JP4438709B2 - ウェーハの枚葉式エッチング方法 - Google Patents

ウェーハの枚葉式エッチング方法 Download PDF

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Description

本発明は、ウェーハ端部の局所的な形状崩れを最小限に抑えつつ、ウェーハ表面だけでなくウェーハ端部も均一にエッチングすることが可能なウェーハの枚葉式エッチング方法に関するものである。
一般に半導体ウェーハの製造工程は、単結晶インゴットから切出し、スライスして得られたウェーハを、面取り、機械研磨（ラッピング）、エッチング、鏡面研磨（ポリッシング）及び洗浄する工程から構成され、高精度の平坦度を有するウェーハとして生産される。ブロック切断、外径研削、スライシング、ラッピング等の機械加工プロセスを経たウェーハは表面にダメージ層即ち加工変質層を有している。加工変質層はデバイス製造プロセスにおいてスリップ転位等の結晶欠陥を誘発したり、ウェーハの機械的強度を低下させ、また電気的特性に悪影響を及ぼすので完全に除去しなければならない。この加工変質層を取除くためにエッチング処理が施される。エッチング処理としては、浸漬式エッチングや枚葉式エッチングが行われていた。
このうち枚葉式エッチングは大口径化したウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることが可能であるため最適なエッチング方法として検討されている。枚葉式エッチングは、平坦化した単一のウェーハの表面へエッチング液を滴下し、ウェーハを水平回転（スピン）させることにより滴下したエッチング液をウェーハ表面全体に拡げてエッチングする方法である。ウェーハ表面に供給したエッチング液は、ウェーハを水平回転させることにより生じた遠心力により、供給した箇所からウェーハ表面全体に拡がり、ウェーハ表面側端部にまで至るため、ウェーハ表面と同時にウェーハ表面側端部もエッチングされることになる。供給したエッチング液の大部分は、遠心力によりウェーハ表面側端部から吹き飛んで、エッチング装置に設けられたカップ等により回収される。しかしエッチング液の一部はウェーハ表面側端部からウェーハ裏面側端部、ウェーハ裏面へと回り込んで、ウェーハ裏面側端部、ウェーハ裏面をもエッチングしてしまう不具合があった。
このような不具合に対する方策として、回転駆動部と、回転駆動部に中心軸が接続され被処理体を所定位置に載せるため周辺箇所に位置決め部を有した回転ベースと、回転ベースの周辺において位置決め部の相互間に設けられた被処理体の端面を保持する保持部材と、回転ベースの上方に設けられ被処理体への処理に対応した物質が送出される処理ノズルとを具備し、回転ベースにおける被処理体の裏面の接触位置からの位置決め部及び保持部材の突出高さＸｍｍは、被処理体の端面の厚さをＡｍｍとすると、０＜Ｘ＜Ａ＋０．５ｍｍであることを特徴とする枚葉処理機構が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また特許文献１では、回転ベースの下部において中心軸の周りに設けられたガス供給用ブロックと、回転ベース内部を貫通しブロックからのガスが送り込まれる供給口とを具備し、回転ベースと被処理体の裏面との間の空間の気圧が高められる構成が提案されている。この特許文献１に示される枚葉処理機構では、位置決め部及び保持部材の突出高さを上記割合となるように構成することで被処理体の高速回転時、乱気流や処理液の跳ね返りが抑えられる。またブロックに具備した供給口からのガスの送り込みにより、エッチング液等の処理液が被処理体裏面に回り込むのを防ぐことができる。
特開平１１−２８９００２号公報（請求項１及び請求項２、段落［００１０］、段落［００２５］）
しかしながら、上記特許文献１に示される枚葉処理機構では、処理液の回り込み防止のために被処理体下方からガスを送り込むことによって処理液がウェーハ端部に留まる時間が長くなってしまうため、処理液がエッチング液である場合には、エッチング液が留まった箇所が必要以上にエッチングされてしまい、面取り工程を施したウェーハ端部が局所的に形状崩れを生じてしまう問題があった。
