JPH0974082A

JPH0974082A - 半導体ウェーハのエッチング方法およびその装置ならびにラック

Info

Publication number: JPH0974082A
Application number: JP25464095A
Authority: JP
Inventors: Makoto Inogaki; 誠猪垣; Masahiro Morimoto; 昌弘森元; Hisakazu Konishi; 央員小西; Kazunari Takaishi; 和成高石
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1997-03-18
Anticipated expiration: 2015-09-05
Also published as: JP3431114B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコンウェーハ表裏面での面内のエッチン
グムラをなくす。各シリコンウェーハ表面の平坦度のバ
ラツキを小さく抑える。【解決手段】ラック１２にシリコンウェーハｗｆを複
数枚並べて収容して保持する。ラック１２をエッチング
槽１１中に浸漬する。ローラ軸１５、１６、１７および
カム軸３２を所定速度で回転させる。各シリコンウェー
ハｗｆはローラ軸によってその軸線回りに回転させられ
ながら、カム軸３２のカム面によって上下に揺すられ
る。シリコンウェーハｗｆの表裏面にはエッチング液が
まんべんなく接触し、撹乱される。エッチング液により
シリコンウェーハ表裏面はローラ軸の保持片部分（円周
側部分）でもその中央部分でも同様に、全面が均一にエ
ッチング液にさらされ、接触する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体ウェーハの
エッチング方法およびその装置、例えばシリコンウェー
ハの湿式エッチング方法およびそのエッチング装置なら
びにエッチング用のラックの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリコンウェーハは、スライシ
ング、ラッピング等の機械加工処理が施された後、化学
作用によるエッチング加工が施される。このエッチング
工程は、上記前工程での機械加工によって生じるダメー
ジを除去する目的で行われる。同時に、後の研磨等のた
めに、エッチングされたシリコンウェーハにあっても、
その外観、平坦性、面粗さ等にて一定の規制が必要とさ
れている。

【０００３】したがって、このエッチング方法やエッチ
ングに使用する治具に関しても従来より様々な工夫がな
されてきた。特に、近年の半導体ウェーハの大口径化の
傾向にともない、半導体ウェーハ表面からの反応ガスに
よる面不良（ムラ）等は、大きな問題となってきた。

【０００４】従来の半導体ウェーハのエッチング装置と
しては、例えば特開平４−１５１８３７号公報に記載さ
れたものが知られている。この装置は、ウェーハを支持
すべき係合溝を軸方向に複数形成した２本のメインロー
ラと、同様の係合溝を軸方向に複数形成した押さえ部材
を、ドラム枠状のケーシング内に、互いに平行、かつ、
回転自在に配する。メインローラは駆動機構で回転駆動
される。ケーシング内のメインローラの間に、および、
メインローラと押さえ部材の適当な角度位置に補助ロー
ラを回転自在に設けてある。補助ローラは駆動機構で駆
動される。

【０００５】この装置にあっては、オリフラＯＦを有す
るウェーハであっても、オリフラＯＦがどの角度位置に
あっても、このウェーハの外周部の少なくとも２点をメ
インローラ・補助ローラで支持しているため、ウェーハ
の軸心は変化せず、ウェーハの径方向の移動は阻止され
る。その結果、その外周部がダメージをうけず、ウェー
ハの回転むらが防がれて均一なエッチングが可能とな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなシリコンウェーハのエッチング方法にあっては、シ
リコンウェーハの口径が大きくなるにつれて、その表裏
面で面内にエッチングムラを生じていた。これは、ウェ
ーハは、係合溝を介して常に同一の外周部分に当接また
は摺接されて支持・保持されているため、この支持部分
（係合溝）に作用するエッチング液量が、それ以外の部
分に比較して少ないからである。また、多数のシリコン
ウェーハを保持する治具内で、各シリコンウェーハ表面
の平坦度のバラツキを小さく押さえることが困難になっ
ていた。各半導体ウェーハの回転速度は必ずしも一定で
はなく、各ウェーハ間でのエッチング液との反応がばら
つくからである。

