JP2008177329A - ウエットエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング特性の面内分布やエッチング液の組成変化を考慮した、制御性の高いウエットエッチング方法を提供する。
【解決手段】ウェハを裏面からエッチングして厚みを減じるウエットエッチング方法が、エッチング処理するウェハのエッチング前厚みを測定する工程と、エッチング前厚みと、データベースに記憶させたエッチング前の許容厚みとを比較して、エッチング前厚みが許容範囲内にあるか否かを判断する工程と、エッチング前厚みが許容範囲内にある場合に、データベースに記憶させたエッチング条件より、ウェハのエッチング条件を選択する工程と、エッチング条件に従って、ウェハにエッチング液を供給してエッチングする工程と、エッチング後に、ウェハのエッチング後厚みを測定する工程と、エッチング後厚みと、データベースに記憶させたエッチング後の許容厚みとを比較して、エッチング後厚みが許容範囲内にあるか否かを判断する工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェハのウエットエッチング方法に関し、特に、ウェハのエッチングを高精度で制御できるウエットエッチング方法に関する。

半導体装置の製造方法において、ウェハ上に複数の半導体チップを形成した後、ウェハの裏面からウェハを研磨した後、エッチングし、ウェハの膜厚を薄くする工程が用いられる。
従来、高精度でエッチングを制御するために、ウェハ厚み計測装置を用い、その場計測を行いながらエッチングする方法が採用されていた。具体的には、エッチング装置に厚み計測装置を取り付け、エッチング中のウェハ厚みの時間変化から、エッチング時間を算出し、所定時間経過後にエッチング液の供給を停止するエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、加工部分の膜厚を一定以上にする場合には、被加工面上を厚み計測装置で走査し、モニタリングすべきポイントを決定した後に、その場計測を行いながらエッチングする方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−１７６０８７号公報 特開平１１−１５４６６３号公報

しかしながら、従来のエッチング方法は、ウェハ内の特定の一点や、半径が一定の円周上の点においてウェハの厚みを測定し制御するものであり、エッチング特性の面内均一性は考慮されていなかった。このため、かかるウエットエッチング方法を適用した場合、測定点においては予定した厚みとなっていても、ウェハ面内の厚みの平均値は予定した厚みからずれるという問題があった。
また、エッチング処理枚数が増えて薬液の組成が変化した場合にも、従来のエッチング方法では薬液の組成変化が検出できないため、エッチング特性が悪化したまま処理を行い、エッチングの面内均一性が低下する等の問題もあった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、エッチング特性の面内分布や薬液の組成変化を考慮した、制御性の高いウエットエッチング方法を提供することを目的とする。

本発明は、ウェハを裏面からエッチングして厚みを減じるウエットエッチング方法であって、エッチング処理するウェハのエッチング前厚みを測定する工程と、エッチング前厚みと、データベースに記憶させたエッチング前の許容厚みとを比較して、エッチング前厚みが許容範囲内にあるか否かを判断する工程と、エッチング前厚みが許容範囲内にある場合に、データベースに記憶させたエッチング条件より、ウェハのエッチング条件を選択する工程と、エッチング条件に従って、ウェハにエッチング液を供給してエッチングする工程と、エッチング後に、ウェハのエッチング後厚みを測定する工程と、エッチング後厚みと、データベースに記憶させたエッチング後の許容厚みとを比較して、エッチング後厚みが許容範囲内にあるか否かを判断する工程とを含むことを特徴とするウエットエッチング方法である。

以上のように、本発明にかかるウエットエッチング方法では、ウェハ厚みや、その面内均一性を高精度で制御することができる。

半導体装置の製造工程では、ウェハの表面に複数の半導体チップを形成した後、ウェハを裏面から機械的研磨を行い、続いてウエットエッチング工程によりウェハを所定の厚みにする。かかるウエットエッチング工程では、ウェハの表面を保護テープで覆い、裏面を上にして回転可能なステージに載置する。続いて、ステージを回転させながらウェハの裏面上にエッチング液を供給し、ウェハを裏面からエッチングしウェハの厚みを減じる。エッチング液には、ウェハがシリコンの場合には、フッ化水素酸と硝酸を含む混酸を使用する。実際のエッチングにあたっては、表面の平坦化や鏡面化を行うため、例えば、フッ化水素酸・硝酸・硫酸・燐酸を含む混酸が用いられる。

