JP2020178018A - シリコンウェーハのエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸エッチング液のＳｉ溶解量が変化しても、ウェーハ面内のエッチング速度分布の変化を抑制することができ、エッチング後のウェーハ形状を良好にすることができるシリコンウェーハのエッチング方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハの表面及び／又は裏面に供給ノズルを通して酸エッチング液を供給しながら、前記シリコンウェーハを回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程を含むシリコンウェーハのエッチング方法であって、前記スピンエッチング工程において、前記酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量に応じて前記シリコンウェーハの回転数を変えて酸エッチングを行うことを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハのエッチング方法に関する。

シリコンウェーハの製造工程において、単結晶インゴットの状態から薄くスライスされたウェーハは、面取り加工と研削加工を経て平坦化を行うのが一般的である。この際、ウェーハ表裏面には上記加工に起因する大小様々なキズや加工歪みが導入され、これらが後工程で顕在化すると重大な品質上の問題になり得る。

そこで、通常はエッチング処理を行って、これらのキズや加工歪を除去する。エッチング方法としては複数のウェーハの表裏面を同時に処理するバッチ方式や枚葉でウェーハの表面と裏面を順に処理するスピンエッチング方式が知られている（特許文献１参照）。また、目的に応じて酸エッチング液で処理する場合とアルカリエッチング液で処理する場合の２通りの手段があり、例えば酸エッチングの場合だと適宜濃度を調節した弗酸と硝酸等を含んだ混酸を用いるのが一般的である。

特開２００７−５３１７８号公報

スピンエッチング方式によるシリコンウェーハの酸エッチングを行う場合、通常、使用したエッチング液を回収し、再度エッチング液として用いる。このため、シリコンウェーハを酸エッチングすると、加工枚数に応じてエッチング液に含まれるＳｉ溶解量は増加する。また、Ｓｉ溶解量の増加はエッチング液に含まれるエッチング化学種の減少を意味するため、平均エッチング速度が減少する。このため連続加工時には平均エッチング速度の減少が避けられない。

また、スピンエッチングにおけるウェーハエッチング速度は、加工条件とエッチング液の流体特性に応じてウェーハ面内分布をもつ。この分布は加工条件と流体特性のうちどちらか一方が変化するだけでも変動する。したがって、上記のようにＳｉ溶解量の変化が伴うスピンエッチング加工を行う場合には、平均エッチング速度だけではなくウェーハ面内のエッチング速度分布の変化も考慮する必要がある。従来は、連続加工時には弗酸補給を行うのが一般的であるが、この方法では平均エッチング速度の低下には対応できるもののウェーハ面内のエッチング速度分布の変化には対応できない問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、酸エッチング液のＳｉ溶解量が変化しても、ウェーハ面内のエッチング速度分布の変化を抑制することができ、エッチング後のウェーハ形状を良好にすることができるシリコンウェーハのエッチング方法を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明は、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面に供給ノズルを通して酸エッチング液を供給しながら、前記シリコンウェーハを回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程を含むシリコンウェーハのエッチング方法であって、
前記スピンエッチング工程において、前記酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量に応じて前記シリコンウェーハの回転数を変えて酸エッチングを行うことを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法を提供する。

本発明のシリコンウェーハのエッチング方法であれば、酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量によってシリコンウェーハの回転数を変えることで、Ｓｉ溶解量の増加によるウェーハ面内のエッチング速度分布の変化を抑制することが可能となる。また、Ｓｉ溶解量が増加しても、エッチング後のウェーハ形状を良好にすることができる。

このとき、前記スピンエッチング工程を繰り返し行うことで、複数のシリコンウェーハの連続加工を行い、
前記連続加工中に、前記スピンエッチング工程において使用した前記酸エッチング液を回収し、前記酸エッチング液を保存するエッチング液タンクに戻して再び酸エッチング液として使用することが好ましい。

このような方法であれば、Ｓｉ溶解量の変化が伴う連続加工時でもシリコンウェーハの形状の変化を最小限に抑えることができる。

また、前記酸エッチング液として、弗酸、硝酸を含む混合液、又は、これに酢酸、燐酸、硫酸のうち少なくともいずれか一つを加えた混合液を用いることが好ましい。

このような混合液であれば、シリコンウェーハのスピンエッチングに好適に用いることができる。

本発明のシリコンウェーハのエッチング方法であれば、酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量によってシリコンウェーハの回転数を変えることで、ウェーハ面内のエッチング速度分布の変化を抑制することが可能となる。また、Ｓｉ溶解量が増加しても、エッチング後のウェーハ形状を良好にすることができる。

