(57)【要約】【課題】  半導体ウェハの表面に対するエッチングの均一性を向上することができる技術を提供する。【解決手段】  エッチング装置は、エッチング液を貯留する貯留槽と、支持具と、光源と、対向電極と、電源を有している。支持具は、半導体ウェハの第１表面がエッチング液に浸漬された状態で半導体ウェハを回転可能に支持する。光源は、支持具に支持された半導体ウェハの第１表面に光を照射する。対向電極は、貯留槽内に配置されており、支持具と光源の間に配置されており、支持具に支持された半導体ウェハの第１表面から離れた位置に配置される。電源は、支持具に支持された半導体ウェハと対向電極の間に電圧を印加する。光源が光を照射したときに、支持具に支持された半導体ウェハの第１表面に、光の照射範囲と対向電極の影とが投影される。支持具によって半導体ウェハを回転させたときに、第１表面の少なくとも一部が照射範囲と影の両方を通過する。【選択図】図３
2020141104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを光電気化学エッチングによりエッチングするエッチング装置であって、
エッチング液を貯留する貯留槽と、
前記半導体ウェハの第１表面が前記エッチング液に浸漬された状態で前記半導体ウェハを回転可能に支持する支持具と、
前記支持具に支持された前記半導体ウェハの前記第１表面に光を照射する光源と、
前記貯留槽内に配置されており、前記支持具と前記光源の間に配置されており、前記支持具に支持された前記半導体ウェハの前記第１表面から離れた位置に配置される対向電極と、
前記支持具に支持された前記半導体ウェハと前記対向電極の間に電圧を印加する電源、
を有しており、
前記光源が光を照射したときに、前記支持具に支持された前記半導体ウェハの前記第１表面に、前記光の照射範囲と前記対向電極の影とが投影され、
前記支持具によって前記半導体ウェハを回転させたときに、前記第１表面の少なくとも一部が前記照射範囲と前記影の両方を通過する、
エッチング装置。
【請求項２】
前記支持具によって前記半導体ウェハを回転させたときに、前記第１表面の全域が前記照射範囲と前記影の両方を通過する、請求項１のエッチング装置。
【請求項３】
前記対向電極が、網目状である、請求項１または２のエッチング装置。
【請求項４】
前記支持具によって前記半導体ウェハを回転させたときに、前記第１表面の外周部が前記照射範囲と前記影の両方を通過し、前記第１表面の中央部が常に前記照射範囲内に位置する、請求項１のエッチング装置。
【請求項５】
前記対向電極が、棒状であり、前記第１表面の前記中央部からずれた位置で前記第１表面の前記外周部に対向している、請求項４のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、エッチング装置に関する。特に、本明細書に開示の技術は、半導体ウェハを光電気化学エッチングするエッチング装置に関する。
【０００２】
特許文献１には、半導体ウェハを光電気化学エッチングによりエッチングするエッチング装置が開示されている。このエッチング装置は、エッチング液を貯留する貯留槽と、半導体ウェハがエッチング液に浸漬された状態で半導体ウェハを載置する載置台と、載置台に載置された半導体ウェハの表面に光を照射する光源と、貯留槽内に配置された対向電極と、載置された半導体ウェハと対向電極の間に電圧を印加する電源を有している。
【０００３】
半導体ウェハをエッチングする際には、半導体ウェハと対向電極の間に電圧を印加した状態で、半導体ウェハに光を照射する。すると、半導体ウェハの価電子帯の電子が励起されて、バンドギャップを超えて伝導帯に移動する。励起された電子は、半導体ウェハから電源を介して対向電極へ向かって移動する。光が照射された範囲の半導体ウェハの表面には、電子が移動することに起因してホールが生成される。生成されたホールは、対向電極と半導体ウェハとの間に印加された電圧によってエッチング液中に流出する。これにより、半導体ウェハの表面が酸化される。そして、半導体ウェハの酸化された部分が、エッチング液に溶解する。このように、光が照射された範囲の半導体ウェハが酸化と溶解を繰り返すことにより、半導体ウェハをエッチングすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２１２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のエッチング装置では、半導体ウェハの表面全体に光が照射されるようにするために、対向電極が半導体ウェハの側方に配置されている。したがって、特許文献１の技術では、光が照射される範囲における半導体ウェハの表面の各位置から対向電極までの距離が相違する。