JP2000277483A - 表面処理装置 - Google Patents
表面処理装置Info
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Abstract
精度な表面処理を行うことができる表面処理装置を提供
する。 【解決手段】エッチングポット1の内部に、加熱された
エッチング液23が満たされるとともに、底面部にウエ
ハ7が外周部をシールした状態で支持され、上向きのウ
エハ7の被エッチング面がエッチング液23に接してい
る。治具加熱ヒータ19および加熱リング5により、エ
ッチングポット1におけるウエハ7の外周部が加熱され
る。エッチング後に、ポット1から熱源の治具加熱ヒー
タ19を熱的に切り離す。ウエハ7のエッチング条件に
応じて治具加熱ヒータ19による加熱温度が変えられ
る。
Description
表面にエッチング処理やメッキ処理等を行うための表面
処理装置に関し、例えば、半導体圧力センサや半導体加
速度センサ等を製造する際に用いると好適なものであ
る。
000個程度の凹部を水酸化カリウム等のエッチング液
を用いて形成し、圧力センサや加速度センサ等の半導体
センサを製造している。
は、一方の面50aが回路を構成している回路面となる
とともに他方の面50bがセンサ形状(即ち、凹部5
1)を作り込む被エッチング面となり、この被エッチン
グ面50bのマスクの形状を変えることでセンサの機能
に合った製品(凹部51)を作ることができる。詳しく
は、ウエハ50上の各チップ52は、図6に詳細を示す
ように、チップ中央が凹状に窪んだ圧力センサや、図7
に示すように、チップ中央に島状の膨らみを残してその
周りを彫り込んだ加速度センサ等、様々な形状があり、
これらは、マスク53を工夫し、水酸化カリウム等の異
方性エッチング液で溶かし込んで、空間(凹部)54を
持つ形状を作り込んでいる。
チップ断面の厚みt1の精度によって決まる。そのた
め、ウエハ50上の全てのチップ52の厚みt1が正確
に狙い値になるように高精度にエッチングする必要があ
る。
に、ウエハの回路面50aをエッチング治具55によっ
てエッチング液56から保護し、被エッチング面50b
がエッチング液56に接液するようにすることでエッチ
ング処理を行う。詳しくは、図示していない予備加熱装
置でエッチング温度に加熱されたエッチング液56を給
液口57から導入してエッチング治具55をエッチング
槽として使用する。また、エッチング治具55内のエッ
チング液56を攪拌翼58と加熱ヒータ59で精度良く
目的のエッチング温度に制御した状態に保ち、ウエハ5
0を目的の厚みt1になるまでエッチングする。所望の
厚みになると、給液口57から純水を導入して水洗し、
エッチング反応を止めることでエッチングを終了する。
変化を、図9に示す。縦軸をシリコン厚み(図6,7の
t1値)、横軸をエッチング時間として表すと、元のウ
エハの厚みから、目的の厚みに至るまでにウエハ面内で
のエッチング量バラツキが拡大し、最終的には、図10
に示すようなウエハ外周のエッチング量が少ない台形状
の分布となる。つまり、図10は、図11に示すよう
に、ウエハのオリエンテーションフラットに平行なる線
上においてエッチング量を測定した結果を示すものであ
る。この例では、エッチング量の面内バラツキ(最も深
い凹部のエッチング量−最も浅い凹部のエッチング量)
はエッチング量の2.7%となっている。
分)はエッチング液の温度に敏感であるため、ウエハ面
内の温度分布を反映するようなエッチング量の分布にな
るためである。
チング液を加熱することで、温度を維持する構成をとる
構造であるために、エッチング開始時に図8のエッチン
グ治具55に熱を取られて外周部(図8のX部)の温度
が下がり、また、エッチング中においてもエッチング治
具55の外周からの放熱により、やはりウエハ外周部の
温度が下がるために起こる。
に、エッチング治具55をエッチング温度になるまで恒
温槽60で加熱するような工程等を設けることや、エッ
チング治具55の放熱を低減するために肉厚を厚くする
等の対応を行っている。しかし、恒温槽60による加熱
は、加熱時間が1時間以上と長く、また、高温(例えば
110℃以上)のエッチング治具55を取り扱う必要も
あり、著しく生産性が低下する等の問題がある。また、
エッチング治具55の肉厚を増やす対策は、エッチング
停止時の冷却効果を阻害し、エッチング停止時のウエハ
面内厚さバラツキを増やす原因にもなる。このように、
