(57)【要約】【課題】被処理基板を略水平に保持してなる陽極化成方法及びその装置を提供する。【解決手段】シリコンウェーハを略水平置きにしてその浮力を利用して、電解質溶液上にシリコンウェーハを浮かべる。シリコンウェーハ外周に伸縮性、耐腐食性材料で縁を形成し、これを電解質溶液に浮かべる。さらに縁を作った内部にも液ためをつくり、その上に電極を浮かべて陽極側とする。この状態で陽極化成を行うことで液に接した面が化成され上面側が電流供給面として機能する。陽極、陰極ともに液体を介して電極材料の浮力を利用して配置され、電流供給と電極保持の役割を果たす。【選択図】  図１
2006131969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平に保持した被処理基板の片面のみを電解質溶液に接触させ、前記被処理基板を化成処理することを特徴とする陽極化成方法。
【請求項２】
陽極側電解質溶液と陰極側電解質溶液を前記被処理基板で分離したことを特徴とする請求項１記載の陽極化成方法。
【請求項３】
前記被処理基板はシリコンウェーハであり、前記電解質溶液はフッ化水素溶液であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の陽極化成方法。
【請求項４】
電解質溶液を入れた電解質溶槽と、
前記電解質溶液中に配置した陰電極板と、
前記陰電極板と対向して前記電解質溶液中に配置され、被処理基板の一面が前記電解質溶液に浸されるように支持する被処理基板支持手段と、
電極への電圧印加手段と、
を有し、
前記被処理基板支持手段は、被処理基板の側面外周部の全周をシーリングして支持するとともに、前記被処理基板と離隔して陽電極板を支持し、前記被処理基板と前記陽電極板間に導電用液体が充填されている、
ことを特徴とする陽極化成装置。
【請求項５】
前記被処理基板支持手段の下方に、前記被処理基板の電解質溶液中への沈降を防ぐためのストッパー部材をさらに、備えたことを特徴とする請求項４記載の陽極化成装置。
【請求項６】
前記被処理基板支持手段は、フッ素樹脂、ゴム、四フッ化エチレン樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項４に記載の陽極化成装置。 
【請求項７】
前記電解質溶液は、純水で希釈されたフッ化水素酸またはアルコールから成るフッ化水素酸混合液であることを特徴とする請求項４に記載の陽極化成装置。 
【請求項８】
前記電極は、白金または白金との合金から成ることを特徴とする請求項４に記載の陽極化成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極化成方法及びその装置に関し、特に被処理基板を略水平に保持してなる陽極化成方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、シリコンウェーハヘの陽極化成処理法は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハの製造プロセスを中心にさまざまな方法が提案されている。陽極化成処理法の基本的な原理は、シリコンウェーハを陽極側としてHF溶液中にひたし、白金等で陰極電極を形成して通電すると、シリコンウェーハの表面でシリコンがHF溶液と反応して溶解し、シリコン基板の表面は単結晶の構造を有したまま多孔質形状になるというものである。
【０００３】
陽極化成基板は、発光体やＳＯＩウェーハ製造時における中間層形成などの分野で利用されている。さらに将来は、この多孔質の形状を活かして、パワートランジスタやスイッチング素子の基板として用いられる拡散ウェーハの製造工程にも適用が期待されている。
【０００４】
拡散ウェーハは、シリコンのライトドープウェーハ(その不純物濃度は１０１４atoms/cc程度)に高濃度でリンやボロンを拡散させて(その不純物濃度は１０２０atoms/cc程度)その部位を電極として利用するものであるが、不純物を拡散する際にSi表面を多孔質化することで、その表面積を100倍〜1000倍に拡大させることができ、これにより拡散速度を大幅に向上させることができる。すなわち、現行の製造プロセスでは拡散時問が百〜3百時間要するものを、その半分以下に短縮することも可能であり、これは製造プロセス時間の大幅な短縮と製造コスト、特に拡散に用いる炉の加熱用電力の大幅な削減を可能とするため、拡散ウェーハ製造プロセスにおける低コスト技術として大いに展望がある。
