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JP2008041939A - Silicon anisotropic etching apparatus and silicon anisotropic etching method - Google Patents

Silicon anisotropic etching apparatus and silicon anisotropic etching method Download PDF

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JP2008041939A
JP2008041939A JP2006214478A JP2006214478A JP2008041939A JP 2008041939 A JP2008041939 A JP 2008041939A JP 2006214478 A JP2006214478 A JP 2006214478A JP 2006214478 A JP2006214478 A JP 2006214478A JP 2008041939 A JP2008041939 A JP 2008041939A
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JP
Japan
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silicon
etching
hydrogen concentration
anisotropic etching
chemical solution
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Application number
JP2006214478A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Miyoshi
裕一 三由
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To conduct a stable silicon anisotroic etching, while preventing increase in the cost and decrese in the througput. <P>SOLUTION: An Si wafer 2 and a chemical tank 4 for charging a chemical solution 1 for conducting an anisotropic etching of the Si wafer 2 are arranged in the inside of an etching draft 7 with a pipe 6 for emission connected. A heater 5 for heating the chemical solution 1 is provided at the bottom of the chemical tank 4. A hydrogen concentration meter 8 is provided in the etching draft 7 or in the pipe 6 for emission. The Si wafer 2 is etched with the hydrogen concentration value that is measured by the hydrogen concentration meter 8 monitored. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコン(Si)ウェハに加工を施すための技術に関するものであり、具体的には、薬液を使ってSiウェハを異方性エッチングするためのエッチング装置及びエッチング方法に関する。   The present invention relates to a technique for processing a silicon (Si) wafer, and specifically to an etching apparatus and an etching method for anisotropically etching a Si wafer using a chemical solution.

近年に入り、シリコン(Si)半導体を使ったLSI(Large Scale Integration )やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の分野が躍進しており、これらを製造するために各種の微細加工技術が開発され実施されている。また、基板であるSiウェハ自体に微細加工を施すことも行われており、その一手法としてアルカリ性の薬液を使ったSi異方性エッチングが行われている。   In recent years, the fields of LSI (Large Scale Integration) and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) using silicon (Si) semiconductors have advanced, and various microfabrication technologies have been developed and implemented to manufacture these. ing. Further, fine processing is also performed on the Si wafer itself as a substrate, and Si anisotropic etching using an alkaline chemical is performed as one method.

アルカリ性の薬液を使ったSiエッチングでは、Siの結晶面に依存してエッチング速度が異なるために、異方性エッチングを行うことができる。具体的には、Si(111)面に対するエッチング速度は、Si(100)面に対するエッチング速度の50分の1〜200分の1程度と小さい。このため、Si(100)面が早くエッチングされる結果、エッチング速度の遅いSi(111)面が露出する異方性形状が得られる。このエッチング特性を利用してSi(111)面のみを露出させることによりV字型溝形状、ピラミッド型針形状又は四角錘型穴形状等を得るためのSiウェハの微細加工技術が使用されている。   In Si etching using an alkaline chemical solution, anisotropic etching can be performed because the etching rate varies depending on the crystal plane of Si. Specifically, the etching rate for the Si (111) surface is as small as about 1/50 to 1/200 of the etching rate for the Si (100) surface. For this reason, as a result of the Si (100) surface being etched quickly, an anisotropic shape in which the Si (111) surface having a low etching rate is exposed is obtained. A microfabrication technique of Si wafer is used to obtain a V-shaped groove shape, a pyramidal needle shape, a quadrangular pyramid-shaped hole shape, etc. by exposing only the Si (111) surface using this etching characteristic. .

以下、図面を使って従来のSi異方性エッチング装置及びSi異方性エッチング方法について説明する。   Hereinafter, a conventional Si anisotropic etching apparatus and Si anisotropic etching method will be described with reference to the drawings.

図7は、従来のSi異方性エッチング装置を示す概略図である。図7に示すエッチング装置100の処理室(エッチングドラフト)107には、排気を行うための排気用配管106が接続されている。エッチングドラフト107の内部には、Siウェハ102を収納するためのカセット103を入れるための薬液槽104が配置されている。薬液槽104には、Si異方性エッチング用の薬液101が貯留されている。薬液槽104の底部には、薬液101を加温するためのヒーター105が設けられている。   FIG. 7 is a schematic view showing a conventional Si anisotropic etching apparatus. An exhaust pipe 106 for exhausting air is connected to the processing chamber (etching draft) 107 of the etching apparatus 100 shown in FIG. Inside the etching draft 107, a chemical bath 104 for storing a cassette 103 for storing the Si wafer 102 is arranged. In the chemical bath 104, a chemical solution 101 for Si anisotropic etching is stored. A heater 105 for heating the chemical solution 101 is provided at the bottom of the chemical solution tank 104.

図7に示すエッチング装置100を用いたエッチング方法は次の通りである。まず、薬液101を薬液槽104内に入れてヒーター105を動作させることにより、薬液101を所定の温度まで加温する。薬液101としては、アルカリ性の水溶液、例えば水酸化カリウム水溶液(KOH)やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液を使用する。薬液101の温度が所定の温度に到達した後、Siウェハ102を収納したカセット103を、薬液槽104内の薬液101に浸漬する。Siウェハ102は気泡109を発生しながら薬液101と反応し、Siウェハ102はエッチング(溶解)される。エッチング開始より所定時間経過後、薬液槽104からカセット103を引き上げ、Siウェハ102のエッチングを終了する。その後、Siウェハ102を水洗した後に乾燥させる(図示省略)。   An etching method using the etching apparatus 100 shown in FIG. 7 is as follows. First, the chemical solution 101 is heated to a predetermined temperature by putting the chemical solution 101 into the chemical solution tank 104 and operating the heater 105. As the chemical solution 101, an alkaline aqueous solution, for example, a potassium hydroxide aqueous solution (KOH) or a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution is used. After the temperature of the chemical solution 101 reaches a predetermined temperature, the cassette 103 containing the Si wafer 102 is immersed in the chemical solution 101 in the chemical solution tank 104. The Si wafer 102 reacts with the chemical solution 101 while generating bubbles 109, and the Si wafer 102 is etched (dissolved). After a predetermined time has elapsed from the start of etching, the cassette 103 is pulled up from the chemical bath 104, and the etching of the Si wafer 102 is completed. Thereafter, the Si wafer 102 is washed with water and then dried (not shown).

上記のように異方性エッチングによりSiウェハを加工してV字型溝形状、ピラミッド型針形状又は四角錘型穴形状等を得るためには、通常厚さにして数十μmから数百μumまでの大量のSiをエッチングする必要がある。このため、Si異方性エッチング用の薬液は高温に加熱して使用されることになる。しかし、当該薬液は水溶液であるため、100℃以上の高温にすることは困難であり、当該薬液の実使用温度範囲は70℃〜90℃である。また、当該薬液を70℃〜90℃の高温に加熱してもSiのエッチング速度は高々数μm/min(例えばSi(100)面に対するエッチング速度は0.5〜2μm/min)であるため、上記所望の形状を得るためには数十分〜数時間の長時間のエッチングが必要となる。
特開昭63−240029号公報 特開平04−094125号公報 特開平08−274005号公報
In order to obtain a V-shaped groove shape, a pyramidal needle shape, or a quadrangular pyramidal hole shape by processing a Si wafer by anisotropic etching as described above, the thickness is usually several tens to several hundreds μm. It is necessary to etch a large amount of Si. For this reason, the chemical solution for Si anisotropic etching is used after being heated to a high temperature. However, since the said chemical | medical solution is aqueous solution, it is difficult to make it high temperature of 100 degreeC or more, and the actual use temperature range of the said chemical | medical solution is 70 to 90 degreeC. Further, even when the chemical solution is heated to a high temperature of 70 ° C. to 90 ° C., the etching rate of Si is at most several μm / min (for example, the etching rate for the Si (100) surface is 0.5 to 2 μm / min). In order to obtain the desired shape, etching for a long time of several tens of minutes to several hours is required.
JP 63-240029 A Japanese Patent Laid-Open No. 04-094125 JP 08-274005 A

