JP4232336B2 - 半導体ウエハの表面処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの被処理面に対して、エッチング処理やメッキ処理などの処理液による表面処理を行う半導体ウエハの表面処理方法に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
例えば半導体圧力センサ等のセンサチップを製造するにあたっては、図9に示すように、例えばシリコンウエハからなる半導体ウエハ1に数百〜数千のセンサチップ2を形成し、その後、各チップ2を切離すことが行なわれる。この場合、半導体ウエハ1の片面側には、各センサチップ2に対応して信号処理回路を構成する回路素子や給電用電極等が形成されるようになっており、以てこの面が回路面1a(図10(b)参照)とされている。
【0003】
そして、圧力センサの場合、センサチップ2は、図10に示すような形状をなし、前記回路面1aとは反対側の面に、周囲部を除く部分に凹部2aを形成することにより回路面1a側にダイヤフラムが形成されるようになっている。一般に、前記凹部2aを形成するためには、半導体ウエハ1の回路面1aと反対側のエッチング面を、凹部2a形成部分を除いて例えば窒化膜からなるマスク3により覆ったうえで、そのエッチング面を例えば水酸化カリウム(KOH)などのエッチング液に浸す浸漬方式のウェットエッチング法が用いられる。尚、このような凹部2aの形成後、マスク3を除去するためのマスクエッチングも同様な方法で行なわれる。
【0004】
ところで、上記センサチップ2を形成する場合、半導体ウエハ1(センサチップ2)にエッチングにより形成されるダイヤフラムの厚みTを、目標厚みとなるよう精度良く加工することが、センサとしての性能面で重要となる。ところが、従来のウェットエッチング法では、その厚み管理の方法として、時間管理方式や電気化学ストップエッチングが採用されていたが、いずれも、機械加工のように十分に高いダイヤフラムの厚みの精度(凹部2aのエッチングの深さの精度)を得ることは困難であった。
【0005】
そこで、図7及び図8に示すように、貼合せによるSOIウエハからなる半導体ウエハ4を用いてセンサチップ5を形成することも行なわれている。この半導体ウエハ4は、ベース層4a上に酸化膜層4bを介して回路形成層4cが設けられ、その回路形成層4cを切削加工等により機械的に所望の厚みに形成することができる。この場合、図8に示すように、上記と同様のウェットエッチング法により、凹部5a(ダイヤフラム)を形成することができ、その際、酸化膜層4bにてエッチングが停止されることにより、所望のダイヤフラムの厚みが高精度で得られる。
【0006】
しかしながら、上記のようなSOIウエハからなる半導体ウエハ4を用いた場合でも、次のような不具合があった。即ち、上記した凹部5aを形成するためのエッチング工程の後、図11に示すようなエッチング装置6により、前記マスク3を除去するためのエッチング(浸漬式のウェットエッチング)が行なわれる。ここでは、半導体ウエハ4は、その回路形成層4c側がマスキング材7により覆われた状態で治具8に保持され、その状態で、例えばフッ酸(HF)からなるエッチング液9を収容した処理槽10内に浸され、マスク3がエッチングにより除去されるようになるのである。また、このとき、処理槽10内には、撹拌機11や図示しないヒータ等が設けられ、エッチング液9が適切な濃度及び温度に保たれるようになっている。
【0007】
ところが、この構成では、選択的にマスク3を除去するエッチング液9を使用するようになっているものの、長時間のエッチングがなされることにより半導体ウエハ4の酸化膜層4bも一部除去されてしまい、ダイヤフラムの所定の厚みが得られず、センサとしての特性が低下してしまう虞がある。この場合、上記したシリコンウエハからなる半導体ウエハ1では、そのような心配はないので、十分なエッチング時間(オーバーエッチング)をかければ良かったが、SOIウエハ4を用いた場合には、高精度でのエッチング量の管理及びウエハ4間での分布精度が必要となってしまう。求められる精度(ばらつき)は、数10nmオーダーであり、従来のウェットエッチング法では事実上困難であった。
【0008】
これに対し、エッチング量を高精度に管理することが可能な装置として、ドライエッチング法を行なう反応性イオンエッチング装置や、図12に示すベーパエッチング装置12を用いることが考えられる。このベーパエッチング装置12は、上面が閉塞された処理槽13内の上部に、エッチング液9が収容される容器14やそれを加熱するヒータ15からなるべーパ発生装置16が設けられると共に、その下部にて、半導体ウエハ4がチャック17により支持されるようになっている。これにて、ベーパ発生装置16により発生されるエッチング液9のベーパ(蒸気)9aによって半導体ウエハ4のマスク3が除去されるようになっている。また、半導体ウエハ4はチャック17により回転されるようになっている。