シリコンウェーハの回転数を変更した際の、Ｓｉ溶解量による平坦度の変化を示す図である。 スピンエッチング方式で用いられる一般的なエッチング装置の模式図である。

上記のように、スピンエッチング方式による酸エッチングにおいて、酸エッチング液のＳｉ溶解量が変化した場合に、ウェーハ面内のエッチング速度分布の変化が起こる問題があった。

酸エッチング液中のＳｉ溶解量が増加すると、酸エッチング液に含まれるエッチング反応化学種の減少だけではなく、酸エッチング液の動粘度も減少する。そのため、酸エッチング液の流体特性が無視できないスピン方式の酸エッチングでは、Ｓｉ溶解量の増加により、平均エッチング速度の低下だけではなく、面内のエッチング速度の分布状態も変化する。

通常、スピンエッチング加工中のシリコンウェーハは角速度一定で回転しているため、拡散律速の酸エッチング液を用いる場合のエッチング速度は、周速が速いウェーハ外周部ほど増加する。したがって、通常はウェーハ外周部ほどエッチング取代が増加する。

ここで、Ｓｉ溶解量が多くなると酸エッチング液の動粘度が減少するため、ウェーハの周速が速い領域での酸エッチング液の平均流速は、Ｓｉ溶解量が少ないときに比べて減少する。したがって、ウェーハ外周部のエッチング取代はＳｉ溶解量が少ないときに比べて減少する。

また、スピンエッチングでは、通常はウェーハの回転中心と酸エッチング液をウェーハに供給するノズルの位置が一致するが、その付近ではエッチング速度はノズル直下に形成される衝突噴流の影響を受ける。衝突噴流の中心にはよどみ点があり、よどみ点では酸エッチング液のウェーハ面に平行な向きの流速は理論上０μｍ／ｓである。

通常は、よどみ点の領域は無視できる大きさであり、すぐにウェーハの周速によって酸エッチング液の流速が増加するため、エッチング取代の低下としては現れない。しかしながらＳｉ溶解量が増えて酸エッチング液の動粘度が減少してくると、周速によっても酸エッチング液の平均流速が増加しにくくなるため、Ｓｉ溶解量が少ないときに比べてエッチング速度が遅くなり、したがってその領域のエッチング取代が減少する。

つまり、同一の加工条件と同一組成の酸エッチング液を用いても、上記のような原因により、シリコンウェーハ外周部及び中心付近のエッチング速度が変化し、ウェーハ面内のエッチング速度分布が変化してしまうため、酸エッチング液中のＳｉ溶解量が異なるとスピンエッチング加工後のウェーハ形状は異なることとなってしまう。

本発明では、このようなウェーハ形状の変化に対応する手段として、Ｓｉ溶解量に応じたウェーハ回転数の制御を行う。具体的には、Ｓｉ溶解量が少なく比較的動粘度の大きい酸エッチング液では、ウェーハ回転数を低回転数としてエッチングし、Ｓｉ溶解量が多く比較的動粘度の小さい酸エッチング液ではウェーハ回転数を高回転としてエッチングすることで、Ｓｉ溶解量によるウェーハ形状の変化を最小限に抑える。

即ち、本発明は、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面に供給ノズルを通して酸エッチング液を供給しながら、前記シリコンウェーハを回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程を含むシリコンウェーハのエッチング方法であって、
前記スピンエッチング工程において、前記酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量に応じて前記シリコンウェーハの回転数を変えて酸エッチングを行うことを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法である。

以下、本発明について詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図２はスピンエッチング方式で用いられる一般的なエッチング装置の模式図である。具体的には、例えば、三益半導体工業株式会社製スピンエッチャーＭＳＥ−７０００ＥＬ−ＭＨを用いることができる。

一般的に、エッチング装置１００は、エッチング加工部１１とエッチング液供給部１２で構成される。

エッチング加工部１１は、真空吸着ステージ２と供給ノズル３を具備することができる。また、エッチング液供給部１２は、エッチング液タンク６とエッチング液タンク６からエッチング加工部１１へ酸エッチング液８を送液する送液ポンプ１３を具備することができる。

シリコンウェーハ１は表面または裏面を上にして真空吸着ステージ２の中心に水平に設置され、真空源１０に連結した真空吸着ステージ２上に真空吸着で保持することができる。

真空吸着ステージ２は、ステージ下方にある図示しないθ軸モータおよびθスピンドル等による回転ユニットによって、真空吸着ステージ２中心を回転軸として図のθ方向に回転することができる。

次に、図２に示したエッチング装置１００を用いた場合を例に、本発明のシリコンウェーハのエッチング方法を説明する。

本発明のシリコンウェーハのエッチング方法では、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面へ供給ノズルを通してエッチング液タンク６に保存された酸エッチング液８を供給しながら、シリコンウェーハを回転させて酸エッチング液の供給範囲をシリコンウェーハ１の全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程を含む。

