JPH07263401A - ウェット処理方法とウェット処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ウエハ等、比較的
径の小さな平板状被処理体をウェット処理する技術に関
し、再現性があり、結晶中に欠陥を導入する危険が少な
いウェット処理技術を提供することを目的とする。 【構成】 円筒状容器内で処理液を回転させる工程と、
平板状被処理体を処理液の流れとほぼ平行になるように
治具に保持し、回転する処理液中に浸漬してウェット処
理を行なう工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ等の平板
状被処理体のためのウェット処理技術に関し、時にＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体ウエハ等、比較的径の小さな平板
状被処理体をウェット処理する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ等のＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体ウエハは、未だ小さなサイズであ
る。実験等においては、Ｓｉウエハでも小面積のウエハ
を用いることがある。このような比較的小さなサイズの
半導体ウエハをウェット処理する場合、以下に述べるよ
うな簡便な方法が行なわれている。

【０００３】図５（Ａ）は、最も簡便な方法を示す。ビ
ーカ５１の底にウェット処理したい面を上としてＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体等のウエハ５３を配置し、王水系、
水酸化ナトリウム系、Ｂｒ−メタノール系等のエッチン
グ液５２を上方より注ぎ込む。取扱者が手でビーカ５１
を持ち、振ることによってエッチング液を回転、攪拌等
してエッチングを行なう。エッチング終了後、エッチン
グ液を捨て、大量の純水を注ぎ込んでリンスを行なう。

【０００４】図５（Ｂ）は、治具を用いる方法を示す。
ウエハ５３を液抜き用空隙部を十分形成したバスケット
５４内に配置する。ビーカ５１にエッチング液５２を注
いだ後、バスケット５４下部をエッチング液５２中に浸
漬する。バスケット５４を手で上下に動かすことによ
り、ウエハ５３表面でエッチング液を均等に移動させ
る。エッチング終了時には、バスケットをビーカ５１外
へ取出し、純水をオーバフローさせている他のビーカ中
に持ち込む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような、簡便なウ
ェット処理を行なうと、安定な処理液の流れを形成する
ことは困難である。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶であ
るＺｎＳｅをエッチングする場合、ＺｎＳｅはイオン性
が強いため、僅かなエッチング液の乱れでもエッチング
のムラが発生し、鏡面化エッチングが乱される。

【０００６】ウェット処理の進行速度が、手作業による
処理液の流れによって支配されるため、再現性のあるウ
ェット処理を安定に行なうことが困難である。エッチン
グの場合、エッチング速度、エッチング深さにばらつき
が生じる。ビーカの底にウエハを配置する場合、ウエハ
裏面はビーカの底と接触しているため、十分なエッチン
グ液を供給することは難しく、実質的にエッチングによ
る表面清浄化等のウェット処理は、上側の表面だけにし
か行われない。

【０００７】また、ビーカの底にウエハを配置する場
合、複数枚のウエハを配置することは難しい。エッチン
グ液の攪拌時に複数のウエハが重なり合ったり、衝突し
たりすると、エッチングムラや再現性低下の原因とな
る。

【０００８】また、ビーカの底にウエハを配置し、エッ
チング液を回転させる場合、ウエハはビーカ底面と摩擦
し、側面と衝突する。このような機械的衝撃により、ウ
エハ結晶内に欠陥が導入される危険性がある。

【０００９】本発明の目的は、再現性があり、結晶中に
欠陥を導入する危険が少ないウェット処理技術を提供す
ることである。本発明の他の目的は、ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体ウエハの鏡面化エッチングを安定に、かつ効率
的に行なうことのできるウェット処理技術を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のウェット処理方
法は、円筒状容器内で処理液を回転させる工程と、平板
状被処理体を処理液の流れとほぼ平行になるように治具
に保持し、回転する処理液中に浸漬してウェット処理を
行なう工程とを含む。

【００１１】

【作用】円筒状容器内でウェット処理液を回転させるこ
とにより、安定な処理液の流れを形成することができ
る。

【００１２】この処理液中に治具に保持した平板状被処
理体を処理液の流れとほぼ平行にして浸漬することによ
り、安定な処理液の流れを保持しつつ、平板状被処理体
に過度の機械的衝撃を与えることなく、処理液を被処理
体表面に接触させることができる。

【００１３】このようにして、安定なウェット処理を行
なうことができる。鏡面エッチングの場合にも、ウエハ
表面において均一にエッチングを進行させることができ
る。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の実施例によるウェット処理
を説明するための概略平面図である。ウエハ１は、複数
箇所でウエハ保持用治具１、２によって保持され、円筒
形容器５内に配置される。円筒形容器５内には、ウェッ
ト処理液４が注入され、矢印方向に回転させられる。