【0009】
しかしながら、前者の反応性イオンエッチング装置を用いたドライエッチング法では、装置自体が高価であると共に、マスク3のオーバーエッチングにより、半導体ウエハ4のベース層4aのシリコン面が荒れて所望のセンサ特性が得られない不具合があった。また、ベーパエッチング装置12を用いたベーパエッチング法では、半導体ウエハ4の表面でベーパ9aが結露(凝縮)して液溜まりが形成され、部分的にエッチングが進行してしまうことがあり、やはり望ましい品質が得られない欠点があった。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、表面処理量の管理を高精度で行なうことができ、しかも高品質な表面処理を行なうことができる半導体ウエハの表面処理方法を提供するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
処理液を用いた半導体ウエハの表面処理にあっては、処理液中の反応種が被処理面に均一に高濃度で供給され、且つ、反応後に反応生成物を伴って速やかに被処理面から遠ざかること、つまり、供給−反応−乖離の循環が重要と考えられている。本発明者等は、処理液を微粒子化して不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子(いわゆるスティックレスフォグ)を用いることにより、例えばベーパエッチング法等の蒸気を用いる場合の欠点を解消しながらも、気体に近い特性(流動性)を有し、上記した供給−反応−乖離の循環を極めて良好に行なうことができることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【0012】
ここで、スプレー式のエッチングや塗装等に一般的に使用される、ミストやフォグと称される液体の粒子は、様々な粒径の粒子を広い分布で含んでいるものとなるが、そのうち粒径が例えば十数μm以下の小さな粒子は、煙のように舞って被処理面に付着しないので、無効液として倦厭される。これは、図1に示すように、大きな粒子A1は、被処理面Bに衝突すると潰れてその表面に付着するようになるが、粒径が数十μm以下の小さな粒子A2は、被処理面Bに衝突しても、粒子を潰す力以上の表面張力を有するため、その表面に付着しないものと考えられる。
【0013】
この場合、衝突スピードが小さければ、ある程度大きい粒径の微粒子でも付着することはなく、逆に、十分に小さい粒径の微粒子であれば、衝突スピードが大きくても付着することはない。本発明にいう微粒子(スティックレスフォグ)とは、一般的なミストやフォグと異なり、上記したように半導体ウエハの被処理面に衝突しても付着しない粒径を有する微粒子のみを選択的に取出したものを言うのである。
【0014】
このようなスティックレスフォグ雰囲気中に、半導体ウエハの被処理面を曝すことにより、処理液の微粒子が被処理面に接触する(及び微粒子から蒸発したベーパが被処理面に接触する)ことにより、被処理面において反応が行なわれ、その処理液が付着することなく、反応後に反応生成物を伴って速やかに被処理面から遠ざかることを繰返えさせることが可能となる。これにより、ドライに近い環境で供給−反応−乖離の循環が良好に行なわれるようになる。
【0015】
このとき、十分に小さな粒径の微粒子を用いているので、処理液の表面積を大幅に拡大することができると共に、効率良く拡散させることができ、常に新しい処理液の微粒子(反応種)を、被処理面に対して均一且つ高濃度で供給することができる。そして、処理液の微粒子の濃度(供給量)によって処理量の制御を容易に行なうことが可能となる。また、反応種の濃度は、温度等の条件によらず、発生微粒子の増減によって調整が可能であるので、処理液の薬品の組成による制約(例えば加熱によって組成が崩れる等)を受けにくい特長があり、広範囲に使用することができる。尚、処理液の微粒子は不活性ガス中に分散されているので、被処理面の酸化や汚染を防止することができる。
【0016】
本発明の請求項1の半導体ウエハの表面処理方法は、半導体ウエハの被処理面に凹凸を形成し、そのうち凹部部分に処理液が不溶な被覆液を保持させた状態で、上記した処理液の微粒子(スティックレスフォグ)を被処理面に供給することにより、被処理面のうち凸部を選択的に処理するようにしたところに特徴を有する。
【0017】
これによれば、上述のように、処理液の微粒子(スティックレスフォグ)の供給量(濃度)の制御により、被処理面に対する表面処理量の管理を高精度で行なうことができ、しかも、液滴の付着により部分的に処理が進行してしまうことを防止でき、広い被処理面において、均一且つ良好に処理を行なうことができ、高品質な処理を行なうことができる。このとき、被処理面のうち凹部部分に被覆液を保持させておくことにより、凹部部分に処理液が接触することを防止でき、凹部については表面処理が行われない状態で、凸部のみを選択的に処理することができる。
