CN111640691B - 蚀刻装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高对半导体晶圆的表面蚀刻的均匀性的技术。本发明提供的蚀刻装置具有贮存蚀刻液的贮存槽、支撑件、光源、对置电极以及电源。支撑件在半导体晶圆的第一表面浸渍于蚀刻液的状态下可旋转地支撑半导体晶圆。光源向支撑件支撑的半导体晶圆的第一表面照射光。对置电极配置在贮存槽内，位于支撑件与光源之间，并且位于与支撑件支撑的半导体晶圆的第一表面分离的位置。电源向支撑件支撑的半导体晶圆与对置电极之间施加电压。在光源照射光时，光的照射范围和对置电极的影子投影于支撑件支撑的半导体晶圆的第一表面。在支撑件使半导体晶圆旋转时，第一表面的至少一部分经过照射范围和影子这两处。

Description

蚀刻装置

技术领域

本说明书公开的技术涉及一种蚀刻装置。本说明书公开的技术尤其涉及一种将半导体晶圆进行光电化学蚀刻的蚀刻装置。

背景技术

在专利文献1中公开了一种通过光电化学蚀刻来蚀刻半导体晶圆的蚀刻装置。该蚀刻装置具有：贮存槽，其贮存蚀刻液；载置台，其在半导体晶圆浸渍于蚀刻液的状态下载置半导体晶圆；光源，其向载置于载置台的半导体晶圆的表面照射光；对置电极，其配置在贮存槽内；以及电源，其向载置的半导体晶圆与对置电极之间施加电压。

在蚀刻半导体晶圆时，在电压施加于半导体晶圆与对置电极之间的状态下，向半导体晶圆照射光。于是，半导体晶圆的价带的电子被激发，越过带隙而移动到导带。被激发的电子从半导体晶圆经由电源向对置电极移动。在照射有光的范围的半导体晶圆的表面，由于电子移动而产生空穴。产生的空穴由于施加在对置电极与半导体晶圆之间的电压而流出到蚀刻液中。由此，半导体晶圆的表面被氧化。然后，半导体晶圆的氧化部分溶解于蚀刻液。像这样，能够通过照射有光的范围的半导体晶圆重复氧化和溶解，而蚀刻半导体晶圆。

专利文献1：日本特开2017-212262号公报

发明内容

在专利文献1的蚀刻装置中，为了向半导体晶圆的整个表面照射光，将对置电极配置在半导体晶圆的侧面。由此，在专利文献1的技术中，从光照射的范围中的半导体晶圆的表面的各位置至对置电极的距离不同。因此，该表面中的空穴的流出速度在距离对置电极近的位置处较快，在距离对置电极远的位置处较慢。即，该表面中的氧化反应的进展速度在距离对置电极近的位置处较快，在距离对置电极远的位置处较慢。因此，难以将半导体晶圆的表面均匀地蚀刻。在本说明书中，提供一种能够提高对半导体晶圆的表面蚀刻的均匀性的技术。

本说明书公开的蚀刻装置通过光电化学蚀刻来蚀刻半导体晶圆。所述蚀刻装置具有贮存槽、支撑件、光源、对置电极和电源。所述贮存槽贮存蚀刻液。所述支撑件在所述半导体晶圆的第一表面浸渍于所述蚀刻液的状态下可旋转地支撑所述半导体晶圆。所述光源向被所述支撑件支撑的所述半导体晶圆的所述第一表面照射光。所述对置电极配置在所述贮存槽内，配置在所述支撑件与所述光源之间，并且配置在与被所述支撑件支撑的所述半导体晶圆的所述第一表面分离的位置。所述电源向被所述支撑件支撑的所述半导体晶圆与所述对置电极之间施加电压。在所述光源照射光时，所述光的照射范围和所述对置电极的影子投影于被所述支撑件支撑的所述半导体晶圆的所述第一表面，在所述支撑件使所述半导体晶圆旋转时，所述第一表面的至少一部分经过所述照射范围和所述影子这两处。