図１は、本発明の実施の形態にかかるウエットエッチングに用いるエッチング制御装置の構成図である。
エッチング制御装置は、ウェハ厚測定装置１１を含む。ウェハ厚測定装置１１としては、例えば、非接触型のレーザ三角測距方式を用いた測定装置が用いられる。この測定装置では、ウェハ裏面に対して所定の角度で光を入射させ、反射した光をＣＣＤで検出し、ＣＣＤに入射する光の位置からウェハの厚み（エッチング量）測定する。

ウェハ厚評価部１２には、予め、エッチング開始前とエッチング終了後の被エッチングウェハにおいて、許容できるウェハ厚みが設定されている。許容できるウェハ厚みは、通常一定の幅を持って規定される。

エッチング特性評価部１３では、測定データ格納部（データベース）１４からのエッチングデータに基づき、エッチング時間を計算する。具体的には、測定データ格納部１４に記憶させたエッチング液の組成や濃度、エッチング温度、エッチング速度等のデータと、ウェハ厚測定装置１１で測定ウェハの厚み（エッチング前厚み）から、ウェハを所望の厚みにエッチングするのに必要なエッチング時間を計算する。測定データ格納部１４には、ウェハの材料、エッチング液の濃度、エッチング温度等毎に、エッチング速度の値が記憶されている。
なお、ウェハ厚測定装置１１で測定されたウェハ厚みのデータも、測定データ格納部１４に記憶される。

エッチング特性評価部１３で計算されたエッチング時間の計算結果は、処理条件設定部１５に送られ、エッチング時間の制御に使用される。また、エッチング特性評価部１３では、エッチング速度や、エッチングの面内均一性も算出される。そして、算出された結果に基づいて、薬液組成調整部１６において、薬液（例えば、フッ化水素酸）の添加、薬液交換、すなわち廃液および新液の供給がなされる。

図２は、本発明の実施の形態にかかる枚葉式ウエットエッチングの工程図であり、以下に、かかるウエットエッチングについて図２を参照しながら説明する。

まず、ウエットエッチングの前段階として、上述のようにウェハの表面を保護テープで覆い、裏面を上にして回転可能なステージ上に載置する。

工程Ｓ２１：ウェハ厚測定装置１１で、例えばレーザ三角測距方式等の非接触型の測定方法を用いてウェハの厚みを測定する。接触型の測定方法を用いると被エッチング面に傷が発生したり、異物が付着してエッチング時のマスクとなりエッチング面に欠陥が形成されるため、非接触型の測定方法が使用される。
測定点は、面内の複数点、例えば、ウェハの中心を通る直線上の１０点で測定する。同じ測定点においても、複数回、例えば１０回程度の測定を行う。
なお、ウェハ厚みの測定にあたっては、エッチング中に実施すると、薬液からの反射光や散乱光の影響でＳＮ比が下がるため、薬液がウェハ上に存在しないエッチングの前後において実施する。

工程Ｓ２３：図３は、エッチングするウェハの上面図である。ウェハ３１の上には、複数の半導体チップ３２が形成されている。また、図４は、図３の半導体チップ３２の拡大図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は側面図である。

通常、ウェハの厚みを減じる工程（薄肉化工程）では、ウェハの裏面から、グラインダ等を用いた機械的研磨を行い、所望の厚み近傍まで研磨した後、本実施の形態にかかるウエットエッチングを行い、残りの部分をエッチングする。ウエットエッチング工程では、例えば２０μｍ程度のエッチングが行われる。

しかし、機械的研磨の際に、チップ３２表面には絶縁膜からなる保護パターン３３が部分的に形成されているため、研磨時にウェハは弾性変形を起こす。この結果、保護パターン３３の直下では、保護パターン３３が梁のように作用することで、部分的な窪み３５が形成される。
また、ウェハの薄肉化により、シリコン等のウェハと、ウェハ上に形成されたアルミニウム等からなる電極との間に生じる応力がより顕著に現れるため、ウェハの反りが大きくなり、巨視的な窪みが形成される。

