DE19548115C2 - Elektrochemisches Ätzverfahren für ein Halbleitersubstrat sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Ätzverfahren für ein Halbleiter­ substrat gemäß den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zum stabilen und effizienten gleichzeitigen Ätzen einer Viel­ zahl von Halbleitersubstraten mit hoher Kontrollierbarkeit.

Bisher ist eine Vielzahl elektrochemischer Ätzverfahren vorgeschlagen und prak­ tisch eingesetzt worden. Ein typisches Beispiel, das im folgenden als Stand der Technik beschrieben werden soll, beruht auf der Verwendung einer naß-elek­ trochemischen Ätzvorrichtung. Dieses Ätzverfahren ist bekannt aus "Journal of Electrochemical Society", Band 117, Nr. 7, Seiten 959-965, Juli 1970. Die Ätzvor­ richtung umfaßt ein Elektrolysegefäß und ein Bezugselektrodengefäß, die mit ei­ ner Ätzlösung gefüllt sind. Das Elektrolysegefäß enthält ein zu ätzendes Halblei­ tersubstrat und eine Gegenelektrode. Das Bezugselektrodengefäß enthält eine Bezugselektrode. Das Elektrolysegefäß und das Bezugselektrodengefäß sind durch eine Salzbrücke und eine Luggin-Kapillare elektrisch miteinander verbun­ den, so daß eine Ionenleitung zwischen diesen Gefäßen ermöglicht wird. Nach außen führende Leitungsdrähte sind mit ihrem einen Ende an das Halbleiter­ substrat, die Gegenelektrode und die Bezugselektrode angeschlossen. Die ande­ ren Enden der Leitungsdrähte sind mit einem außerhalb der Gefäße angeordne­ ten Potentiostaten verbunden. Das Halbleitersubstrat ist an seiner. Rückseite mit einer metallischen Elektrode versehen, über die der Leitungsdraht mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist. Die metallische Elektrode ist beispielsweise durch Plattieren gebildet. Die Ätzlösung in dem Elektrolysegefäß wird je nach Bedarf mit einem plattenförmigen Heizaggregat erhitzt und mit einem Magne­ trührer mechanisch gerührt. Der Magnetrührer bewirkt ein Rühren der Ätzlö­ sung lediglich in einer horizontalen Richtung.

Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Ätzverfahren, das mit der obigen Ätzvorrichtung durchgeführt wird, sind jedoch Nachteile aufgetreten. Durch das Rühren in horizontaler Richtung mit Hilfe des Magnetrührers kann die Strö­ mung der Ätzlösung, die auf die zu ätzende Oberfläche des Halbleitersubstrats einwirken soll, nicht so wirksam gesteuert werden, daß mit hoher Reproduzier­ barkeit eine gleichmäßige Anströmung der gesamten Oberfläche erreicht wird. Hieraus ergibt sich das Problem, daß der elektrochemische Ätzprozeß nicht präzise und wirksam gesteuert werden kann. Wenn eine Ätz­ behandlung gleichzeitig an einer Vielzahl von Halbleitersubstraten durchge­ führt werden soll, ist es außerdem sehr schwierig, an sämtlichen Halbleiter­ substraten dieselben Fließbedingungen der Ätzlösung aufrechtzuerhalten.

Dieses Problem ist um so schwerwiegender, je größer die Oberfläche des Halbleitersubstrats ist. Zum Beispiel liegt bei der Herstellung eines Beschleu­ nigungssensors, der durch einen Silizium-Halbleiter gebildet wird, die Aus­ beute nach einer Ätzbehandlung im Fall eines Silizium-Halbleitersubstrats mit einem Durchmesser von 5,1 cm (2 Zoll) nicht unter 90%, während die Aus­ beute im Fall eines Silizium-Halbleitersubstrats mit einem Durchmesser von 7,6 cm (3 Zoll) auf etwa 50% abnimmt und im Fall eines Silizium-Halbleiter­ substrats mit einem Durchmesser von 12,7 cm (5 Zoll) und mit einem Durch­ messer der effektiven Ätzfläche von 10,2 cm (4 Zoll) und etwa 400 Sensore­ lementen mit Abmessungen von jeweils 5 mm × 7 mm gar auf etwa 10% ab­ nimmt. Eine Ausbeute von etwa 15% bei dem Silizium-Halbleitersubstrat mit einem Durchmesser von 12,7 cm (5 Zoll) entspricht einer 90%igen Ausbeu­ te des Halbleitersubstrats mit einem Durchmesser von 5,1 cm (2 Zoll). Somit können nicht nur die Vorteile, die sich aus der Vergrößerung der Abmessun­ gen des Substrats ergeben, nicht ausgenutzt werden, sondern es muß auch mit höheren Ausrüstungskosten und Betriebskosten gerechnet werden, wäh­ rend die tatsächliche Produktausbeute abnimmt. Bei der herkömmlichen Ätz­ vorrichtung ist selbst beim Ätzen nur eines einzigen Halbleitersubstrats das Problem der Kontrollierbarkeit der Strömung der Ätzlösung noch ungelöst, und dieses Problem wird akut, wenn die Oberfläche des Halbleitersubstrats vergrößert wird. Deshalb ist die herkömmliche Ätzvorrichtung nicht zum gleichzeitigen Ätzen einer Vielzahl von Halbleitersubstraten unter stabilen und gut kontrollierbaren Bedingungen geeignet. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, eine Strömung der Ätzlösung auf der Oberfläche des zu ät­ zenden Halbleitersubstrats unter der Wirkung der natürlichen Konvektion zu erzeugen. Diese Strömung ist jedoch nicht gleichförmig, weniger reprodu­ zierbar und nicht geeignet für einen breiten Anwendungsbereich, im Ver­ gleich zu dem oben erwähnten mechanischen Rühren mit Hilfe des Magnet­ rührers. Bei der herkömmlichen Ätzvorrichtung ist es somit sehr schwierig, eine elektrochemische Ätzbehandlung an einem Halbleitersubstrat mit gro­ ßen Abmessungen vorzunehmen, und erst recht ist es schwierig, dieselbe Be­ handlung gleichzeitig an einer Vielzahl von Halbleitersubstraten vorzunehmen.

Natürlich ist die Effizienz der Ätzbehandlung im allgemeinen niedrig, wenn die Größe jedes Halbleitersubstrats erhöht wird, während die Anzahl der gleichzeitig zu ätzenden Halbleitersubstrate vergrößert wird. Zum Beispiel ist es im Fall der Herstellung eines Beschleunigungssensors auf der Basis eines Silizium-Halbleiters notwendig, eine elektrochemische Durchätzung (durch­ dringende Ätzung) in Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats vorzuneh­ men. Beispielsweise ist im Fall einer solchen Durchätzung an einem stan­ dardmäßigen Silizium-Substrat mit 12,7 cm (5 Zoll) Durchmesser und 600 µm Dicke unter Verwendung einer Ätzlösung von etwa 100% Hydrazinmono­ hydrat (bei 95°C, dies ist die unter Sicherheitsbedingungen maximale Be­ triebstemperatur), die unter den grundlegenden Ätzlösungen die höchste Ätzgeschwindigkeit erreicht, eine Betriebszeit von etwa 180 Minuten erfor­ derlich. In diesem Zusammenhang beträgt beispielsweise die elektrochemi­ sche Ätzgeschwindigkeit für p-leitendes Silizium höchstens etwa 2,2 µm/min, wie beispielsweise in "Transducers 87". Seiten 112 bis 115 erwähnt wird. Wenn man annimmt, daß eine solche elektrochemische Ätzung durch­ geführt wird, um einige zehn Produkte pro Monat zu erhalten, so beträgt folglich nur die für den Ätzvorgang benötigte Zeit etwa einige zehn bis einige hundert Stunden, wenn die Halbleitersubstrate eins nach dem anderen geätzt werden. Nicht mitgerechnet sind dabei die Vor- und Nachbehandlungen wie etwa das Anbringen und Lösen des Halbleitersubstrats in der Ätzvorrichtung, das Spülen des geätzten Halbleitersubstrats, die Zubereitung der Ätzlösung und dergleichen. Die für die Vor- und Nachbehandlungen benötigte Zeit er­ höht sich im allgemeinen proportional zur Anzahl der geätzten Halbleitersub­ strate. Es versteht sich somit, daß eine Massenherstellung von Beschleuni­ gungssensoren einschließlich Massenätzung nicht erreichbar ist, wenn die Größe des Halbleitersubstrats nicht vergrößert wird und die Anzahl der in ei­ nem Arbeitsgang zu ätzenden Halbleitersubstrate nicht erhöht wird.

Außerdem ist das als Ätzlösung verwendete etwa 100%ige Hydrazin-Mono­ monohydrat bei hohen Temperaturen instabil, und es besteht die Gefahr ei­ ner Entzündung bei einem Flammpunkt von 74,4°C, wie in einer techni­ schen Abhandlung "Concerning Safety of Hydrazine Aqueous Solution" erör­ tert wird: die Abhandlung wurde am 26. Februar 1990 von der Chemical Pro­ ducts Division von Nippon Carbide Kogyo Kabushiki Kaisha in Japan veröffentlicht. Es wird deshalb als wünschenswert angesehen, die Betriebstemperatur der Ätzlösung zu verringern. In diesem Zusammenhang wurde durch Messun­ gen der Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß die Ätzbehand­ lung für ein bestimmtes Halbleitersubstrat bei der Betriebstemperatur (der Temperatur der Ätzlösung) von 95°C etwa 3 Stunden dauerte, bei der Be­ triebstemperatur von 80°C etwa 5 Stunden und bei der Betriebstemperatur von 70°C etwa 7,5 Stunden. Dies zeigt, daß durch eine verhältnismäßig nie­ drige Betriebstemperatur die Arbeits- oder Ätzeffizienz beträchtlich herabge­ setzt wird. Auch um unter diesem Gesichtspunkt eine hohe Effizienz des Ätz­ vorgangs bei niedriger Betriebstemperatur zu erreichen, ist es notwendig, die Größe der Halbleitersubstrate und die Anzahl der in einem Arbeitsgang geätz­ ten Substrate zu vergrößern.

Außerdem sind bei dem obigen herkömmlichen Ätzsystem Schwierigkeiten bei der Steuerung der Strömung aufgetreten. Es ist einzusehen, daß eine sol­ che Steuerung der Strömung in einer kleinräumigen elektrochemischen Testapparatur, in der üblicherweise ein kleines Strömungsgefäß wie ein Be­ cherglas oder ein noch kleineres Gefäß verwendet wird, wirksam durchge­ führt werden kann. Beispielsweise wird die Strömungssteuerung in einer sol­ chen kleinräumigen elektrochemischen Testapparatur durch eine drehbare Ringscheibe erreicht oder durch eine Kanal-Strömungsmeßeinrichtung für eine Probe mit geringer Größe zur Verwendung in einer elektrochemischen Präzisionsmessung, wie beispielsweise in "Newly Edited Electrochemical Measurement Method", herausgegeben von der Electrochemical Association, veröffentlicht 1988 durch Kenyu-Sha in Japan, beschrieben wird. Jedoch be­ stehen Schwierigkeiten bei der Steuerung der Strömung in elektrochemi­ schen Apparaturen mit einem Strömungsgefäß mit mittleren oder großen Ab­ messungen, wie beispielsweise in "Chemical Engineering Handbook" in dem Kapitel "Stirring and Mixing", Seite 1305, veröffentlicht 1978 durch Maru­ zen, Japan, beschrieben wird. Beim gegenwärtigen Stand des Ingenieurwis­ sens erscheint es somit als unmöglich, eine wirksame Steuerung der Strö­ mung der Ätzlösung in der oben beschriebenen herkömmlichen Ätzvorrich­ tung zu erreichen. Wenn man weiterhin annimmt, daß eine Vielzahl paralleler flacher Platten in das Elektrolysegefäß der oben genannten herkömmlichen Ätzvorrichtung eingebracht sind, so daß eine Vielzahl von Fließgebieten für die Lösung in der Weise gebildet wird, daß jedes Gebiet zwischen den gegen­ überliegend angeordneten flachen Platten begrenzt wird, ist die Erzielung einer gleichmäßigen Strömungssteuerung in sämtlichen Strömungsgebieten bei horizontalem Rühren mit dem Magnetrührer noch schwieriger. Die oben erörter­ ten Schwierigkeiten führen zu Ungleichmäßigkeiten beim Ätzen der Oberfläche eines Halbleitersubstrats und zu Ungleichförmigkeiten zwischen mehreren zu ätzenden Halbleitersubstraten, wodurch die Produktausbeute beträchtlich ver­ ringert und eine effiziente Herstellung der geätzten Produkte wie etwa Halbleiter- Beschleunigungssensoren unmöglich wird. Die Verwendung einer Vielzahl von Ätzvorrichtungen, die jeweils zum Ätzen eines Substrats dienen, entsprechend der Anzahl von gleichzeitig zu ätzenden Halbleitersubstraten, ist sehr unwirt­ schaftlich.

Weiterhin kommt es während des Ätzens des Halbleitersubstrats an dem ange­ ätzten Abschnitt des Halbleitersubstrats mit fortschreitender Ätzreaktion zu ei­ ner heftigen Blasenbildung. Eine solche Blasenbildung tritt in nahezu allen Ätz­ reaktionen auf, unabhängig von der Art der Ätzlösung, seien es elektrolytische Systeme oder nichtelektrolytische Systeme, saure Systeme oder basische Syste­ me, und unabhängig von der Art der zu ätzenden Halbleitersubstrate, obgleich je nach System unterschiedliche Gase erzeugt werden. Es ist möglich, daß die so gebildeten Blasen nicht leicht von der Oberfläche des zu ätzenden Halbleitersub­ strats entfernt werden können. Dies beeinträchtigt die Bearbeitungsgenauigkeit und die Ebenheit der bearbeiteten Oberfläche des Halbleitersubstrats und führt insbesondere dann zu Problemen, wenn der zu ätzende Teil sehr fein oder klein ist oder wenn der auszuätzende Bereich im Verhältnis zu seiner Breite eine gro­ ße Tiefe aufweist. Eine Ätzvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß dem oben er­ örterten Phänomen der Blasenbildung Rechnung getragen wird, ist beispielswei­ se in der japanischen Offenlegungsschrift JP 4-157 183 A beschrieben worden. Diese Ätzvorrichtung ist jedoch nicht geeignet zum gleichzeitigen Ätzen einer Vielzahl von Halbleitersubstraten und zum Ätzen von Halbleitersubstraten mit großen Abmessungen, weil dann die Querschnittsfläche der Ätzvorrichtung zu groß würde und die Unterschiede in der Strömungsgeschwindigkeit der Ätzlösung zwischen einem zentralen Bereich und einem Randbereich des Elektrolysegefä­ ßes zu groß würden.

In "IEEE Trans. Electron Devices", Band 36, Nr. 4, Seiten 663 bis 669, April 1989, wird ein Verfahren der eingangs genannten Art beschrieben, das speziell dazu dient, drei­ dimensionale Strukturen aus dem Halbleitersubstrat heraus zu ätzen, wobei ein p/n-Übergang im Halbleitersubstrat die Ätztiefe begrenzt. Bei diesem Verfahren tauchen das Halbleitersubstrat und eine Gegenelektrode ein ein Bad mit Ätzlö­ sung ein in dem die Ätzlösung in Ruhe ist.

Aus "IBM Technical Disclosure Bulltin" Band 6, Nr. 4, September 1963, ist ein Verfahren zu Elektropolieren, also zum Einebnen von Strukturen bekannt, bei dem das Halbleitersubstrat und eine Gegenelektrode an einander gegenüberlie­ genden Oberflächen erster und zweiter Wände montiert sind, die parallel zuein­ ander und im Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei wird die Gleichmä­ ßigkeit des Ätzens über die Waferoberfläche durch die Rotation des Wafers in Kombination mit der Strömung des über die Oberfläche des Wafers geleiteten Ätzmittels gewährleistet. Diese Art der Hindurchführung des Ätzmittels ist je­ doch zum Ätzen dreidimensionaler Strukturen nicht geeignet ist, da über die Fläche des Wafers verteilt Unregelmäßigkeiten aufgrund der unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der verschiedenen Teile des rotierenden Wafers auf­ treten würden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrochemisches Ätzverfahren zu schaffen, mit dem ein gleichmäßiges Anätzen eines Halbleitersubstrats auf einer gesamten der Ätzlösung ausgesetzten Oberfläche bei hoher Arbeitseffizienz erreicht wer­ den.

Weiterhin soll ein Ätzverfahren geschaffen werden, das es gestattet, eine Vielzahl von Halbleitersubstraten in effizienter Weise und unter gut kontrollierbaren Be­ dingungen und mit hoher Arbeitseffizienz gleichzeitig zu ätzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ätzverfahren nach An­ spruch 1 und eine Ätzvorrichtung gemäß Anspruch 24.