在上述蚀刻装置中，对置电极配置在支撑件与光源之间。即，对置电极配置在半导体晶圆的第一表面与光源之间。此外，如果在半导体晶圆被支撑件支撑的状态下光源照射光，则光的照射范围和对置电极的影子投影于半导体晶圆的第一表面。在使半导体晶圆旋转时，第一表面的至少一部分区域经过与对置电极相对的位置(影子)。因此，能够向该区域整体均匀地施加电压。此外，该区域还经过光源照射的光的照射范围。因此，能够向该区域整体照射光。像这样，在上述的蚀刻装置中，能够向半导体晶圆的第一表面的至少一部分区域整体均匀地施加电压，并且能够向该区域整体均匀地照射光。由此，能够均匀地蚀刻该区域整体。

附图说明

图1是实施例1的蚀刻装置10的示意图。

图2是实施例1的对置电极20和被支撑件16支撑的半导体晶圆12的俯视图。

图3是示出经由实施例1的对置电极20向半导体晶圆12照射光时的情形的图。

图4是实施例2的对置电极120和被支撑件16支撑的半导体晶圆12的俯视图。

图5是示出经由实施例2的对置电极120向半导体晶圆12照射光时的情形的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的代表性且非限定性的具体示例详细进行说明。该详细说明仅旨在向本领域技术人员示出用于实施本发明的优选示例的详情，并非用于限定本发明的范围。此外，以下公开的附加特征和教导可以独立于其他特征、教导使用，也可以一起使用，以提供进一步改善的成膜装置、使用方法及制造方法。

此外，以下的详细说明所公开的特征、工序的组合在最宽泛的意思上并非实施本发明所必需的，是仅为了特别说明本发明的代表性的具体示例而记载的。此外，在提供本发明的附加性地且实用的实施方式时，上述以及下述的代表性的具体示例的各种特征、以及独立权利要求和从属权利要求所记载的各种特征并非必须如在此记载的具体示例或者所列举的顺序那样进行组合。

记载在本说明书和/或权利要求书的范围内的所有特征的目的在于，在实施例和/或权利要求中记载的特征的构成之外，还作为对本发明的原始公开的内容以及要求保护的特定内容的限定而单独且彼此独立地公开的特征。此外，所有数值范围、以及涉及组或群的记载的目的在于，都是作为对本发明的原始公开及要求保护的特定内容的限定而公开了其中的构成。

(实施例1)

参照附图，对实施例1的蚀刻装置10进行说明。本实施例的蚀刻装置10是用于光电化学蚀刻的蚀刻装置。如图1所示，蚀刻装置10具有贮存槽14、支撑件16、光源18、对置电极20以及电源22。贮存槽14贮存蚀刻液30。蚀刻液30例如是氢氟酸和硝酸的混合水溶液。该混合水溶液还可以具有例如乙醇类等溶剂。

支撑件16是支撑半导体晶圆12的器具。半导体晶圆12为圆板形状，具有上表面12a和下表面12b。半导体晶圆12例如由SiC(碳化硅)、Si(硅)等半导体材料制成。在本实施例的蚀刻装置10中，支撑件16通过吸附半导体晶圆12的上表面12a，来支撑半导体晶圆12。支撑件16在半导体晶圆12的下表面12b浸渍于蚀刻液30的状态下支撑半导体晶圆12。蚀刻装置10对半导体晶圆12的下表面12b实施基于光电化学蚀刻的蚀刻。此外，如图1的箭头A所示，支撑件16使所支撑的半导体晶圆12旋转。在本实施例中，在支撑件16使所支撑的半导体晶圆12旋转的情况下，半导体晶圆12以圆板形状的中心轴为旋转轴而旋转。供电电极17设置于支撑件16。供电电极17通过与由支撑件16支撑的半导体晶圆12的上表面12a接触，从而与半导体晶圆12电连接。

光源18设置于贮存槽14的下方。光源18经由设置于贮存槽14的底部的蓝宝石玻璃15，向被支撑件16支撑的半导体晶圆12的下表面12b照射光。对于光源18并无特别限定，可以使用例如发出紫外光的光源等。

