JP3912652B2 - 半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置、詳しくは半導体ウェーハの一面とエッチング液の液面とを接触させて、主に、このウェーハ一面だけをエッチングする半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハにおいては、例えばＬＴＯ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）仕様のもの、熱酸化膜仕様のもの、ＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）仕様のものなどがある。
ＬＴＯ品は、エッチングしたウェーハに低温酸化膜を被着し、鏡面となる側の面のＬＴＯ膜のみを片面エッチングで除去する。この後、エピタキシャル工程によりこの鏡面にエピタキシャル層が積層される。
熱酸化膜品は、エッチング後のウェーハＨＷを熱酸化膜で被覆し、片面エッチングを施して熱酸化膜を除去する。露出したシリコン面が鏡面研磨される。
ＩＧ品は、ＩＧ処理後の鏡面ウェーハＰＷに薄い熱酸化膜が形成されることがあり、この鏡面側の熱酸化膜が片面エッチングで除去される。
このように、各種のシリコンウェーハにあって、一面のみをエッチングして酸化膜などを除去することが行われていた。
【０００３】
従前において、このシリコンウェーハの一面をエッチングする場合、エッチングされる側の面、例えばＬＴＯ品では鏡面化されない側の裏面をフィルムで覆い、エッチング液に浸漬して、その表面から低温酸化膜を除去していた。すなわち、従来の片面エッチング法は、フィルム被着によるウェーハのエッチング液へのディッピングで行われていた。
しかしながら、この従前の片面エッチングでは、シリコンウェーハの非エッチング面のフィルム被覆工程と、エッチング後のフィルムの除去工程とが必要になる。その結果、作業工程数が増え、生産性が低下するという問題点があった。
【０００４】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば本願出願人が先に提出し、登録された特許第３１５９９６９号の「半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置」が知られている。
この従来技術は、エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、この液面の盛り上がり部分にシリコンウェーハの表面（一面）を接触させてエッチングし、この片面エッチング中、エッチング液から気化した蒸気を、シリコンウェーハの裏面側に回り込ませ、この回り込んだ蒸気により、シリコンウェーハの面取り部およびシリコンウェーハの外周部の裏面側をエッチングするとともに、このシリコンウェーハの外周部の裏面側に、Ｎ２ガスなどの不活性ガスを吹き付けてこの蒸気の回り込み量を制御するものである。これにより、片面エッチングの工程数が低減し、シリコンウェーハの生産性も高められる。しかも、ＬＴＯ品のエピタキシャル成長でのウェーハ外周部（面取り面）でのノジュール発生を防止するため、このウェーハ外周部の全体（裏面を含む）をきれいにエッチングすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術によれば、以下の問題が生じていた。
すなわち、(1) 従来の片面エッチングでは、このように片面エッチング中、エッチング液の蒸気を、このエッチング液から自然発生した蒸気の上昇気流にまかせてシリコンウェーハの裏面に回り込ませ、このシリコンウェーハの外周部の裏面側をエッチングする一方、シリコンウェーハの裏面側に不活性ガスを吹き付けて蒸気の回り込み量を制御する方法を採用していた。そのため、この蒸気によるシリコンウェーハの面取り部およびシリコンウェーハの外周部の裏面側のエッチング速度が若干低下し、その結果、片面エッチングのサイクルタイムが若干長くなっていた。
(2) しかも、このようにシリコンウェーハの裏面側に不活性ガスを吹き付けて単に蒸気の回り込み量を制御していただけであったので、シリコンウェーハの裏面側ではそのエッチングの境界があいまいとなり歪化していた。このことは、露出面が酸化膜で覆われたシリコンウェーハの場合において、ウェーハ裏面の酸化膜の外縁がはっきりしないという問題を生じさせていた。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、この発明は、半導体ウェーハの外周部の他面側のエッチング速度が高まり、エッチング工程のサイクルタイムを短縮させることができ、しかも半導体ウェーハの外周部の他面側で、エッチングの境界をシャープ化させることができる半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、半導体ウェーハの他面の外周部のエッチングを精密に行うことができる半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置を提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、生産性を低下させず、半導体ウェーハの裏面酸化膜およびウェーハ外周部（面取り面）の酸化膜を同時に除去することができる半導体ウェーハの片面エッチング方法を提供することを、その目的としている。
さらにまた、この発明は、確実でかつ均一な片面エッチングを施すことができる半導体ウェーハの片面エッチング装置を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、該液面の盛り上がり部分に半導体ウェーハの一面を接触させてエッチングし、該片面エッチング中、前記エッチング液から気化した蒸気を、半導体ウェーハの一面とは反対の面側に回り込ませ、該回り込んだ蒸気により、半導体ウェーハの外周部の他面側をエッチングする半導体ウェーハの片面エッチング方法において、前記半導体ウェーハの外周部の他面側で、負圧力を利用し、前記蒸気を半導体ウェーハの外周形状に沿って排気するとともに、前記半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付けて前記蒸気の回り込み量を制御することで、前記負圧力によって、前記蒸気および不活性ガスを半導体ウェーハの外周形状に沿って排気する半導体ウェーハの片面エッチング方法である。
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。また、この半導体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、エッチング液は限定されない。例えばＨＦ，ＨＦ：ＮＨ４Ｆなどが挙げられる。
【０００８】
エッチング液との接触による半導体ウェーハのエッチング速度は限定されない。例えば５０００〜１８０００オングストローム／分でもよい。好ましいエッチング速度は、６０００〜８０００オングストローム／分である。５０００オングストローム／分未満ではエッチングむら、例えば半導体ウェーハが酸化膜で覆われている場合、ウェーハ外周部に酸化膜が残る。また、１８０００オングストローム／分を超えるとオーバエッチングとなる。
片面エッチング時、半導体ウェーハは、半導体ウェーハの中心点を中心に回転してもよいし、しなくてもよい。ただし、回転した方が、半導体ウェーハの一面に均一にエッチング液を接触させることができるので好ましい。その場合、この半導体ウェーハの回転速度は限定されない。通常は１〜１０ｒｐｍである。
【０００９】
片面エッチングに要する時間は、エッチング品の品種およびエッチング液の濃度などにより異なる。例えば３０〜２５０秒間である。
エッチング中のエッチング液の温度も限定されない。例えば２５〜４５℃、好ましくは３４〜３６℃である。２５℃未満ではエッチングレートが低く、半導体ウェーハが酸化膜で覆われている場合には酸化膜が残ることがある。４５℃を超えると組成が変わり、酸化膜残りやオーバエッチとなるおそれがある。なお、この片面エッチング中、半導体ウェーハを揺動（水平方向に平行移動）させてもよい。揺動させる場合のウェーハ揺動量は８０〜１６０ｍｍ、好ましくは１１０〜１３０ｍｍである。８０ｍｍ未満ではエッチングむらが発生し、１６０ｍｍを超えるとオーバエッチにつながるおそれがある。この揺動により回転のみによる場合よりも均一なエッチングが可能となる。
【００１０】
エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、この液面の盛り上がり部分に、回転中の半導体ウェーハの一面を接触させる場合のエッチング液の吹き出し方向は、吹き出されたエッチング液により、液面を盛り上げることができる方向であれば限定されない。通常は液面に向かう方向である。
