CN204558428U - 湿刻装置 - Google Patents

Abstract

一种湿刻装置，包括：通气模块，其包括药液室与进气管，进气管一端设置于药液室外部，另一端靠近药液室的底部设置并与药液室连通；药液室沿重力方向依次包括气体发生区以及药液存放区；进气管与药液存放区连通；刻蚀模块，其包括刻蚀腔室、设置于刻蚀腔室的底座、设置于刻蚀腔室内并位于底座上方的导气块；导气块包括开设于朝向底座一侧的若干通气孔、开设于背向底座一侧并连通每一通气孔的进气槽；连通管道，其一端连通气体发生区，另一端连接进气槽。上述湿刻装置，将刻蚀药液与基板分离，使得刻蚀速率和刻蚀过程的可控性增强，基板的刻蚀药液残留量减少，基板的图形条宽损失减小，刻蚀药液减少，基板损伤减少，提高刻蚀产物的质量。

Description

湿刻装置

技术领域

本实用新型涉及刻蚀装置，特别是涉及湿刻装置。

背景技术

湿法刻蚀，是指将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术，一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜。目前，二氧化硅的湿刻采用氢氟酸缓冲药液(含NH₄F)，常见湿刻方式有Spray式、Puddle式和Dip式。

然而，传统的湿法刻蚀方式存在如下的弊端：

1、现有湿法刻蚀方式的刻蚀速率不可控；

2、现有湿法刻蚀方式刻蚀后的产物，其表面残留有大量的药液；

3、现有湿法刻蚀方式在刻蚀过程浪费大量的药液；

4、现有湿法刻蚀方式刻蚀后，产物的CD Loss过大，即产物图形的关键尺寸误差过大。

实用新型内容

基于此，有必要针对如何控制刻蚀速度、如何减小产物的药液残留量、如何节省刻蚀药液、如何防止基板损伤的问题、如何减小产物的CD Loss，提供一种新的湿刻装置。

一种湿刻装置，包括：通气模块，其包括药液室与进气管，所述进气管一端设置于所述药液室外部，另一端靠近所述药液室的底部设置并与所述药液室连通；

所述药液室沿重力方向依次包括气体发生区以及药液存放区；

所述进气管与所述药液存放区连通；

刻蚀模块，其包括刻蚀腔室、设置于所述刻蚀腔室的底座、设置于所述刻蚀腔室内并位于所述底座上方的导气块；

所述导气块包括开设于朝向所述底座一侧的若干通气孔、开设于背向所述底座一侧并连通每一所述通气孔的进气槽；

连通管道，其一端连通所述气体发生区，另一端连接所述进气槽。

在其中一个实施例中，所述药液室与所述连通管道内壁设置有涂层。

在其中一个实施例中，所述通气模块包括浓度监测仪，所述浓度监测仪的监测端安装于所述药液室。

在其中一个实施例中，所述浓度监测仪的监测端安装于所述药液存放区。

在其中一个实施例中，所述通气模块包括补给管道，其安装于所述药液室。

在其中一个实施例中，所述补给管道安装于所述药液存放区。

在其中一个实施例中，所述药液存放区开设有进液孔，所述补给管道连通所述进液孔。

在其中一个实施例中，所述刻蚀腔室远离所述底座的一端设置有排气孔。

在其中一个实施例中，还包括排气管，所述排气管连通所述排气孔。

在其中一个实施例中，所述连通管道设置有阀门。

上述湿刻装置，将刻蚀药液与基板分离，使得刻蚀速率和刻蚀过程的可控性增强，基板的刻蚀药液残留量减少，基板的图形条宽损失减小，刻蚀药液的浪费减少，基板损伤减少，提高了刻蚀产物的质量，其实用性强，易于推广。

附图说明

图1为本实用新型一实施例湿刻装置的结构示意图；

图2为图1所示实施结构的俯视示意图；

图3为图2所示的A-A剖视结构示意图；

图4a为图3所示导气块的俯视结构示意图；

图4b为图3所示导气块的仰视结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，其为本实用新型一实施例湿刻装置10的结构示意图，湿刻装置10包括通气模块100、刻蚀模块200和连通管道300，通气模块与刻蚀模板通过连通管道连通。

请一并参阅图2和图3，通气模块100包括药液室110、进气管120，进气管一端设置于药液室的外部，另一端设置于靠近药液室的底部并与药液室连通。药液室沿重力方向依次包括气体发生区以及药液存放区。药液室内装有氢氟酸缓冲药液，也就是说，氢氟酸缓冲药液存放于药液存放区，氢氟酸缓冲药液内氟化氢含量可根据实验需求在30％-70％之间选取任一浓度。氮气(或惰性气体)经由进气管从药液室的外部进入药液室底部与氢氟酸缓冲药液接触。例如，纯氮气以一定的流速进入药液室底部与氢氟酸缓冲药液接触。又如，惰性气体为氩气。