对置电极20配置于贮存槽14内。对置电极20浸渍于蚀刻液30内。对置电极20配置在支撑件16与光源18之间。即，对置电极20设置在与被支撑件16支撑的半导体晶圆12的下表面12b相对的位置。对置电极20配置在与被支撑件16支撑的半导体晶圆12的下表面12b分离的位置。对置电极20由具有优异的导电性且难溶于蚀刻液30的材料制成。对置电极20例如由铂金等金属材料制成。如图2所示，在俯视观察时，对置电极20的外周缘构成为圆形，其内周部构成为网眼状。由此，从光源18照射的光的一部分穿过对置电极20的网眼，照射到半导体晶圆12的下表面12b。对置电极20的直径比半导体晶圆12的直径大。另外，构成对置电极20的网眼的线径并无特别限定，例如为约0.08mm。

电源22与支撑件16的供电电极17和对置电极20连接。电源22向供电电极17与对置电极20之间施加直流电压。如图1所示，电源22的正极与供电电极17(即，被支撑的半导体晶圆12)连接，电源22的负极与对置电极20连接。如上所述，供电电极17与被支撑件16支撑的半导体晶圆12电连接。由此，如果电源22向供电电极17与对置电极20之间施加直流电压，则直流电压施加于被支撑件16支撑的半导体晶圆12与对置电极20之间。

接下来，对使用蚀刻装置10的半导体晶圆12的光电化学蚀刻进行说明。首先，在配置有对置电极20的贮存槽14内贮存蚀刻液30。接下来，将半导体晶圆12配置在贮存有蚀刻液30的贮存槽14内。具体而言，首先，由支撑件16支撑作为加工对象的半导体晶圆12。即，使半导体晶圆12的上表面12a与供电电极17接触，由支撑件16支撑半导体晶圆12。然后，以半导体晶圆12的下表面12b与对置电极20以及光源18相对的方式来配置支撑件16。此时，调整支撑件16的位置，以使半导体晶圆12的下表面12b浸渍于蚀刻液30。另外，此时，也可以使半导体晶圆12整体浸渍于蚀刻液30。此外，贮存蚀刻液30和配置半导体晶圆12的的顺序并无特别限定。也可以在将支撑半导体晶圆12的支撑件16配置在规定的位置之后，在贮存槽14内贮存蚀刻液30。

接下来，支撑件16使所支撑的半导体晶圆12旋转。在光电化学蚀刻的期间，半导体晶圆12被维持为一直以恒定的速度旋转的状态。然后，接通电源22，向半导体晶圆12与对置电极20之间施加电压，并使光源18工作，向半导体晶圆12的下表面12b照射光。如上所述，光经由网眼状的对置电极20照射到半导体晶圆12的下表面12b。由此，从光源18照射的光的一部分穿过对置电极20的网眼，照射到半导体晶圆12的下表面12b。具体而言，如图3所示，如果从光源18照射光L，则从光源18照射的光L的照射范围40a和对置电极20的影子40b投影于半导体晶圆12。在此，如图3的箭头B所示，半导体晶圆12以恒定的速度旋转。另一方面，对置电极20被固定，因此照射范围40a和影子40b的投影范围被固定。因此，在从光源18照射光的期间，半导体晶圆12的下表面12b整个区域交替经过照射范围40a和影子40b这两处。

像这样，在本实施例中，一边使被支撑的半导体晶圆12旋转一边进行蚀刻。由此，半导体晶圆12的下表面12b整个区域经过与对置电极20相对的位置(即，影子40b)。此外，半导体晶圆12的下表面12b与对置电极20之间的距离在半导体晶圆12的整个下表面12b上都大致恒定。因此，能够向半导体晶圆12的下表面12b整个区域均匀地施加电压。此外，在本实施例中，半导体晶圆12的下表面12b整个区域还经过光源18照射的光的照射范围40a。因此，光能够均匀地照射于半导体晶圆12的下表面12b整个区域。