エッチング液の吹き出し流量も、吹き出されたエッチング液で液面を盛り上げることができる量であれば限定されない。
なお、この吹き出されるエッチング液は、完全なエッチング液でなくても、例えばこの液の一部分を構成する成分であってもよい。
【００１１】
ウェーハ一面上での、盛り上がり部への接触位置は限定されない。例えば、半導体ウェーハの一面の中心部でもよいし、その半導体ウェーハの外周部でもよい。これは、接触したエッチング液面が、エッチング液の表面張力により半導体ウェーハの一面の全体に広がるためである。しかも、半導体ウェーハは所定の回転速度で回転するため、その一面全域への広がり方はさらに良好となる。ただし、半導体ウェーハの中心部に盛り上がり部の中心位置を配置した方が、半導体ウェーハの他面へのエッチング液の回り込みを防いだり、半導体ウェーハを安定して回転させることができるので好ましい。
盛り上がった一部を含め、エッチング液の液面からはエッチング液の蒸気が大量に発生する。この蒸気を利用し、半導体ウェーハ外周部の面取り面および他面のエッチングを行う。
半導体ウェーハの外周形状に沿った蒸気の排気は、半導体ウェーハの外周部の全周にわたった方が好ましい。また、この負圧力の大きさは限定されない。例えば、１０リットル／分程度である。
半導体ウェーハの裏面側への蒸気の回り込み量を、不活性ガスの吹き出しにより制御する。これにより、半導体ウェーハの他面のエッチング範囲（外周縁からの半径方向内方への距離）を制御することができる。この蒸気の回り込みによりエッチングされる半導体ウェーハの他面の範囲は、任意に制御可能である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記半導体ウェーハは、その一面に酸化膜を有する請求項１に記載の半導体ウェーハの片面エッチング方法である。
酸化膜の種類は限定されない。例えば熱酸化膜などが挙げられる。
酸化膜の厚さも限定されない。通常、５０００〜６０００オングストロームである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、エッチング液が貯留されるエッチング槽と、該エッチング槽の上方に配置され、半導体ウェーハを保持するウェーハ保持手段と、保持された半導体ウェーハの表裏面を水平にした状態で、前記エッチング槽内のエッチング液面に半導体ウェーハの一面が接触可能な高さ位置まで半導体ウェーハを下降可能なウェーハ昇降手段とを備え、前記ウェーハ保持手段が、半導体ウェーハの一面とは反対側の面の中心部を吸着するウェーハ保持体を有した半導体ウェーハの片面エッチング装置において、前記半導体ウェーハの外周部の他面側には、前記エッチング液から気化して半導体ウェーハの外周部の他面側へ回り込んだ蒸気を、前記半導体ウェーハの外周形状に沿って排気する環状の排気流路が内部形成された排気流路形成体を設け、該排気流路形成体に、前記排気流路を通して、前記半導体ウェーハの外周部の他面側に達した蒸気を排気する負圧力発生手段を連結し、前記ウェーハ保持体より半導体ウェーハの半径方向の外側に鍔部を設け、該鍔部は、半導体ウェーハの吸着側の面との間で、該半導体ウェーハの吸着側の面の外周部側へ不活性ガスを送り出すガス送出用隙間を形成するとともに、該ガス送出用隙間より半径方向の外側には半導体ウェーハの外縁を配置し、前記負圧力発生手段の負圧力により、前記ガス送出用隙間を通過した不活性ガスを、前記半導体ウェーハの外周形状に沿って前記蒸気とともに排気する半導体ウェーハの片面エッチング装置である。
【００１４】
ウェーハ保持手段の半導体ウェーハの保持形式は限定されない。例えば、吸引により半導体ウェーハを吸着保持してもよい。
ウェーハ昇降手段は、半導体ウェーハを水平状態のまま、半導体ウェーハを昇降可能な機構であればよい。半導体ウェーハ表面を水平に昇降させることは、言い換えれば、静止状態のエッチング液の液面に対して、半導体ウェーハを平行に保持した状態で昇降させることを意味する。
ウェーハ保持体の形状は、例えば板状でも、ブロック状でもよい。半導体ウェーハの接触面に、例えば外設の空気吸引装置に接続される吸引孔が形成されていればよい。
【００１５】
排気流路形成体の形状、大きさは限定されない。例えば、半導体ウェーハの外周部を外方から覆う円形のリングカバーでもよい。また、この排気流路は、排気流路形成体の内部を洞穴形状に掘削することで形成してもよいし、例えば請求項３の場合では、半導体ウェーハの片面エッチング装置の組み立て時、排気流路形成体の内面と鍔部の外面との間に画成してもよい。
負圧力発生手段の構成は限定されない。例えば、ダイヤフラムポンプなどを採用することができる。
【００１６】
不活性ガスとしては、例えばＮ ２ ガスなどが使用される。この不活性ガスの供給量は限定されない。通常、１〜１０リットル／分前後である。
ここでいう鍔部は、半導体ウェーハの吸着側の面の外周部側へ不活性ガスを送り出すガス送出用隙間を形成するものである。不活性ガスの半導体ウェーハの外周部への送出により、蒸気の、半導体ウェーハの吸着側の面の外周部を超えて半導体ウェーハの中心部に向かう回り込み量を制御する。ガス送出用隙間は、半導体ウェーハ外縁よりも半径方向の内側にあるので、この回り込み量の制御が容易になる。
ガス送出用隙間の大きさは限定されない。通常、０．５〜２．０ｍｍである。
不活性ガスをガス送出用隙間に供給するガス供給口は、鍔部に設けてもよいし、ウェーハ保持体に設けてもよい。鍔部に設ける場合には、例えば鍔部をウェーハ保持体に水平回転自在に取り付ける一方、このガス供給口に不活性ガス供給装置から延びたガス供給管を連結してもよい。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記エッチング槽内に、エッチング液を吹き出してエッチング液面を盛り上げる吹き出しノズルを設け、前記ウェーハ昇降手段に、半導体ウェーハを水平に保持した状態で回転させるウェーハ回転部を設けた請求項３に記載の半導体ウェーハの片面エッチング装置である。
エッチング液の吹き出しノズルの設置位置は、エッチング槽内の液面下であれば限定されない。すなわち、エッチング槽の下部または中央部だけでなく、液面付近でもよい。
ウェーハ回転部の構造は限定されない。モータなどの駆動源により半導体ウェーハを所定速度で水平回転することができればよい。
【００１８】
【作用】
この発明によれば、半導体ウェーハの一面とエッチング液の液面とを接触させる片面エッチング時、エッチング液面からは、常時、揮発性の高いエッチング成分（例えばＨＦ）が気化している。そこで、この片面エッチング中、蒸気を半導体ウェーハの他面側に回り込ませる。こうしてこの回り込んだ蒸気を、エッチング液が接触していない半導体ウェーハの他面の外周部に接触させる。その結果、面取り部および他面外周縁を蒸気を用いてエッチングすることができる。これにより、生産性を低下させず、半導体ウェーハの一面とその外周部近傍部分のエッチングを行うことができる。
【００１９】
しかも、この半導体ウェーハの外周部の他面側では、負圧力を利用し、エッチング液から発生した蒸気を半導体ウェーハの外周部に沿って排気する。そのため、従来の片面エッチング時のように、エッチング液から自然発生した蒸気の上昇気流にまかせて半導体ウェーハの他面をこの蒸気でエッチングする場合に比べ、この蒸気の流速がはやまり、半導体ウェーハの外周部の他面側と接触する蒸気の量が増える。これにより、半導体ウェーハの外周部の他面側のエッチング速度も高まり、その結果、エッチング工程のサイクルタイムを短縮することができる。
また、従来では、半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付け、蒸気の回り込み量を単に制御していただけであった。これに対し、この発明は蒸気を半導体ウェーハの外周部に沿って強制的に排気するため、半導体ウェーハの外周部の他面側の全域において、エッチングの境界をシャープにすることができる。
しかも、片面エッチング時に半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付け、蒸気の回り込み量を制御するので、半導体ウェーハの他面側の外周部のエッチングを精密に行うことができる。
【００２０】