【０００７】そこで、発明者は、鋭意研究の結果、ウェ
ーハ保持治具内でのウェーハ支持方法を工夫し、また、
揺動機構を取り付けた治具（ケーシング）でウェーハを
保持させるようにした。これにより、エッチング時にウ
ェーハを回転と同時に揺動（鉛直面内で上下、左右に揺
する）させ、治具内でウェーハとエッチャントとの間の
さらなる撹拌作用を生じさせることで、上記問題を解決
できることを見い出した。また、少なくとも２箇所のウ
ェーハ支持部と、揺動時にウェーハを治具内に止めてお
くための補助支持部と、を有するエッチング用治具は、
エッチング反応をより円滑に促進し、上記問題点を解決
するのに都合がよいことも見出した。また、この治具を
装備するエッチング装置に、さらに、装置本体の揺動機
構を組み合せることにより、エッチング反応の更なる均
一化を達成することができることを、知見した。エッチ
ング反応の均一化は、ウェーハ表裏面での酸化または還
元反応を、その面内で偏り無く起こさせることに対応す
る。

【０００８】

【発明の目的】そこで、この発明は、エッチング治具に
ウェーハ揺動機構を装備することにより、ウェーハ表裏
面での面内のエッチングムラをなくすことを、その目的
としている。また、各シリコンウェーハ表面の平坦度の
バラツキを小さく抑えることを、その目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、エッチング液中に浸した半導体ウェーハを回転させ
てエッチングする半導体ウェーハのエッチング方法にお
いて、この半導体ウェーハを回転させながら、同時にそ
の回転軸に対して垂直な平面内で直線的に移動させる半
導体ウェーハのエッチング方法である。

【００１０】請求項２に記載の発明では、エッチング液
が注入されたエッチング液槽と、このエッチング液槽中
で半導体ウェーハを回転させる回転手段と、回転する半
導体ウェーハをその回転軸と垂直な平面内で移動させる
揺動手段とを備えた半導体ウェーハのエッチング装置で
ある。

【００１１】請求項３に記載の発明では、エッチング液
が注入されたエッチング液槽と、このエッチング液槽中
で半導体ウェーハを略鉛直に保持するラックと、保持さ
れた半導体ウェーハの外縁に摺接して半導体ウェーハを
回転させる駆動軸と、この回転する半導体ウェーハの外
縁に当接して半導体ウェーハを移動させるカム部材とを
有する請求項２に記載の半導体ウェーハのエッチング装
置である。

【００１２】請求項４に記載の発明は、複数の駆動軸に
シリコンウェーハの外縁を当接させることにより、複数
のシリコンウェーハを保持してエッチング液中に浸され
るラックにおいて、上記シリコンウェーハ同士を分離す
る保持片を駆動軸に固設するとともに、この保持片を駆
動軸の周りに沿って突出した複数のピン状部材で形成し
たエッチング用のラックである。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の発明では、半導体ウェーハを
エッチング液中に浸してその表裏両面にエッチングを施
す。この場合、半導体ウェーハをその中心軸回りに回転
させながら、同時にその中心軸に対して垂直な平面内
で、この半導体ウェーハを直線的に移動させる。例えば
エッチング液中で半導体ウェーハを回転させつつ上下動
・左右動させるものとする。

【００１４】請求項２・請求項３に記載した発明にあっ
ては、ラックに保持した半導体ウェーハを駆動軸により
回転させながら、カム部材で移動させる。この結果、半
導体ウェーハは回転と同時に揺動することとなり、面内
の全域で、特に半導体ウェーハのラックでの支持部分に
対してもエッチング液による攪拌作用が付加されて均一
なエッチングを行うことができる。また、さらなる攪拌
作用の活性化により、ラックに保持した各半導体ウェー
ハ間での平坦度のばらつきがなくなる。

【００１５】請求項４に記載したラックでは保持片をピ
ン状としたため、エッチング液がこの部分において流動
し易く、半導体ウェーハの支持部分におけるエッチング
液の接触をより活性化することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図面
を参照して説明する。図１〜図５はこの発明の一実施例
に係るエッチング装置を示している。これらの図におい
て、１１は筺体である例えば塩化ビニール製のエッチン
グ液槽であり、このエッチング液槽１１内にはエッチン
グ液、例えば酸系薬液等が注入されている。１２はこの
エッチング液槽１１中に挿入可能で、かつ、エッチング
液槽１１から取り出し可能に設けられたラックである。
例えばこのエッチング液槽１１に隣接して同じ大きさの
純水槽を配設し、ラック１２はエッチング液槽１１と純
水槽との間で交互に挿入・引き出しを可能に構成するこ
ともできる。