しかしながら、上記従来のSi異方性エッチング装置を用いたSi異方性エッチングにおいては、薬液中に溶け込んだSiが析出してしまうという問題がある。すなわち、Si異方性エッチングでは、上記のように、厚さにして数十μm〜数百μmのSiエッチングを行うため、薬液中に多量のSiが溶け込む。また、Siウェハの処理枚数の増加に従って薬液中に溶け込んだSi量も増加し、その結果、薬液中のSi濃度が飽和溶解度を超えると、薬液中のSiが析出し始める。図7に示すような従来のSi異方性エッチング装置では、薬液中にどれだけの量のSiが溶け込んでいるかが分からないため、Siの飽和溶解度を超えてエッチング処理が行われ、薬液槽の底にSiが析出してしまうという問題が生じる。特に、薬液を循環させる仕様のSi異方性エッチング装置では、循環ラインの配管、ポンプ又はフィルター等にSiが析出して詰まり、エッチング装置が故障してしまう危険がある。   However, Si anisotropic etching using the conventional Si anisotropic etching apparatus has a problem that Si dissolved in the chemical solution is precipitated. That is, in the Si anisotropic etching, as described above, since the Si etching with a thickness of several tens to several hundreds of μm is performed, a large amount of Si dissolves in the chemical solution. Further, as the number of processed Si wafers increases, the amount of Si dissolved in the chemical solution also increases. As a result, when the Si concentration in the chemical solution exceeds the saturation solubility, Si in the chemical solution starts to precipitate. In the conventional Si anisotropic etching apparatus as shown in FIG. 7, since it is not known how much Si is dissolved in the chemical solution, the etching process is performed exceeding the saturation solubility of Si, and the chemical solution tank There arises a problem that Si is deposited on the bottom. In particular, in a Si anisotropic etching apparatus having a specification for circulating a chemical solution, there is a risk that Si is deposited and clogged in a circulation line pipe, a pump, a filter, or the like, and the etching apparatus breaks down.

それに対して、Siの析出を防止するために、薬液交換を頻繁に行った場合には、コストが増大してしまうと共にスループットが低下してしまう。   On the other hand, when chemicals are frequently exchanged to prevent Si precipitation, the cost increases and the throughput decreases.

前記に鑑み、本発明は、コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、安定したシリコン異方性エッチングを行えるようにすることを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to enable stable silicon anisotropic etching while preventing an increase in cost and a decrease in throughput.

前記の目的を達成するために、本願発明者は、シリコン異方性エッチング中の薬液におけるSi濃度の測定方法について様々な検討を行った結果、次のような知見を得た。例えばシリコン異方性エッチング用の薬液としてTMAH溶液を用いる場合、TMAH溶液中のTMAH濃度やSi濃度が変わると、TMAH溶液中での超音波伝播速度(以下、音速と称する)や導電率が変化するので、当該現象を利用してTMAH溶液中のSi濃度を求めることが試みられている。具体的には、TMAH濃度とSi濃度との比が既知の薬液を使って、当該薬液中における「音速」又は「導電率」の測定を実施し、上記比と「音速」又は「導電率」との相関関係(校正曲線)を予め作成しておく。次に、シリコン異方性エッチング中の薬液において「音速」又は「導電率」の測定を実施し、当該測定結果を上記校正曲線に当てはめることによって、当該薬液中におけるTMAH濃度とSi濃度との比を逆換算により求める。   In order to achieve the above object, the inventor of the present application has made various studies on a method for measuring the Si concentration in a chemical solution during silicon anisotropic etching, and as a result, has obtained the following knowledge. For example, when a TMAH solution is used as a chemical solution for anisotropic etching of silicon, if the TMAH concentration or Si concentration in the TMAH solution changes, the ultrasonic wave propagation speed (hereinafter referred to as sound velocity) or conductivity in the TMAH solution changes. Therefore, an attempt has been made to obtain the Si concentration in the TMAH solution using this phenomenon. Specifically, using a chemical solution with a known ratio between the TMAH concentration and the Si concentration, the “sound velocity” or “conductivity” in the chemical solution is measured, and the above ratio and the “sound velocity” or “conductivity” are measured. The correlation (calibration curve) is prepared in advance. Next, by measuring “sound speed” or “conductivity” in the chemical solution during silicon anisotropic etching, and applying the measurement result to the calibration curve, the ratio between the TMAH concentration and the Si concentration in the chemical solution is measured. Is obtained by inverse conversion.

しかし、上記Si濃度測定方法においては、エッチング時に薬液中に生じる泡の影響により、当該薬液中の「音速」を正確に測定することができないという問題がある。また、薬液中にTMAHやSi以外のものが存在する場合、例えばエッチングレート向上のための加速剤や選択比向上のための腐食防止剤などの添加剤が薬液中に添加されている場合、当該添加剤の影響によって当該薬液中の「音速」又は「導電率」の測定が困難になるという問題がある。   However, the Si concentration measuring method has a problem that the “sound velocity” in the chemical cannot be accurately measured due to the influence of bubbles generated in the chemical during etching. Also, when there is something other than TMAH or Si in the chemical solution, for example, when an additive such as an accelerator for improving the etching rate or a corrosion inhibitor for improving the selection ratio is added to the chemical solution, There is a problem that it becomes difficult to measure “sound speed” or “conductivity” in the chemical solution due to the influence of the additive.

そこで、本願発明者は、Siウェハを構成するSiとアルカリ性を有する薬液との間の下記反応式に着目した。   Therefore, the inventor of the present application paid attention to the following reaction formula between Si constituting the Si wafer and the chemical having alkalinity.

Si + 2OH+ 2HO → Si(OH)(O+ H
すなわち、Si異方性エッチングにおいてSiが溶解される場合には必ず水素(図7の気泡109)が発生するので、当該水素の発生量を知ることができれば、上記反応式に基づいて、薬液中に溶出しているSi量を求めることができ、その結果を用いて薬液中のSi濃度を求めることができるのである。
Si + 2OH - + 2H 2 O → Si (OH) 2 (O -) 2 + H 2 ↑
That is, when Si is dissolved in Si anisotropic etching, hydrogen (bubbles 109 in FIG. 7) is always generated. Therefore, if the amount of generated hydrogen can be known, The amount of Si eluted in the chemical solution can be obtained, and the Si concentration in the chemical solution can be obtained using the result.

本発明は、上記の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係るシリコン異方性エッチング装置は、排気用配管が接続された処理室と、前記処理室の内部に配置されており、シリコンウェハ及び当該シリコンウェハを異方性エッチングするための薬液を入れるための薬液槽と、前記処理室の内部に配置されており、前記薬液を加熱するためのヒーターと、前記処理室内及び前記排気用配管内の少なくとも一方に設置された少なくとも1個以上の水素濃度計とを備えている。   The present invention has been made on the basis of the above knowledge. Specifically, the silicon anisotropic etching apparatus according to the present invention includes a processing chamber to which exhaust piping is connected, and an interior of the processing chamber. A silicon wafer and a chemical bath for containing a chemical solution for anisotropic etching of the silicon wafer, a heater disposed in the processing chamber, and for heating the chemical solution, And at least one hydrogen concentration meter installed in at least one of the processing chamber and the exhaust pipe.

本発明のシリコン異方性エッチング装置によると、処理室内又は排気用配管内に水素濃度計が設置されているため、水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングしながらSiエッチング処理を行うことにより、Siエッチング処理中の水素発生量を知ることができる。このため、当該水素発生量に基づいて、薬液中に溶出しているシリコン量を求めることができ、その結果を用いて薬液中のSi濃度を求めることができるので、当該Si濃度に基づいて、薬液の状態管理及び交換を適切に行うことができる。従って、薬液中に溶け込んだシリコンの濃度が飽和溶解度を超えること、つまりシリコンが析出してエッチング装置が故障してしまうことを防止できるので、コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、安定したシリコン異方性エッチングを行うことができる。   According to the silicon anisotropic etching apparatus of the present invention, since the hydrogen concentration meter is installed in the processing chamber or in the exhaust pipe, the Si etching process is performed while monitoring the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter. Thus, the amount of hydrogen generated during the Si etching process can be known. For this reason, the amount of silicon eluted in the chemical solution can be obtained based on the hydrogen generation amount, and the Si concentration in the chemical solution can be obtained using the result. The state management and exchange of the chemical solution can be performed appropriately. Therefore, since the concentration of silicon dissolved in the chemical solution exceeds the saturation solubility, that is, it is possible to prevent the silicon from being deposited and the etching apparatus from failing, it is possible to prevent the increase in cost and the decrease in throughput, while maintaining stable. Silicon anisotropic etching can be performed.

