JP3036043B2 - エッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、エッチング装置に係り、特にウエットエッ
チング装置における制御性の向上に関する。

（従来の技術） 半導体装置の高集積化は、構成素子の微細化および高
密度化によってもたらされる。

近年、デバイスによっては更に微細なサブミクロンの
設計基準で作られようとしているものもある。

しかしこの微細化および高密度化に伴い、半導体装置
の製造プロセスにはいろいろな問題が生じてきている。

例えば、配線を例にとると、設計基準の縮小で配線幅
は小さくなるのに対し、能動素子の増大で、電気的に接
続しなければならない箇所も増大しているため、配線長
は増大する一方である。

このため、配線パタ−ンは複雑となり、パタ−ニング
に際しては、高度なパタ−ン精度が要求される。

通常、このような配線パタ−ンの形成は、所定の素子
領域の形成された半導体基板表面をフォトリソ工程によ
りフォトレジストパタ−ンを形成し、このフォトレジス
トパタ−ンをマスクとしてエッチングすることによって
なされる。

このエッチング工程には、エッチングガスを用いたド
ライエッチングプロセスと、エッチング液を用いたウエ
ットエッチングプロセスとがあり、それぞれ用途に応じ
たプロセスが用いられる。ウエットエッチングプロセス
は、ドライエッチングプロセスに比べ、装置が簡単で、
即時にエッチング処理に入ることができるという特徴を
有し、手軽に用いられる方法である。

ところで、このウエットエッチングプロセスは、温度
センサと温度コントロ−ラとによってエッチング液を一
定温度に維持するようにした恒温槽内にレジストパタ−
ンの形成された被エッチング物に浸漬し、レジストパタ
−ンから露呈する被エッチング物をエッチング液中に溶
解せしめるものである。

通常、均一なエッチングを行うべく、エッチング液の
濃度むらや温度むらを少なくするとともに被エッチング
面における液境界層を薄くするため、エッチング液を攪
拌流動させながらエッチングの進行がなされる。

このようなエッチング装置は、電解エッチングの一例
を第５図に示すように、第１の槽１と第２の槽２とに電
解液３を満たし、第１の槽１内にシリコン基板等の半導
体基板４と対電極５とを相対向して配設すると共に、第
２の槽２内には比較電極６を配設して構成されている。
そしてこれら第１の槽１と第２の槽２との間は、ルギン
管７および塩橋８によって結合され、イオン伝導を可能
にしている。

さらに、半導体基板４と対電極５と比較電極６とは、
外部リード線９を介してポテンショスタット10に接続さ
れ、エッチング中には、半導体基板４と対電極５との間
に直流電圧が印加され、半導体基板４と比較電極６との
間に発生する電位差が常に一定の値となるように制御さ
れている。

また、第１の槽１中の電解液３は必要に応じてヒータ
11により加熱され、所定の温度に制御されると共に、第
１の槽１の底面に載置された攪拌翼13によって攪拌され
るようになっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のエッチング装置で
は、底面に載置された攪拌翼13の回転による攪拌では、
第１の槽１内に縦に支持された半導体基板の基板面内に
対する流動を再現性よくコントロールすることができ
ず、エッチングむらが生じ易いという問題があった。

また、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン等の
金属薄膜を酸性水溶液によりエッチングする系、シリコ
ン結晶を酸性水溶液あるいはアルカリ性水溶液によりエ
ッチングする系、シリコン結晶を電解エッチングする系
等では、微細気泡が多量に発生し、これを被エッチング
面から除去することが困難である場合が多い。また、半
導体基板の基板面内に対する流動のコントロールを良好
におこなうことができないことから、基板面内における
気泡の分布密度にばらつきが生じるという問題もあっ
た。すなわち、半導体基板の下面側で生じた気泡は当然
体積を増しながら上昇することになり、対電極と半導体
基板との間に存在する気泡の分布密度は下方から上方に
濃いことになる。このことは、対電極と半導体基板との
間に形成される電流密度の分布が下方から上方に濃いこ
とを意味する。