また、請求項４の発明によれば、吹き出しノズルを介して、エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、この液面の盛り上がり部分に、ウェーハ回転部により回転中の半導体ウェーハの一面を接触させる。その際、仮にこの接触部分が半導体ウェーハの一面の一部分であっても、エッチング液の表面張力により、このエッチング液が半導体ウェーハの一面全体に良好に広がる。これにより、確実でかつ均一な片面エッチングが行える。しかも、半導体ウェーハが回転しているため、半導体ウェーハの一面全体へのエッチング液の広がりはさらに良好となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置に組み込まれたウェーハ保持手段の要部を拡大して示す縦断面図である。図２は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置の駆動系を模式的に示す斜視図である。図３は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置の全体構成を示す縦断面図である。
【００２２】
図２において、１０は半導体ウェーハの片面エッチング装置（以下、片面エッチング装置１０）であり、このエッチング装置１０はブース１０２内にセットされている。この片面エッチング装置１０は、エッチング槽１１と、ウェーハ保持手段１２と、ウェーハ昇降手段１３とを備えている。ブース１０２内でエッチング槽１１に隣接してウェーハの乾燥を行うスピン乾燥装置１０３が配設されている。
図１および図２に示すように、エッチング槽１１には、エッチング液（ＨＦ：ＮＨ４Ｆ＝２：１）がこの槽上部まで貯留されている。ウェーハ保持手段１２は、このエッチング槽１１の上方に配置され、例えば厚さ６２５μｍ、直径６インチのシリコンウェーハＷを水平に保持することができる。ウェーハ昇降手段１３は、このウェーハ保持手段１２に設けられ、ウェーハの表面を水平状態に保ったままシリコンウェーハＷを昇降させる。なお、シリコンウェーハＷの表裏面は５７００オングストロームの熱酸化膜（ＬＴＯ膜）Ｗａにより覆われている。
【００２３】
図３に示すように、このエッチング槽１１は、分離された内槽１１Ａと外槽１１Ｂとから構成されている。内槽１１Ａの底面の中心部には、エッチング液を真上に吹き出して、液面を所定高さまで盛り上げる吹き出しノズル１４が設けられている。吹き出しノズル１４には、循環用パイプ１５ａを介して、内槽１１Ａからオーバフローして外槽１１Ｂに排出されたエッチング液を導出し、このエッチング液をフィルタリングして、吹き出しノズル１４から内槽１１Ａ内へ戻す液循環装置１５が接続されている。
循環用パイプ１５ａには、上流側から順番に、流量計１５Ｃ、循環ポンプ１６、フィルタ１７が接続されている。さらに、この循環用パイプ１５ａの途中にはフィルタを介在させることもできる。この循環ポンプ１６は、エッチング液を吹き出しノズル１４から０．５〜５．０リットル／分で吹き出すことができるポンプである。
また、このエッチング液を一定温度とするため、エッチング槽１１にはエッチング液の温度調整装置１００が配設されている。内槽１１Ａからオーバフローして外槽１１Ｂに排出されたエッチング液は温度調整装置１００を介して外槽１１Ｂに循環して供給される。温度調整装置１００はこのエッチング液のパイプに近接して温調用コイル１０１を配設してある。温調用コイル１０１とエッチング液との間で熱交換を行わせることにより、エッチング液を一定温度に調整するものである。
【００２４】
次に、図１および図２を参照して、ウェーハ保持手段１２およびウェーハ昇降手段１３を詳細に説明する。まず、ウェーハ昇降手段１３を説明する。
ウェーハ昇降手段１３は、垂直な回転軸１８と、この回転軸１８を先端に回転自在に支持する水平アーム１９と、この水平アーム１９の基端を上下動自在に支持する走行体４０とを有している。走行体４０はブース１０２の長手方向に走行自在であって、前記エッチング槽１１とスピン乾燥装置１０３との間でウェーハの受け渡しを行う。水平アーム１９は走行体４０により上下動自在に支持されており、その内部には回転軸１８を回転させる回転モータ（ウェーハ回転部）などが内蔵されている。すなわち、この回転モータによりシリコンウェーハＷは所定の回転数で水平回転される構成である。
この回転軸１８の下端には、前記ウェーハ保持手段１２が連結されている。
ウェーハ保持手段１２は、回転軸１８の下端に設けられた円盤状のウェーハ保持体２１と、回転軸１８に外挿されたブロック体２２と、このブロック体２２の下端面に固着された鍔部２３とを有している。鍔部２３は、このウェーハ保持体２１よりウェーハ半径方向の外側において、シリコンウェーハＷの上面との間で、ウェーハ裏面の外周部側へＮ２ガス（不活性ガス）を送り出すガス送出用隙間ａを形成している。
【００２５】
ウェーハ保持体２１は厚肉な円盤である。その下面には、シリコンウェーハＷの下向きの表面（一面）とは反対側の裏面（他面）の中心部を吸着する複数の円弧状長孔を環状に連結した吸着孔２１ｂが形成されている。この吸着孔２１ｂは、外設のバキューム装置と、回転軸１８の各軸心に穿たれた吸引孔１９ｂを介して連通されている。したがって、バキューム装置の作動により発生した負圧力で、ウェーハ保持体２１の下面にシリコンウェーハＷが吸着・保持される。
また、ブロック体２２は下端開口の円筒体であり、回転軸１８への外挿部である内筒部２２ａと、鍔部２３が固着される外筒部２２ｂと、これらの筒部２２ａ，２２ｂの各上端部同士を連結する円環板２２ｃとから構成されている。
【００２６】
この内筒部２２ａは、ライナ２４を介して、ウェーハ保持体２１の上面に固着されている。
また、外筒部２２ｂには、ブロック体２２の内部空間へＮ２ガスを供給するガス孔２２ｄが穿孔されている。このガス孔２２ｄには、ガスパイプからガスが供給可能になっている。これにより、Ｎ２ガス供給源からのＮ２ガスが、ガスパイプおよびガス孔２２ｄを介して内部空間に供給される。このＮ２ガスの供給は、図外の制御手段により制御される。ただし、このＮ２ガスは片面エッチング時に必ずしも供給しなくてもよい。
この内部空間はガス送出用隙間ａと連通しており、ガス孔２２ｄにはＮ２ガスが供給される。ブロック体２２は、回転軸１８の外ねじに螺着された止めナットによって、軸の軸線方向へのガタつきがなく外挿されている。
一方、前記鍔部２３は、図示しない埋め込みピンを介して、このブロック体２２に着脱可能に固着されている。なお、この鍔部２３の下面と、ウェーハ保持体２１に吸着されたシリコンウェーハＷの上側配置された裏面との間に形成されたガス送出用隙間ａは、例えば０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍに調整可能である。また、この鍔部２３は、その先端からシリコンウェーハＷの外周部が突出する長さｂが１〜２０ｍｍとなるように設計されている。
【００２７】
この鍔部２３の上部には、エッチング液から気化してシリコンウェーハＷの外周部の裏面側へ回り込んだ蒸気と、ガス送出用隙間ａを介してシリコンウェーハＷの外周部に達したＮ２ガスとを、シリコンウェーハＷの外周部に沿ってそれぞれ排気するために利用される、平面して円形のリング状を有する円形フード（排気流路形成体）３０がボルトにより締結されている。このボルト締結時、鍔部２３の外周面と円形フード３０との間には、蒸気およびＮ２ガスをシリコンウェーハＷの外周部に沿ってそれぞれ排気する環状の排気流路３１が形成される。
円形フード３０は、鍔部２３の厚肉な内周部に外嵌される内筒部３０ａと、外径がシリコンウェーハＷの直径と略同じである外筒部３０ｂと、これらの筒部３０ａ，３０ｂの各上端部同士を連結する円環板３０ｃとから構成されている。前記排気流路３１は、この円環板３０ｃの内側に形成されている。外筒部３０ｂの内周面は、外筒部３０ｂの外周面の下縁に向かって徐々に下方傾斜している。これに対向配置された鍔部２３の外周面との間に、シリコンウェーハＷの外周部に達した蒸気およびＮ２ガスを排気流路３１に導く傾斜した吸引隙間ｃが、片面エッチング装置１０の軸線を中心とした全周にわたって形成されている。この吸引隙間ｃの大きさは約１ｍｍ、シリコンウェーハＷと外筒部３０ｂの下縁との外周隙間ｄの大きさは約１〜２ｍｍである。
【００２８】
円環板３０ｃには、その周方向に向かって１２０度ごとに合計３つの貫通孔が形成されている。これらの貫通孔には、排気流路３１の内部まで達した蒸気およびＮ２ガスを外部に排気する排気ノズル３２の下端部がそれぞれ嵌着されている。各排気ノズル３２は、外設された負圧力発生装置３３の吸気側に連結されている。すなわち、負圧力発生装置３３を作動させると、各排気ノズル３２を介して排気流路３１の内部が負圧化する。これにより、シリコンウェーハＷの外周部から外周隙間ｄを通過してその裏面側に回り込み、この面取り部および外周部の裏面側をエッチング終了した蒸気と、前記ガス送出用隙間ａを通ってシリコンウェーハＷの外周部に到達したＮ２ガスとが、吸引隙間ｃおよび排気流路３１を経てシリコンウェーハＷの外周部の全域から、身近な３本の前記排気ノズル３２を通ってそれぞれ排気される。また、この負圧力発生装置３３の代わりに、前記バキューム装置を兼用してもよい。負圧力発生装置３３と各排気ノズル３２とを連結する連結管の途中には、負圧力発生装置３３の保護のため、ドレンポットを連結した方が好ましい。