【００１５】ウェット処理液４を安定に回転させつつ、
ウエハ３をウェット処理液の流れとほぼ平行にウェット
処理液中に配置することにより、ウエハ３表面上で均一
にウェット処理が進む。

【００１６】ウエハ保持用治具１、２は、ウェット処理
液４の流れを妨げないように、ウェット処理液４の流れ
に垂直な方向の断面積を小さくして形成する。たとえ
ば、ウエハ保持用治具１は、ウエハ３下面に接するよう
に配置された１枚の薄板で構成され、ウエハ保持用治具
２はそれよりも高い位置に配置された他の薄板状治具で
構成される。さらに、処理液４の流れを妨げないよう多
くの貫通開口部を設けることが好ましい。

【００１７】治具１、２は、回転機構を収容できる空間
を、ウエハ収容空間より下に形成することが好ましい。
回転機構は、マグネティックスターラやモータ駆動フィ
ン等で構成することができる。

【００１８】なお、４つのウエハ保持用治具１ａ〜１ｄ
および２ａ〜２ｄの４組を図示したが、これらの保持用
治具１ａ〜１ｄ、２ａ〜２ｄはそれぞれ単一の部材で構
成してもよい。また、ウエハ保持用治具１、２全体を単
一の構成体とすることもできる。

【００１９】ウェット処理液４が円筒形容器５内を回転
するので、ウェット処理液４の流速は、円筒形容器５内
の半径方向位置に依存するものとなる。全ウエハに均一
にウェット処理を行なうには、各ウエハをほぼ所定の円
筒面に沿って配置することが好ましい。

【００２０】このように、ほぼ同一の半径方向位置に複
数のウエハを配置した時、ウェット処理液４はウエハの
外側を流れる部分と内側を流れる部分とに大きく２分さ
れる。ウエハ両面を均一にウェット処理しようとする場
合、ウエハ表面および裏面にほぼ同等のウェット処理液
が接触することが望ましい。このため、ウエハ３を配置
する半径方向位置は、ウェット処理液４がその内側と外
側でほぼ同等の体積に２分されるように選択することが
好ましい。

【００２１】以下、制限的な意味なく、ＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体であるＺｎＳｅをエッチングする場合の実施
例について説明する。液相成長により作成したＺｎＳｅ
結晶を、任意の面方位たとえば（１１１）面に沿ってス
ライスし、ウエハ状に加工した。このようにして作成さ
れたＺｎＳｅウエハは、機械研磨によりラッピング、ポ
リッシングされ、表面を鏡面に仕上げられた。鏡面研磨
後、ウエハ表面上に付着している研磨剤を除去するた
め、超音波洗浄を行なった。

【００２２】このように準備した複数枚のウエハを、治
具によって保持し、ビーカ中でエッチングする。図２
（Ａ）、（Ｂ）は、ウエハを保持する２種類の治具を示
す平面図である。図２（Ａ）は上側に配置するバスケッ
トネット治具であり、図２（Ｂ）は下側に配置するバス
ケットベース治具である。

【００２３】図２（Ａ）において、バスケットネット治
具２は、ウエハ３を落とし込むようにして保持する菱形
の網目状部分６を同一半径の円周上に８個有する。各網
目状部分の菱形は一方の対角線が半径方向に向き、他方
の対角線が円周方向に向くように配置されている。これ
ら網目状部分６は、アーム８によって共通の中央部７に
接続されている。中央部７には、支柱を通すための円形
開口が設けられている。

【００２４】また、網目状部分６の外側には、円筒状の
外周部９が接続されている。外周部９は、ウエハ３を安
定に保持するのに適した高さを有し、網目状部分６はそ
の上端に接続されている。

【００２５】図２（Ｂ）において、バスケットベース治
具１はウエハ３を下から保持するための溝１０を有する
８本のアーム１１を放射状に有する。各アーム１１は、
中央部１２で連結されている。なお、中央部１２には上
述の支柱を通すための円形開口が設けられている。ま
た、各アーム１１の外端は、円柱状の外周部１３に接続
されている。外周部１３は、処理液深さのほぼ中央に被
処理体を配置するのに適した高さを有し、アーム１１は
その上端に接続されている。

【００２６】図２（Ａ）、（Ｂ）に示す治具は、耐薬品
性の高いテフロンで形成する。円滑なエッチング液の流
れを実現するためには、両治具は外周部を除き、薄く平
滑な表面を有する薄板状部材で形成される。また、外周
部９、１３の外径は、ビーカの内壁とほぼ一致した径と
することが好ましい。すなわち、バスケット本体外側か
らのエッチング液の流れ込みを防ぎ、流れをバスケット
内側のみから供給する。このような構成により、安定的
な流れを実現する。

