(57)【要約】【課題】半導体ウェーハに多孔質層を形成するための陽極酸化中に、被処理基板への汚染を簡易な方法で防止することができ、良質な多孔質層を効率的に形成することができる陽極酸化装置を提供することを目的とする。【解決手段】電解質溶液中で陽極と陰極の電極間で通電して前記電解質溶液中に配置された被処理基板に多孔質層を形成する陽極酸化装置であって、前記電極は少なくとも金属電極部材が非金属電極部材で覆われた構造を有するものである陽極酸化装置。【選択図】図１
2011026638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、電解質溶液中で陽極と陰極の電極間で通電して前記電解質溶液中に配置された被処理基板に多孔質層を形成する陽極酸化装置であって、前記電極は少なくとも金属電極部材が非金属電極部材で覆われた構造を有するものであることを特徴とする陽極酸化装置。
【請求項２】
前記陽極と陰極の電極が電解質溶液中に浸漬して配置されるものであって、前記電極は、少なくとも前記電極の電解質溶液中に浸漬される部分が前記非金属電極部材で覆われた構造を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化装置。
【請求項３】
前記陽極の電極が、前記被処理基板の裏面に前記陽極の非金属電極部材が面接触して前記被処理基板を保持する基板保持機構を有するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の陽極酸化装置。
【請求項４】
前記基板保持機構を有する陽極の電極の金属電極部材は、保持する被処理基板の裏面全面に対応した大きさを有するものであることを特徴とする請求項３に記載の陽極酸化装置。
【請求項５】
前記金属電極部材の材質が、銅、アルミニウム、白金のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の陽極酸化装置
【請求項６】
前記非金属電極部材の材質が、シリコン、炭素、導電性樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の陽極酸化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハに多孔質層を形成する際に用いられる陽極酸化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣカードなどに使用される薄膜半導体デバイスを製造する方法として、半導体ウェーハ表面に多孔質層を形成し、その多孔質層の表面に素子形成領域となる半導体膜を形成し、その半導体膜上に素子を形成した後に多孔質層で剥離して薄膜半導体デバイスを作製する方法がある。
【０００３】
この方法によれば、剥離により薄膜化を行うために、素子を形成した後の半導体ウェーハの裏面側（デバイスを作製する側とは反対側）を従来のように研削・研磨等で除去する必要がなく、その結果、材料ロスが少なく、削り屑などの廃棄物も低減できるため、環境面でのメリットが得られる。さらに、剥離後の半導体ウェーハを再利用することにより、使用するウェーハの枚数を減らすことができるため、製造コストを削減できるというメリットが大いに期待されている。
【０００４】
このような半導体ウェーハに多孔質層を形成する際には、製造コストや多孔度（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）の制御の容易性の観点から陽極酸化装置が用いられている。
陽極酸化装置を用いた多孔質層形成は、例えば、電解質溶液が満たされた槽内に被処理基板及び陽極と陰極の電極を浸漬させて、両電極間に電流を印加することにより、被処理基板が陽極酸化されて多孔質層が形成される。この際用いられる電極としては、通常、白金電極が用いられる。
【０００５】
このような陽極酸化装置において、被処理基板が浸漬又は接触する電解質溶液に上記のような金属電極が接触し、又、被処理基板に通電するために電極が直接接触する場合もあるため、被処理基板が金属汚染されてしまうという問題があった。また、デバイス形成後に低コストでかつ均一な剥離をするために面内分布が均一な多孔質層を、効率的に形成できる装置が求められていた。
