(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弗酸、硝酸、水、酢酸からなるエッチング液が供給されるエッチング液槽と、このエッチング液槽内に半導体ウェーハを保持し前記エッチング液内で揺動および回転するウェーハ保持手段と、前記エッチング液がバブリングされる炭酸ガスまたはオゾンを噴出し、前記エッチング液槽内に配設されたガス供給手段とを有す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】
エッチング液槽に供給され弗酸、硝酸、水、酢酸からなるエッチング液に半導体ウェーハを浸漬し、この半導体ウェーハを揺動および回転させて炭酸ガスまたはオゾンを用いてエッチング液のバブリングを行う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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハのエッチング装置およびエッチング方法に係わり、特にエッチング液をバブリングするガスに炭酸ガスまたはオゾンを用いる半導体ウェーハのエッチング装置およびエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスに用いられる半導体ウェーハは、半導体単結晶のインゴットをスライスして得られるウェーハを、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨、洗浄の順に加工されて製品になる。エッチング加工は、ラッピング加工等でウェーハ表面に生じた機械的な加工歪み層の除去と、表面の汚れを除去する目的で行なわれる。エッチング液としては、主に混酸（弗酸、硝酸、酢酸等の混酸）、アルカリ溶液等が用いられている。
【０００３】
従来のエッチング装置として、例えば特公平７−８５４７１号公報には、エッチング液槽中にエアーバブルを放出するバブリング管を備え、このバブリング管よりクリーンなエアーを吹き付けることにより、エッチング液を撹拌し、ウェーハ表面を均一にエッチングするエッチング装置が開示されている。
【０００４】
このエッチング装置の問題点として、バブリング管は半導体ウェーハの保持ケーシングに対して固定されており、吹き付けるエアーバブルは、エッチング中は一定の部位に一定の強さで当るため、半導体ウェーハ表面の平坦度が良好なものとなっていないこと、また、エッチング液によるリングマーク（円環状に現れるマーク）がウェーハ表面に形成される点が挙げられる。
【０００５】
さらに、この従来のエッチング装置の問題点を解決するものとして、特開平１０−７４７２７号公報には、シリコンウェーハをラックに保持してエッチング液中で所定速度で回転させてエッチングを行い、このとき、ガス供給管をラックから所定距離だけ離れた位置に近づけ、不活性ガスを噴出孔から一定の速度で噴出し、ウェーハ表面近傍でのエッチング液が大いに撹拌され、リングマーク等の表面痕跡が消去され、所定時間経過後、不活性ガス供給用のガス供給管をガス噴出が継続した状態で上記位置から所定距離だけ遠ざけることにより、ウェーハ表面の平坦度は改善され、エッチング液の劣化も防止されるエッチング装置が開示されている。
【０００６】
このエッチング装置の問題点として次のようなことが挙げられる。例えば、バブリングガスに不活性ガスを用いているため、バブリングガスにはエッチング液を攪拌しシリコンウェーハに吹き付ける物理的な１機能しか持たせておらず、化学的機能を持たせることにより、エッチングレートの抑制をする機能を持たせていない。従って、バブリングによりエッチング液の攪拌効果は増大し、シリコンウェーハ面内でのエッチングレートのバラツキは解消されるが、攪拌効果が増大すること、すなわち、シリコンウェーハ面に供給される新しいエッチング液が増大するため、次のような理由によりエッチングレートが加速する。
【０００７】