【００２７】図３は、バスケットネット治具２をバスケ
ットベース治具１上に重ね、支柱１３で共通に保持し、
ビーカ５内に配置した状態を示す。たとえば、ビーカ５
が１００ｍｌビーカである場合、治具１、２の外径は約
５０ｍｍである。なお、治具１、２挿入前に、ビーカ５
底面にはマグネティックスターラ１５を配置しておく。
スターラ１５は、径約８ｍｍ、長さ約３０ｍｍである。
ウエハ３は、バスケットネット治具２の菱形開口部分の
対向線に沿って同一円周上に挿入され、下端はバスケッ
トベース治具１の溝１０内に挿入されている。

【００２８】なお、ウエハ３を保持する位置は、ウエハ
３よりも内側を流れるエッチング液の体積と、ウエハ３
よりも外側を流れるエッチング液の体積がほぼ等量とな
るように治具１、２の構成を設計しておく。このような
構成により、ウエハの向きによるエッチング状態の差を
減少させる。

【００２９】ビーカ５内には、エッチング液１７を注入
しておく。スターラ１５によりエッチング液１７を回転
させることにより、エッチング液１７の安定な回転が得
られる。エッチング液１７としてＺｎＳｅ結晶のあらゆ
る面方位に対して鏡面エッチングが可能である過マンガ
ン酸カリウム硫酸水溶液系エッチング液を用いた。その
組成比は、ＫＭｎＯ₄ ：Ｈ₂ ＳＯ₄ ：Ｈ₂ Ｏ＝１２０ｍ
ｇ：１２ｍｌ：４８ｍｌである。このエッチング液が入
ったビーカ中でスターラを回転させ、所望のエッチング
液流速になるようにスターラ回転数を設定した。流速が
安定化した後、ウエハ３を配置したバスケット治具１、
２をエッチング液１７中に浸漬した。エッチング液は、
ウエハ表面とほぼ平行な方向に流れる。

【００３０】所定のエッチング時間経過後、バスケット
１、２を取出し、水洗後、メタノールで水を置換し、ジ
クロルメタン中で超音波洗浄を約３０分間行なった。エ
ッチング液の流速は、スターラの回転数で制御できる。
上述のバスケット治具１、２を配置した状態でスターラ
回転数２００〜１０００ｒｐｍの範囲において、エッチ
ング液流速はスターラ回転数に対し、ほぼ直線的に変化
した。このようなリニアな領域を用いることにより、エ
ッチングの制御が容易になる。

【００３１】図４は、ウエハ表面上を流れるエッチング
液の流速と、エッチング速度との関係を示すグラフであ
る。横軸はウエハ表面でのエッチング液の流速をｃｍ／
ｓｅｃで示し、縦軸はエッチング速度をμｍ／ｍｉｎで
示す。このグラフから明らかなように、エッチング液流
速の増大と共に、エッチング速度も比例してリニアに増
大していることが見い出された。

【００３２】このような基礎的データを測定しておくこ
とにより、スターラ回転数を制御することによってＺｎ
Ｓｅエッチングを高精度に制御することができる。Ｚｎ
Ｓｅウエハエッチングにおけるエッチング液流速とエッ
チングムラの関係を調べた結果、２０ｃｍ／ｓｅｃを越
えたエッチング液流速においては、エッチング液に回転
の乱れが発生し、エッチングムラが生じた。しかしなが
ら、エッチング液流速を２０ｃｍ／ｓｅｃ以下とするこ
とにより、良好な鏡面エッチングが可能であった。

【００３３】なお、特定の形状の治具を用いる場合を説
明したが、治具の形状、寸法は種々に変更することがで
きる。また、治具の材質もエッチング液との関係を考慮
して変更することができる。

【００３４】このように、スターラ等の回転駆動機構を
用いてエッチング液を安定に回転しつつ、エッチングを
行うので、エッチングが安定均一に進行する。スターラ
回転数を変化させてエッチ速度を高精度に変化させるこ
ともできる。たとえば、鏡面エッチングの場合、鏡面エ
ッチング能力を保持したまま、エッチング速度を変化さ
せることができる。