これらの対策を総合的に講じても、ウエハ面内のエッチ
ング量のバラツキを、エッチング量の2.0%以下にす
ることは困難であった。
的は、ウエハ面内での表面処理バラツキを抑制して高精
度な表面処理を行うことができる表面処理装置を提供す
ることにある。
は、表面処理治具における半導体ウエハの外周部を加熱
する加熱手段を設けたことを特徴としている。この構成
を採用することにより、表面処理治具の底面部に半導体
ウエハが支持された状態で、加熱された表面処理液によ
り、上向きの半導体ウエハの被処理面を表面処理する際
に、加熱手段により、表面処理治具における半導体ウエ
ハの外周部に対し温度コントロールすることができ、ウ
エハ面内での所望の表面処理が行われる。例えば、半導
体ウエハの外周部に対し放熱に見合った熱量を供給し
て、ウエハ面内での均一なる表面処理を行うことができ
る。
バラツキを抑制して高精度な表面処理を行うことができ
ることとなる。ここで、請求項2に記載のように、表面
処理の開始前に、加熱手段を用いて表面処理治具を、表
面処理液の温度よりも所定温度だけ高く加熱するように
すると、表面処理の初期状態(例えばエッチング装置で
あれば、エッチング初期のウエハ面内のエッチング量の
分布)を高精度化できる。
後に、加熱手段の熱源を表面処理治具から熱的に切り離
すようにすると、表面処理の停止(例えば水洗)をすみ
やかに行うことができる。
ウエハの表面処理条件に応じて加熱手段による加熱温度
を変えるようにすると、ウエハ毎の表面処理の均一化
(例えばエッチング装置であれば、ウエハ毎の各チップ
の厚さ分布の均一化)を図ることができる。
の形態を図面に従って説明する。本実施形態は半導体ウ
エハとしてシリコンウエハを用い、シリコンウエハの各
チップに凹部を形成するためのエッチング装置に適用し
ており、エッチング液として110℃程度に加熱した水
酸化カリウムを用いている。各チップに凹部を形成する
ことにより図6の圧力センサや図7の加速度センサを作
ることができる。
エッチング装置の全体構成を示す。本エッチング装置は
表面処理治具としてのエッチングポット1を備えてお
り、図2には、そのエッチングポット1を拡大したもの
を示す。
7の被エッチング面をエッチング液23に接液可能に機
械的に保持し、かつ、給液・排液・加熱・攪拌を行うこ
とができる枚葉式エッチング装置であって、シリコンウ
エハ7の非エッチング面となる回路側からウエハ外周部
をシールするとともに、当該シール部に対しエッチング
開始前およびエッチング中に加熱手段としてのヒータ
(熱源)19および加熱リング(熱伝達部材)5により
加熱するようになっている。これにより、ウエハ面内の
エッチング量の分布を高精度化している。また、所望の
エッチング量になると、ポット1内に純水を注入してエ
ッチングを終了させる。
うに、エッチングポット1は、プレート状のウエハベー
ス2と、筒状のウエハリング3とを具備している。ウエ
ハベース2、ウエハリング3はテフロン、ポリプロピレ
ン等の断熱効果の高い材料よりなる。ウエハベース2の
中央部には貫通孔4が形成され、この貫通孔4の上側の
開口部には加熱リング5が配設されている。加熱リング
5は板状をなし、中央部には貫通孔6が形成されてい
る。また、加熱リング5は、熱伝導性に優れたステンレ
ス鋼やニッケル等の金属で製作されている。
5の上にはシリコンウエハ7が載置でき、加熱リング5
の上にシリコンウエハ7を配置した状態においてはウエ
ハ7の下面での外周部のみが加熱リング5と接触する。
また、ウエハ7の上にウエハリング3が一方の開口部を
下にした状態で配置される。つまり、シリコンウエハ7
が筒状のウエハリング3の下面開口部を塞ぐように配置
される。また、ウエハベース2におけるウエハ載置部
(加熱リング5の配置箇所)の外周側には凹部8が環状
に形成され、この凹部8にウエハリング3の突部9が嵌
合する。このように凹部8は位置合わせの機能を持つ。
さらに、ウエハベース2における凹部8の外周側(ウエ
ハ載置部の周囲)には、平坦なシール面S1が環状に形
成され、シール面S1には凹部10が環状に形成され真
空用ポケットとして機能する。
はウエハ形シールパッキン11が固定され、このパッキ
ン11はシリコンウエハ7の縁部上面をシールすべくウ
エハ形状に形抜きされている。ウエハ形シールパッキン
11により、ウエハリング3内に満たされるエッチング
液に対しシールすることができる。つまり、シールパッ