通常、ウェハ厚みの測定工程において、例えば、図５（ａ）に示すように、測定光の光路４２は、入射角と反射角が等しくなることが好ましい。しかしながら、図４（ｂ）に示すような窪み３５が形成された場合、図５（ｂ）のように光路４４が変化する。このように反射光の光路が本来の光路からずれてしまうため、反射光がＣＣＤ等の検出器に入射する位置がずれ、ウェハの厚みの測定値が誤差を含むようになる。

そこで、工程Ｓ２３では、ウェハ厚評価部１２に、想定される被エッチングウェハの厚みの初期値を、所定の許容値（一般には、所定の幅を有する値）として設定しておき、測定値がこの許容値外の場合には、工程Ｓ２４に進み、エッチング処理を中止する。これにより、異常な測定値（初期値）に基づきエッチング時間が設定されるのを防止できる。初期値が許容値の範囲内の場合には、工程Ｓ２５に進む。

工程Ｓ２５：工程Ｓ２２で算出したエッチング時間に従って、ウェハのエッチングを行う。エッチングは、例えばウェハがシリコンの場合には、フッ化水素酸と硝酸を含む混酸をエッチング液に用い、所定のエッチング時間、ウェハを回転させながら、ウェハ上にエッチング液を供給することにより行われる。
所定のエッチング時間経過後、エッチング液の供給は停止され、純水等でウェハが洗浄される。

工程Ｓ２６：再度、ウェハ厚測定装置１１を用いて、エッチング後のウェハの厚み（エッチング後厚み）を測定する。測定点は、工程Ｓ２１と同様に、例えば面内で１０点測定を行う。同一測定点に対しても、例えば１０回測定を行う。
仕上がり値（エッチング後厚み）が、設定範囲内であれば、ウェハのエッチングは完了し、工程Ｓ２９で薬液の評価を行う。一方、仕上がり値が、設定範囲内からはずれた場合、工程Ｓ２８に進み、処理は中止される。

工程Ｓ２９： エッチング特性評価部１３において、測定したウェハ厚みの初期値（エッチング前厚み）と仕上がり値（エッチング後厚み）から、エッチング速度を算出する。そして、エッチング速度が所定の範囲内であるか否かを判断し、設定範囲外であれば、工程Ｓ３０に進み、薬液添加を実施する。例えば、シリコンウェハを、フッ化水素酸と硝酸の混合液でエッチングする場合には、フッ化水素酸を微量（例えば、１０ｃｃ程度）添加する。
一方、エッチング速度が設定範囲内であれば、工程Ｓ３１に進み、エッチングの面内均一性について評価する。

工程Ｓ３１：ウェハ厚みの仕上がり値（エッチング後厚み）から、エッチング均一性が所定の範囲内であるか否かを判断する。
図６は、シリコンウェハをフッ化水素酸、硝酸、硫酸、燐酸を含む混酸でエッチングした場合の、ウェハ処理枚数とエッチング面内均一性との関係である。ウェハのエッチングにおいて、エッチング速度については、設定範囲から外れないように、その都度フッ化水素酸を補充して（工程Ｓ３０）、エッチング速度が所定の範囲内となるようにした。
このように、薬液を添加してエッチング速度を所定の範囲内に維持しても、エッチングの面内均一性は、エッチング処理枚数の増加とともに低下する。
なお、エッチングの面内均一性は、（エッチング量の最大値−エッチング量の最小値）を（エッチング量の最大値＋エッチング量の最小値）で除した値で表される。

そこで、工程Ｓ３１では、エッチング速度の面内均一性を求め、面内均一性が所定の設定範囲内にあるか否かを判断する。そして、所定の設定範囲内からはずれた場合には、工程Ｓ３２に進み、処理を中止し、エッチング液をすべて交換する。

一方、面内均一性が所定の設定範囲内にある場合には、ウェハのエッチング処理が終了し、ウェハは次の製造工程に移される。

図７、８に、本実施の形態にかかるウエットエッチング（枚葉式スピンウエットエッチング）前後のウェハ厚み（エッチング前厚み、エッチング後厚み）の分布を示す。
図７に示すように、ウェハ６１に対して、測定は、ウェハの中心を通る直線上の２０点（点１〜点２０）からなる測定点６２と、所定の半径上の測定点６３とについて行った。