このようなエッチング装置を用いてエッチングを行う
際、半導体装置の配線パタ−ンの形成の場合のように微
細加工を要する場合には、半導体基板面内におけるエッ
チング速度のばらつきが生じ、制御性が悪い上、被エッ
チング面から気泡が速やかに除去されず、長く一定の表
面部位に付着したまま滞留すると、その領域ではエッチ
ングが進行しないため、エッチング残りが生じ、均一で
平坦なエッチング面が得られないばかりか、配線が短絡
してしまうなどのトラブルが発生し、半導体装置の信頼
性低下の原因となっていた。

また、発泡径の小さいものの離脱は著しく困難であ
り、これらを無理に除去するために、激しすぎる攪拌、
流動を加えたり、超音波などによる除去を行おうとする
とフォトレジストの剥離を起こすことがある。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、発泡に
よるエッチングむらを除去し、エッチング精度を高める
ことのできるエッチング装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） そこで本発明では、エッチング槽内に円筒形状の流動
整流器を配設し、この流動整流器の下部に被エッチング
面を上方に向けるように位置させエッチング溶液が半導
体基板の法線外周端方向から流入し、円筒形状の流動整
流器内部を上方に流動排出されるように構成している。

（作用） 上記構成によれば、エッチングにおける最適流動攪拌
条件を容易に設定することができ、基板面内での均一性
が良好で、再現性の良好なエッチングを行うことが可能
となる。

また、被エッチング物である基板表面とエッチング液
との境界面に流れが形成されるため、仮に基板表面に付
着物が残留していてもこの流動によって除去される。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳
細に説明する。

第１図は、本発明実施例のシリコンウェハのエッチン
グに用いられるエッチング装置を示す図である。

このエッチング装置は、第１の槽１内に、円筒型の絶
縁性遮蔽板11が鉛直に設置され、この遮蔽板11の下端に
被エッチング面が上になるように水平に配置された半導
体基板４と、この半導体基板４に対向するように遮蔽板
の中間部に設置された網状対電極15との間に電界をか
け、エッチングをおこなうようになっている。

また、半導体基板と網状対電極15との間には、ここに
形成される電気力線の外周端部効果を補正するための導
電性円筒からなる補助電極12が配設されている。

また、この補助電極12の上方には攪拌翼13が配設され
モータ16の回転によって下方から上方への流動を生ぜし
め、エッチング液が矢印Ａに示すように半導体基板４と
円筒型の遮蔽板11の下端との間隙から遮蔽板11内に流入
し、遮蔽板11の上端から流出するようになっている。

また、第１の槽の内壁には邪魔板（バッフル）14が配
設されており、流動を上下方向に整流するのに有効なよ
うに形成されている。すなわち、この邪魔板により、遮
蔽板内の水平の断面積とこれを除いた電界槽の水平の断
面積とがほぼ等しくなるようにし、流動が層流域でなさ
れるようになっている。ここで30は気泡トラップであ
る。

さらに、電気化学的コントロールは従来例の場合とほ
ぼ同様にルギン管７よりモニターされる半導体基板４の
被電界エッチング面の電位と比較電極６との間の電位が
所望の値となるように、ポテンショスタット10を用い
て、半導体基板４の被電解エッチング面と網状対電極15
の間の電位をコントロールして電解エッチングを行うよ
うになっている。17は温度コントローラである。

このエッチング装置では、矢印Ａに示す流動攪拌を形
成するようにしているため、流動攪拌効果を減じること
なく、円形半導体基板の被電界エッチング面内流動分布
を法線方向のみに制御することが可能となり、攪拌強度
を所望の強さにコントロールすることにより最適流動攪
拌条件が容易に再現性よく容易に設定できるようになっ
ている。

さらに、発生気泡の上昇方向に層流域の流動を形成で
きるため対電極と半導体基板の間の領域での気泡の存在
密度分布は被電界エッチング面内で比較的均一にするこ
とができる。

また、このような流動攪拌効果により発生気泡の被電
解エッチング面からの解離を促進すると共に、電解液の
上面付近で気泡を外気に排出することも容易となる。こ
こでは気泡トラップ30を配設しているためより効率よく
排出することが可能となる。また、電解エッチング反応
に伴う反応生成物を速やかに反応面より排出することが
できる。

