DE19707484A1 - Chemisches Bad - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf chemisches Bad des Über­ lauftyps und insbesondere auf ein chemisches Bad, in dem ein inneres Bad eine Mehr­ zahl von Löchern in seinen oberen Seitenwänden umfaßt. In diesem chemischen Bad fließt eine flüssige Chemikalie über den oberen Rand jeder Seitenwand des inneren Bads, während sie gleichzeitig auch durch die Löcher fließt, wodurch ein Unterschied in den Ätzraten einzelner Halbleiterscheiben, die sich in der flüssigen Chemikalie befin­ den, beträchtlich verringert wird.

Bei Halbleiterherstellungsverfahren können Ätzverfahren auf zwei Weisen durch­ geführt werden: das eine Verfahren ist ein flüssiges Ätzverfahren, das eine flüssige Chemikalie verwendet; das andere Verfahren ist ein Trockenätzverfahren, das ein Gas verwendet. Das erste Verfahren umfaßt Immersionsätzverfahren und Sprühätzverfahren, während das letztere Plasmaätzen, Ionenstrahlätzen und reaktives Ionenätzen umfaßt.

Bei dem Immersionsätzverfahren werden, wenn die Halbleiterscheiben, auf de­ nen isolierende Schichten abgeschieden sind, in einer flüssigen Chemikalie in einem inneren Bad eingetaucht werden, die isolierenden Schichten bis zu einer vorgegebenen Tiefe geätzt. In diesem Fall wird die flüssige Chemikalie kontinuierlich durch ein Zirku­ lationssystem dem inneren Bad zugeführt und fließt über den oberen Rand jeder Seiten­ wand des inneren Bades über. Somit ist es möglich, die Ätzrate für die Halbleiterschei­ ben zu erhöhen und zu verhindern, daß sie von durch Ätzen erzeugten Restbeständen, die auf der Oberfläche der flüssigen Chemikalie schwimmen, kontaminiert werden.

Fig. 2 zeigt das Schema eines typischen chemischen Überlaufbads nach dem Stand der Technik. Wie in dieser Figur gezeigt, wird die Chemikalie 15 durch eine Versorgungsröhre 13, die mit dem Boden eines inneren Bads 11 verbunden ist, in das rechtwinklige, innere Bad 11 geführt. Die kontinuierlich zugeführte Chemikalie 15 fließt über den oberen Rand jeder der Seitenwände des inneren Bades, und die übergelaufene Chemikalie 15 wird durch eine Entsorgungsröhre 19, die mit dem Boden eines äußeren Bades 17, das das innere Bad 11 umgibt, entsorgt. Die entsorgte Chemikalie 15 wird dann nach Durchgang durch eine Pumpe und durch ein Filter, die in dieser Figur nicht gezeigt sind, über ein Zirkulationssystem wieder dem inneren Bad 11 zugeführt.

In einem solchen chemischen Bad 10 ist ein Paar horizontaler Balanceausgleichs­ vorrichtungen 18 an beiden Seiten des äußeren Bads 17 angeordnet, um einen horizonta­ len Balancemechanismus zu bilden.

Die Arbeitsweise des derart aufgebauten Bads 10 ist wie folgt.

Die flüssige Chemikalie 15 wird durch die Versorgungsröhre 13 kontinuierlich mit einem gleichmäßigen Betrag von 10 bis 12 l/min in das rechtwinklige, innere Bad 11 des chemischen Bads 10 geführt. Folglich fließt die Chemikalie 15 über den oberen Rand jeder Seitenwand des inneren Bads 11 und wird durch die Entsorgungsröhre 19 des äußeren Bads 17 entsorgt. Die entsorgte Chemikalie 15 wird nach dem Durchgang durch die nicht gezeigte Pumpe und das nicht gezeigte Filter wieder der Versorgungsröhre 13 des inneren Bads 11 zugeführt.

Robotereinspannfutter 23, die die Halbleiterscheiben 21 mit den darauf abge­ schiedenen Schichten halten, werden abgesenkt, und die Halbleiterscheiben 21 werden in die Chemikalie 15 des inneren Bads 11 eingetaucht, wodurch das Abätzen der abge­ schiedenen Schichten beginnt.

