JPH10270414A

JPH10270414A - エッチング方法および装置

Info

Publication number: JPH10270414A
Application number: JP7168397A
Authority: JP
Inventors: Sadaji Oka; 貞治岡; Takeshi Yagihara; 剛八木原; Akira Miura; 明三浦; Shinji Kobayashi; 信治小林; Tadashige Fujita; 忠重藤田
Original assignee: TERA TEC KK
Current assignee: TERA TEC KK
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチングしようとする薄膜の膜厚分布に応
じたエッチングを行う。【解決手段】枚葉式のケミカルスピンプロセス方式を
用い、滴下されるエッチング液の滴下速度および滴下量
をエッチングされる層の厚さの分布に応じて制御するこ
とにより、ウェハ上でのエッチング液を広がりを制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平板材料の表面層の
ウェットエッチングに関する。特に、表面層として形成
された薄膜の面内分布を考慮したエッチングに関する。
本発明は、特に半導体プロセスでの利用に適する。

【０００２】

【従来の技術】半導体プロセスにおいては、半導体ウェ
ハ上に半導体薄膜や絶縁膜、金属配線など種々の薄膜が
成膜装置により形成される。成膜装置としては、例えば
半導体薄膜であればＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy:
分子線エピタキシ）装置などのエピタキシャル装置、メ
タル薄膜であればスパッタ装置などの蒸着装置が用いら
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、成膜装置によ
り所望の厚さの薄膜を形成しても、ウェハの中央と周辺
とでは膜厚が異なり、ウェハ内で面内分布が発生する。
このような薄膜に対して従来のウェットエッチングを行
うと、ウェハの一部の領域ではエッチングが完了してい
るのに他の領域では薄膜が残ってしまったり、逆に、一
部の領域でエッチングが完了したときには他の領域でエ
ッチングが進み過ぎて下地の層がエッチングされてしま
うことがある。これは、ウェハ上に形成される複数の素
子にウェハ面内での特性の分布の発生を引き起こしてし
まう。

【０００４】例えばトランジスタを製造する場合に、ウ
ェハ上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミ
ッタ層、エミッタコンタクト層を成膜した後に、エミッ
タコンタクト層およびエミッタ層をエッチングしてベー
ス層の面を出す（露出させる）場合を考える。また、各
層はウェハの中央部で厚く、周辺部で薄いとする。この
とき、エミッタコンタクト層、エミッタ層をエッチング
すると、周辺部ではこれらの層が薄いため、中央部でエ
ッチングが終了しないうちに周辺部でベース層が露出
し、さらにエッチングを継続すると周辺部でベース層が
エッチングされてしまう。ベース層は極く薄く形成され
ているため、最悪の場合には、周辺部でベース層が打ち
抜かれてしまうこともある。

【０００５】本発明は、このような課題を解決し、エッ
チングしようとする薄膜の膜厚分布に応じたエッチング
が可能なエッチング方法および装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、枚葉式のケミ
カルスピンプロセス方式を用い、ウェハ上でのエッチン
グ液の広がりを制御することにより、薄膜の面内分布を
考慮したエッチングを行うことを特徴とする。

【０００７】すなわち、本発明の第一の観点によると、
半導体ウェハのような平板材料の表面にエッチング液を
滴下してその平板材料の表面層（薄膜）をエッチングす
るエッチング方法において、滴下されるエッチング液の
滴下速度および滴下量を表面層の厚さの分布に応じて制
御することを特徴とするエッチング方法が提供される。
エッチング液の滴下速度および滴下量に加えてその滴下
位置を制御することもできる。エッチング液が滴下され
る領域を平板材料の表面の一部に限定することもでき
る。平板材料をその面内で回転させ、その回転速度を表
面層の厚さの分布に応じて制御することもできる。

【０００８】本発明の第二の観点はこの方法を実施する
装置であり、円板状の平板材料を保持する保持手段と、
この保持手段に保持された平板材料の表面にエッチング
液を滴下する滴下手段と、保持手段に保持された平板材
料をその面内で回転させる回転駆動手段とを備えたエッ
チング装置において、滴下手段から平板材料に滴下され
るエッチング液の滴下速度および滴下量を設定する滴下
設定手段と、この滴下設定手段の設定値をエッチングし
ようとする層の厚さ分布に応じて制御する制御手段とを
備えたことを特徴とする。