上記のような汚染の問題に対して、特許文献１には、電解質溶液を基板表面に連続的に供給させながら陽極酸化を行うことで、電解質溶液は基板表面上で滞留することがないため、汚染を低減できる陽極酸化装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のような装置では、従来用いられていた装置とは構造等が異なるため、新たに専用の装置を作製する必要があり、コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体ウェーハに多孔質層を形成するための陽極酸化中に、被処理基板への汚染を簡易な方法で防止することができ、良質な多孔質層を効率的に形成することができる陽極酸化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、電解質溶液中で陽極と陰極の電極間で通電して前記電解質溶液中に配置された被処理基板に多孔質層を形成する陽極酸化装置であって、前記電極は少なくとも金属電極部材が非金属電極部材で覆われた構造を有するものであることを特徴とする陽極酸化装置を提供する。
【００１０】
このように、陽極酸化装置において、金属電極部材が非金属電極部材で覆われた構造を有する電極であれば、電解質溶液中に金属不純物が溶け出して、被処理基板が汚染されることを簡易な方法で効果的に防止することができる。また、内側に金属電極部材を有することで、電解質溶液及び被処理基板に、電流の損失が少なくかつ均一に通電することができるため多孔質層の形成効率が良い。このため、電極を基板に面接触させた場合には、汚染を防止しながら面内均一な多孔質層を効率的に形成することができる。また、被処理基板に電極を接触させる場合にも、非金属電極部材と接触するため基板に傷等が生じにくい。さらに、従来の装置に対して電極を交換するだけでよいので、本発明の装置は安価で構成できる。
以上より、本発明の陽極酸化装置によれば、基板の汚染を防止しながら、面内均一な多孔質層を簡易な方法で効率的に低コストで形成することができる。
【００１１】
このとき、前記陽極と陰極の電極が電解質溶液中に浸漬して配置されるものであって、前記電極は、少なくとも前記電極の電解質溶液中に浸漬される部分が前記非金属電極部材で覆われた構造を有するものであることが好ましい。
このように、少なくとも電解質溶液中に浸漬される部分が非金属電極部材で覆われていれば、金属電極部材は電解質溶液に直接には接触しないため、より確実に基板への金属汚染を防止することができる。
【００１２】
このとき、前記陽極の電極が、前記被処理基板の裏面に前記陽極の非金属電極部材が面接触して前記被処理基板を保持する基板保持機構を有するものであることが好ましい。
このような基板保持機構を有するものであれば、基板を保持した際に電極と面接触して電流が基板面内に均一に通電し、多孔質層をより面内均一かつ効率的に形成することができる。
【００１３】
このとき、前記基板保持機構を有する陽極の電極の金属電極部材は、保持する被処理基板の裏面全面に対応した大きさを有するものであることが好ましい。
このような大きさの金属電極部材であれば、被処理基板全面に均一な通電をより確実に行うことができるため、より効率的に面内均一な多孔質層を形成することができる。
【００１４】
前記金属電極部材の材質が、銅、アルミニウム、白金のいずれかとすることができる。
本発明の陽極酸化装置の電極の金属電極部材の材質としては、上記のいずれも用いることができる。
【００１５】
前記非金属電極部材の材質が、シリコン、炭素、導電性樹脂のいずれかであることが好ましい。
本発明の陽極酸化装置の電極の非金属電極部材の材質としては、上記のいずれかであれば、電解質溶液として用いられるＨＦ溶液等に対して耐性を有し、電流も良好に通すため好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の陽極酸化装置によれば、半導体ウェーハに多孔質層を形成する際に、簡易な方法で基板の汚染を防止することができ、基板に電極を接触させる場合にも汚染が生じず、面内均一な多孔質層を安価で効率的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の陽極酸化装置の陽極の実施態様の一例を示す（ａ）概略断面図と、（ｂ）概略側面図である。