【００１７】ラック１２は、バレル形状の枠体で構成さ
れ、両端に一対の円板状の側板１３，１４を有してい
る。側板１３，１４は略同一形状であって、例えば保持
するシリコンウェーハｗｆの径よりも大きい径の円板で
形成されている。側板１３、１４の中心部には、外方に
向かって突出する軸部１３Ａ，１４Ａが形成されてい
る。そして、これらの側板１３，１４同士は、断面円形
の３本の平行なローラ軸１５，１６，１７により一定間
隔離れて連結されている。

【００１８】３本のローラ軸１５，１６，１７は、側板
１３，１４の円周方向において略等間隔に（１２０度間
隔で）離間して配設されている。３本のローラ軸１５，
１６，１７は側板１３，１４にそれぞれ回転自在に支持
されており、その軸端は側板１４から突出している。ロ
ーラ軸１５、１６、１７の各軸端には小ギヤ１８がそれ
ぞれ固着されている。各小ギヤ１８は、内ギヤ１９に歯
合している。内ギヤ１９は、上記軸部１４Ａに回転自在
に支持されている。また、内ギヤ１９は、スペーサ２０
を挟んで、外ギヤ２１に連結されて一体化されている。
２２はこれらの内ギヤ１９と外ギヤ２１とを連結するボ
ルトである。外ギヤ２１は、内ギヤ１９と同様に軸部１
４Ａに回転自在に支持されている。２３はこれらの内ギ
ヤ１９、外ギヤ２１の抜け止め用のリングである。

【００１９】さらに、図４、図５に詳示するように、こ
れらのローラ軸１５、１６、１７の外面には、その軸線
に対して垂直な面にて放射状に突出した針状（円錐形ピ
ン状）の保持片３０が固着されている。保持片３０は、
軸周りに放射状に複数個（例えば８本）突設されて構成
されている。これらの８本の保持片３０は全体で１組と
なって、シリコンウェーハｗｆをこれらの各組の間に、
すなわちローラ軸１５、１６、１７外面の所定位置に保
持するものである。つまり、８本のピンである保持片３
０を１組として、ローラ軸１５、１６、１７の軸線に沿
って一定間隔で複数組配設され、それらの間にウェーハ
保持用の溝様のものが構成されていることとなる。

【００２０】保持片３０の材質は、ローラ軸１５、１
６、１７、側板１３、１４等と同じくエッチング液に対
してエッチングされない樹脂製とする。また、保持片３
０はシリコンウェーハｗｆを保持可能であれば、ある程
度柔軟に形成してもよい。したがって、これらの３本の
ローラ軸１５、１６、１７で分離・支持されたシリコン
ウェーハｗｆ同士は、互いに接触することなくラック１
２に収容されて、かつ、回転自在に保持されることとな
る。エッチング液としてはアルカリ系、混酸系等が使用
目的に応じて用いられる。

【００２１】なお、図３、図５に示すように、ローラ軸
１７は側板１４の長孔３１に挿入されて支持され、一定
角度だけ側板１４の円周方向に沿って移動可能な構成で
ある。これはシリコンウェーハｗｆをラック１２から挿
入・取り出しを容易とするためである。また、シリコン
ウェーハｗｆのエッチング中のラック１２からの飛び出
しを防ぐものでもある。

【００２２】ここで、側板１３、１４においては、ロー
ラ軸１５、１６、１７の他にも、断面が長円形または楕
円形のカム軸３２が回転自在に取り付けられている。こ
のカム軸３２はローラ軸１５、１６の中間位置、すなわ
ち図１、図２に示すように、ローラ軸１７に対して略１
８０゜離間して対向した位置（ラック１２をエッチング
槽１１に装填したときの最下方位置）に取り付けられて
いる。そして、このカム軸の側板１４から突出する軸端
には小ギヤ３３が固着されている。この小ギヤ３３は内
ギヤ１９に噛み合っている。カム軸３２はシリコンウェ
ーハｗｆの外周縁（面取り部）に当接してシリコンウェ
ーハｗｆを上下動させることができる。すなわち、ラッ
ク１２内で、シリコンウェーハｗｆは鉛直面で所定の動
き（上下・左右等の動き）が可能なように、３本のロー
ラ軸１５、１６、１７の間に遊挿されている。

