JP2017168633A - ウエットエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被エッチング物の表面全体を均一にエッチングすることのできるウエットエッチング装置を提供する。【解決手段】エッチング液１１が貯留されるとともにエッチング液１１内に被エッチング物Ｗが浸漬されて被エッチング物Ｗの表面のエッチングを行う処理槽１２と、処理槽１２内のエッチング液１１を外部へ排出させるとともにこのエッチング液１１を処理槽１２へ戻す循環機構２０とを備えたウエットエッチング装置１０であって、循環機構２０は、処理槽１２内の液面１１Ａの上方からその液面に向けて、排出されたエッチング液１１をスプレー状に噴出させるスプレーノズル２１を有し、スプレーノズル２１からエッチング液を噴出させることにより、エッチング液１１に浸漬されている被エッチング物Ｗの表面Ｗａの全体に渡って乱流を発生させる。【選択図】図１

Description

この発明は、ウエットエッチング装置に関する。

従来から、エッチング液を満たした処理槽に処理対象物を浸漬してエッチングを行うウエットエッチング装置が知られている（特許文献１参照）。

かかるウエットエッチング装置は、処理槽内でエッチング液を水平方向に流動させるために、処理槽の相対向する一方の側壁に多数のエッチング液吐出孔を設け、他方の側壁に多数のエッチング液排出孔を設け、一方及び他方の側壁の前に整流孔が多数設けられた整流板と、この整流板の前に格子状のルーバとをそれぞれ設けることにより、処理対象物の表面にエッチング液の滞留部を無くして、処理対象物の表面上でエッチング液の流れを均一にするようにしたものである。

ところで、このようなウエットエッチング装置にあっては、エッチング液を循環するためにエッチング液排出孔及びエッチング液吐出孔を数多く設け、それを対向するように配置するというものであるが、このようなエッチング液の循環方法では、エッチング液は、処理対象物の表面上に沿って一定流速の静的な流れを持つことになる。

しかしながら、我々の実験においては、静的な流れのみでは、処理対象物の面上のエッチング液の置換が充分に行われず、流れに沿ったエッチング速度の分布が生じていることがわかっている。例えば、マグネット撹拌子を用いた回転運動によるエッチング液の撹拌では、円形に近いエッチングムラが確認された。この結果から、我々は、静的な循環では、所望のエッチング速度の分布を実現することは不可能で、ある程度「乱流成分」を有するエッチング液の撹拌方法が課題を解決する方法であることを見出した。本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。

この発明の目的は、被エッチング物の表面全体を均一にエッチングすることのできるウエットエッチング装置を提供することにある。

この発明は、エッチング液内に被エッチング物が浸漬されてエッチングを行い、エッチング液を循環させる循環機構を備えたウエットエッチング装置であって、前記循環機構は処理槽内の液面の上方からその液面に向けてエッチング液を噴出させる噴出手段を有し、前記噴出手段からエッチング液を噴出させることにより、前記エッチング液に浸漬されている前記被エッチング物の表面に乱流を発生させることを特徴とする。

この発明によれば、被エッチング物の表面全体を均一にエッチングすることができる。

この発明に係るウエットエッチング装置の実施例の構成を示した概略構成図である。 図１に示すウエットエッチング装置の支持台を示した平面図である。 図２に示す支持台の構成を示す断面図である。 処理槽のエッチング液の液面に向けてスプレーノズルから雨滴状のエッチング液滴１１ｂを放射状に噴出した際に、エッチング液内で乱流が発生する状態を示した説明図である。 処理槽内のエッチング液の全体の流れを示す説明図である。 被エッチング物の浸漬の深さが深い場合、発生した乱流が被エッチング物の表面に接しない状態を示した説明図である。 被エッチング物の浸漬の深さをエッチング液の量で設定する場合を示した説明図である。 支持台の脚部の高さを調整して被エッチング物の浸漬の深さを所定の深さに設定した状態を示す説明図である。 循環機構の循環管路にエッチング液の温度を制御する液温制御部を設けたウエットエッチング装置の構成を示した説明図である。 循環機構の循環管路にエッチング液を濾過するフィルターユニットを付加したウエットエッチング装置の構成を示した説明図である。