【０００５】
拡散ウェーハの製造工程に応用する方法にはいろいろなやり方が考えられるが、ウェーハでHF溶液を2分割して片面を陽極、反対面を陰極として陽極化成処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。拡散ウェーハ製造ではこの方法を応用したものが実用に適しているといえる。
【０００６】
すなわちウェーハを直接電極として使用しないので、ウェーハに導電加工を施す必要がなくウェーハを傷つけない、ウェーハ毎に加工する手間が省略でき大量一括処理に適しているなどの利点がある。
【特許文献１】特開平５−１９８５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来方法では、溶液をウェーハで2分割する方法としてウェーハを縦置きにしている。大量一括処理という面ではこの方が有利であるが、液を分割するということは液の漏洩を防ぐことが必要であり、テフロン（登録商標）素材の圧着、リング状治具のセットなどさまざまな方式が提案されている。しかしながら根本的に縦置きにするので水圧の影響による液の反対側への漏洩および通電の可能性は、治具を精度よく設計したとしても完全になくすことは困難である。また、プロセス中で液漏洩によりウェーハを介さないで直接通電した状態ではウェーハの化成が行われないが、液の直接通電を事前に感知するのはこれもまた困難であるうえ、検出装置をあらたに設置しようとすればそこにも多くの費用がかかる。プロセス完了後製品チェックではじめて判明するが、拡散ウェーハの場合は、深さ方向へ所定の厚さに化成しているかどうかが製品特性上重要な保証項目であり、これは破壊検査を伴うため、即座に判定できない。
【０００８】
総じてウェーハ治具は構造が複雑で精度を要求されるが、HFに浸食されない素材でかつウェーハを傷つけないなどの制約下では設計、製造の面で高コスト化が避けられない。
【０００９】
そこで、ウェーハによる溶液分割方式において、溶液の分割方法をより簡易でかつ確実に行うことで、既存公知技術よりも低コストで製造することを可能にする陽極化成方法を提案できれば、安定した大量生産が可能となることが期待できる。
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、被処理基板を略水平に保持してなる陽極化成方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、略水平に保持した被処理基板の片面のみを電解質溶液に接触させ、前記被処理基板を化成処理することを特徴とする陽極化成方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の別の一態様によれば、電解質溶液を入れた電解質溶槽と、前記電解質溶液中に配置した陰電極板と、前記陰電極板と対向して前記電解質溶液中に配置され、被処理基板の一面が前記電解質溶液に浸されるように支持する被処理基板支持手段と、電極への電圧印加手段と、を有し、前記被処理基板支持手段は、被処理基板の側面外周部の全周をシーリングして支持するとともに、前記被処理基板と離隔して陽電極板を支持し、前記被処理基板と前記陽電極板間に導電用液体が充填されている、ことを特徴とする陽極化成装置が提供される。
【００１３】
前記被処理基板支持手段の下方に、前記被処理基板の電解質溶液中への沈降を防ぐためのストッパー部材をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記電解質溶液は、純水で希釈されたフッ化水素酸またはアルコールから成るフッ化水素酸混合液が好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる陽極化成方法及びその装置によれば、被処理基板の片面のみ、電解質溶液に接触させているので、被処理基板の両面は完全に分離し、目視で被処理基板両面の液間通電有無が判定でき、しかも特殊な検出装置が不要である。
