(57)【要約】【課題】ウェーハをベルヌーイチャックで保持した状態でウェーハの片面をエッチングする際に、エッチング液の巻上げを防止すること。【解決手段】エッチング液を貯留する円筒状の内槽１と、この内槽１の底面７の中央からエッチング液の液面の中央に向けてエッチング液を供給する吹き出しノズル１３と、半導体ウェーハＷの一方の面を非接触で保持するベルヌーイチャック４１と、半導体ウェーハＷの他方のエッチング面が液面と接触する設定高さまで半導体ウェーハＷを水平に保ちながら下降可能な昇降手段５１を備え、内槽１は、この内槽１の外径が半導体ウェーハＷの外径以下に形成されていること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング液を貯留する円筒状のエッチング槽と、該エッチング槽の底面の中央から前記エッチング液の液面の中央に向けて前記エッチング液を供給する供給口と、前記半導体ウェーハの一方の面を非接触で保持するベルヌーイチャックと、前記半導体ウェーハの他方のエッチング面が前記液面と接触する設定高さまで前記半導体ウェーハを水平保持した状態で下降可能な昇降手段とを備え、
前記エッチング槽は、該エッチング槽の外径が前記半導体ウェーハの外径以下に形成されていることを特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置。
【請求項２】
前記ベルヌーイチャックは、前記半導体ウェーハの一方の面の外周部側へガスを送り出す環状のガス供給口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハのエッチング装置。
【請求項３】
前記エッチング槽から溢れた前記エッチング液を貯留する貯留槽と、該貯留槽内の前記エッチング液をポンプにより抜き出して前記供給口に戻す循環手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハのエッチング装置。
【請求項４】
前記エッチング槽は、前記供給口の周囲から該エッチング槽の上端に向かって逆円錐状に広がる内壁面を形成してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体ウェーハのエッチング装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のエッチング装置を用いて半導体ウェーハをエッチングするエッチング方法であって、
前記半導体ウェーハの前記エッチング面の設定高さと前記供給口から供給される前記エッチング液の供給量のうち少なくとも一方を調整し、前記半導体ウェーハの外周部の所定位置に前記エッチング液を接触させることを特徴とする半導体ウェーハのエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハのエッチング装置及びエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの製造プロセスにおいては、例えば、酸化、拡散及び成膜などの工程において、高温の熱処理（アニール）が繰り返し行われる。例えばＳＩＭＯＸウェーハの製造プロセスでは、シリコンウェーハをシリコン製又はシリコンカーバイド（ＳｉＣ）製の熱処理治具により保持した状態で、高温の酸化性雰囲気により熱処理が行われている。
【０００３】
ところで、このような酸化性雰囲気中で熱処理が繰り返されると、熱処理治具の表面に酸化膜が成長し、その酸化膜の一部が、熱処理治具と接する半導体ウェーハの保持面（以下、裏面という。）に転移することがある。
【０００４】
このようにして半導体ウェーハ（以下、ウェーハという。）の裏面に転移した酸化物は、その後の洗浄工程において、ほとんど除去することができない。このような酸化物の転移による裏面の凹凸は、例えば、デバイス作製時のフォトリソ工程で、露光時の焦点がぼやけたり、転移した酸化物がウェーハ裏面から剥がれて他のウェーハに付着するなど、いずれも歩留まり低下の要因となる。
【０００５】
従来、このようなウェーハの裏面側の問題を解決するため、熱処理後のウェーハの裏面にエッチングを施すことにより、面状態を改善するプロセスが導入されている。具体的には、例えば、上方が開口する筒状のエッチング槽にエッチング液を満たし、そのエッチング液の液面下からエッチング液を供給することにより液面を盛り上げ、その盛り上がった液面と半導体ウェーハの裏面を接触させて、エッチング液の表面張力により接触領域を広げていくことにより、ウェーハの裏面全体をエッチングする技術が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
