CN1264203C - 湿蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

一种湿蚀刻装置，它包含有储存槽、底板、供液装置及排气装置。具有四个侧壁面的储存槽是用以放置多数个晶圆及蚀刻液，且两相对的第一及第二侧壁面内壁具有多数个直条纹几何结构大体垂直储存槽底部；底板是设置于储存槽底部上方，具有多数个贯穿孔；供液装置是设置于储存槽的底部下方，以通过贯穿孔将蚀刻液注入储存槽；排气装置是设置于邻近第三或第四侧壁面，以排出储存槽中的气体。邻近于设置有排气装置的侧壁面的贯穿孔的尺寸小于邻近于其相对应的侧壁面的贯穿孔的尺寸。通过在湿蚀刻装置的内侧壁制作条纹几何结构以及改变底板的贯穿孔的尺寸，来改变蚀刻液的流速，进而有效改善晶圆蚀刻均匀度及提高湿蚀刻制程的品质。

Description

湿蚀刻装置
发明领域
本发明是有关于半导体制程技术领域，特别是有关于一种湿蚀刻装置，用以改善晶圆在湿蚀刻装置中的蚀刻均匀度(uniformity)。
背景技术
在半导体蚀刻制程中，湿式蚀刻是利用薄膜与特定溶液间所进行的化学反应，以去除基底上的薄膜。湿蚀刻的优点在于：制程单纯及产量速度快。另外，湿式化学蚀刻由于设备简单，而且成本低及产能高，再加上具有优秀的蚀刻选择比，因此在目前的半导体制程中，湿式蚀刻经常用来作为多晶硅、氧化硅、氮化硅或金属等材料的全面性蚀刻(blanket etch)或剥除(strip)。
在湿蚀刻制程中，例如应用于去除氮化硅(Si3N4)或氮氧化硅(SiOXNY)的湿蚀刻制程，是使用磷酸(H3PO4)槽作为化学蚀刻反应室。其主要缺陷在于：
由于磷酸是粘度非常高的酸液，因此磷酸槽在蚀刻过程中需维持高温状态，例如在150-160℃的范围。如此一来，对于采用批次(batch)的方式进行晶圆蚀刻时，容易造成蚀刻速率不一致，例如位于磷酸槽内前方与后方的晶圆，以及位于晶圆中央与晶圆边缘的蚀刻速率不一致。
参阅图1-图2所示，为传统的湿蚀刻装置解决上述问题的改进方法。
首先，参阅图1所示，其为传统湿蚀刻装置的平面图。此湿蚀刻装置100至少包含有一储存槽102、一底板104、一供液装置106(如图2所示)、一排气装置108及一外槽110。储存槽102(例如磷酸槽)是用以放置多数个晶圆101及蚀刻液103(如图2所示)；底板104是设置于储存槽102底部上方，表面具有多数个贯穿孔104a；供液装置106是设置于储存槽102底部下方，用以将蚀刻液103通过这些贯穿孔104a注入储存槽102中；排气装置108是设置于放置储存槽102的外槽110，并邻近于储存槽102的一侧壁，用以排出蚀刻液所产生的气体(图未绘示)。
参阅图2所示，其是图1中沿A-A线的剖视示意图。图中箭号表示蚀刻液103流动方向。由于磷酸103在邻近于储存槽102槽壁处的流速较储存槽102中央处的流速慢，使得晶圆101边缘的蚀刻速率小于晶圆101中央处的蚀刻速率，造成晶圆101的蚀刻均匀度降低，另外，受到排气装置108(如图1所示)排气影响，邻近排气装置108处的磷酸103温度会下降，而使此处的流速较慢，亦即，蚀刻速率较慢。因此，对于采用批次式进行晶圆蚀刻时，造成邻近排气装置108的晶圆101蚀刻速率较慢，而使每片晶圆101的蚀刻速率不一致，造成晶圆101的品质较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种湿蚀刻装置，其通过在湿蚀刻装置的内侧壁制作条纹几何结构，达到增加蚀刻液注入邻近侧壁的流速，增加晶圆蚀刻均匀性的目的。
本发明的另一目的是提供一种湿蚀刻装置，其通过改变底板的贯穿孔尺寸，以补偿邻近于排气装置的蚀刻液因温度下降造成流速下降的缺陷，达到防止晶圆的蚀刻速率不一致的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种湿蚀刻装置，至少包含：储存槽用以放置多数个晶圆及蚀刻液，此储存槽具有多数个侧壁面，其中两相对的第一及第二侧壁面的内壁具有多数个既定条纹几何结构，且该等条纹大体垂直于储存槽底部；底板设置于储存槽的底部上方，底板具有多数个贯穿孔；一供液装置设置于储存槽的底部下方，用以将蚀刻液通过贯穿孔注入该储存槽中。其中，晶圆的边缘朝向储存槽的第一及第二侧壁面，和晶圆的正面及背面分别朝向储存槽的第三及第四侧壁面。再者，上述湿蚀刻装置更包括一排气装置是设置于邻近该储存槽的第三或第四侧壁面，以排出储存槽中的气体。当排气装置设置于储存槽的第三侧壁面，邻近于第三侧壁面的贯穿孔的尺寸在3-7毫米(mm)的范围，且邻近于第四侧壁面的贯穿孔的尺寸在8-12毫米(mm)的范围；当排气装置设置于储存槽的第四侧壁面，则邻近于第四侧壁面的贯穿孔的尺寸在3-7毫米(mm)的范围，且邻近于第三侧壁面的贯穿孔的尺寸在8-12毫米(mm)的范围。
下面结合较佳实施例和附图详细说明。
附图说明
图1是传统湿蚀刻装置的平面示意图；
图2是图1沿A-A线的剖视示意图；
图3是本发明的湿蚀刻装置的平面示意图；