【図２】本発明の陽極酸化装置の実施態様の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の陽極酸化装置の実施態様の他の例を示す構成図である。
【図４】本発明の陽極酸化装置の実施態様の他の例を示す構成図である。
【図５】被処理基板を電極として用いた場合の電源からの導線と基板との接続部を説明するための説明図である。
【図６】実施例、比較例において測定した陽極酸化処理後のウェーハ及び未処理のウェーハ中の白金濃度を示すグラフである。
【図７】実施例において測定した処理後のウェーハに形成された多孔質層の厚さの面内分布を示すグラフである。
【図８】比較例において測定した処理後のウェーハに形成された多孔質層の厚さの面内分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
従来、半導体ウェーハに多孔質層を形成する陽極酸化装置の電極として、電解質溶液として用いるＨＦ溶液等に耐性を有する白金電極等を用いていた。しかし、白金電極等の金属電極が浸漬されることで電解質溶液が汚染され、それにより基板も金属汚染されるという問題があった。また、被処理基板に電極を直接接触させて電流を流す構成の装置では、基板裏面全面に電極を接触させると金属汚染が大きく、さらには基板に傷も生じやすくなるため、電極を点接触させて基板への傷や直接的な汚染を低減させていた。しかし、この場合には形成される多孔質層の面内分布が悪くなってしまい、また、多孔質層形成の効率も悪くなってしまうことを、本発明者らが見出した。
【００１９】
上記のような問題に対して、単にカーボン等の非金属電極を用いた場合には、金属電極と比べて抵抗が大きいため電流の損失が大きく、また、被処理基板や電解質溶液への電流の流れが不均一になってしまうため、多孔質層の厚さや面内分布等の調節が困難となった。
そこで、本発明者らは、陽極酸化装置の電極を、金属電極部材を非金属電極部材で覆う構造とすることで、金属汚染の問題や、多孔質層の面内分布等の問題を同時に解決できることを見出して、本発明を完成させた。
【００２０】
以下、本発明の陽極酸化装置について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
本発明の陽極酸化装置は、電解質溶液中で陽極と陰極の電極間で通電して電解質溶液中に配置された被処理基板に多孔質層を形成する陽極酸化装置であって、電極は少なくとも金属電極部材が非金属電極部材で覆われた構造を有するものである。
【００２２】
このように、陽極酸化装置において、金属電極部材が非金属電極部材で覆われた構造を有する電極であれば、電解質溶液中に金属不純物が溶け出して、被処理基板が汚染されることを簡易な方法で効果的に防止することができる。また、内側に金属電極部材を有することで、電解質溶液及び被処理基板に、電流の損失が少なくかつ均一に通電することができるため多孔質層の形成効率が良い。このため、電極を基板に面接触させた場合には、汚染を防止しながら面内均一な多孔質層を効率的に形成することができる。また、被処理基板に電極を接触させる場合にも、非金属電極部材と接触するため基板に傷等が生じにくい。さらに、従来の装置に対して電極を交換するだけでよいので、本発明の装置は安価で構成できる。従って、低コストで陽極酸化処理をすることができる。
【００２３】
また、陽極酸化装置において、陽極と陰極の電極が電解質溶液中に浸漬して配置される際には、本発明の陽極酸化装置用の電極は、少なくとも電極の電解質溶液中に浸漬される部分が非金属電極部材で覆われた構造を有するものであることが好ましい。
このように、少なくとも電解質溶液中に浸漬される部分が非金属電極部材で覆われていれば、金属電極部材は電解質溶液に接触しないため、より確実に基板への金属汚染を防止することができる。
【００２４】
また、本発明の陽極酸化装置の陽極が、被処理基板の裏面に陽極の非金属電極部材が面接触して被処理基板を保持する基板保持機構を有するものであることが好ましい。
このような基板保持機構を有するものであれば、基板を保持した際に電極と面接触して電流が基板面内に均一に通電し、多孔質層をより面内均一に形成することができる。
【００２５】
このとき、基板保持機構を有する陽極の電極の金属電極部材は、保持する被処理基板の裏面全面に対応した大きさを有するものであることが好ましい。