【００１６】
また、被処理基板支持治具は、被処理基板外周のみの気密性を確保すればよいので、比較的簡単かつ低コストで作成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る陽極化成方法に用いる装置の概略構成を示す略断面である。図１に示す陽極化成装置１０は、電解質溶液１を入れた電解質溶槽２と、電解質溶液中に配置した陰電極板３と、陰電極板３と対向して電解質溶液中に配置され、被処理基板であるシリコンウェーハ４の一面が電解質溶液に浸されるように支持する被処理基板支持手段５と、電極への電圧印加手段６を有している。
【００１９】
被処理基板支持手段は、被処理基板の側面外周部の全周をシーリングして支持するとともに、被処理基板と離隔して陽極板７を支持し、被処理基板４と陽極板７間に導電用液体８が充填されている。
【００２０】
シリコンウェーハ４を略水平置きにしてその浮力を利用して、電解質溶液１上にシリコンウェーハ４を浮かべる。まず、シリコンウェーハ外周に伸縮性、耐腐食性にすぐれた材料で縁５ａを形成し、これを電解質溶液１に浮かべる。さらに縁を作った内部にも液ためをつくり、その上に陽極板７を浮かべて陽極側とする。この状態で陽極化成を行うことで液に接した面が化成され上面側が電流供給面として機能する。すなわち陽極、陰極ともに液体を介して電極材料の浮力を利用して配置され、電流供給と電極保持の役割を果たすのである。これによりシリコンウェーハの化成面とほぼ同じ面積で陰極の面積を稼ぐことができるため、陽極化成に必要な電流密度を確保できたうえで、完全に陽極側液体と陰極側液体をシリコンウェーハ４で分離した状態を作り出すことができる。電解質溶液は、シリコン溶解性溶液であり、例えば純水で希釈されたフッ化水素酸及びアルコールから成るフッ化水素酸混合液を使用することができる。また、電極は、シリコン溶解性溶液に対して耐蝕性を有する金属材料が好適であり、例えば白金又は白金の合金を使用することができる。
【００２１】
被処理基板支持手段５、すなわちシリコンウェーハ支持手段の材料は、例えばフッ素樹脂、ゴムあるいは四フッ化エチレン樹脂等が好適である。電気的絶縁性、耐酸性、耐アルカリ性が良好であることが好ましいからである。また、柔軟性、弾力性、気密性あるいは機械加工性も考慮して選択することは勿論である。
【００２２】
本発明に係る陽極化成方法では、シリコンウェーハ４の外周に形成する外周縁５ａが十分な耐漏洩性を有することが肝要である。耐漏洩性に関しては、既存の周知・慣用技術により十分対応でき、また、耐漏洩性の確保が本発明の本旨ではないので、詳細な説明は省略する。
【００２３】
浮力を利用するので、仮に液の漏洩があればシリコンウェーハ４は浸水してしまうのでその時点で、目視によってエラーを確認できる。尚、液面センサー、通電センサーなどと併せてシリコンウェーハ浸水感知システムを構築してもよいことは勿論である。
【００２４】
図1に示すように、シリコンウェーハ４が浸水して沈んだ際それを受け止めるストッパー９を設置してもよい。ここにセンサーを設けてシリコンウェーハ浸水時異常発生緊急停止のインターロックを作動させるなどの安全対策を取り入れることができる。
【００２５】
図2には外周縁５ａの概略構造を示す。図２（ａ）に示すように、材料がシリコンウェーハエッジ部に密着して液体の進入を防止できることと、対HF腐食性に優れていることであり、現状ではテフロン（登録商標）系素材が有効である。または、テフロン（登録商標）コーティングした塑性材料でもよい。図２（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ外周より若干長めの帯状材料５ｂをウェーハ外周に少し食い込むくらい堅く巻き付け、図２（ｃ）に示すように、余った端をクリップ状の留め金５ｃで固定する。ちょうど箱形のような形になるので、十分バランスと重量配分、加重限界に気を遣えば、このなかにさらに液体を張って電極を浮かべても十分この箱形の浮力で保持できるし、気密はこの外周部位のみ保持できればよい.