本発明のシリコン異方性エッチング装置において、前記水素濃度計は前記薬液槽よりも上方の位置に設置されていることが好ましい。このようにすると、薬液槽に貯留された薬液中で発生した水素をより効率よく捕獲することができるので、水素濃度計の測定精度を向上させることができる。   In the anisotropic silicon etching apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogen concentration meter is installed at a position above the chemical tank. If it does in this way, since the hydrogen generated in the chemical | medical solution stored in the chemical | medical solution tank can be captured more efficiently, the measurement precision of a hydrogen concentration meter can be improved.

尚、本発明のシリコン異方性エッチング装置においては、エッチング用の薬液として、アルカリ性の水溶液、例えばKOH水溶液やTMAH水溶液等を使用することができる。   In the silicon anisotropic etching apparatus of the present invention, an alkaline aqueous solution such as a KOH aqueous solution or a TMAH aqueous solution can be used as a chemical solution for etching.

本発明に係るシリコン異方性エッチング方法は、以上に説明した本発明のシリコン異方性エッチング装置を用いたエッチング方法であって、水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングしながら前記シリコンウェハに対してエッチングを行うものであり、より具体的には、前記水素濃度計によって測定された水素濃度値に基づいて、前記薬液中でのシリコン濃度を算出し、当該算出結果に基づいて前記薬液の状態管理及び交換を行うものである。   The silicon anisotropic etching method according to the present invention is an etching method using the silicon anisotropic etching apparatus of the present invention described above, and the silicon concentration is measured while monitoring the hydrogen concentration value measured by a hydrogen concentration meter. Etching the wafer, more specifically, based on the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter, to calculate the silicon concentration in the chemical solution, based on the calculation result, The state management and exchange of chemicals are performed.

本発明のシリコン異方性エッチング方法によると、本発明のシリコン異方性エッチング装置を用いるため、上記の効果、つまり、シリコンの析出に起因するエッチング装置の故障を防止して安定したシリコン異方性エッチングを行うことができるという効果を得ることができる。   According to the silicon anisotropic etching method of the present invention, since the silicon anisotropic etching device of the present invention is used, the above effect, that is, a stable silicon anisotropy is prevented by preventing failure of the etching device due to silicon deposition. The effect that reactive etching can be performed can be obtained.

ところで、図7に示した従来のSi異方性エッチング装置においては、アルカリ性の水溶液であるSi異方性エッチング薬液を高温に加熱して使用するため、当該薬液の濃度(例えばTMAH溶液中のTMAH濃度)が変化し、その結果、エッチング速度が変動してしまうので、処理時間を固定してエッチング処理を行った場合には各処理毎にSiエッチング量が変わってしまうという問題点がある。さらに、1回のエッチング処理に長時間を要するため、エッチング処理中においてもエッチング速度が変動してしまうという問題点がある。それに対して、以下に述べるような様々な対策が試みられている。   By the way, in the conventional Si anisotropic etching apparatus shown in FIG. 7, since the Si anisotropic etching chemical solution which is an alkaline aqueous solution is heated to a high temperature and used, the concentration of the chemical solution (for example, TMAH in the TMAH solution) is used. As a result, the etching rate fluctuates. Therefore, when the etching process is performed with the processing time fixed, there is a problem that the Si etching amount changes for each process. Furthermore, since a single etching process takes a long time, there is a problem that the etching rate fluctuates even during the etching process. In response to this, various countermeasures as described below have been attempted.

(1)前述のように、Siのエッチング中にはその反応副生成物として気泡(水素)が発生する。また、Si(100)面に対するエッチングが進行し、所望のV字型溝などの形状を持つようにSiが加工されてSi(111)面のみが露出すると、Siのエッチング速度は50分の1〜200分の1程度に低下するため、気泡の発生も著しく低下し、気泡の確認は非常に困難になる。このような特性を利用して、エッチング速度の変動を原因として処理時間を固定してエッチング処理を行うことができなくなる問題点に対して、上記の気泡の発生の有無を目視により確認してエッチングの終点検出を行うことが試みられている。しかしながら、この気泡の発生を目視により確認する方法では、いつ気泡の発生が無くなるか、つまりエッチングを終了させるべきかを予測することができないため、人が常時Si異方性エッチング装置の側にいて気泡の発生の有無を観察し続けなければならないという別の問題点を生じる。また、気泡の発生の有無を目視判断する方法であるため、Si異方性エッチング装置の動作を自動化することができないという問題点もある。さらに、Siエッチング処理に長時間(数十分〜数時間)を要するため、目視判断を用いた上記方法では、気泡が観察されなくなるエッチングの終点を見逃してしまう、又は当該終点の確認が曖昧になるという問題点もある。   (1) As described above, bubbles (hydrogen) are generated as reaction byproducts during etching of Si. Further, when etching of the Si (100) surface proceeds and Si is processed so as to have a desired V-shaped groove or the like and only the Si (111) surface is exposed, the Si etching rate is 1/50. Since it is reduced to about 1/200, the generation of bubbles is remarkably reduced, and it is very difficult to check the bubbles. Using these characteristics, etching is performed by visually confirming the occurrence of the above-mentioned bubbles in response to the problem that etching processing cannot be performed with the processing time fixed due to fluctuations in the etching rate. Attempts have been made to perform end point detection. However, in this method of visually confirming the generation of bubbles, it is impossible to predict when the generation of bubbles will disappear, that is, when the etching should be terminated, so that a person is always on the side of the Si anisotropic etching apparatus. Another problem is that it is necessary to continue to observe the presence or absence of bubbles. In addition, since it is a method for visually judging whether or not bubbles are generated, there is a problem that the operation of the Si anisotropic etching apparatus cannot be automated. Furthermore, since the Si etching process takes a long time (tens of minutes to several hours), the above-described method using the visual judgment misses the etching end point at which bubbles are not observed, or the confirmation of the end point is ambiguous. There is also the problem of becoming.

(2)特許文献1には、「気泡の発生の有無によるSiエッチングの終点検出を、気泡による音の有無を検出することによって判定する」ことが示されている。しかしながら、Si異方性エッチング装置はクリーンルーム内に設置されるため、各種ノイズ音、例えば、ダウンフローによるエアー音、周囲の装置の駆動音、Si異方性エッチング装置自体の排気ダクトのエアー音、又は、薬液を循環させるためにSi異方性エッチング装置に内蔵される循環ポンプの駆動音等が大きい。このため、特許文献1の方法では、これらのノイズ音と気泡による音とを区別することが困難になるという問題がある。   (2) Patent Document 1 discloses that “the end point detection of Si etching based on the presence / absence of bubbles is determined by detecting the presence / absence of sound due to bubbles”. However, since the Si anisotropic etching apparatus is installed in a clean room, various noise sounds, for example, air sound due to downflow, driving sound of surrounding apparatuses, air sound of the exhaust duct of the Si anisotropic etching apparatus itself, Alternatively, the driving sound of the circulation pump built in the Si anisotropic etching apparatus for circulating the chemical solution is large. For this reason, the method of Patent Document 1 has a problem in that it is difficult to distinguish between these noise sounds and sounds caused by bubbles.

(3)特許文献2には、「気泡の発生の有無によるSiエッチングの終点検出を、薬液槽内に光を照射し当該照射光が気泡により散乱されているかどうかを受光器によって検出することによって判定する」ことが示されている。しかしながら、Si異方性エッチング用の薬液を加熱するためのヒーターには、抵抗線型ヒーター(例えばカンタル線抵抗に電圧を印加して加熱するもの)や赤外線ランプ型ヒーター(例えばタングステンフィラメントにより赤外線輻射を行うもの)等を使用することが一般的であるため、ヒーター自体が光を発生することが避けられない。このため、特許文献2の方法では、ヒーターから発光がノイズ光となり、気泡発生の有無を光により検出することが困難になるという問題がある。   (3) Patent Document 2 states that “the end point detection of Si etching based on the presence or absence of bubbles is detected by irradiating light into the chemical bath and detecting whether or not the irradiated light is scattered by bubbles. It is shown that “determine”. However, heaters for heating a chemical solution for anisotropic etching of Si include resistance wire heaters (for example, heating by applying voltage to Kanthal wire resistance) and infrared lamp heaters (for example, infrared radiation by a tungsten filament). In general, it is inevitable that the heater itself generates light. For this reason, the method of Patent Document 2 has a problem that light emitted from the heater becomes noise light, and it is difficult to detect the presence or absence of bubble generation by light.