以下、この発明に係るウエットエッチング装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、ウエットエッチング装置１０の概略構成を示すものである。ウエットエッチング装置１０は、被エッチング物Ｗをエッチングするエッチング液１１を貯留した処理槽１２と、エッチング液１１を循環させる循環機構２０と、被エッチング物Ｗをエッチング液１１内に浸漬した状態で載置する載置台３１とを備えている。

循環機構２０は、処理槽１２内のエッチング液１１を外部へ排出させるとともに排出されたエッチング液１１を処理槽１２へ戻すものである。

処理槽１２は、平面視が円形を呈する円筒状の容器となっており、処理槽１２の底部１２Ａの中心部にはエッチング液１１を排出するための排出口１２ｂが設けられている。
［循環機構］
循環機構２０は、スプレーノズル（噴出手段）２１と、処理槽１２の底部１２Ａの排出口１２ｂとそのスプレーノズル２１とを連通した循環管路２２と、この循環管路２２の途中に設けられたダイヤフラムポンプ２３とを有している。スプレーノズル２１は、処理槽１２内のエッチング液１１の上面の上方に配置されており、エッチング液１１の液面１１Ａから所定の高さＨ１の位置に支持部材（図示せず）により固定されている。

ダイヤフラムポンプ２３は、処理槽１２内のエッチング液１１を排出口１２ｂから強制的に排出させるとともに、このエッチング液１１をスプレーノズル２１へ供給する。スプレーノズル２１は、その供給されたエッチング液１１を放射状に処理槽１２のエッチング液１１の液面１１Ａに向けて噴出させる。

この実施例では、ダイヤフラムポンプ２３を使用しているが、通常のポンプであってもよいが、好ましくはエッチング液１１を脈流状に吐出するダイヤフラムポンプ２３またはローラーポンプがよい。
［載置台］
載置台３１は、図２及び図３に示すように載置台３１の高さを調整する脚部（深さ調整機構）３２を有している。載置台３１は、多数の孔３３を開けた透明塩ビ製スノコであり、この多数の孔３３によってエッチング液１１の流れを良くするものである。また、載置台３１には、４つのメネジ部３１Ｂが形成されている。

脚部３２は、図３に示すように長さの異なる支柱部３４,３５を有し、この支柱部３４,３５の上部にオネジ部３４Ａ,３５Ａが形成され、支柱部３４,３５の下部にメネジ部３４Ｂ,３５Ｂが形成されている。そして、この支柱部３４のオネジ部３４Ａを載置台３１のメネジ部３１Ｂに螺合させ、支柱部３４のメネジ部３４Ｂに支柱部３５のオネジ部３５Ａを螺合させて支柱部３４と支柱部３５とを繋ぎ合わせたものである。

これら支柱部３４,３５の繋ぎ合わる数によって、載置台３１の高さを段階的に調整することができるようになっている。すなわち、支柱部３４,３５は、その高さの調整により被エッチング物Ｗの浸漬の深さを調整する深さ調整機構としての機能を有する。

この実施例では、載置台３１の高さを段階的に調整するようになっているが、支柱部３４のメネジ部３４Ｂ及び支柱部３５のオネジ部３５Ａの長さを長くして、無段階にその高さを調整できるようにしてもよい。

深さ調整機構はエッチング液１１の液量を調整する調整機構であってもよい。

また、スプレーノズル２１と載置台３１の被エッチング物Ｗと処理槽１２の排出口１２ｂとが同一直線上に並んでいる。すなわち、スプレーノズル２１の中心位置と、載置台３１の中心位置と、排出口１２ｂの中心位置とが同一垂直線上に配置されている。
［動 作］
次に、上記のように構成されるウエットエッチング装置１０の動作について説明する。