【００２３】そして、この外ギヤ２１にベルト２４が巻
回されている。ベルト２４は、同時にモータ２５の出力
軸端に固着したギヤ２６に巻回されている。すなわち、
モータ２５のギヤ２６と外ギヤ２１との間にはベルト２
４が掛け渡されており、モータ２５の駆動力は、ベルト
２４、外ギヤ２１、内ギヤ１９、および、各小ギヤ１８
・３３を介してローラ軸１５、１６、１７およびカム軸
３２に伝達される構成である。

【００２４】以上の構成に係るエッチング装置にあって
は、ラック１２にシリコンウェーハｗｆを複数枚並べて
収容して保持し、このラック１２をエッチング槽１１中
に装填、浸漬する。そして、モータ２５を駆動してロー
ラ軸１５、１６、１７およびカム軸３２を所定速度で回
転させる。この結果、各シリコンウェーハｗｆはローラ
軸１５、１６、１７によってその軸線回りに所定速度で
回転させられながら、カム軸３２のカム面によって上下
に揺すられる。したがって、シリコンウェーハｗｆの表
裏面にはエッチング液がまんべんなく接触し、撹乱され
ることとなる。すなわち、エッチング液によりシリコン
ウェーハ表裏面はローラ軸１５、１６、１７の保持片部
分（円周側部分）でもその中央部分でも同様に、全面が
均一にエッチング液にさらされ、接触することになる。

【００２５】図５に示すように、シリコンウェーハｗｆ
は、そのオリエンテーションフラット（オリフラＯＦ）
が２本のローラ軸１５、１６のいずれかに接触しない限
り、カム軸３２はその長軸側の面がシリコンウェーハｗ
ｆの外周面（面取り面）に接触し、その短軸側の面は接
触しない。このとき、シリコンウェーハｗｆは回転する
のみであり、揺動はしない。一方、シリコンウェーハｗ
ｆのオリフラ面（劈開面）ＯＦがローラ軸１５または１
６に接触した場合、シリコンウェーハｗｆは全体として
下方に落下した状態でローラ軸１５、１６に支持され
る。この状態でカム軸３２が回転するとカム軸３２の長
軸面（カム面）が当接したとき、シリコンウェーハｗｆ
は上に押し上げられ、短軸面に当接すると落下する。す
なわち、カム軸３２により駆動されてシリコンウェーハ
ｗｆは回転しながら上下に揺動する結果となるのであ
る。シリコンウェーハｗｆはラック１２内で回転しなが
ら、上昇・下降を繰り返すこととなる。なお、ラック１
２にて上側に位置するローラ軸１７は、このときにラッ
ク１２からシリコンウェーハｗｆが飛び出ることを防止
している。また、この動作にてシリコンウェーハｗｆは
針状の８本の保持片３０により隣のシリコンウェーハｗ
ｆとは分離され、ウェーハ同士の倒れ接触は防止されて
いる。

【００２６】また、このエッチング装置では、上述した
ように、オリフラＯＦを形成したシリコンウェーハｗｆ
についても有効であるが、オリフラを形成していないノ
ッチ付きのシリコンウェーハｗｆに対してはより有効で
ある。この場合、ラック１２に保持されたシリコンウェ
ーハｗｆは必ず回転と同時にカム軸３２で揺動するから
である。

【００２７】図６に示す実施例は、隣り合うシリコンウ
ェーハｗｆ同士を分離する保持片４０をつば状（円環
状）とした例である。この実施例にあっても、カム軸３
２によって、シリコンウェーハｗｆは回転しながら上下
・左右に揺動されることとなる。この実施例に示すよう
に、カム軸３２を使用したため、たとえシリコンウェー
ハｗｆの分離・保持につば状の保持片４０を用いたとし
ても、その表裏面でのエッチングムラをなくすこと等に
関しては、十分に効果的である。その他の構成は上記実
施例と同じである。

【００２８】図７に示す実施例は、オリフラ付きシリコ
ンウェーハｗｆの揺動手段として３本のローラ軸４１、
４２、４３を正三角形を構成する位置に配設したもので
ある（自重のみによる揺動方式）。また、断面円形の補
助駆動軸４４をシリコンウェーハｗｆの最下方位置に当
接させている。すなわち、ラック１２において、ローラ
軸４１、４２、４３を１２０度間隔で円周方向に離間し
て配設し、２本のローラ軸４１、４２間に補助駆動軸４
４を配設したものである。