それに対して、上記本発明のシリコン異方性エッチング装置は、処理室内又は排気用配管内に水素濃度計が設置されているため、当該水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングすることによって、水素の発生の有無を確実且つ簡単に知ることができ、その結果に基づいてエッチングの終点検出の判定を行うことができる。   On the other hand, the silicon anisotropic etching apparatus of the present invention has a hydrogen concentration meter installed in the processing chamber or the exhaust pipe, and therefore, by monitoring the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter. The presence or absence of hydrogen generation can be known reliably and easily, and the end point detection of etching can be determined based on the result.

すなわち、本発明のシリコン異方性エッチング方法において、前記水素濃度計によって測定された水素濃度値に基づいて、シリコンのエッチング反応が生じているかどうかを判定することにより前記シリコンウェハに対するエッチングの終点検出を行うことが好ましい。このようにすると、Si異方性エッチングの終点検出を確実に行うことができるので、Si異方性エッチング処理を再現性良く且つ安定して行うことができる。   That is, in the silicon anisotropic etching method of the present invention, the end point of etching for the silicon wafer is detected by determining whether or not a silicon etching reaction has occurred based on the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter. It is preferable to carry out. In this way, since the end point detection of Si anisotropic etching can be reliably performed, the Si anisotropic etching process can be performed with good reproducibility and stability.

尚、以上に述べてきた、アルカリ性の薬液によるSi異方性エッチングにおいては、反応副生成物として発生する水素が爆発性を有する危険なガスであるため、爆発火災が発生する恐れがある。ところが、図7に示した従来のSi異方性エッチング装置においては、どれだけの量の水素が発生しているかを知ることができないため、爆発性を有する危険なガスである水素が爆発範囲濃度(4〜76体積%)まで処理室内に滞留しているかどうかを判断できないので、爆発火災が発生する恐れをがある。   In the Si anisotropic etching using an alkaline chemical solution as described above, hydrogen generated as a reaction by-product is a dangerous gas having explosive properties, and there is a risk of explosion fire. However, in the conventional Si anisotropic etching apparatus shown in FIG. 7, since it is impossible to know how much hydrogen is generated, hydrogen, which is a dangerous gas having explosive properties, has an explosion range concentration. Since it is not possible to determine whether or not it remains in the processing chamber up to (4 to 76% by volume), there is a risk of explosion and fire.

それに対して、上記本発明のシリコン異方性エッチング装置は、処理室内又は排気用配管内に水素濃度計が設置されているため、当該水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングすることによって、どれだけの量の水素が発生しているかを知ることができ、その結果に基づいて、爆発火災を防止するための安全対策を適切に実施することができる。   On the other hand, the silicon anisotropic etching apparatus of the present invention has a hydrogen concentration meter installed in the processing chamber or the exhaust pipe, and therefore, by monitoring the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter. Thus, it is possible to know how much hydrogen is generated, and based on the result, it is possible to appropriately implement safety measures for preventing explosion and fire.

すなわち、本発明のシリコン異方性エッチング方法において、前記水素濃度計によって測定された水素濃度値が所定値よりも小さいことを確認しながら前記シリコンウェハに対してエッチングを行うこと、より具体的には、前記水素濃度計によって測定された水素濃度値が前記所定値以上になった場合には、所定の安全対策を実施することが好ましい。このようにすると、爆発性を有する危険なガスである水素が発生するSi異方性エッチング処理を行う場合であっても、ガス爆発の恐れのない安全なSiエッチング処理を行うことができる。また、この場合、前記水素濃度計を少なくとも2個以上用いたアンド処理により、測定された水素濃度値が前記所定値よりも小さいかどうかの確認を行うと、水素濃度計の誤検知を確実に防止することができる。   That is, in the silicon anisotropic etching method of the present invention, etching the silicon wafer while confirming that the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter is smaller than a predetermined value, more specifically, Preferably, when the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter becomes equal to or higher than the predetermined value, predetermined safety measures are taken. In this way, even when performing an Si anisotropic etching process in which hydrogen, which is a dangerous gas having an explosive property, is generated, a safe Si etching process without risk of gas explosion can be performed. Further, in this case, if the measured hydrogen concentration value is confirmed to be smaller than the predetermined value by AND processing using at least two hydrogen concentration meters, the erroneous detection of the hydrogen concentration meter is ensured. Can be prevented.

本発明によると、Si異方性エッチング中の水素の発生量を水素濃度計によって測定するという簡便な方法によって、コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、シリコン異方性エッチングを安全に且つ安定して行うことができる。   According to the present invention, by a simple method of measuring the amount of hydrogen generated during Si anisotropic etching with a hydrogen concentration meter, it is possible to safely perform silicon anisotropic etching while preventing an increase in cost and a decrease in throughput. It can be performed stably.

以下、本発明の一実施形態に係るSi異方性エッチング装置及びSi異方性エッチング方法について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an Si anisotropic etching apparatus and an Si anisotropic etching method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態のSi異方性エッチング装置を示す概略図である。図1に示すエッチング装置20の処理室(エッチングドラフト)7には、エッチングドラフト7内の排気を行うための排気用配管6が接続されている。エッチングドラフト7の内部には、Siウェハ2を収納するためのカセット3を入れるための薬液槽4が配置されている。薬液槽4には、Si異方性エッチング用の薬液1が貯留されている。薬液槽4の底部には、薬液1を加温するためのヒーター5が設けられている。薬液槽4には、薬液を循環させるための薬液配管11が接続されていると共に、薬液配管11はエッチングドラフト7の外側に引き出されている。薬液配管11におけるエッチングドラフト7の外側に引き出された箇所に循環ポンプ12及び薬液フィルター13が接続されている。エッチングドラフト7の天井部にはHEPA(High Efficiency Particulate Air )フィルター14が設けられていると共に、HEPAフィルター14の下方にはHEPAフィルター14からのダウンフローを計測するための風量計が設けられている。エッチングドラフト7内及び排気用配管6内のそれぞれには水素濃度計8が設けられていると共に、エッチングドラフト7の外側には、水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングすると共に当該水素濃度値を用いて所定の演算を行うコンピュータ10が設けられている。   FIG. 1 is a schematic view showing the Si anisotropic etching apparatus of this embodiment. An exhaust pipe 6 for exhausting the etching draft 7 is connected to the processing chamber (etching draft) 7 of the etching apparatus 20 shown in FIG. Inside the etching draft 7, a chemical tank 4 for placing a cassette 3 for storing the Si wafer 2 is disposed. A chemical solution 1 for Si anisotropic etching is stored in the chemical solution tank 4. A heater 5 for heating the chemical solution 1 is provided at the bottom of the chemical solution tank 4. A chemical solution pipe 11 for circulating the chemical solution is connected to the chemical solution tank 4, and the chemical solution pipe 11 is drawn to the outside of the etching draft 7. A circulation pump 12 and a chemical filter 13 are connected to a portion of the chemical solution pipe 11 that is drawn outside the etching draft 7. A HEPA (High Efficiency Particulate Air) filter 14 is provided on the ceiling portion of the etching draft 7, and an air flow meter for measuring the downflow from the HEPA filter 14 is provided below the HEPA filter 14. . A hydrogen concentration meter 8 is provided in each of the etching draft 7 and the exhaust pipe 6, and the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter is monitored outside the etching draft 7 and the hydrogen concentration is measured. A computer 10 that performs a predetermined calculation using the value is provided.

図1に示す本実施形態のエッチング装置20を用いたエッチング方法は以下の通りである。   The etching method using the etching apparatus 20 of this embodiment shown in FIG. 1 is as follows.