Ein solcher Ätzvorgang wird fortgeführt, bis die Schicht eine vorgegebene Dicke besitzt. Wenn die vorgegebene Dicke erreicht ist, werden die Robotereinspannfutter 23 angehoben, und die Halbleiterscheiben 21 kommen aus der Chemikalie 15.

Als nächstes werden die von dem Robotereinspannfutter 23 weiter bewegten Halbleiterscheiben 21 unter Verwendung von deionisiertem Wasser mittels eines typi­ schen Waschverfahrens gewaschen. Auf diese Weise wird das Ätzen der Halbleiter­ scheiben beendet.

Bei diesem Verfahren ist es jedoch fast unmöglich, die horizontale Balance des inneren Bads 11 zu halten. Aus diesem Grund ist, wenn zum Beispiel die rechte Seiten­ wand des inneren Bads 11 geringfügig niedriger als die linke Seitenwand ist, die Menge der über den oberen Rand der rechten Seitenwand des inneren Bads fließenden Chemika­ lie 15 größer als die der über den oberen Rand der linken Seitenwand fließenden Chemi­ kalie 15. Wohingegen, wenn die rechte Seitenwand des inneren Bads 11 übermäßig viel niedriger als die linke Seitenwand ist, die Chemikalie 15 über den oberen Rand der rechten Seitenwand des inneren Bads fließt, während keine Chemikalie 15 über den oberen Rand der linken Seitenwand fließt.

In diesem Zustand wird unvermeidlich ein Unterschied in den Ätzraten zwischen den Halbleiterscheiben 21 auf beiden Seiten des Bads erzeugt, so daß die am weitesten rechts befindlichen Halbleiterscheiben stärker geätzt werden als die am weitesten links befindlichen.

Es ist also der Betrag der auf der linken und rechten Seite überfließenden Chemi­ kalie 15 unterschiedlich, wenn nicht eine exakte horizontale Balance des inneren Bads 11 gehalten wird, was es schwierig macht, eine gleichmäßige Ätzrate für die gesamten Halbleiterscheiben 21 zur erhalten, wodurch die Zuverlässigkeit des Ätzvorgangs redu­ ziert wird.

Folglich muß der Prozeßingenieur häufig überprüfen, ob sich das innere Bad im Zustand der horizontalen Balance befindet, indem er während der gesamten Durchfüh­ rungszeit des Ätzvorgangs ein Abgleichinstrument verwendet, und, wenn sich das innere Bad nicht im Zustand der horizontalen Balance befindet, müssen Schrauben der horizon­ talen Balanceeinstellungsvorrichtung 18 eingestellt werden, um die horizontale Balance zu erhalten.

Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, ein chemisches Bad zu schaffen, bei dem das innere Bad Löcher in seinen Seitenwänden besitzt, um die Differenz in der Ätzrate einzelner Halbleiterschei­ ben zu verringern, die durch die Positionsdifferenz der in der Chemikalie in dem inne­ ren Bad eingetauchten Halbleiterscheiben verursacht wird, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Ätzvorgangs führt.

Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch das in den beigefügten Patentansprüchen definierte chemische Bad gelöst.

Insbesondere wird entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Löchern in vorgegebenen Positionen mit regelmäßigen Zwischenräumen dazwischen in jeder Seitenwand des inneren Bads des chemischen Bads des Überlauftyps geformt, wobei sie zwischen den oberen Bereichen der in der Chemikalie des inneren Bads ein­ zutauchenden Halbleiterscheiben und dem oberen Rand des inneren Bads angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt ein Schema des chemischen Bads nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Schema eines typischen chemischen Bads des Überlauftyps nach dem Stand der Technik.

Im folgenden wird das chemische Bad nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Schema dieses chemischen Bads, wobei Teile, die den zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen entsprechen, der Vereinfachung der Be­ schreibung halber mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Mehrzahl von Löchern 33 in der Seitenwand des rechtwinkligen, inneren Bads 31 mit regelmäßigen Zwischenabständen dazwischen angeordnet, wobei diese zwischen den oberen Bereichen der Halbleiterscheiben 21, die in der flüssigen Chemikalie 15 des inneren Bades 31 eingetaucht sein sollen, und dem oberen Rand des inneren Bades an­ geordnet sind. Der Aufbau des chemischen Bads ist fast identisch mit dem der Fig. 2, wenn man von den Löchern 33 absieht, die auf gegenüberliegenden Seitenwänden auf die gleiche Weise geformt sind.