外周縁５ａを設けたシリコンウェーハ上面内にさらに導電性液体８を張り、その水面に同じく導電性の材料によるシリコンウェーハ４とほぼ同面積の電極７を浮かべる。電極７はリード線状にして浮遊電極によけいなカがかからないようにするのと、液に沈まない高さに保持する作用を持つ。ここで使用する液体８は、シリコンウェーハ４、外周縁５ａ、電極７を腐食せず、シリコンウェーハ４の電気的特性に悪影響を及ぼさない性質の導電性液体であればよく、あえてHF溶液を用いる必要はない。HF溶液を使用しなくてよいことから、電極材料も腐食性とシリコンへの金属汚染に対処した材料であること、液体に浮く軽いものであればよく、金属以外でも複合材料(プラスチックに導電性材料被覆等)で対応可能である。またシリコンと電極が液体を介して電気的に接触しているのでシリコンウェーハ４そのものに直接加工は不要のうえ、電気的接触性は公知技術同様の性能が確保されている。
【００２６】
実際の陽極化成処理では液の振動、その他外因による液面の変化でシリコンウェーハ４の縁の液面が乱れてシリコンウェーハ４が沈降する可能性があるので、これについては装置の各部位に配慮した設計が必要になってくる。さらに、この方式を実現するための、液体の注入方法、液面への設置方法、異常発生時対処方法、シリコンウェーハ回収方法、検査方法などは必ずしもひととおりの手法に限定されるものではなく、水槽の形や処理装置の規模などにより、形状や材質はある程度融通を利かせることが可能であり、基本的には既存技術の応用で対処できるものである。例えば、シリコンウェーハ４はいったんピンなどで位置決めして液体をゆっくり水槽に注入し、シリコンウェーハ４が浮かんだのを確認して液注入を止めることが好適である。
【００２７】
次に、略水平に保持したシリコンウェーハの片面のみを電解質溶液に接触させ、陽極化成処理するための別の陽極化成装置について説明する。図３に示すものは、スピンコータを用いた陽極化成装置３０である。この陽極化成装置３０は、一次供給槽３１、二次供給槽３２から例えばHF溶液が液槽３３に供給され、液槽３３中には、シリコンウェーハ４を載置するチャック部３４、チャック部３４を回転させるスピン回転機構３５、シリコンウェーハ４を真空に引くバキュームライン３６が配設されている。二次供給槽３２からは、下方に溶液を吐出する吐出ノズル３７が設けてあり、液槽３３の開放部は飛散防止カバー３８でカバーされている。
【００２８】
図３において、陽極側はスピンコータにシリコンウェーハ４をバキュームで吸着させる構造としている。チャック部３４のチャック表面はシリコンウェーハとほぼ同じ形状と面積の導電部３４ａをもたせるが、シリコンウェーハからはみ出さないようにする。HF溶液がチャックの導電部３４ａにかからないようにするためである。
【００２９】
バキュームの吸引孔と吸着面積の兼ね合いでチャック部３４の形状は任意に設定することができる。この状態でシリコンウェーハ４を比較的ゆっくり回転させ、シリコンウェーハ４上にHF溶液を連続吐出する。HF溶液は陽極化成処理に合わせた条件(濃度、添加物の有無)とする。吐出ノズル３７は白金製とし、このノズル３７を陰極としてマイナスの電位をかけるが、その電位は化成条件に合わせて設定する。陽極化成装置３０は、印加電流回路３９を備えている。
【００３０】
チャック部３４とシリコンウェーハ４表面と吐出HFとノズル３７間で通電状態となり、連続して電流が印加される。HF溶液はすべて回収して循環利用することができる。またノズル３７、チャック部３４に飛散したHF溶液がかからないようなカバー等をつけるのが望ましい。この陽極化成装置３０では、陽極と陰極が流動している吐出液を介して電荷が移動している状態になっており、ここで陽極化成が進行する。チャック面は、略シリコンウェーハの全面を陽極の接触部として利用でき、かつHF溶液を接触させない構造とすることができるので、片面のみ選択的に陽極化成が行える。次にシリコンウェーハ４を回転させることで、HF溶液が均等にシリコンウェーハ表面にいきわたり、かつ陽極化成中に、シリコンウェーハ表面に付着する水素の気泡を恒常的に除去する作用も併せ持つ。このため、気泡が表面に固定化することに因る陽極化成の進行の停滞の虞も無く、陽極化成反応がより速く進行する。