【００２９】
次に、この発明の一実施例に係る片面エッチング装置１０を用いた片面エッチング方法を説明する。
図１および図２に示すように、あらかじめ負圧力発生装置３３およびバキューム装置を作動させる。このバキューム装置により発生した負圧で、ウェーハ保持体２１の一面にシリコンウェーハＷを吸着・保持する。その後、回転モータによりシリコンウェーハＷを１〜１０ｒｐｍで回転しながら、回転軸１８を下方へ突出させ、シリコンウェーハＷを水平状態のまま、エッチング槽１１の開口部からその槽内の内部空間へ徐々に挿入する。この際、停止したシリコンウェーハＷの、エッチング液面からシリコンウェーハＷの下面までの高さは例えば５〜３０ｍｍである。
【００３０】
次いで、循環ポンプ１６の作動により、吹き出しノズル１４からエッチング液面に向かって５〜３０リットル／分でエッチング液を吹き出す。これにより、内筒部１１Ａに貯留されたエッチング液の中心部の液面が５〜３０ｍｍだけ盛り上がる。よって、この盛り上がり部分が、液面上方に水平保持されたシリコンウェーハＷの鏡面仕上げされた側の一面の中心部に接触する。
この際、エッチング液の表面張力で、エッチング液がシリコンウェーハＷの一面全域に広がって落下する。これにより、シリコンウェーハＷの一面側の熱酸化膜Ｗａが、確実にかつ均一に除去される。しかも、片面エッチング中、シリコンウェーハＷは回転モータにより水平回転している。したがって、シリコンウェーハＷの表面側の熱酸化膜Ｗａ全体へのエッチング液の広がりはさらに良好となる。その結果、ウェーハ表面の熱酸化膜Ｗａの除去効果が高まる。
【００３１】
また、エッチング槽１１内のエッチング液面からは、常時、揮発性の高いエッチング成分が気化している。これは、シリコンウェーハＷの表面に接触後、表面張力によってウェーハ半径方向へと広がり、落下するエッチング液の場合も同様である。その結果、図１の部分拡大図に示すように、エッチング液の液面から揮発した蒸気（エッチング蒸気）が、シリコンウェーハＷの裏面側へと回り込む。
その回り込んだ蒸気により、シリコンウェーハＷの外周部を被う熱酸化膜Ｗａが除去される。これにより、生産性を低下させることなく、片面エッチングと同時に、面取り部の熱酸化膜Ｗａのエッチングをも行うことができる。
回り込んだ蒸気の一部は、ガス送出用隙間ａからブロック体２２の内部空間に流れ込もうとする。しかしながら、この片面エッチング中、常時、ガス孔２２ｄから供給されたＮ２ガスが、１〜１０リットル／分の流量でガス送出用隙間ａから外部へと流れ出ている。そのため、このようなエッチング成分を含む蒸気の、ウェーハ中心部側への過剰な回り込みが防止される。
しかも、シリコンウェーハＷの外周部の裏面側に回り込んでシリコンウェーハＷの面取り部および外周部の裏面側をエッチングした蒸気と、前記ガス送出用隙間ａを経てシリコンウェーハＷの外周部に達したＮ２ガスとは、負圧力発生装置３３の作動により負圧化した排気流路３１を介して、シリコンウェーハＷの外周部の全域から各排気ノズル３２を通過してそれぞれ排気される。このときの排気量は約１０リットル／分である。
【００３２】
その結果、ウェーハ裏面の熱酸化膜Ｗａは、ウェーハ外周部を除き、片面エッチング処理後も残る。この場合、Ｎ２ガスの吹き出し量を調整することにより、シリコンウェーハＷの裏面側への蒸気の回り込み量を調整することができる。しかもこれだけではなく、この一実施例では、従来の片面エッチングのように、エッチング液から自然発生した蒸気の上昇気流にまかせてシリコンウェーハＷの裏面側をガスエッチングするのではなく、負圧力により蒸気を強制的に排気してガスエッチングするので、蒸気の流速がはやまり、シリコンウェーハＷの裏面と接触する蒸気の総量が増える。これにより、シリコンウェーハＷの外周部の裏面側のエッチング速度が高まる。この結果、エッチング工程のサイクルタイムを短縮することができる。
また、従来はシリコンウェーハの裏面側に不活性ガスを吹き付けて単に蒸気の回り込み量を制御していただけであった。これに対し、ここでは前述したように蒸気およびＮ２ガスをシリコンウェーハＷの外周部に沿って強制的に排気するので、シリコンウェーハＷの外周部の裏面の略全域において、エッチングの境界をシャープ化することができる。
【００３３】
実際、この一実施例の片面エッチング装置１０を利用し、外周隙間ｄが１．８ｍｍで６インチウェーハに片面エッチングを実施した。強制排気をしない従来法では、シリコンウェーハＷの外周部の裏面側の熱酸化膜Ｗａの除去に約９０秒かかった。この際、エッチングの境界、すなわち熱酸化膜Ｗａの外周ラインも歪んでいた。これに対し、負圧力発生装置３３を作動して強制排気（約１０リットル／分）を行ったところ、熱酸化膜Ｗａの除去時間が６０秒以下まで短縮した。しかも、エッチングの境界がウェーハ外周と略同心円のシャープな円形ラインとなった。この結果は、Ｎ２ガスの供給を停止し、同様の試験を行ったときでも同じであった。ただし、Ｎ２ガスを供給した方が、熱酸化膜Ｗａの境界のシャープさが良好となった。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体ウェーハの外周部の他面側で、エッチング液から発生した蒸気を負圧力を利用し、半導体ウェーハの外周部に沿って排気するので、半導体ウェーハの外周部の他面側のエッチング速度が高まり、エッチング工程のサイクルタイムを短縮させることができる。しかも、半導体ウェーハの外周部の他面側において、エッチングの境界をシャープにすることができる。
しかも、半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付けて前記蒸気の回り込み量を制御するので、半導体ウェーハの他面の外周部のエッチングを精密に行うことができる。
【００３５】
また、請求項２の発明によれば、半導体ウェーハの一面が酸化膜により覆われているので、生産性を低下させず、半導体ウェーハの裏面酸化膜およびウェーハ外周部の酸化膜を同時に除去することができる。
【００３６】
さらに、請求項４の発明によれば、エッチング液面を盛り上げて、この部分を半導体ウェーハの一面に接触させるようにしたので、半導体ウェーハの一面全体に、接触したエッチング液を良好に広げることができ、確実でかつ均一な片面エッチングを施すことができる。
また、片面エッチング中、半導体ウェーハを回転させるので、半導体ウェーハの一面全体へのエッチング液の広がりをより良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置に組み込まれたウェーハ保持手段の要部を拡大して示す縦断面図である。
【図２】 この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置の駆動系を模式的に示す斜視図である。
【図３】 この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置の全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体ウェーハの片面エッチング装置、
１１ エッチング槽、
１２ ウェーハ保持手段、
１３ ウェーハ昇降手段、
１４ 吹き出しノズル、
２１ ウェーハ保持体、
２３ 鍔部、
３０ 円形フード（排気流路形成体）、
３１ 排気流路、
３３ 負圧力発生装置（負圧力発生手段）、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
Ｗａ 熱酸化膜、
ａ ガス送出用隙間。
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置、詳しくは半導体ウェーハの一面とエッチング液の液面とを接触させて、主に、このウェーハ一面だけをエッチングする半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハにおいては、例えばＬＴＯ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）仕様のもの、熱酸化膜仕様のもの、ＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）仕様のものなどがある。
ＬＴＯ品は、エッチングしたウェーハに低温酸化膜を被着し、鏡面となる側の面のＬＴＯ膜のみを片面エッチングで除去する。この後、エピタキシャル工程によりこの鏡面にエピタキシャル層が積層される。
熱酸化膜品は、エッチング後のウェーハＨＷを熱酸化膜で被覆し、片面エッチングを施して熱酸化膜を除去する。露出したシリコン面が鏡面研磨される。
ＩＧ品は、ＩＧ処理後の鏡面ウェーハＰＷに薄い熱酸化膜が形成されることがあり、この鏡面側の熱酸化膜が片面エッチングで除去される。
このように、各種のシリコンウェーハにあって、一面のみをエッチングして酸化膜などを除去することが行われていた。