本発明の目的は、ウェーハ端部の局所的な形状崩れを最小限に抑えつつ、ウェーハ裏面への回り込みを防止しながらウェーハ表面だけでなくウェーハ端部も均一にエッチングすることが可能なウェーハの枚葉式エッチング方法を提供することにある。
請求項１に係る発明は、表裏面が平面化され、端部が面取りされた単一のウェーハを保持した状態でウェーハの表面に所定の供給量でエッチング液を供給し、ウェーハを水平回転させることにより生じた遠心力によりウェーハ表面及びウェーハ表面側端部を所望の取り代でエッチングし、エッチングの際に、ウェーハ裏面と裏面側端部の間の位置から裏面側端部に向かってガスを送り込み、エッチング液がウェーハ裏面へと回り込むのを防止する枚葉式エッチング方法の改良である。
その特徴ある構成は、ウェーハの表面へ所定の供給量のエッチング液を２回以上に分けて間欠的に供給することにより１回で供給するエッチング液によるエッチング取り代を小さくし、１回分のエッチング液を供給した後、エッチング液の供給を止め、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去った後に次回分のエッチング液を供給して所望のエッチング取り代を確保するところにある。
請求項１に係る発明では、エッチング液を間欠的に供給することで１回で供給するエッチング液によるエッチング取り代を小さくし、１回分のエッチング液を供給した後はエッチング液の供給を止めて、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去った後に次回分のエッチング液を供給するので、ウェーハ端部に留まるエッチング液による局所的な形状崩れを最小限に抑えつつ、ウェーハ裏面への回り込みを防止しながらウェーハ表面だけでなくウェーハ端部も均一にエッチングすることが可能となる。また、エッチング液を上記所定の回数に分けて間欠的に供給するため、所望のエッチング取り代も確保できる。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、２回以上に分けて間欠的に供給するエッチング液の供給量及び供給時間をそれぞれ均一とする方法である。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ウェーハの保持がウェーハ裏面をチャックにより真空吸着することにより行われる方法である。
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、エッチング液が酸性エッチング溶液である方法である。
本発明のウェーハの枚葉式エッチング方法は、ウェーハの表面へエッチング液を２回以上に分けて間欠的に供給し、１回分のエッチング液を供給した後、エッチング液の供給を止め、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去った後に次回分のエッチング液を供給することで、ウェーハ端部の局所的な形状崩れを最小限に抑えるつつ、ウェーハ裏面への回り込みを防止しながらウェーハ表面だけでなくウェーハ端部も均一にエッチングすることが可能となる。
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明のウェーハの枚葉式エッチング方法は、表裏面が平面化され、端部が面取りされた単一のウェーハを保持した状態でウェーハの表面に所定の供給量でエッチング液を供給し、ウェーハを水平回転させることにより生じた遠心力によりウェーハ表面及びウェーハ端部を所望の取り代でエッチングし、エッチングの際に、ウェーハ裏面と裏面側端部の間の位置から裏面側端部に向かってガスを送り込み、エッチング液がウェーハ裏面へと回り込むのを防止する枚葉式エッチング方法の改良である。その特徴ある構成は、ウェーハの表面へ所定の供給量のエッチング液を２回以上、好ましくは２回〜５回に分けて間欠的に供給することにより１回で供給するエッチング液によるエッチング取り代を小さくし、１回分のエッチング液を供給した後、エッチング液の供給を止め、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去った後に次回分のエッチング液を供給して所望のエッチング取り代を確保するところにある。