スピンエッチング工程では、真空吸着ステージ上方にある供給ノズル３にエッチング液供給部１２のエッチング液タンク６から送液ポンプ１３を経由して酸エッチング液８を供給し、真空吸着ステージ２上に保持され回転しているシリコンウェーハ１上に酸エッチング液８を供給することができる。

酸エッチング液８を供給している間、供給ノズル３は、図２中の矢印４（供給ノズルの運動方向）で示すように、シリコンウェーハ１中心を通ってシリコンウェーハ１の径方向に直線往復運動するのが一般的である。

シリコンウェーハ１上に供給された酸エッチング液８は、シリコンウェーハ１の回転に倣ってシリコンウェーハ１上を移動し、シリコンウェーハ１外周部から液滴５となって振り飛ばされて落下し、エッチング加工部から排出される。

このとき、本発明では、酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量に応じてシリコンウェーハの回転数を変えて酸エッチングを行う。

上述のように、同一の加工条件と同一組成の酸エッチング液を用いても、シリコンウェーハ外周部及び中心付近のエッチング速度が変化し、ウェーハ面内のエッチング速度分布が変化してしまうため、酸エッチング液中のＳｉ溶解量が異なるとスピンエッチング加工後のウェーハ形状は異なることとなってしまう。本発明であれば、酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量によってシリコンウェーハの回転数を変えることで、Ｓｉ溶解量の増加によるウェーハ面内のエッチング速度分布の変化を抑制することが可能となる。また、Ｓｉ溶解量が増加しても、エッチング後のウェーハ形状を良好にすることができる。

即ち、Ｓｉ溶解量が小さく、動粘度が大きい酸エッチング液を用いる場合は、ウェーハ上の酸エッチング液の流速を適度にするためにウェーハ回転数を低回転数とし、Ｓｉ溶解量が大きく、動粘度が小さい酸エッチング液を用いる場合は、ウェーハ上の酸エッチング液の流速の低下を抑制するためにウェーハ回転数を高回転数とすればよい。

ウェーハ回転数の変更は、例えば、Ｓｉ溶解量６ｇ／Ｌで行い、Ｓｉ溶解量６ｇ／Ｌ未満では１３００ｒｐｍ未満の回転数、Ｓｉ溶解量６ｇ／Ｌ以上では１３００ｒｐｍ以上の回転数等とすることができる。しかしながら、加工条件や酸エッチング液の組成によって適切なＳｉ溶解量はそれぞれ異なるため、ウェーハ回転数を変更するＳｉ溶解量は６ｇ／Ｌに限定されるものではない。また、変更前後のウェーハ回転数も、加工条件や酸エッチング液の組成により適宜決定することができる。

所定のエッチング取代を満たした後、エッチング加工が終了したらエッチング液タンク６からの酸エッチング液８の供給を停止し、供給ノズル３に給水源７から水９を供給し、真空吸着ステージ２上に保持され回転しているシリコンウェーハ１上に水９を供給することができる。

シリコンウェーハ１上に供給された水９は、シリコンウェーハ１の回転に倣ってシリコンウェーハ１上を移動し、シリコンウェーハ１上に残留する酸エッチング液８を水９に置換しながらシリコンウェーハ１の外周部から液滴５となって排出される。

シリコンウェーハ１上の酸エッチング液８の水への置換が終了したら、給水源７からの水９の供給を停止し、シリコンウェーハ１を高速回転させることでシリコンウェーハ１上の水をすべて飛散させ、乾燥したシリコンウェーハ１を得ることができる。

また、本発明では、上記スピンエッチング工程を繰り返し行うことで、複数のシリコンウェーハの連続加工を行い、連続加工中に、上記スピンエッチング工程において使用した酸エッチング液を回収し、エッチング液タンクに戻して再び酸エッチング液として使用することが好ましい。このような方法であれば、Ｓｉ溶解量の変化が伴う連続加工時でもシリコンウェーハの形状の変化を最小限に抑えることができる。

シリコンウェーハ１の外周部から排出された酸エッチング液の液滴５は、エッチング液回収機構１４によりエッチング液タンク６に回収することができる。そして、回収後の酸エッチング液を再び酸エッチング液８とすることができる。

本発明において、Ｓｉ溶解量は、例えば、シリコンウェーハ１枚あたりのエッチング取代から、連続加工時のＳｉ溶解量の累計を算出することができ、適切なＳｉ溶解量に達した時点でウェーハ回転数を変更すれば、Ｓｉ溶解量の変化が伴う連続加工時のスピンエッチング加工において、加工後のウェーハ形状の変化を最小限に抑えた連続加工が可能になる。また、Ｓｉ溶解量の算出方法は、特に限定されるものではなく、エッチング液タンク等に設けられたＳｉ溶解量を測定する機構１５等により求め、求められたＳｉ溶解量に応じてシリコンウェーハの回転数を変えることもできる。また、Ｓｉ溶解量に応じて、その値に比例してシリコンウェーハの回転数を上げるようにしてもよい。