【０００３】
従前において、このシリコンウェーハの一面をエッチングする場合、エッチングされる側の面、例えばＬＴＯ品では鏡面化されない側の裏面をフィルムで覆い、エッチング液に浸漬して、その表面から低温酸化膜を除去していた。すなわち、従来の片面エッチング法は、フィルム被着によるウェーハのエッチング液へのディッピングで行われていた。
しかしながら、この従前の片面エッチングでは、シリコンウェーハの非エッチング面のフィルム被覆工程と、エッチング後のフィルムの除去工程とが必要になる。その結果、作業工程数が増え、生産性が低下するという問題点があった。
【０００４】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば本願出願人が先に提出し、登録された特許第３１５９９６９号の「半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置」が知られている。
この従来技術は、エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、この液面の盛り上がり部分にシリコンウェーハの表面（一面）を接触させてエッチングし、この片面エッチング中、エッチング液から気化した蒸気を、シリコンウェーハの裏面側に回り込ませ、この回り込んだ蒸気により、シリコンウェーハの面取り部およびシリコンウェーハの外周部の裏面側をエッチングするとともに、このシリコンウェーハの外周部の裏面側に、Ｎ２ガスなどの不活性ガスを吹き付けてこの蒸気の回り込み量を制御するものである。これにより、片面エッチングの工程数が低減し、シリコンウェーハの生産性も高められる。しかも、ＬＴＯ品のエピタキシャル成長でのウェーハ外周部（面取り面）でのノジュール発生を防止するため、このウェーハ外周部の全体（裏面を含む）をきれいにエッチングすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術によれば、以下の問題が生じていた。
すなわち、(1) 従来の片面エッチングでは、このように片面エッチング中、エッチング液の蒸気を、このエッチング液から自然発生した蒸気の上昇気流にまかせてシリコンウェーハの裏面に回り込ませ、このシリコンウェーハの外周部の裏面側をエッチングする一方、シリコンウェーハの裏面側に不活性ガスを吹き付けて蒸気の回り込み量を制御する方法を採用していた。そのため、この蒸気によるシリコンウェーハの面取り部およびシリコンウェーハの外周部の裏面側のエッチング速度が若干低下し、その結果、片面エッチングのサイクルタイムが若干長くなっていた。
(2) しかも、このようにシリコンウェーハの裏面側に不活性ガスを吹き付けて単に蒸気の回り込み量を制御していただけであったので、シリコンウェーハの裏面側ではそのエッチングの境界があいまいとなり歪化していた。このことは、露出面が酸化膜で覆われたシリコンウェーハの場合において、ウェーハ裏面の酸化膜の外縁がはっきりしないという問題を生じさせていた。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、この発明は、半導体ウェーハの外周部の他面側のエッチング速度が高まり、エッチング工程のサイクルタイムを短縮させることができ、しかも半導体ウェーハの外周部の他面側で、エッチングの境界をシャープ化させることができる半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、半導体ウェーハの他面の外周部のエッチングを精密に行うことができる半導体ウェーハの片面エッチング方法およびその装置を提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、生産性を低下させず、半導体ウェーハの裏面酸化膜およびウェーハ外周部（面取り面）の酸化膜を同時に除去することができる半導体ウェーハの片面エッチング方法を提供することを、その目的としている。
さらにまた、この発明は、確実でかつ均一な片面エッチングを施すことができる半導体ウェーハの片面エッチング装置を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、該液面の盛り上がり部分に半導体ウェーハの一面を接触させてエッチングし、該片面エッチング中、前記エッチング液から気化した蒸気を、半導体ウェーハの一面とは反対の面側に回り込ませ、該回り込んだ蒸気により、半導体ウェーハの外周部の他面側をエッチングする半導体ウェーハの片面エッチング方法において、前記半導体ウェーハの外周部の他面側で、負圧力を利用し、前記蒸気を半導体ウェーハの外周形状に沿って排気するとともに、前記半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付けて前記蒸気の回り込み量を制御することで、前記負圧力によって、前記蒸気および不活性ガスを半導体ウェーハの外周形状に沿って排気する半導体ウェーハの片面エッチング方法である。
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。また、この半導体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、エッチング液は限定されない。例えばＨＦ，ＨＦ：ＮＨ４Ｆなどが挙げられる。
【０００８】
エッチング液との接触による半導体ウェーハのエッチング速度は限定されない。例えば５０００〜１８０００オングストローム／分でもよい。好ましいエッチング速度は、６０００〜８０００オングストローム／分である。５０００オングストローム／分未満ではエッチングむら、例えば半導体ウェーハが酸化膜で覆われている場合、ウェーハ外周部に酸化膜が残る。また、１８０００オングストローム／分を超えるとオーバエッチングとなる。
片面エッチング時、半導体ウェーハは、半導体ウェーハの中心点を中心に回転してもよいし、しなくてもよい。ただし、回転した方が、半導体ウェーハの一面に均一にエッチング液を接触させることができるので好ましい。その場合、この半導体ウェーハの回転速度は限定されない。通常は１〜１０ｒｐｍである。
【０００９】
片面エッチングに要する時間は、エッチング品の品種およびエッチング液の濃度などにより異なる。例えば３０〜２５０秒間である。
エッチング中のエッチング液の温度も限定されない。例えば２５〜４５℃、好ましくは３４〜３６℃である。２５℃未満ではエッチングレートが低く、半導体ウェーハが酸化膜で覆われている場合には酸化膜が残ることがある。４５℃を超えると組成が変わり、酸化膜残りやオーバエッチとなるおそれがある。なお、この片面エッチング中、半導体ウェーハを揺動（水平方向に平行移動）させてもよい。揺動させる場合のウェーハ揺動量は８０〜１６０ｍｍ、好ましくは１１０〜１３０ｍｍである。８０ｍｍ未満ではエッチングむらが発生し、１６０ｍｍを超えるとオーバエッチにつながるおそれがある。この揺動により回転のみによる場合よりも均一なエッチングが可能となる。
【００１０】
エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、この液面の盛り上がり部分に、回転中の半導体ウェーハの一面を接触させる場合のエッチング液の吹き出し方向は、吹き出されたエッチング液により、液面を盛り上げることができる方向であれば限定されない。通常は液面に向かう方向である。
エッチング液の吹き出し流量も、吹き出されたエッチング液で液面を盛り上げることができる量であれば限定されない。
なお、この吹き出されるエッチング液は、完全なエッチング液でなくても、例えばこの液の一部分を構成する成分であってもよい。
【００１１】
ウェーハ一面上での、盛り上がり部への接触位置は限定されない。例えば、半導体ウェーハの一面の中心部でもよいし、その半導体ウェーハの外周部でもよい。これは、接触したエッチング液面が、エッチング液の表面張力により半導体ウェーハの一面の全体に広がるためである。しかも、半導体ウェーハは所定の回転速度で回転するため、その一面全域への広がり方はさらに良好となる。ただし、半導体ウェーハの中心部に盛り上がり部の中心位置を配置した方が、半導体ウェーハの他面へのエッチング液の回り込みを防いだり、半導体ウェーハを安定して回転させることができるので好ましい。
盛り上がった一部を含め、エッチング液の液面からはエッチング液の蒸気が大量に発生する。この蒸気を利用し、半導体ウェーハ外周部の面取り面および他面のエッチングを行う。
半導体ウェーハの外周形状に沿った蒸気の排気は、半導体ウェーハの外周部の全周にわたった方が好ましい。また、この負圧力の大きさは限定されない。例えば、１０リットル／分程度である。