キン11は、ウエハベース2にシリコンウエハ7を載置
した状態でウエハリング3の下面とウエハ7の外周部と
を液密状態でシールするためのものである。また、ウエ
ハリング3における下面外周部には平坦なシール面S2
が環状に形成され、このシール面S2には凹部12が環
状に形成され真空用ポケットとして機能する。
ング3のシール面S2との間には、環状のX形パッキン
13が配置されている。そして、真空ポンプ等で凹部
(真空用ポケット)10,12内の空気を排出すること
でX形パッキン13が収縮してウエハベース2とウエハ
リング3とが引き寄せられ、シールパッキン11にてシ
リコンウエハ7の外周部をシールした状態で固定され
る。
図1に示すようにポット載置台14の上に載置される。
図3にはポット載置台14を示す。図3において、ベー
スブロック15の内部にはシリンダ収納室16が形成さ
れ、収納室16には昇降シリンダ17が配置されてい
る。昇降シリンダ17としては、例えばエヤーシリンダ
等が用いられる。昇降シリンダ17は可動ロッド18を
有し、ロッド18は上下方向に伸縮する。ロッド18に
は治具加熱ヒータ19が取り付けられている。この治具
加熱ヒータ19がベースブロック15に形成した孔20
内をOリング21にて気密を保持した状態で昇降するこ
とができるようになっている。
14の上にエッチングポット1を載置した状態におい
て、昇降シリンダ17により治具加熱ヒータ19が上動
すると、ヒータ19の上面が加熱リング5と接触する。
この状態では、ヒータ19の発する熱が加熱リング5を
通してウエハ7の非エッチング面での外周部に供給さ
れ、ポット1におけるウエハ外周部を加熱できる。な
お、治具加熱ヒータ19の上面中央部には断熱プレート
22が設けられ、この断熱プレート22により加熱リン
グ5との接触面以外の部位が加熱されないように保護し
ている。治具加熱ヒータ19は、コントローラ35によ
って目的の温度に制御される。
ッチング液23に対し、ウエハ形シールパッキン11に
よりシールされるとともにシリコンウエハ7の外周部が
マスク(保護)される。このようにエッチングポット1
の内部に、加熱されたエッチング液23が満たされると
ともに、ポット1の底面部に外周部をシールした状態で
シリコンウエハ7が支持され、上向きのシリコンウエハ
7の被エッチング面がエッチング液23に接する。
口部がキャップ24にて塞がれる。キャップ24には攪
拌翼25がOリング26にてシールされた状態で垂下さ
れ、モータ27の駆動により同攪拌翼25が回転してエ
ッチング液23を攪拌する。また、キャップ24には加
熱ヒータ28がOリング29にてシールされた状態で垂
下され、同ヒータ28にてエッチング液23が加熱され
る。さらに、キャップ24には温度センサ30がOリン
グ31にてシールされた状態で垂下され、温度センサ3
0にてエッチング液23の温度が検出される。そして、
エッチング中はエッチング液23が攪拌翼25により十
分攪拌され、温度調節器32により温度センサ30によ
る液温が所定の温度となるようにヒータ28が通電制御
される。
排液口34が形成され、給液口33および排液口34は
ユーティリティー(図示略)に接続されている。そし
て、給液口33を通してポット1内にエッチング液の給
液が行われるとともに、エッチング停止時の水洗液(純
水)を導入することができるようになっている。また、
排液口34を通してポット1内でオーバーフローした液
を排出することができる。
トローラ35により温度調節器32、モータ27、治具
加熱ヒータ19、昇降シリンダ17等が制御される。つ
まり、コントローラ35はウエハの加工条件(エッチン
グ温度、予備加熱時間、必要厚み等)を記憶するコンピ
ュータ等で構成され、生産管理装置として機能し、ウエ
ハのエッチング条件に応じてヒータ19を含めた加熱温
度を変える。本エッチング装置は、その他に、計測器等
の機器を含む。
の作用を説明する。コントローラ35(生産管理装置)
は予め登録してある製品・処理条件(エッチング温度、
必要厚み等)を選択し、ウエハのエッチング条件を決め
る等の処理準備をする。その後、図2のウエハベース2
とウエハリング3とを分解した状態から、ウエハベース
2に対し、シリコンウエハ7が、ローダ(図示略)によ
って被エッチング面が上向きになるように加熱リング5
の上に乗せられる。そして、ウエハリング3をかぶせ
て、図示していない真空ポンプなどで凹部(真空ポケッ
ト)10,12を排気する。これにより、X型パッキン