Durch die Erfindung wird eine effiziente gleichmäßige Ätzbehandlung der ge­ samten Oberfläche eines zu ätzenden Halbleitersubstrats mit hoher Reprodu­ zierbarkeit ermöglicht. Außerdem können mehrere Halbleitersubstrate gleichzei­ tig in effizienter und stabiler Weise unter gut kontrollierbaren Bedingungen und mit hoher Arbeitseffizienz geätzt werden. Hierdurch wird eine kostengünstige Massenherstellung von Mikrosensoren wie etwa Beschleunigungssensoren und Drucksensoren und von mikroelektronischen Einrichtungen und mikromechani­ schen Strukturen und dergleichen ermöglicht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines elektrochemischen Ätzverfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 einen schematischen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Ätzverfahrens gemäß einem drit­ ten Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 einen schematischen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine Vorrich­ tung zur Durchführung eines Ätzverfahrens gemäß einem vier­ ten Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 einen schematischen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7;

Fig. 9 einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine Vorrich­ tung zur Durchführung eines Ätzverfahrens gemäß einem fünf­ ten Ausführungsbeispiel;

Fig. 10 einen schematischen Schnitt längs der Linie 10-10 in Fig. 9;

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Drehzahl eines Rührers und der linearen Strömungsgeschwin­ digkeit einer Ätzlösung für die Vorrichtung nach Fig. 1 bei Verwendung eines wässerigen Ammoniaksystems;

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Änderung des Passivierungs­ potentials in Abhängigkeit von der linearen Strömungs­ geschwindigkeit der Ätzlösung im zentralen Bereich eines Elektrolyse-Überwachungskanals;

Fig. 13 eine graphische Darstellung der Verteilung der Strömungsge­ schwindigkeit der Ätzlösung in einem zylindrischen Kanal;

Fig. 14A einen Grundriß einer feinen Struktur (Beschleunigungssensor) als ein Beispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Ätzung hergestellten Halbleitersubstrats;

Fig. 14B eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ätzvor­ richtung, in der die feine Struktur nach Fig. 14A im Querschnitt gezeigt ist;

Fig. 15 einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine Ätzvor­ richtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 16 einen schematischen Schnitt längs der Linie 16-16 in Fig. 15;

Fig. 17 eine Frontansicht eines Beispiels eines Halters für das Halblei­ tersubstrat in der Vorrichtung nach Fig. 16;

Fig. 18 eine Seitenansicht des Halters nach Fig. 17;

Fig. 19 einen vertikalen Teilschnitt eines Beispiels einer Kontaktelek­ trode in der Vorrichtung nach Fig. 15 und 16;

Fig. 20 einen vertikalen Teilschnitt ähnlich Fig. 19, jedoch für ein anderes Beispiel der Kontaktelektrode;

Fig. 21 einen vergrößerten Teilschnitt durch den Halter nach Fig. 17 und 18;

Fig. 22 eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Beispiels eines Transportroboters für den Halter, zur Verwendung mit der Ätzvorrichtung nach Fig. 15 und 16, und eine Illustra­ tion eines Betriebsmodus des Transportroboters;

Fig. 23 einen schematischen vertikalen Schnitt ähnlich Fig. 22, je­ doch für einen anderen Betriebsmodus des Roboters;

Fig. 24 eine Frontansicht eines Beispiels einer Ziehklemme für den Halter, zur Verwendung in der Ätzvorrichtung nach Fig. 15 und 16;

Fig. 25 eine Seitenansicht der Ziehklemme nach Fig. 24;

Fig. 26 einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine Vorrich­ tung zur Durchführung eines Ätzverfahrens gemäß einem sieb­ ten Ausführungsbeispiel;

Fig. 27 einen schematischen Schnitt längs der Linie 27-27 in Fig. 26;

Fig. 28 einen schematischen Grundriß eines Beispiels einer einstücki­ gen Halteanordnung zur Verwendung in einer Ätzvorrichtung ähnlich derjenigen nach Fig. 26 und 27, jedoch mit verti­ kal verlaufenden Elektrolyse- und Überwachungskanälen;

Fig. 29 eine Frontansicht der Halteanordnung nach Fig. 28;

Fig. 30 ein weiteres Beispiel einer einstückigen Halteanordnung zur Verwendung in einer Ätzvorrichtung ähnlich derjenigen nach Fig. 26 und 27;

Fig. 31 eine schematische Frontansicht der Halteanordnung nach Fig. 30;

Fig. 32 einen schematischen Schnitt ähnlich Fig. 16, jedoch für eine Vorrichtung zur Durchführung einer achten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens;

Fig. 33 einen schematischen Grundriß eines weiteren Beispiels einer einstückigen Halteanordnung zur Verwendung in der Ätzvor­ richtung nach Fig. 32;

Fig. 34 eine schematische Frontansicht der Halteanordnung nach Fig. 33;

Fig. 35 noch ein weiteres Beispiel einer einstückigen Halteanordnung zur Verwendung in der Ätzvorrichtung nach Fig. 32; und

Fig. 36 eine schematische Frontansicht der Halteanordnung nach Fig. 35.

Eine erste Ausführungsform eines elektrochemischen Naßätzverfahrens für ein Halbleitersubstrat (Wafer) wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 erläutert werden. Das Ätzverfahren wird mit einer elektrochemi­ schen Ätzvorrichtung E durchgeführt, die ein Elektrolysegefäß 4 mit allge­ mein rechteckigem Querschnitt aufweist. Eine Ätzlösung 17 ist in das Elek­ trolysegefäß 4 eingefüllt. Eine zylindrische Trennwand 1 ist in vertikaler Stellung fest in dem Elektrolysegefäß angeordnet. Ein propellerartiger Rüh­ rer 5 weist eine Vielzahl von Flügeln (ohne Bezugszeichen) auf und ist dreh­ bar innerhalb der zylindrischen Trennwand 1 angeordnet, so daß ein Strö­ mungserzeugungsabschnitt (ohne Bezugszeichen) für die Ätzlösung 17 gebil­ det wird. Ein Elektrolyse-Überwachungskanal 2 ist außerhalb der zylindri­ schen Trennwand 1 ausgebildet und wird begrenzt durch innere und äußere Wände (ohne Bezugszeichen), die zueinander parallel verlaufen und relativ zur Vertikalen geneigt sind. Eine Gegenelektrode 6 und ein Halbleitersubstrat 7 sind an der inneren bzw. äußeren Wand des Elektrolyse-Überwachungskanals 2 angeordnet oder montiert, so daß sie parallel zueinander orientiert und entsprechend den inneren und äußeren Wänden des Elektrolyse-Überwa­ chungskanals 2 geneigt sind. Eine Luggin-Kapillare 16 ist so eingesetzt, daß ihr freies Ende sich in der Nähe des Halbleitersubstrats 7 befindet. Die elek­ trochemisch zu ätzende Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 ist einem Strö­ mungsbereich innerhalb des Elektrolyse-Überwachungskanals 2 zugewandt. Die Ätzlösung durchströmt diesen Strömungsbereich. Je nach Installationsart der Gegenelektrode 6 und des Halbleitersubstrats 7 können Klemmen oder dergleichen etwas über die Oberfläche der inneren und äußeren Wände des Elektrolyse-Überwachungskanals 2 hinaus vorspringen, doch werden die Wir­ kungen der vorliegenden Erfindung durch diese vorspringenden Teile kei­ nesfalls beeinträchtigt. Die elektrochemische Ätzvorrichtung E nach Fig. 1 und 2 ist somit eine Vorrichtung, die es ermöglicht, eine elektrochemische Ätzung an einem Halbleitersubstrat oder dergleichen zu geringen Herstel­ lungskosten und mit hoher Produktausbeute in einem Massenproduktionsver­ fahren durchzuführen, und weist im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen keinerlei Vorsprünge auf, die den Zweck haben, den genauen elektrochemi­ schen Mechanismus mit Hilfe einer rotierenden Scheibenelektrode, einer Kanal-Durchflußelektrode oder dergleichen zu untersuchen.

Der Rührer 5 ist antriebsmäßig mit einem Motor 11 mit variabler Drehzahl verbunden, mit dem die Umwälzströmung der Ätzlösung 17 gesteuert wird.

Die Ätzlösung 17 fließt in einer Richtung, die in Fig. 1 mit ψ bezeichnet ist, und füllt einen Ätzlösungs-Strömungsweg (ohne Bezugszeichen) aus, die ei­ nen vertikalen Strömungskanal innerhalb der Trennwand 1, einen unteren Strömungskanal oberhalb einer unteren Strömungsleitwand oder Bodenwand 12, das Strömungsgebiet in dem Elektrolyse-Überwachungskanal 2 und einen oberen Strömungskanal unterhalb einer oberen Strömungsleitwand 18 um­ faßt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, liegt der Spiegel der Ätzlösung 17 oberhalb des oberen Strömungskanals, der durch die obere Strömungsleitwand 18 be­ grenzt wird. Der obere Teil der Trennwand 1 liegt in Abstand unterhalb des Spiegels der Ätzlösung 17, so daß ein Überlauf oberhalb des oberen Endes der Trennwand 1 gebildet wird. Der mittlere Teil der Trennwand 1 liegt in Abstand oberhalb der Bodenfläche des Elektrolysegefäßes 4 und begrenzt so den unteren Strömungskanal, der Teil des oben erwähnten Strömungsweges für die Ätzlösung ist. Wenn der Rotor 5 mit Hilfe des Motors 11 in einer vor­ gegebenen Richtung gedreht wird, so wird die Ätzlösung 17 in der Richtung ψ von der Unterseite zur Oberseite des Gefäßes 4 umgewälzt, so daß sie auf­ wärts durch den Elektrolyse-Überwachungskanal 2 und durch einen Zwi­ schenraum zwischen der Gegenelektrode 6 und dem Halbleitersubstrat 7 strömt. Längs des Strömungsweges der Ätzlösung können Leitplatten ge­ eignet angeordnet sein, um die wirbelförmige Strömung der Ätzlösung 17 un­ ter der Wirkung der Drehung des Rührers 5 in eine vertikale laminare Strö­ mung umzulenken, so daß eine gleichförmige aufwärts gerichtete Strömung der Ätzlösung 17 erzeugt wird, wobei die Leitplatte beispielsweise im Inne­ ren der zylindrischen Trennwand 1 angeordnet ist.

Das Halbleitersubstrat 7 und die ihm gegenüberliegende Gegenelektrode 6 sind leicht in dem Sinne geneigt, daß sie in Aufwärtsrichtung nach außen verlaufen. Außerdem liegt das Halbleitersubstrat 7 außerhalb der Gegenelek­ trode 6. Es hat sich gezeigt, daß dies die Ablösung von während der elektro­ chemischen Ätzung erzeugten Blasen von dem zu ätzenden Halbleitersubstrat 7 begünstigt. Wenn beispielsweise das Halbleitersubstrat 7 und die Gegen­ elektrode 6 um etwa 10° in bezug auf die vertikale Ebene geneigt sind, und wenn ein Hydrazinmonohydratsystem als Ätzlösung verwendet wird (bei dem Hydrazinmonohydrat als Ätzlösung verwendet wird), so sind die Bedingungen für die Ablösung der Blasen im Vergleich zu einer vertikalen Anordnung be­ trächtlich verbessert.

Die Luggin-Kapillare 16 ist durch eine Salzbrücke 15 mit der Ätzlösung 17 in einem Bezugselektrodengefäß 19 verbunden, so daß eine Ionenleitung zwi­ schen dem Elektrolysegefäß 4 und dem Bezugselektrodengefäß 19 stattfin­ det. Eine Bezugselektrode 14 ist in die Ätzlösung 17 in dem Bezugselektro­ dengefäß 19 eingetaucht. Die Bezugselektrode 14, die Gegenelektrode 6 und das Halbleitersubstrat 7 sind durch nach außen führende Leitungsdrähte 9 mit einem außerhalb der Gefäße 4, 19 angeordneten Potentiostaten 8 verbun­ den. Der Leitungsdraht 9 ist durch eine auf der Oberfläche des Halbleitersub­ strats 7 gebildete Metallelektrode 13 mit dem Substrat 7 verbunden. Wäh­ rend der elektrochemischen Ätzung erfolgt in dem Überwachungskanal 2 mit Hilfe der Luggin-Kapillare 16 eine elektrochemische Regelung in der Weise, daß ein elektrisches Potential zwischen der geätzten Oberfläche des Halblei­ tersubstrats 7 und der Gegenelektrode 6 mit Hilfe der Luggin-Kapillare 16 überwacht und durch den Potentiostaten 8 auf einen vorgegebenen Wert ge­ regelt wird. Die Ätzlösung 17 in den Gefäßen 4, 19 wird je nach Bedarf mit Hilfe eines Temperaturreglers 10 auf einer vorgegebenen Temperatur gehal­ ten, wobei der Temperaturregler die Temperatur eines Heizaggregats 20 an­ hand der mit Hilfe eines Temperatursensors 21 gemessenen Temperatur der Ätzlösung 17 steuert.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Ätzsystem ein sogenanntes Dreipolsystem (mit dem Halbleitersubstrat als Arbeitselektrode, der Bezugs­ elektrode und der Gegenelektrode). Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist jedoch auch bei anderen elektrochemischen Ätzsystemen anwendbar, etwa bei Zweipolsystemen (ohne Bezugselektrode) und bei anderen Dreipol- oder Zweipolsystemen sowie bei Vierpolsystemen, bei denen vier Pole ver­ wendet werden, um im Fall einer selektiven Ätzung, bei der beispielsweise nur das p-leitende Gebiet oder die Arbeitselektrode des Halbleitersubstrats geätzt wird, während das Gebiet mit dem anderen Leitfähigkeitstyp (n- leitend) ungeätzt bleibt, eine Vorspannungssteuerung für beide Leitfähig­ keitstypen (n-leitend und p-leitend) durchzuführen.

Nachfolgend wird die Art der elektrochemischen Ätzung unter Verwendung der oben beschriebenen Ätzvorrichtung E erläutert.

Um eine stabile elektrochemische Ätzung zu erreichen, wird vorzugsweise eine elektrochemische Steuerung und eine Strömungssteuerung der Ätzlösung 17 durchgeführt. Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ätzvorrichtung ist so ausgebildet, daß der zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und der parallel dazu angeordneten Gegenelektrode 6 gebildete Elektrolyse-Überwachungskanal 2 sich außerhalb des Strömungserzeugungsabschnitts befindet, der die zylindrische Trennwand 1 und den Rührer 5 einschließt, und dadurch wird nicht nur ein kompakter Aufbau der Ätzvorrichtung E, sondern auch eine geeignete Steuerung der aufwärts durch den Elektrolyse-Überwachungskanal 2 fließenden Ätzlösung 17 ermöglicht. Folglich wird an der geätzten Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 eine einheitlich aufwärts gerichtete Strömung der Ätzlösung 17 erzeugt, in der die lineare Geschwindigkeit der aufwärts gerichteten Strömung durch Einstel­ lung der Drehzahl des Rührers 5 einfach gesteuert werden kann. Hierdurch wird eine stabile elektrochemische Ätzung selbst dann erreicht, wenn sich die als Steuerparameter dienenden physikalischen Werte ändern (d. h., wenn das Ätzlö­ sungssystem und/oder die Ätzbedingungen geändert werden), wobei je nach ge­ wählter Größe und/oder Form der Ätzvorrichtung E eine geringfügige Begren­ zung vorgenommen werden kann. Um wirksam eine aufwärts gerichtete Strö­ mung der Ätzlösung 17 in einer einzigen Richtung (ψ) zu erzeugen, ist es bevor­ zugt, daß eine sogenannte Dammhöhe, der Abstand zwischen dem Spiegel der Ätzlösung 17 und dem oberen Ende der zylindrischen Trennwand 1, generell gleich dem Durchmesser eines (nicht gezeigten) Kreises ist, dessen Quer­ schnittsfläche gleich derjenigen des Elektrolyse-Überwachungskanals 2 ist. Dies unterscheidet die Ätzvorrichtung E deutlich von einer herkömmlichen Ätzvor­ richtung mit dem sogenannten Doppelgefäß-Aufbau, bei der eine Ätzlösung aus einem Gefäß in ein anderes Gefäß überläuft.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 11 und 12 der Fall erörtert, daß in der Ätzvorrichtung nach Fig. 1 und 2 ein wässeriges Ammoniaksy­ stem als Ätzlösung verwendet wird (wobei wässeriges Ammoniak als Ätzlösung verwendet wird). Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Drehzahl des Rüh­ rers 5 und der linearen Geschwindigkeit der Ätzlösung (in vertikaler Richtung), im zentralen Bereich des Elektrolyse-Überwachungskanals 2. Die Daten gemäß Fig. 11 werden dabei unter den folgenden Bedingungen gemessen: Der Durch­ messer eines Kreises, dessen Flächeninhalt der Querschnittsfläche des Überwa­ chungskanals 2 entspricht, beträgt 87,5 mm; der Abstand α zwischen den Elek­ troden 6, 7 beträgt 40 mm. Der Überwachungskanal 2 hat eine Breite β von 150 mm; der propellerförmige Rührer 5 mit drei Flügeln hat einen Durchmesser von 80 mm; der Anstellwinkel jedes Flü­ gels des Rührers 5 beträgt 8°; der Durchmesser des Strömungserzeugungsab­ schnitts oder der Innendurchmesser der zylindrischen Trennwand 1 beträgt 150 mm.

Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen der linearen Geschwindigkeit der Ätz­ lösung 17 (in vertikaler Richtung) im zentralen Bereich des Elektrolyse- Überwachungskanals 2 und dem elektrischen Potential einschließlich eines Passivierungspotentials, bei dem die Ätzung aussetzt, und eines Potentials bei unterbrochenem Stromkreis (dem natürlichen Potential) während der elek­ trochemischen Ätzung bei Verwendung des wässerigen Ammoniaksystems als Ätzlösung in der Ätzvorrichtung nach Fig. 1 und 2. Die Daten gemäß Fig. 12 werden gewonnen beim Ätzen eines Silizium-Halbleitersubstrats oder Wa­ fers mit einem effektiven Durchmesser von 100 mm. Fig. 12 zeigt, daß die Fließbedingung der Ätzlösung in der Ätzvorrichtung des in Fig. 1 und 2 gezeigten Typs nur dann als steuerbarer Faktor behandelt werden kann, wenn das Passivierungspotential und das Potential bei unterbrochenem Stromkreis merklich von der linearen Strömungsgeschwindigkeit der Ätzlö­ sung beeinflußt werden (wie bei Verwendung des wässerigen Ammoniaksy­ stems als Ätzlösung). Wenn es beispielsweise möglich ist, die lineare Ge­ schwindigkeit der Strömung der Ätzlösung im zentralen Bereich des Überwa­ chungskanals 2 stabil auf etwa 8 cm/s zu halten, so genügt es, das elektrische Potential auf -0,8 V zu halten um selektiv das p-leitende Gebiet auf dem n-lei­ tenden Halbleitersubstrat zu ätzen. Wenn in diesem Fall der Rührer 5 unter Berücksichtigung von Sicherheitsgesichtspunkten mit einer Drehzahl von etwa 500 bis 8000 min^-1 betrieben wird, so kann eine stabile Ätzung erreicht werden. Jedoch kann sich ein Passivierungsfilm, der die Ätzung blockiert, auf dem p-leitenden Gebiet bilden, wenn sich eine solche Strömungssteuerung im Lauf der Zeit ändert und/oder die lineare Strömungsgeschwindigkeit der Ätzlösung an der Oberfläche des zu ätzenden Halbleitersubstrats über bei­ spielsweise etwa 11 cm/s ansteigt, wobei die Strömung eine bestimmte Ver­ teilung der linearen Geschwindigkeit auf der Oberfläche des Substrats hat. Der in diesem Augenblick gebildete Passivierungsfilm kann, nachdem er sich einmal gebildet hat, selbst bei Anlegen einer Gegenspannung oder bei dem Versuch einer Rück-Auflösung nicht wieder aufgelöst werden, so daß die Ät­ zung an diesem Zeitpunkt fehlschlägt oder zu einer sehr geringen Ausbeute führt. Wenn jedoch das Ätzverhalten durch die Strömungsgeschwindigkeit der Ätzlösung beeinflußt wird (beispielsweise bei Verwendung eines wässeri­ gen Ammoniaksystems als Ätzlösung), kann eine geeignete vorgegebene elek­ trochemische Ätzbedingung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach gewählt werden, wobei ein Betrieb möglich ist, der für eine konstante lineare Geschwindigkeit der Ätzlösung sorgt, so daß eine selektive Ätzung von p- oder n-leitenden Gebieten erreicht wird.