図８は、図７に示す測定ポイント（点１〜点２０）対する、エッチング前後のウェハ厚みの測定結果である。図８から明らかなように、ウェハ厚みはウェハの半径方向に分布を有している。従って、このウェハにおいて、例えば、１点の測定点を用いる測定方法でウェハの平均厚みをコントロールするためには、ウェハ厚みの測定を測定点７１あるいは測定点７２上で行うことが必要となる。しかしながら、このように、平均厚みを示す測定点は、ウエットエッチング前に行われる機械的研磨工程の条件等により、必ずしも７１、７２で示す位置になるとは限らす、このような測定点を見出すことは困難である。
これに対して、本実施の形態にかかる測定方法では、ウェハ面内の径方向の複数点において厚みを測定するため、ウェハのエッチング特性を高精度で制御可能となる。

なお、本実施の形態では、ウェハ厚測定装置１１に、例えば、非接触型のレーザ三角測距方式を用いた測定装置を用いたが、これに代えて、例えば、特開２００２−１７６０８７号公報に記載されたような測定光の干渉を用いた測定装置を用いても構わない。かかる測定装置では、測定光はウェハの裏面、およびウェハを透過してウェハの表面で、それぞれ反射され、これらの反射光の干渉からウェハの厚みを検出する。この場合、ウェハ表面に形成されたアルミ等の電極材料を除いた部分の厚み制御が可能となる。

本発明の実施の形態にかかるエッチング制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態によるウエットエッチングの工程図である。 本発明の実施の形態によりエッチングするウェハである。 ウェハに含まれる半導体チップの拡大図である。 ウェハの厚み測定に用いる測定光の光路である。 ウェハ処理枚数とエッチング面内均一性との関係である。 ウェハ上の厚み測定点である。 ウェハ上の各測定ポイントにおいて測定したウェハ厚みである。

符号の説明

１１ ウェハ厚測定装置、１２ ウェハ厚評価部、１３ エッチング特性評価部、１４ 測定データ格納部、１５ 処理条件設定部、１６ 薬液組成調整部。

Claims (6)

1. ウェハを裏面からエッチングして厚みを減じるウエットエッチング方法であって、
   エッチング処理するウェハのエッチング前厚みを測定する工程と、
   該エッチング前厚みと、データベースに記憶させたエッチング前の許容厚みとを比較して、該エッチング前厚みが許容範囲内にあるか否かを判断する工程と、
   該エッチング前厚みが許容範囲内にある場合に、データベースに記憶させたエッチング条件より、該ウェハのエッチング条件を選択する工程と、
   該エッチング条件に従って、該ウェハにエッチング液を供給してエッチングする工程と、
   エッチング後に、該ウェハのエッチング後厚みを測定する工程と、
   該エッチング後厚みと、データベースに記憶させたエッチング後の許容厚みとを比較して、該エッチング後厚みが許容範囲内にあるか否かを判断する工程とを含むことを特徴とするウエットエッチング方法。
2. 上記エッチング前厚みと、上記エッチング後厚みから、エッチング速度を算出し、該エッチング速度が許容範囲より小さい場合に、上記エッチング液に薬液を補充する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のウエットエッチング方法。
3. 上記ウェハがシリコンからなり、上記エッチング液が、フッ化水素酸と硝酸を含む混酸からなり、上記エッチング速度が許容範囲より小さい場合に、上記薬液としてフッ化水素酸を補充することを特徴とする請求項２に記載のウエットエッチング方法。
4. 上記エッチング前厚みと、上記エッチング後厚みから、エッチング速度の面内分布を算出し、該面内分布が許容範囲より大きい場合に、上記エッチング液を交換することを特徴とする請求項１に記載のウエットエッチング方法。
5. 上記エッチング前厚みと、上記エッチング後厚みとが、上記ウェハの径方向の直線上の複数の測定点で測定されることを特徴とする請求項１に記載のウエットエッチング方法。
6. 上記エッチング前厚みと、上記エッチング後厚みとが、それぞれ同一測定点に対して複数回測定されることを特徴とする請求項１に記載のウエットエッチング方法。

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