Alle Löcher 33 sind höher angeordnet als der obere Bereich der Halbleiterschei­ ben 21, die in der Chemikalie 15 in dem inneren Bad 31 eingetaucht sind. Hinsichtlich des Aufbaus des inneren Bads 31 beträgt der Abstand zwischen dem oberen Bereich der Halbleiterscheiben 21 und dem oberen Rand des inneren Bads 31 ungefähr 2 cm, und die Löcher 33 sind an beliebigen Position innerhalb der 2 cm von dem oberen Rand des inneren Bads 31 aus geformt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Löcher 33 zum Beispiel an beliebigen Position im Abstand von 1 cm von dem oberen Rand des inneren Bads 31 geformt. Weiterhin sind die Löcher 33 in einer vorgegebenen Form geformt, zum Beispiel sind sie rund mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm und vorzugsweise von 4 mm, und die Anzahl dieser Löcher 33 beträgt zum Beispiel 125. Die Anzahl und der Durchmesser der Löcher können in Abhängigkeit von dem Durchfluß der Chemika­ lie 15 geändert werden.

Die Arbeitsweise dieses chemischen Bads 30 wird im folgenden beschrieben.

Die flüssige Chemikalie 15 wird durch die Versorgungsröhre 13 kontinuierlich mit einem gleichmäßigen Betrag von 10 bis 12 l/min und vorzugsweise von 12 l/min in das rechtwinklige, innere Bad 31 des chemischen Bads 30 geführt. Folglich fließt die Chemikalie 15 über den oberen Rand jeder Seitenwand des inneren Bads 31, während sie auch durch die runden Löcher 33 mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm und vor­ zugsweise von 4 mm fließt, und wird durch die Entsorgungsröhre 19 des äußeren Bads 17 entsorgt. Die entsorgte Chemikalie 15 wird nach dem Durchgang durch die nicht gezeigte Pumpe und das nicht gezeigte Filter wieder der Versorgungsröhre 13 des inne­ ren Bads 31 zugeführt.

Robotereinspannfutter 23, die Halbleiterscheiben 21 mit darauf abgeschiedenen Schichten halten, werden abgesenkt, und die Halbleiterscheiben 21 werden in die Che­ mikalie 15 des inneren Bads 31 eingetaucht, wodurch das Abätzen der abgeschiedenen Schichten beginnt.

Wenn jetzt die rechte Seitenwand des inneren Bades etwas stärker nach unten geneigt ist als die linke Seitenwand, fließt die Chemikalie 15 des inneren Bads 31 über den oberen Rand der rechten Seitenwand und fließt nicht über den oberen Rand der linken Seitenwand, und die Chemikalie 15 wird gleichzeitig auch durch die Löcher 33, die in beiden Seitenwänden des inneren Bads 31 geformt sind, in das äußere Bad 17 geführt.

Zusätzlich wird also, auch wenn die rechte Seitenwand des inneren Bads 31 tiefer angeordnet ist als die linke Seitenwand, wobei die Neigung aber nicht 1 cm über­ steigt, die Chemikalie 15 durch die Löcher 33, die in beiden Seitenwänden des inneren Bads 31 geformt sind, in das äußere Bad 17 geführt, wobei sie auch über den oberen Rand der rechten Seitenwand des inneren Bads 31 fließt.

Wenn folglich die Menge der über die rechte Seitenwand fließenden Chemikalie größer ist als die Menge der über die linke Seitenwand fließenden Chemikalie, so ist der Unterschied wesentlich geringer als im Falle des inneren Bads 11 nach dem Stand der Technik der Fig. 2.

Wenn jedoch die Neigung der rechten Seitenwand mehr als 1 cm tiefer ist als die der linken Seitenwand, fließt die Chemikalie 15 in dem inneren Bad über den oberen Rand der rechten Seitenwand und geht auch durch die Löcher 33 in der rechten Seiten­ wand, während sie nicht durch die Löcher 33 in der linken Seitenwand geht. Daher wird die Menge der durch die rechte Seitenwand fließenden Chemie stark unterschiedlich von der durch die linke Seitenwand des inneren Bads 31 fließenden Chemikalie, wie im Stand der Technik.