Die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Elektrolyse- Überwachungskanals 2 wird für den Fall erörtert, daß der Abstand α zwischen den Elektroden 6, 7 40 mm beträgt und die Breite β des Überwachungska­ nals in Fig. 2 150 mm beträgt, wobei der Durchmesser eines Kreises, des­ sen Flächeninhalt der Querschnittsfläche des Überwachungskanals 2 ent­ spricht, 87,5 mm beträgt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Ätzlö­ sung im zentralen Bereich des Überwachungskanals 8 cm/s erreicht und ein 100%iges Hydrazinmonohydrat-System als Ätzlösung verwendet wird (100% Hydrazinmonohydrat wird als Ätzlösung verwendet), so ist bei einer Tempe­ ratur von 90°C die Reynolds-Zahl (Re) etwa 20000, so daß die Strömungsge­ schwindigkeit stärker vergleichmäßigt wird als in einem laminaren Strö­ mungsgebiet. Wenn man im Fall eines Zylinders mit kreisförmigem Quer­ schnitt annimmt, daß der Radius r gleich r_max ist und die maximale lineare Strömungsgeschwindigkeit u_max ist, so ist folglich die Verteilung der linea­ ren Strömungsgeschwindigkeit u in Richtung des Radius r näherungsweise durch Prandtls 1/7-Potenzregel gegeben, entsprechend der Gleichung (P), wie beispielsweise in "Chemical Engineering Handbook" (5. überarbeitete Auf­ lage), Seiten 117 bis 118, veröffentlicht von Maruzen, Japan, beschrieben wird.

u/u_max = (1 - r/r_max)^1/7 (P).

Die Beziehung gemäß der Gleichung (P) ist in Fig. 13 graphisch dargestellt. In diesem Fall beträgt die effektive lineare Geschwindigkeitsverteilung der Ätzlösung am vorderen Abschnitt des Substrats oder Wafers 7 etwa 8 bis 7 cm/s, was innerhalb von 20% (Abweichung von) derjenigen im zentralen Be­ reich des Substrats liegen dürfte. Es ist zu beachten, daß die Gleichung (P) eine Näherung für den Zylinder ist und die Werte deshalb etwas verringert werden müssen, wenn sie auf den Fall der Ätzvorrichtung nach Fig. 1 und 2 angewandt wird. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß in diesem Fall kein Strömungskanal (mit rechteckigem Querschnitt) zwischen parallelen flachen Platten verwendet wird, bei dem der Abstand zwischen den Platten sehr klein ist, kann angenommen werden, daß die durch die Gleichung (P) gegebene Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit mit hinreichender Ge­ nauigkeit analog auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann somit eine einheitlich gerichtete Strömung mit einer geringeren Verteilung (oder Abweichung) in Radialrichtung selbst dann realisiert werden, wenn ein Wafer oder Halbleiter­ substrat mit großem Durchmesser geätzt wird.

Dieser vorteilhafte Effekt ist in einem praktischen Beispiel tatsächlich bestä­ tigt worden, bei dem einige hundert kleine Strukturen M in einem Silizium- Halbleitersubstrat oder Wafer 7 mit einer Dicke von 450 µm und einem effek­ tiven Durchmesser von 100 mm gebildet wurden. Eine einzelne dieser klei­ nen Strukturen m ist in Fig. 14A gezeigt. Sie wird als ein Halbleiter- Beschleunigungssensor verwendet. Die kleine Struktur M hat zwei n-leitende Träger m1 mit einer Dicke von 10 µm. Wie in Fig. 14A gezeigt ist, ist in der Struktur M ein rechteckiger Rahmen m2 aus p-leitendem Halbleitersubstrat unterhalb einer Maske m3 durch die beiden n-leitenden Träger m1 mit ei­ nem Gewicht m4 verbunden, so daß das Gewicht m4 durch die beiden n-lei­ tenden Träger m1 gehalten wird. Die Herstellung der kleinen Strukturen M durch Ätzen erfolgt in der Ätzvorrichtung, die schematisch in Fig. 14B dar­ gestellt ist, in der die kleine Struktur M das n-leitende Halbleitersubstrat s1 und das p-leitende Halbleitersubstrat s2 aufweist. In dieser Ätzvorrichtung E sind das Halbleitersubstrat oder der Wafer 7 mit den kleinen Strukturen M und die Gegenelektrode 6 in die Ätzlösung 17 in dem Ätz- oder Elektrolyse­ gefäß 4 eingetaucht. Das n-leitende Substrat s1 ist mit einer metallischen Elektrode m5 versehen, die an den Leitungsdraht. 9 angeschlossen ist. Eine Vorspannungssteuerung durch einen Vorspannungsregler wirkt über den Lei­ tungsdraht 9 auf den Wafer 7 und die Gegenelektrode 6. Die gegenüberliegen­ den Seitenwände des Rahmens m2 und des Gewichts m4 sind geneigt, wie in Fig. 14B gezeigt ist, und bilden geneigte Wandflächen m6. Durch das Ätzen wird ein mit m7 bezeichneter Hohlraum durch die Maske m3 hindurch in dem p-leitenden Substrat s2 gebildet. In diesem Beispiel beträgt die Ausbeu­ te der kleinen Strukturen M mehr als 90%, wenn die Spezifikation für die Dicke der n-leitenden Träger ml bei dem Produkt auf 10 ± 0,4 µm festgelegt wird. Zum Vergleich, gemäß einem besonders hervorragenden herkömmli­ chen Beispiel, wie es in "IEEE Trans. Electron Devices", Band 36, Seiten 663 bis 669, 1989, beschrieben wird, wurde eine Verteilung der Membrandicken von nicht mehr als ±4% für den Fall der Herstellung von Drucksensoren in einem Wafer mit einem Durchmesser von 7,62 cm (3 Zoll) erreicht.

Darüber hinaus bietet das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ei­ nen solchen vorteilhaften Effekt, daß der Aufbau der Ätzvorrichtung sich auf einfache Weise geeignet an eine Änderung des Durchmessers des zu ätzenden Halbleitersubstrats oder Wafers anpassen läßt. Wenn ein Ätzlösungssystem verwendet wird, bei dem die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit auf der Oberfläche des Wafers groß werden darf, so können Strömungsdaten der Ätzlösung in der Ätzvorrichtung nach Fig. 1 mit Abmessungen, bei denen die Daten nach Fig. 11 gelten, für ein (zu ätzendes) Halbleitersubstrat oder einen Wafer wirksam sein, der einen effektiven Durchmesser von bis zu etwa 150 mm hat (wobei die Breite β des Kanals 150 mm ist). Außerdem sind bei­ spielsweise die Daten für die Beziehung zwischen der linearen Geschwindig­ keit und der Rührerdrehzahl bei einer Vergrößerung der Breite des Überwa­ chungskanals 2 einfach vorhersagbar, so daß ein Bereich von Leistungsbedin­ gungen für den Rührer 5 entsprechend einer vorgegebenen linearen Ge­ schwindigkeit der Ätzlösung eingestellt werden kann.

Selbst wenn anstelle des in Fig. 1 und 2 gezeigten Rührers ein Rührer ei­ nes bestimmten anderen Typs eingesetzt wird, kann der vom Rührer erzeug­ te Strömungsdurchsatz der Ätzlösung in Abhängigkeit vom Außendurchmes­ ser des Rührers (der Flügel), dem Ätzlösungssystem und den Ätzbedingungen bestimmt werden. Wenn folglich die für das Ätzlösungssystem geltenden Kon­ stanten und Ätzcharakteristika experimentell mit einem von Fig. 2 ver­ schiedenen kleinen Experimentalsystem unter Verwendung eines Substrats (Wafers) mit kleinerem Durchmesser als in Fig. 2 bestimmt worden sind, läßt sich auf einfache Weise eine ähnliche Ätzvorrichtung in großem Maßstab konstruieren, die zum Ätzen von Substraten (Wafern) mit großem Durchmes­ ser geeignet ist. Somit werden die Basisdaten zunächst mit Hilfe einer klein­ bauenden Ätzvorrichtung für einen Halbleitersubstrat-Wafer mit kleinen Ab­ messungen aufgenommen. Speziell wird die Beziehung zwischen der Dreh­ zahl des Rührers 5 und dem Strömungskennwert (etwa der linearen Ge­ schwindigkeit der Ätzlösung) in dem Elektrolyse-Überwachungskanal 2 mit Hilfe des kleinbauenden Experimentalsystems bestimmt, das wie folgt aufge­ baut ist: Die zylindrische Trennwand 1 hat einen Innendurchmesser ähnlich wie und etwas größer als der Außendurchmesser des Rührers 5 (der Flügel), der innerhalb der Trennwand angeordnet ist. Der Elektrolyse-Überwachungs­ kanal 2 hat Abmessungen und eine Form, die im Hinblick auf Ätzfaktoren op­ timiert sind, (die kaum durch die Größe des geätzten Substrats beeinflußt werden), wie etwa den optimalen Abstand zwischen dem geätzten Substrat und der Gegenelektrode, der Form und Größe des geätzten Substrats. Die zy­ lindrische Trennwand 1 und der Überwachungskanal 2 sind so miteinander verbunden, daß die Querschnittsfläche eines Verbindungsbereichs zwischen der Trennwand 1 und dem Überwachungskanal 2 nicht kleiner ist als diejeni­ ge des Innenraums der Trennwand 1. Mit einem solchen kleinbauenden Ex­ perimentalsystem werden die Basisdaten der Beziehung zwischen den Fakto­ ren wie etwa der Strömungscharakteristik der Ätzlösung und der Ätzcharak­ teristik gemessen, und anhand dessen werden die Strömungsbedingungen für die Ätzlösung bestimmt, mit denen eine gewünschte Ätzung erreicht wird. Dann braucht bei der Auslegung der Ätzvorrichtung in großem Maßstab nur noch dafür gesorgt zu werden, daß die Strömungsbedingungen den so be­ stimmten Strömungsbedingungen für die Ätzlösungen entsprechen.

Die Einflüsse der Größe oder Abmessung der Ätzvorrichtung auf die Strö­ mungsbedingungen der Ätzlösung werden anhand eines tatsächlichen Bei­ spiels erläutert, unter Verwendung der Ätzvorrichtung, die für die Aufnahme der Daten nach Fig. 11 benutzt wurde. Es ist bekannt, daß für ein Rührgefäß oder eine zylindrische Trennwand 1 mit dem propellerartigen Rührer 5 mit drei Flügeln und Abmessungen (Teilung = Länge des Flügels; 0,2 < Länge des Flügels/Durchmesser des Rührgefäßes < 0,33; und Außendurchmesser des Rührers (Flügel) = Montagehöhe der Flügel) die Fördermenge q durch die Gleichung (1) gegeben ist, wie beispielsweise in "Chemical Engineering Handbook (überarbeitete 5. Auflage), Seiten 893 bis 895, insbesondere Tabel­ le 20.2, veröffentlicht von Maruzen, Japan 1988, beschrieben wird:

q = A.n.d³(d/D)^B (1)

wobei A und B die charakteristischen Konstanten sind, n die Drehzahl des Rührers ist, d der Außendurchmesser des Rührers (der Flügel) ist und D der Durchmesser des Rührgefäßes ist. Wenn der Außendurchmesser der Flügel des Rührers und der Durchmesser des Rührgefäßes gegeben sind, so ist in einem Ätzlösungssystem die Fördermenge q des Rührers durch die Drehzahl des Rührers bestimmt. Außerdem geht aus der obigen Gleichung (1) hervor, daß, wenn das Verhältnis (d/D) zwischen dem Außendurchmesser des Rüh­ rers und dem Durchmesser des Rührgefäßes konstant ist und die Drehzahl des Rührers konstant ist, die Fördermenge q etwa proportional zur dritten Potenz des Außendurchmessers des Rührers ist.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Konstruktion einer Ätzvorrichtung b mit großen Abmessungen, die für ein Halbleitersubstrat mit einem Durchmesser von 20,23 cm (8 Zoll) geeignet ist, beschrieben, die einer kleinbauenden Ätz­ vorrichtung a für ein Halbleitersubstrat mit einem Durchmesser von 12.7 cm (5 Zoll) ähnelt, unter Verwendung der Daten, die an der kleinbauenden Vor­ richtung a aufgenommen wurden (mit dem Außendurchmesser d_a des Rüh­ rers von 8 cm), bei der es sich um diejenige handelt, mit der die Daten nach Fig. 11 gewonnen wurden. Es soll angenommen werden, daß mit den Daten der Ätzvorrichtung a festgestellt wurde, daß ein erwünschter Ätzvorgang in dem wässerigen Ammoniaksystem als Ätzlösung (1,2 Gew.-%) bei 70°C statt­ findet, wenn die lineare Geschwindigkeit der Ätzlösung 12 cm/s beträgt (bei einer Drehzahl des Rührers von 950 min^-1). Um denselben gewünschten Ätz­ vorgang in der Ätzvorrichtung b zu erreichen, wird unter der Annahme, daß der Außendurchmesser d_b des Rührers 10 cm beträgt, die folgende Bezie­ hung aufgestellt:

(d_b/d_a)³ = 2

Es folgt deshalb aus Fig. 11, daß als Sollwert für die Drehzahl des Rührers 5 in der Ätzvorrichtung b der folgende Wert verwendet wird:

950/2 = 480 min^-1.

Somit kann das Halbleitersubstrat mit dem Durchmesser von 20,23 cm (8 Zoll) geätzt werden, indem in die Ätzvorrichtung b, die der Ätzvorrichtung a ähnelt und durch dreidimensionale (maßstäbliche) Vergrößerung der Ätzvor­ richtung a erhalten wurde, so daß der Außendurchmesser des Rührers von 5 cm auf 10 cm zunimmt, der Rührer 5 installiert wird, dessen geregelte Dreh­ zahlen in einem niedrigen Drehzahlbereich liegen.

In ähnlicher Weise kann die Konstruktion einer Ätzvorrichtung zum gleich­ zeitigen Ätzen zahlreicher Halbleitersubstrate erhalten werden. Wenn die op­ timale Strömungsbedingung für die Ätzvorrichtung mit nur einem Elektroly­ se-Überwachungskanal 2 erhalten wurde, genügt es, den Durchmesser des zy­ lindrischen Strömungsweges (innerhalb der Trennwand 1) und den Außen­ durchmesser des Rührers 5 (der Flügel) zu vergrößern, um die notwendige Strömung der Ätzlösung in dem zylindrischen Strömungsweg zu erzeugen, die einer größeren Anzahl von Überwachungskanälen 2 entspricht. Mit ande­ ren Worten kann die obige Gleichung (1) auch in dem Fall angewandt wer­ den, daß der Durchmesser des zylindrischen Strömungsweges, der Außen­ durchmesser und die Form der Rührerflügel dieselben sind wie bei der Ätz­ vorrichtung für ein einziges Halbleitersubstrat, wobei die folgenden Beziehun­ gen gelten:

q_m = A.n_m.(d_m)³ (ein konstanter Wert)^B (1')

q₁ = A.n₁.(d₁)³ (ein konstanter Wert)^B (1")

unter der Annahme, daß die Strömungsmenge und der Außendurchmesser des Rotors in der Ätzvorrichtung mit m (mehreren) Überwachungskanälen q_m bzw. d_m sind und die entsprechende Strömungsmenge und der entspre­ chende Außendurchmesser in der Ätzvorrichtung mit einem einzigen Über­ wachungskanal q₁ bzw. d₁ sind.

Unter der Annahme n_m = n₁ gelten nun die folgenden Beziehungen:

q_m/q₁ = m = (d_m/d₁)³ (2)

und deshalb

d_m = d₁/3(log m) (3)

Auf diese Weise kann der zu vergrößernde Außendurchmesser d_m des Rüh­ rers einfach ermittelt werden, und es läßt sich so die Konstruktion der Ätz­ vorrichtung zum gleichzeitigen Ätzen einer Vielzahl von Halbleitersubstraten bestimmen. Wenn das erhaltene d_m als zu groß erscheint, kann selbstver­ ständlich die Strömungsmenge der Ätzlösung reguliert werden, indem die Drehzahl des Rührers 5 geeignet gesteuert wird.

Fig. 3 und 4 erläutern eine zweite Ausführungsform des elektrochemischen Ätzverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ähnlich demjenigen nach der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2. Zunächst wird die in diesem Verfahren verwendete elektrochemische Ätzvorrichtung E erläutert. Der Elektrolyse-Überwachungskanal 2 ist in einem leitungsförmigen Elektro­ lysegefäß 4 ausgebildet und zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden des Elektrolysegefäßes 4 angeordnet. Eine der Seitenwände ist mit dem Halbleitersubstrat 7 versehen, in dessen Nähe sich die Luggin-Kapillare 16 befindet. Die Gegenelektrode 6 ist an der anderen Seitenwand befestigt. Das Halbleitersubstrat 7 und die Gegenelektrode 6 sind parallel zu den entspre­ chenden Seitenwänden und parallel zueinander angeordnet, wobei sie in be­ zug auf die vertikale Ebene geneigt sind. Selbstverständlich ist die zu ätzende Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 der Strömungsbahn (oder dem Fließge­ biet) der Ätzlösung 17 in dem Überwachungskanal 2 zugewandt.