まず、薬液1を薬液槽4内に入れてヒーター5を動作させることにより、薬液1を所定の温度まで加温する。薬液1としては、アルカリ性の水溶液、例えばKOH水溶液やTMAH水溶液を使用する。   First, the chemical solution 1 is heated to a predetermined temperature by putting the chemical solution 1 in the chemical solution tank 4 and operating the heater 5. As the chemical solution 1, an alkaline aqueous solution, for example, a KOH aqueous solution or a TMAH aqueous solution is used.

尚、Siウェハ2を加工してV字型溝形状、ピラミッド型針形状又は四角錘型穴形状等を得るためには、通常厚さにして数十μm〜数百μum程度の大量のSiをエッチングする必要がある。このため、エッチング処理時間を短くするためには、Si異方性エッチング用の薬液2をより高温に加熱して使用することが望ましい。しかし、薬液2は水溶液であるため、100℃以上の高温にすることは難しく、薬液2の実使用温度範囲は70℃〜90℃程度である。また、薬液2として、例えば濃度10%(質量%)のTMAH水溶液を80℃に加熱して使用した場合、Si(100)面に対するエッチング速度は0.5〜0.6μm/min程度であり、Si(111)面に対するエッチング速度は0.01〜0.02μm/min程度である。よって、この場合、Si(100)面を厚さにして100μmエッチングするためには約3時間が必要である。   In order to process the Si wafer 2 to obtain a V-shaped groove shape, a pyramidal needle shape, a quadrangular pyramid hole shape, or the like, a large amount of Si having a thickness of about several tens to several hundreds μm is usually formed. It needs to be etched. For this reason, in order to shorten the etching processing time, it is desirable to heat and use the chemical solution 2 for Si anisotropic etching at a higher temperature. However, since the chemical solution 2 is an aqueous solution, it is difficult to increase the temperature to 100 ° C. or higher, and the actual use temperature range of the chemical solution 2 is about 70 ° C. to 90 ° C. Further, when the TMAH aqueous solution having a concentration of 10% (mass%) is heated to 80 ° C. and used as the chemical solution 2, for example, the etching rate with respect to the Si (100) surface is about 0.5 to 0.6 μm / min. The etching rate for the Si (111) surface is about 0.01 to 0.02 μm / min. Therefore, in this case, about 3 hours are required to etch the Si (100) surface to a thickness of 100 μm.

また、本実施形態においては、薬液槽4内に貯留された薬液2の温度分布を均一にするために、薬液1の循環を行う。具体的には、薬液槽4内の薬液1は、薬液配管11を通して循環ポンプ12に送られた後、薬液フィルター13を通して再び薬液槽4に戻される。   Moreover, in this embodiment, in order to make uniform temperature distribution of the chemical | medical solution 2 stored in the chemical | medical solution tank 4, the chemical | medical solution 1 is circulated. Specifically, the chemical solution 1 in the chemical solution tank 4 is sent to the circulation pump 12 through the chemical solution pipe 11 and then returned to the chemical solution tank 4 again through the chemical solution filter 13.

次に、薬液1の温度が所定の温度に到達した後、Siウェハ2を収納したカセット3を、薬液槽4内の薬液1に浸漬する。これにより、Siウェハ2は気泡(水素)9を発生しながら薬液1と反応し、Siウェハ2はエッチング(溶解)される。ここで、Siウェハ2を構成するSiと薬液1との反応式は下記のように表される。   Next, after the temperature of the chemical solution 1 reaches a predetermined temperature, the cassette 3 containing the Si wafer 2 is immersed in the chemical solution 1 in the chemical solution tank 4. Thereby, the Si wafer 2 reacts with the chemical solution 1 while generating bubbles (hydrogen) 9, and the Si wafer 2 is etched (dissolved). Here, the reaction formula between Si constituting the Si wafer 2 and the chemical solution 1 is expressed as follows.

Si + 2OH+ 2HO → Si(OH)(O+ H
本実施形態においては、発生した水素ガス(気泡9)は水素濃度計8により測定され、その測定値は演算用コンピュータ10によってモニタリングされる。図2は、演算用コンピュータ10による水素ガス濃度値のモニタリング結果の一例を示している。
Si + 2OH - + 2H 2 O → Si (OH) 2 (O -) 2 + H 2 ↑
In the present embodiment, the generated hydrogen gas (bubble 9) is measured by the hydrogen concentration meter 8, and the measured value is monitored by the computing computer 10. FIG. 2 shows an example of the monitoring result of the hydrogen gas concentration value by the computing computer 10.

図2に示すように、Siウェハ2を薬液1に入れてSiエッチングが開始されると、水素濃度計8の水素ガス濃度値は上昇し始める。具体的には、Siウェハ2を入れる前はほぼゼロを示していた水素濃度計8の水素ガス濃度値は、例えば8インチサイズのSiウェハ(Siエッチング領域はウェハ面の約30%)を薬液1に25枚入れることにより、約5000ppmまで上昇する。   As shown in FIG. 2, when the Si wafer 2 is put into the chemical solution 1 and Si etching is started, the hydrogen gas concentration value of the hydrogen concentration meter 8 starts to rise. Specifically, the hydrogen gas concentration value of the hydrogen concentration meter 8 that had been substantially zero before the Si wafer 2 was put is, for example, an 8 inch size Si wafer (Si etching region is about 30% of the wafer surface). By putting 25 sheets in 1, it rises to about 5000 ppm.

また、図2に示すように、気泡9を発生しながらSiウェハ2がエッチングされている間、高い水素ガス濃度値が維持されているが、Si(100)面が無くなりV字型溝等の形状が形成されてSi(111)面のみが露出する状態になると、Siエッチング速度はSi(100)面エッチング時の50分の1〜200分の1程度に著しく低下する。このため、気泡9はほとんど見られなくなり、水素濃度計8により検出される水素ガス濃度値も100ppm以下に急減する。本実施形態では、この水素ガス濃度の急減ポイントから所定時間オーバーエッチングを行った後に薬液槽4からカセット3を引き上げ、Siウェハ2のエッチングを終了する。その後、Siウェハ2を水洗した後に乾燥させる(図示省略)。   In addition, as shown in FIG. 2, while the Si wafer 2 is being etched while generating bubbles 9, a high hydrogen gas concentration value is maintained, but the Si (100) surface is lost and a V-shaped groove or the like is lost. When the shape is formed and only the Si (111) surface is exposed, the Si etching rate is remarkably reduced to about 1/50 to 1/200 of the Si (100) surface etching. For this reason, the bubbles 9 are hardly seen, and the hydrogen gas concentration value detected by the hydrogen concentration meter 8 also rapidly decreases to 100 ppm or less. In the present embodiment, after performing over-etching for a predetermined time from the hydrogen gas concentration sharply decreasing point, the cassette 3 is pulled up from the chemical bath 4 and the etching of the Si wafer 2 is completed. Thereafter, the Si wafer 2 is washed with water and then dried (not shown).

以上のように、本実施形態では、水素濃度計8を用いて水素ガス濃度値の急減ポイントを検出することにより、Si異方性エッチングの終点を正確に検出することができる。これによって、薬液1の濃度変化を原因として各Siエッチング処理毎にSiエッチング速度が変化する場合にも、各Siエッチング処理を同じように安定して行うことが可能になる。   As described above, in this embodiment, the end point of the Si anisotropic etching can be accurately detected by detecting the sudden decrease point of the hydrogen gas concentration value using the hydrogen concentration meter 8. Accordingly, even when the Si etching rate changes for each Si etching process due to the concentration change of the chemical solution 1, each Si etching process can be performed stably in the same manner.

尚、本実施形態においては、上記水素ガス濃度の急減ポイントを、水素濃度計8によって検出される水素ガス濃度値が50分の1〜200分の1程度に低下するポイントに設定し、当該ポイントを検出するものとする。但し、この急減ポイントのしきい値は、Si(100)面に対するエッチング速度とSi(111)面に対するエッチング速度との比に依存して変わるので、使用する薬液1の濃度や温度等の薬液処理条件に応じて急減ポイントのしきい値として適切な値を設定しなければならない。   In the present embodiment, the sudden decrease point of the hydrogen gas concentration is set to a point where the hydrogen gas concentration value detected by the hydrogen concentration meter 8 is reduced to about 1/50 to 1/200. Shall be detected. However, since the threshold value of the sharp decrease point varies depending on the ratio of the etching rate with respect to the Si (100) surface and the etching rate with respect to the Si (111) surface, chemical processing such as the concentration and temperature of the chemical solution 1 to be used An appropriate value must be set as the threshold for the sudden decrease point according to the conditions.