エッチング液として一般に用いられている弗酸、硝酸、酢酸を一定の比率に混合した水溶液を用いる場合において、シリコンウェーハ（Ｓｉ）を投入すると、次のような２段階の反応を繰り返す。
【０００８】
（反応式１）：硝酸によるＳｉの酸化反応
Ｓｉ  ＋２ＨＮＯ３  →  ＳｉＯ２  ＋  ２ＨＮＯ２
（反応式２）：弗酸によるＳｉＯ２の溶解反応
ＳｉＯ２  ＋６ＨＦ  →  Ｈ２ＳｉＦ６  ＋  ２Ｈ２Ｏ
その結果、エッチングレートの加速により、ウェーハ面内の形状精度が損なわれるといった問題が挙げられる。
【０００９】
また、エッチングレートの抑制のために、希釈剤（水、酢酸）が用いられるが、希釈剤の組成比の合わせ込みが非常に困難になる点が挙げられる。
【００１０】
さらに、また、ウェーハ保持具は回転するが、上下に揺動しないので、直径の大きなシリコンウェーハがラックに、隣接するウェーハとウェーハとの間隙が狭く保持された場合には、エッチング液は多数の半導体ウェーハに均一に供給されず、シリコンウェーハの中央と外周部との形状差をコントロールすることが困難になることが挙げられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこでエッチングレートを抑制でき、半導体ウェーハの形状精度を向上させ、さらに環境汚染低減、コストの削減が図れる半導体ウェーハのエッチング装置およびエッチング方法が要望されていた。
【００１２】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、エッチングレートを抑制でき、半導体ウェーハの形状精度を向上させ、さらに環境汚染低減、コストの削減が図れる半導体ウェーハのエッチング装置およびエッチング方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、弗酸、硝酸、水、酢酸からなるエッチング液が供給されるエッチング液槽と、このエッチング液槽内に半導体ウェーハを保持し前記エッチング液内で揺動および回転するウェーハ保持手段と、前記エッチング液がバブリングされる炭酸ガスまたはオゾンを噴出し、前記エッチング液槽内に配設されたガス供給手段とを有することを特徴とする半導体ウェーハのエッチング装置であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項２の発明は、エッチング液槽に供給され弗酸、硝酸、水、酢酸からなるエッチング液に半導体ウェーハを浸漬し、この半導体ウェーハを揺動および回転させて炭酸ガスまたはオゾンを用いてエッチング液のバブリングを行うことを特徴とする半導体ウェーハのエッチング方法であることを要旨としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる半導体ウェーハのエッチング装置およびエッチング方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明に係わる半導体ウェーハのエッチング装置１は、エッチング液Ｅが供給されるエッチング液槽２と、このエッチング液槽２内に半導体ウェーハＷを保持し、半導体ウェーハＷを揺動および回転させるウェーハ保持手段３と、エッチング液ＥがバブリングされるバブリングガスＧを噴出し、エッチング液槽２内に配設されたガス供給手段４とを有している。
【００１９】
ウェーハ保持手段３は、周知のラック形状をなし、円板形状の２枚の側板３ａ、３ｂに固着され、半導体ウェーハ支持用の多数の支持溝３ｍが形成された３本の支持棒３ｃと、着脱自在に取付けられる支持棒３ｄとで構成されている。
【００２０】
さらに、ウェーハ保持手段３は周知の回転機構５を有し、回転自在に一対の支持アーム６に取付けられており、この一対のアーム６、６は昇降機構７に取付けられ、ウェーハ保持手段３をエッチング液槽２内で回転可能で、かつ上下揺動させることができるようになっている。なお、ウェーハ保持手段３は上下揺動に変えて左右に揺動させてもよく、また、上下揺動と左右揺動を行えるようにしてもよい。
【００２１】