半導体ウェーハの裏面側への蒸気の回り込み量を、不活性ガスの吹き出しにより制御する。これにより、半導体ウェーハの他面のエッチング範囲（外周縁からの半径方向内方への距離）を制御することができる。この蒸気の回り込みによりエッチングされる半導体ウェーハの他面の範囲は、任意に制御可能である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記半導体ウェーハは、その一面に酸化膜を有する請求項１に記載の半導体ウェーハの片面エッチング方法である。
酸化膜の種類は限定されない。例えば熱酸化膜などが挙げられる。
酸化膜の厚さも限定されない。通常、５０００〜６０００オングストロームである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、エッチング液が貯留されるエッチング槽と、該エッチング槽の上方に配置され、半導体ウェーハを保持するウェーハ保持手段と、保持された半導体ウェーハの表裏面を水平にした状態で、前記エッチング槽内のエッチング液面に半導体ウェーハの一面が接触可能な高さ位置まで半導体ウェーハを下降可能なウェーハ昇降手段とを備え、前記ウェーハ保持手段が、半導体ウェーハの一面とは反対側の面の中心部を吸着するウェーハ保持体を有した半導体ウェーハの片面エッチング装置において、前記半導体ウェーハの外周部の他面側には、前記エッチング液から気化して半導体ウェーハの外周部の他面側へ回り込んだ蒸気を、前記半導体ウェーハの外周形状に沿って排気する環状の排気流路が内部形成された排気流路形成体を設け、該排気流路形成体に、前記排気流路を通して、前記半導体ウェーハの外周部の他面側に達した蒸気を排気する負圧力発生手段を連結し、前記ウェーハ保持体より半導体ウェーハの半径方向の外側に鍔部を設け、該鍔部は、半導体ウェーハの吸着側の面との間で、該半導体ウェーハの吸着側の面の外周部側へ不活性ガスを送り出すガス送出用隙間を形成するとともに、該ガス送出用隙間より半径方向の外側には半導体ウェーハの外縁を配置し、前記負圧力発生手段の負圧力により、前記ガス送出用隙間を通過した不活性ガスを、前記半導体ウェーハの外周形状に沿って前記蒸気とともに排気する半導体ウェーハの片面エッチング装置である。
【００１４】
ウェーハ保持手段の半導体ウェーハの保持形式は限定されない。例えば、吸引により半導体ウェーハを吸着保持してもよい。
ウェーハ昇降手段は、半導体ウェーハを水平状態のまま、半導体ウェーハを昇降可能な機構であればよい。半導体ウェーハ表面を水平に昇降させることは、言い換えれば、静止状態のエッチング液の液面に対して、半導体ウェーハを平行に保持した状態で昇降させることを意味する。
ウェーハ保持体の形状は、例えば板状でも、ブロック状でもよい。半導体ウェーハの接触面に、例えば外設の空気吸引装置に接続される吸引孔が形成されていればよい。
【００１５】
排気流路形成体の形状、大きさは限定されない。例えば、半導体ウェーハの外周部を外方から覆う円形のリングカバーでもよい。また、この排気流路は、排気流路形成体の内部を洞穴形状に掘削することで形成してもよいし、例えば請求項３の場合では、半導体ウェーハの片面エッチング装置の組み立て時、排気流路形成体の内面と鍔部の外面との間に画成してもよい。
負圧力発生手段の構成は限定されない。例えば、ダイヤフラムポンプなどを採用することができる。
【００１６】
不活性ガスとしては、例えばＮ ２ ガスなどが使用される。この不活性ガスの供給量は限定されない。通常、１〜１０リットル／分前後である。
ここでいう鍔部は、半導体ウェーハの吸着側の面の外周部側へ不活性ガスを送り出すガス送出用隙間を形成するものである。不活性ガスの半導体ウェーハの外周部への送出により、蒸気の、半導体ウェーハの吸着側の面の外周部を超えて半導体ウェーハの中心部に向かう回り込み量を制御する。ガス送出用隙間は、半導体ウェーハ外縁よりも半径方向の内側にあるので、この回り込み量の制御が容易になる。
ガス送出用隙間の大きさは限定されない。通常、０．５〜２．０ｍｍである。
不活性ガスをガス送出用隙間に供給するガス供給口は、鍔部に設けてもよいし、ウェーハ保持体に設けてもよい。鍔部に設ける場合には、例えば鍔部をウェーハ保持体に水平回転自在に取り付ける一方、このガス供給口に不活性ガス供給装置から延びたガス供給管を連結してもよい。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記エッチング槽内に、エッチング液を吹き出してエッチング液面を盛り上げる吹き出しノズルを設け、前記ウェーハ昇降手段に、半導体ウェーハを水平に保持した状態で回転させるウェーハ回転部を設けた請求項３に記載の半導体ウェーハの片面エッチング装置である。
エッチング液の吹き出しノズルの設置位置は、エッチング槽内の液面下であれば限定されない。すなわち、エッチング槽の下部または中央部だけでなく、液面付近でもよい。
ウェーハ回転部の構造は限定されない。モータなどの駆動源により半導体ウェーハを所定速度で水平回転することができればよい。
【００１８】
【作用】
この発明によれば、半導体ウェーハの一面とエッチング液の液面とを接触させる片面エッチング時、エッチング液面からは、常時、揮発性の高いエッチング成分（例えばＨＦ）が気化している。そこで、この片面エッチング中、蒸気を半導体ウェーハの他面側に回り込ませる。こうしてこの回り込んだ蒸気を、エッチング液が接触していない半導体ウェーハの他面の外周部に接触させる。その結果、面取り部および他面外周縁を蒸気を用いてエッチングすることができる。これにより、生産性を低下させず、半導体ウェーハの一面とその外周部近傍部分のエッチングを行うことができる。
【００１９】
しかも、この半導体ウェーハの外周部の他面側では、負圧力を利用し、エッチング液から発生した蒸気を半導体ウェーハの外周部に沿って排気する。そのため、従来の片面エッチング時のように、エッチング液から自然発生した蒸気の上昇気流にまかせて半導体ウェーハの他面をこの蒸気でエッチングする場合に比べ、この蒸気の流速がはやまり、半導体ウェーハの外周部の他面側と接触する蒸気の量が増える。これにより、半導体ウェーハの外周部の他面側のエッチング速度も高まり、その結果、エッチング工程のサイクルタイムを短縮することができる。
また、従来では、半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付け、蒸気の回り込み量を単に制御していただけであった。これに対し、この発明は蒸気を半導体ウェーハの外周部に沿って強制的に排気するため、半導体ウェーハの外周部の他面側の全域において、エッチングの境界をシャープにすることができる。
しかも、片面エッチング時に半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付け、蒸気の回り込み量を制御するので、半導体ウェーハの他面側の外周部のエッチングを精密に行うことができる。
【００２０】
また、請求項４の発明によれば、吹き出しノズルを介して、エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、この液面の盛り上がり部分に、ウェーハ回転部により回転中の半導体ウェーハの一面を接触させる。その際、仮にこの接触部分が半導体ウェーハの一面の一部分であっても、エッチング液の表面張力により、このエッチング液が半導体ウェーハの一面全体に良好に広がる。これにより、確実でかつ均一な片面エッチングが行える。しかも、半導体ウェーハが回転しているため、半導体ウェーハの一面全体へのエッチング液の広がりはさらに良好となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置に組み込まれたウェーハ保持手段の要部を拡大して示す縦断面図である。図２は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置の駆動系を模式的に示す斜視図である。図３は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置の全体構成を示す縦断面図である。
【００２２】
図２において、１０は半導体ウェーハの片面エッチング装置（以下、片面エッチング装置１０）であり、このエッチング装置１０はブース１０２内にセットされている。この片面エッチング装置１０は、エッチング槽１１と、ウェーハ保持手段１２と、ウェーハ昇降手段１３とを備えている。ブース１０２内でエッチング槽１１に隣接してウェーハの乾燥を行うスピン乾燥装置１０３が配設されている。
図１および図２に示すように、エッチング槽１１には、エッチング液（ＨＦ：ＮＨ４Ｆ＝２：１）がこの槽上部まで貯留されている。ウェーハ保持手段１２は、このエッチング槽１１の上方に配置され、例えば厚さ６２５μｍ、直径６インチのシリコンウェーハＷを水平に保持することができる。ウェーハ昇降手段１３は、このウェーハ保持手段１２に設けられ、ウェーハの表面を水平状態に保ったままシリコンウェーハＷを昇降させる。なお、シリコンウェーハＷの表裏面は５７００オングストロームの熱酸化膜（ＬＴＯ膜）Ｗａにより覆われている。