また、本実施形態において、水素濃度計8としては、例えば、一般的な接触燃焼方式のものを使用してもよい。この方式のガス濃度計は、水素の他にもメタンやエタノール等の可燃性ガスも検知するが、本実施形態では水素濃度計8をSi異方性エッチング装置内(具体的にはエッチングドラフト7内及び排気用配管6内)に設置して使用するため、上記他の可燃性ガスの混入はないので、水素ガスの濃度のみを測定することができる。   In the present embodiment, as the hydrogen concentration meter 8, for example, a general catalytic combustion type may be used. This type of gas concentration meter detects not only hydrogen but also flammable gases such as methane and ethanol. In this embodiment, the hydrogen concentration meter 8 is placed in the Si anisotropic etching apparatus (specifically, an etching draft 7). Since it is installed and used in the inside and inside the exhaust pipe 6), there is no mixing of the other combustible gas, so that only the concentration of hydrogen gas can be measured.

また、本実施形態において、水素濃度計8を薬液槽4よりも上方の位置に取り付けることが望ましい。これは、エッチング中に発生する水素ガスは、その分子量が空気の分子量よりも小さいことから上昇する性質があるためである。すなわち、水素濃度計8を薬液槽4よりも上方の位置に設置することによって、薬液槽4に貯留された薬液1中で発生した水素ガスの検出量(捕獲量)を多くすることができるので、より精度良く水素ガス濃度を測定することが可能になる。   In the present embodiment, it is desirable to attach the hydrogen concentration meter 8 to a position above the chemical tank 4. This is because the hydrogen gas generated during etching has the property of rising because its molecular weight is smaller than the molecular weight of air. That is, by installing the hydrogen concentration meter 8 at a position above the chemical tank 4, it is possible to increase the detection amount (capture amount) of hydrogen gas generated in the chemical liquid 1 stored in the chemical tank 4. It becomes possible to measure the hydrogen gas concentration with higher accuracy.

また、本実施形態においては、水素濃度計8で検出される水素濃度値は、HEPAフィルター14を通ったダウンフローの影響を受けることがあるため、ダウンフローの風量が変化せずに一定であることを風量計15によって確認した上でSi異方性エッチング処理を行う必要がある。   Further, in the present embodiment, the hydrogen concentration value detected by the hydrogen concentration meter 8 may be affected by the downflow that has passed through the HEPA filter 14, so that the airflow of the downflow does not change and is constant. It is necessary to perform the Si anisotropic etching process after confirming this with the air flow meter 15.

次に、本実施形態における薬液中のSi濃度の算出方法(以下、本発明のSi濃度算出方法と称する)について説明する。   Next, a method for calculating the Si concentration in the chemical solution in the present embodiment (hereinafter referred to as the Si concentration calculating method of the present invention) will be described.

本発明のSi濃度算出方法においては、図1に示したSi異方性エッチング装置を使って上記の手順と同様な手順によりSi異方性エッチング処理を実施するに際して、まず、例えば図3に示すような「Si異方性エッチング装置におけるSiエッチング量と水素ガス濃度との相関関係」を予め取得しておく。   In the Si concentration calculation method of the present invention, when performing the Si anisotropic etching process by the same procedure as the above procedure using the Si anisotropic etching apparatus shown in FIG. 1, first, for example, as shown in FIG. Such a “correlation between the Si etching amount and the hydrogen gas concentration in the Si anisotropic etching apparatus” is acquired in advance.

具体的には、薬液槽4にSiウェハ2を入れてSi異方性エッチング処理を行い、その際に水素濃度計8によって検出される水素濃度値を取得する。次に、Siウェハ2の量(ウェハ枚数)を変えて同様のSi異方性エッチング処理を行い、その際に水素濃度計8によって検出される水素濃度値を再度取得する。ここで、各Siウェハ2におけるSiエッチング領域は同じであるため、1枚のSiウェハ2についてのSiエッチング量も同じになるので、上記のようにウェハ2の量を変えて水素濃度値を取得することを繰り返し行うことにより、図3に示すような「Si異方性エッチング装置におけるSiエッチング量と水素ガス濃度との相関関係」を取得することができる。   Specifically, the Si wafer 2 is placed in the chemical bath 4 and Si anisotropic etching is performed, and the hydrogen concentration value detected by the hydrogen concentration meter 8 at that time is acquired. Next, the same Si anisotropic etching process is performed by changing the amount of Si wafers 2 (the number of wafers), and the hydrogen concentration value detected by the hydrogen concentration meter 8 at that time is obtained again. Here, since the Si etching region in each Si wafer 2 is the same, the Si etching amount for one Si wafer 2 is also the same, so the hydrogen concentration value is obtained by changing the amount of the wafer 2 as described above. By repeatedly performing this process, it is possible to obtain the “correlation between the Si etching amount and the hydrogen gas concentration in the Si anisotropic etching apparatus” as shown in FIG.

次に、図1に示したSi異方性エッチング装置を使って、Siウェハ2にV字型溝形状等を設けるエッチング加工処理を繰り返し行う。このとき、排気用配管6が接続されたエッチングドラフト7内(又は排気用配管6内)において、水素濃度計8によって検出される水素ガス濃度は、Siウェハ2を投入すると増加し、当該Siウェハ2を取り出すと低下するという変化を繰り返すので、例えば図4に示すような水素ガス濃度の経時変化データが得られる。本実施形態では、水素濃度計8によって検出される水素ガス濃度を、図3に示すような「Si異方性エッチング装置におけるSiエッチング量と水素ガス濃度との相関関係」に当てはめることによって、薬液1によってエッチングされているSi量つまり薬液1中に溶け出しているSi量を求める処理を、演算用コンピュータ10によって随時行う。さらに、薬液1中に溶け出したSi量の累積値を算出し、当該累積値に基づいて薬液1中でのSi濃度(質量濃度)を算出する処理を、演算用コンピュータ10によって随時行う。このようにして得られたSi濃度(以下、液中Si濃度と称する)の変化をグラフ化すると、例えば図5に示すような、Si異方性エッチング装置における液中Si濃度の経時変化データが得られる。   Next, using the Si anisotropic etching apparatus shown in FIG. 1, an etching process for providing a V-shaped groove shape or the like on the Si wafer 2 is repeatedly performed. At this time, in the etching draft 7 to which the exhaust pipe 6 is connected (or in the exhaust pipe 6), the hydrogen gas concentration detected by the hydrogen concentration meter 8 increases when the Si wafer 2 is introduced, and the Si wafer Since the change that decreases when 2 is taken out is repeated, for example, time-dependent data of the hydrogen gas concentration as shown in FIG. 4 is obtained. In the present embodiment, the chemical solution is obtained by applying the hydrogen gas concentration detected by the hydrogen concentration meter 8 to the “correlation between the Si etching amount and the hydrogen gas concentration in the Si anisotropic etching apparatus” as shown in FIG. The calculation computer 10 performs processing for obtaining the amount of Si etched by 1, that is, the amount of Si dissolved in the chemical solution 1 as needed. Furthermore, the calculation computer 10 performs a process of calculating the cumulative value of the amount of Si dissolved in the chemical solution 1 and calculating the Si concentration (mass concentration) in the chemical solution 1 based on the cumulative value. When the change in the Si concentration thus obtained (hereinafter referred to as the Si concentration in the liquid) is graphed, for example, as shown in FIG. 5, the temporal change data of the Si concentration in the liquid in the Si anisotropic etching apparatus is obtained. can get.