先ず、図１に示すように、処理槽１２内に載置台３１をセットする。このセットは、処理槽１２の中心線（図示せず）上に、スプレーノズル２１の中心位置と、載置台３１の中心位置とを一致させるものである。次いで、載置台３１の中心位置に被エッチング物Ｗの中心位置とを一致させて載置する。そして、処理槽１２内にエッチング液１１を所定量満たし、エッチング液１１の液面１１Ａから被エッチング物Ｗの表面Ｗａまでの深さを所定の深さＨ２に設定する。この深さＨ２の設定は、載置台３１の脚部３２の高さの調整や、エッチング液１１の量の調整などによって行う。

次に、処理槽１２内のエッチング液１１を循環機構２０によって循環させる。すなわち、ダイヤフラムポンプ２３を駆動させて、処理槽１２内のエッチング液１１を排出口１２ｂから排出させるとともに、この排出されたエッチング液をスプレーノズル２１へ供給していく。

スプレーノズル２１は、ダイヤフラムポンプ２３からエッチング液が供給されてくると、図４に示すように、処理槽１２のエッチング液１１の液面１１Ａに向けて、雨滴状のエッチング液滴１１ｂを放射状に噴出していく。このエッチング液滴１１ｂがエッチング液１１の液面１１Ａに突入する範囲は、ほぼ被エッチング物Ｗの表面Ｗａと同じ範囲に設定されている。すなわち、被エッチング物Ｗの表面Ｗａの真上の液面１１Ａ上の範囲に設定されている。

エッチング液滴１１ｂがエッチング液１１の液面１１Ａに突入していくことにより、被エッチング物Ｗの表面Ｗａにエッチング液１１の流れが生じるとともに、その表面Ｗａ上のエッチング液１１に乱流が発生する。しかも、被エッチング物Ｗの表面Ｗａの真上の液面１１Ａ上の範囲にエッチング液滴１１ｂが突入していくので、被エッチング物Ｗの表面Ｗａ全体に渡ってこの表面Ｗａ上に乱流が発生する。

このため、被エッチング物Ｗの表面Ｗａ上のエッチング液１１が部分的に滞留してしまうことが防止される。すなわち、乱流による撹拌効果によって、被エッチング物Ｗの表面Ｗａ上にエッチング液１１が部分的に滞留してしまうことが防止され、その表面Ｗａ全体を均一にエッチングすることができる。

また、ここで重要なことは、被エッチング物Ｗがエッチング液１１の中に浸漬していることにより、スプレーノズル２１から吐出したエッチング液滴１１ｂは直接被エッチング物Ｗに衝突することは無いということである。言い換えれば、被エッチング物Ｗの上に存在するエッチング液１１が緩衝層となって、放射状に噴出されたエッチング液滴１１ｂの勢いを緩和し、この緩和の際に乱流が発生する。

一方、ダイヤフラムポンプ２３によって処理槽１２内のエッチング液１１を排出口１２ｂから排出させると、処理槽１２は円形であることにより、
良好なエッチング速度の分布が得られる。また、排出口１２ｂが処理槽１２の底部の中心部にあることにより、被エッチング物Ｗが円形である場合、図５の矢印Ｐ１,Ｐ２で示すように、被エッチング物Ｗ上を流れたエッチング液１１は、被エッチング物Ｗの外周方向へ偏ることなく流れていく。すなわち、被エッチング物Ｗの表面Ｗａの中心部を中心にして、その表面Ｗａ上を放射状に被エッチング物Ｗの外周方向へ偏ることなく、中心対称性を有して流れていくことになる。このため、さらに良好なエッチング速度の分布が得られる。

そして、その放射状の流れの中に乱流が発生していることにより、乱流による撹拌効果が得られ、被エッチング物Ｗの表面Ｗａ全体を均一にエッチングしていくことができ、そのエッチング速度の均一性を向上させることができる。また、ダイヤフラムポンプ２３から吐出されるエッチング液は脈流となって吐出されるので、スプレーノズル２１からエッチング液滴１１ｂが放射状に且つ脈流とって噴出していくことになる。このため、処理槽１２のエッチング液１１内で効率良く乱流を発生させることができ、より効率よく撹拌効果が得られることになる。ダイヤフラムポンプ２３の替わりにローラーポンプを使用しても同様な効果が得られる。