刻蚀模块200包括刻蚀腔室210、设置于刻蚀腔室的用于放置基板的底座220、设置于刻蚀腔室内并面向底座的导气块230。如图4a和图4b所示，导气块包括开设于面向底座一侧的若干通气孔231、开设于背向底座一侧并连通每一通气孔的进气槽232。例如，底座设置于刻蚀腔室的底部，也就是说，导气块朝向底座并设置于位于底座上方的刻蚀腔室的底部，用于将气体导入刻蚀腔室，并使气体与底座上待刻蚀的二氧化硅基板充分接触。

为了使基板刻蚀的更加均匀，导气块的面积稍大于与之平行的待刻蚀基板的面积，例如，导气块的面积为基板面积的1.3倍，使得矩阵排列的若干通气孔充分覆盖待刻蚀基板的上表面，从而保证基板四周和基板中心的刻蚀均匀性。

底座放置有待刻蚀的二氧化硅基板，药液室产生氟化氢气体，并经由连通管道进入刻蚀腔室，二氧化硅与氟化氢气体接触发生化学反应，其中，反应方程式为：SiO₂+4HF→SiF₄↑+2H₂O，使得氟化氢气体与基板上的SiO₂反应，并生成气态的SiF₄和H₂O。其中，气态的反应产物从刻蚀腔室排出，从而完成刻蚀作业。

为了使氟化氢气体与待刻蚀的二氧化硅基板有充分的反应，底座与导气块设置于刻蚀腔室的中部，使得氟化氢气体与基板充分接触和反应，避免氟化氢气体还没来得及和基板反应就直接从排气孔排出，造成不必要的浪费。

连通管道一端连通所述气体发生区，另一端连接所述进气槽，使得药液存放区产生的氟化氢气体进入气体发生区后经由连通管道进入导气块。在导气块的若干通气孔的导流作用下，氟化氢气体充分与放置在底座的基板接触。例如，若干通气孔成矩阵均匀分布在导气块。为了提高刻蚀的均匀性，通气孔的密度要尽量大一些，以缩小通气孔之间的间隙，从而提高刻蚀的均匀性。

通过控制氟化氢气体产生的速率，从而控制氟化氢气体浓度的大小，进而控制刻蚀速率。同时，二氧化硅与氟化氢反应生成气态的反应产物，可以及时排出刻蚀模块，也即刻蚀产物和刻蚀药液残留减少，节省刻蚀药液的用量，降低对二氧化硅基板的损伤程度。

为了利用氮气(或惰性气体)将氟酸缓冲药液内的氟化氢以气体的形式带出氟酸缓冲药液的液面，氮气(或惰性气体)气体以一定的压强和一定的流速经由进气管从药液室的外部进入药液室底部与氢氟酸缓冲药液接触；例如，一定的压强为0.8-10万帕斯卡，又如，一定的流速为500至1300Sccm。优选的，湿刻装置还设置调压阀以及限流阀，分别控制氮气(或惰性气体)的压强和流速；例如，氮气(或惰性气体)以1.01325×10⁵Pa的压强和1000Sccm的流速经由进气管从药液室的外部进入药液室底部与氢氟酸缓冲药液接触。由于氟酸缓冲药液内氟化氢的溶解度极小，氟化氢会以气体的形式冒出液面，而氢氟酸在常温常压下的蒸汽压较大，药液上方气态的氟化氢会随着惰性气体一起流出药液室。当氢氟酸浓度稳定时，为了保持蒸汽压平衡，氢氟酸中的氟化氢会不断从液态变成气态，从而被氮气(或惰性气体)带出氟酸缓冲药液的液面。氟化氢由液态变成气态的整个过程属于物理变化。

为了有较好的刻蚀效果，通气模块和刻蚀模块在连通管道的连通下同时开启，刻蚀开始前先用惰性气体除去通气模块和刻蚀模块内的杂质气体，使得在惰性气体的保护下将二氧化硅基板送入刻蚀模块，从而避免杂质气体与二氧化硅基板发生反应，影响刻蚀效果。也就是说，在刻蚀二氧化硅基板前先进行通气模块和刻蚀模块的杂质气体的清除，然后再将惰性气体通入刻蚀腔室内药液的底部，并开始对二氧化硅基板的湿刻，从而达到较好的刻蚀效果。

为了防止强腐蚀性的氢氟酸腐蚀药液室和连通管道，药液室与连通管道内壁设置有涂层，例如，该涂层为聚四氟乙烯材料。使得药液室和连通管道的抗腐蚀性能增强，保证刻蚀过程的安全性和稳定性。