【００２３】
図３に示すように、このエッチング槽１１は、分離された内槽１１Ａと外槽１１Ｂとから構成されている。内槽１１Ａの底面の中心部には、エッチング液を真上に吹き出して、液面を所定高さまで盛り上げる吹き出しノズル１４が設けられている。吹き出しノズル１４には、循環用パイプ１５ａを介して、内槽１１Ａからオーバフローして外槽１１Ｂに排出されたエッチング液を導出し、このエッチング液をフィルタリングして、吹き出しノズル１４から内槽１１Ａ内へ戻す液循環装置１５が接続されている。
循環用パイプ１５ａには、上流側から順番に、流量計１５Ｃ、循環ポンプ１６、フィルタ１７が接続されている。さらに、この循環用パイプ１５ａの途中にはフィルタを介在させることもできる。この循環ポンプ１６は、エッチング液を吹き出しノズル１４から０．５〜５．０リットル／分で吹き出すことができるポンプである。
また、このエッチング液を一定温度とするため、エッチング槽１１にはエッチング液の温度調整装置１００が配設されている。内槽１１Ａからオーバフローして外槽１１Ｂに排出されたエッチング液は温度調整装置１００を介して外槽１１Ｂに循環して供給される。温度調整装置１００はこのエッチング液のパイプに近接して温調用コイル１０１を配設してある。温調用コイル１０１とエッチング液との間で熱交換を行わせることにより、エッチング液を一定温度に調整するものである。
【００２４】
次に、図１および図２を参照して、ウェーハ保持手段１２およびウェーハ昇降手段１３を詳細に説明する。まず、ウェーハ昇降手段１３を説明する。
ウェーハ昇降手段１３は、垂直な回転軸１８と、この回転軸１８を先端に回転自在に支持する水平アーム１９と、この水平アーム１９の基端を上下動自在に支持する走行体４０とを有している。走行体４０はブース１０２の長手方向に走行自在であって、前記エッチング槽１１とスピン乾燥装置１０３との間でウェーハの受け渡しを行う。水平アーム１９は走行体４０により上下動自在に支持されており、その内部には回転軸１８を回転させる回転モータ（ウェーハ回転部）などが内蔵されている。すなわち、この回転モータによりシリコンウェーハＷは所定の回転数で水平回転される構成である。
この回転軸１８の下端には、前記ウェーハ保持手段１２が連結されている。
ウェーハ保持手段１２は、回転軸１８の下端に設けられた円盤状のウェーハ保持体２１と、回転軸１８に外挿されたブロック体２２と、このブロック体２２の下端面に固着された鍔部２３とを有している。鍔部２３は、このウェーハ保持体２１よりウェーハ半径方向の外側において、シリコンウェーハＷの上面との間で、ウェーハ裏面の外周部側へＮ２ガス（不活性ガス）を送り出すガス送出用隙間ａを形成している。
【００２５】
ウェーハ保持体２１は厚肉な円盤である。その下面には、シリコンウェーハＷの下向きの表面（一面）とは反対側の裏面（他面）の中心部を吸着する複数の円弧状長孔を環状に連結した吸着孔２１ｂが形成されている。この吸着孔２１ｂは、外設のバキューム装置と、回転軸１８の各軸心に穿たれた吸引孔１９ｂを介して連通されている。したがって、バキューム装置の作動により発生した負圧力で、ウェーハ保持体２１の下面にシリコンウェーハＷが吸着・保持される。
また、ブロック体２２は下端開口の円筒体であり、回転軸１８への外挿部である内筒部２２ａと、鍔部２３が固着される外筒部２２ｂと、これらの筒部２２ａ，２２ｂの各上端部同士を連結する円環板２２ｃとから構成されている。
【００２６】
この内筒部２２ａは、ライナ２４を介して、ウェーハ保持体２１の上面に固着されている。
また、外筒部２２ｂには、ブロック体２２の内部空間へＮ２ガスを供給するガス孔２２ｄが穿孔されている。このガス孔２２ｄには、ガスパイプからガスが供給可能になっている。これにより、Ｎ２ガス供給源からのＮ２ガスが、ガスパイプおよびガス孔２２ｄを介して内部空間に供給される。このＮ２ガスの供給は、図外の制御手段により制御される。ただし、このＮ２ガスは片面エッチング時に必ずしも供給しなくてもよい。
この内部空間はガス送出用隙間ａと連通しており、ガス孔２２ｄにはＮ２ガスが供給される。ブロック体２２は、回転軸１８の外ねじに螺着された止めナットによって、軸の軸線方向へのガタつきがなく外挿されている。
一方、前記鍔部２３は、図示しない埋め込みピンを介して、このブロック体２２に着脱可能に固着されている。なお、この鍔部２３の下面と、ウェーハ保持体２１に吸着されたシリコンウェーハＷの上側配置された裏面との間に形成されたガス送出用隙間ａは、例えば０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍに調整可能である。また、この鍔部２３は、その先端からシリコンウェーハＷの外周部が突出する長さｂが１〜２０ｍｍとなるように設計されている。
【００２７】
この鍔部２３の上部には、エッチング液から気化してシリコンウェーハＷの外周部の裏面側へ回り込んだ蒸気と、ガス送出用隙間ａを介してシリコンウェーハＷの外周部に達したＮ２ガスとを、シリコンウェーハＷの外周部に沿ってそれぞれ排気するために利用される、平面して円形のリング状を有する円形フード（排気流路形成体）３０がボルトにより締結されている。このボルト締結時、鍔部２３の外周面と円形フード３０との間には、蒸気およびＮ２ガスをシリコンウェーハＷの外周部に沿ってそれぞれ排気する環状の排気流路３１が形成される。
円形フード３０は、鍔部２３の厚肉な内周部に外嵌される内筒部３０ａと、外径がシリコンウェーハＷの直径と略同じである外筒部３０ｂと、これらの筒部３０ａ，３０ｂの各上端部同士を連結する円環板３０ｃとから構成されている。前記排気流路３１は、この円環板３０ｃの内側に形成されている。外筒部３０ｂの内周面は、外筒部３０ｂの外周面の下縁に向かって徐々に下方傾斜している。これに対向配置された鍔部２３の外周面との間に、シリコンウェーハＷの外周部に達した蒸気およびＮ２ガスを排気流路３１に導く傾斜した吸引隙間ｃが、片面エッチング装置１０の軸線を中心とした全周にわたって形成されている。この吸引隙間ｃの大きさは約１ｍｍ、シリコンウェーハＷと外筒部３０ｂの下縁との外周隙間ｄの大きさは約１〜２ｍｍである。
【００２８】
円環板３０ｃには、その周方向に向かって１２０度ごとに合計３つの貫通孔が形成されている。これらの貫通孔には、排気流路３１の内部まで達した蒸気およびＮ２ガスを外部に排気する排気ノズル３２の下端部がそれぞれ嵌着されている。各排気ノズル３２は、外設された負圧力発生装置３３の吸気側に連結されている。すなわち、負圧力発生装置３３を作動させると、各排気ノズル３２を介して排気流路３１の内部が負圧化する。これにより、シリコンウェーハＷの外周部から外周隙間ｄを通過してその裏面側に回り込み、この面取り部および外周部の裏面側をエッチング終了した蒸気と、前記ガス送出用隙間ａを通ってシリコンウェーハＷの外周部に到達したＮ２ガスとが、吸引隙間ｃおよび排気流路３１を経てシリコンウェーハＷの外周部の全域から、身近な３本の前記排気ノズル３２を通ってそれぞれ排気される。また、この負圧力発生装置３３の代わりに、前記バキューム装置を兼用してもよい。負圧力発生装置３３と各排気ノズル３２とを連結する連結管の途中には、負圧力発生装置３３の保護のため、ドレンポットを連結した方が好ましい。
【００２９】
次に、この発明の一実施例に係る片面エッチング装置１０を用いた片面エッチング方法を説明する。
図１および図２に示すように、あらかじめ負圧力発生装置３３およびバキューム装置を作動させる。このバキューム装置により発生した負圧で、ウェーハ保持体２１の一面にシリコンウェーハＷを吸着・保持する。その後、回転モータによりシリコンウェーハＷを１〜１０ｒｐｍで回転しながら、回転軸１８を下方へ突出させ、シリコンウェーハＷを水平状態のまま、エッチング槽１１の開口部からその槽内の内部空間へ徐々に挿入する。この際、停止したシリコンウェーハＷの、エッチング液面からシリコンウェーハＷの下面までの高さは例えば５〜３０ｍｍである。
【００３０】
次いで、循環ポンプ１６の作動により、吹き出しノズル１４からエッチング液面に向かって５〜３０リットル／分でエッチング液を吹き出す。これにより、内筒部１１Ａに貯留されたエッチング液の中心部の液面が５〜３０ｍｍだけ盛り上がる。よって、この盛り上がり部分が、液面上方に水平保持されたシリコンウェーハＷの鏡面仕上げされた側の一面の中心部に接触する。
この際、エッチング液の表面張力で、エッチング液がシリコンウェーハＷの一面全域に広がって落下する。これにより、シリコンウェーハＷの一面側の熱酸化膜Ｗａが、確実にかつ均一に除去される。しかも、片面エッチング中、シリコンウェーハＷは回転モータにより水平回転している。したがって、シリコンウェーハＷの表面側の熱酸化膜Ｗａ全体へのエッチング液の広がりはさらに良好となる。その結果、ウェーハ表面の熱酸化膜Ｗａの除去効果が高まる。
