の周囲とかみ合う上部ローラーを構成し、他の２つのローラーが一 般に水平面の下で基板の周囲とかみ合う下部ローラーを構成し、該基板がローラ ー軸に一般に垂直に保たれる基板を回転するための駆動メカニズムを含む請求項 ７記載の装置。 ９．水平面と、上部ローラーのいずれかの軸と基板の中心とを含む平面との間の 基板の弧の鋭角として定義される角度δが、水平面と、下部ローラーのいずれか の軸と基板の中心とを含む平面との間の基板の弧の鋭角として定義される角度γ より小さい請求項８記載の装置。 １０．オリフラが占有する基板の弧の角度が、２つの平面、即ちそれらの１つは 基板の中心といずれか１つのローラーの軸を含み、それらの他方は基板の中心と 該１つのローラー軸に近隣したローラーの軸を含む平面によって定義される２つ の角度のうちの小さい方の角度より小さくなるように、駆動ローラーがオリフラ を有する基板を乗せるのに十分な間をおいて配置されている請求項９記載の装置 。 １１．更に、上記ローラーにかみ合い回転させられる、半導体でない材料の、少 なくとも２つの一般的なディスク型ダミー基板と、該ダミー基板の間に一般に平 行に配置された半導体基板とを有し、ダミー基板がローラーによって、実質的に 半導体基板と同じ回転速度で回転させられる請求項８記載の装置。 １２．該駆動メカニズムが、該基板を回転させるために該基板の周囲にかみ合う のに適合した複数のローラーを含み、各ローラーが、基板の周囲を支える少なく とも２つの周方向の溝及び複数の縦方向の溝を含み、該周方向の溝が基板の軸方 向の並びを維持し、更に各ローラーが縦方向の溝の中に配置され、該溝に沿って 延びた弾性バンドを含み、該弾性バンドが基板の周囲とかみ合うことができる請 求項８記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板を回転させる工程と、 回転している基板を、溶けた気体を含むエッチング液の泡立ちによって形成さ れたバブルを含む流れる泡に接触させる工程とを含む半導体基板のエッチング方 法。 ２．エッチング液が、界面活性剤を含む請求項１記載のエッチング方法。 ３．エッチング液が、リン酸を含み、泡立つ前の圧力が少なくとも３５プサイグ である請求項１記載のエッチング方法。 ４．毎分約５回転を越えない速度で、基板を回転する請求項１記載のエッチング 方法。 ５．基板からの素材の除去が、２５マイクロメータを越えない請求項１記載のエ ッチング方法。 ６．少なくとも約３０プサイの圧力降下を伴う圧縮されたエッチング液から泡が 形成され、該圧縮されたエッチング液が、硝酸と、弗化水素酸と、リン酸と、圧 力降下に先立って圧縮された泡と、溶解した気体を含む請求項１記載のエッチン グ方法。 ７．溶解した気体が、ヘリウム、水素、窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素から なる組みから選択される請求項１記載のエッチング方法。 ８．半導体基板が、少なくとも他の１つの半導体基板と同時にエッチングされ、 該半導体基板が、基板をローラーの軸に平行な軸の回りを回転させる平行で水平 なローラーを持ったエッチ架台の中に固定され、該エッチ架台が反対側の端部に 窓を有し、泡が該反対側の端部にある窓の１つから入り他から出るように流れ、 泡の流れる方向が、一般には基板の回転軸を横切る方向である請求項１記載のエ ッチング方法。 ９．半導体基板が、少なくとも他の１つの半導体基板と同時にエッチングされ、 該半導体基板が、基板を支えるたった４つの平行な、水平なローラーを有するエ ッチ架台の中に固定され、該エッチローラーが、一定間隔で表面に刻まれた、多 数の終わりのない周囲の溝を有し、該溝が、ローラーの各の溝の１つに置かれた 基 板がローラーの軸に垂直に立つように並べられ、該ローラーが、軸回りに回転で き、各基板がローラーの軸に平行な軸の回りを回転するように駆動メカニズムに より駆動される請求項１記載のエッチング方法。 １０．一般にディスク状の半導体基板を少なくとも２枚支持する架台で、該架台 が入口端と出口端を有する流体チャンバを画成する手段と、 流体チャンバ中を、入口端から出口端へ、該半導体基板の間を通って半導体基 板加工用液体を動かす循環システム手段とを有する半導体基板取り扱い装置。 １１．上記循環システムが、流体チャンバの入口端とつながった充満した空間か らなる請求項１０記載の装置。 １２．上記流体チャンバと循環システムが、本質的に循環システムによって動か された総ての液体が、流体チャンバを通るように配列されている請求項１０記載 の装置。 １３．更に基板回転用の駆動メカニズムを有する請求項１０記載の装置。 １４．上記駆動メカニズムが、基板を回転するために該基板の周囲とかみ合うの に適した多数のローラーを有する請求項１３記載の装置。 １５．わずか４つのローラーが基板の周囲とかみ合う請求項１４記載の装置。 １６．上記ローラーが４つの平行で水平な軸の回りを回転し、４つのローラーの うち２つが上部ローラーを構成し一般に基板の中央を通る水平面より上で基板の 周囲とかみ合い、他の２つのローラーが下部ローラーを構成し一般に基板の中央 を通る水平面より下で基板の周囲とかみ合い、該基板が一般にローラー軸に垂直 である請求項１５記載の装置。 １７．水平面と、上部ローラーのいずれかの軸と基板の中心とを含む平面との間 の基板の弧の鋭角として定義される角度δが、水平面と、下部ローラーのいずれ かの軸と基板の中心とを含む平面との間の基板の弧の鋭角として定義される角度 γより小さい請求項１６記載の装置。 １８．オリフラが占有する基板の弧の角度が、２つの平面、即ちそれらの１つは 基板の中心といずれか１つのローラーの軸を含み、それらの他方は基板の中心と 該１つのローラー軸に近隣したローラーの軸を含む平面によって定義される２つ の角度のうちの小さい方の角度より小さくなるように、駆動ローラーがオリフラ を有する基板を乗せるのに十分な間をおいて配置されている請求項１７記載の装 置。 １９．更に、上記ローラーにかみ合い回転させられる、半導体でない材料の、少 なくとも２つの一般的なディスク型ダミー基板と、該ダミー基板の間に一般に平 行に配置された半導体基板とを有し、ダミー基板がローラーによって、実質的に 半導体基板と同じ回転速度で回転させられる請求項１４記載の装置。 ２０．各ダミー基板の直径及び厚さが、各半導体基板の直径及び厚さと実質上同 じである請求項１９記載の装置。 ２１．各ローラーが基板の周囲を受けるための少なくとも２つの周囲の溝、及び 多数の縦方向の溝を含み、該周囲の溝が基板の軸方向の並びを支え、各ローラー が更に溝の縦方向に、延びて設置された弾性バンドを含み、該弾性バンドが基板 の周囲とかみ合う請求項１４記載の装置。