DE3820591A1 - Vorrichtung zum nassaetzen von duennen filmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ätzen von dünnen Filmen, die insbesondere in der Halbleiterfertigung Anwendung findet.

Derartige Vorrichtungen dienen beispielsweise zur Bearbei­ tung von Aluminiumschichten, die auf einer Halbleiterscheibe aufgebracht und mit einer Maske belegt sind. Durch den Naß­ ätzvorgang werden die offenliegenden - d. h. die nicht mit der Maske abgedeckten - Bereiche abgeätzt.

Allerdings müssen beim Ätzen von Aluminiumschichten bei der Halbleiterfertigung, in der feinste Strukturen mit hoher Prä­ zision herzustellen sind, eine Reine von Problemstellungen gelöst werden. Zum einen entstehen beim Ätzen des Aluminiums gasförmige Reaktionsprodukte, die unkontrolliert auf der Oberfläche haften können und damit zu undefinierter Masken­ bildung führen. Derart abgedeckte Aluminiumschichten werden nicht weggeätzt, so daß häufig unerwünschte Aluminiumreste in Ecken und zwischen engen Strukturen verbleiben.

Ein weiteres Problem liegt darin, daß der Ätzvorgang teil­ weise diffusionskontrolliert ist. Die Stoffumsatzgeschwin­ digkeit wird dabei entscheidend durch die Diffusionsvorgänge in der Konzentrationsgrenzschicht beeinflußt, wobei deren Dicke von der Dicke der Strömungsgrenzschicht abhängt. Bei Überströmung der Feststoffoberfläche durch die Ätzlösung sind Ätzratenunterschiede die Folge. Gerade Überätzungen sind aber zu vermeiden, da beim Ätzen der feinen Aluminium­ geometrien die Breite der Maske oft nur das Sechsfache der Schichtdicke beträgt.

Gemäß dem Stand der Technik sind zum Naßätzen dünner Filme schon länger Vorrichtungen bekannt, die nach dem Tauchätz­ verfahren arbeiten. Dabei werden die zu ätzenden Scheiben in der Ätzlösung auf- und abbewegt. Selbst bei optimaler Ein­ stellung ergeben sich noch Ätzratenunterschiede von 30%. Das bedeutet, daß der Bereich mit der maximalen Ätzrate auf der Scheibenoberfläche ca. 30% überätzt wird gegenüber dem­ jenigen mit der geringsten Ätzrate.

Geringere Ätzratenunterschiede werden mit Vorrichtungen er­ reicht, bei denen die zu ätzenden Scheiben nebeneinander auf einer schiefen Ebene ausgebreitet sind und mit einem hohen Volumenstrom von Ätzlösung überströmt werden. Zwar werden hier Ätzratenunterschiede von 10% erreicht, der infolge des hohen Ätzlösungsvolumenstroms damit verbundene Belade- und Entladeaufwand ist aber unverhältnismäßig hoch.

Ebenfalls Ätzratenunterschiede von 10% werden mit sogenann­ ten "Single-Slice Spin-Etchern" erreicht. Dabei rotiert je­ weils eine der zu bearbeitenden Scheiben auf einem Vakuumtel­ ler und wird senkrecht zur Oberfläche mit Säure besprüht. Mit solchen Vorrichtungen kann aber in einem Bearbeitungsvor­ gang nur eine Scheibe geätzt werden, so daß der auf eine Vor­ richtung bezogene Durchsatz sehr beschränkt ist.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Naß­ ätzen dünner Filme zur Verfügung zu stellen, mit der mög­ lichst geringe Ätzratenunterschiede bei Minimierung des da­ mit verbundenen Betriebsaufwandes und unter Erreichen eines möglichst hohen Durchsatzes erzielt werden sollen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1. Mit einer dieser Lehre entsprechen­ den Vorrichtung werden einerseits die entstehenden Gasblasen schnellstmöglich von der Oberfläche entfernt und andererseits wird eine gleichmäßige Überströmung der Scheibenoberfläche erreicht. Besonders vorteilhaft ist es, daß bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Ätzvorgang eine Viel­ zahl von Scheiben gleichzeitig bearbeitet wird, wodurch ein hoher Durchsatz von Scheiben gleicher Oberflächenqualität er­ zielt wird.

Der Anspruch 2 beinhaltet eine erste bevorzugte Ausgestal­ tung der Vorrichtung. Durch die darin enthaltene Ausführung des Antriebsmechanismus für den rotationssymmetrischen Korb wird insbesondere ein einfaches Auswechseln des Korbes er­ möglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Naßätzvorrich­ tung ergibt sich aus den Ansprüchen 3 und 4. Hiernach kann die von den geätzten Scheiben ablaufende Ätzlösung gesammelt, auf das für den Prozeß erforderliche Temperaturniveau einge­ stellt und im Kreislauf zur erneuten Beaufschlagung der Scheiben geführt werden.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 dient der Prozeßüberwachung, da die durchsichtige Haube jederzeit eine Beobachtung des Vorgangs zuläßt.

