NL1009767C2 - Werkwijze en inrichting voor het etsen van een substraat. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het etsen van een substraat.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het etsen van 5 een substraat, omvattende het in een etskamer plaatsen van dat substraat, het in die etskamer inbrengen van een eerste etsmiddel en/of etskatalysator afkomstig uit een eerste bron, het inbrengen van een tweede etsmiddel en/of etskatalysator uit een tweede bron, het na het etsen spoelen van die etskamer en het verwijderen van dat substraat, waarbij het eerste etsmiddel en/of etskatalysator vanaf die eerste bron via een hulpkamer aan de 10 etskamer toegevoerd worden.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit EP 0335313A2.

Voor het etsen van siliciumdioxide van het oppervlak van halfgeleidersubstraten wordt een dergelijk substraat geplaatst in een met kunststof beklede roestvast stalen etskamer en vervolgens eventueel onder verlaagde druk behandeld door een corrosief 15 mengsel van azijnzuur, water of methanol (bij voorkeur 100%) en waterstoffluoride. Eerst wordt de kamer gevuld met de benodigde hoeveelheid azijnzuur waarbij daarna de benodigde hoeveelheid waterstoffluoride ingebracht wordt. De verschillende bronnen of toevoeren van waterstoffluoride en azijnzuur zijn elk met kleppen afsluitbaar. Het leidingsysteem bestaat hetzij uit roestvast staal hetzij uit kunststof, zoals Perfluoralkoxy 20 (PFA).

Hoewel een dergelijke werkwijze uitstekende etsresultaten oplevert, bestaat het probleem dat bij het openen van de waterstoffluoride-afsluiter enerzijds waterstoffluoride in de etskamer stroomt, maar onvermijdelijk wat azijnzuur langs die afsluiter terugdiffundeert in het leidingstelsel voor HF. Een dergelijke hoeveelheid blijkt in 25 praktijk zeer klein te zijn en geen nadelige invloed op de etssnelheid te hebben, maar wel is gebleken dat het achterliggende roestvrijstalen leidingstelsel tot aan de bron HF daardoor aangetast wordt en dat dit bij volgende etsen ongewenste metaalcontaminaten op het halfgeleidersubstraat tot gevolg kan hebben.

Dit betekent dat het soms noodzakelijk is een dergelijk leidingstelsel te vervangen 30 en dat het in ieder geval noodzakelijk is een dergelijk leidingstelsel aan een regelmatige controle te onderwerpen.

Beide handelingen belemmeren de procesgang en zijn van nadeel.

In bovengenoemde EP 0335313A2 worden werkwijze en inrichting beschreven 1009767 2 waarbij twee etsgassen aflcomstig uit een eerste en een tweede bron via een gemeenschappelijke leiding aan een hulpkamer toegevoerd worden. In die hulpkamer wordt een plasma opgewekt en dit wordt overgebracht naar de reactor. De gebruikte etsgassen zijn CF4 en O2. Het is van belang dat beide etsgassen gelijktijdig toegevoerd 5 worden en bij voorkeur continue vanaf de bron door de hulpkamer naar de proceskamer stromen.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding het hierboven beschreven nadeel te vermijden en in een werkwijze te voorzien welke voortdurend uitgevoerd kan worden zonder dat permanente controle en/of vervanging van de leidingen noodzakelijk is.

10 Dit doel wordt bij een hierboven beschreven werkwijze verwezenlijkt doordat het tweede etsmiddel en/of etskatalysator via een andere weg aan die etskamer wordt toegevoerd en dat doorgang van dat eerste etsmiddel en/of etskatalysator door de hulpkamer zodanig intermiterend plaatsvindt, dat nooit rechtstreekse verbinding tussen de etskamer en de die eerste bron bestaat.

15 Door het gebruik van een hulpkamer is het weliswaar mogelijk dat bij het openen van de uitlaat van de hulpkamer naar de etskamer de andere reactant zoals azijnzuur terugdiffundeert in deze hulpkamer, maar deze reactant is niet in staat terug te diffunderen in het leidingstelsel voor die ene reactant zoals waterstoffluoride. Immers, de hulpkamer is aan die zijde afgesloten. Door het verwijderen voor het volgende proces 20 van beide reactanten uit de hulpkamer (en de etskamer), kan verdere terugdifïusie in de richting van de HF-toevoer uitgesloten worden. Gebleken is dat geen aantasting van de voorliggende leidingen plaatsvindt.

Daardoor is het mogelijk uitsluitend het leidingstelsel vanaf de hulpkamer tot de etskamer uit verhoudingsgewijs kostbare kunststof te vervaardigen, maar het 25 stroomopwaarts liggende deel van het leidingstelsel ten opzichte van de hulpkamer uit goedkoop roestvast staalmateriaal te vervaardigen. Dit geldt in het bijzonder indien een 'mass flow controller' toegepast wordt, welke niet in kunststof verkrijgbaar is.