【００３１】
また、エッチング槽１１内のエッチング液面からは、常時、揮発性の高いエッチング成分が気化している。これは、シリコンウェーハＷの表面に接触後、表面張力によってウェーハ半径方向へと広がり、落下するエッチング液の場合も同様である。その結果、図１の部分拡大図に示すように、エッチング液の液面から揮発した蒸気（エッチング蒸気）が、シリコンウェーハＷの裏面側へと回り込む。
その回り込んだ蒸気により、シリコンウェーハＷの外周部を被う熱酸化膜Ｗａが除去される。これにより、生産性を低下させることなく、片面エッチングと同時に、面取り部の熱酸化膜Ｗａのエッチングをも行うことができる。
回り込んだ蒸気の一部は、ガス送出用隙間ａからブロック体２２の内部空間に流れ込もうとする。しかしながら、この片面エッチング中、常時、ガス孔２２ｄから供給されたＮ２ガスが、１〜１０リットル／分の流量でガス送出用隙間ａから外部へと流れ出ている。そのため、このようなエッチング成分を含む蒸気の、ウェーハ中心部側への過剰な回り込みが防止される。
しかも、シリコンウェーハＷの外周部の裏面側に回り込んでシリコンウェーハＷの面取り部および外周部の裏面側をエッチングした蒸気と、前記ガス送出用隙間ａを経てシリコンウェーハＷの外周部に達したＮ２ガスとは、負圧力発生装置３３の作動により負圧化した排気流路３１を介して、シリコンウェーハＷの外周部の全域から各排気ノズル３２を通過してそれぞれ排気される。このときの排気量は約１０リットル／分である。
【００３２】
その結果、ウェーハ裏面の熱酸化膜Ｗａは、ウェーハ外周部を除き、片面エッチング処理後も残る。この場合、Ｎ２ガスの吹き出し量を調整することにより、シリコンウェーハＷの裏面側への蒸気の回り込み量を調整することができる。しかもこれだけではなく、この一実施例では、従来の片面エッチングのように、エッチング液から自然発生した蒸気の上昇気流にまかせてシリコンウェーハＷの裏面側をガスエッチングするのではなく、負圧力により蒸気を強制的に排気してガスエッチングするので、蒸気の流速がはやまり、シリコンウェーハＷの裏面と接触する蒸気の総量が増える。これにより、シリコンウェーハＷの外周部の裏面側のエッチング速度が高まる。この結果、エッチング工程のサイクルタイムを短縮することができる。
また、従来はシリコンウェーハの裏面側に不活性ガスを吹き付けて単に蒸気の回り込み量を制御していただけであった。これに対し、ここでは前述したように蒸気およびＮ２ガスをシリコンウェーハＷの外周部に沿って強制的に排気するので、シリコンウェーハＷの外周部の裏面の略全域において、エッチングの境界をシャープ化することができる。
【００３３】
実際、この一実施例の片面エッチング装置１０を利用し、外周隙間ｄが１．８ｍｍで６インチウェーハに片面エッチングを実施した。強制排気をしない従来法では、シリコンウェーハＷの外周部の裏面側の熱酸化膜Ｗａの除去に約９０秒かかった。この際、エッチングの境界、すなわち熱酸化膜Ｗａの外周ラインも歪んでいた。これに対し、負圧力発生装置３３を作動して強制排気（約１０リットル／分）を行ったところ、熱酸化膜Ｗａの除去時間が６０秒以下まで短縮した。しかも、エッチングの境界がウェーハ外周と略同心円のシャープな円形ラインとなった。この結果は、Ｎ２ガスの供給を停止し、同様の試験を行ったときでも同じであった。ただし、Ｎ２ガスを供給した方が、熱酸化膜Ｗａの境界のシャープさが良好となった。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体ウェーハの外周部の他面側で、エッチング液から発生した蒸気を負圧力を利用し、半導体ウェーハの外周部に沿って排気するので、半導体ウェーハの外周部の他面側のエッチング速度が高まり、エッチング工程のサイクルタイムを短縮させることができる。しかも、半導体ウェーハの外周部の他面側において、エッチングの境界をシャープにすることができる。
しかも、半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付けて前記蒸気の回り込み量を制御するので、半導体ウェーハの他面の外周部のエッチングを精密に行うことができる。
【００３５】
また、請求項２の発明によれば、半導体ウェーハの一面が酸化膜により覆われているので、生産性を低下させず、半導体ウェーハの裏面酸化膜およびウェーハ外周部の酸化膜を同時に除去することができる。
【００３６】
さらに、請求項４の発明によれば、エッチング液面を盛り上げて、この部分を半導体ウェーハの一面に接触させるようにしたので、半導体ウェーハの一面全体に、接触したエッチング液を良好に広げることができ、確実でかつ均一な片面エッチングを施すことができる。
また、片面エッチング中、半導体ウェーハを回転させるので、半導体ウェーハの一面全体へのエッチング液の広がりをより良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置に組み込まれたウェーハ保持手段の要部を拡大して示す縦断面図である。
【図２】 この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置の駆動系を模式的に示す斜視図である。
【図３】 この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの片面エッチング装置の全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体ウェーハの片面エッチング装置、
１１ エッチング槽、
１２ ウェーハ保持手段、
１３ ウェーハ昇降手段、
１４ 吹き出しノズル、
２１ ウェーハ保持体、
２３ 鍔部、
３０ 円形フード（排気流路形成体）、
３１ 排気流路、
３３ 負圧力発生装置（負圧力発生手段）、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
Ｗａ 熱酸化膜、
ａ ガス送出用隙間。
Claims (4)
- エッチング液の液面下からエッチング液を吹き出して液面を盛り上げ、該液面の盛り上がり部分に半導体ウェーハの一面を接触させてエッチングし、該片面エッチング中、前記エッチング液から気化した蒸気を、半導体ウェーハの一面とは反対の面側に回り込ませ、該回り込んだ蒸気により、半導体ウェーハの外周部の他面側をエッチングする半導体ウェーハの片面エッチング方法において、
前記半導体ウェーハの外周部の他面側で、負圧力を利用し、前記蒸気を半導体ウェーハの外周形状に沿って排気するとともに、前記半導体ウェーハの他面側に不活性ガスを吹き付けて前記蒸気の回り込み量を制御することで、前記負圧力によって、前記蒸気および不活性ガスを半導体ウェーハの外周形状に沿って排気する半導体ウェーハの片面エッチング方法。 - 前記半導体ウェーハは、その一面に酸化膜を有する請求項１に記載の半導体ウェーハの片面エッチング方法。
- エッチング液が貯留されるエッチング槽と、
該エッチング槽の上方に配置され、半導体ウェーハを保持するウェーハ保持手段と、
保持された半導体ウェーハの表裏面を水平にした状態で、前記エッチング槽内のエッチング液面に半導体ウェーハの一面が接触可能な高さ位置まで半導体ウェーハを下降可能なウェーハ昇降手段とを備え、
前記ウェーハ保持手段が、半導体ウェーハの一面とは反対側の面の中心部を吸着するウェーハ保持体を有した半導体ウェーハの片面エッチング装置において、
前記半導体ウェーハの外周部の他面側には、前記エッチング液から気化して半導体ウェーハの外周部の他面側へ回り込んだ蒸気を、前記半導体ウェーハの外周形状に沿って排気する環状の排気流路が内部形成された排気流路形成体を設け、
該排気流路形成体に、前記排気流路を通して、前記半導体ウェーハの外周部の他面側に達した蒸気を排気する負圧力発生手段を連結し、
前記ウェーハ保持体より半導体ウェーハの半径方向の外側に鍔部を設け、
該鍔部は、半導体ウェーハの吸着側の面との間で、該半導体ウェーハの吸着側の面の外周部側へ不活性ガスを送り出すガス送出用隙間を形成するとともに、該ガス送出用隙間より半径方向の外側には半導体ウェーハの外縁を配置し、
前記負圧力発生手段の負圧力により、前記ガス送出用隙間を通過した不活性ガスを、前記半導体ウェーハの外周形状に沿って前記蒸気とともに排気する半導体ウェーハの片面エッチング装置。 - 前記エッチング槽内に、エッチング液を吹き出してエッチング液面を盛り上げる吹き出しノズルを設け、
前記ウェーハ昇降手段に、半導体ウェーハを水平に保持した状態で回転させるウェーハ回転部を設けた請求項３に記載の半導体ウェーハの片面エッチング装置。
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