ガス供給手段４は、エッチング液槽２の底部２ｂに配設されたパイプ４ａと、このパイプ４ａに多数穿設されたガス噴出孔４ｂとで構成され、さらにガス供給手段４は、電磁開閉バルブ８を介してガス供給源、例えば炭酸ガス発生装置９に接続されており、電磁開閉バルブ８を開閉することにより、適宜パイプ４ａにガスＧを供給できるようになっている。
【００２２】
エッチング液Ｅは、化学エッチング用混酸水溶液（弗酸、硝酸、水、酢酸）を使用する。
【００２３】
また、ガスＧとしては、炭酸ガス（ＣＯ２）を用いる。炭酸ガスを用いる理由は、次の通りである。
【００２４】
すなわち、炭酸ガスはエッチング液Ｅ中に溶け込むことにより、Ｈ２ＣＯ３となり、次の反応式３に示すような反応が起きる。
【００２５】
（反応式３）  Ｈ２ＣＯ３  →  Ｈ＋  ＋  ＨＣＯ３−
Ｈ２ＣＯ３の弱酸特性により、希釈剤である酢酸と同様に、上述した反応式１の反応の進行を抑制する働きを示す。
【００２６】
また、炭酸ガス自体はＳｉや混酸に全く影響を及ぼさない物質であるため、他の液組成比を変化させることがなく、エッチング力のみを抑制するため、半導体ウェーハの形状制度を向上させることができる。
【００２７】
次に本発明に係わる半導体ウェーハのエッチング方法について説明する。
【００２８】
エッチング液槽２にエッチング液Ｅを満たし、さらにウェーハ保持手段３の支持棒３ｄを脱着させて、多数の半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハＷを支持溝３ｍで支持し、等間隔に離間した状態でウェーハ保持手段３に搭載する。
【００２９】
しかる後、このシリコンウェーハＷが搭載されたウェーハ保持手段３を、エッチング液槽２のエッチング液Ｅに浸漬する。
【００３０】
次に、電磁開閉バルブ８を開放して、炭酸ガス発生装置９からの炭酸ガスＧを、ガス供給手段４のパイプ４ａから噴出させて、エッチング液Ｅをバブリングさせる。
【００３１】
さらに、回転機構５を作動させてウェーハ保持手段３を回転させ、また、昇降機構７を作動させて、ウェーハ保持手段３を上下に昇降させて、ウェーハを上下に揺動させる。
【００３２】
このエッチング工程において、炭酸ガスＧを用いてエッチング液Ｅのバブリングを行い、炭酸ガスＧに物理的機能と化学的機能の２機能を持たせている。すなわち、物理的機能として、バブリングによりエッチング液Ｅの攪拌効果を増大させると共に、化学的機能として、エッチング液Ｅに溶け込んだ炭酸ガスＧが、弱酸効果を保ち、希釈剤である酢酸と同様な効果を発揮させる。
【００３３】
従って、エッチング液Ｅ中の他の混酸溶液の比率を一定に保ちながら、エッチングレートを抑制することができ、さらにシリコンウェーハＷの形状精度を向上させることができる。
【００３４】
さらに、ウェーハ保持手段３が回転、上下に揺動されるので、シリコンウェーハＷも回転、上下に揺動され、多数等間隔で搭載されたシリコンウェーハＷ間にエッチング液Ｇが均一に供給されるので、シリコンウェーハ面は均一にエッチングされ、一層形状精度が向上する。
【００３５】
次に本発明に係わる半導体ウェーハのエッチング装置およびエッチング方法の他の実施形態について説明する。
【００３６】
図１に示すエッチング装置１において、バブリングガス供給手段４に連通するガス供給源をオゾン発生装置とし、バブリングガスとして、オゾンを用いるものである。
【００３７】
オゾンを用いる理由は、次の通りである。
【００３８】
すなわち、上述した反応式１に示すような反応により、硝酸はＳｉを酸化させた後、還元されて亜硝酸となり、この亜硝酸は不安定であるので、反応式４に示すように、一酸化窒素、二酸化窒素、水に分解される。
【００３９】
（反応式４）  ２ＨＮＯ２  →  ＮＯ  ＋  ＮＯ２  ＋  Ｈ２Ｏ
分解して生成される一酸化窒素、二酸化窒素は、作業環境、自然環境に好ましくない。
【００４０】
そこで、バブリングガスにオゾンを用いることにより、オゾンの強い酸化特性によって、下記反応式５に示すように、亜硝酸が分解する反応より速く、亜硝酸が酸化され、硝酸が再度生成される。