如果光照射于下表面12b，则在下表面12b附近的半导体晶圆12的内部产生空穴和自由电子。于是，由于施加于半导体晶圆12与对置电极20之间的电压的影响，自由电子经过配线和电源22流向对置电极20，并且空穴从半导体晶圆12扩散到蚀刻液30中。扩散到蚀刻液30中的空穴在蚀刻液30中移动到对置电极20，与自由电子结合。在空穴从半导体晶圆12扩散到蚀刻液30中时，在半导体晶圆12的下表面12b形成氧化膜(SiO₂)。形成的氧化膜溶解于蚀刻液30。通过以上的过程，半导体晶圆12的下表面12b被蚀刻。

在本实施例的蚀刻装置10中，能够对半导体晶圆12的下表面12b整个区域均匀地施加电压，并能够均匀地照射光。由此，在使用了本实施例的蚀刻装置10的光电化学蚀刻中，在半导体晶圆12的下表面12b整个区域中，蚀刻以大致相同的速度进展。即，在半导体晶圆12的下表面12b整个区域中，能够进行均匀的蚀刻。通过经历以上的工序，对半导体晶圆12的下表面12b的蚀刻完成。

(实施例2)

在实施例2的蚀刻装置100中，对置电极20的配置与实施例1不同，但其他配置与实施例1相同。在实施例2中，如图4所示，对置电极120形成为棒状。对置电极120设置在从由支撑件16支撑的半导体晶圆12的中央部12c偏离的位置。即，如果俯视观察对置电极120和半导体晶圆12，则对置电极120与半导体晶圆12的中央部12c不重叠。对置电极120设置在与由支撑件16支撑的半导体晶圆12的外周部12d相对的位置。如果俯视观察对置电极120和由支撑件16支撑的半导体晶圆12，则对置电极120的两端比半导体晶圆12的外周缘更向外侧凸出。对置电极120的剖面的形状并无特别限定。对置电极120的剖面例如可以为圆形，也可以为多边形。

在使用了蚀刻装置100的半导体晶圆12的光电化学蚀刻中，与实施例1同样，一边通过支撑件16使所支撑的半导体晶圆12旋转，一边接通电源22并使光源18工作。光经由棒状的对置电极120照射到半导体晶圆12的下表面12b。由此，从光源18照射的光的一部分经由对置电极120照射到半导体晶圆12的下表面12b。具体而言，如图5所示，如果从光源18照射光L，则从光源18照射的光L的照射范围140a和对置电极120的影子140b投影于半导体晶圆12的下表面12b。对置电极120设置于从半导体晶圆12的中央部12c偏离的位置，因此影子140b投影于从半导体晶圆12的中央部12c偏离的位置。在此，如图5的箭头C所示，半导体晶圆12以恒定的速度旋转。因此，在从光源18照射光的期间，半导体晶圆12的外周部12d交替经过照射范围140a和影子140b这两处。另一方面，半导体晶圆12的中央部12c一直位于照射范围140a内。

像这样，在本实施例中，对半导体晶圆12的下表面12b的外周部12d能够均匀地施加电压，并能够均匀地照射光。由此，在外周部12d整个区域中，蚀刻以大致相同的速度进展。此外，在本实施例中，能够对半导体晶圆12的下表面12b的中央部12c均匀地照射光。虽然中央部12c不经过影子140b，但中央部12c配置在相对于对置电极120比较近的位置。因此，中央部12c也被施加适当的电压。由此，在中央部12c中，蚀刻也以与外周部12d相同的速度均匀地进展。像这样，在使用了本实施例的蚀刻装置100的光电化学蚀刻中，也能够在半导体晶圆12的下表面12b整个区域进行均匀性高的蚀刻。

上述各实施例构成为：在蚀刻半导体晶圆12时，通过使半导体晶圆12旋转，半导体晶圆12的下表面12b整个区域或者大部分区域经过光的照射范围和影子这两处。然而，也可以构成为，在使半导体晶圆12旋转时，半导体晶圆12的下表面12b的至少一部分经过照射范围和影子这两处。通过这样的结构，与将对置电极配置于半导体晶圆12的侧面结构相比，能够缩短半导体晶圆12与对置电极之间的距离，因此能够提高半导体晶圆12的蚀刻的均匀性。