エッチング液を間欠的に供給することで１回で供給するエッチング液によるエッチング取り代を小さくし、１回分のエッチング液を供給した後はエッチング液の供給を止めて、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去った後に次回分のエッチング液を供給するので、ウェーハ端部に留まるエッチング液による局所的な形状崩れを最小限に抑えつつ、ウェーハ裏面への回り込みを防止しながらウェーハ表面だけでなくウェーハ端部も均一にエッチングすることが可能となる。また、エッチング液を上記所定の回数に分けて間欠的に供給するため、所望のエッチング取り代も確保できる。
１回分のエッチング液の供給を止めてから、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去るまで１０〜１５秒間の間隔をおいてから次回分のエッチング液を供給することが好ましい。各回分のエッチング液供給量並びに供給時間はそれぞれ均一であることが好ましい。例えば、エッチング工程全ての取り代を１５μｍとしたとき、全部で５回の間欠供給をする場合には、１回のエッチングで取り代が３μｍとなるように、エッチング液供給量並びに供給時間を制御する。
本発明の枚葉式エッチング方法では、端部が面取りされたシリコンウェーハを対象ウェーハとすることが好ましい。また、本発明の枚葉式エッチング方法では、ウェーハの保持をウェーハ裏面をチャックにより真空吸着することにより行っても良い。また、本発明の枚葉式エッチング方法では、エッチングの際に、ウェーハ裏面と裏面側端部の間の位置から裏面側端部に向かってガスを送り込み、エッチング液がウェーハ裏面へと回り込むのを防止しても良い。供給するエッチング液は、どのような種類であっても本発明の方法に対応可能であるが、酸性エッチング溶液が好ましく、このうちＨＦ、ＨＮＯ3、Ｈ3ＰＯ4及びＨ2Ｏを所定の割合で含有したエッチング液が特に好適である。ＨＦ、ＨＮＯ3、Ｈ3ＰＯ4及びＨ2Ｏが重量比で７．０％：３１．７％：３４．６％：２６．７％の混合割合で含有したエッチング液が更に好適である。
本発明の枚葉式エッチング方法は、図１に示すような枚葉式エッチング装置１０を用いて行われる。この枚葉式エッチング装置１０は、ウェーハ回転手段１１、回り込み防止手段１２、エッチング液供給手段１３及びカップ１４を備える。ウェーハ回転手段１１は、ウェーハ１５裏面を真空吸引することにより吸着してウェーハ１５を水平に保持するチャック１６と、このチャック１６の下部に一体的に設けられ、ウェーハ１５を水平回転させる回転駆動部１７から構成される。回り込み防止手段１２は、チャック１６と間隔をあけて同心円状に設けられた円筒状ブロック１８と、この円筒状ブロック１８の内部を貫通しガスが送り込まれるガス供給通路１８ａから構成される。ガス供給通路１８ａはウェーハ裏面と裏面側端部の間の位置から裏面側端部へと外側に向かうように形成される。送り込まれるガスとしては窒素ガス又は空気が挙げられる。エッチング液供給手段１３は、ウェーハ１５上方に設けられたエッチング液供給ノズル１９と図示しないエッチング液供給ポンプなどから構成される。エッチング液供給ノズル１９は図１の実線矢印で示すように、水平に移動可能であり、このエッチング液供給ノズル１９からエッチング液２０をウェーハ１５の上面に供給する。カップ１４は回り込み防止手段１２の外方を覆うように設けられ、遠心力によって吹き飛んだエッチング液２０が装置１０の外に飛散するのを防止するとともに、回収する役目も果たす。
このように構成された枚葉式エッチング装置１０の真空吸引式のチャック１６の上に表面が上面となるようにウェーハ１５を載置し、真空吸引することによりウェーハ１５を水平に保持する。続いて回転駆動部１７でウェーハ１５を水平回転させ、ウェーハ１５上方に設けられたエッチング液供給ノズル１９を図１の実線矢印で示すように、水平に移動させながら、エッチング液供給ノズル１９からエッチング液２０をウェーハ１５の上面に供給する。本発明のエッチング方法では、このエッチング液２０を２回以上に分けて間欠的に供給する。具体的には、間欠的に供給する合計供給量が、従来より行われている一度にエッチング液を連続供給してエッチングする際の全体供給量と同程度の供給量となるように、１回分の供給量を調節することにより行う。