Die Strömung der Ätzlösung 17 wird mit Hilfe einer Pumpe 23 zum Umwäl­ zen der Ätzlösung 17 erzeugt. Die Pumpe 23 wird mit einer vorgegebenen Fördermenge betrieben und ist in einer Umwälzleitung 24 angeordnet, die mit dem Überwachungskanal 2 verbunden ist, so daß der Strömungsweg für die Ätzlösung gebildet wird. Die Ätzlösung fließt in der durch das Symbol ψ in Fig. 3 angegebenen Richtung und strömt somit aufwärts durch den Zwi­ schenraum zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und der Gegenelektrode 6. Die aufwärts gerichtete Strömung durch den Überwachungskanal 2 ist vorzugs­ weise laminar. Vorzugsweise sind zusätzliche Leitplatten 22 in dem Strö­ mungsweg für die Ätzlösung angeordnet, um die Strömung der Ätzlösung 17 vertikal auszurichten. Ein Ätzlösungstank 28 ist in dem Strömungsweg für die Ätzlösung angeordnet und mit dem Elektrolysegefäß 4 und der Umwälzlei­ tung 24 verbunden. Das Heizaggregat 20 und der Temperatursensor 21 tau­ chen in die Ätzlösung 17 in dem Tank 28 ein, so daß die Ätzlösung auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann. Der Tank 28 dient nicht nur zur Steuerung der Temperatur der Ätzlösung, sondern dient auch als ein Gasabscheider, um zu verhindern, daß eine unnötig hohe Menge an gasförmi­ gem Stickstoff umgewälzt wird, wobei das Stickstoffgas in der Ätzlösung 17 zugemischt ist, um einen Gasaustausch zwischen den beim Ätzen erzeugten Gasblasen und gelöstem Sauerstoff in der Ätzlösung vorzunehmen und einen elektrochemisch stabilen Zustand zu erreichen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind das Halbleitersubstrat 7 und die gegenüberlie­ gende Gegenelektrode 6 so geneigt, daß die äußere Oberfläche des Halblei­ tersubstrats 7 leicht nach oben weist. Dies hat sich als wirksam erwiesen, um die während der elektrochemischen Ätzung erzeugten Gasblasen von der ge­ ätzten Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 zu lösen. Wenn beispielsweise das Hydrazinmonohydratsystem als Ätzlösung verwendet wird und das Halbleiter­ substrat 7 und die Gegenelektrode 6 um etwa 10° gegen die Vertikale geneigt sind, so ist die Freigabe der Gasblasen wesentlich besser als bei vertikaler An­ ordnung des Substrats.

Es versteht sich, daß ein noch kompakterer Aufbau der Vorrichtung erreicht werden kann, indem eine Vielzahl von Halbleitersubstraten 7 im wesentli­ chen vertikal ausgerichtet längs der geneigten Seitenwand des Überwa­ chungskanals angeordnet werden, in dem in ähnlicher Weise auch eine Viel­ zahl der entsprechenden Gegenelektroden 6 angeordnet ist.

Bei der oben beschriebenen Ätzvorrichtung E erfolgt die elektrochemische Steuerung in dem Überwachungskanal 2 im wesentlichen auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2. Während der elektrochemischen Ätzung erfolgt die elektrochemische Steuerung in den Überwachungskanal 2 unter der Wirkung der Luggin-Kapillare 16 in der Wei­ se, daß das elektrische Potential zwischen der geätzten Oberfläche des Halb­ leitersubstrats 7 und der Gegenelektrode 6 bei Überwachung mit Hilfe der Luggin-Kapillare 16 durch den Potentiostaten 8 auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird. Es ist möglich, die Menge der umzuwälzenden Ätzlösung be­ trächtlich zu vergrößern, indem der Ätzlösungtank 28 vergrößert wird. Dies macht es möglich, eine Ätzbehandlung für eine große Anzahl von Halbleiter­ substraten 7 mit einer einzigen Charge der Ätzlösung 17 durchzuführen und die Alterung oder Beeinträchtigung der Ätzlösung während eines einzelnen Ätzprozesses zu unterdrücken und so auch über längere Zeit hinweg eine sta­ bile Ätzbehandlung zu erreichen.

Die in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ätzvorrichtungen ermöglichen nicht nur eine stabile Ätzung unter präziser Steuerung, sondern gestatten auch eine feinfüh­ lige Anpassung an eine Zunahme der Abmessungen der zu ätzenden Halbleitersubstrate.

Fig. 5 und 6 erläutern eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrochemischen Ätzverfahrens ähnlich demjenigen nach Fig. 1 und 2. Bei dieser Ausführungsform wird das Ätzverfahren in einer elektrochemi­ schen Ätzvorrichtung E durchgeführt, bei der die zylindrische Trennwand fest in dem Elektrolysegefäß 4 angeordnet ist. Ein Elektrolyse-Überwa­ chungskanal 2 und 7 Elektrolysekanäle 3 sind radial außerhalb der Trenn­ wand 1 angeordnet und kreisförmig mit gleichmäßigen Abständen auf dem Umfang der zylindrischen Trennwand 1 verteilt, wie deutlich in Fig. 6 ge­ zeigt ist. Mit dieser Ätzvorrichtung E können acht Halbleitersubstrate oder Wafer gleichzeitig einer Ätzbehandlung unterzogen werden. Die jeweiligen Kanäle 2, 3 haben dieselben Abmessungen und dieselbe räumliche Beziehung relativ zu dem Strömungserzeugungabschnitt, der innerhalb der zylindri­ schen Trennwand 1 gebildet wird. Jeder Kanal 2, 3 wird durch innere und äußere Seitenwände begrenzt, die so relativ zur Vertikalen geneigt sind, daß sie in Aufwärtsrichtung leicht auswärts verlaufen. Das Halbleitersubstrat 7 und die Gegenelektrode 6 sind an den inneren und äußeren Seitenwänden jedes Kanals 2, 3 so angebracht, daß sie zueinander parallel sind. Dabei haben das Halbleitersubstrat 7 und die Gegenelektrode 6 dieselbe Neigung relativ zur vertikalen Ebene wie die Wände des betreffenden Kanals. Die geätzte Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 ist dem in dem Kanal 2, 3 gebildeten Strömungsweg für die Ätzlösung zugewandt. Obgleich in dem gezeigten Bei­ spiel eine Gesamtzahl von acht Kanälen 2, 3 gezeigt ist, versteht es sich, daß die Anzahl der Kanäle 2, 3 auch zwei oder mehr betragen kann, wobei die Ka­ näle jeweils symmetrisch um die Achse der zylindrischen Trennwand 1 her­ um angeordnet sind.

Die Strömung der Ätzlösung 17 wird durch den Rührer 5 erzeugt, der durch den Motor 11 angetrieben wird, dessen Drehzahl regelbar ist. Die Ätzlösung 17 strömt in der durch das Symbol ψ angegebenen Richtung durch den Strö­ mungsweg, der durch die zylindrische Trennwand 1, die Strömungsleitwand 18 und die strömungsumlenkende Bodenwand 12 gebildet wird. Der Rührer 5 ist in diesem Fall propellerartig und erzeugt eine Strömung der Ätzlösung 17 in der Richtung vom unteren Ende jedes Kanals 2, 3 zum oberen Ende, während der Rotor durch den Motor 11 in einer vorgegebenen Richtung ge­ dreht wird. Folglich fließt die Ätzlösung 17 aufwärts durch den Zwischenraum zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und der Gegenelektrode 6, wobei die aufwärts gerichtete Strömung der Ätzlösung vorzugsweise im laminaren Strömungsbereich erfolgt. Unter dem Gesichtspunkt der Strömungssteue­ rung ist es zweckmäßig, daß die Gesamt-Querschnittsfläche sämtlicher Kanä­ le 2, 3 im wesentlichen gleich der Gesamt-Querschnittsfläche des übrigen Teils des Elektrolysegefäßes 4 in einer horizontalen Ebene ist. Strömungs­ platten oder Leitplatten können eingesetzt werden, um die Strömung der Ätzlösung parallel auszurichten und eine gleichförmige aufwärts gerichtete Strömung der Ätzlösung zu erreichen. Die Leitplatten oder Strömungsplatten können beispielsweise im Inneren der zylindrischen Trennwand 1 angeord­ net sein.

Im gezeigten Beispiel sind die äußere Oberfläche der zylindrischen Trenn­ wand 1 und die inneren Wandoberflächen der die Strömung umlenkenden Wände 12, 18 des Elektrolysegefäßes 4 stromlinienförmig gestaltet. Diese Wände bzw. Wandoberflächen können jedoch auch eine andere Form haben und im einfachsten Fall etwa als einfache vertikale Zylinder ausgebildet sein. Die geätzten Oberflächen der Halbleitersubstrate 7 sind wieder so zur Verti­ kalen geneigt, daß die Freisetzung der beim Ätzen erzeugten Blasen verbes­ sert wird. Insoweit gilt das Gleiche wie bei den vorherigen Ausführungsbei­ spielen.

Das Verhältnis zwischen Kapazität und Abmessungen der Ätzvorrichtung E kann noch weiter verbessert werden, indem jeweils mehrere Halbleitersub­ strate 7 und zugehörige Gegenelektroden 6 in vertikaler Richtung (in Strö­ mungsrichtung) aufeinanderfolgend in den Kanälen 2, 3 angeordnet werden. Während im gezeigten Beispiel die einzelnen Kanäle 2, 3 voneinander ge­ trennt sind, etwa durch Teile der Wände 12, 18, ist es auch möglich, daß die einzelnen Kanäle 2, 3 strömungsmäßig miteinander verbunden sind oder ei­ nen einzigen ringförmigen Kanal zwischen der Innenwand des Elektrolysege­ fäßes 4 und der Außenfläche der zylindrischen Trennwand 1 bilden. In die­ sem Fall kann eine Strömungsplatte oder Leitplatte jeweils zwischen zwei be­ nachbarten Paaren von Halbleitersubstraten 7 und zugehörigen Gegenelektro­ den 6 angeordnet sein, um eine stabile aufwärts gerichtete Strömung der Ätzlösung 17 zu erzeugen. Diese Leitplatten verlaufen dann etwa vertikal und senkrecht zur inneren Oberfläche des Elektrolysegefäßes 4.

Bei der oben beschriebenen Ätzvorrichtung E erfolgt die elektrochemische Steuerung in dem Überwachungskanal 2 auf dieselbe Weise wie bei dem er­ sten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 und 2) mit Hilfe der Luggin-Kapillare 16 und des Potentiostaten 8. Durch den Potentiostaten 8 wird dabei nicht nur das Potential zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und der Gegenelektrode 6 in dem Überwachungskanal 2, sondern auch in allen übrigen Kanälen 3 gesteu­ ert, so daß sämtliche Halbleitersubstrate 7 in derselben Weise geätzt werden. Bei einem Ätzvorgang oder -verfahren für eine Vielzahl von Halbleitersubstra­ ten 7 mit demselben Aufbau und denselben Abmessungen erfolgt unter Ver­ wendung derselben Ätzlösung die Steuerung der Ätzbedingungen durch Steu­ erung des elektrischen Potentials unter Steuerung der Strömung der Ätzlö­ sung. In diesem Fall herrschen in den einzelnen Kanälen 2 und 3 dieselben Strömungsbedingungen der Ätzlösung, und deshalb wird bei allen Halbleiter­ substraten derselbe Ätzzustand wie bei dem Halbleitersubstrat in dem Über­ wachungskanal 2 erreicht, indem dieselbe elektrische Potentialsteuerung für den Überwachungskanal 2 und die Elektrolysekanäle 3 durchgeführt wird. Zum Ätzen wird hier nur eine einzige Luggin-Kapillare 16 benötigt, und die Ätzvorrichtung hat dadurch einen einfachen Aufbau und ermöglicht beträcht­ liche Kosteneinsparungen, weil die Installation einer Luggin-Kapillare 16 vie­ le technische Schwierigkeiten bereitet und für die Auslegung und Herstel­ lung der Luggin-Kapillare ein beträchtliches Knowhow erforderlich ist.

Einen gewissen Anhalt für die Konstruktion und die Herstellung einer Lug­ gin-Kapillare gibt "Newly Edited Electrochemical Measurement Method", herausgegeben von der Electrochemical Association und veröffentlicht 1988 von Kenyu-sha, Japan, Seiten 58 bis 59. Die Luggin-Kapillare enthält jedoch eine dünne Kapillare, die durch Bearbeitung eines feinen isolierenden Mate­ rials wie etwa Glas hergestellt werden muß, und die Herstellung einer Lug­ gin-Kapillare, die präzise den jeweiligen Vorgaben in der Konstruktionszeich­ nung entspricht, ist deshalb sehr schwierig. Außerdem ist es auch für einen geübten Fachmann schwierig, Luggin-Kapillaren herzustellen, die reprodu­ zierbar dieselben Abmessungen und dieselbe Form aufweisen. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, die Luggin-Kapillare so in einem vorgegebenen Abstand zur Oberfläche des Halbleitersubstrats zu positionieren und die Stirnfläche am freien Ende der Kapillare so einzustellen, daß sie dieselbe Neigung hat wie das Halbleitersubstrat 7. Wenn mehrere Luggin-Kapillaren verwendet würden, wäre es darüber hinaus sehr schwierig, sämtliche Kapillaren in geeigneten Positionen zu installieren, und dabei die verschiedenen Ab­ messungen und Formen der einzelnen Kapillaren zu berücksichtigen. Die Verwendung mehrerer Luggin-Kapillaren würde deshalb nicht nur erhöhte Kosten für die Herstellung der Ätzvorrichtung verursachen, sondern auch die Gefahr beinhalten, daß die Steuerbarkeit des Ätzprozesses beeinträchtigt wird. Deshalb ist es vorteilhaft, in jeder Ätzvorrichtung nur eine einzige Luggin-Kapillare zu verwenden, wobei allerdings diese Luggin-Kapillare von guter Qualität und sorgfältig positioniert sein sollte.

Auch in diesem Beispiel wird die Temperatur der Ätzlösung 17 in den Gefä­ ßen 4, 19 mit Hilfe des Temperatursensors 21 überwacht und mit Hilfe des Temperaturreglers 10 und des Heizaggregats 20 auf einem vorgegebenen Wert gehalten.

Fig. 7 und 8 erläutern eine vierte Ausführungsform des elektrochemischen Ätzverfahrens gemäß der Erfindung, ähnlich demjenigen nach Fig. 3 und 4. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Ätzverfahren mit einer elektroche­ mischen Ätzvorrichtung E durchgeführt, die ein leitungsförmiges Elektroly­ segefäß 4 aufweist, das in der Umwälzleitung 24 für die Ätzlösung angeordnet ist. Die Strömungsleitwand 18 ist innerhalb des Elektrolysegefäßes 4 ange­ ordnet und so angebracht, daß ein Elektrolyse-Überwachungskanal 2 und sie­ ben Elektrolysekanäle 3 im Inneren des Elektrolysegefäßes 4 gebildet wer­ den. Die Kanäle 2, 3 sind kreisförmig an der inneren Umfangsfläche des Elektrolysegefäßes 4 in gleichmäßigen Umfangsabständen angeordnet, wie deutlich in Fig. 8 zu erkennen ist. Mit dieser Ätzvorrichtung E können acht Halbleitersubstrate oder Wafer 7 gleichzeitig behandelt werden. Die einzelnen Kanäle 2, 3 haben dieselben Abmessungen und dieselbe räumliche Beziehung relativ zur Achse des Elektrolysegefäßes 4. Jeder Kanal 2, 3 ist in bezug auf die Vertikale aufwärts etwas nach außen geneigt. Die Halbleitersubstrate 7 und Gegenelektroden 6 sind jeweils einander gegenüberliegend an den inne­ ren und äußeren Seitenwänden jedes Kanals 2, 3 so befestigt, daß sie zuein­ ander parallel sind und dieselbe Neigung haben wie die Wände des betreffen­ den Kanals. Während in dem gezeigten Beispiel insgesamt acht Kanäle 2, 3 vorgesehen sind, kann die Anzahl der Kanäle jeden beliebigen Wert größer oder gleich 2 haben, wobei die Kanäle jeweils symmetrisch um die Achse des Elektrolysegefäßes 4 herum angeordnet sind.

Die Strömung der Ätzlösung 17 wird durch die Pumpe 23 erzeugt, die die Ätzlösung 17 umwälzt. Die Pumpe 23 wird mit einer bestimmten Fördermen­ ge betrieben und ist in der Umwälzleitung 24 angeordnet, die mit dem Über­ wachungskanal 2 verbunden ist, so daß ein Strömungsweg für die Ätzlösung gebildet wird. Die Ätzlösung fließt in der durch das Symbol ψ in Fig. 3 ange­ gebenen Richtung und fließt somit aufwärts durch den Zwischenraum zwi­ schen dem Halbleitersubstrat 7 und der Gegenelektrode 6. Die Strömung in­ nerhalb des Überwachungskanals 2 erfolgt dabei vorzugsweise im laminaren Strömungsbereich. Zusätzliche Leitplatten 22 sind vorzugsweise in der Strö­ mungsbahn für die Ätzlösung angeordnet, um diese parallel und geradlinig auszurichten und eine gleichförmige aufwärts gerichtete Strömung der Ätzlö­ sung in den Kanälen zu erzeugen.

Der Ätzlösungtank 28 ist in dem Strömungsweg für die Ätzlösung angeordnet und mit dem Elektrolysegefäß 4 sowie mit der Umwälzleitung 24 verbunden. Das Heizaggregat 20 und der Temperatursensor 21 tauchen in die Ätzlösung 17 in dem Tank 28 ein, so daß die Ätzlösung auf einer vorgegebenen Tempe­ ratur gehalten werden kann. Der Tank 28 dient auch hier wieder zur Tempe­ ratursteuerung sowie als Gasabscheider, wie in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschrieben wurde.

Die Neigung des Halbleitersubstrats 7 und der Gegenelektrode hat dieselbe Funktion wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen bei der Freigabe der beim Ätzen erzeugten Gasblasen. Auch hier können wieder mehrere Halblei­ tersubstrate 7 und zugehörige Gegenelektroden 6 hintereinander in den ein­ zelnen Kanälen angeordnet sein.

Ebenso können auch hier die einzelnen Kanäle 2, 3 in Umfangsrichtung mit­ einander in Strömungsverbindung stehen und zu einem ringförmigen, gege­ benenfalls mit Leitplatten versehenen Kanal vereinigt sein, wie in Verbindung mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

Ebenso wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel erfolgt die elektrochemi­ sche Steuerung während des Ätzvorgangs mit Hilfe des Potentiostaten 8 und einer einzigen Luggin-Kapillare 16. Auch die Steuerung der Strömung der Ätzlösung erfolgt für sämtliche Kanäle 2, 3 gemeinsam, so daß für sämtliche Substrate dieselben Ätzbedingungen gelten.

Fig. 9 und 10 erläutern eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens ähnlich demjenigen nach Fig. 3 und 4. Dieses Ätzverfahren wird in einer Vorrichtung E durchgeführt, die ein in der Umwälzleitung an­ geordnetes Elektrolysegefäß 4 aufweist. Das Elektrolysegefäß 4 hat bei dieser Ausführungsform einen allgemein rechteckigen Querschnitt, wie in Fig. 10 zu erkennen ist. Mehrere allgemein plattenförmige Trennwände 25 sind im Inneren des Elektrolysegefäßes parallel zueinander angeordnet. Zwischen den benachbarten Trennwänden 25 werden auf diese Weise ein Elektrolyse- Überwachungskanal 2 und beispielsweise drei Elektrolysekanäle 3 gebildet, so daß vier Halbleitersubstrate 7 gleichzeitig geätzt werden können. Die ein­ zelnen Kanäle 2, 3 haben dieselben Abmessungen und verlaufen parallel zu­ einander. Jeder Kanal 2, 3 ist so relativ zu Vertikalen geneigt, daß die an sei­ nen Wänden angeordneten Halbleitersubstrate 7 mit ihren zu ätzenden Ober­ flächen leicht nach oben weisen. Selbstverständlich kann die Anzahl der so gebildeten Kanäle 2, 3 vergrößert oder verkleinert werden.