【００３５】従来、エッチング速度を変化させるために
は、エッチング液の温度や組成比を変化させていた。こ
のような方法の場合、ウエハに対するエッチング性能自
体が変化し、エッチング後の表面状態を荒らす原因とも
なった。エッチング液の組成や温度を一定に保ったま
ま、流速のみを変化させることにより、エッチング速度
を変化させると、エッチングの基本的性能が保たれたま
ま、エッチング速度を広範囲に制御することができる。
上述のエッチング液を用いた場合、エッチング速度を
０．３〜０．８μｍ／ｍｉｎの範囲で任意に制御するこ
とができた。

【００３６】エッチング液がビーカ内を円状に回転し、
バスケット型治具は流れに対して全てのウエハを平行か
つ対称的に配置することができる。このため、複数枚の
ウエハの同時処理においてもエッチングの均一性が高
い。

【００３７】スターラでエッチング液を回転させ、ウエ
ハ保持用治具はビーカ内に静止させておくことができる
ため、ウエハに機械的衝撃を与えることを防止できる。
このため、ウエハへ欠陥を導入することを防止できる。

【００３８】ウエハのほぼ全表面を同時にかつ同様な特
性でエッチングできるため、ウエハ全体の清浄効果が高
まる。ウエハ面内を均一にエッチングすることができる
ため、研磨等により加工変質層の除去を有効に行なうこ
とができ、良好な半導体装置の製造が可能となる。

【００３９】以上、ＺｎＳｅの鏡面エッチングの場合を
説明したが、エッチング以外のウェット処理を行なうこ
ともできる。また、処理対象物はＺｎＳｅに限らない。
特に、Ｚｎを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶、たと
えばＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅおよびＺｎＳ、ＺｎＳ
ｅ、ＺｎＴｅの混晶等、従来エッチング等のウェット処
理が困難であった半導体結晶、に対して有効である。

【００４０】ウエハ面方位は（１１１）面に限らない。
（１１０）、（１００）等どのような面方位のウエハを
用いても同様な効果が得られる。その他、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。

【００４１】

【発明の効果】ウェット処理液の流れを安定かつ再現性
良く制御することができる。このため、ウエハ面内での
処理のムラが減少し、処理速度の再現性が向上する。

【００４２】エッチング液等のウェット処理液の温度や
組成比を変えることなく、ウェット処理の処理速度をウ
ェット処理液流速によって高精度に制御することができ
る。ウエハは、静止状態に近い状態で保持されるため、
機械的衝撃による欠陥導入を有効に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるウェット処理を説明する
ための概略平面図である。

【図２】本発明の実施例に用いるウエハ保持用治具の上
面図である。

【図３】本発明の実施例によるエッチングの状態を示す
概略断面図である。

【図４】エッチング液流速に対するエッチング速度の変
化を示すグラフである。

【図５】従来の技術によるエッチングを説明するための
概略断面図である。

【符号の説明】

１、２ ウエハ保持用治具 ３ ウエハ ４ ウェット処理液 ５ 円筒形容器 １５ スターラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｎ (72)発明者 田村 一志 神奈川県横浜市緑区長津田１−24−10 田 奈荘203 (72)発明者 丸山 剛 神奈川県川崎市高津区北見方305

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状容器内で処理液を回転させる工程
   と、 平板状被処理体を処理液の流れとほぼ平行になるように
   治具に保持し、回転する処理液中に浸漬してウェット処
   理を行なう工程とを含むウェット処理方法。
2. 【請求項２】 前記平板状被処理体を回転する処理液中
   に浸漬した状態で、平板状被処理体内側を流れる処理液
   の体積と平板状被処理体外側を流れる処理液の体積とが
   ほぼ等しい請求項１記載のウェット処理方法。
3. 【請求項３】 前記処理液が過マンガン酸カリウム、硫
   酸、水を含むエッチング液であり、前記被処理体がＩＩ
   −ＶＩ族化合物半導体ウエハである請求項１または２記
   載のウェット処理方法。
4. 【請求項４】 前記処理液を回転させる工程が、平板状
   被処理体表面上で約２０ｃｍ／ｓｅｃ以下の流速となる
   ようにスターラでエッチング液を回転させる請求項１〜
   ３のいずれかに記載のウェット処理方法。
5. 【請求項５】 上部が開いた円筒状容器と、 前記円筒状容器内の処理液を回転させる回転機構と、 前記回転する処理液の流れに対してほぼ平行に平板状被
   処理体を保持する治具とを有するウェット処理装置。
6. 【請求項６】 前記治具が少なくとも異なる２つの高さ
   に配置された薄板状部材を含み、平板状被処理体を保持
   した時、処理液の体積をほぼ２分する半径方向位置で平
   板状被処理体を円周方向に沿って保持することができる
   請求項５記載のウェット処理装置。