また、上述のように、載置台３１には多数の孔３３が開けられていることにより、矢印Ｐ３で示す方向にもエッチング液１１が流れるので、被エッチング物Ｗの外周方向に流れる全体のエッチング液１１の流れが良くなる。このため、エッチング物Ｗの表面Ｗａ全体をより一層均一にエッチングしていくことができ、そのエッチング速度の均一性をより向上させることができる。

ところで、図６に示すように、被エッチング物Ｗがエッチング液１１内の深い位置に浸漬された場合、スプレーノズル２１から噴出されるエッチング液滴１１ｂによって発生する乱流は、被エッチング物Ｗの表面Ｗａから離れた位置に発生する。このため、その乱流による被エッチング物Ｗに及ぼす撹拌効果は小さく、被エッチング物Ｗの表面Ｗａの近傍におけるエッチング液１１の置換にはほとんど寄与せず、乱流による効果を得ることはできない。すなわち、乱流による撹拌効果を得るには、被エッチング物Ｗの浸漬の深さを最適な深さに設定する必要がある。

図７は、被エッチング物Ｗの浸漬の深さをエッチング液１１の量で設定するようにしたものであり、浸漬の深さをＨ３に設定してある（Ｈ３＞Ｈ１）。また、スプレーノズル２１の液面１１Ａからの高さをＨ４（＞Ｈ１）に設定してあり、これにより、エッチング液滴１１ｂがエッチング液１１の液面１１Ａに突入する圧力を高めて、被エッチング物Ｗの表面Ｗａ上で乱流が発生するようにしたものである。

図８は、載置台３１の脚部３２の高さを調整して、被エッチング物Ｗの浸漬の深さを所定の深さＨ３に設定したものである。図８に示すものでは、エッチング液１１の量を図４に示すものと同じにし、図８に示す脚部３２の高さを図４に示す載置台３１の脚部３の高さより低くして、浸漬の深さをＨ３に設定したものである。すなわち、エッチング液１１の量を増加させずに、被エッチング物Ｗの浸漬の深さＨ３を深くしたものである。

このように、エッチング液１１の量を増加させずに、被エッチング物Ｗの浸漬の深さを自由に設定することができる。
［実 験］
［実験例１］
以下に、内径：φ２２０mm、深さ：２００mmの処理槽１２を用いた図１に示すウエットエッチング装置１０の実験結果について説明する。
・被エッチング物：３インチのBare-Si基板でレジストマスク付き（中央1点と周辺8点）
・載置台の高さ：30mm、被エッチング物Ｗの浸漬深さ：約10mm
・エッチング液組成：フッ酸（100mL）＋硝酸（750mL）＋酢酸（250mL）、容量混合比＝2：15：5
・エッチング液温度：制御無し （実験室室温：24℃）
・使用ポンプ：ダイヤフラムポンプ(アズワン製、型番：NF300TT18S）
・エッチング液吐出量：約１Ｌ/min
・エッチング時間：16分
・スプレーノズル２１の液面からの高さ位置：１０cm
結果
１６分のエッチング後、純水リンスに続いて、アセトンによりフォトレジストを除去し、触針式段差測定装置でエッチング深さを求め、エッチング時間からエッチングレートを求めた。

その結果、９点平均で4.4μm/min、ウェハ面内のバラツキは±6.3％と良好な値が得られた。
［比較例としての実験例２］
この実験例２では、実験例１と比較するために、被エッチング物Ｗの浸漬深さを30mmとした。

条件は以下のとおりである。

被エッチング物：Bare-Si基板
面内９点フォトレジストによるレジストマスク付き（中央1点と周辺8点）
・載置台の高さ：10mm、被エッチング物の浸漬深さ：約30mm
・エッチング液組成：フッ酸（100mL）＋硝酸（750mL）＋酢酸（250mL）、容量混合比＝2：15：5
・エッチング液温度：制御無し （実験室室温：24℃）
・使用ポンプ：ダイヤフラムポンプ(アズワン製、型番：NF300TT18S）
・エッチング液吐出量：約１Ｌ/min
・スプレーノズル２１の液面からの高さ位置：１０cm
・エッチング時間：16分
結果
１６分のエッチング後、純水リンスに続いて、アセトンによりフォトレジストを除去し、触針式段差測定装置でエッチング深さを求め、エッチン時間からエッチングレートを求めた。