【０００９】滴下手段を移動させて保持手段に保持され
た平板材料に対するエッチング液の滴下位置を設定する
手段を備えることが望ましい。また、回転駆動手段によ
る平板材料の回転速度を制御する回転制御手段を備える
こともできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態を示すブ
ロック構成図である。この実施形態は枚葉式ケミカルス
ピンプロセッサで本発明を実施したものであり、半導体
ウェハ７を保持するスピンナステージ１と、このスピン
ナステージ１に保持された半導体ウェハ７の表面にエッ
チング液を滴下する滴下ノズル３と、スピンナステージ
１に保持された半導体ウェハ７をその面内で回転させる
回転駆動部２とを備え、さらに、滴下ノズルから半導体
ウェハ７に滴下されるエッチング液の滴下速度および滴
下量を設定するバルブ４と、滴下ノズル３を移動させて
半導体ウェハ７に対するエッチング液の滴下位置を設定
するノズル位置設定部５と、このバルブ４の設定値およ
び回転駆動部２による半導体ウェハ７の回転速度をエッ
チングしようとする層の厚さ分布に応じて制御する制御
部６とを備える。バルブ４としては、例えば電磁弁を用
いることができる。

【００１１】図２は滴下ノズル３から滴下されたエッチ
ング液が半導体ウェハ７上を広がるようすを示す図であ
る。エッチング液が半導体ウェハ７の全面に広がってい
く速度は、エッチング液の外周に加わる力Ｆによって定
まる。この力Ｆは表面張力を保ちながら広がっていく力
と遠心力との和であり、前者についてはエッチング液の
滴下速度および滴下量により、後者については半導体ウ
ェハ７の回転速度により可変に調整することができる。
ただし、ステージが回転していないときには当然に遠心
力はない。

【００１２】図３はウェハ面内の膜厚分布の一例を示
す。ここでは、ウェハ面内の膜厚分布率がウェハ中央か
らの径方向の距離ｒの関数ｆ（ｒ）（ただし、０≦ｆ
（ｒ）≦１）で表され、膜厚の最大値がｄのとき、距離
ｒの点の膜厚がｄ・ｆ（ｒ）で表されるものとする。ま
た、この例ではウェハ中央で膜厚が最大、すなわちｆ
（０）＝１であるものとする。この場合、距離ｒの点に
おける膜厚はウェハ中央に比べて〔１−ｆ（ｒ）〕ｄだ
け薄くなる。したがって、エッチング液のエッチング速
度をＳとすると、ウェハ中央でのエッチング時間ｄ／Ｓ
に対して各点でのエッチング時間が〔１−ｆ（ｒ）〕ｄ
／Ｓだけ短くなるように（エッチング時間がｄ・ｆ
（ｒ）／Ｓとなるように）エッチング液の広がりを制御
すれば、ウェハ面内で場所によるエッチングの差がなく
なる。

【００１３】例えば、中央の膜厚ｄ＝０．２μｍ、周辺
部の膜厚ｄ・ｆ（ｒ）＝０．１μｍ、エッチング速度Ｓ
＝５０ｎｍ／分とすると、エッチング液を中央部から周
辺部へ２分かけて広げることで、エッチングの終了時が
一致するようになる。

【００１４】図４はエッチング例を示す図であり、レイ
ヤ「１」、「２」、「３」の三つの層のうちレイヤ
「１」をエッチングする場合の例を示す。ここでは、レ
イヤ「１」、「２」、「３」が同じ成膜装置により形成
されたものであり、同一の膜厚分布率ｆ（ｒ）にしたが
うものとする。すなわち、中央の厚さ（最大値）をそれ
ぞれｄ₁、ｄ₂、ｄ₃とすると、距離ｒの点の厚さはそ
れぞれｄ₁・ｆ（ｒ）、ｄ₂・ｆ（ｒ）、ｄ₃・ｆ
（ｒ）である。このとき、距離ｒの点におけるエッチン
グ速度がｄ₁・ｆ（ｒ）／Ｓとなるようにエッチング液
の広がりを制御することで、中央部でレイヤ「１」が除
去された時点で、周辺部でもレイヤ「２」を余分にエッ
チングすることなくレイヤ「１」だけが除去される。

【００１５】図５はウェハ面内の膜厚分布の別の例を示
す。この例は、膜厚が最大となる位置がウェハ中央から
ずれた場合の例である。この場合の膜厚分布率ｇ（ｒ）
は、ｇ（０）＜１であり、ｒ≠０の点でｇ（ｒ）＝１と
なる。膜厚の最大値はｄとする。この場合には、膜厚が
最大となる点、すなわちｇ（ｒ）＝１となる点にエッチ
ング液を滴下するようにし、エッチング液の広がりを滴
下速度とウェハの回転とによって制御することで、距離
ｒの点におけるエッチング時間をｄ・ｇ（ｒ）／Ｓに近
づけて所望のエッチングを行うことができる。

【００１６】以上の説明では、ウェハ面内のエッチング
時間調整をエッチング液の滴下速度および滴下量、なら
びにウェハ回転速度によって行う場合について説明した
が、さらに、エッチング液の濃度を調整してエッチング
速度を変化させることもできる。例えば、エッチング液
の濃度を薄めることで、時間調整が容易になり、結果的
に精度を高めることもできる。エッチングは、精度を確
保する上でも、反応律速のもとで行うことが望ましい。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例として、ＧａＡｓウェハを用
いてエッチングの実験を行った。使用ウェハは４インチ
ＧａＡｓウェハであり、エッチング液として、クエン
酸：過酸化水素水：水＝１０：１：３０（重量比）のク
エン酸過水を用いた。