图4是本发明的储存槽的一侧壁面的剖面示意图。
具体实施方式
参阅图3所示，本发明的湿蚀刻装置300包括有一储存槽302、一底板304、一供液装置(图未绘示)、一排气装置308及一外槽310。其储存槽302(例如作为化学蚀刻反应室的磷酸槽)是用以放置多数个晶圆301及一蚀刻液(图未绘示)，蚀刻液例如是具有高粘度的磷酸。另外，储存槽302为一矩形槽，具有四个侧壁面302a、302b、302c及302d。在储存槽302的底部上方设置有一底板304，且此底板304表面配置有多数个贯穿孔304a。在储存槽302的底部下方设置有一供液装置(图未绘示)，例如一泵体，用以将磷酸通过这些贯穿孔304a注入储存槽302中。
晶圆301在置入晶舟(图未绘示)之后，再经由外槽310内机械手臂(图未绘示)放置于储存槽302中，使得晶圆301边缘朝向储存槽302的两相对侧壁面，例如侧壁面302c及302d，且晶圆301正面及背面是朝向于储存槽302的另外两相对的侧壁面，例如侧壁面302a及302b。然后，排气装置308是设置于用以放置储存槽302的外槽310，并邻近于侧壁面302b或侧壁面302a，以排出储存槽302中的磷酸所产生的气体。在本实施例中，排气装置308是设置于邻近侧壁面302b，然而本发明并未受限于此，排气装置308亦可设置于邻近侧壁面302a。
如先前所述，由于排气装置308在排气的时候，会造成邻近排气装置308的磷酸温度下降(亦即粘度增加)，例如从160℃降为158℃，导致每片晶圆301的蚀刻速率不同，而影响湿蚀刻制程的品质。因此，相较于传统的湿蚀刻装置，本发明的湿蚀刻装置300中，底板304的这些贯穿孔304a的尺寸并不相同。当排气装置308设置于邻近侧壁面302b时，邻近于侧壁面302b的贯穿孔304a的尺寸小于邻近于侧壁面302a的贯穿孔304a的尺寸。例如，邻近于侧壁面302b的贯穿孔的尺寸在3-7毫米的范围，且邻近于侧壁面302a的贯穿孔的尺寸在8-12毫米的范围。如此一来，邻近于侧壁面302b的磷酸的流速可增加，亦即增加蚀刻速率，以补偿此处硫酸温度下降造成的蚀刻速率下降的问题。同样地，当排气装置308设置于邻近侧壁面302a的上方时，邻近于侧壁面302b的贯穿孔304a的尺寸大于邻近于侧壁面302a的贯穿孔304a的尺寸。例如，邻近于侧壁面302b的贯穿孔的尺寸在8-12毫米的范围，且邻近于侧壁面302a的贯穿孔的尺寸在3-7毫米的范围。
再者，如先前所述，磷酸的粘度较高，因此邻近于侧壁面302c及302d的磷酸的流速会低于储存槽302中央的磷酸的流速，导致晶圆301边缘的蚀刻速率低于晶圆301中央的蚀刻速率，而降低晶圆301的蚀刻均匀度。因此，本发明的湿蚀刻装置300中，储存槽302的侧壁面302c及302d的内壁具有多数个既定几何结构。如图4所示，其绘示出其中一侧壁面302c内壁的剖面示意图。在本实施例中，这些既定几何结构是由五十条波状直条纹所构成，且这些条纹大体垂直储存槽302底部。另外，每一波状直条纹对应一晶圆301，亦即在储存槽302中，放置有五十片晶圆301，如此一来，可通过这些条纹结构来增加邻近侧壁面302c及302d的磷酸的流速，来增加晶圆301边缘的蚀刻速率，进而增加晶圆301的蚀刻均匀度。
因此，以本发明的湿蚀刻装置来进行批次式的晶圆蚀刻，可增加每片晶圆的均匀度，增加湿蚀刻制程的品质。
另外，上述实施例虽以磷酸作为蚀刻液，然而，本发明并未受限于此，其它粘度在1-3cps的范围的蚀刻液，亦可应用于本发明的湿蚀刻装置。
本发明已以较佳实施例揭露如上，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰都属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种湿蚀刻装置，其特征是：它至少包含有储存槽及底板，用以放置多数个晶圆及蚀刻液的该储存槽具有多数个侧壁面，其中两相对的第一及第二侧壁面的内壁具有多数个既定几何结构；该底板设置于该储存槽的底部上方，该底板具有多数个贯穿孔；排气装置是设置于邻近该储存槽的第三或第四侧壁面，邻近于设置该排气装置的侧壁面的贯穿孔的尺寸小于与该排气装置相对应的侧壁面的贯穿孔的尺寸。
2、根据权利要求1所述的湿蚀刻装置，其特征是：它更包括有供液装置设置于该储存槽的底部下方，用以将蚀刻液通过该底板的贯穿孔注入该储存槽中。
3、根据权利要求1所述的湿蚀刻装置，其特征是：该储存槽是一矩形且具有四个侧壁面的结构。
4、根据权利要求3所述的湿蚀刻装置，其特征是：该晶圆的边缘朝向该储存槽的第一及第二侧壁面，且该晶圆的正面及背面分别朝向该储存槽的第三及第四侧壁面。
5、根据权利要求1所述的湿蚀刻装置，其特征是：该蚀刻液选自磷酸。
6、根据权利要求1所述的湿蚀刻装置，其特征是：该既定几何结构是多数直条纹几何结构，该多数个直条纹大体垂直该储存槽底部。
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