その結果、９点平均で求めたエッチングレートは2.1μm/min、ウェハ面内のバラツキは±35.8％と実験例1に比較して、エッチング速度が半分以下に低下し、レートの分布は大きく劣化した。

この理由は、被エッチング物の浸漬深さが30ｍｍ程度と深い位置に設置したために、スプレーノズル２１から吐出されたエッチング液滴１１ｂの作用が被エッチング物Ｗの被エッチング物Ｗの表面Ｗａの近傍にまでは届かなかったためである。すなわち、その表面Ｗａ上で乱流が発生せず、その被エッチング物Ｗの表面Ｗａ上のエッチング液の置換が効率よく行われなかったためである。
［実験例３］
図９は、循環機構２０の循環管路２２の途中のダイヤフラムポンプ２３の下流側に、エッチング液１１の温度を制御する液温制御部（温度制御手段）５０を設けたウエットエッチング装置１１０を示す。このウエットエッチング装置１１０を用いて実験例１と同様な条件で実験をした。

液温制御部５０は、ペルチェ式薬液温調機を用いた。このペルチェ式薬液温調機は、熱交換部分がフッ素樹脂でできているために、今回用いたエッチング液に対して問題なく使用することができる。

このペルチェ式薬液温調機を用いて、エッチング液の温度を20.0℃となるように設定した。エッチング槽内の実際のエッチング液の温度は温度計を用いて計測し、20.3℃であった。

結果は以下のとおりであった。9点平均で求めたエッチングレートは3.7μm/minと実験例１に比較して若干の低下が認められたが、これは実験例１よりもエッチング液の温度が低くなっていることが原因である。ウェハ面内のバラツキは±6.1％と実験例１とほぼ同じレベルであった。
［実験例４］
図１０は、循環機構２０の循環管路２２の途中のダイヤフラムポンプ２３の上流側に、エッチング液１１を濾過するフィルターユニット（濾過装置）６０を付加したウエットエッチング装置２１０を示す。このウエットエッチング装置２１０を用いて実験例１と同様な条件で実験をした。フィルターユニット６０は、耐薬品性に親水性PTFEメンブレンフィルターが組み込まれたフィルターユニットを用いたものである。フィルターエレメントの穴径は0.05μmである。

このウエットエッチング装置２１０によれば、フィルターユニット６０によってエッチング液１１中の異物を除去するので、安定したエッチング環境を維持することができる。このため、ダイヤフラムポンプ２３やスプレーノズル２１の故障を防止することができ、これまで100回以上のウエットエッチングを行っているが、スプレーノズル２１の目詰まりやダイヤフラムポンプ２３の故障は発生していない。

また、この実験例４では、実験例１と同様なエッチングレートの結果が得られている。
［実験例５］
実験例５は、これまでの実験例と異なり、被エッチング物をアルミニウムとしものである。

条件は以下のとおりである。

・被エッチング物： Siウェハにスパッタリング法によりアルミニウムを2μm成膜したもの
面内９点フォトレジストによるレジストマスク付き（中央1点と周辺8点）
・載置台の高さ：10mm、被エッチング物の浸漬深さ：約10mm
・エッチング液組成：燐酸（800mL）＋硝酸（50mL）＋酢酸（50mL）＋純水（100mL）、容量混合比＝16：1：1：2
・エッチング液温度：制御有り （実験室室温：40℃）
・使用ポンプ：ダイヤフラムポンプ(アズワン製、型番：NF300TT18S）
・エッチング液吐出量：約１Ｌ/min
・スプレーノズル２１の液面からの高さ位置：１０cm
・エッチング時間：１分30秒
結果
１分30秒のエッチング後、純水リンスに続いて、アセトンによりフォトレジストを除去し、触針式段差測定装置でエッチング深さを求め、エッチン時間からエッチングレートを求めた。