Terugdiffunderen kan volledig uitgesloten worden indien volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding na behandeling in de etskamer spoelen via de 30 hulpkamer plaatsvindt. Na het sluiten van de uitlaatklep van de hulpkamer kan een verhoogde gasdruk met stikstof of ander inert gas in die hulpkamer aangebracht worden via de inlaatklep en kan de hulpkamer met behulp van deze stikstof gespoeld worden waarbij terugdiffunderen uitgesloten is. Daarbij is het mogelijk de hulpkamer ook bij het 1009767 3 spoelen met stikstof ten minste gedurende de eerste fase als sluis te gebruiken, d.w.z. eerst stikstof in de kamer in te laten, de inlaat van de hulpkamer te sluiten en vervolgens de uitlaat naar de etskamer te openen.

Volgens een andere mogelijkheid kunnen zowel de hulpkamer als de etskamer 5 geëvacueerd worden gevolgd door een of meer spoelingen met een inert gas, zoals stikstof.

Hierboven en hieronder wordt de uitvinding als voorbeeld beschreven aan de hand van het met waterstoffluoride en azijnzuur etsen van een halfgeleidersubstraat waarbij met stikstof gespoeld wordt. Begrepen zal worden dat de onderhavige uitvinding 10 toepasbaar is voor het etsen of anderszins behandelen van elk ander substraat met enige andere reactanten, waarbij het noodzakelijk is dat ten minste twee reactanten aanwezig zijn die van twee verschillende bronnen toegevoerd worden en pas op het moment van de reactie gemengd kunnen worden.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding is om de 15 hulpkamer een omloopleiding aanwezig. Daarmee wordt een stabiele stroming van waterstoffluoride al dan niet gemengd met stikstof ingesteld, zodat de hoeveelheid reactant die kortstondig in de hulpkmer ingebracht wordt nauwkeurig tijd-gestuurd gedoseerd kan worden.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering is het mogelijk in de hulpkamer een 20 absorbens voor de andere reactant aan te brengen. Indien deze andere reactant azijnzuur is, zou een dergelijk absorptievolume silicium kunnen omvatten.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de hierboven beschreven werkwijze. Deze omvat een inrichting voor het etsen van een substraat, omvattende een etskamer voorzien van een inbreng/afvoeropening voor dat 25 substraat, een inbreng/afvoeropening voor reactanten aangesloten op een leidingsysteem voor de gescheiden toevoer van ten minste twee reactanten, waarbij een toevoer een hulpkamer omvat voorzien van een inlaat en uitlaat elk met een afsluiter waarbij de uitlaat met de etskamer verbonden is en de inlaat met de toevoer voor reactant.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding is de etskamer niet 30 langer zoals in de stand der techniek opgebouwd uit een met kunststof bekleed metaalmateriaal, maar geheel uit kunststof vervaardigd. Dat wil zeggen, de kunststof neemt eveneens de in de etskamer heersende (onderdrukken op. Gebleken is dat door het met kunststof bekleden van staal nog altijd zekere poreusheid bestaat, terwijl afdichting 1009767 4 van de verschillende delen een probleem vormt waardoor op den duur aantasting plaatsvindt. Bovendien is het behandelen van dergelijke beklede staalplaten verhoudingsgewijs kostbaar en gebleken is dat het uit massieve kunststofdelen vervaardigen goedkoper is en dergelijke poreusheid vermindert terwijl geen aantasting is 5 waargenomen zodat regelmatige controle van de verschillende delen ook niet noodzakelijk is.

Als voorbeelden van kunststof worden genoemd polyvinylideenfluoride, polypropyleen, perfluoralkoxy en polytetrafluoretheen. Begrepen moet worden dat toepassing van een dergelijke uit kunststof bestaande kamer niet beperkt is tot combinatie 10 met de hierboven beschreven werkwijze, d.w.z. dat de uitvinding eveneens toepassing van kunststof etskamers omvat in combinatie met de werkwijze en inrichting volgens de stand der techniek, d.w.z. niet voorzien van de hierboven beschreven hulpkamer. Gebleken is dat ook dat bij onderdruk kunststofmateriaal voldoende sterkte heeft en het implosiegevaar niet bestaat. Bovendien is gebleken dat in tegenstelling tot in de stand der 15 techniek bestaande vooroordelen uitgassen met name bij gebruik bij verlaagde druk geen wezenlijk probleem vormt.

Begrepen dient te worden dat de hierboven beschreven toepassing van een etskamer waarbij de kunststof constructief is, d.w.z. de druk draagt, ook in andere systemen gebruikt kan worden zonder toepassing van de hierboven beschreven 20 hulpkamer. Voor een dergelijke toepassing worden uitdrukkelijk rechten gevraagd.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij tonen:

Fig. 1 schematisch het leidingstelsel volgens de uitvinding met daarin opgenomen de etskamer; en 25 Fig. 2 een voorbeeld van een met de uitvinding te gebruiken etskamer.