このような大きさの金属電極部材であれば、被処理基板全面に均一な通電をより確実に行うことができるため、面内均一な多孔質層をより確実に形成することができる。
【００２６】
また、本発明の電極の金属電極部材の材質としては、特に限定されず、いずれのものも用いることができるが、銅、アルミニウム、白金のいずれかとすることができる。これらのものであれば、電極材料として汎用されている。
【００２７】
また、本発明の電極の非金属電極部材の材質としては、シリコン、炭素、導電性樹脂のいずれかであることが好ましい。
本発明の陽極酸化装置の電極の非金属電極部材の材質としては、上記のいずれかであれば、ＨＦ溶液等に対して耐性を有し、電流も良好に通すため好ましい。また、被処理基板に対して、電気特性を劣化させる不純物となりにくい。特に電極を基板と接触させる場合には、非金属電極部材が導電性樹脂であれば基板への傷もより確実に防止できる。
【００２８】
ここで、本発明の陽極酸化装置について図１、２を用いてより具体的に説明する。図１は、本発明の陽極酸化装置の陽極の実施態様の一例を示す（ａ）概略断面図と、（ｂ）概略側面図である。図２は、図１に示す陽極を用いた本発明の陽極酸化装置の実施態様の一例を示す概略図である。
図１に示すように、本発明の陽極酸化装置用電極の陽極１ａは、非金属電極部材１１として例えばシリコン単結晶を用いて、金属電極部材１０を非金属電極部材１１であるシリコン単結晶基板によって挟んで覆う構造となっている。ここで、陽極１ａの基板保持機構として、図１（ａ）に示すように被処理基板Ｗに対応した形状の凹部に被処理基板Ｗをはめ込み、キャリア１２によって三箇所で固定することができるようになっている。内部の金属電極部材１０の面積は被処理基板Ｗよりも大きいため基板Ｗ全面に均一に通電でき、そして、この金属電極部材１０は上部にある電源からの導線との接続部１５とつながっている。この接続部１５の材質としては、金属電極部材１０と同じ材質を用いることができる。ここで、金属電極部材１０の形状は特に限定されず、円形、格子状等の形状とすることができる。また、非金属電極部材１１としてシリコン単結晶を用いる場合は、抵抗率が数１０ｍΩｃｍ〜数１０ΩｃｍのＰ型またはＮ型のシリコン単結晶を用いることにより、被処理基板に所望の多孔質層を形成することができる。
【００２９】
そして、図２に示す本発明の陽極酸化装置２は、槽１３内にキャリア１２に固定された図１に示す陽極１ａと陰極１ｂとを配置して、被処理基板Ｗが完全に浸漬するくらいまで、例えばＨＦ溶液のような電解質溶液１４で槽１３を満たす。陰極１ｂとしては、上記した陽極１ａと同様の構造で、ただし基板保持するための凹部等を有さないものを用いることができる。これにより、陰極からの金属汚染もなくなる。また、キャリア１２や槽１３の材質としても、特に限定されず、電解質溶液に対して耐性を有する材質であればよく、例えばフッ素樹脂、塩化ビニル樹脂等を用いることができる。
図２に示すように電極を配置して、陽極１ａと陰極１ｂの両方の接続部１５を電源と接続して電流を流すことで、陽極に保持された被処理基板Ｗの陰極側に向いた表面に多孔質層が形成される。
【００３０】
ここで、本発明の陽極酸化装置は、図１、２の構造の装置に限定されず、例えば、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４に示すような構造の陽極酸化装置とすることができる。
図３（ａ）に示す陽極酸化装置は、陽極１ａと陰極１ｂを電解質溶液１４中に浸漬させて、陽極１ａと被処理基板Ｗを直接接触させて電流を流す構造である。当該構造は、図１、２と同様の構造である。この場合、少なくとも陽極１ａに金属電極部材が非金属電極部材で覆われた構造を有する本発明の電極が用いられるのが好ましい。両極とも本発明の電極とするのが尚好ましい。
【００３１】