In diesem Beispiel sind die Löcher 33 an Punkten innerhalb von 1 cm von dem oberen Rand der Seitenwand angeordnet. Der mögliche Betrag der Neigung kann geän­ dert werden, indem die Löcher an Punkten innerhalb von 2 cm des oberen Rands der Seitenwand angeordnet werden.

Folglich wird, wenn nicht eine der beiden Seitenwände stärker als ein vorgegebe­ ner Betrag nach unten geneigt ist als die andere, der Unterschied der Menge der durch die beiden Seitenwände des inneren Bads fließenden Chemikalie im Vergleich mit dem Stand der Technik beachtlich verringert, wodurch der Unterschied in der Ätzrate der Halbleiterscheiben verringert wird.

Der Ätzvorgang wird fortgeführt, bis jede Schicht eine vorgegebene Dicke be­ sitzt. Wenn die vorgegebene Dicke erreicht ist, werden die Robotereinspannfutter 23 angehoben, und die Halbleiterscheiben 21 kommen aus der Chemikalie 15.

Als nächstes werden die von dem Robotereinspannfutter 23 weiter bewegten Halbleiterscheiben 21 unter Verwendung von deionisiertem Wasser mittels eines typi­ schen Waschverfahrens gewaschen. Auf diese Weise wird das Ätzen der Halbleiter­ scheiben beendet.

Wie oben beschrieben, sind in dieser Erfindung eine Mehrzahl von Löchern an beliebigen Punkten in den Seitenwänden des inneren Bads geformt, wobei die Punkte von dem oberen Rand des inneren Bads mit einen vorgegebenen Abstand angeordnet sind. Wenn also eine Chemikalie kontinuierlich dem inneren Bad zugeführt wird, fließt folglich die zugeführte Chemikalie über das innere Bad, wobei sie gleichzeitig auch durch die Löcher fließt, und wird dann dem äußeren Bad zugeführt, wobei der Unter­ schied in der Menge der über entgegengesetzte obere Ränder des inneren Bads fließen­ den Chemikalie im Vergleich mit dem Stand der Technik beachtlich verringert wird, es sei denn, daß einer der oberen Ränder um mehr als ein vorgegebener Abstand nach unten geneigt ist als der andere. Weiterhin wird der Unterschied in der Ätzrate zwischen den einzelnen Halbleiterscheiben verringert und die Zuverlässigkeit des Ätzverfahrens erhöht.

Es sei noch festgestellt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf einen Ätzvor­ gang beschränkt ist, sondern auch auf ein Waschverfahren anwendbar ist.

Claims (8)

1. Chemisches Bad (30) mit einem inneren Bad (31), in das eine Chemikalie (15) über eine Versorgungsröhre (13) zugeführt wird, und einem äußeren Bad (17), das die Chemikalie, die von dem inneren Bad zugeführt wird, mittels einer Entsorgungsröhre (19) abführt,
wobei das innere Bad (31) eine Mehrzahl von Löchern (33) umfaßt, die in einem Abstand von dem oberen Rand jeder Seitenwand des inneren Bads angeordnet sind, so daß die Chemikalie des inneren Bads gleichzeitig durch die Löcher fließt, wenn sie über den oberen Rand jeder Seitenwand des inneren Bads fließt.

2. Chemisches Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher auf die gleiche Weise in gegenüberliegenden Seitenwänden des inneren Bads geformt sind.

3. Chemisches Bad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher an beliebigen Punkten zwischen dem oberen Rand des inneren Bads und den oberen Bereichen von Halbleiterscheiben (21), die in der Chemikalie in dem inneren Bad eingetaucht sind, angeordnet sind.

4. Chemisches Bad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher an beliebigen Punkten innerhalb von 2 cm von dem oberen Rand des inneren Bads ge­ formt sind.

5. Chemisches Bad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher an beliebigen Punkten mit einem Abstand von 1 cm von dem oberen Rand des inneren Bads geformt sind.

6. Chemisches Bad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher einen Durchmesser von 3 bis 5 mm besitzen.

7. Chemisches Bad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher einen Durchmesser von 4 mm besitzen.

8. Chemisches Bad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher eine runde Form besitzen.