Die Strömung der Ätzlösung 17 wird durch die Pumpe 23 erzeugt, die mit ei­ ner vorgegebenen Förderleistung betrieben wird und in der Umwälzleitung 24 angeordnet ist, die mit dem Überwachungskanal 2 einen geschlossenen Strömungsweg für die Ätzlösung bildet. Die Ätzlösung fließt in der durch das Symbol ψ in Fig. 9 angegebenen Richtung aufwärts durch den Zwischen­ raum zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und der Gegenelektrode 6. Die Strö­ mung erfolgt wiederum vorzugsweise im laminaren Bereich. Zusätzliche Leit­ platten 22 sind vorzugsweise im Strömungsweg der Ätzlösung angeordnet, um diese zu vereinheitlichen und gleichzurichten. Dem geneigten Elektroly­ segefäß 4 mit rechteckigem Querschnitt ist vorzugsweise ein längerer Beru­ higungsabschnitt vorgeschaltet, der seinerseits an die Umwälzleitung 24 an­ geschlossen ist und in dem weitere Leitplatten 22 angeordnet sind. In die­ sem Beruhigungsabschnitt wird die Strömung der Ätzlösung vereinheitlicht, so daß sie gleichförmig durch sämtliche Kanäle 2, 3 strömt.

Die Anordnung und Funktion des Ätzlösungstanks 28 entspricht derjenigen bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Die Neigung der Kanäle 2, 3 relativ zur Vertikalen dient ebenso wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen zur Verbesserung der Ablösung der Blasen. Auch hier können jeweils mehrere Substrate 7 hintereinander an der geneigten Seitenwand des Überwachungskanals 2 bzw. jedes Elektrolysekanals 3 an­ geordnet sein, wobei dann zugehörige Gegenelektroden jeweils gegenüberlie­ gend an der anderen Seitenwand des Kanals angebracht sind.

Die Steuerung der Strömung mit Hilfe der Pumpe 23 und die elektrochemi­ sche Steuerung mit Hilfe des Potentiostaten 8 und der einzigen Luggin-Kapil­ lare 16 erfolgen analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Nachfolgend sollen die Wirkungen der oben beschriebenen Ausführungsbei­ spiele des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens erläutert werden.

Bei dem Ätzverfahren zum gleichzeitigen Ätzen mehrerer Halbleitersubstrate oder Wafer können die Strömungsbedingungen der Ätzlösung präzise gesteu­ ert und für die einzelnen Halbleitersubstrate vereinheitlicht werden. Außer­ dem können auch Ungleichförmigkeiten der Strömung der Ätzlösung inner­ halb jedes einzelnen Überwachungs- oder Elektrolysekanals minimiert wer­ den. Hierdurch kann die elektrochemische Ätzung in jedem einzelnen Kanal stabilisiert und optimiert werden. Außerdem ist ein einfaches und präzises Aufskalieren der Ätzvorrichtung zur Anpassung an die jeweilige Anzahl und Größe der zu ätzenden Substrate möglich. Durch die Vergrößerung der An­ zahl der gleichzeitig zu ätzenden Substrate und durch die Vergrößerung der Abmessungen der Substrate bei gleichzeitiger Verbesserung der Steuerung und der Einheitlichkeit der Ätzbedingungen werden sowohl die Produktivität als auch die Produktausbeute gesteigert. Eine weitere Vereinfachung und Verbesserung der Steuerung wird dadurch erreicht, daß das elektrische Po­ tential für eine Vielzahl von Paaren von Halbleitersubstraten und Gegenelek­ troden simultan gesteuert wird.

Wenn die Ätzvorrichtung mit mehreren (beispielsweise acht) Kanälen verse­ hen ist, kann beispielsweise jeder zweite oder wahlweise auch jeder vierte Kanal als Überwachungskanal dienen, so daß insgesamt vier bzw. zwei Über­ wachungskanäle vorhanden sind. In diesem Fall werden die übrigen Kanäle jeweils simultan mit dem elektrischen Potential in dem jeweils nächstgelege­ nen Überwachungskanal gesteuert. Wahlweise ist es auch möglich, einen Mit­ telwert aus den elektrischen Potentialen in den zwei oder vier Überwa­ chungskanälen zu bilden und der Steuerung zugrunde zu legen. Diese Steue­ rungsweisen können so eingesetzt werden, daß sie mit den Charakteristiken des jeweiligen Ätzsystems kompatibel sind, etwa mit der Fließcharakteristik der Ätzlösung, die sich aus den Kenndaten des verwendeten Ätzlösungssy­ stems ergibt, der Querschnittsform der Ätzvorrichtung und dem genauen Grad bei dem maschinellen Bearbeitungsprozeß. Die Herstellungskosten sin­ ken mit der Anzahl der Überwachungskanäle.

Bei dem beschriebenen Verfahren läßt sich wirksam und mit hoher Reprodu­ zierbarkeit eine auf der gesamten Oberfläche des zu ätzenden Halbleitersub­ strats einheitliche Ätzbehandlung erreichen. Außerdem können gleichzeitig mehrere Halbleitersubstrate effizient und stabil geätzt werden, und zwar un­ ter gut kontrollierbaren Bedingungen und mit hoher Produktivität. Dies ge­ stattet es, Mikrosensoren wie etwa Beschleunigungssensoren und Drucksen­ soren, mikroelektronische Einrichtungen und mikromechanische Strukturen und dergleichen zu geringen Kosten in Massenproduktion herzustellen.

Insbesondere bei dem zweiten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel kann die Menge der Ätzlösung einfach erhöht werden, um dadurch zeitliche Ände­ rungen in der Konzentration der Ätzlösung zwischen dem Beginn und späte­ ren Stadien der Ätzbehandlung zu unterdrücken. Dies ermöglicht einen stabi­ len Ätzprozeß für eine Vielzahl von Halbleitersubstraten. Insbesondere bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Kanäle kreisförmig und symmetrisch angeordnet, und es lassen sich deshalb auf ein­ fache Weise dieselben Betriebsbedingungen für sämtliche Kanäle aufrechter­ halten. Folglich sind diese Ausführungsformen geeignet für das simultane Ät­ zen einer Vielzahl von Halbleitersubstraten. Insbesondere bei dem vierten Ausführungsbeispiel kann die Querschnittsfläche des Elektrolysegefäßes klein gemacht werden, obgleich die Anzahl der zu ätzenden Halbleiter groß ist.

Während bei den obigen Beispielen die Ätzlösung aufwärts durch die einzel­ nen Kanäle strömt, ist es auch möglich, die Ätzlösung abwärts durch die ein­ zelnen Kanäle strömen zu lassen, insbesondere um Schwierigkeiten zu ver­ meiden, die sich daraus ergeben, daß der Ätzvorgang je nach Art des verwen­ deten Ätzlösungssystems durch die Verteilung von Blasen zwischen dem ge­ ätzten Halbleitersubstrat und der Gegenelektrode beeinträchtigt wird. Spe­ ziell kann die abwärts gerichtete Strömung der Ätzlösung das Entfernen der Blasen im Vergleich zu der aufwärts gerichteten Strömung beschleunigen, wobei die abwärts gerichtete Strömung auf die Blasen eine Kraft ausübt, die der Auftriebskraft entgegenwirkt. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, daß die Gegenelektrode gitterförmig ausgebildet ist, um zu verhindern, daß Blasen sich an der Oberfläche der Gegenelektrode entlang bewegen und mit dieser in Berührung bleiben. Somit kann die Fließrichtung der Ätzlösung in jedem Kanal abwärts gerichtet sein.

Es versteht sich, daß das Prinzip der vorliegenden Erfindung auf naßchemi­ sche Abtragungsverfahren (wie etwa Ätzen) anwendbar ist, die an Oberflächen von plattenförmigen Bauelementen aus Halbleitermaterial oder dergleichen durchgeführt werden, unter Verwendung einer Ätzlösung aus beispielsweise einem Fluorwasserstoffsäuresystem, einem Fluorwasserstoffsäure-Salpeter­ säuresystem, einem Salzlösungssystem, das ein Salz wie etwa Ammoniumfluo­ rid enthält. Die Erfindung ist auch bei Filmabscheidungsverfahren und ähnli­ chen Oberflächenbehandlungsverfahren anwendbar. Ebenso ist die Erfindung auf Behandlungsverfahren anwendbar, die mit einem durch Lichtenergie un­ terstützen Ätzverfahren kombiniert sind (z. B. Fotoätzung).

Fig. 15 und 16 erläutern ein sechstes Ausführungsbeispiel eines elektroche­ mischen Ätzverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, ähnlich demjeni­ gen nach Fig. 1 und 2. Dieses Ätzverfahren wird mit einer elektrochemi­ schen Ätzvorrichtung E durchgeführt, von der in Fig. 15 und 16 nur die wesentlichen Teile ohne periphere Einrichtungen gezeigt sind. Es soll der Fall erläutert werden, daß ein scheibenförmiges Halbleitersubstrat 7 einer Ätzbehandlung unterzogen wird. Die Ätzvorrichtung E weist ein Elektrolyse­ gefäß 4 mit im wesentlichem rechteckigem Querschnitt auf, das mit Ätzlö­ sung 17 gefüllt ist. Die Trennwand 1 ist in dem Elektrolysegefäß 4 angeord­ net und bildet einen allgemein zylindrischen Hohlraum, in dem sich der pro­ pellerförmige Rotor 5 befindet. Der Rotor 5 weist mehrere Flügel auf und bil­ det zusammen mit dem zylindrischen Hohlraum einen Strömungserzeugungs­ abschnitt für die Ätzlösung 17. Der Elektrolyse-Überwachungskanal 2 ist au­ ßerhalb des zylindrischen Hohlraums und getrennt von diesem zwischen in­ neren und äußeren Wänden angeordnet, die parallel zueinander liegen und relativ zur vertikalen Ebene geneigt sind. Die Gegenelektrode 6 ist an der in­ neren Wand montiert oder angeordnet, die Teil der Trennwand 1 ist.

Ein allgemein rechteckiger plattenförmiger Halter 100 für das Halbleitersubstrat 7 ist in die Strömungsleitwand 18 eingesetzt und bildet die Außenwand, die der Innenwand des Überwachungskanals gegenüberliegt. Der Halter 100 ist leicht von der Wand 18 lösbar. Der Elektrolyse-Überwachungskanal 2 wird zwischen den Innen- und Außenwänden gebildet. Der Halter 100 besteht aus einem Material, das eine hohe Beständigkeit gegenüber der Ätzlösung 17 auf­ weist, beispielsweise aus einem fluorierten Harz. Das Halbleitersubstrat 7 ist sicher an dem Halter 100 montiert oder gehalten. Der Halter 100 mit dem Halbleitersubstrat 7 ist so angeordnet, daß die Ätzlösung 17 ausschließlich ein zu ätzendes Gebiet an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 angreift. Ein außerhalb dieses Gebietes liegender Teil des Halbleitersubstrats 7, elek­ trische Anschlußteile (nicht gezeigt) und die Leitungsdrähte 9 befinden sich in einem Abdeckungsgehäuse (nicht gezeigt), das aus einem gegenüber der Ätzlösung beständigen Material wie etwa fluoriertem Harz besteht. Der Halter 100 weist eine Nut 101 auf, die benötigt wird, wenn der Halter 100 an der Wand 18 angebracht oder von dieser gelöst wird. Die Gegenelektrode 6 und das Halbleitersubstrat 7 sind parallel zueinander angeordnet und zusammen mit den Innen- und Außenwänden des Elektrolyse-Überwachungskanals 2 in bezug auf die Vertikale geneigt. Die Luggin-Kapillare 16 ist so eingesetzt, daß ihr freies Ende dem Halbleitersubstrat 7 benachbart ist. Die (elektroche­ misch zu ätzende) Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 liegt einem Strö­ mungsgebiet innerhalb des Elektrolyse-Überwachungskanals 2 gegenüber, das von der Ätzlösung durchströmt wird.

Der Rührer 5 wird durch einen drehzahlregelbaren Motor 11 angetrieben und steuert eine zirkulierende Strömung der Ätzlösung 17. Die Ätzlösung 17 fließt in einer durch ein Symbol mit ψ in Fig. 15 angegebenen Richtung durch einen Strömungsweg, der den zylindrischen Hohlraum, in dem der Rührer 5 angeordnet ist, den unteren Strömungskanal oberhalb der unteren Strömungsleitwand 12, das Strömungsgebiet in dem Elektrolyse-Überwa­ chungskanal 2 und den oberen Strömungskanal oberhalb des zentralen Teils der Trennwand 18 einschließt. Wenn der Rührer 5 mit Hilfe des Motors 11 in einer vorgegebenen Richtung gedreht wird, zirkuliert die Ätzlösung 17 in der Richtung ψ vom unteren Ende des Gefäßes 4 aufwärts durch den Elektro­ lyse-Überwachungskanal 2 und einen Zwischenraum zwischen der Gegene­ lektrode 6 und dem Halbleitersubstrat 7 zum oberen Ende des Elektrolysege­ fäßes.

Die Neigung des Halbleitersubstrats 7 und der Gegenelektrode 6 relativ zur Vertikalen hat dieselbe Funktion bei der Entfernung von Blasen wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Die Luggin-Kapillare 16 ist über die Salzbrücke 15 mit der Ätzlösung 17 in ei­ nem Bezugselektrodengefäß 19 verbunden, so daß eine Ionenleitung zwi­ schen dem Elektrolysegefäß 4 und dem Bezugselektrodengefäß 19 stattfin­ den kann. Die Bezugselektrode 14 taucht in die Ätzlösung in dem Bezugselek­ trodengefäß 19 ein. Die Bezugselektrode 14, die Gegenelektrode 6 und das Halbleitersubstrat 7 sind durch die äußeren Leitungsdrähte 9 mit dem Poten­ tiostaten 8 verbunden, der außerhalb der Gefäße 4, 19 angeordnet ist. Der Leitungsdraht 9 ist mit dem Halbleitersubstrat 7 über die an dessen Oberflä­ che ausgebildete metallische Elektrode 13 verbunden. Während der elektro­ chemischen Ätzung wird mit Hilfe der Luggin-Kapillare 16 und des Potentio­ staten 8 eine elektrochemische Steuerung durchgeführt, wie im Zusammen­ hang mit dem vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde. Mit Hil­ fe des Temperaturreglers 10, des Heizaggregats 20 und des Temperatursen­ sors 21 wird außerdem in der bereits beschriebenen Weise die Temperatur der Ätzlösung geregelt.

Bei dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich wieder um ein Dreipolsystem. Es kann jedoch analog auch ein Zweipolsystem oder ein Vierpolsystem vorgesehen sein. Insoweit kann auf die Ausführungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden. Wie ebenfalls bereits im Zusammenhang mit den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, können mehrere Halbleitersubstrate 7 und zugehörige Gegenelektro­ den 6 übereinander (in Strömungsrichtung gesehen hintereinander) an den geneigten Wänden des Überwachungskanals 2 angeordnet sein.

Im folgenden wird die Arbeits 44595 00070 552 001000280000000200012000285914448400040 0002019548115 00004 44476weise der in Fig. 15 und 16 gezeigten Ätz­ vorrichtung E erläutert.

Zur Vorbereitung und Initialisierung eines elektrochemischen Ätzvorgangs wird die Vorrichtung in Betrieb gesetzt, um die Temperatur der Ätzlösung 17 zu stabilisieren und die peripheren Einrichtungen zuverlässig einzustellen. Anschließend wird das zu ätzende Halbleitersubstrat 7 an dem Halter 100 an­ gebracht, und der Leitungsdraht 9 wird so mit dem Halter 100 verbunden, daß er elektrisch mit dem Halbleitersubstrat 7 in Verbindung steht. Eine Be­ dienungsperson hält den Halter 100 in der Weise, daß sie mit einem Finger in die Nut 101 eingreift, und setzt dann den Halter 100 schnell in einen Auf­ nahmeteil der Wand 18 ein, so daß das Halbleitersubstrat 7 in die Ätzlösung 7 eintaucht. Dann wird die Ätzbehandlung an der Oberfläche des Halbleiter- Substrats 7 durchgeführt. Nach Abschluß der Ätzbehandlung hält die Bedie­ nungsperson den Halter 100 in der Weise, daß sie mit dem Finger in die Nut 101 eingreift, und sie nimmt den Halter 100 schnell aus dem Aufnahmeteil heraus. Der Halter 100 mit dem geätzten Halbleitersubstrat 7 wird in eine zu­ vor vorbereitete Spüllösung eingetaucht. Dann wird die durch den Leitungs­ draht 9 gebildete elektrische Verbindung unterbrochen, und das geätzte Halbleitersubstrat 7 wird von dem Halter 100 gelöst, wodurch die Folge der Ätzbehandlungsschritte abgeschlossen ist. Im industriellen Maßstab erfolgt eine solche Ätzbehandlung in der Weise, daß die oben beschriebenen Ätzbe­ handlungsschritte wiederholt werden. Ein Verfahren zum Einsetzen des Halbleitersubstrats 7 in den Halter 100 wird nachfolgend erläutert.

Fig. 17 und 18 zeigen ein Beispiel des Halters 100, der in der Vorrich­ tung E nach Fig. 15 und 16 zum Halten des Halbleitersubstrats 7 dient. Dei diesem Beispiel wird das Halbleitersubstrat 7 mit Hilfe eines Rings 81 an einer Oberfläche 110 des Halters 100 befestigt. Der Ring 81 ist seinerseits mit Hilfe eines Rings 80 an dem Halbleitersubstrat 7 befestigt. Der Ring 80 ist mit einstückig angeformten Andruckklauen oder Vorsprüngen 801 verse­ hen, die jeweils einen L-förmigen Querschnitt haben und Befestigungsklauen oder Vorsprünge 811 des Ringes 81 niederdrücken, so daß das Halbleiter­ substrat 7 mit Hilfe des Rings 80 durch den Ring 81 auf der Oberfläche 110 des Halters 100 befestigt wird. Der Ring 80 ist mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen 50 fest an der Oberfläche 110 des Halters 100 angebracht. Das Einset­ zen des Halbleitersubstrats 7 erfolgt auf die folgende Weise: Zunächst wird das Halbleitersubstrat 7 in einer vorgegebenen Position auf der Oberfläche 110 des Halters 100 positioniert. Der Ring 81 wird auf dem Halbleitersub­ strat 7 angebracht und so gedreht, daß die Befestigungsklauen 811 des Rings 81 unter die Klauen 801 des Rings 80 gedrückt werden. Ein flüssigkeitsdich­ tes Dichtungselement wie etwa ein O-Ring kann zwischen dem Ring 81 und dem Halbleitersubstrat 7 und/oder zwischen der Oberfläche 110 des Halters 100 und dem Halbleitersubstrat 7 eingefügt sein, um wirksam einen Zustand zu schaffen, in dem nur das zu ätzende Gebiet (ein von dem Ring 81 umgebenes kreisförmiges Gebiet in Fig. 17) der Ätzlösung 17 ausgesetzt ist.