また、図３（ａ）の構造では、被処理基板Ｗ自体を陽極１ａとして用いて、陰極１ｂのみに本発明の電極を用いることもできる。この場合は、被処理基板Ｗの上部を電源からの導線と接続する。この際の接続方法としては、例えば、図５に示すように、被処理基板Ｗの上部と金属接続部材２０とを両側からシリコン部材２１で挟み、そのシリコン部材２１の周りに保護ゴム２２を巻いて固定することができ、この保護ゴム２２は金属接続部材２０が電解質溶液に接触しないように保護する役割も有する。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示す陽極酸化装置は、陽極１ａ上に載置された被処理基板Ｗと槽をＯリング１６を介して固定し、陰極１ｂを電解質溶液１４中で被処理基板Ｗに対向配置させる構造である。このような構造の陽極酸化装置であれば、陽極１ａは電解質溶液に接触しないため、被処理基板Ｗと接触する面のみを非金属電極部材で覆うことも可能である。一方、陰極１ｂは、電解質溶液に浸漬されるため、本発明の金属電極部材が非金属電極部材で覆われた電極が用いられる。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示す陽極酸化装置は、陽極１ａと陰極１ｂの間に被処理基板Ｗが配置され、電解質溶液が反対側に移動できないように被処理基板ＷをＯリング１６を介して固定する構造である。この場合は、両電極１ａ、１ｂを本発明の陽極酸化装置用電極とする。
また、同様の構造で、多数枚の被処理基板Ｗを処理できるように、図４に示すように被処理基板Ｗを並べて配置することもできる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例、比較例）
図３（ａ）に示す構造の陽極酸化装置で実施例、比較例で各４枚のシリコンウェーハについて一枚毎に多孔質層を形成した。実施例で用いた電極は、陽極、陰極ともに金属電極部材として白金を用い、非金属電極部材としてシリコンを用い、図１、２に示す本発明の電極とした。比較例では、非金属電極部材を用いることなく、陽極、陰極ともに白金電極を用い、処理されるシリコンウェーハの中心から上に６０ｍｍの位置に、陽極の白金電極を点接触させた。
実施例、比較例での処理対象のシリコンウェーハは、直径６インチ（１５ｃｍ）、ｐ＋（０．０１〜０．０２Ωｃｍ）のＰＷ（Ｐｏｌｉｓｈｅｄ  Ｗａｆｅｒ）とした。
【００３５】
陽極酸化条件は、電解質溶液（ＨＦ：ＥｔＯＨ（エタノール）：Ｈ２Ｏ＝１：１：１）中で、電流１．７Ａ、７２０ｓｅｃで処理した。
上記処理で形成された多孔質層の厚さをウェーハ中心位置（０．０）と上下方向に３７．５（−３７．５）ｍｍ、６０．０（−６０．０）ｍｍの計５箇所で測定した。測定結果を図７（実施例）、図８（比較例）に示す。
また、上記処理されたウェーハ中の白金濃度を全溶解法で測定した。なお、参考として同条件の４枚のシリコンウェーハで陽極酸化されていない未処理のウェーハ中の白金濃度を全溶解法で測定した。測定結果を図６に示す。
【００３６】
図７、８から分かるように、同条件で陽極酸化したにも関わらず、形成された多孔質層の厚さが、比較例に比べて実施例では２倍以上厚く形成された。これは、実施例の単位面積当たりの電流密度を比較例に比べて大きくすることができたためと考えられる。また、図７に示すように、実施例では多孔質層の面内分布が良好であり、図８に示す比較例では、ウェーハの電極を点接触させた位置（ウェーハ中心から６０ｍｍ）の多孔質層が他の位置に比べて極端に厚くなり、面内分布が悪くなった。
また、図６に示すように、比較例ではウェーハ中の白金濃度が高くなってしまい、実施例では未処理のウェーハと同等で、実施例における処理によって汚染が生じていないことが分かる。
【００３７】
以上より、本発明の陽極酸化装置であれば、陽極酸化において、面内均一な多孔質層を金属汚染を防止しながら効率的に形成できることがわかった。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ…陽極、  １ｂ…陰極、  ２…陽極酸化装置、  １０…金属電極部材、
１１…非金属電極部材、  １２…キャリア、  １３…槽、
１４…電解質溶液、  １５…接続部、  １６…Ｏリング、
２０…金属接続部材、  ２１…シリコン部材、  ２２…保護ゴム、
Ｗ…被処理基板。
【図１】
2011026638.tif 000003
【図２】
2011026638.tif 000004
【図３】
2011026638.tif 000005
【図４】
2011026638.tif 000006
【図５】
2011026638.tif 000007
【図６】
2011026638.tif 000008
【図７】
2011026638.tif 000009
【図８】
2011026638.tif 000010