JPH04157183A - エッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、エツチング装置に係り、特にウェットエツチ
ング装置における制御性の向上に関する。

（従来の技術） 半導体装置の高集積化は、構成素子の微細化および高密
度化によってもたらされる。

近年、デバイスによっては更に微細なサブミクロンの設
計基準で作られようとしているものもある。

しかしこの微細化および高密度化に伴い、半導体装置の
製造プロセスにはいろいろな問題が生してきている。

例えば、配線を例にとると、設計基準の縮小で配線幅は
小さくなるのに対し、能動素子の増大で、電気的に接続
しなければならない箇所も増大しているため、配線長は
増大する一方である。

このため、配線パターンは複雑となり、パターニングに
際しては、高度なパターン精度が要求される。

通常、このような配線パターンの形成は、所定の素子領
域の形成された半導体基板表面をフォトリソ工程により
フォトレジストパターンを形成し、このフォトレジスト
パターンをマスクとしてエッチングすることによってな
される。

このエツチング工程には、エツチングガスを用いたドラ
イエツチングプロセスと、エツチング液を用いたウェッ
トエツチングプロセスとがアリ、それぞれ用途に応した
プロセスが用いられる。ウェットエツチングプロセスは
、ドライエツチングプロセスに比べ、装置が簡単で、即
時にエツチング処理に入ることができるという特徴を有
し、手軽に用いられる方法である。

ところで、このウェットエツチングプロセスは、温度セ
ンサと温度コントローラとによってエツチング液を一定
温度に維持するようにした恒温槽内にレジストパターン
の形成された被エツチング物を浸漬し、レジストパター
ンから露呈する被エツチング物をエツチング液中に溶解
せしめるものである。

通常、均一なエツチングを行うべく、エツチング液の濃
度むらや温度むらを少なくするとともに被エツチング面
における液境界層を薄くするため、エツチング液を攪拌
流動させながらエツチングの進行がなされる。

このようなエツチング装置は、電解エツチングの一例を
第５図に示すように、第１の槽１と第２の槽２とに電解
液３を満たし、第１の槽１内にシリコン基板等の半導体
基板４と対電極５とを相対向して配設すると共に、第２
の槽２内には比較電極６を配設して構成されている。そ
してこれら第１の槽１と第２の槽２との間は、ルギン管
７および塩橋８によって結合され、イオン伝導を可能に
している。

さらに、半導体基板４と対電極５と比較電極６とは、外
部リード線９を介してポテンショスタット１０に接続さ
れ、エツチング中には、半導体基板４と対電極５との間
に直流電圧が印加され、半導体基板４と比較電極６との
間に発生する電位差が常に一定の値となるように制御さ
れている。

また、第１の槽１中の電解液３は必要に応してヒータ１
１により加熱され、所定の温度に制御されると共に、第
１の槽１の底面に載置された撹拌翼１３によって攪拌さ
れるようになっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のエツチング装置では、
底面に載置された攪拌翼１３の回転による攪拌では、第
１の槽１内に縦に支持された半導体基板の基板面内に対
する流動を再現性よくコントロールすることかできず、
エツチングむらが生じ易いという問題があった。

また、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン等の金
属薄膜を酸性水溶液によりエツチングする系、シリコン
結晶を酸性水溶液あるいはアルカリ性水溶液によりエツ
チングする系、シリコン結晶を電解エツチングする系等
では、微細気泡が多量に発生し、これを被エツチング面
から除去することが困難である場合が多い。また、半導
体基板の基板面内に対する流動のコントロールを良好に
おこなうことができないことから、基板面内における気
泡の分布密度にばらつきが生じるという問題もあった。

すなわち、半導体基板の下面側で生じた気泡は当然体積
を増しながら上昇することになり、対電極と半導体基板
との間に存在する気泡の分布密度は下方から上方に濃い
ことになる。このことは、対電極と半導体基板との間に
形成される電流密度の分布が下方から上方に濃いことを
意味する。