このため、当該表面におけるホールの流出速度が、対向電極から近い位置では速く、対向電極から遠い位置では遅い。すなわち、当該表面における酸化反応の進行速度が、対向電極から近い位置では速く、対向電極から遠い位置では遅い。このため、半導体ウェハの表面を均一にエッチングすることが難しい。本明細書では、半導体ウェハの表面に対するエッチングの均一性を向上することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するエッチング装置は、半導体ウェハを光電気化学エッチングによりエッチングする。前記エッチング装置は、貯留槽と、支持具と、光源と、対向電極と、電源を有している。前記貯留槽は、エッチング液を貯留する。前記支持具は、前記半導体ウェハの第１表面が前記エッチング液に浸漬された状態で前記半導体ウェハを回転可能に支持する。前記光源は、前記支持具に支持された前記半導体ウェハの前記第１表面に光を照射する。前記対向電極は、前記貯留槽内に配置されており、前記支持具と前記光源の間に配置されており、前記支持具に支持された前記半導体ウェハの前記第１表面から離れた位置に配置される。前記電源は、前記支持具に支持された前記半導体ウェハと前記対向電極の間に電圧を印加する。前記光源が光を照射したときに、前記支持具に支持された前記半導体ウェハの前記第１表面に、前記光の照射範囲と前記対向電極の影とが投影され、前記支持具によって前記半導体ウェハを回転させたときに、前記第１表面の少なくとも一部が前記照射範囲と前記影の両方を通過する。
【０００７】
上記のエッチング装置では、支持具と光源の間に対向電極が配置されている。すなわち、半導体ウェハの第１表面と光源との間に対向電極が配置されている。また、半導体ウェハが支持具に支持された状態で光源が光を照射すると、半導体ウェハの第１表面に、光の照射範囲と対向電極の影とが投影される。半導体ウェハを回転させたときには、第１表面の少なくとも一部の領域が対向電極に対向する位置（影）を通過する。このため、当該領域の全体に均一に電圧を印加することができる。また、当該領域は、光源が照射する光の照射範囲も通過する。このため、当該領域の全体に光を照射することができる。このように、上記のエッチング装置では、半導体ウェハの第１表面の少なくとも一部の領域全体に均一に電圧を印加することができるとともに、当該領域全体に均一に光を照射することができる。したがって、当該領域全体を均一にエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１のエッチング装置１０の模式図。
【図２】実施例１の対向電極２０と支持具１６に支持された半導体ウェハ１２の平面図。
【図３】実施例１の対向電極２０を介して半導体ウェハ１２に光を照射したときの様子を示す図。
【図４】実施例２の対向電極１２０と支持具１６に支持された半導体ウェハ１２の平面図。
【図５】実施例２の対向電極１２０を介して半導体ウェハ１２に光を照射したときの様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施例１）
図面を参照して、実施例１のエッチング装置１０について説明する。本実施例のエッチング装置１０は、光電気化学エッチングに用いるエッチング装置である。図１に示すように、エッチング装置１０は、貯留槽１４、支持具１６、光源１８、対向電極２０及び電源２２を有する。貯留槽１４は、エッチング液３０を貯留する。エッチング液３０は、例えば、フッ酸と硝酸の混合水溶液である。当該混合水溶液は、例えば、アルコール類等の溶媒をさらに含んでもよい。
【００１０】
支持具１６は、半導体ウェハ１２を支持する器具である。半導体ウェハ１２は、円板形状を有しており、上面１２ａと下面１２ｂを有する。半導体ウェハ１２は、例えば、ＳｉＣ（炭化シリコン）、Ｓｉ（シリコン）等の半導体材料により構成されている。本実施例のエッチング装置１０では、支持具１６は、半導体ウェハ１２の上面１２ａを吸着することで、半導体ウェハ１２を支持する。支持具１６は、半導体ウェハ１２の下面１２ｂがエッチング液３０に浸漬された状態で半導体ウェハ１２を支持する。エッチング装置１０は、半導体ウェハ１２の下面１２ｂに対して、光電気化学エッチングによるエッチングを実施する。また、図１の矢印Ａに示すように、支持具１６は、支持した半導体ウェハ１２を回転させる。本実施例では、支持具１６が支持した半導体ウェハ１２を回転させる場合、半導体ウェハ１２は、円板形状の中心軸を回転軸として回転する。支持具１６には、給電電極１７が設けられている。給電電極１７は、支持具１６により支持された半導体ウェハ１２の上面１２ａと接触することで、半導体ウェハ１２と電気的に接続される。
【００１１】