【0018】
この場合、被処理面の凹部に被覆液を保持させるために、半導体ウエハの被処理面全体に被覆液を塗布した後、スピン乾燥により凸部の被覆液を除去する方法を採用することができ(請求項2の発明)、これにより、簡単且つ効果的に、凹部部分にのみ被覆液を保持させることができる。
【0019】
本発明の請求項3の半導体ウエハの表面処理方法は、半導体ウエハの被処理面に親水性部と撥水性部とを形成し、そのうち親水性部に処理液が不溶な被覆液を塗布させた状態で、上記した処理液の微粒子(スティックレスフォグ)を被処理面に供給することにより、被処理面のうち撥水性部を選択的に処理するようにしたところに特徴を有する。
【0020】
これによれば、やはり処理液の微粒子の供給量(濃度)の制御により、被処理面に対する表面処理量の管理を高精度で行なうことができ、しかも、液滴の付着により部分的に処理が進行してしまうことを防止でき、広い被処理面において、均一且つ良好に処理を行なうことができ、高品質な処理を行なうことができる。このとき、被処理面のうち表面処理したい部分を撥水性部とすると共に、表面処理させたくない部分を親水性部とし、その親水性部に被覆液を塗布させておくことにより、親水性部に処理液が接触することを防止でき、親水性部については表面処理が行われない状態で、撥水性部のみを選択的に処理することができる。
【0021】
このとき、半導体ウエハの被処理面の親水性部に被覆液を塗布するために、被覆液中に該半導体ウエハを浸漬する方法を採用することができ(請求項4の発明)、これにより、簡単且つ効果的に、親水性部にのみ被覆液を塗布させることができる。
【0022】
さらには、上記した処理液が不溶な被覆液を、純水から構成することができる(請求項5の発明)。これによれば、例えば半導体ウエハの被処理面をエッチング処理する場合の処理液として、従来より用いられているフッ酸等をそのまま用いることができ、処理液及び被覆液に特別な薬品等を使用せずに済ませることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を表面処理としてエッチング処理に適用した第1の実施例(請求項1,2,5に対応)について、図2ないし図5並びに図1,図7,図8を参照しながら説明する。尚、この実施例では、図7及び図8に示したように、SOIウエハからなる半導体ウエハ4を用いて圧力センサチップを製造する場合における、凹部5a形成後に例えばフッ酸(HF)からなるエッチング液(処理液)によって、窒化膜からなるマスク3を除去するためのマスクエッチング処理に、本発明を適用したものであり、従って、従来例で述べた部分と共通する点については、同一符号を使用し、新たな図示及び詳しい説明を省略することとする。
【0024】
図2は、本実施例に係る表面処理装置であるエッチング装置21の全体構成を概略的に示している。ここで、このエッチング装置21は、大きく分けて、上面が開口した円筒状をなし内部をエッチング室22としたチャンバ23、このチャンバ23の上面開口部を塞ぐように設けられるキャップ部24、前記チャンバ23の下部(外底部)に設けられる排水槽25、前記チャンバ23の図で右側部に設けられるスティックレスフォグ供給手段たるスティックレスフォグ発生ユニット26等を備えて構成される。
【0025】
そのうち前記キャップ部24は、円形蓋状をなし、前記チャンバ23の上面開口部にシール27を介して載置状に嵌合することによって、該開口部を着脱可能に塞ぎ、もって密閉されたエッチング室22を構成するようになっている。そして、このキャップ部24の下面側には、前記半導体ウエハ4を保持するための保持手段としてのチャック部28が設けられている。このチャック部28は、半導体ウエハ4を、その被処理面たるエッチング面(ベース層4aの外面側のマスク3が設けられている面)以外の部分をマスキングした状態で、そのエッチング面を下向きにしてエッチング室22内の上部に保持するようになっている。
【0026】
前記チャンバ23の上端部の内周縁部分には、エッチング室22内の後述するスティックレスフォグFを回収するためのノズル部29がリング状に設けられ、そのノズル部29は、チャンバ23の周壁部上部にリング状に形成されたフォグ回収溝30に連通している。前記ノズル部29は、前記チャック部28に保持された半導体ウエハ4の外周部に、それよりも高い位置に位置するように設けられている。また、チャンバ23の周壁部には、前記フォグ回収溝30に連続して下方に延び、該チャンバ23の底面(前記排水槽25の上部)で開口する排気管31が、例えば周方向に均等な4か所に位置して(図では左側の1個のみ図示)形成されている。
【0027】