Wenn auch die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Aluminiumätzen besonders vorteilhaft ist, kann diese ebenso gut zum Naßätzen von anderen Schichten mit und ohne Maske eingesetzt werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der gesamten Naßätzvor­ richtung und

Fig. 2 einen Korb der Naßätzvorrichtung gemäß Fig. 1 sche­ matisch im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist die Naßätzvorrichtung in einer Doppelkorbaus­ führung dargestellt. In einem geschlossenen Gehäuse 10 sind zwei Körbe 12 bzw. 14 angeordnet. Die Körbe 12 bzw. 14 sind zylindrisch ausgeführt. Sie dienen zur Aufnahme der zu ätzen­ den Scheiben 16. Die Körbe 12 bzw. 14 sind jeweils auf einer der beiden äußeren Stützrollen 20 bzw. 22 und einer zentral zwischen ihnen liegenden Antriebsrolle 18 drehbar gelagert.

Oberhalb der Körbe 12 bzw. 14 sind mittig längs zu ihnen ver­ laufende Flachstrahldüsen 24 angeordnet. Die Flachstrahldüsen 24 verlaufen in zwei Reihen. Eine ist auf den Korb 12, die andere auf den Korb 14 ausgerichtet. Die Flachstrahldüsen 24 einer Reihe sind so angeordnet, daß die aus ihnen ausgesprüh­ te Ätzlösung je einen homogenen Flachstrahl 26 ergibt. Die beiden Flachstrahlen 26 sind seitlich in Richtung der Symme­ trieachse des jeweils besprühten Korbes 12 oder 14 gerichtet.

Das Gehäuse 10 ist wannenförmig ausgeformt, so daß die von den Körben 12 bzw. 14 abfließende Ätzlösung zentral zu einem Abfluß 28 zusammenläuft. Unter diesem Abfluß schließt sich ein Temperierbehälter 30 an, in dem die ablaufende Ätzlösung gesammelt und auf das für den Ätzvorgang erforderliche Tem­ peraturniveau eingestellt wird. Von dem Temperierbehälter 30 führt ein Leitungssystem 32 mit einer Pumpe 34 und einem Stellventil 36 zu den Flachstrahldüsen 24 zurück, so daß die Ätzlösung im Kreislauf geführt werden kann. Am Temperierbe­ hälter ist weiterhin ein Ablaßventil 38 vorgesehen, aus dem verbrauchte Ätzlösung abgezogen werden kann.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie die zu ätzenden Scheiben 16 in den zylindrischen Körben 12 bzw. 16 parallel nebeneinan­ der aufgereiht sind. Dabei sind die kreisrunden Scheiben 16 konzentrisch in die Körbe 12 bzw. 14 eingesetzt.

Im Betrieb werden die in den Körben 12 bzw. 14 rotierenden Scheiben 16 mit der in Flachstrahlen 26 austretenden Ätzlö­ sung beaufschlagt. Die Gleichmäßigkeit der Ätzrate kann da­ bei einerseits durch die Rotationsgeschwindigkeit der An­ triebswalze 18 und andererseits über den mittels des Stell­ ventils 36 einstellbaren Volumenstrom der Ätzlösung einge­ stellt werden. Dabei können mit dieser Vorrichtung Ätzraten­ unterschiede von nur 5% erreicht werden.

Eine visuelle Überwachung des Ätzvorganges wird dadurch er­ möglicht, daß der obere Teil des Gehäuses 10 als durchsich­ tige Haube 40 (vgl. Fig. 1) ausgebildet ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Naßätzen von dünnen Filmen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem Gehäuse (10) mindestens ein in eine Drehbewegung antreibbarer, rotationssymmetrischer Korb (12; 14) zur Aufnahme von zu ätzenden Scheiben (16) angeord­ net ist, wobei die Scheiben (16) im Korb (12; 14) derart ne­ beneinander aufgenommen werden, daß die Symmetrieachsen von Korb (12; 14) und Scheiben (16) zusammenfallen und daß längs oberhalb des Korbes (12; 14) Flachstrahldüsen (24) so ange­ ordnet sind, daß die Strahlen der aus ihnen ausgesprühten Ätzlösung einen homogenen Flachstrahl (26) ergeben, der seit­ lich in Richtung der Symmetrieachse des Korbes (12; 14) ge­ richtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korb (12; 14) auf zwei Rollen (18, 20; 22) aufliegt, von denen eine angetrieben ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß sich unterhalb des Gehäuses (10) ein Sammelbehäl­ ter (30) anschließt, der über ein Leitungssystem (32), in dem ein Pumporgan (34) und ein Stellventil (36) integriert sind, mit den Flachstrahldüsen (24) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (30) als Temperierbe­ hälter ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung des Gehäuses (10) als durchsichtige Haube (40) ausgebildet ist.