その結果、９点平均で4.4μm/min、ウェハ面内のバラツキは±6.3％と良好な値が得られた。

アルミニウムのウェットエッチングにおいては、アルミニウムの反応により水素が発生し、この水素の気泡が被エッチング物表面に付着したままであると、それがマスクとなってエッチングが阻害されるという問題がある。このような問題に対して本発明を利用することにより、その気泡を効率的に除去することができるために、エッチングの阻害要因を取り除くことができ、高品質のエッチングが可能となる。

上記実施例では、エッチング液１１の量や載置台３１の脚部３２の高さを調整して、エッチング液１１に浸漬される被エッチング物Ｗの深さを最適な深さとなるように設定しているが、被エッチング物Ｗの深さに対応したスプレーノズル２１の液面からの最適な高さ位置に設定するようにしてもよい。すなわち、スプレーノズル２１とエッチング液１１の液面１１Ａとの離間距離を調整する離間距離調整機構（図示せず）を設けて、エッチング液１１の液面１１Ａからスプレーノズルまで２１までの離間距離を調整する。ことにより、浸漬した被エッチング物Ｗの深さに拘りなく、被エッチング物Ｗの表面上に乱流を確実に発生させることができる。

なお、被エッチング物Ｗの最適な深さやスプレーノズル２１の最適な高さ位置は、予め実験で求めておくものである。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０ ウエットエッチング装置
１１ エッチング液
１１Ａ 液面
１２ 処理槽
１２Ａ 底部
１２ｂ 排出口
２０ 循環機構
２１ スプレーノズル（噴出手段）
２３ ダイヤフラムポンプ（ポンプ）
３１ 載置台
３２ 脚部（深さ調整機構）
５０ 液温制御部（温度調整手段）
６０ フィルタユニット（濾過装置）
Ｗ 被エッチング物
Ｗａ 表面
Ｐ ダイヤフラムポンプ

特許第４０５０８４１号公報

Claims (11)

1. エッチング液内に被エッチング物が浸漬されてエッチングを行い、エッチング液を循環させる循環機構を備えたウエットエッチング装置であって、
   前記循環機構は処理槽内の液面の上方からその液面に向けてエッチング液を噴出させる噴出手段を有し、
   前記噴出手段からエッチング液を噴出させることにより、前記エッチング液に浸漬されている前記被エッチング物の表面に乱流を発生させることを特徴とするウエットエッチング装置。
2. 前記被エッチング物をエッチング液内で載置する載置台を有していることを特徴とする請求項１に記載のウエットエッチング装置。
3. 前記噴出手段は前記被エッチング物の表面全体に放射状に噴出させるスプレーノズルであることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のウエットエッチング装置。
4. 前記スプレーノズルと前記被エッチング物と前記処理槽の底部に設けた排出口とが同一直線上に並ぶ様に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のウエットエッチング装置。
5. 前記循環機構はダイヤフラムポンプまたはローラーポンプを有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のウエットエッチング装置。
6. 前記被エッチング物の浸漬の深さを調整する深さ調整機構を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４記載のウエットエッチング装置。
7. 前記深さ調整機構は、前記載置台を支持する脚部を有し、この脚部の高さが調整可能となっていることを特徴とする請求項５に記載のウエットエッチング装置。
8. 前記処理槽は円筒形状であり、前記スプレーノズルと前記被エッチング物と前記排出口とが前記処理槽の中心線と同一の直線上に配置することを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載のウエットエッチング装置。
9. 前記循環機構は、循環されるエッチング液の温度を所定温度にする温度調整手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のウエットエッチング装置。
10. 前記循環機構は、前記排出口から排出されたエッチング液を濾過する濾過装置を有していることを特徴とする請求項４ないし請求項９のいずれか１項に記載のウエットエッチング装置。
11. 前記スプレーノズルと前記エッチング液の液面との離間距離を調整する離間距離調整機構を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のウエットエッチング装置。