前記チャンバ23の底壁部の中心部分には、前記エッチング室22の内底面に連通して下方に延びる排出管部32が一体に形成されている。そして、チャンバ23の底壁部には、前記排出管部32の上部部分に連通するように、図で右方に延びてチャンバ23の右側面にて開口するフォグ導入路33が形成されている。また、前記排出管部32の下部は、チャンバ23の底壁部から下方に突出し、その下端の排液口32aは、斜めに切断された如き状態で、前記排水槽25内に位置している。尚、このとき、前記エッチング室22の内底面は、内周へいくほど低くなる緩やかなテーパ面状に構成されている。
【0028】
前記排水槽25は、上面が開放した円形容器状をなし、その上端と前記チャンバ23の外底面とが重なるようにして、Oリング等のシール34を介してそれらの間が密閉されるように設けられている。また、この排水槽25の図で左壁部には、排水排気口25aが設けられている。このとき、排水槽25内には、図示しない給水口から例えば純水からなる洗浄水35が供給されるようになっており、その洗浄水35が排水排気口25aからオーバーフローされることにより、内部の水位が一定に保たれるようになっている。前記排出管部32の排液口32aは、洗浄水35中(水面よりも下)に位置されて水封された状態となっている。尚、前記排水排気口25aは、外部に設けられた図示しない排水処理装置及びガス処理装置に接続されている。
【0029】
前記スティックレスフォグ発生ユニット26は、本実施例では、ミスト発生室36の上部に、スティックレスフォグ選択室37を設けて構成されている。前記ミスト発生室36内には、処理液たるエッチング液38(この場合窒化膜からなるマスク3をエッチングする薬品例えばフッ酸(HF))が収容されると共に、その上部にミスト発生器39が設けられている。このミスト発生器39は、例えば超音波加湿器と同様の構成を備え、窒素供給源40から不活性ガスこの場合高純度の窒素ガスを導入しながら、前記エッチング液38を微粒子化(ミスト化)し、上方に向けて噴霧するようになっている。尚、本実施例では、ミスト発生に使用している窒素供給量は、20L/min で、エッチング液38のミスト量は、1mL/min とされている。
【0030】
このミスト発生器39により発生されたミストMは、前記スティックレスフォグ選択室37の底壁に形成された連通孔37aを通してスティックレスフォグ選択室37内(図で右側部分)に供給される。そして、このスティックレスフォグ選択室37内には、室内を左右に仕切るように選択プレート41が設けられている。この選択プレート41は、例えば慣性集塵用の多孔板と同等の構成を備え、スティックレスフォグ選択室37の右室内に供給されたミストMのうちの粒径の大きな微粒子(この場合30μmを越えるもの)を捕集し、それ以下の粒径の微粒子であるスティックレスフォグFを左室に選択的に通過させるようになっている。
【0031】
ここで、前記ミストM中には、様々な粒径のエッチング液38の微粒子が含まれており、その分布は例えば図3に示すようになる。そして、図1に示したように、大きな粒子A1は、被処理面Bに衝突すると潰れてその表面に付着するようになるが、粒径が小さな粒子A2は、被処理面Bに衝突しても、粒子を潰す力以上の表面張力を有するため、煙のように舞ってその表面に付着しないものとなる。
【0032】
本実施例における各種の条件(エッチング液38の種類(表面張力)、窒素供給量、ミスト発生器39の噴射流速、後述するフォグのエッチング室22内での平均流速など)に関しては、粒径が30μm以下の小さな微粒子であれば、半導体ウエハ4のエッチング面に衝突しても付着しないことが実験的に確認されており、本実施例では、このように粒径が30μm以下の小さな微粒子のみを選択的に取出したものがスティックレスフォグFとなるのである。
【0033】
従って、前記選択プレート41が、ミストMのうち半導体ウエハ4のエッチング面に付着しない粒径のものを選択的に取出す選択手段として機能するのである。この選択プレート41を通過したスティックレスフォグFは、スティックレスフォグ選択室37の左室と、前記チャンバ23のフォグ導入路33とをつなぐフォグ供給管42を通して、エッチング室22内に供給されるようになるのである。また、選択プレート41の捕集された比較的大きな微粒子は凝集回収され、前記連通孔37aを通してミスト発生室36内のエッチング液38に戻されるようになっている。
【0034】
一方、前記エッチング室22内には、上部寄り部位に位置して上部拡散板43が設けられていると共に、下部側部位に位置して下部拡散板44が設けられている。これら拡散板43及び44は、共に前記選択プレート41に類似した例えばルーバー状の多孔板からなり、エッチング室22内を上下に仕切るようにして設けられ、前記半導体ウエハ4のエッチング面に向けて、スティックレスフォグFを均一に拡散すると共に、その流速を均一化する機能を有する。また、凝集して粒径が大きくなったフォグFを捕集して半導体ウエハ4に到達しないようにする機能も有する。
【0035】