In diesem Beispiel ist eine Kontaktelektrode 130 so angeordnet, daß sie mit dem Halbleitersubstrat 7 in Kontakt steht und durch den Leitungsdraht 9 mit dem Potentiostaten 8 verbunden ist, so daß eine Vorspannung für die Elek­ trolyse an das Halbleitersubstrat angelegt werden kann. Der Leitungsdraht 9 kann durch ein im Harz des Halters 100 gebildetes Loch (nicht gezeigt) ge­ steckt werden, wobei dieses Loch gegen das Eindringen der Ätzlösung 17 ge­ schützt wird. Der Leitungsdraht 9 kann in das Material (Harz) des Halters 100 eingebettet werden, indem er während des Formgießens des Halters 100 eingesteckt wird. Durch die Installation des Halbleitersubstrats 7 an dem Halter 100 wird erreicht:

• a) eine flüssigkeitsdichte Versiegelung der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats,
• b) eine flüssigkeitsdichte Versiegelung eines elektrischen Systems ein­ schließlich des Leitungsdrahtes 9 und der Kontaktelektrode 130 und
• c) eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und der Kontaktelektrode 30.

Hierdurch wird der eigentliche Ätzvorgang in effizienter Weise vorbereitet. Die Funktionen a) bis c) können jedoch auch auf andere Weise realisiert wer­ den.

Im gezeigten Beispiel verläuft der Leitungsdraht 9 durch den Halter 100 hin­ durch. Er kann jedoch auch außerhalb des Halters 100 angeordnet sein. In diesem Fall ist der Leitungsdraht 9 mit einem Dichtungsschlauch (etwa ei­ nem Teflonschlauch) bedeckt, damit er gegenüber der Ätzlösung abgedichtet ist. Weiterhin ist im gezeigten Beispiel nur die Oberfläche auf einer Seite des Halbleitersubstrats 7 der Ätzlösung 17 ausgesetzt, während die rückseitige Oberfläche flüssigkeitsdicht versiegelt ist. Es ist jedoch auch möglich, beide gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleitersubstrats 7 der Ätzlösung 17 auszusetzen. Hierzu wird ein flüssigkeitsdichtes Dichtungselement 507 wie etwa ein O-Ring verwendet, der zwischen einem die Kontaktelektrode 130 umgebenden Bereich und dem entsprechenden Bereich des Halbleitersub­ strats 7 eingefügt ist, wie in Fig. 20 gezeigt ist. Indem die entgegengesetz­ ten Seiten des Halbleitersubstrats 7 der Ätzlösung 17 ausgesetzt werden, kann die Ätzbehandlung auf den beiden entgegengesetzten Oberflächen des Halbleitersubstrats vorgenommen werden. Außerdem ist so ein Ausgleich der auf die entgegengesetzten Oberflächen des Halbleitersubstrats 7 wirkenden Flüssigkeitsdrücke möglich, und somit kann auch im Fall sehr dünner mem­ branförmiger Halbleitersubstrate das Auftreten von Brüchen oder Rissen ver­ hindert werden. In einem solchen Fall kann die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats hermetisch gegenüber der Ätzlösung 17 versiegelt sein, während sie dem Flüssigkeitsdruck (der mit dem auf die entgegengesetzte Oberfläche wirkende Druck übereinstimmt) ausgesetzt wird, indem die Rückseite einer Flüssigkeit wie etwa reinem Wasser zugewandt ist.

Im gezeigten Beispiel kontaktiert die Kontaktelektrode 130 das Halbleiter­ substrat 7 in einem zentralen Bereich ihrer Rückseite. Die Kontaktelektrode 130 kann jedoch auch so angeordnet sein, daß sie in einem Randbereich der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 mit dem Halbleitersubstrat in Berührung kommt. Außerdem können auch mehrere Kontaktelektroden verwendet werden. Auch wenn die Kontaktelektrode 130 in einem Randbe­ reich oder einem TEG-(Testelementgruppen-)Bereich des Halbleitersubstrats oder Wafers angeordnet ist, aus dem keine Produkte (geätzte Halbleitersub­ strate) gewonnen werden, kann eine hinreichende Anzahl von Elementen oder Produkten erhalten werden. Wenn mehrere Kontaktelektroden 130 ver­ wendet werden, läßt sich eine Potentialverteilung über die geätzte Oberflä­ che des Halbleitersubstrats, die durch die Wirkung eines I-R-Spannungsab­ falls hervorgerufen wird, weitgehend ausgleichen, wodurch die Produktaus­ beute verbessert wird.

Ein Beispiel der Kontaktelektrode 130 ist in Fig. 19 gezeigt. Die Kontakt­ elektrode 130 ist in einem Bereich 501 des Halters 100 angebracht. Der Be­ reich 501 hat eine Oberfläche 505, an der das Halbleitersubstrat 7 installiert wird. Weiterhin besitzt der Bereich 501 eine Oberfläche 506, die innerhalb des Halters 100 liegt und der Oberfläche 505 entgegengesetzt ist. Ein Elek­ trodenstift 500 ist durch eine Anschlußfahne 504 elektrisch mit dem Lei­ tungsdraht 9 verbunden und durch eine Druckfeder 503 mechanisch in Rich­ tung auf die Oberfläche 505 vorgespannt. Wenn das Halbleitersubstrat 7 an der Oberfläche 505 installiert wird, so wird der Elektrodenstift 500 unter der Vorspannung der Druckfeder 503 mit der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 in Berührung gebracht, so daß ein elektrischer Kontakt zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und dem Elektrodenstift 500 hergestellt wird. Die Druckfeder 503 stützt sich mit ihrem einen Ende an einem allgemeinen becherförmigen Teil 502 ab, das in den Abschnitt 501 eingeschraubt ist, so daß die Kraft, mit der der Elektrodenstift 500 gegen das Halbleiter­ substrat 7 gedrückt wird, eingestellt werden kann. Wenn die Kraft der Druckfeder 503 zu groß ist, kann die von dem Elektrodenstift 500 auf das Halbleitersubstrat 7 ausgeübte mechanische Spannung zu einem Bruch des Halbleitersubstrats führen. Wenn andererseits die Kraft der Druckfeder zu klein ist, kann es zu einem hohen Kontaktwiderstand zwischen dem Halblei­ tersubstrat 7 und dem Elektrodenstift 500 kommen, so daß die Möglichkeit besteht, daß keine ausreichende elektrische Verbindung für das elektroche­ mische Ätzen hergestellt wird.

Anstelle der Druckfeder 503 kann zum mechanischen Vorspannen des Elek­ trodenstifts 500 auch eine Zugfeder, eine Blattfeder oder dergleichen oder auch ein elastomeres Element wie etwa ein Gummielement eingesetzt wer­ den. Außerdem kann der Elektrodenstift 500 hydraulisch, pneumatisch oder magnetisch vorgespannt werden. Das oben erwähnte becherförmige Bauteil 502 kann unbeweglich fixiert oder einstückig mit dem Halter 100 ausgebil­ det werden. Der Elektrodenstift 500 kann an seinem freien Ende mit mehre­ ren kleinen Vorsprüngen (Mikrokontakten) versehen sein, damit der elektri­ sche Kontakt mit dem Halbleitersubstrat bei kleinerem Kontaktdruck verbes­ sert wird.

Ein weiteres Beispiel der Kontaktelektrode 130 ist in Fig. 20 gezeigt. Die­ ses Beispiel ähnelt dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 19, mit dem Unter­ schied, daß ein O-Ring 507 zur Abdichtung zwischen dem Bereich 501 und dem Halbleitersubstrat 7 vorgesehen ist. Der Bereich 501 ist an seiner Ober­ fläche 505 mit einer ringförmigen Nut versehen, in die der O-Ring 507 ein­ gesetzt ist. Der O-Ring 507 steht mit der rückseitigen Oberfläche des Halb­ leitersubstrats 7 in Dichtberührung. Hierdurch ist es möglich, die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 der Ätzlösung 17 auszusetzen, während der Elektrodenstift 500 gegen die Ätzlösung geschützt wird. Der O-Ring 507 kann durch andere Materialien oder Mechanismen ersetzt werden, die das Durchdringen der Ätzlösung 17 zur Seite des Elektrodenstiftes 500 verhin­ dern.

Fig. 21 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Ring 81 und dem Halbleitersubstrat 7 in der Anordnung nach Fig. 17 und 18. Diese Ausgestaltung dient zur Verringerung der auf das Halbleitersubstrat 7 wirkenden mechanischen Beanspruchung und Spannung. Ein Stützring 509 ist zwischen dem Ring 81 und dem Umfangsbereich des Halbleitersubstrats 7 angeordnet. Ein O-Ring 508 liegt an dem Umfangsbereich der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 an, um diese Oberfläche gegen die Ätzlösung 17 zu schützen. Der Stützring 509 dient zur Einstellung des Montagespaltes für das Halbleitersubstrat 7 und damit zur Einstellung der für die Montage des Halb­ leitersubstrats benötigten Kraft. Hierdurch werden die von außen auf das Halbleitersubstrat 7 einwirkenden mechanischen Beanspruchungen und Spannungen kontrolliert und vermindert. Hierdurch kein ein Bruch des Halb­ leitersubstrats auch bei Abnahme der mechanischen Festigkeit während des Ätzvorgangs verhindert werden und somit die Produktausbeute gesteigert werden. Außerdem können mit Hilfe des Stützrings 509 auch Halbleitersub­ strate 7 mit unterschiedlichen Dicken an dem Halter befestigt werden. Die bei der Montage des Halbleitersubstrats 7 benötigten Kräfte werden kontrol­ liert durch Einstellen des Drehmoments, das zum Drehen des Rings 81 benö­ tigt wird, wenn die Klauen 811 unter die Klauen 801 greifen, wie in Fig. 17 und 18 gezeigt ist. Andernfalls kann diese Kraft kontrolliert werden, in­ dem der Montagespalt für das Halbleitersubstrat 7 geeignet eingestellt wird. Der Stützring 509 besteht aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffi­ zienten und hoher chemischer Beständigkeit. Ein geeignetes Material ist flu­ oriertes Harz. Andernfalls kann der Stützring 509 aus einem Metall, etwa rostfreiem Stahl bestehen oder einen Metallkern aufweisen, der mit fluorier­ tem Harz beschichtet ist.

Bei dem Beispiel nach Fig. 17 und 18 kann der Halter 100 aus irgendei­ nem gegenüber der Ätzlösung 17 beständigen Material bestehen und als me­ chanisches Strukturteil verwendet werden. Wenn eine basische Ätzlösung verwendet wird, sind geeignete Materialien für den Halter 100 fluoriertes Harz, Polyvinylchlorid oder rostfreier Stahl (SUS nach dem japanischen Indu­ striestandard). Wenn als Ätzlösung ein Fluorwasserstoffsäure-System verwen­ det wird, ist fluoriertes Harz ein geeignetes Material für den Halter 100. Wenn der Halter beständig gegenüber beliebigen Ätzlösungen sein soll, kann er aus rostfreiem Stahl (als Strukturteil) aufgebaut und mit fluoriertem Harz beschichtet sein.

Die Dicke des Ringes 80 und des Ringes 81 sollte so klein wie möglich sein, um die Strömung der Ätzlösung 17 möglichst wenig zu stören. In diesem Zusammenhang sollte auch die Dicke der Klauen 801, 811 der Ringe 80, 81 nicht zu groß sein. Die Ringe 80, 81 mit den Klauen 801, 811 bestehen vor­ zugsweise aus einem Metall wie etwa rostfreiem Stahl oder einem Struktur­ teil aus Metall, das mit fluoriertem Harz beschichtet ist. Unter Umständen ist jedoch Metall kein geeignetes Material für die Ringe 80, 81, weil die Ringe dann eine anziehende (oder haftende) Wirkung auf das gegenüberliegende Bauteil ausüben, falls sie selbst und die Klauen 801, 811 so gestaltet sind, daß sie eine ebene Oberfläche aufweisen. Der Halter 100 hat allgemein relativ große Abmessungen und kann deshalb je nach Größe des zu ätzenden Halblei­ tersubstrats 7 zu schwer werden, wenn er in seiner Gesamtheit aus Metall besteht. Hierdurch wird die manuelle Bedienung der Ätzvorrichtung er­ schwert, und es kann notwendig werden, mechanische Hilfsmittel wie etwa einen Roboter einzusetzen. Unter diesem Gesichtspunkt kann das Gewicht des Halters 100 verringert werden, indem der Halter aus einer Platte oder einem Blech aus rostfreiem Stahl geformt wird. In diesem Fall ist jedoch ein Biegevorgang und ein Schweißprozeß erforderlich, wodurch die Maßgenauig­ keit des Halters beeinträchtigt wird. Generell ist es deshalb bevorzugt, den Halter 100 aus einem fluoriertem Harz herzustellen, während die Befestigun­ gen wie etwa die Ringe 80, 81 durch ein Strukturteil (aus rostfreiem Stahl) gebildet werden, das mit fluoriertem Harz beschichtet ist. Solche Materialien sind hinreichend beständig gegenüber beliebigen Flüssigkeiten mit Ausnah­ me von hochschmelzenden Salzen, können präzise bearbeitet werden und zeigen nicht die oben erwähnte anziehende Wirkung oder Haftwirkung.

Allerdings können bei der oben beschriebenen Materialkombination für den Halter 100 und die Befestigungen (80, 81) insofern Probleme auftreten, als die mechanische Festigkeit und Dauerhaftigkeit des in dem Material oder Harz (nicht notwendigerweise fluoriertem Harz) ausgebildeten Innengewin­ des zu gering sein kann. Dies wird anhand der Fig. 17 erläutert. Wenn sich die Schraube oder der Bolzen 50 lockert, kommt die Ätzlösung 17 während der Ätzbehandlung unvermeidlich mit der rückseitigen Oberfläche des Halb­ leitersubstrats 7 in Berührung, so daß eine fehlerhafte Ätzung erfolgt. Dies kann wirksam dadurch verhindert werden, daß das Innengewinde in einem stabförmigen Element 51 ausgebildet wird, das in den Halter 100 eingebettet ist. Die Schraube oder der Bolzen 50 steht dann mit dem Innengewinde des Elements 51 in Gewindeeingriff. Eine Schraube 52 wird von der der Schraube 50 entgegengesetzten Seite her in das eingebettete Element 51 einge­ schraubt und gegen einen Stützring 53 angezogen, der in einer in dem Halter 100 ausgebildeten und zu dessen Rückseite offenen Nut 58 angeordnet ist. Die Form des Halters 100 kann von der gezeigten und beschriebenen Form abweichen. Fig. 22 und 23 zeigen ein Beispiel der oben erwähnten me­ chanischen Mittel zum Fördern oder Handhaben des Halters 100 während ei­ nes Ätzvorgangs. Diese mechanischen Mittel umfassen einen Handhabungsro­ boter 1000, mit dem der Halter 100 während einer Folge von Arbeitsabläufen einschließlich des Einsetzens des Halbleitersubstrats in eine Position für die Ätzbehandlung, der Ätzbehandlung des Substrats und des Spülens des geätz­ ten Substrats gehalten und bewegt wird. Der Halter 100 mit dem daran ange­ brachten Halbleitersubstrat 7 wird an einem Arm 1001 des Roboters 1000 gehalten und vor Beginn der Ätzbehandlung in eine vorgegebene Position in der Ätzlösung 17 gebracht. Nach Abschluß der Ätzbehandlung wird der Halter 100 aus der Ätzlösung 17 herausgezogen und in eine Spüllösung 41 einge­ taucht. Dabei wird der Halter 100 längs einer Bahn bewegt, die in Fig. 23 mit strichpunktierten Pfeil A, B und C angegeben ist. In diesem Fall ist es nicht unbedingt erforderlich, den Halter mit einer Befestigungsstruktur für das Einsetzen in die Innenwand des Elektrolysegefäßes 4 zu versehen. Es ge­ nügt, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind: Der Halter 100 kann wäh­ rend seiner Bewegung mit Hilfe des Roboterarms 1001 keine Schwingungen ausführen und kann auch durch die Fließbewegung der Ätzlösung nicht in Schwingungen versetzt werden, während der Halter in die Ätzlösung 17 ein­ getaucht ist und während das Halbleitersubstrat 7 geätzt wird. Dies kann bei­ spielsweise dadurch erreicht werden, daß der Halter 100 mit Bolzen und Muttern stabil am Roboterarm 1001 befestigt wird. Außerdem führt der Arm 1001 des Roboters 1000 reproduzierbar eine gesteuerte Bewegung aus, so daß der Halter 100 stets in eine vorgegebene Position in dem Elektrolysege­ fäß 4 gebracht wird.

Der oben beschriebene Roboter 1000 kann beispielsweise in den Ätzvorrich­ tungen nach Fig. 26, 27 und 31 für die in Fig. 30A (30B), 32, 33, 34 und 35 gezeigten Halter 100 verwendet werden. Außerdem kann der Roboter 1000 auch für die in Fig. 28 und 29 gezeigten Halter in einer Ätzvorrich­ tung verwendet werden, bei der der Elektrolyse-Überwachungskanal und die Elektrolysekanäle nicht relativ zu der vertikalen Ebene geneigt sind.

Die Verwendung des Roboters 1000 ist um so vorteilhafter, je größer die Ab­ messungen des Halters 100 sind. Bei Verwendung des Roboters 1000 werden die Beschränkungen hinsichtlich der Größe und des Gewichts des Halters gemildert. Diese Beschränkungen sind dann nur noch durch das Verhalten des Roboters 1000 bestimmt. Der Roboter 1000 gestattet somit eine schnelle Handhabung der in Fig. 28, 29, 30A (30B), 32, 33, 34 und 35 gezeigten Halter. Außerdem ermöglicht der Roboter 100 eine automatische Durchfüh­ rung des Ätzverfahrens, insbesondere bei Verwendung einer gefährlichen Ätzlösung.