このようなエツチング装置を用いてエツチングを行う際
、半導体装置の配線パターンの形成の場合のように微細
加工を要する場合には、半導体基板面内におけるエツチ
ング速度のばらつきが生し、制御性が悪い上、被エツチ
ング面から気泡が速やかに除去されず、長く一定の表面
部位に付着したまま滞留すると、その領域ではエツチン
グが進行しないため、エツチング残りが生じ、均一で平
坦なエツチング面が得られないばかりか、配線が短絡し
てしまうなどのトラブルが発生し、半導体装置の信頼性
低下の原因となっていた。

また、発泡径の小さいものの離脱は著しく困難であり、
これらを無理に除去するために、激しすぎる攪拌、流動
を加えたり、超音波などによる除去を行おうとするとフ
ォトレジストの剥離を起こすことがある。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、発泡によ
るエツチングむらを除去し、エツチング精度を高めるこ
とのできるエツチング装置を提供することを目的とする
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） そこで本発明では、エツチング槽内に円筒形状の流動整
流器を配設し、この流動整流器の下部に被エツチング面
を上方に向けるように位置させエツチング溶液が半導体
基板の法線外周端方向から流入し、円筒形状の流動整流
器内部を上方に流動排出されるように構成している。

（作用） 上記構成によれば、エツチングにおける最適流動攪拌条
件を容易に設定することができ、基板面内での均一性が
良好で、再現性の良好なエツチングを行うことが可能と
なる。

また、被エツチング物である基板表面とエツチング液と
の境界面に流れが形成されるため、仮に基板表面に付着
物が残留していてもこの流動によって除去される。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図は、本発明実施例のシリコンウェハのエツチング
に用いられるエツチング装置を示す図である。

このエツチング装置は、第１の槽１内に、円筒型の絶縁
性遮蔽板１１が鉛直に設置され、この遮蔽板１１の下端
に被エツチング面が上になるように水平に配置された半
導体基板４と、この半導体基板４に対向するように遮蔽
板の中間部に設置された網状対電極１５との間に電界を
かけ、エツチングをおこなうようになっている。

また、半導体基板と網状対電極１５との間には、ここに
形成される電気力線の外周端部効果を補正するための導
電性円筒からなる補助電極１２が配設されている。

また、この補助電極１２の上方には攪拌翼１３が配設さ
れモータ１６の回転によって下方から上方への流動を生
ぜしめ、エツチング液が矢印Ａに示すように半導体基板
４と円筒型の遮蔽板１１の下端との間隙から遮蔽板１１
内に流入し、遮蔽板１１の上端から流出するようになっ
ている。

また、第１の槽の内壁には邪魔板（バッフル）１４が配
設されており、流動を上下方向に整流するのに有効なよ
うに形成されている。すなわち、この邪魔板により、遮
蔽板内の水平の断面積とこれを除いた電界槽の水平の断
面積とがほぼ等しくなるようにし、流動が層流域でなさ
れるようになっている。ここで３０は気泡トラップであ
る。

さらに、電気化学的コントロールは従来例の場合とほぼ
同様にルギン管７よりモニターされる半導体基板４の被
電界エツチング面の電位と比較電極６との間の電位が所
望の値となるように、ポテンショスタット１０を用いて
、半導体基板４の被電解エツチング面と網状対電極１５
の間の電位をコントロールして電解エツチングを行うよ
うになっている。１７は温度コントローラである。

このエツチング装置では、矢印Ａに示す流動攪拌を形成
するようにしているため、流動攪拌効果を減じることな
く、円形半導体基板の被電界エツチング面内流動分布を
法線方向のみに制御することか可能となり、攪拌強度を
所望の強さにコントロールすることにより最適流動攪拌
条件′が容易に再現性よく容易に設定できるようになっ
ている。

さらに、発生気泡の上昇方向に層流域の流動を形成でき
るため対電極と半導体基板の間の領域での気泡の存在密
度分布は被電界エツチング面内で比較的均一にすること
ができる。

また、このような流動攪拌効果により発生気泡の被電解
エツチング面からの解離を促進すると共に、電解液の上
面付近で気泡を外気に排出することも容易となる。ここ
では気泡トラップ３０を配設しているためより効率よく
排出することが可能となる。また、電解エツチング反応
に伴う反応生成物を速やかに反応面より排出することが
できる。

なお、円筒型遮蔽板１１の形状としては、前記実施例に
限定されるものではなく、例えば第２図に示すように下
端に液の流入スペースとしてスリット２０を形成するよ
うにしても良い。このようにすることにより、遮蔽板の
下端に半導体基板を密着させることができる。