さらに、エッチング室22内には、両拡散板43,44間に位置して、撹拌機45が設けられている。この撹拌機45は、エアモータ45aにより撹拌翼45bを回転させるように構成され、これにより、スティックレスフォグFが効果的に撹拌されるようになると共に、その流速(半導体ウエハ4に衝突する速度)が調整されるようになっている。これにて、両拡散板43,44並びに撹拌機45から撹拌手段が構成され、本実施例においては、スティックレスフォグFの平均流速が、500mm/s程度とされるようになっているのである。
【0036】
尚、フォグFが凝集して前記撹拌翼45bに付着した粒子は、遠心力によってエッチング室22の内壁に飛ばされて半導体ウエハ4に到達しないようになっている。また、エッチング室22内で液滴化したエッチング液38は、例えばエッチング室22の内壁を伝って流れ落ち、排出管部32を通して排水槽25内の洗浄水35中に溶け込むようになる。
【0037】
さらには、エッチング室22の内壁部には、前記半導体ウエハ4のエッチング面に対して純水を噴射して洗浄を行なう純水洗浄用ノズル46が、例えば周方向に均等な4か所(2個のみ図示)に位置して設けられている。この純水洗浄用ノズル46は、図示しない純水供給装置に接続され、もって洗浄機構が構成されている。尚、図示はしないが、エッチング室22(チャンバ23)には、前記半導体ウエハ4及びキャップ部24の水切りを行なうための窒素ブロー装置、前記フォグ回収溝30内にスティックレスフォグFがオーバーフローしたことを検知する光センサ等も設けられている。
【0038】
さて、本実施例においては、上記したエッチング装置21を用いて半導体ウエハ4のマスク3を除去するエッチング処理が行われるのであるが、このとき、半導体ウエハ4のエッチング面(ベース層4a側)には、凹部5aにより、凹凸部が形成されていることになり、そのうち凸部にエッチング処理の対象となる窒化膜からなるマスク3が存在することになる。
【0039】
本実施例に係るエッチング処理方法にあっては、図4にも示すように、前記凹部5a部分に、前記エッチング液(フッ酸)38が不溶な被覆液この場合純水47を保持させた状態でエッチングが行われるようになっている。この場合、凹部5a内に純水47を保持させるにあたって、図4に示すようなスピン乾燥装置48が用いられる。このスピン乾燥装置48は、上面部に半導体ウエハ4を保持する治具48aがシャフト48b回りに回転するように構成され、また、その上方に、純水47を供給(滴下)するためのノズル49が配置されるようになっている。
【0040】
次に、上記構成の作用について、図5も参照して述べる。凹部5aが形成された半導体ウエハ4のエッチング面の表面のマスク3を除去するエッチング処理を行なうにあたっては、まず、半導体ウエハ4の凹部5aに被覆液たる純水47を保持させる工程が実行される。この工程は、図4に示すように、スピン乾燥装置48の治具48aに半導体ウエハ4をセットし、半導体ウエハ4の中央部にノズル49から純水47を供給しつつ、半導体ウエハ4を回転させることにより行われる。これにて、凹部5a内に純水47が保持され、凸部(マスク3)上の純水47が遠心力により除去されてマスク3が露出するようになる。
【0041】
そして、凹部5a内に純水47を保持した半導体ウエハ4を、上記エッチング装置21にセットすることが行われる。この際には、半導体ウエハ4が、裏面側等に必要なマスキングがなされた状態で、図示しないハンドリング装置等により、チャンバー23から取外しておいたキャップ部24のチャック部28にセットされ、そのキャップ部24がチャンバー23にセットされる。これにて、半導体ウエハ4はそのエッチング面を下向きとした状態で、密閉されたエッチング室22の上部に配置される。尚、このとき、凹部5aの寸法が十分に小さく、またマスク3が撥水性を有していることから、半導体ウエハ4を下向きにしても、凹部5a内に保持された純水47が落下することなく保持されるようになる。
【0042】
次に、スティックレスフォグ供給ユニット26(ミスト発生器39)が駆動されると共に、撹拌機45のエアモータ45aが駆動され、また、排水槽25内に給水口から洗浄水35が連続的に供給されるようになる。これにて、上述のように、ミスト発生器39により発生したミストMのうち選択プレート41を通った粒径の小さい微粒子が窒素ガス中に分散したスティックレスフォグFが、フォグ供給管42及びフォグ導入路33を通してエッチング室22の底部中央部(排出管部32の上部部分)から該エッチング室22内に連続的に供給される。この場合、スティックレスフォグ発生ユニット26から供給されるスティックレスフォグFの濃度は一定(例えば窒素供給量が20L/min で、エッチング液38のミスト量が1mL/min )とされる。
【0043】