【００４１】
（反応式５）  ４ＨＮＯ２  ＋  Ｏ３  →  ４ＨＮＯ３  ＋  Ｏ２↑
本反応では、酸素が発生するが、人体に対して害がなく、さらに環境に対しても問題ない。
【００４２】
本反応によって、エッチング中にエッチング液Ｅ中に含まれる亜硝酸の絶対数が低減され、亜硝酸からの窒素酸化物低減が図れ、硝酸の再生が可能となる。
【００４３】
バブリングガスにオゾンを用いる場合にも、上述した実施形態と同様にエッチング液槽２にエッチング液Ｅを満たし、さらにウェーハ保持手段３の支持棒３ｄを脱着させて、多数の半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハＷを支持溝３ｍで支持し、等間隔に離間した状態でウェーハ保持手段３に搭載する。
【００４４】
しかる後、このシリコンウェーハＷが搭載されたウェーハ保持手段３を、エッチング液槽２のエッチング液Ｅに浸漬する。しかる後、オゾン発生装置からのオゾンを、パイプ４ａから噴出させて、エッチング液Ｅをバブリングさせる。
【００４５】
さらに、回転機構５を作動させてウェーハ保持手段３を回転させ、また、昇降機構７を作動させて、ウェーハ保持手段３を上下に昇降させて、ウェーハを上下に揺動させる。
【００４６】
このバブリングガスにオゾンを用いたエッチング工程において、オゾンに２機能を持たせている。すなわち、物理的機能として、バブリングによりエッチング液Ｅの攪拌効果を増大させると共に、化学的機能として、オゾンと亜硝酸が反応して、亜硝酸が分解し、一酸化窒素、二酸化窒素を生成させることなく、硝酸と水を生成させ、硝酸の再生と有害物質の生成を防ぐことが可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体ウェーハのエッチング装置およびこれを用いたエッチング方法によれば、エッチングレートを抑制でき、半導体ウェーハの形状精度を向上させ、さらに環境汚染低減、コストの削減が図れる半導体ウェーハのエッチング装置およびこれを用いたエッチング方法を提供することができる。
【００４８】
すなわち、バブリングガスに炭酸ガスを用いるので、炭酸ガスによるバブリングにより、エッチング液の攪拌効果を増大させる物理的機能と、エッチング液に溶け込んだ炭酸ガスが、弱酸効果を保ち、希釈剤である酢酸と同様な効果を発揮させる化学的機能の２機能を炭酸ガスに持たせることにより、他の液組成比を変化させることがなく、エッチング力のみを抑制するため、半導体ウェーハの形状精度を向上させ、環境汚染低減、コストの削減が図れる。また、バブリングガスにオゾンを用いるので、オゾンによるバブリングにより、エッチング液の攪拌効果を増大させる物理的機能と、オゾンと亜硝酸が反応して、亜硝酸が分解し、一酸化窒素、二酸化窒素を生成させることなく、硝酸と水を生成させて、硝酸の再生と有害物質の生成を防ぐ化学的機能との２機能をオゾンに持たせることにより、硝酸の再生と有害物質の生成を防ぐことが可能となり、半導体ウェーハの形状精度を向上させ、環境汚染低減、コストの削減が図れる。
【００４９】
また、ウェーハ保持手段は、エッチング液内で揺動および回転するので、隣接する半導体ウェーハと半導体ウェーハとの間隙が狭くとも、直径の大きな半導体ウェーハの中央と外周部との形状差をコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる半導体ウェーハのエッチング装置の説明図。
【符号の説明】
１  エッチング装置
２  エッチング液槽
２ｂ  底部
３  ウェーハ保持手段
３ａ  側板
３ｂ  側板
３ｃ  支持棒
３ｄ  支持棒
３ｍ  支持溝
４  ガス供給手段
４ａ  パイプ
４ｂ  ガス噴出孔
５  回転機構
６  アーム
７  昇降機構
８  電磁開閉バルブ
９  炭酸ガス発生装置
Ｅ  エッチング液
Ｇ  バブリングガス
Ｗ  半導体ウェーハ
【図１】
0003612246.tif 000002