また、特許文献１では、エッチング槽の筒壁をウェーハの外径よりも大きく形成し、ウェーハの周囲の液面から気化したエッチング液の蒸気をウェーハの外周部に導いて、その外周部の一部をエッチングする一方、ウェーハの表面側から外周部方向へ不活性ガスを環状に供給し、ウェーハの表面を蒸気から保護することにより、表面の劣化を防止する点が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１７４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１においては、ウェーハの保持手段として、ウェーハの表面側を真空チャックなどで吸着保持することが記載されている。しかし、このような保持手段によれば、ウェーハの表面側にパーティクルが付着しやすくなる。表面側に付着したパーティクルは、通常の洗浄工程において取りきれないことがあり、そのような事態は、製品の生産性、歩留り及び品質の信頼性などの向上の面から極力避けねばならない。
【０００９】
そこで、エッチング時のウェーハの保持手段として、ベルヌーイチャックを用いることが検討されている。このベルヌーイチャックは、ベルヌーイの定理に基づく揚力がウェーハに作用することにより、ウェーハをチャック面に当接させることなく持ち上げることができる。このため、従来の接触式の保持手段と比べて、ウェーハの表面側へのパーティクルの付着を抑制することができる。
【００１０】
しかしながら、このようなベルヌーイチャックは、吸着用ガスの流れに伴うビビリがウェーハに生じやすく、そのようなウェーハの振動が、特許文献１のようなエッチング槽内で、ウェーハ周囲の液面に伝わると、エッチング液を巻き上げてしまうことがある。このようにエッチング液が巻き上がると、ウェーハの非エッチング領域にエッチング液が付着して、表面を劣化させるおそれがある。
【００１１】
本発明は、ウェーハをベルヌーイチャックで保持した状態でウェーハの片面をエッチングする際に、エッチング液の巻上げを防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、エッチング液を貯留する円筒状のエッチング槽と、このエッチング槽の底面の中央からエッチング液の液面の中央に向けてエッチング液を供給する供給口と、半導体ウェーハの一方の面を非接触で保持するベルヌーイチャックと、半導体ウェーハの他方のエッチング面が液面と接触する設定高さまで半導体ウェーハを水平保持した状態で下降可能な昇降手段とを備え、エッチング槽の外径が半導体ウェーハの外径以下に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、エッチング槽の外径を半導体ウェーハの外径以下に設定しているため、エッチング時においては、エッチング槽の液面全体が半導体ウェーハに覆われた状態となる。したがって、ベルヌーイチャックに保持された半導体ウェーハに振動が生じても、その振動による液面への影響が少ないため、エッチング液の巻き上げを防ぐことができる。また、エッチング液の蒸発面は、エッチング槽とウェーハのエッチング面の隙間から溢れる液面の部分に限られるため、エッチング液の蒸発を抑制することができる。したがって、エッチング液の巻き上げやエッチング液の蒸気によって、半導体ウェーハの非エッチング領域が劣化されることを防ぐことができる。ここで、エッチング槽の外径は、半導体ウェーハの外径と同じであってもよいし、半導体ウェーハの外径よりも小さくてもよいが、エッチング液の巻き上げやエッチング液の蒸気の影響をより少なくするためには、エッチング槽の外径が半導体ウェーハの外径よりも小さい方がより好ましい。
【００１４】
この場合において、ベルヌーイチャックは、半導体ウェーハの一方の面の外周部側へガスを送り出す環状のガス供給口が設けられているものとする。これによれば、半導体ウェーハの一方の面側へのエッチング液の蒸気の回り込みを防ぐことができるため、半導体ウェーハの非エッチング領域の劣化をより確実に防ぐことができる。
【００１５】
また、エッチング槽から溢れたエッチング液を貯留する貯留槽と、この貯留槽内のエッチング液をポンプにより抜き出して供給口に戻す循環手段を備えるものとする。このようにエッチング液を循環させて使用することにより、常にエッチング槽内の液面を一定の高さに保つことができるとともに、エッチング液の無駄を抑えて、工程コストの節約をはかることができる。
【００１６】
また、エッチング槽は、供給口の周囲からエッチング槽の上端に向かって逆円錐状に広がる内壁面が形成されるものとする。これによれば、例えば、供給口からエッチング槽内に供給されたエッチング液は、内壁面に沿って中心から半径方向に広がるように流れるため、槽内でのエッチング液の滞留が抑制され、乱れのない液の流れを形成することができる。これにより、半導体ウェーハがエッチング液と接液したときには、エッチング液と半導体ウェーハの接触する領域が周方向でスムーズに広がるため、半導体ウェーハの外周部は周方向で液面との接触状態が均一になり、エッチングむらを抑制することができる。