エッチング室22内にスティックレスフォグFが充満し、ノズル部29からオーバーフローしたことを光センサにて検出した時点を、エッチング処理の開始時として計時が開始される。このエッチング処理時においては、半導体ウエハ4のエッチング面が、スティックレスフォグF雰囲気に曝されるようになる。尚、両拡散板43,44並びに撹拌機45によって、半導体ウエハ4のエッチング面に向けて、スティックレスフォグFが広く均一に拡散すると共に、その流速(半導体ウエハ4のエッチング面に衝突する速度)が調整(例えば平均流速が約500mm/s)されるようになり、また、凝集して粒径が大きくなったフォグが、半導体ウエハ4に到達することが未然に防止される。
【0044】
この状態では、スティックレスフォグF(エッチング液38の微粒子)が、半導体ウエハ4のエッチング面のうち、純水47で被覆されていない部分つまりマスク3の表面に接触する(及び微粒子から蒸発したベーパがマスク3の表面に接触する)ようになり、凹部5aの内面については、純水47で被覆されていることにより、エッチング液38の微粒子が接触することが防止されるのである。これにて、半導体ウエハ4のエッチング面のうち、マスク3の表面において選択的に反応が行なわれ、その反応後は、スティックレスフォグFが反応生成物を伴って速やかにエッチング面から遠ざかることが連続的に繰返えされる。これにより、マスク3の表面に対して、ドライに近い環境で、反応種の供給−反応−乖離の循環が良好に行なわれるようになるのである。
【0045】
またこのとき、十分に小さな粒径の微粒子を用いているので、反応に供されるエッチング液38の表面積を大幅に拡大することができると共に、効率良く拡散させることができ、常に新しいエッチング液38の微粒子(反応種)を、マスク3の表面に付着させることなく、広いエッチング面(マスク3表面)に対して均一且つ高濃度で供給することができる。尚、エッチング面が下向きとされていることにより、粉体の如き挙動を示すスティックレスフォグFが堆積したり、傷やゴミに引掛かることはなく、さらには、エッチング液38の微粒子は窒素ガス中に分散されているので、エッチング面の酸化や汚染も防止することができる。
【0046】
さらには、エッチング面での反応後に反応生成物を伴って乖離されたスティックレスフォグFは、ノズル部29からオーバーフローしてフォグ回収溝30に流入し、排気管31を通して排水槽25に流れ込むようになる。この場合、排水槽25は排水排気口25aのみで外部と接続される構成とされているので、環境保全を図ることができる。排水排気口25aから排出されるスティックレスフォグFは、ガス処理装置によって処理され、排水排気口25aからオーバーフローした洗浄水35は、排水処理装置にて処理される。
【0047】
そして、上記エッチング開始から所定のエッチング時間(マスク3の除去に必要な時間)が経過すると、撹拌機45及びスティックレスフォグ発生ユニット26の駆動が停止され、次いで、純水洗浄用ノズル46からエッチング面に向けて純水が噴射され、もってエッチングが停止される。このとき、スティックレスフォグFの濃度(供給量)の制御によって、マスク3部分のエッチング量の管理を高精度で容易に行なうことが可能となり、例えば予め実験的に求めておいたエッチングレートに基づいてエッチング時間を設定することができる。
【0048】
ちなみに、本実施例では、例えば1.0μm厚のマスク3を4分のエッチング時間で除去することができた。ここで、図5は、エッチング時間と、窒化膜(上記マスク3)及び酸化膜(凹部5aの底部に位置する酸化膜層4b)の除去量との関係を調べた試験結果を示している。破線で示すように、窒化膜は、4分の処理時間で1.0μm除去することができるのに対し、実線で示すように、同時間で酸化膜(酸化膜層4b)の除去量が0.04μmとごく少なく(約25分の1)済み、マスク3を良好に除去しながら、凹部5a内のエッチングの進行を防止し、高精度のダイヤフラムの厚みを得ることができるのである。
【0049】
引続き、半導体ウエハ4のエッチング面に向けて、純水洗浄用ノズル46からの純水の噴射を継続することにより、エッチング面や周囲部の洗浄の工程が行なわれる。この際、半導体ウエハ4の凹部5a内に保持されていた被覆液としての純水47も、一緒に流し出されるようになる。所定時間の洗浄工程が終了すると、今度は、窒素ブロー装置による半導体ウエハ4及びキャップ部24の水切りが行なわれ、しかる後、半導体ウエハ4が取外される。
【0050】
尚、前記洗浄に用いられた純水(及び被覆液としての純水47)は、残存していたフォグF(エッチング液38)と共に、排水槽25内に流れ込み、排水排気口25aを通って排水処理装置にて処理される。このとき、排水槽25内には常時洗浄水35が供給されているので、処理すべき洗浄水35中のエッチング液38の濃度を一定値以下の低濃度とすることができる。
【0051】
このように本実施例によれば、エッチング液38をエッチング面に付着しない粒径に微粒子化したスティックレスフォグFを供給して半導体ウエハ4のエッチングを行なうようにしたので、従来の浸漬式のウェットエッチング法と異なり、ドライエッチングに近い環境で、広いエッチング面に対して均一且つ高濃度でエッチング液38(反応種)を供給することができ、反応種の供給−反応−乖離の循環を良好に行なうことができる。しかも、スティックレスフォグFはエッチング面に付着することはないので、エッチングが部分的に進行することを防止でき、従来のベーパエッチング法の欠点を解消することができた。