また、本発明で使用する酸エッチング液は弗酸と硝酸を含む混合液とすることができるが、これに酢酸や硫酸や燐酸を適宜組み合わせて混合しても良い。このような混合液は、シリコンウェーハのスピンエッチングに好適に用いることができる。混合比は、質量％で例えば弗酸が１〜８０％、硝酸が１０〜８０％混合された酸エッチング液でよいが、これに質量比で酢酸が例えば１０〜３０％、硫酸が例えば１０〜２５％、燐酸が例えば１０〜５０％を任意の割合で混合してもよい。

尚、上記ではシリコンウェーハの片面をスピンエッチングする場合を例にして説明したが、本発明はこれには限定されず、上面のみならず下面からも酸エッチング液を供給して表裏面を同時にエッチングすることもできる。

以下、実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。

［実験例］
図２に示したエッチング装置を用いて、シリコンウェーハのエッチング加工を行った。このとき、異なるＳｉ溶解量の酸エッチング液を用いて、シリコンウェーハを低回転数、具体的には回転数３００ｒｐｍと回転数８００ｒｐｍ、および、高回転数、具体的には回転数１８００ｒｐｍと回転数２５００ｒｐｍで加工した。図１に、シリコンウェーハの回転数を変更した際の、Ｓｉ溶解量による平坦度の変化を示す。ここでいう平坦度は、シリコンウェーハ面内の取代Ｐ−Ｖ（Ｐｅａｋ−Ｖａｌｌｅｙ）を示す。このときの酸エッチング液は弗酸と硝酸の混合液を用い（質量％で、弗酸４％、硝酸４７％であり、１００％に満たない残部は水である。）、エッチング液量２．５Ｌ／ｍ、酸エッチング液温２４℃で加工した。

図１に示したように、ウェーハを低回転数、例えば３００ｒｐｍや８００ｒｐｍに固定して加工すると、ウェーハ平坦度は、Ｓｉ溶解量が増えた場合に、この例では１．０μｍ近辺まで悪化し、ウェーハを高回転数、例えば１８００ｒｐｍや２５００ｒｐｍに固定して加工すると、ウェーハ平坦度は、低回転数のときとは逆に、Ｓｉ溶解量が少ない場合に、この例では１．０μｍ付近にまで悪化する。

そこで、図１に示した例によれば、酸エッチング液のＳｉ溶解量６ｇ／Ｌ未満では、例えば３００ｒｐｍや８００ｒｐｍのような低回転数、Ｓｉ溶解量６ｇ／Ｌ以上では、例えば回転数１８００ｒｐｍや２５００ｒｐｍのような高回転数に変更してエッチングを行えば、Ｓｉ溶解量によらずウェーハ平坦度を０．７μｍ以下にできることが分かる。

上記のことから、本発明の方法であれば、酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量によってシリコンウェーハの回転数を変えることで、Ｓｉ溶解量の増加によるウェーハ面内のエッチング速度分布の変化を抑制することが可能となり、酸エッチング液のＳｉ溶解量が変化してもウェーハ平坦度を良好にすることができることが示された。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１００…エッチング装置、
１…シリコンウェーハ、 ２…真空吸着ステージ、
３…供給ノズル、 ４…供給ノズルの運動方向、 ５…液滴、
６…エッチング液タンク、 ７…給水源、 ８…酸エッチング液、
９…水、 １０…真空源、 １１…エッチング加工部、
１２…エッチング液供給部、 １３…送液ポンプ、
１４…エッチング液回収機構、 １５…Ｓｉ溶解量を測定する機構。

Claims (3)

1. シリコンウェーハの表面及び／又は裏面に供給ノズルを通して酸エッチング液を供給しながら、前記シリコンウェーハを回転させることで、前記酸エッチング液の供給範囲を前記シリコンウェーハの表面及び／又は裏面の全面に拡大して酸エッチングを行うスピンエッチング工程を含むシリコンウェーハのエッチング方法であって、
   前記スピンエッチング工程において、前記酸エッチング液に含まれるＳｉ溶解量に応じて前記シリコンウェーハの回転数を変えて酸エッチングを行うことを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法。
2. 前記スピンエッチング工程を繰り返し行うことで、複数のシリコンウェーハの連続加工を行い、
   前記連続加工中に、前記スピンエッチング工程において使用した前記酸エッチング液を回収し、前記酸エッチング液を保存するエッチング液タンクに戻して再び酸エッチング液として使用することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。
3. 前記酸エッチング液として、弗酸、硝酸を含む混合液、又は、これに酢酸、燐酸、硫酸のうち少なくともいずれか一つを加えた混合液を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハのエッチング方法。

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