【００１７】
また、エッチング槽の外径が設定されたエッチング装置を用いて半導体ウェーハをエッチングするエッチング方法としては、半導体ウェーハのエッチング面の設定高さと供給口から供給されるエッチング液の供給量のうち少なくとも一方を調整し、半導体ウェーハの外周部の所定位置にエッチング液を接触させるようにする。すなわち、半導体ウェーハのエッチング面の設定高さや供給口から供給されるエッチング液の供給量を調整することにより、エッチング槽の上端面とウェーハのエッチング面との間を通過するエッチング液に作用する表面張力が変化し、液面の位置は、その表面張力の大きさに依存する。したがって、半導体ウェーハのエッチング面の設定高さや供給口から供給されるエッチング液の供給量を適宜調整することにより、エッチング液が半導体ウェーハと接触する領域を適切な範囲に調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ウェーハをベルヌーイチャックで保持した状態でウェーハの片面をエッチングする際に、エッチング液の巻上げを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を適用してなる半導体ウェーハのエッチング装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明を適用してなるエッチング装置の全体構成を示す縦断面図である。図２は、本発明を適用してなるエッチング装置におけるベルヌーイチャックの外観を示す斜視図である。図３は、本発明を適用してなるエッチング装置におけるベルヌーイチャックのウェーハ保持部分を拡大して示す斜視図である。図４は、本発明を適用してなるエッチング装置の動作を説明する図である。
【００２１】
本実施形態において、半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ，ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられるが、ここでは、熱処理後のＳＩＭＯＸウェーハ（以下、ウェーハと略す。）について説明する。ウェーハの外周部には、表面側と裏面側のそれぞれに周状の面取り部が形成されている。ウェーハＷのエッチング範囲としては、ウェーハＷの裏面全体と外周部の裏面側（面取り部）を想定している。ウェーハの一面には、酸化膜などが被着されていても、されていなくてもよい。また、エッチング液としては、例えばＨＦ（フッ化水素酸），ＨＦ：ＮＨ４Ｆが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００２２】
図１，２に示すように、本実施形態のエッチング装置は、円筒状の内槽１と、この内槽１を取り囲んで形成される円筒状の外槽３と、内槽１と外槽３との間でエッチング液を循環させる循環手段３１と、ウェーハＷを水平に保ちながら非接触でウェーハＷを保持するベルヌーイチャック４１と、ベルヌーイチャック４１を高さ方向で昇降自在に支持する昇降手段５１を備えて構成される。
【００２３】
内槽１は、筒壁５と底面７により形成され、外槽３は、筒壁５の外径よりも内径が大きい筒壁９と底面１１により形成される。すなわち、内槽１と外槽３は、同軸に配置され、筒壁５によって互いに仕切られた構造となっている。内槽１の筒壁５の外径は、ウェーハＷの外径と同じか、或いは、それよりも小さく設定されている。ここで、ウェーハＷの外径とは、ウェーハＷの最大径を意味している。
【００２４】
内槽１の筒壁５と外槽３の筒壁９、及び、底面１１に囲まれて形成される空間には、内槽１から溢れたエッチング液が貯留できるようになっている。内槽１の底面７の中央部には、エッチング液を真上に吹き出す吹き出しノズル１３が設けられている。
【００２５】
次に、循環手段３１の構成を説明する。循環手段３１は、外槽３の底面１１に一端側が接続されるとともに、他端側が吹き出しノズル１３に接続される循環用パイプ１５と、この循環用パイプ１５に一端側（上流側）から順に配設される、循環ポンプ１７、温度調節装置１９、フィルタ２１により構成される。循環ポンプ１７は、エッチング液の吐出量が制御されるようになっている。温度調節装置１９は、例えば、エッチング液が流れるパイプと加熱手段との間で熱交換がなされるように構成され、例えばエッチング液の検出温度に基づいて加熱手段の温度が制御されるようになっている。
【００２６】
次に、ベルヌーイチャック４１の構成について説明する。ベルヌーイチャック４１は、図１，２に示すように、ウェーハＷの表面Ａと対向する底面（チャック面４３）方向に円錐状に拡径して形成されるウェーハ保持部４５と、ウェーハ保持部４５の上端面と連結される支持部４７を備えて構成される。ウェーハ保持部４５の外周面には、ウェーハを案内するガイド４９が複数設けられている。支持部４７には、昇降手段５１のアーム５７が連結されている。