また、第３図に示すように円筒型遮蔽板１１下端に開口
部絞り部１８を形成する事により液取り入れ口の断面積
を小さくするようにしても良い。

このようにすることにより、エツチング液は円形半導体
基板４と遮蔽板１１下端との間より流入し開口部絞り部
１８と半導体基板４とにより形成されたドーナツ状のス
ペースを法線に沿って中心方向に水平に流動することに
なる。このため半導体基板の被電界エツチング面に対す
る流動攪拌作用が半径方向により良好な制御性を有する
ことになる。

さらにまた、第４図に示すように、円筒型遮蔽板１１、
電解槽１に代えて、強制循環型チューブ４０を用いるよ
うにしても良い。これにより、矢印Ｂに示すような流動
が強制的に引き起こされるため、上昇流動の助走区間が
長（とれ層流状態での上方の流れを得ることができる。

なお、強制循環型チューブ４０のチューブ径を適宜小さ
くすることにより電解液量をセーブしつつ層流を形成す
ることができる。ここで５０はファン１３の駆動用リー
ドの導出用の機密シールである。

また、ファン１３に代えて循環ポンプを用いるようにし
ても良い。

ここで、エツチング液としては電解エツチングの場合で
、アルカリ系のＫＯＨ水溶液、ヒドラジン加水物、アン
モニア水、エチレンジアミン・ピロカテコール溶液等、
酸系ではフッ酸水溶液等、塩基ではフッカアンモニウム
水溶液等がある。また、無電解エツチングの場合では、
アルカリ系としては上記等、酸系としてはフッ酸、硝酸
酢酸を混合した水溶液を用いる。これらはいずれも、シ
リコンに対するものであるが、この他、化合物半導体、
セラミック、金属に対するエツチング液も適用できるこ
とはいうまでもない。ここでは電解エツチングの例を引
いたが、電解を用いないエツチングにも適用可能なこと
は云うまでもない。

このように、循環ポンプを用いるようにすれば、このエ
ツチング液が高粘度であるような場合にも、層流状態で
基板４から、網状対電極１５との間にエツチング液が流
動せしめられるため、均一なエツチングを行うことがで
きる上、被エツチング物としてのシリコン基板表面に発
生した泡等の付着物も除去される。

従って、泡の付着によるエツチングむらの発生もなく、
均一で信頼性の高い高精度のバターニングが可能となる
。

なお、第１．３．４のいずれの場合においても１枚の半
導体基板４を配しているが、円形のプレート上に複数の
半導体基板を配する構成としてよいことはいうまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明のエツチング槽置によ
れば、エツチング槽内に円筒形状の流動整流器を配設し
、この流動整流器の下端に技工・ツチング面を上方に向
けるように位置させエツチング溶液が半導体基板の法線
外周端方向から流入し、円筒形状の流動整流器内部を上
方に流動排出されるように構成しているため、最適流動
攪拌条件を容易に設定することができ、基板面内での均
一性が良好で、再現性の良好なエツチングを行うことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のエツチング装置を示す図、第２
図乃至第４図は本発明の変形例を示す図、４・・・半導
体基板、５・・・対電極、６・・・比較電極、７・・・
ルギン管、８・・・塩橋、９・・・外部リード線、１゜
・・・ポテンショスタット、１１・・・絶縁性遮蔽板、
１２・・・補助電極、１３・・・攪拌翼、１４・・・バ
ッフル、１５・・・網状対電極、１６・・・モータ、１
７・・・温度コントローラ、１８・・・開口部絞り部、
２ｏ・・・スリット、３０・・・気泡トラップ。 代理人　弁理士　　三　好　秀　和 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エッチング液中に被エッチング物を浸漬し、溶解せし
   めるようにしたエッチング装置において、エッチング槽
   内に配設された円筒形状の流動整流器と、 前記流動整流器の下部に被エッチング面を上方に向ける
   ように位置させエッジング液が円筒形状の流動整流器下
   端断面の法線外周端方向から流入し、円筒形状の流動整
   流器内部を上方に流動排出されるように構成したことを
   特徴とするエッチング装置。