【００１８】図６はこのエッチング手順を示す。この実
験ではエッチングを手動で制御したため、ウェハステー
ジは回転させず、エッチング液を連続的ではなく段階的
に広げた。すなわち、ＧａＡｓウェハの中央にエッチン
グ液を滴下してエッチングを開始し（図６（ａ））、２
分２０秒後にエッチング液を追加してエッチング領域を
広げ（図６（ｂ））、３分１０秒後にはエッチング液を
ウェハ全面に広げ（図６（ｃ））、６分でエッチングを
終了した。ここで、最初のエッチング領域をエリア１、
２分２０秒後に広げたエッチング領域をエリア２とする
と、エリア１のエッチング時間は６分、エリア１を除く
エリア２のエッチング時間は３分４０秒、エリア２を除
くウェハ全面のエッチング時間は２分５０秒である。エ
リア１、２の大きさは、ほぼ２５ｍｍ，３５ｍｍであっ
た。

【００１９】図７はエッチング後のウェハ面内位置に対
するエッチング量のプロットを示す。エリア１、２およ
び他の領域のそれぞれのエッチング時間に対応して、エ
ッチング量の面内プロファイルが得られた。したがっ
て、エッチングしようとする薄膜の膜厚分布が図７のエ
ッチング量分布に対応している場合には、図６に示した
手順でエッチングを行うことにより、実質的に下層をエ
ッチングすることなく、所望のレイヤのみを除去するこ
とができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、半導体ウェハのよ
うな平板材料の表面に滴下されるエッチング液の滴下速
度および滴下量、ならびに必要な場合にはウェハの回転
速度、そして膜厚分布によっては滴下する場所およびそ
の領域を調整することにより、エッチングされる薄膜の
膜厚分布に対応したエッチングを行うことができる。

【００２１】本発明をバイポーラトランジスタの製造に
利用した場合には、極く薄いベース層を露出させるエッ
チング（ベース面出しエッチング）時に、ベース層を打
ち抜くことなくエミッタ層のみをエッチング除去するこ
とがウェハ全面で可能となる。したがって、素子特性の
面内分布を改善できるとともに、エッチング精度が向上
することによりベースをより薄くすることができ、素子
特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すブロック構成図。

【図２】エッチング液が半導体ウェハ上を広がるようす
を示す図。

【図３】ウェハ面内の膜厚分布の一例を示す図。

【図４】エッチング例を示す図。

【図５】ウェハ面内の膜厚分布の別の例を示す図。

【図６】実施例のエッチング手順を示す図。

【図７】エッチング後のウェハ面内位置に対するエッチ
ング量のプロットを示す図。

【符号の説明】

１スピンナステージ２回転駆動部３滴下ノズル４バルブ５ノズル位置設定部６制御部７半導体ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林信治東京都武蔵野市中町二丁目11番13号株式会社テラテック内 (72)発明者藤田忠重東京都武蔵野市中町二丁目11番13号株式会社テラテック内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板材料の表面にエッチング液を滴下し
てその平板材料の表面層をエッチングするエッチング方
法において、滴下されるエッチング液の滴下速度および滴下量を前記
表面層の厚さの分布に応じて制御することを特徴とする
エッチング方法。
【請求項２】エッチング液の滴下速度および滴下量に
加えてその滴下位置を制御する請求項１記載のエッチン
グ方法。
【請求項３】エッチング液が滴下される領域を前記平
板材料の表面の一部に限定する請求項２記載のエッチン
グ方法。
【請求項４】前記平板材料をその面内で回転させ、そ
の回転速度を前記表面層の厚さの分布に応じて制御する
請求項１ないし３のいずれか記載のエッチング方法。
【請求項５】円板状の平板材料を保持する保持手段
と、この保持手段に保持された平板材料の表面にエッチ
ング液を滴下する滴下手段と、前記保持手段に保持され
た平板材料をその面内で回転させる回転駆動手段とを備
えたエッチング装置において、前記滴下手段から前記保持手段に保持された平板材料に
滴下されるエッチング液の滴下速度および滴下量を設定
する滴下設定手段と、この滴下設定手段の設定値をエッチングしようとする層
の厚さ分布に応じて制御する制御手段とを備えたことを
特徴とするエッチング装置。
【請求項６】前記滴下手段を移動させて前記保持手段
に保持された平板材料に対するエッチング液の滴下位置
を設定する手段を備えた請求項５記載のエッチング装
置。
【請求項７】前記回転駆動手段による前記平板材料の
回転速度を制御する回転制御手段を備えた請求項５また
は６記載のエッチング装置。