【００２９】補助駆動軸４４は、図示のように、オリフ
ラがローラ軸４１、４２に当接して落下した状態にある
とき、シリコンウェーハ外縁に当接してこれを回転させ
るものである。オリフラ付きシリコンウェーハｗｆが、
図示の実線で示すように、ローラ軸４１、４２に当接す
ると、シリコンウェーハｗｆは落下し、図示の破線に示
す状態になると、シリコンウェーハｗｆは上昇する。ま
た、保持片４０は図示のようにつば状であってもよく、
または、図５に示すピン状の放射配列したものであって
もよい。その他の構成は上記実施例と同様に構成してあ
る。

【００３０】図８は上記各実施例でのエッチングムラの
発生割合を、図９はエッチングによる表面平坦度（ＴＴ
Ｖ）をそれぞれ示している。これらに示すように、いず
れの方式にあってもウェーハを揺動させた方が、従来の
非揺動方式よりも効果が大きいことが明白である。な
お、エッチングムラは目視による判定結果である。ＴＴ
Ｖの測定は公知の表面粗さ測定装置による。例えばＡＤ
Ｅの測定値である。

【００３１】

【発明の効果】この発明では、各シリコンウェーハ表面
の平坦度のバラツキを小さく抑えることができる。ま
た、シリコンウェーハの表裏面での面内のエッチングム
ラをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るエッチング装置の概
略を示す斜視図である。

【図２】この発明の一実施例に係るエッチング装置のラ
ックを示す断面図である。

【図３】この発明の一実施例に係るラックの側板を示す
側面図である。

【図４】この発明の一実施例に係るラックでのウェーハ
保持状態を示す正面図である。

【図５】この発明の一実施例に係るローラ軸の配置を示
す側面図である。

【図６】この発明の他の実施例に係るローラ軸の配置を
示す側面図である。

【図７】この発明のさらに他の実施例に係るエッチング
装置のローラ軸の配置を示す側面図である。

【図８】この発明の実施例に係るエッチング装置でのシ
リコンウェーハのエッチングムラを示すグラフである。

【図９】この発明の実施例に係るエッチング装置でのシ
リコンウェーハのＴＴＶを示すグラフである。

【符号の説明】

１１エッチング液槽、１２ラック、１５、１６、１７ローラ軸（回転手段、駆動軸）、１８小ギヤ（回転手段）、１９内ギヤ（回転手段、揺動手段）、２１外ギヤ（回転手段、揺動手段）、２４ベルト（回転手段、揺動手段）、２５モータ（回転手段、揺動手段）、３０保持片、３２カム軸（揺動手段、カム部材）、３３小ギヤ（揺動手段）、ｗｆシリコンウェーハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小西央員東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者高石和成東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチング液中に浸した半導体ウェーハ
を回転させてエッチングする半導体ウェーハのエッチン
グ方法において、この半導体ウェーハを回転させながら、同時にその回転
軸に対して垂直な平面内で直線的に移動させる半導体ウ
ェーハのエッチング方法。
【請求項２】エッチング液が注入されたエッチング液
槽と、このエッチング液槽中で半導体ウェーハを回転さ
せる回転手段と、回転する半導体ウェーハをその回転軸
と垂直な平面内で移動させる揺動手段とを備えた半導体
ウェーハのエッチング装置。
【請求項３】エッチング液が注入されたエッチング液
槽と、このエッチング液槽中で半導体ウェーハを略鉛直
に保持するラックと、保持された半導体ウェーハの外縁
に摺接して半導体ウェーハを回転させる駆動軸と、この
回転する半導体ウェーハの外縁に当接して半導体ウェー
ハを移動させるカム部材とを有する請求項２に記載の半
導体ウェーハのエッチング装置。
【請求項４】複数の駆動軸にシリコンウェーハの外縁
を当接させることにより、複数のシリコンウェーハを保
持してエッチング液中に浸されるラックにおいて、上記シリコンウェーハ同士を分離する保持片を駆動軸に
固設するとともに、この保持片を駆動軸の周りに沿って
突出した複数のピン状部材で形成したエッチング用のラ
ック。