Fig. 24 und 25 zeigen eine Anordnung, mit der der Halter 100 mit Hilfe eines Greifers 1002 manuell aus dem Elektrolysegefäß 4 entnommen werden kann. In Fig. 24 und 25 sind zur Vereinfachung der Darstellung die peri­ pheren Einrichtungen fortgelassen worden, und es sind nur die wesentlichen Teile gezeigt. Fig. 24 ist eine Frontansicht der Anordnung, und Fig. 25 zeigt eine Seitenansicht. Durch diese Anordnung werden die Schwierigkeiten überwunden, die in dem Fall auftreten, daß der Halter 100 aufgrund seines Materials, seiner Form und seiner Abmessungen schwer zu handhaben ist. Der Greifer 1002 zum Herausziehen des Halters 100 greift in die Nut 101 des Halters 100 ein und gestattet es, den Halter 100 nach Abschluß des Ätz­ vorgangs schnell aus der Ätzlösung 17 herauszuziehen. Wenn das Gewicht des Halters vergrößert wird, kann er um so leichter in die Ätzlösung eingetaucht werden, wobei der Halter aufgrund seines Eigengewichts gleitend in die in dem Elektrolysegefäß 4 ausgebildete Aufnahmestruktur einfällt.

Nachfolgend werden die Resultate erörtert, die mit dem in Fig. 17 und 18 gezeigten Halter 100 in der Ätzvorrichtung nach Fig. 15 und 16 beim Ätzen eines Halbleitersubstrats mit einem Durchmesser von 12,7 cm (5 Zoll) erzielt wurden. Für die Ätzvorrichtung galten die folgenden Spezifikationen: Die Tiefe der Ätzlösung 17 betrug 25 cm. Das Volumen der Ätzlösung 17 be­ trug etwa 7 Liter. Der Abstand zwischen der Gegenelektrode 6 und dem Halb­ leitersubstrat 7 betrug 4 cm. Der Halter 100 war unter einem Neigungswin­ kel von 10° relativ zur Vertikalen und parallel zu der Gegenelektrode 6 ange­ ordnet, so daß er die (der Gegenelektrode zugewandte) Innenwand des Elek­ trolysegefäßes 4 bildete. Das Elektrolysegefäß 4 war von dem Typ, in dem die Ätzlösung 17 gespeichert wird. Bei der Ätzlösung handelte es sich um das Hydrazinmonohydratsystem. Die Betriebstemperatur der Ätzlösung betrug 80°C. Der Halter 100 hatte die folgenden Spezifikation: Der Hauptkörper be­ stand in seiner Gesamtheit aus fluoriertem Harz. Die Höhe betrug 28,7 cm, die Breite 16,5 cm und die Dicke des oberen Teils 3 cm. Die Dicke eines Teils, an dem das Halbleitersubstrat befestigt war, betrug 2,7 cm. Der obere Ring 80 zur Befestigung des Halbleitersubstrats bestand aus rostfreiem Stahl, das mit fluoriertem Harz beschichtet war, und hatte einen Außendurchmes­ ser von 15,35 cm, einen Innendurchmesser von 14,0 cm und eine Dicke von 0,28 cm. Der untere Ring 81 zur Befestigung des Halbleitersubstrats bestand aus mit fluoriertem Harz beschichtetem rostfreien Stahl und hatte einen Au­ ßendurchmesser von 13,9 cm, einen Innendurchmesser von 1,1 cm (11 cm) und eine Dicke von 0,28 cm. Die Kontaktelektrode 130 war von der Bauart, bei der die Elektrode mit einer Feder vorgespannt war, und enthielt eine Pla­ tinelektrode, die mit einem Gehäuse aus fluoriertem Harz abgedeckt war. Lei­ tungsdrähte verliefen durch den Hauptkörper des Halters.

Mit der Ätzvorrichtung und dem Halter nach den obigen Spezifikationen wur­ den nicht weniger als 300 Halbleitersubstrate 7 einer elektrochemischen Ät­ zung unterzogen. Bei der elektrochemischen Ätzung traten keine Fehler von der Art auf, daß elektrolytische Korrosion und Korrosion durch die Ätzlösung an Teilen des Halbleitersubstrats 7 (außerhalb des zu ätzenden Bereichs) und an den elektrischen Verbindungen auftraten. Die elektrochemische Ätzung ergab eine Produktausbeute von nicht weniger als 90% für ein Produkt, bei dem etwa 400 Membranen mit einer Dicke von 9,4 ± 1 µm auf einem Halblei­ tersubstrat 7 gebildet wurden. Zum Vergleich wurde die gleiche elektroche­ mische Ätzung unter den obigen Bedingungen mit einer herkömmlichen Ätz­ vorrichtung durchgeführt, wie sie im Einleitungsteil dieser Anmeldung als Stand der Technik beschrieben wird. Hier ergaben sich zahlreiche Fehler bei der elektrochemischen Ätzung, was zu einer Erfolgsrate von 20 bis 30% führte. Für Produkte, die einer unvollständigen Ätzbehandlung unterzogen wurden, war die Ausbeute nicht höher als etwa 50%.

Hinsichtlich der Bedienbarkeit wurden durchschnittlich 3 Sekunden benö­ tigt von dem Zeitpunkt, an dem die Bedienungsperson die Nut 101 des Hal­ ters 100 mit dem Finger erfaßte, um den Halter 100 nach Herstellung der elektrischen Verbindung zu halten, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Bedie­ nungsperson den Halter 100 in die Ätzlösung eingetaucht und den Halter in den Aufnahmeteil in der Innenwand 18 des Elektrolysegefäßes eingesetzt hatte. Zusätzlich wurden im Mittel etwa 9 Sekunden benötigt zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Bedienungsperson die Nut 101 des Halters 100 mit dem Finger erfaßte, um dem Halter 100 nach Abschluß der Ätzung zu halten, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Halter 100 schnell aus dem Aufnahmebe­ reich der Innenwand 18 entnommen und in die Spüllösung eingetaucht wor­ den war.

Fig. 26 und 27 illustrieren eine siebte Ausführungsform des elektroche­ mischen Ätzverfahrens gemäß der Erfindung, daß dem Verfahren nach dem sechsten Ausführungsbeispiel ähnelt. Das Ätzverfahren wird mit einer elek­ trochemischen Ätzvorrichtung E durchgeführt, wie sie in Fig. 9 und 10 gezeigt ist, in denen nur wesentliche Teile ohne periphere Einrichtungen ge­ zeigt sind. In dieser Ausführungsform umfaßt die elektrochemische Ätzvor­ richtung E die allgemein zylindrische Trennwand 1, die fest in dem Elektro­ lysegefäß 4 angeordnet ist. Ein Elektrolyse-Überwachungskanal 2 und sieben Elektrolysekanäle 3 sind radial außerhalb der Trennwand 1 kreisförmig auf dem äußeren Umfang der zylindrischen Trennwand 1 in gleichmäßigen Ab­ ständen in Umfangsrichtung angeordnet, wie in Fig. 27 zu erkennen ist. Mit dieser Ätzvorrichtung E können acht Halbleitersubstrate 7 gleichzeitig geätzt werden. Die jeweiligen Kanäle 2, 3 haben dieselben Abmessungen und dieselbe räumliche Beziehung zu dem Strömungserzeugungsabschnitt inner­ halb der zylindrischen Trennwand 1. Jeder Kanal 2, 3 wird zwischen inneren und äußeren Seitenwänden gebildet, die relativ zur vertikalen Ebene derart geneigt sind, daß sie aufwärts leicht nach außen verlaufen. Die allgemein rechteckigen plattenförmigen Halter 100 für die jeweiligen Halbleitersubstra­ te 7 sind in die innere Wand oder Strömungsleitwand 18 eingesetzt und bil­ den die äußeren Wände der Kanäle, die den inneren Wänden gegenüberlie­ gen. An jedem Halter 100 ist ein Halbleitersubstrat 7 halten. Der Halter 100 ist so ausgebildet, daß er leicht von der Wand 18 lösbar ist. Das Halbleitersub­ strat 7 und die Gegenelektrode 6 sind parallel zueinander an dem Halter 100 bzw. der inneren Wand jedes Kanals 2, 3 befestigt. Der Halter 100 besteht aus einem gegenüber der Ätzlösung 17 hochbeständigen Material, beispielsweise einem fluorierten Harz. Der Halter 100 mit dem daran angebrachten Halblei­ tersubstrat 7 ist so ausgebildet, daß die Ätzlösung 17 nur ein zu ätzendes Ge­ biet an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 angreift, ohne die übrigen Gebiete anzugreifen. Das Halbleitersubstrat 7 und die Gegenelektrode 6 haben dieselbe Neigung relativ zur Vertikalen. Die zu ätzende Oberfläche des Halbleitersubstrats 7 ist dem in dem Kanal 2, 3 gebildeten Strömungsweg für die Ätzlösung zugewandt. Die Anzahl der Kanäle 2, 3 kann abweichend von dem gezeigten Beispiel (8 Kanäle) auch einen anderen Wert haben, wobei die Ka­ näle symmetrisch in Bezug auf die Achse der zylindrischen Trennwand 1 an­ geordnet sind.

Die Strömung der Ätzlösung 17 wird durch den Rührer 5 erzeugt, der durch den Motor 11 mit regelbarer Drehzahl angetrieben wird. Die Ätzlösung 17 strömt in der durch das Symbol ψ angegebenen Richtung durch den Strö­ mungsweg, der durch die zylindrische Trennwand 1, die Strömungsleitwand 18 und die strömungsleitende oder strömungsumlenkende Bodenwand 12 gebildet wird. Der Rührer 5 ist propellerartig ausgebildet und rotiert in einer vorgegebenen Richtung, um die Strömung der Ätzlösung 17 von den unteren Enden jedes Kanals 2, 3 in Richtung auf das obere Ende zu erzeugen. Folglich strömt die Ätzlösung 17 aufwärts durch den Zwischenraum zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und der Gegenelektrode 6, wobei die Strömung der Ätz­ lösung vorzugsweise im laminaren Strömungsbereich stattfindet. Im Hinblick auf die Steuerung der Strömung ist es bevorzugt, daß die Querschnittsfläche sämtlicher Kanäle 2, 3 zusammen generell gleich der Querschnittsfläche des übrigen Teils des Elektrolysegefäßes 4 in einer waagerechten Ebene ist. Leit­ platten oder Strömungsplatten können zusätzlich zum Gleichrichten oder Ausrichten der Strömung der Ätzlösung 17 in vertikaler Richtung vorgesehen sein, um eine gleichförmige Strömung der Ätzlösung 17 zu erzielen. Diese Leitplatten können beispielsweise im Inneren der zylindrischen Trennwand 1 angeordnet sein.

Ebenso wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen können meh­ rere Halbleitersubstrate 7 übereinander in jedem Kanal 2, 3 angeordnet sein. Ebenso können die Kanäle 2, 3 zu einem ggf. mit Leitplatten versehenen ringförmigen Kanal vereinigt sein. Die Leitplatten sind vorzugsweise jeweils zwischen zwei Paaren von Halbleitersubstraten und Gegenelektroden in verti­ kaler Richtung angeordnet, um eine stabile aufwärts gerichtete Strömung der Ätzlösung 17 zu erzielen.

Bei der obigen Ätzvorrichtung E nach Fig. 26 und 27 erfolgt die elektro­ chemische Steuerung in dem Überwachungskanal 2 im wesentlichen auf die­ selbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2.

Das elektrische Potential wird mit Hilfe einer einzigen Luggin-Kapillare 16 überwacht und mit Hilfe des Potentiostaten 8 geregelt. Bezüglich der Einzel­ heiten kann auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen wer­ den.

Auch die Betriebsweise der Ätzvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen dieselbe wie die Betriebsweise bei der Ätzvorrichtung nach Fig. 15 bis 25. Die dort beschriebenen Anordnungen sind deshalb auch bei der Vorrichtung nach Fig. 26 und 27 anwendbar. Wenn die meh­ reren Halter 100 nicht gleichzeitig angebracht oder gelöst werden können, geht man vorzugsweise so vor, daß beim Beginn des Ätzvorgangs zunächst das Halbleitersubstrat 7 für den Überwachungskanal 2 in die Ätzlösung 17 einge­ taucht wird und dann die Halbleitersubstrate für die Elektrolysekanäle 3 nacheinander in vorgegebenen Zeitintervallen in die Ätzlösung 17 einge­ taucht werden. Nach Abschluß des Ätzvorgangs werden zunächst die Halblei­ tersubstrate 7 in den Elektrolysekanälen 3 nacheinander in vorgegebenen Zeitintervallen entnommen und zuletzt das Halbleitersubstrat 7 in dem Über­ wachungskanal. Dies bedeutet, daß die Überwachung des elektrischen Poten­ tials in dem Überwachungskanal 2, mit dem auch die elektrochemische Ät­ zung der übrigen Halbleitersubstrate 7 erfolgt, solange wie möglich aufrech­ terhalten wird.

Bei dem in Fig. 26 und 27 gezeigten Beispiel sind die einzelnen Halter 100 getrennt voneinander ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, die Halter 100 zu einer einstückigen Halteanordnung zu integrieren. Ein Beispiel einer solchen Halteanordnung ist in Fig. 28 und 29 gezeigt.

In Fig. 28 und 29 weist die einstückige Halteanordnung eine Vielzahl ein­ zelner Halter 100 auf, die jeweils (mindestens) ein Halbleitersubstrat 7 tra­ gen. Die Halteanordnung nach diesem Beispiel ist für eine Ätzvorrichtung vor­ gesehen, bei der der Elektrolyse-Überwachungskanal 2 und die Elektrolysek­ anäle 3 vertikal verlaufen. Die Halteanordnung weist Tragarme 103, 104 für die Halter 100 sowie Verbindungsarme 102 zum Verbinden der Halter 100 untereinander auf. Ein Griff 106 ist fest an dem Tragarm 104 angebracht, so daß die Halteanordnung bewegt werden kann, während sie an dem Griff 106 hängt. Die Leitungsdrähte 9, über die ein elektrisches Potential angelegt wird, verlaufen durch das Harzmaterial der Halter 100 und sind somit gegen die Ätzlösung geschützt. Im gezeigten Beispiel sind die Leitungsdrähte 9 nach oben aus jedem Halter 100 herausgeführt. Die Leitungsdrähte 9 können je­ doch auch durch den Halter 100 verlaufen und über die Tragarme 103, 104 herausgeführt werden oder durch den Tragarm 103 verlaufen und am Griff 106 herausgeführt werden. Weiterhin können die Leitungsdrähte 9 auch durch den Arm 1001 des in Fig. 22 und 23 gezeigten Roboters 1000 ver­ laufen. Im Fall der einstückigen Halteanordnung nach Fig. 28 und 29 ist es zweckmäßig, die Halteanordnung mit Hilfe des Roboters 1000 zu bewe­ gen, so daß ein größeres Gewicht der Halteanordnung zugelassen werden kann als bei manueller Bedienung.

Fig. 30 und 31 zeigen ein weiteres Beispiel der einstückigen Halteanord­ nung, die derjenigen nach Fig. 28 und 29 ähnelt, mit dem Unterschied, daß die Halter 100 mit einer Ätzvorrichtung E kompatibel ist, bei der die Ka­ näle 2, 3 relativ zur Vertikalen geneigt sind. Die Halteanordnung nach diesem Beispiel weist ausfahrbare Tragarme 1041 auf, die fest an einer zentralen Platte 1042 angebracht sind. Jeder Halter 100 ist durch einen Tragarm 103 fest mit dem Tragarm 1041 verbunden. Die Halteanordnung nach diesem Bei­ spiel kann zweckmäßig in dem Fall eingesetzt werden, daß jeder zwischen dem Halbleitersubstrat 7 und der Gegenelektrode 6 definierte Kanal 2, 3 eine geringe Breite hat, so daß es nicht möglich wäre, die Halteanordnung mit Hilfe des Griffes 106 nach oben abzuziehen, weil die unteren Bereiche jedes geneigten Halters 100 aufgrund des Neigungswinkels mit der die Gegenelek­ trode 6 tragenden gegenüberliegenden Wand in Berührung käme.

Bei diesem Beispiel können durch Verwendung der ausfahrbaren Tragarme 1041 die jeweiligen Halter 100 nach außen bewegt werden, so daß sich der Außendurchmesser der Halteanordnung während des Anhebens vergrößert und folglich die Halteanordnung unbehindert nach oben aus dem Elektrolyse­ gefäß 4 herausgezogen werden kann, ohne daß Teile der Halteanordnung oder der Substrate an Teilen des Elektrolysegefäßes 4 anstoßen. Diese An­ ordnung ermöglicht oder erleichtert die Verwendung geneigter Halter 100 in einer Ätzvorrichtung mit engen Kanälen 2, 3.

Die einstückigen Halteanordnungen nach Fig. 28 bis 31 sind sehr zweck­ mäßig zum gleichzeitigen Ätzen einer Vielzahl von Halbleitersubstraten.

Fig. 32 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elek­ trochemischen Ätzverfahrens ähnlich demjenigen nach Fig. 15 und 16. Dieses Ätzverfahren wird mit einer Ätzvorrichtung E durchgeführt, die in Fig. 32 gezeigt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind nur die wesentli­ chen Teile ohne periphere Einrichtungen gezeigt. Die Ätzvorrichtung nach diesem Beispiel entspricht allgemein derjenigen nach Fig. 15 und 16, mit dem Unterschied, daß die Halter 100 in den Kanälen 2, 3 angeordnet sind. Im speziellen Beispiel sind fünf Halter 100 vorgesehen, die jeweils (mindestens) ein Halbleitersubstrat 7 tragen und den entsprechenden fünf Gegenelektroden 6 gegenüberliegen. Bezüglich der Erzeugung der Strömung der Ätzlösung 17 mit Hilfe des Rührers 5 und bezüglich der Temperaturrege­ lung und der elektrochemischen Steuerung der Ätzvorrichtung kann auf die vorherigen Ausführungsbeispiele, insbesondere die nach Fig. 15 und 16 verwiesen werden. Die Ätzvorrichtung nach diesem Beispiel ist kompakter als diejenige nach Fig. 26 und 27, und sie kann durch eine Bedienungsper­ son von einer einzigen Seite aus bedient werden. Andererseits hat die Vor­ richtung nach Fig. 26 und 27 gewisse Vorteile hinsichtlich der Gleichför­ migkeit der Strömung der Ätzlösung in den Kanälen 2, 3.