光源１８は、貯留槽１４の下方に設けられている。光源１８は、貯留槽１４の底に設けられたサファイアガラス１５を介して、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２の下面１２ｂに光を照射する。光源１８には、特に限定されないが、例えば、紫外光を発するものなどが用いられる。
【００１２】
対向電極２０は、貯留槽１４内に配置されている。対向電極２０は、エッチング液３０内に浸漬されている。対向電極２０は、支持具１６と光源１８の間に配置されている。すなわち、対向電極２０は、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２の下面１２ｂと対向する位置に設けられている。対向電極２０は、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２の下面１２ｂから離れた位置に配置されている。対向電極２０は、優れた導電性を有し、エッチング液３０に溶解し難い材料により構成されている。対向電極２０は、例えば、白金などの金属材料により構成されている。図２に示すように、対向電極２０は、平面視すると、その外周縁が円形状に構成されており、その内周部が網目状に構成されている。したがって、光源１８から照射された光の一部は、対向電極２０の網目を通じて半導体ウェハ１２の下面１２ｂに照射される。対向電極２０の径は、半導体ウェハ１２の径よりも大きい。なお、対向電極２０の網目を構成する線径は、特に限定されないが、例えば、約０．０８ｍｍである。
【００１３】
電源２２は、支持具１６の給電電極１７と、対向電極２０とに接続されている。電源２２は、給電電極１７と対向電極２０の間に直流電圧を印加する。図１に示すように、電源２２の正極は給電電極１７（すなわち、支持された半導体ウェハ１２）に接続されており、電源２２の負極は対向電極２０に接続されている。上述したように、給電電極１７は、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２と電気的に接続されている。したがって、電源２２が給電電極１７と対向電極２０の間に直流電圧を印加すると、支持具１６に支持された半導体ウェハ１２と対向電極２０との間に直流電圧が印加される。
【００１４】
次に、エッチング装置１０を用いた半導体ウェハ１２の光電気化学エッチングについて説明する。まず、対向電極２０が配置された貯留槽１４内にエッチング液３０を貯留する。次いで、エッチング液３０が貯留された貯留槽１４内に半導体ウェハ１２を配置する。具体的には、まず、支持具１６により加工対象となる半導体ウェハ１２を支持する。すなわち、半導体ウェハ１２の上面１２ａを給電電極１７に接触させ、半導体ウェハ１２を支持具１６により支持する。そして、半導体ウェハ１２の下面１２ｂが、対向電極２０及び光源１８に対向するように、支持具１６を配置する。このとき、半導体ウェハ１２の下面１２ｂがエッチング液３０に浸漬されるように支持具１６の位置が調整される。なお、このとき、半導体ウェハ１２の全体をエッチング液３０に浸漬させてもよい。また、エッチング液３０の貯留と半導体ウェハ１２の配置との順序は特に限定されない。半導体ウェハ１２を支持した支持具１６を所定の位置に配置した後に、貯留槽１４内にエッチング液３０を貯留してもよい。
【００１５】
次に、支持された半導体ウェハ１２を支持具１６により回転させる。半導体ウェハ１２は、光電気化学エッチングの間、常に一定の速度で回転している状態で維持される。そして、電源２２をオンにして、半導体ウェハ１２と対向電極２０との間に電圧を印加するとともに、光源１８を作動させて、半導体ウェハ１２の下面１２ｂに向かって光を照射する。上述したように、半導体ウェハ１２の下面１２ｂには、網目状の対向電極２０を介して光が照射される。したがって、光源１８から照射された光の一部は、対向電極２０の網目を通じて半導体ウェハ１２の下面１２ｂに照射される。具体的には、図３に示すように、光源１８から光Ｌを照射すると、半導体ウェハ１２には、光源１８から照射された光Ｌの照射範囲４０ａと、対向電極２０の影４０ｂとが投影される。ここで、図３の矢印Ｂに示すように、半導体ウェハ１２は、一定の速度で回転している。一方で、対向電極２０が固定されているため、照射範囲４０ａと影４０ｂの投影範囲は固定される。このため、光源１８から光を照射している間、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域が、照射範囲４０ａと影４０ｂの両方を交互に通過する。
【００１６】