13が収縮し、ウエハベース2とウエハリング3を引き
寄せ、ウエハリング3に設けたウエハ縁面シール用のシ
ールパッキン11で、ウエハ7の縁面シール(マスキン
グ)が行われる。
って、このエッチングポット1を、図1に示すように、
ポット載置台14の上に搭載する。そして、キャップ2
4を昇降装置(図示略)によりエッチングポット1に降
ろし、さらに、シリンダ17の駆動により治具加熱ヒー
タ19を上動して加熱リング5に押しつける。この状態
で治具加熱ヒータ19を作動して治具加熱ヒータ19の
発する熱を加熱リング5を通してポット1でのウエハ7
の下面における外周部及びその近傍を、エッチング開始
時の液温度まで加熱する。このときの加熱温度はウエハ
のエッチング条件に応じたものである。
加熱リング5を介してポット1でのウエハ外周及びその
近傍をエッチング液23の初期温度と等しくなるように
予備加熱する。
を昇温した後、エッチング液供給装置(図示略)で温度
・濃度を調整したエッチング液を給液口33から給液す
る。そして、攪拌翼25をモータ27によって駆動し、
温度調節器32によって加熱ヒータ28の温度を制御す
ることで、エッチングポット1内のエッチング温度条件
を整える。そして、ウエハ7の被エッチング面がエッチ
ングされる。このエッチング中においても治具加熱ヒー
タ19により加熱リング5を介してポット1でのウエハ
7の外周部及びその近傍を保温する。このときの加熱温
度はウエハのエッチング条件に応じたものである。
リング5を介してポット1でのウエハ外周及びその近傍
を保温することにより、エッチング液23によるエッチ
ング中もウエハ外周部がエッチングポット1の放熱によ
り冷えるのが防止される。
エハ7における凹部(図6,7の符号54に相当)の底
面部での厚さ(図6,7のt1値)が所望の値になる
と、図1の昇降シリンダ17により治具加熱ヒータ19
を降下し、加熱リング5への熱供給を停止する。つま
り、エッチング後の洗浄の際は、エッチングポット1の
冷却効果を高めるために、治具加熱ヒータ19が昇降シ
リン17によって降下し、ベースブロック15内に格納
される。この作用により、治具加熱ヒータ19は冷却さ
れることなく、次サイクルのエッチングに備え加熱状態
を維持できる。
供給源(図示略)から図1の給液口33を通してエッチ
ングポット1内に洗浄液(純水)を導入してエッチング
液を希釈・冷却(水洗・冷却)を行いエッチングを速や
かに停止させる。供給された洗浄液とエッチング液の混
合液は排液口34から連続して排出される。
ともにモータ27を停止する。その後、図示していない
排液装置(エゼクタ等の真空排液装置等)を用いてエッ
チングポット1内の洗浄液を強制排液した後、先の逆動
作にてエッチングポット1を分解してウエハ7を取り出
して処理を完了する。
ポケット)10,12内の真空引きを止めて凹部10,
12内を大気圧にする。そして、キャップ24およびウ
エハリング3(シールパッキン11)を取り外して、エ
ッチング加工後のシリコンウエハ7を次工程に送る。
の結果を示す。つまり、上述したエッチング装置によ
り、エッチングを行った場合のウエハ面内でのエッチン
グ量の測定結果を示す。その結果、エッチング量の面内
バラツキ(最も深い凹部でのエッチング量−最も浅い凹
部でのエッチング量)はエッチング量の0.8%とな
り、従来のエッチング装置で製造したチップの厚み分布
精度に対し、ウエハ面内の厚みバラツキを1/3以下に
することができた。
ためには、エッチングポット1の予備加熱温度や時間管
理等、エッチング作業をそれぞれの製品毎に変えること
で対応する必要があり、煩雑な工程管理が必要であった
が、本装置により、1工程(1種類の装置)で全製品種
類を治具加熱ヒータ19の温度を自動設定することで対
応が可能となり、エッチング開始前に製品種類をコント
ローラ(生産管理装置)35に指示するだけで全自動化
することが可能となる。
する。 (イ)エッチングポット1の底面部にウエハ7が支持さ
れた状態で、加熱されたエッチング液23により上向き
のウエハ7の被エッチング面をエッチングする際に、治
具加熱ヒータ19および加熱リング5により、ポット1
におけるウエハ7の外周部に対し放熱に見合った熱量を
供給して、エッチング開始時およびエッチング中のウエ
ハ面内での温度分布を均一に安定化し、従来以上の高精
度エッチングを達成することができる。また、図12の
ごとくエッチング開始前にエッチング治具55を恒温槽