ウェーハ１５の上面に供給されたエッチング液２０は、ウェーハ１５を水平回転させることにより生じた遠心力によって、供給した箇所（例えばウェーハ表面中心近傍）からウェーハ端部側へとウェーハ表面の加工変質層をエッチングしながら徐々に移動し、ウェーハ表面側端部をエッチングし、液滴となってウェーハ外方へと飛散し、カップ１４により回収される。また、円筒状ブロック１８の内部を貫通するガス供給通路１８ａよりウェーハ裏面と裏面側端部の間の位置から裏面側端部に向かってガスを送り込み、エッチング液の一部がウェーハ裏面側端部からウェーハ裏面へと回り込むのをガスの流れにより防止する。１回分のエッチング液を供給した後は、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去るまで一旦エッチング液の供給を止め、完全にエッチング液がウェーハ端部から流れ去った後に、次回分のエッチング液を供給する。
このようにエッチング液を間欠的に供給することで１回で供給するエッチング液によるエッチング取り代を小さくし、１回分のエッチング液を供給した後はエッチング液の供給を止めて、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去った後に次回分のエッチング液を供給するので、ウェーハ端部に留まるエッチング液による局所的な形状崩れを最小限に抑えることができる。また、ウェーハ裏面への回り込みを防止しながらウェーハ表面だけでなくウェーハ端部も均一にエッチングすることが可能となる。更に、エッチング液を上記所定の回数に分けて間欠的に供給するため、所望のエッチング取り代も確保できる。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず、端部に面取りが施され、表裏面が平坦化処理された３００ｍｍφのシリコンウェーハを用意した。また、ＨＦ、ＨＮＯ3、Ｈ3ＰＯ4及びＨ2Ｏが重量比で７．０％：３１．７％：３４．６％：２６．７％の混合割合で含有したエッチング液を用意した。面取りが施されたウェーハの断面形状を図２に示す。図２において、ｔはウェーハの厚さを、Ａ1はウェーハ表面側の面取り幅を、Ａ2はウェーハ裏面側の面取り幅を、Ｒはウェーハ端部の曲率半径を、θ1はウェーハ表面側端部の面取り角度を、θ2はウェーハ裏面側端部の面取り角度をそれぞれ示す。
次いで、図１に示す枚葉式エッチング装置のチャックに表面が上面となるようにウェーハを載置した。次に、ウェーハを水平回転させ、ウェーハ上方に設けられた供給ノズルからエッチング液をウェーハの上面に供給して水平回転により生じた遠心力により、エッチング液をウェーハ表面及びウェーハ表面側端部にまで行き渡らせることで平坦化処理により生じた加工変質層をエッチングした。また、円筒状ブロックの内部を貫通するガス供給通路からはウェーハ裏面と裏面側端部の間の位置から裏面側端部に向かって窒素ガスを送り込み、エッチング液の一部がウェーハ裏面側端部からウェーハ裏面へと回り込むのをこの窒素ガスの流れにより防止した。エッチング液の供給は、１回分のエッチング取り代が約３μｍとなるようにエッチング液の供給量を制御し、１回分のエッチング液を供給した後、エッチング液の供給を止め、１０〜１５秒間の間隔をおいて、供給したエッチング液がウェーハの端部から流れ去った後に次回分のエッチング液を供給するようにし、ウェーハの表面へエッチング液を５回に分けて間欠的に供給することにより、シリコンウェーハの表面を合計１５μｍエッチングした。
＜比較例１＞
エッチング液の供給を連続供給した以外は実施例１と同様にしてシリコンウェーハの表面を合計１５μｍエッチングした。
＜比較例２＞
エッチング液の供給を連続供給し、かつ円筒状ブロックの内部を貫通するガス供給通路よりウェーハ裏面と裏面側端部の間の位置から裏面側端部に向かってガスを送り込まない以外は実施例１と同様にしてシリコンウェーハの表面を合計１５μｍエッチングした。
＜比較試験１＞
実施例１及び比較例１，２の枚葉式エッチングを施したシリコンウェーハのウェーハ表面側の面取り幅Ａ1、ウェーハ裏面側の面取り幅Ａ2及びウェーハ端部の曲率半径Ｒについて、４５°間隔で７点測定した。また、枚葉式エッチングを施す前のシリコンウェーハについても同様に面取り幅Ａ1、面取り幅Ａ2及び曲率半径Ｒをそれぞれ測定した。