此外，在上述各实施例中，将半导体晶圆12的下表面12b浸渍于蚀刻液30，将对置电极20、120以及光源18设置在半导体晶圆12的下方。然而，也可以使半导体晶圆12整体浸渍于蚀刻液30，将对置电极20、120以及光源18配置在半导体晶圆12的上表面12a一侧。在该情况下，可旋转地支撑半导体晶圆12的支撑件16能够设置在贮存槽14内。根据该结构，能够向半导体晶圆12的上表面12a照射光并施加电压，来蚀刻上表面12a。

以下列出本说明书公开的技术要素。另外，以下的各技术要素是各自独立而有用的技术要素。

在本说明书公开的一个示例的结构中，也可以在支撑件使半导体晶圆旋转时，第一表面整个区域经过照射范围和影子这两处。

在这样的结构中，对半导体晶圆的第一表面整个区域，能够照射光，并能够施加电压。因此，能够将半导体晶圆的第一表面整个区域大致均匀地蚀刻。

在本说明书公开的一个示例的结构中，对置电极也可以为网眼状。

在这样的结构中，能够通过简易的结构实现对半导体晶圆的第一表面整个区域照射光和施加电压。

在本说明书公开的一个示例的结构中，也可以在支撑件使半导体晶圆旋转时，第一表面的外周部经过照射范围和影子这两处，第一表面的中央部一直位于照射范围内。

在这样的结构中，能够向半导体晶圆的第一表面整个区域照射光。此外，第一表面的外周部经过照射范围和影子这两处，因此第一表面整个区域与对置电极之间的距离缩短，能够提高第一表面的蚀刻的均匀性。

在本说明书公开的一个示例的结构中，对置电极也可以为棒状，在从第一表面的中央部偏离的位置处与第一表面的外周部相对。

在这样的结构中，通过使对置电极与第一表面在从第一表面的中央部偏离的位置处相对，从而在使半导体晶圆旋转时，能够向作为半导体晶圆的旋转轴的中央部照射光。即，能够防止产生一直照射不到光的区域。因此，能够蚀刻第一表面的整个区域。

以上对本发明的具体示例进行了详细说明，但这些仅为例示，并不限定权利要求书保护的范围。权利要求书所记载的技术包括将以上所例示的具体例进行各种变形、变更后的内容。本说明书或说明书附图中所说明的技术要素能够单独或者通过各种组合而发挥其技术效用，并不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或说明书附图所例示的技术同时实现了多个目的，但对于仅实现其中一个目的这一点而言也具有技术效果。

标号的说明

10、100：蚀刻装置；12：半导体晶圆；12a：上表面；12b：下表面；12c：中央部；12d：外周部；14：贮存槽；15：蓝宝石玻璃；16：支撑件；17：供电电极；18：光源；20、120：对置电极；22：电源；30：蚀刻液；40a、140a：照射范围；40b、140b：影子。

Claims (2)

1.一种蚀刻装置，通过光电化学蚀刻来蚀刻半导体晶圆，所述蚀刻装置具有：

贮存槽，贮存蚀刻液；

支撑件，在所述半导体晶圆的第一表面浸渍于所述蚀刻液的状态下可旋转地支撑所述半导体晶圆；

光源，向所述支撑件支撑的所述半导体晶圆的所述第一表面照射光；

对置电极，配置在所述贮存槽内，位于所述支撑件与所述光源之间，并且位于与所述支撑件支撑的所述半导体晶圆的所述第一表面分离的位置；以及

电源，向所述支撑件支撑的所述半导体晶圆与所述对置电极之间施加电压，

在所述光源照射光时，所述光的照射范围和所述对置电极的影子投影于所述支撑件支撑的所述半导体晶圆的所述第一表面，

在所述支撑件使所述半导体晶圆旋转时，所述第一表面的至少一部分经过所述照射范围和所述影子这两处，

在所述支撑件使所述半导体晶圆旋转时，所述第一表面的外周部经过所述照射范围和所述影子这两处，所述第一表面的中央部一直位于所述照射范围内。

2.根据权利要求1所述的蚀刻装置，其中，

所述对置电极为棒状，在从所述第一表面的所述中央部偏离的位置处与所述第一表面的所述外周部相对。