【0052】
そして、半導体ウエハ4に凹凸を形成し、そのうち凹部5a部分にエッチング液38が不溶な被覆液(純水47)を保持させた状態としてエッチング処理を行うようにしたので、凹部5a部分にスティックレスフォグF(エッチング液38の微粒子)が接触することを防止でき、エッチングしたいマスク3部分のみを選択的にエッチング処理することができるものである。
【0053】
この場合、本実施例では、半導体ウエハ4の凹部5aに被覆液たる純水47を保持させるために、半導体ウエハ4のエッチング面全体に純水47を塗布した後、スピン乾燥により凸部の純水47を除去する方法を採用したので、簡単且つ効果的に、凹部5a部分にのみ純水47を保持させることができる。また、被覆液として純水47を採用したことにより、エッチング液38として、従来より用いられているフッ酸をそのまま用いることができ、処理液及び被覆液に特別な薬品等を使用せずに済ませることができる。
【0054】
この結果、本実施例によれば、スティックレスフォグFの供給量(濃度)の制御によってエッチング量の管理を高精度で容易に行なうことができ、しかも、凸部(マスク3の表面)のみを選択的にエッチングできると共に、マスク3表面全体に対して均一にエッチングが行なわれるので、エッチング面の荒れ等を防止でき、高品質なエッチングを行なうことができるという優れた効果を得ることができる。
【0055】
また、本実施例のエッチング装置21においては、反応性イオンエッチング装置と比べて、装置自体の構成を比較的簡単で安価に済ませることができる利点も得ることができる。さらには、本実施例の表面処理方法は、処理液38の薬品の組成による制約(例えば加熱によって組成が崩れる等)を受けにくい特長があり、広範囲に使用することができるものである。
【0056】
図6は、本発明の第2の実施例(請求項3,4に対応)を示しており、以下、上記第1の実施例と異なる点について述べる。本実施例においても、図7及び図8に示したように、圧力センサチップ用のSOIウエハからなる半導体ウエハ4に対して、凹部5a形成後にフッ酸からなるエッチング液(処理液)によって、酸化膜層4bを除去することなく窒化膜からなるマスク3を選択的に除去するためのエッチング処理を行う場合を例としている。
【0057】
本実施例では、まず、凹部5aが形成された半導体ウエハ4のエッチング面 (被処理面)のうち凹部5aの内部(酸化膜層4bの表面)に親水性処理を行い、酸化膜層4bの表面を親水性部51とする。また、窒化膜からなるマスク3の表面は、撥水性を有しており、この部分が撥水性部となる。そして、エッチング面のうち親水性部51に、エッチング液(フッ酸)が不溶な被覆液この場合純水47を塗布させる工程が実行される。
【0058】
この工程は、図6に示すように、純水47を収容した純水槽52内に、半導体ウエハ4を浸漬することにより行われ、半導体ウエハ4を純水47内に浸漬した上で、十分な揺動撹拌を行って凹部5a内の泡抜きを行い、その後静かに半導体ウエハ4を取出すようにする。これにて、半導体ウエハ4のエッチング面のうち、親水性部51(酸化膜層4bの表面部)に純水47が塗布されてマスキングされた状態となり、撥水性部であるマスク3上には純水47が塗布されることなくマスク3が露出するようになる。
【0059】
次いで、以下図示及び詳しい説明は省略するが、上記第1の実施例と同様に、エッチング装置21を用いて、半導体ウエハ4のエッチング面に対するスティックレスフォグF(エッチング液38の微粒子)によるエッチング処理が行われる。このとき、半導体ウエハ4のエッチング面のうち、親水性部51(酸化膜層4bの表面部)については、純水47で被覆されていることにより、エッチング液38の微粒子が接触することが防止され、純水47で被覆されていない撥水性部つまりマスク3部分に対してエッチング処理が行われるのである。
【0060】
従って、本実施例によっても、スティックレスフォグFの供給量(濃度)の制御によってエッチング量の管理を高精度で容易に行なうことができ、しかも、エッチングしたいマスク3部分のみを選択的にエッチングできると共に、マスク3表面全体に対して均一にエッチングが行なわれるので、エッチング面の荒れ等を防止でき、高品質なエッチングを行なうことができるという優れた効果を得ることができる。また、特に本実施例では、半導体ウエハ4を、被覆液としての純水47が収容された純水槽52に浸漬する方法により、その親水性部51に純水47を塗布するようにしたので、簡単且つ効果的に、親水性部51にのみ純水47を塗布させることができるといった利点を得ることができる。
【0061】