このように、本実施例では、支持された半導体ウェハ１２を回転させながらエッチングが行われる。したがって、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域が対向電極２０に対向する位置（すなわち、影４０ｂ）を通過する。また、半導体ウェハ１２の下面１２ｂと、対向電極２０との間の距離は、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全体に亘って略一定である。このため、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域に均一に電圧を印加することができる。また、本実施例では、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域が、光源１８が照射する光の照射範囲４０ａも通過する。このため、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域に均一に光を照射することができる。
【００１７】
下面１２ｂに光が照射されると、下面１２ｂ近傍の半導体ウェハ１２の内部でホールと自由電子が生成される。すると、半導体ウェハ１２と対向電極２０の間に印加されている電圧の影響によって、自由電子が配線と電源２２を通って対向電極２０へ流れるとともに、ホールが半導体ウェハ１２からエッチング液３０中に拡散する。エッチング液３０中に拡散したホールは、エッチング液３０中を対向電極２０まで移動し、自由電子と結合する。ホールが半導体ウェハ１２からエッチング液３０中に拡散するときに、半導体ウェハ１２の下面１２ｂに酸化膜（ＳｉＯ２）が形成される。形成された酸化膜は、エッチング液３０に溶解する。以上のようにして、半導体ウェハ１２の下面１２ｂがエッチングされる。
【００１８】
本実施例のエッチング装置１０では、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域に対して、均一に電圧を印加することができるとともに、均一に光を照射することができる。したがって、本実施例のエッチング装置１０を用いた光電気化学エッチングでは、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域において、略同じ速度でエッチングが進行する。すなわち、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域に亘って、偏りのないエッチングを行うことができる。以上の工程を経ることにより、半導体ウェハ１２の下面１２ｂへのエッチングが完了する。
【００１９】
（実施例２）
実施例２のエッチング装置１００では、対向電極２０の構成が実施例１と異なるが、その他の構成は実施例１と同様である。実施例２では、図４に示すように、対向電極１２０が棒状に構成されている。対向電極１２０は、支持具１６により支持された半導体ウェハ１２の中央部１２ｃからずれた位置に設けられている。すなわち、対向電極１２０と半導体ウェハ１２とを平面視すると、対向電極１２０は、半導体ウェハ１２の中央部１２ｃには重複しない。対向電極１２０は、支持具１６により支持された半導体ウェハ１２の外周部１２ｄに対向する位置に設けられている。対向電極１２０と支持具１６により支持された半導体ウェハ１２を平面視すると、対向電極１２０の両端が、半導体ウェハ１２の外周縁よりも外側に突出している。対向電極１２０の断面の形状は、特に限定されない。対向電極１２０の断面は、例えば、円形状であってもよいし、多角形状であってもよい。
【００２０】
エッチング装置１００を用いた半導体ウェハ１２の光電気化学エッチングでは、実施例１と同様に、支持された半導体ウェハ１２を支持具１６により回転させながら、電源２２をオンにするとともに光源１８を作動させる。半導体ウェハ１２の下面１２ｂには、棒状の対向電極１２０を介して光が照射される。したがって、光源１８から照射された光の一部は、対向電極１２０を介して半導体ウェハ１２の下面１２ｂに照射される。具体的には、図５に示すように、光源１８から光Ｌを照射すると、半導体ウェハ１２の下面１２ｂには、光源１８から照射された光Ｌの照射範囲１４０ａと、対向電極１２０の影１４０ｂとが投影される。対向電極１２０は、半導体ウェハ１２の中央部１２ｃからずれた位置に設けられているので、影１４０ｂは、半導体ウェハ１２の中央部１２ｃからずれた位置に投影される。ここで、図５の矢印Ｃに示すように、半導体ウェハ１２は、一定の速度で回転している。このため、光源１８から光を照射している間、半導体ウェハ１２の外周部１２ｄは、照射範囲１４０ａと影１４０ｂの両方を交互に通過する。一方で、半導体ウェハ１２の中央部１２ｃは、常に照射範囲１４０ａ内に位置する。
【００２１】