本実施形態においては、液中Si濃度の管理値を予め設定しておくことにより、現時点(Si異方性エッチングの任意の時点)での液中Si濃度値が当該管理設定値を超えているかどうかを判定する。そして、液中Si濃度値が管理設定値を超えた場合には、Si異方性エッチング用の薬液1の交換を実施する等の薬液管理処置を行う。   In the present embodiment, whether or not the Si concentration value in liquid at the present time (any time point of Si anisotropic etching) exceeds the management set value by setting the management value of Si concentration in liquid in advance. Determine if. Then, when the Si concentration value in the liquid exceeds the management set value, a chemical management process such as replacement of the chemical liquid 1 for Si anisotropic etching is performed.

以上に説明したように、本実施形態によると、エッチングドラフト7内又は排気用配管6内に水素濃度計8が設置されているため、水素濃度計8によって測定された水素濃度値をモニタリングしながらSiエッチング処理を行うことにより、Siエッチング処理中の水素発生量を知ることができる。このため、例えば予め「Siエッチング量と水素ガス濃度との関係」を取得しておくことにより、当該関係に用いて、水素濃度計8によって測定された水素濃度値を、薬液1中に溶け出しているSi量に随時換算することができるので、薬液1中に溶け出したSi量の累積値及び薬液1中でのSi濃度を正確に求めることができる。従って、当該液中Si濃度に基づいて、薬液1の状態管理及び交換を適切に行うことができるため、液中Si濃度が飽和溶解度を超えること、つまりSiが析出してエッチング装置が故障してしまうことを防止できるので、コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、安定したSi異方性エッチングを行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, since the hydrogen concentration meter 8 is installed in the etching draft 7 or the exhaust pipe 6, the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter 8 is monitored. By performing the Si etching process, the amount of hydrogen generated during the Si etching process can be known. For this reason, for example, by previously acquiring “a relationship between the Si etching amount and the hydrogen gas concentration”, the hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter 8 is dissolved in the chemical solution 1 using the relationship. Since the amount of Si that can be converted can be converted as needed, the cumulative value of the amount of Si dissolved in the chemical solution 1 and the Si concentration in the chemical solution 1 can be accurately obtained. Therefore, since the state management and replacement of the chemical solution 1 can be appropriately performed based on the Si concentration in the liquid, the Si concentration in the liquid exceeds the saturation solubility, that is, Si precipitates and the etching apparatus fails. Therefore, stable Si anisotropic etching can be performed while preventing an increase in cost and a decrease in throughput.

また、本実施形態によると、水素ガス濃度の実測値に基づいて、薬液1中に溶け出したSi量を求めるので、エッチング処理を途中で中止した場合、エッチング処理されるSiウェハ2の枚数が各処理毎に異なる場合、Siウェハ2のトラブルに起因して異常エッチングが発生する場合、又は、薬液処理条件や薬液状態が変化してSiのエッチング速度が変化する場合等においても、それらの状況に影響されることなく液中Si濃度を正確に求めることができる。   Further, according to the present embodiment, since the amount of Si dissolved in the chemical solution 1 is obtained based on the actual measurement value of the hydrogen gas concentration, when the etching process is stopped halfway, the number of Si wafers 2 to be etched is determined. Even if each process is different, abnormal etching occurs due to the trouble of the Si wafer 2, or when the chemical processing conditions and the chemical state change to change the Si etching rate, the situation It is possible to accurately obtain the Si concentration in the liquid without being affected by the above.

さらに、本実施形態によると、エッチングドラフト7内又は排気用配管6内に設置した水素濃度計8の水素濃度値をモニタリングしながらSiエッチング処理を行う。このため、Siエッチング処理中の水素発生量に基づいて例えばSi(100)面に対するエッチング反応が生じているかどうかを判定することよって、言い換えると、水素ガス濃度値の変化点(急減ポイント)を検出することによって、Si異方性エッチングの終点検出を正確に行うことができる。従って、各Siエッチング処理を再現性良く安定して行うことが可能になる。   Furthermore, according to the present embodiment, the Si etching process is performed while monitoring the hydrogen concentration value of the hydrogen concentration meter 8 installed in the etching draft 7 or the exhaust pipe 6. For this reason, for example, by determining whether an etching reaction has occurred on the Si (100) surface based on the amount of hydrogen generated during the Si etching process, in other words, the change point (rapid decrease point) of the hydrogen gas concentration value is detected. By doing so, the end point detection of Si anisotropic etching can be accurately performed. Therefore, each Si etching process can be performed stably with good reproducibility.

尚、本実施形態においては、図1に示したSi異方性エッチング装置を使って上記の手順と同様な手順によりSi異方性エッチング処理を実施するに際して、水素濃度計8によって検出された水素濃度値が爆発範囲濃度(4〜76体積%)に該当しないことを確認しながらSi異方性エッチング処理を行うことが好ましい。また、水素濃度計8によって検出された水素濃度値が爆発範囲濃度に該当する場合には、安全対策として後述する緊急遮断処置を実施することが好ましい。緊急遮断処置としては、ヒーター5をOFFすることにより薬液1の温度を下げてSiエッチング反応を低下させる処置は必須である。その他、アラーム発報、循環ポンプ12の停止、薬液槽4への水の供給による薬液1の希釈又は温度低下、薬液槽4内の薬液1の排出、及び、自動搬送機による薬液槽4からのSiウェハ2の取出し等の処置を単独で又は組合せて行うことが望ましい。但し、これらの緊急遮断処置を行う場合には、これらの処置自体によって水素ガスが引火爆発しないように注意する必要がある。   In this embodiment, when the Si anisotropic etching process is performed by the same procedure as described above using the Si anisotropic etching apparatus shown in FIG. 1, the hydrogen detected by the hydrogen concentration meter 8 is detected. It is preferable to perform the Si anisotropic etching process while confirming that the concentration value does not correspond to the explosion range concentration (4 to 76% by volume). Moreover, when the hydrogen concentration value detected by the hydrogen concentration meter 8 corresponds to the explosion range concentration, it is preferable to implement an emergency shut-off procedure described later as a safety measure. As an emergency shut-off treatment, a treatment that lowers the temperature of the chemical solution 1 by turning off the heater 5 to lower the Si etching reaction is essential. In addition, an alarm is issued, the circulation pump 12 is stopped, the chemical solution 1 is diluted or the temperature is lowered by supplying water to the chemical solution tank 4, the chemical solution 1 is discharged from the chemical solution tank 4, and the chemical solution tank 4 is automatically discharged from the chemical solution tank 4. It is desirable to perform treatment such as removal of the Si wafer 2 alone or in combination. However, when performing these emergency shut-off procedures, care must be taken so that hydrogen gas does not ignite and explode due to these procedures themselves.

水素濃度値が爆発範囲濃度に該当するような水素ガス濃度異常が生じる原因としては、排気用配管6による排気圧異常やSiウェハ2上のマスク膜の消失等が考えられる。   Possible causes of the hydrogen gas concentration abnormality in which the hydrogen concentration value corresponds to the explosion range concentration include exhaust pressure abnormality due to the exhaust pipe 6, disappearance of the mask film on the Si wafer 2, and the like.

また、本実施形態において、上記緊急遮断処置を行うかどうかを判定するための水素ガス濃度のしきい値(緊急遮断用設定値)については、爆発範囲濃度の下限である4%に設定するよりも、それ以下の値、例えば2%に設定することが好ましい。すなわち、水素ガス濃度値が実際に爆発範囲濃度に該当するよりも前に緊急遮断処置を行うことが安全性の確保の観点から望ましい。   Further, in the present embodiment, the hydrogen gas concentration threshold value (emergency cutoff set value) for determining whether or not to perform the emergency cutoff treatment is set to 4%, which is the lower limit of the explosion range concentration. Is preferably set to a value less than that, for example, 2%. That is, it is desirable from the viewpoint of ensuring safety that the emergency shut-off process is performed before the hydrogen gas concentration value actually corresponds to the explosion range concentration.

図6(a)及び(b)は、Si異方性エッチング中に2個の水素濃度計8によって、緊急遮断用設定値を超える水素濃度値が検知された様子を示している。   FIGS. 6A and 6B show a state in which a hydrogen concentration value exceeding the set value for emergency cutoff is detected by two hydrogen concentration meters 8 during Si anisotropic etching.