【００３１】
回転速度はあまり速いと液が飛散するので好ましくないうえに、HF溶液とシリコンウェーハ４の接触する時間が短くなりかえって化成が遅くなる。一方、遅すぎると、溶液の面内均一性の悪化とシリコンウェーハ裏面へのHF液の回り込みが懸念される。そこで、例えば回転数は100〜300rpm程度が好適である。
【００３２】
吐出ノズル３７のシリコンウェーハ面からの高さは、液の流れが導電部を兼ねているので、液はねやシリコンウェーハ４との接触の危険がない範囲で低くするのが望ましく、例えば5〜25mm程度に設定とする。
【００３３】
吐出ノズル３７は白金製で電極としても作用する構造になっており、吐出径はスピン回転と液量により2〜10mm程度とする。あまり径が細いと電流密度が稼げないからである。また吐出ノズルの液接触面を大きく取って細長くするため、印加する電流と求める電流密度に合わせて設計することになるが、ノズル形状を吐出部の上流部でタンク状にして接触面積を稼ぐようにしてもよい。HF溶液の接触する部位、例えば配管、ポンプ、槽、容器などは、テフロン（登録商標）製とする。陽極化成処理中のHF吐出液の液切れ、乱れは化成特性の悪化を招くので、例えばセンサー等でライン管理することが望ましい。HFラインはHF溶液が導電しているので、液と接触する部位から装置内外への漏電対策を講ずる。
【００３４】
本実施形態では、HF溶液を循環式としているが、一次供給槽に回収されたHF溶液は二次供給槽ヘ供給するときは一時的に通電を遮断し、供給完了したら通電を再開することで液への通電している範囲を局所的に抑える構造としている。これで電気的な安全性の確保と必要最小限の印加電流量でまかなえるようにする節電の効果も図ることが出来る。
【００３５】
このようにして片面のみが陽極化成処理されたシリコンウェーハは、片面全面を十分な深さ方向にまで化成された面(多孔質形状)を有するシリコンウェーハとなる。化成面に不純物をデポジションすると、短時間でシリコンウェーハに深く拡散するかつ均一に拡散することができる。
【実施例】
【００３６】
シリコンウェーハ片面を、不導体(WAX)で保護し電極をとりつけてHF溶液に浸した製法で作成した陽極化成ウェーハをリファレンス(基準を1とする)として、上述のスピンコータで陽極化成処理したシリコンウェーハを比較すると、化成時間：1〜1.1、化成深さ：1、化成面面内均一性：優、ウェーハ1枚当たりHF溶液使用量：0.2〜0.3、裏面の性状：優、となった。
【００３７】
この結果から明らかなように、
（１）シリコンウェーハと電極の接触面積を大きく取れるので、電流密度を稼ぐことが出来、短時間で化成反応を進行させることができる。
【００３８】
（２）シリコンウェーハの片面のみを選択して化成することが可能になり、材料ウェーハを特別に前処理することなく、安価に拡散ウェーハの裏面拡散層として活用できる。
【００３９】
（３）常にHF溶液を流動しているので、シリコンウェーハ面での化成反応は停滞することなく進行する。また、回転させることでウェーハ表層に発生する気泡を除去することができるので、化成の進行が早い。
【００４０】
（４）HF溶液を循環して使用することができるので、シリコンウェーハ1枚あたりに使用するHF溶液の量がバッチ式で漬けおきする方式より少量で済む。
【００４１】
いう優れた効果が得られた。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る陽極化成方法に用いる装置の概略構成を示す略断面である。
【図２】被処理基板支持手段の外周縁の概略構造を示す説明図である。
【図３】スピンコータを用いた陽極化成装置の概略構成を示す略断面である。
【符号の説明】
【００４４】
10・・・陽極化成装置、１・・・電解質溶液、2・・・電解質溶槽、3・・・陰電極板、4・・・シリコンウェーハ、5・・・被処理基板支持手段、6・・・電圧印加手段、7・・・陽極板、8・・・導電用液体、9・・・ストッパー。
【図１】
2006131969.tif 000003
【図２】
2006131969.tif 000004
【図３】
2006131969.tif 000005