このように、本実施例では、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの外周部１２ｄに対して、均一に電圧を印加することができるとともに、均一に光を照射することができる。したがって、外周部１２ｄの全域において、略同じ速度でエッチングが進行する。また、本実施例では、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの中央部１２ｃに対して、均一に光を照射することができる。中央部１２ｃは影１４０ｂを通過しないが、中央部１２ｃは対向電極１２０に対して比較的近い位置に配置されている。このため、中央部１２ｃにも適切な電圧が印加される。したがって、中央部１２ｃでも、外周部１２ｄと同様の速度で均一にエッチングが進行する。このように、本実施例のエッチング装置１００を用いた光電気化学エッチングでも、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域に亘って、均一性の高いエッチングを行うことができる。
【００２２】
上述した各実施例では、半導体ウェハ１２のエッチングする際に、半導体ウェハ１２を回転させることにより、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの全域もしくは大部分が、光の照射範囲と影の両方を通過する構成であった。しかしながら、半導体ウェハ１２を回転させたときに、半導体ウェハ１２の下面１２ｂの少なくとも一部が照射範囲と影の両方を通過する構成であればよい。このような構成であっても、半導体ウェハ１２の側方に対向電極を配置した構成と比較して、半導体ウェハ１２と対向電極との距離を短くすることができるため、半導体ウェハ１２のエッチングの均一性を向上させることができる。
【００２３】
また、上述した各実施例では、半導体ウェハ１２の下面１２ｂをエッチング液３０に浸漬させ、半導体ウェハ１２の下方に対向電極２０、１２０及び光源１８が設けられていた。しかしながら、半導体ウェハ１２の全体をエッチング液３０に浸漬させ、半導体ウェハ１２の上面１２ａ側に対向電極２０、１２０及び光源１８を配置してもよい。この場合、半導体ウェハ１２を回転可能に支持する支持具１６を貯留槽１４内に設けることができる。この構成によれば、半導体ウェハ１２の上面１２ａに光を照射するとともに電圧を印加して、上面１２ａをエッチングすることができる。
【００２４】
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
【００２５】
本明細書が開示する一例の構成では、支持具によって半導体ウェハを回転させたときに、第１表面の全域が照射範囲と影の両方を通過してもよい。
【００２６】
このような構成では、半導体ウェハの第１表面の全域に対して、光を照射できるとともに、電圧を印加することができる。このため、半導体ウェハの第１表面の全域を略均一にエッチングすることができる。
【００２７】
本明細書が開示する一例の構成では、対向電極が、網目状であってもよい。
【００２８】
このような構成では、半導体ウェハの第１表面の全域に対する光の照射と電圧の印加とを、簡易な構成で実現することができる。
【００２９】
本明細書が開示する一例の構成では、支持具によって半導体ウェハを回転させたときに、第１表面の外周部が照射範囲と影の両方を通過し、第１表面の中央部が常に照射範囲内に位置してもよい。
【００３０】
このような構成では、半導体ウェハの第１表面の全域に対して、光を照射することができる。また、第１表面の外周部は照射範囲と影の両方を通過するため、第１表面の全域と対向電極との距離が短くなり、第１表面のエッチングの均一性を向上させることができる。
【００３１】
本明細書が開示する一例の構成では、対向電極が、棒状であり、第１表面の中央部からずれた位置で第１表面の外周部に対向していてもよい。
【００３２】
このような構成では、対向電極と第１表面とを、第１表面の中央部からずれた位置で対向させることにより、半導体ウェハを回転させたときに、半導体ウェハの回転軸となる中央部へ光を照射することができる。すなわち、常に光が照射されない領域が生じることを防止できる。このため、第１表面の全域をエッチングすることができる。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０、１００：エッチング装置、１２：半導体ウェハ、１２ａ：上面、１２ｂ：下面、１２ｃ：中央部、１２ｄ：外周部、１４：貯留槽、１５：サファイアガラス、１６：支持具、１７：給電電極、１８：光源、２０、１２０：対向電極、２２：電源、３０：エッチング液、４０ａ、１４０ａ：照射範囲、４０ｂ、１４０ｂ：影
【図１】
2020141104.tif 000003
【図２】
2020141104.tif 000004
【図３】
2020141104.tif 000005
【図４】
2020141104.tif 000006
【図５】
2020141104.tif 000007