In dem Beispiel nach Fig. 32 sind separate Halter 100 vorgesehen. Die Hal­ ter 100 können jedoch auch in eine einstückige Halteanordnung integriert sein, wie in Fig. 33 und 34 gezeigt ist. Bei dem in Fig. 33 und 34 ge­ zeigten Beispiel der Halteanordnung sind die vier Halter 100 für die jeweili­ gen Halbleitersubstrate 7 durch Verbindungsarme 102 und die Tragarme 103, 104 fest miteinander verbunden. Zusätzlich ist ein Griff 105 an der Hal­ teanordnung vorgesehen, so daß die Halteanordnung mit Hilfe des Griffes 105 bewegt werden kann. Die Verwendung einer solchen einstückigen Halte­ anordnung macht es möglich, eine Vielzahl von Halbleitersubstraten gleich­ zeitig zu ätzen und dadurch die Produktivität bei der Ätzbehandlung be­ trächtlich zu steigern. Es ist zweckmäßig, die einstückige Halteanordnung nach Fig. 33 und 34 mit Hilfe des Roboters 1000 zu bewegen, so daß ein größeres Gewicht und größere Abmessungen für jeden einzelnen Halter 100 zugelassen werden können.

Fig. 35 und 36 zeigen ein weiteres Beispiel einer einstückigen Haltean­ ordnung, die derjenigen nach Fig. 33 und 34 ähnelt, mit dem Unter­ schied, daß die Gegenelektroden 6 ebenfalls in der Halteanordnung montiert sind. Die Halteanordnung nach diesem Beispiel kann in der Ätzvorrichtung nach Fig. 32 oder ähnlichen Ätzvorrichtungen verwendet werden. Jede Ge­ genelektrode 6 ist an einer Installationsplatte 301 angebracht. Fünf Installa­ tionsplatten 301 für die Gegenelektroden sind durch einen Verbindungsarm 302 fest miteinander verbunden, und sie sind außerdem fest mit den Haltern 100 verbunden, die die Halbleitersubstrate 7 tragen. Auf diese Weise wird ei­ ne einstückige Halteanordnung gebildet.

Diese Anordnung ist zweckmäßig, wenn die Ätzlösung von der Art ist, daß während des Ätzvorgangs Ablagerungen auf der Oberfläche der Gegenelektro­ de gebildet werden, so daß ein häufiges Spülen der Gegenelektrode erforder­ lich ist. Ebenso ist die Verwendung dieser Halteanordnung zweckmäßig, wenn das Ätzlösungssystem zu einem hohen Verschleiß an der Gegenelektro­ de führt, so daß die Gegenelektroden häufig überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden müssen.

Die Installationsplatten 301 für die Gegenelektroden können fest mit den Haltern 100 für die Halbleitersubstrate 7 verbunden sein, so daß ein starrer Verbund geschaffen wird. Die Gegenelektroden 6 und die Halbleitersubstrate 7 werden dann simultan installiert oder gelöst oder bewegt. Andernfalls kön­ nen Installationsplatten 301 für die Gegenelektroden und die Halter 100 von­ einander getrennt sein, so daß sie je nach Bedarf unabhängig voneinander ge­ handhabt werden können. Wenn beispielsweise die Installationsplatten 301 für die Gegenelektroden nicht gewaschen zu werden brauchen, werden diese Installationsplatten im Elektrolysegefäß 4 zurückgelassen, und es werden nur die Halter 100 für die Halbleitersubstrate 7 entnommen und wieder einge­ setzt. Auch die Halteanordnung nach Fig. 35 und 36 wird zweckmäßiger­ weise mit Hilfe des Roboters 1000 gehandhabt.

Durch die vorliegende Erfindung, insbesondere die Ausführungsbeispiele nach Fig. 16 bis 36 wird die Reproduzierbarkeit der Ätzbehandlung ver­ bessert. Es wird nicht nur eine Beschädigung der Halbleitersubstrate verhin­ dert, sondern auch verhindert, daß die Ätzlösung verunreinigt oder un­ brauchbar gemacht wird. Darüber hinaus wird durch das erfindungsgemäße Ätzverfahren eine höhere Qualität der Produkte, ein einheitlicher Prozeßab­ lauf und damit eine gleichbleibende Qualität der Produkte und eine hohe Pro­ duktivität ermöglicht, so daß das Verfahren für die Massenherstellung von Halbleiterelementen geeignet ist. Durch Verwendung des Halters für die Halbleitersubstrate wird es ermöglicht oder erleichtert, die Halbleitersub­ strate präzise in einer vorgegebenen Position für die elektrochemische Ätz­ behandlung anzuordnen, wodurch die Produktivität und die Reproduzierbar­ keit der Produkte verbessert wird. Dies gilt selbst dann, wenn der Abstand zwischen den zu ätzenden Halbleitersubstraten (die als Arbeitselektrode die­ nen) und den Gegenelektroden sehr klein ist.

Claims (46)

1. Verfahren zum elektrochemischen Ätzen eines Halbleitersubstrats (7), das erste und zweite Halbleiterschichten (S2, S1) von unterschiedlichem Leitfähig­ keitstyp aufweist, bei dem eine ein Muster bildende Maske (m3) auf der Oberflä­ che der ersten Halbleiterschicht (S2) angeordnet ist, das Halbleitersubstrat (7) und eine Gegenelektrode (6) in eine Ätzlösung (17) eintauchen und ein elektri­ sches Potential derart zwischen dem Halbleitersubstrat (7) und der Gegenelek­ trode (6) angelegt wird, daß selektiv die erste Halbleiterschicht geätzt wird, so daß eine Unebenheit in der Oberfläche des Halbleitersubstrats erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (7) und die Gegenelektro­ de (6) stationär an einander gegenüberliegenden Oberflächen erster und zweiter Wände montiert werden, die allgemein parallel zueinander und in Abstand zu­ einander angeordnet sind und zwischen sich ein Strömungsgebiet für die Ätzlö­ sung (17) bilden, und daß die Ätzlösung (17) mit einer über die Fläche des Halb­ leitersubstrats (7) im wesentlichen gleichförmigen Strömungsgeschwindigkeit in einer Richtung (ψ) parallel zu den einander gegenüberliegenden Oberflächen der ersten und zweiten Wände durch das Strömungsgebiet hindurchgeleitet wird.

2. Ätzverfahren nach Anspruch 1, bei dem ein die beiden Wände bildendes Ge­ fäß (4) mit der Ätzlösung (17) gefüllt wird und die Strömung der Ätzlösung (17) in einem Strömungserzeugungsabschnitt erzeugt wird, der außerhalb des durch die parallelen Wände begrenzten Strömungsgebietes liegt und mit diesem strö­ mungsmäßig verbunden ist.

3. Ätzverfahren nach Anspruch 2, bei dem der Strömungserzeugungsabschnitt durch eine Trennwand (1) von dem durch die parallelen Wände begrenzten Strö­ mungsgebiet getrennt ist.

4. Ätzverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Stärke der Strömung der Ätzlö­ sung in dem Strömungserzeugungsabschnitt gesteuert wird, um die Fließbedin­ gungen der Ätzlösung in dem durch die gegenüberliegenden Wände begrenzten Strömungsgebiet zu kontrollieren.

5. Ätzverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Ätzlösung (17) parallel durch mehrere Kanäle (2, 3) von ähnlicher Form geleitet wird, die jeweils ein durch ge­ genüberliegende Wände begrenztes Strömungsgebiet bilden und an deren Wänden jeweils gegenüberliegend zueinander mindestens ein Halbleitersubstrat (7) und eine Gegenelektrode (6) angeordnet werden.

6. Ätzverfahren nach Anspruch 5, bei dem das elektrische Potential an wenig­ stens einem Halbleitersubstrat (7) überwacht wird und das an die übrigen Halb­ leitersubstrate und die entsprechenden Gegenelektroden angelegte elektrische Potential anhand des überwachten elektrischen Potentials gesteuert wird.

7. Ätzverfahren nach Anspruch 1, bei dem die einander gegenüberliegenden Oberflächen der das Strömungsgebiet begrenzenden Wände relativ zur Vertika­ len geneigt sind.

8. Ätzverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ätzlösung (17) aufwärts durch das durch die gegenüberliegenden Wände begrenzte Strömungsgebiet geleitet wird.

9. Ätzverfahren nach Anspruch 5, bei dem die Strömung der Ätzlösung in ei­ nem zentralen Teil des Gefäßes (4) erzeugt wird, die Kanäle (2, 3) um den Strö­ mungserzeugungsabschnitt herum angeordnet sind und die in dem Strömungs­ erzeugungsabschnitt erzeugte Strömung der Ätzlösung an gekrümmten Oberflä­ chen einer Bodenwand (12) in die Strömungsgebiete in den einzelnen Kanälen (2, 3) umgelenkt wird.

10. Ätzverfahren nach Anspruch 1, bei dem das Halbleitersubstrat (7) an einem Halter (100) montiert und der Halter (100) in einer vorgegebenen Position an der das Strömungsgebiet für die Ätzlösung begrenzenden Wand angebracht wird.

11. Ätzverfahren nach Anspruch 10, bei dem eine Oberfläche des Halbleitersub­ strats (7), die der zu ätzenden Oberfläche desselben entgegengesetzt ist, gegenü­ ber der Ätzlösung (17) abgedichtet wird.

12. Ätzverfahren nach Anspruch 10, bei dem der Halter (100) mit Hilfe von me­ chanischen Handhabungsmitteln (1000) in die Ätzlösung (17) eingetaucht und nach erfolgter Ätzung wieder aus der Ätzlösung herausgezogen wird.

13. Ätzverfahren nach Anspruch 10, bei dem das Halbleitersubstrat (7) über ei­ ne in dem Halter (100) angeordnete Anschlußeinrichtung (130) elektrisch mit einem Leitungsdraht (9) verbunden wird.

14. Ätzverfahren nach Anspruch 10, bei dem die Gegenelektrode (6) unmittelbar oder mittelbar mit Hilfe einer Befestigungseinrichtung (301) an dem Halter (100) befestigt wird.

15. Ätzverfahren nach Anspruch 10, bei dem die Halbleitersubstrate (7) und/ oder die Gegenelektroden (6) an mehreren Haltern (100) gehalten werden.

16. Ätzverfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Halter (100) und die Befestigungseinrichtungen allgemein parallel zueinander und in vorgegebenen Abständen angeordnet werden.

17. Ätzverfahren nach Anspruch 15, bei dem die Halter (100) und die Befesti­ gungseinrichtungen allgemein kreisförmig in vorgegebenen Abständen angeord­ net werden.

18. Ätzverfahren nach Anspruch 15, bei dem die Halter (100) und die Befesti­ gungseinrichtungen gleichzeitig in die Ätzlösung (17) eingetaucht und aus dieser herausgezogen werden.

19. Ätzverfahren nach Anspruch 16, bei dem die Halter (100) und die Befesti­ gungseinrichtungen jeweils relativ zu einer vertikalen Ebene geneigt werden.

20. Ätzverfahren nach Anspruch 11, bei dem eine die zweite Oberfläche des Halbleitersubstrats kontaktierende Kontaktelektrode (130) so angebracht wird, daß sie gegenüber der Ätzlösung (17) isoliert ist.

21. Ätzverfahren nach Anspruch 10, bei dem mehrere Halter (100) für Halblei­ tersubstrate (7) vorgesehen werden, die Halter (100) allgemein kreisförmig in vorgegebenen Abständen und relativ zur Vertikalen geneigt angeordnet werden und die einzelnen Halter (100) jeweils mit Hilfe eines in seiner Länge ausziehba­ ren Tragarms (1041) an einer gemeinsamen Tragstruktur für sämtliche Halter gehalten werden.

22. Ätzverfahren nach Anspruch 10, bei dem an dem Halter (100) ein Mechanis­ mus installiert wird, durch den eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleitersubstrat (7) und einem Leitungsdraht (9) hergestellt wird, wenn das Halb­ leitersubstrat an dem Halter (100) angebracht wird.

23. Ätzverfahren nach Anspruch 20, bei dem die Kontaktelektrode (130) gegen­ über der Ätzlösung (17) isoliert wird.

24. Ätzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorste­ henden Ansprüche, mit:
ersten und zweiten Wänden, die allgemein parallele und einander in Ab­ stand gegenüberliegende Oberflächen aufweisen, zwischen denen ein Strö­ mungsgebiet für eine Ätzlösung (17) gebildet wird,
einer an der Oberfläche der zweiten Wand montierten Gegenelektrode (6),
Mitteln zum Umwälzen der Ätzlösung (17) in dem Strömungsgebiet in einer Richtung im wesentlichen parallel zu den einander gegenüberliegenden Oberflä­ chen der ersten und zweiten Wände und
Mitteln zum Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen der Gegenelek­ trode (6) und einem an der ersten Wand zu montierenden Halbleitersubstrat (7),
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wand zur stationären Aufnahme des Halbleitersubstrats (7) ausgebildet ist und daß die ersten und zweiten Wän­ de Teile der Wandung eines Kanals (2) bilden, dessen Breite im Verhältnis zum Abstand der ersten und zweiten Wände hinreichend groß zur Erzielung der gleichförmigen Strömungsgeschwindigkeit ist.

25. Ätzvorrichtung nach Anspruch 24, mit:
einem Gefäß (4), das mit der Ätzlösung (17) gefüllt ist und die ersten und zweiten Wände bildet und
Mitteln (5) zum Erzeugen einer Strömung der Ätzlösung (17) in dem Gefäß (4), welche Strömungserzeugungsmittel strömungsmäßig mit dem durch die pa­ rallelen Wände begrenzten Strömungsgebiet verbunden sind.

26. Ätzvorrichtung nach Anspruch 25, mit einer zwischen dem Strömungser­ zeugungsabschnitt und dem durch die parallelen Wände begrenzten Strömungs­ gebiet in dem Gefäß (4) angeordneten Trennwand (1).

27. Ätzvorrichtung nach Anspruch 25, mit Mitteln (11) zur Steuerung der Stär­ ke der mit den Strömungserzeugungsmitteln (5) erzeugten Strömung der Ätzlösung (17).

28. Ätzvorrichtung nach Anspruch 24, mit:
mehreren einander in ihrer Form ähnelnden Kanälen (2, 3), deren gegenü­ berliegende Wände jeweils ein Strömungsgebiet für die Ätzlösung (17) bilden und jeweils mindestens ein Halbleitersubstrat (7) und eine zugehörige Gegenelektro­ de (6) tragen.

29. Ätzvorrichtung nach Anspruch 28, mit Mitteln (16) zur Überwachung des elektrischen Potentials an wenigstens einem Halbleitersubstrat (7) und Mitteln (8) zur Steuerung des an die übrigen Halbleitersubstrate (7) und die zugehörigen Gegenelektroden (6) angelegten elektrischen Potentials anhand des überwachten Potentials.

30. Ätzvorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Oberflächen der ersten und zweiten Wände relativ zur Vertikalen geneigt sind.

31. Ätzvorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Mittel (5) zur Erzeugung der Strömung der Ätzlösung (17) eine aufwärts gerichtete Strömung zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der ersten und zweiten Wände erzeugen.

32. Ätzvorrichtung nach Anspruch 28, bei der ein Strömungserzeugungsab­ schnitt, in dem die Strömung der Ätzlösung (17) erzeugt wird, auf einen zentra­ len Bereich des Gefäßes (4) begrenzt ist, die Kanäle (2, 3) um den Strömungser­ zeugungsabschnitt herum angeordnet sind und eine unterhalb des Strömungs­ erzeugungsabschnitts angeordnete Bodenwand (12) eine Oberfläche aufweist, die derart gekrümmt ist, daß die Ätzlösung aus dem Strömungserzeugungsab­ schnitt in die Kanäle (2, 3) umgelenkt wird.

33. Ätzvorrichtung nach Anspruch 24, mit einem in einer vorgegebenen Position an der Oberfläche der ersten Wand angeordneten Halter (100) für das Halbleiter­ substrat (7).

34. Ätzvorrichtung nach Anspruch 33, bei der die zweite Oberfläche des Halblei­ tersubstrats (7), die der zu ätzenden Oberfläche gegenüberliegt, gegenüber der Ätzlösung (17) isoliert ist.

35. Ätzvorrichtung nach Anspruch 33, mit Mitteln (1000) zum Bewegen des Hal­ ters (100) beim Eintauchen desselben in die Ätzlösung und beim Herausziehen aus der Ätzlösung.

36. Ätzvorrichtung nach Anspruch 33, bei der der Halter (100) mit einer Ein­ richtung (130) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Lei­ tungsdraht (9) versehen ist.

37. Ätzvorrichtung nach Anspruch 33, bei der die Gegenelektrode (6) und/oder eine Befestigungseinrichtung (301) für die Gegenelektrode an dem Halter (100) angebracht ist.

38. Ätzvorrichtung nach Anspruch 33, mit mehreren Haltern (100) für die Halb­ leitersubstrate (7) und/oder die Gegenelektroden (6).

39. Ätzvorrichtung nach Anspruch 38, bei der die Halter (100) im wesentlichen parallel zueinander in vorgegebenen Abständen angeordnet sind.

40. Ätzvorrichtung nach Anspruch 38, bei der die Halter (100) im wesentlichen kreisförmig in vorgegebenen Abständen angeordnet sind.

41. Ätzvorrichtung nach Anspruch 38, mit einer Vorrichtung (102, 103, 104, 106) zum gleichzeitigen Bewegen der Halter (100) relativ zu der Ätzlösung (17).

42. Ätzvorrichtung nach Anspruch 39, bei der jeder der Halter (100) relativ zur Vertikalen geneigt ist.

43. Ätzvorrichtung nach Anspruch 34, mit einer die zweite Oberfläche des Halb­ leitersubstrats (7) kontaktierenden Kontaktelektrode (130), die gegenüber der Ätzlösung (17) isoliert ist.

44. Ätzvorrichtung nach Anspruch 33, mit einer Halteanordnung, die mehrere im wesentlichen kreisförmig in vorgegebenen Abständen angeordnete und relativ zur Vertikalen geneigte Halter (100) aufweist, die zu einer einstückigen Struktur miteinander verbunden sind, wobei die einzelnen Halter an in Richtung ihrer Länge ausziehbaren Tragarmen (1041) gehalten sind.

45. Ätzvorrichtung nach Anspruch 33, mit einem Mechanismus (130), der das Halbleitersubstrat (7) elektrisch mit einem Leitungsdraht (9) verbindet, wenn das Halbleitersubstrat an dem Halter (100) angebracht wird.

46. Ätzvorrichtung nach Anspruch 43, mit Mitteln zum Isolieren der Kontakte­ lektrode (130) gegenüber der Ätzlösung.