尚、上記各実施例では、被覆液(純水47)によるマスキング及びエッチングを1回で処理する場合を示したが、それらを複数回に分けるように繰返して所要厚みのエッチング処理を行うようにしても良く、酸化膜層4bの除去量を抑えるにより一層効果的となる。そして、処理液(エッチング液)の種類としても様々なものが採用でき、被覆液としても純水に限らず処理液が溶けないものであれば各種の水溶液等を採用することができる。
【0062】
また、上記した実施例では、粒径30μm以下の微粒子を取出してスティックレスフォグFとしたが、半導体ウエハの被処理面に付着しない粒径としては、実使用上の各種の条件(処理液の種類(表面張力)、窒素供給量、ミスト発生器の噴射流速、微粒子のエッチング室内での平均流速など)によって異なってくる。特に、衝突スピードが小さければ、ある程度大きい粒径の微粒子でも付着することはなく、逆に、十分に小さい粒径の微粒子であれば、衝突スピードが大きくても付着することはないため、速度のファクターが最も支配的となる。他の平均流速等の具体的数値についても、上記実施例では一例を示したに過ぎない。
【0063】
その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えばスティックレスフォグ発生ユニットの構成や、撹拌手段(拡散板及び撹拌機)の構成などについては、所期の機能を呈するものであれば良く、各種の構造が考えられる。さらには、本発明は、圧力センサチップ用の半導体ウエハのマスクエッチングに限らず、他のエッチング処理は勿論、メッキ処理などにも適用でき、各種の半導体ウエハの表面処理全般に広く適用することができる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作用を説明するための図
【図2】本発明の第1の実施例を示すもので、エッチング装置の全体構成を示す縦断面図
【図3】ミスト中の微粒子の粒径の分布状態を示す図
【図4】スピン乾燥装置の構成を概略的に示す図
【図5】エッチング時間と窒化膜及び酸化膜の除去量との関係を調べた試験結果を示す図
【図6】本発明の第2の実施例を示すもので、半導体ウエハの被覆液への浸漬の様子を示す縦断面図
【図7】半導体ウエハ(SOIウエハ)の縦断面図
【図8】SOIウエハを用いたセンサチップの平面図(a)及び縦断面図(b)
【図9】半導体ウエハ(シリコンウエハ)の平面図
【図10】シリコンウエハを用いたセンサチップの平面図(a)及び縦断面図(b)
【図11】従来例を示すもので、ウエットエッチング装置の構成を示す縦断面図
【図12】ベーパエッチング装置の構成を示す縦断面図
【符号の説明】
図面中、1,4は半導体ウエハ、4bは酸化膜層、5aは凹部、3はマスク、21はエッチング装置、26はスティックレスフォグ発生ユニット、38はエッチング液(処理液)、39はミスト発生器、41は選択プレート、43,44は拡散板、45は撹拌機、47は純水(被覆液)、48はスピン乾燥装置、51は親水性部、52は純水槽、Fはスティックレスフォグ、Mはミストを示す。
Claims (5)
- 半導体ウエハの被処理面に対して、処理液による表面処理を行う方法であって、
前記半導体ウエハの被処理面に凹凸を形成し、そのうち凹部部分に前記処理液が不溶な被覆液を保持させ、
その状態で、前記処理液を前記被処理面に付着しない粒径に微粒子化し不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子を、前記被処理面に供給することにより、
前記被処理面のうち、凸部を選択的に処理することを特徴とする半導体ウエハの表面処理方法。 - 前記半導体ウエハの被処理面の凹部における前記処理液が不溶な被覆液の保持は、該半導体ウエハの被処理面全体に被覆液を塗布した後、スピン乾燥により前記凸部の被覆液を除去することによりなされることを特徴とする請求項1記載の半導体ウエハの表面処理方法。
- 半導体ウエハの被処理面に対して、処理液による表面処理を行う方法であって、
前記半導体ウエハの被処理面に親水性部と撥水性部とを形成し、そのうち親水性部に前記処理液が不溶な被覆液を塗布し、
その状態で、前記処理液を前記被処理面に付着しない粒径に微粒子化し不活性ガス中に霧状に分散させた微粒子を、前記被処理面に供給することにより、
前記被処理面のうち、撥水性部を選択的に処理することを特徴とする半導体ウエハの表面処理方法。 - 前記半導体ウエハの被処理面の親水性部における前記処理液が不溶な被覆液の塗布は、被覆液中に該半導体ウエハを浸漬することにより行われることを特徴とする請求項3記載の半導体ウエハの表面処理方法。
- 前記処理液が不溶な被覆液は、純水であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体ウエハの表面処理方法。
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