为了稳定输出氟化氢气体，通气模块还包括浓度监测仪和补给管道，浓度监测仪的监测端安装于药液室，补给管道安装于药液室。例如，浓度监测仪的监测端安装于气体发生区。例如，补给管道连通药液存放区。例如，药液存放区开设有进液孔，补给管道连通进液孔。当浓度监测仪监测到氟化氢气体浓度低于预设值时，开启补给管道增加高浓度氢氟酸缓冲药液，即增加氟化氢的含量，使得氟化氢气体浓度回归预设的正常值。从而通过浓度监测仪和补给管道，使得氢氟酸浓度维持在预设的浓度范围内，保证氢氟酸气体的稳定输出。

为了防止过度刻蚀，刻蚀模块还包括第二浓度监测仪，第二浓度监测仪的监测端安装于刻蚀腔室。通过第二浓度监测仪监测刻蚀腔室内由二氧化硅与氟化氢气体接触发生化学反应产生的SiF₄气体的浓度，并根据SiF₄气体的浓度变化来控制刻蚀的终点。即，当SiF₄的浓度由平稳变成急剧下降接近于零时，说明二氧化硅基板的刻蚀已完成。在其他实施例中，也可以根据工艺成熟程度，通过刻蚀的时间以控制刻蚀的终点。使得刻蚀药液的利用更加有效，减小基板图形的CD Loss，即节省刻蚀药液的用量，降低对二氧化硅基板的损伤程度，减小基板图形关键尺寸的误差。

为了终止刻蚀进程，连通管道设置有阀门。例如，阀门设置在连通管道中部。通过阀门可以切断通气模块和刻蚀模块的连通，及时的终止基板的刻蚀反应。当第二浓度监测仪监测到刻蚀腔室内SiF₄气体的浓度由平稳变成急剧下降接近于零时，及时通过阀门判断刻蚀腔室与药液室的连通，从而完成刻蚀任务，节省刻蚀药液的用量，降低对二氧化硅基板的损伤程度。

为了回收尾气，刻蚀腔室还包括排气管，并且，刻蚀腔室的底部设置有排气孔，排气管连通排气孔。可以理解，SiO₂+4HF→SiF₄₊2H₂O反应生成的产物四氟化硅的密度远大于HF和H₂O，所以刻蚀腔室中反应产生的四氟化硅在重力作用下更倾向于分布在腔室底部，故排气孔设在底部更有利于尾气的及时排出，更有利于刻蚀反应的正向进行。例如，排气管与外部的回收装置连通。使得刻蚀腔室内反应产生的SiF₄气体以及携带氟化氢气体进入刻蚀腔室的惰性气体得以回收。例如，通过分离提纯的方式将尾气中的惰性气体回收利用。有效地防止了尾气对环境的污染，节省资源，提高生产效率。

采用上述各实施例，本实用新型具有以下优点：将刻蚀药液与基板分离，使得刻蚀速率和刻蚀过程的可控性增强，基板的刻蚀药液残留量减少，基板的图形条宽损失减小，刻蚀药液减少，基板损伤减少，节省资源，尾气回收利用，提高刻蚀产物的质量，实用性强，易于推广。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种湿刻装置，其特征在于，包括：

通气模块，其包括药液室与进气管，所述进气管一端设置于所述药液室外部，另一端靠近所述药液室的底部设置并与所述药液室连通；

所述药液室沿重力方向依次包括气体发生区以及药液存放区；

所述进气管与所述药液存放区连通；

刻蚀模块，其包括刻蚀腔室、设置于所述刻蚀腔室的底座、设置于所述刻蚀腔室内并位于所述底座上方的导气块；

所述导气块包括开设于朝向所述底座一侧的若干通气孔、开设于背向所述底座一侧并连通每一所述通气孔的进气槽；

连通管道，其一端连通所述气体发生区，另一端连接所述进气槽。

2.根据权利要求1所述的湿刻装置，其特征在于，所述药液室与所述连通管道内壁设置有涂层。

3.根据权利要求1所述的湿刻装置，其特征在于，所述通气模块包括浓度监测仪，所述浓度监测仪的监测端安装于所述药液室。

4.根据权利要求3所述的湿刻装置，其特征在于，所述浓度监测仪的监测端安装于所述药液存放区。

5.根据权利要求1所述的湿刻装置，其特征在于，所述通气模块包括补给管道，其安装于所述药液室。

6.根据权利要求5所述的湿刻装置，其特征在于，所述补给管道安装于所述药液存放区。

7.根据权利要求5所述的湿刻装置，其特征在于，所述药液存放区开设有进液孔，所述补给管道连通所述进液孔。

8.根据权利要求1所述的湿刻装置，其特征在于，所述刻蚀腔室远离所述底座的一端设置有排气孔。

9.根据权利要求8所述的湿刻装置，其特征在于，还包括排气管，所述排气管连通所述排气孔。

10.根据权利要求1所述的湿刻装置，其特征在于，所述连通管道设置有阀门。