なお、円筒型遮蔽板11の形状としては、前記実施例に
限定されるものではなく、例えば第２図に示すように下
端に液の流入スペースとしてスリット20を形成するよう
にしても良い。このようにすることにより、遮蔽板の下
端に半導体基板を密着させることができる。

また、第３図に示すように円筒型遮蔽板11下端に開口
部絞り部18を形成する事により液取り入れ口の断面積を
小さくするようにしても良い。このようにすることによ
り、エッチング液は円形半導体基板４と遮蔽板11下端と
の間より流入し開口部絞り部18と半導体基板４とにより
形成されたドーナツ状のスペースを法線に沿って中心方
向に水平に流動することになる。このため半導体基板の
被電界エッチング面に対する流動攪拌作用が半径方向に
より良好な制御性を有することになる。

さらにまた、第４図に示すように、円筒型遮蔽板11、
電解槽１に代えて、強制循環型チューブ40を用いるよう
にしても良い。これにより、矢印Ｂに示すような流動が
強制的に引き起こされるため、上昇流動の助走区間が長
くとれ層流状態での上方の流れを得ることができる。な
お、強制循環型チューブ40のチューブ径を適宜小さくす
ることにより電解液量をセーブしつつ層流を形成するこ
とができる。ここで50はファン13の駆動用リードの導出
用の機密シールである。

また、ファン13に代えて循環ポンプを用いるようにし
ても良い。

ここで、エッチング液としては電解エッチングの場合
で、アルカリ系のKOH水溶液，ヒドラジン加水物，アン
モニア水，エチレンジアミン・ピロカテコール溶液等、
酸系ではフッ酸水溶液等、塩系ではフッカアンモニウム
水溶液等がある。また、無電解エッチングの場合では、
アルカリ系としては上記等、酸系としてはフッ酸，硝酸
酢酸を混合した水溶液を用いる。これらはいずれも、シ
リコンに対するものであるが、この他、化合物半導体，
セラミック，金属に対するエッチング液も適用できるこ
とはいうまでもない。ここでは電解エッチングの例を引
いたが、電解を用いないエッチングにも適用可能なこと
は云うまでもない。

このように、循環ポンプを用いるようにすれば、この
エッチング液が高粘度であるような場合にも、層流状態
で基板４から、網状対電極15との間にエッチング液が流
動せしめられるため、均一なエッチングを行うことがで
きる上、被エッチング物としてのシリコン基板表面に発
生した泡等の付着物も除去される。

従って、泡の付着によるエッチングむらの発生もな
く、均一で信頼性の高い高精度のパタ−ニングが可能と
なる。

なお、第1,3,4のいずれの場合においても１枚の半導
体基板４を配しているが、円形のプレート上に複数の半
導体基板を配する構成としてよいことはいうまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明のエッチング装置に
よれば、エッチング槽内に円筒形状の流動整流器を配設
し、この流動整流器の下端に被エッチング面を上方に向
けるように位置させエッチング溶液が半導体基板の法線
外周端方向から流入し、円筒形状の流動整流器内部を上
方に流動排出されるように構成しているため、最適流動
攪拌条件を容易に設定することができ、基板面内での均
一性が良好で、再現性の良好なエッチングを行うことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のエッチング装置を示す図、第２
図乃至第４図は本発明の変形例を示す図、第５図は従来
例のエッチング装置を示す図である。 １……第１の槽、２……第２の槽、３……エッチング
液、４……半導体基板、５……対電極、６……比較電
極、７……ルギン管、８……塩橋、９……外部リード
線、10……ポテンショスタット、11……絶縁性遮蔽板、
12……補助電極、13……攪拌翼、14……バッフル、15…
…網状対電極、16……モータ、17……温度コントロー
ラ、18……開口部絞り部、20……スリット、30……気泡
トラップ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エッチング液中に被エッチング物を浸漬
   し、溶解せしめるようにしたエッチング装置において、 エッチング槽内に配設された円筒形状の流動整流器と、 前記流動整流器の下部に被エッチング面を上方に向ける
   ように位置させエッジング液が円筒形状の流動整流器下
   端断面の法線外周端方向から流入し、円筒形状の流動整
   流器内部を上方に流動排出されるように構成したことを
   特徴とするエッチング装置。