60で加熱したり、エッチング治具55の放熱を低減す
るために肉厚を厚くすることなく、ウエハの高精度なエ
ッチングを行うことができる。また、大がかりな搬送装
置を用いることもない。さらに、エッチング治具55の
放熱を低減するために肉厚を厚くする必要がないのでポ
ット1を従来より軽く、小さくできる。加えて、ウエハ
ベース2の中央部には貫通孔4(図2参照)が形成され
ているので、その分だけ軽くすることができる。
のバラツキを抑制して高精度なエッチングを行うことが
できる。 (ロ)エッチング後に、治具加熱ヒータ(熱源)19を
エッチングポット1から熱的に切り離すようにしたの
で、エッチング停止処理である水洗の速度を高めて同処
理をすみやかに行うことができる。 (ハ)ウエハ7のエッチング条件に応じて治具加熱ヒー
タ19および加熱リング5による加熱温度を変えるよう
にしたので、ウエハ毎の各チップの厚さの分布の均一化
を図ることができる。
ように実施してもよい。エッチングの開始前に、治具加
熱ヒータ19および加熱リング5を用いてポット1を、
エッチング液の温度よりも所定温度だけ高く加熱するよ
うにしてもよい。例えば、エッチング開始時の液温が1
10℃ならば20℃高い130℃にする。すると、エッ
チング初期のウエハ面内のエッチング量の分布を高精度
化できる。
度制御することができることを利用して、ウエハの元厚
の面内分布が凹形状であれば外周のエッチング速度を高
めるようにしたり、あるいは、ウエハの元厚の面内分布
が凸形状であれば外周のエッチングを遅くすることによ
り、エッチング量の分布をウエハの元厚分布に合わせて
制御する。このようにすると、更に高い厚み分布精度を
確保できる等、従来では得られない高い信頼性と生産性
が得られる。
付与しないエッチング装置であったが、電気化学ストッ
プエッチング(陽極酸化ストップ)機能を付加すれば更
に高精度化を図ることができることは言うまでもない。
の下面側に厚さセンサを配置し、この厚さセンサにより
ウエハのエッチング量をモニタしてエッチング終了点を
検出してもよい。このようにすると、ウエハ間の繰り返
し精度も含めて更に高精度化が可能となる。つまり、ウ
エハの外周のみを加熱すべく治具加熱ヒータ19の形状
をドーナツ状とし、ヒータ19の中心部に厚さセンサを
配置してもよい。あるいは、この厚さセンサを水平方向
に移動できるようにしてウエハ面内での各チップ(凹
部)のエッチング量を検出するようにしてもよい。
5(図1参照)による攪拌方式を例示したが、ポット1
自身を揺動してエッチング液の攪拌を行うようにしても
よい。
が、液を加熱し、ウエハ表面温度分布を均一にすること
で高品質を得る目的の表面処理装置に適用でき、金メッ
キ等の温度支配性の高い表面処理にも同様の効果が得ら
れる。
成図。
示す図。
示す図。
を示す図。
面図。
ウエハ、17…昇降シリンダ、19…治具加熱ヒータ、
23…エッチング液、35…コントローラ。
Claims (4)
- 【請求項1】 内部に、加熱された表面処理液が満たさ
れるとともに、底面部に半導体ウエハが外周部をシール
した状態で支持され、上向きの半導体ウエハの被処理面
が前記表面処理液に接する表面処理治具と、 前記表面処理治具における前記半導体ウエハの外周部を
加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする表面処
理装置。 - 【請求項2】 表面処理の開始前に、前記加熱手段を用
いて前記表面処理治具を、表面処理液の温度よりも所定
温度だけ高く加熱するようにした請求項1に記載の表面
処理装置。 - 【請求項3】 表面処理後に、加熱手段の熱源を表面処
理治具から熱的に切り離すようにした請求項1または2
に記載の表面処理装置。 - 【請求項4】 半導体ウエハの表面処理条件に応じて加
熱手段による加熱温度を変えるようにした請求項1〜3
のいずれか1項に記載の表面処理装置。
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-
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JP2023016896A (ja) * | 2019-12-26 | 2023-02-02 | サムス カンパニー リミテッド | 基板加熱ユニット、基板処理装置および基板処理方法 |
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