【００２７】
図３に示すように、ウェーハ保持部４５のチャック面４３には、窒素ガスを送出する吸着用の窒素送出口５３が周方向に複数（例えば、６個）形成されるとともに、これらの窒素送出口５３を取り囲むようにして、表面保護用の窒素ガスを送出する窒素送出溝５５が環状に形成されている。
【００２８】
次に、このようにして構成されるエッチング装置の動作を説明する。
【００２９】
内槽１内にエッチング液が溜められた状態で、循環ポンプ１７の作動により吹き出しノズル１３からは、エッチング液が真上に吹き出される。これにより、内槽１内に溜められたエッチング液は、液面Ｂの中央部が盛り上がる。このとき、内槽１内から溢れたエッチング液は、筒壁５の上端面を通過して外槽３内に流れ落ちる。
【００３０】
外槽３内に溜められたエッチング液は、循環用パイプ１５を通じて循環ポンプ１７に導かれる。循環ポンプ１７から吐出されたエッチング液は、温度調節装置１９を通過して所定の温度に加熱され、続いて、フィルタ２１によりフィルタリングされた後、吹き出しノズル１３を介して内槽１内に循環供給される。
【００３１】
一方、ベルヌーイチャック４１は、ウェーハ保持部４５の窒素送出口５３から窒素ガスが吹き出されることにより、ウェーハＷに揚力が作用し、その結果、チャック面４３に吸い上げられたウェーハＷは、表面Ａがチャック面４３と非接触の状態でウェーハ保持部４５に保持される。このとき、ウェーハ保持部４５に保持されたウェーハＷは、裏面Ｃがエッチング装置の液面Ｂと所定の間隔を開けて対向した状態となっている。
【００３２】
次に、昇降手段５１は、ベルヌーイチャック４１に保持されたウェーハＷを、ウェーハＷの裏面Ｃが内槽１の液面Ｂの盛り上がり部分と接触可能な所定高さまで、水平に降下させる。これにより、液面Ｂの中央の盛り上がり部分は、液面上方に水平保持されたウェーハＷの裏面Ｃの中央部と接触する（図４（ａ））。
【００３３】
続いて、ウェーハＷの裏面Ｃに作用するエッチング液の表面張力により、エッチング液の接触領域は、ウェーハＷの中央部から外周方向へ均等に広がり、ウェーハＷの外周部の裏面側（面取り部）と接触した状態で保持される（図４（ｂ））。
【００３４】
このようにしてエッチングが進行することにより、熱処理時にウェーハＷの裏面Ｃに付着した酸化物や表面酸化膜はエッチング液の侵食作用により除去される。
【００３５】
ところで、本実施形態では、筒壁５の外径がウェーハＷの外径以下に設定されているため、内槽１から溢れるエッチング液はウェーハＷの裏面Ｃと筒壁５の上端面との隙間を通過する。この隙間を通過するエッチング液には、筒壁５の上端面とウェーハＷの裏面Ｃとの間でそれぞれ表面張力が作用し、エッチング液がウェーハＷと接触する領域は、これらの表面張力に依存する。そして、このエッチング液に作用する表面張力は、筒壁５の上端面とウェーハＷの裏面Ｃとの隙間の大きさ、及び、この隙間を通過するエッチング液の流量によって変化する。
【００３６】
したがって、エッチング時においては、筒壁５の上端面に対するウェーハＷの裏面Ｃの高さ位置と、循環ポンプ１７の吐出量のうち、少なくとも一方を調節することにより、エッチング液がウェーハＷと接触する領域を制御することが可能となる。この場合、ウェーハＷの裏面Ｃの高さ位置は、昇降手段５１により調整することができ、循環ポンプ１７の吐出量は、例えば外部から循環ポンプ１７に回転数指令を指令することにより調整することができる。
【００３７】
また、ウェーハＷがエッチング液と接触した後、所定の位置まで移動する間のウェーハＷの下降速度については、例えば、エッチング液の流量と併せて調整することにより、エッチング液とウェーハＷが接触する領域の広がる速度を制御することができ、エッチング液がウェーハＷの非エッチング領域（外周部の表面側（面取り部）と表面Ａ）に回り込むことを防止することができる。
【００３８】
また、エッチング中は、ベルヌーイチャック４１に保持されたウェーハＷが窒素送出口５３から吹き出される窒素ガスの流れの影響を受けて、振動を発生する場合がある。しかし、本実施形態では、筒壁５の外径がウェーハＷの外径以下に設定され、内槽１内の液面全体がウェーハＷの裏面Ｃに覆われているため、このようなウェーハＷの振動が液面Ｂに伝播しても、エッチング液の巻き上げが生じることはない。したがって、このような場合においても、エッチング液が飛散することによるウェーハＷの非エッチング領域の劣化を防ぐことができる。
【００３９】