ウェーハ表面側の面取り幅Ａ1の測定値を表１に、ウェーハ裏面側の面取り幅Ａ2の測定値を表２に、ウェーハ端部の曲率半径Ｒの測定値を表３に、実施例１及び比較例１〜２におけるウェーハ表面側の面取り幅Ａ1、ウェーハ裏面側の面取り幅Ａ2及びウェーハ端部の曲率半径Ｒの測定結果を図３〜図５に、枚葉式エッチングを施す前のウェーハ端部形状断面図、実施例１、比較例１〜２のウェーハ端部形状断面図を図６〜図９にそれぞれ示す。
Figure 0004438709
Figure 0004438709
Figure 0004438709
表１〜表３、図３〜図９より明らかなように、ウェーハ裏面へのエッチング液の回り込み防止を施さずにエッチングした比較例２では、平坦化工程で面取りが施されたエッチング前材料に比べてウェーハ端部の面取り幅Ａ1、面取り幅Ａ2及び曲率半径Ｒの全てにおいて変動幅が大きい結果となった。具体的にはウェーハ端部の面取り幅Ａ1、面取り幅Ａ2の測定値がそれぞれ大きく、また上記測定結果には表れていないがウェーハ表面側端部の面取り角度θ1、ウェーハ裏面側端部の面取り角度θ2がそれぞれ小さく、ウェーハ端部はウェーハ表面側並びにウェーハ裏面側に近い箇所がより多くエッチングされていた。この結果から比較例２のようにエッチング液の回り込み防止を施さない場合、ウェーハ端部が均一にエッチングされず、面取りを施したウェーハ端部が全体的に形状崩れしてしまうことが判る。また、エッチング液の１回供給によってエッチングした比較例１では、面取り幅Ａ1及び面取り幅Ａ2については実施例１とほぼ同様の結果が得られたが、曲率半径Ｒのみが大きく変動しており、ウェーハ端部の厚さ方向の中心付近にエッチング液が一定時間留まっていることを裏付ける結果となった。これに対して本発明の方法を用いた実施例１では、ウェーハ端部における面取り幅Ａ1、面取り幅Ａ2及び曲率半径Ｒの全てにおいて変動幅が小さい結果となった。このことから本発明の方法により、ウェーハ端部の形状崩れを最小限に抑えつつ、ウェーハ端部を均一にエッチングすることが可能であることが確認された。
ウェーハの枚葉式エッチング装置を示す図。 面取りが施されたウェーハ端部形状の説明図。 実施例１及び比較例１〜２におけるウェーハ表面側の面取り幅Ａ1を示す図。 実施例１及び比較例１〜２におけるウェーハ裏面側の面取り幅Ａ2を示す図。 実施例１及び比較例１〜２におけるウェーハ端部の曲率半径Ｒを示す図。 実施例１の枚葉式エッチングを施す前のウェーハ端部形状断面図。 実施例１のウェーハ端部形状断面図。 比較例１のウェーハ端部形状断面図。 比較例２のウェーハ端部形状断面図。
符号の説明
１０ 枚葉式エッチング装置
１１ ウェーハ回転手段
１２ 回り込み防止手段
１３ エッチング液供給手段
１４ カップ
１５ ウェーハ
２０ エッチング液

Claims (4)

  1. 表裏面が平面化され、端部が面取りされた単一のウェーハを保持した状態で前記ウェーハの表面に所定の供給量でエッチング液を供給し、前記ウェーハを水平回転させることにより生じた遠心力により前記ウェーハ表面及びウェーハ表面側端部を所望の取り代でエッチングし、前記エッチングの際に、前記ウェーハ裏面と裏面側端部の間の位置から裏面側端部に向かってガスを送り込み、エッチング液がウェーハ裏面へと回り込むのを防止する前記枚葉式エッチング方法において、
    前記ウェーハの表面へ前記所定の供給量のエッチング液を２回以上に分けて間欠的に供給することにより１回で供給するエッチング液によるエッチング取り代を小さくし、１回分のエッチング液を供給した後、前記エッチング液の供給を止め、前記供給したエッチング液が前記ウェーハの端部から流れ去った後に次回分のエッチング液を供給して前記所望のエッチング取り代を確保することを特徴とするウェーハの枚葉式エッチング方法。
  2. ２回以上に分けて間欠的に供給するエッチング液の供給量及び供給時間をそれぞれ均一とする請求項１記載の方法。
  3. ウェーハの保持が前記ウェーハ裏面をチャックにより真空吸着することにより行われる請求項１記載の方法。
  4. エッチング液が酸性エッチング溶液である請求項１記載の方法。
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