ところで、水素濃度計8は外的要因により突発的に異常値(エラー値)を検出することがある。このため、例えば図6(a)及び(b)に示すように、水素濃度計8を少なくとも2個以上設置し、それらによる測定結果に対してアンド処理を行うことによって、水素濃度値が緊急遮断用設定値を超えているかどうかを判定することが、水素濃度計の誤検知を防止する観点からは望ましい。   Incidentally, the hydrogen concentration meter 8 may suddenly detect an abnormal value (error value) due to an external factor. Therefore, for example, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), at least two hydrogen concentration meters 8 are installed, and an AND process is performed on the measurement results obtained thereby, so that the hydrogen concentration value is urgently cut off. It is desirable from the viewpoint of preventing erroneous detection of the hydrogen concentration meter to determine whether or not the set value is exceeded.

以上に説明したように、本実施形態においては、Si異方性エッチング時に水素濃度計8により検出される水素濃度値が爆発範囲濃度(又は安全性を考慮した緊急遮断用設定値以上の濃度)に該当しないことを確認しながらエッチング処理を行い、仮に水素濃度値が爆発範囲濃度(又は上記緊急遮断用設定値以上の濃度)に該当する場合には安全対策として緊急遮断処置を実施することが望ましい。このようにすると、爆発性を有する危険なガスである水素が発生するSi異方性エッチング処理を行う場合であっても、ガス爆発の恐れのない安全なSiエッチング処理を行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the hydrogen concentration value detected by the hydrogen concentration meter 8 at the time of Si anisotropic etching is the explosion range concentration (or a concentration equal to or higher than the emergency cutoff set value in consideration of safety). If the hydrogen concentration value falls within the explosion range concentration (or higher than the emergency cutoff setting value), an emergency shutdown procedure may be implemented as a safety measure. desirable. In this way, even when performing an Si anisotropic etching process in which hydrogen, which is a dangerous gas having an explosive property, is generated, a safe Si etching process without risk of gas explosion can be performed.

以上に説明したように、本発明は、SiウェハにV字型溝形状、ピラミッド型針形状又は四角錘型穴形状等を設けるために薬液を使ってSiウェハを異方性エッチングするためのエッチング装置及びエッチング方法として非常に有用である。   As described above, the present invention is an etching method for anisotropically etching a Si wafer using a chemical solution to provide a V-shaped groove shape, pyramid-shaped needle shape, or a quadrangular pyramid hole shape in the Si wafer. It is very useful as an apparatus and etching method.

図1は、本発明の一実施形態に係るSi異方性エッチング装置を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a Si anisotropic etching apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係るSi異方性エッチング装置における水素ガス濃度値のモニタリング結果の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the monitoring result of the hydrogen gas concentration value in the Si anisotropic etching apparatus according to one embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態に係るSi異方性エッチング装置におけるSiエッチング量と水素ガス濃度との相関関係の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the correlation between the Si etching amount and the hydrogen gas concentration in the Si anisotropic etching apparatus according to one embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態に係るSi異方性エッチング装置における水素ガス濃度の経時変化データの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the temporal change data of the hydrogen gas concentration in the Si anisotropic etching apparatus according to one embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施形態に係るSi異方性エッチング装置における液中Si濃度の経時変化データの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of temporal change data of the Si concentration in the liquid in the Si anisotropic etching apparatus according to one embodiment of the present invention. 図6(a)及び(b)は、本発明の一実施形態に係るSi異方性エッチング装置における2個の水素濃度計によって、緊急遮断用設定値を超える水素濃度値が検知された様子を示す図である。FIGS. 6A and 6B show how the hydrogen concentration value exceeding the set value for emergency shutdown is detected by two hydrogen concentration meters in the Si anisotropic etching apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 図7は従来のSi異方性エッチング装置を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic view showing a conventional Si anisotropic etching apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 Si異方性エッチング用薬液
2 Siウェハ
3 カセット
4 薬液槽
5 ヒーター
6 排気用配管
7 エッチングドラフト
8 水素濃度計
9 水素(気泡)
10 演算用コンピューター
11 薬液配管
12 循環ポンプ
13 薬液フィルター
14 HEPAフィルター
15 風量計
20 エッチング装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chemical solution for Si anisotropic etching 2 Si wafer 3 Cassette 4 Chemical solution tank 5 Heater 6 Exhaust piping 7 Etching draft 8 Hydrogen concentration meter 9 Hydrogen (bubble)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Computer for calculation 11 Chemical solution piping 12 Circulation pump 13 Chemical solution filter 14 HEPA filter 15 Air flow meter 20 Etching device

Claims (9)

排気用配管が接続された処理室と、
前記処理室の内部に配置されており、シリコンウェハ及び当該シリコンウェハを異方性エッチングするための薬液を入れるための薬液槽と、
前記処理室の内部に配置されており、前記薬液を加熱するためのヒーターと、
前記処理室内及び前記排気用配管内の少なくとも一方に設置された少なくとも1個以上の水素濃度計とを備えていることを特徴とするシリコン異方性エッチング装置。
A processing chamber to which exhaust piping is connected;
A chemical bath for placing a chemical solution for anisotropic etching of the silicon wafer and the silicon wafer, which is disposed inside the processing chamber;
A heater disposed inside the processing chamber, for heating the chemical solution;
An anisotropic silicon etching apparatus comprising: at least one hydrogen concentration meter installed in at least one of the processing chamber and the exhaust pipe.
請求項1に記載のシリコン異方性エッチング装置において、
前記水素濃度計は前記薬液槽よりも上方の位置に設置されていることを特徴とするシリコン異方性エッチング装置。
The anisotropic silicon etching apparatus according to claim 1,
The silicon anisotropic etching apparatus, wherein the hydrogen concentration meter is installed at a position above the chemical tank.
請求項1又は2に記載のシリコン異方性エッチング装置において、
前記薬液はアルカリ性であることを特徴とするシリコン異方性エッチング装置。
In the silicon anisotropic etching apparatus according to claim 1 or 2,
The silicon anisotropic etching apparatus, wherein the chemical solution is alkaline.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコン異方性エッチング装置を用いたシリコン異方性エッチング方法であって、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングしながら前記シリコンウェハに対してエッチングを行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
A silicon anisotropic etching method using the silicon anisotropic etching apparatus according to claim 1,
An anisotropic silicon etching method, wherein etching is performed on the silicon wafer while monitoring a hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter.
請求項4に記載のシリコン異方性エッチング方法であって、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値に基づいて、前記薬液中でのシリコン濃度を算出し、当該算出結果に基づいて前記薬液の状態管理及び交換を行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
The silicon anisotropic etching method according to claim 4,
Silicon anisotropy characterized by calculating a silicon concentration in the chemical solution based on a hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter, and performing state management and exchange of the chemical solution based on the calculation result Etching method.
請求項4又は5に記載のシリコン異方性エッチング方法であって、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値に基づいて、シリコンのエッチング反応が生じているかどうかを判定することにより前記シリコンウェハに対するエッチングの終点検出を行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
A silicon anisotropic etching method according to claim 4 or 5,
An anisotropic silicon etching method comprising: detecting an etching end point of the silicon wafer by determining whether or not a silicon etching reaction occurs based on a hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter. .
請求項4〜6のいずれか1項に記載のシリコン異方性エッチング方法であって、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値が所定値よりも小さいことを確認しながら前記シリコンウェハに対してエッチングを行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
A silicon anisotropic etching method according to any one of claims 4 to 6,
An anisotropic silicon etching method, wherein etching is performed on the silicon wafer while confirming that a hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter is smaller than a predetermined value.
請求項7に記載のシリコン異方性エッチング方法において、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値が前記所定値以上になった場合には、所定の安全対策を実施することを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
In the silicon anisotropic etching method according to claim 7,
A silicon anisotropic etching method, wherein a predetermined safety measure is taken when a hydrogen concentration value measured by the hydrogen concentration meter exceeds the predetermined value.
請求項7又は8に記載のシリコン異方性エッチング方法において、
前記水素濃度計を少なくとも2個以上用いたアンド処理により、測定された水素濃度値が前記所定値よりも小さいかどうかの確認を行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
In the silicon anisotropic etching method according to claim 7 or 8,
A silicon anisotropic etching method characterized in that it is confirmed whether or not a measured hydrogen concentration value is smaller than the predetermined value by an AND process using at least two hydrogen concentration meters.
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