次に、エッチングが終了すると、昇降手段５１は、ウェーハＷを上昇させて裏面Ｃを液面Ｂから離脱させるが、このとき、液面中央の盛り上がり部分は、ウェーハＷの裏面Ｃとの表面張力により、所定の高さまで持ち上げられた状態（図４（Ｃ））となり、液面はわずかに下降する。この持ち上げられた液面はやがて重力によりウェーハＷの裏面Ｃから落下するため、液面にやや揺れが発生する。しかし、このような場合においても、筒壁５の外径はウェーハＷの外径以下のため、ウェーハＷは、液面の巻き上げによるウェーハＷの非エッチング領域の劣化を防ぐことができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、エッチング液の蒸発面は、外槽３内に貯留される分を除けば、筒壁５の上端面とウェーハＷの裏面Ｃとの隙間から溢れる部分に限られるため、エッチング液の蒸発を抑制することができる。これにより、エッチング液が蒸発した蒸気のエッチング成分によるウェーハＷの非エッチング領域の劣化を防ぐことができる。
【００４１】
さらに、本実施形態によれば、ベルヌーイチャック４１の窒素送出溝５５より吹き出された窒素ガスが、ウェーハＷの表面に沿って外周部側へ環状に流れ、この窒素ガスは外周部の表面側を流れる。このように、ウェーハＷの非エッチング領域を窒素ガスで覆うことにより、エッチング液の蒸気の回り込みを防ぐことができるため、ウェーハＷの非エッチング領域の劣化をより確実に防ぐことができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、ウェーハＷの接液時において、ウェーハＷとエッチング液の接触領域はウェーハＷの中央から外周方向へと広がり、エッチング時においても、エッチング液はウェーハＷの裏面Ｃに沿って外周方向へ流れるため、ウェーハＷの裏面Ｃは、気泡などによるエッチングむらが生じることがない。
【００４３】
また、従来のエッチング方法によれば、ウェーハＷの裏面Ｃ側の外周部をエッチングするために、エッチング液の蒸気を積極的に利用していたが、本実施形態では、エッチング液を液体の状態で外周部と接触させるようにしているため、蒸気によるエッチングと比べて、エッチング領域と非エッチング領域との境界をよりはっきりさせることができる。
【００４４】
次に、本発明を適用してなる半導体ウェーハのエッチング装置の他の実施形態について図面を参照して説明する。図５は、本実施形態のエッチング装置の全体構成を示す縦断面図である。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態のエッチング装置は、内槽１の内壁面６１が吹き出しノズル１３の周辺の底部から上端に向かって逆円錐状に広がって形成されている点で、図１のエッチング装置と構成が相違する。
【００４６】
本実施の形態のエッチング装置によれば、吹き出しノズル１３から内槽１内に供給されたエッチング液は、全体として内壁面６１に沿って中心から半径方向に広がるように流れるため、内槽１内では、エッチング液の局所的な滞留が抑制され、乱れのない流れを形成することができる。これにより、ウェーハＷの接液時においては、エッチング液がウェーハＷと接触する領域が、ウェーハＷの中央から均一に外周方向へ向かってスムーズに広がっていく。したがって、ウェーハＷの外周部は、周方向で液面Ｂとの接触状態が均一になり、エッチングむらを抑制することができる。加えて、ウェーハＷの裏面は、気泡だまりのないエッチングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用してなるエッチング装置の実施形態における全体構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明を適用してなるエッチング装置の実施形態におけるベルヌーイチャックの外観を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用してなるエッチング装置の実施形態におけるベルヌーイチャックのウェーハ保持部分を拡大して示す斜視図である。
【図４】本発明を適用してなるエッチング装置の実施形態における動作を説明する図である。
【図５】本発明を適用してなるエッチング装置の他の実施形態における全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  内槽
３  外槽
５  筒壁
１３  吹き出しノズル
３１  循環手段
４１  ベルヌーイチャック
５３  窒素送出口
５５  窒素送出溝
６１  内壁面
Ｗ  半導体ウェーハ（ウェーハ）
Ａ  （半導体ウェーハの）表面
Ｂ  液面
Ｃ  （半導体ウェーハの）裏面
【図１】
2010040601.tif 000003
【図２】
2010040601.tif 000004
【図３】
2010040601.tif 000005
【図４】
2010040601.tif 000006
【図５】
2010040601.tif 000007