In fig. 1 is met 1 een etskamer schematisch weergegeven waarin het te behandelen substraat aangebracht wordt. Deze is voorzien van een aansluiting 2 op verschillende leidingen. Een leiding is aangegeven met 3 en komt uit op drie kleppen 4,7 en 10. Klep 4 voorziet in de verbinding met een drukschakelaar 5 en een drukmeter 6. Klep 7 is een 30 veiligheidsklep, d.w.z. een overdrukklep welke verbonden is met het afvoersysteem van de inrichting.

Met 9 is een toevoer voor 100% azijnzuur aangegeven.

Azijnzuur is in een glazen fles 9 aanwezig en is met afsluiter 10 verbonden via een 1009767 5 smooropening 13.

Etskamer 1 is bovendien verbonden met een klep 11. Deze is weer verbonden met een vacuümpomp 12. Deze kan bijvoorbeeld een vacuüm van 100 mtorr opwekken.

Aansluiting 2 is eveneens verbonden met uitlaatklep 16 van een hulpkamer 17. De 5 inlaatklep daarvan is met 15 aangegeven. Deze hulpkamer is voorzien van een omloopleiding 18 waarin een klep 19 aangebracht is en die stroomafwaarts van klep 11 in leiding 14 uitmondt. Bovendien is omloopleiding 18 voorzien van een vertakking waarin een klep 20 en een flowregelaar 21 uit metallisch materiaal aanwezig zijn. Deze flowregelaar 21 is verbonden met een stikstofbron die schematisch met pijl 22 10 aangegeven is.

De inlaat 15 van de hulpkamer 17 is verbonden met een toevoer van stikstof en waterstoffluoride. De stikstoftoevoer bestaat uit een bron 23 en de waterstofïluoridetoevoer uit een bron 24. Achter deze toevoeren zijn kleppen 25, 27 geschakeld terwijl deze toevoeren met elkaar verbonden kunnen worden via een klep 26. 15 Flowregelaars 28 en 29 uit roestvast staal zijn in de toevoerleidingen aanwezig alsmede kleppen 35 en 36. Bovendien is een drukmeter 37 aanwezig.

In fig. 1 zijn metdelen van kunststofmateriaal aangegeven terwijl met 'IIP delen uit roestvast staal weergegeven zijn.

Voor het kunststofmateriaal kan bijvoorbeeld PFA toegepast worden.

20 In fig. 2 is een voorbeeld van een etskamer 1 weergegeven. Deze is voorzien van een deurplaat 31 die op niet nader afgebeelde wijze op en neer beweegbaar is om een opening 30 vrij te geven voor het inbrengen van een substraat zoals een halfgeleiderwafer 32 in de richting van pijl 33 en na behandeling daar weer uit te verwijderen. Een afdichtring 38 is aanwezig. Met 39 is een stroomverdeelplaat aangegeven om de uit 25 leiding 2 afkomstige gasstroom gelijkmatig over het halfgeleidersubstraat 32 te verdelen.

De hierboven beschreven inrichting werkt als volgt:

Na het volgens pijl 33 inbrengen van een halfgeleidersubstraat of wafer 32 in etskamer 1 wordt deurplaat 31 gesloten. Bij het gesloten zijn van de afsluiters 7, 10, 15, 19 en 20 wordt pomp 12 bij het geopend zijn van afsluiters 11 en 16 (voor het afpompen 30 van hulpkamer 11) aangeschakeld. Daardoor wordt een onderdruk in etskamer 1 en hulpkamer 17 opgewekt en de waarde kan door het geopend zijn van afsluiter 4 afgelezen worden op drukmeter 5 en elektrisch geregistreerd worden door drukschakelaar 6.

Indien een voldoende onderdruk opgewekt is in etskamer 1 en hulpkamer 17 1009767 6 worden afsluiters 11 en 16 gesloten. Daarna wordt afsluiter 10 geopend en stroomt azijnzuur op nauwkeurig tijd-gestuurde wijze via restrictie 13 in etskamer 1. Door het aanbrengen van deze restrictie is het sturen met tijd mogelijk voor het bereiken van een optimale dosering. Tijdens of vóór het inbrengen van azijnzuur wordt hulpkamer 17 5 gevuld met waterstoffluoride afkomstig uit bron 24. Voor het vullen van hulpkamer 17 wordt eerst een stabiele waterstofïluoridestroming ingesteld. Dit gebeurt door de waterstofïluoridestroming via omloopleiding 18 bij het geopend zijn van afsluiter 19 naar pomp 12 te laten stromen. Zodra zich een stabiele stroming ingesteld heeft, wordt bij het gesloten zijn van uitlaat 16 inlaat 15 geopend (afsluiter 19 gesloten) en hulpkamer 17 10 gevuld, waarna inlaat 15 wordt gesloten. Inmiddels is de etskamer voldoende gevuld met azijnzuur en wordt afsluiter 10 gesloten. Afsluiter 4 wordt eveneens gesloten. Daarna wordt afsluiter 16 geopend en doordat de druk in hulpkamer 17 hoger is dan de druk in etskamer 1 zal waterstoffluoride in etskamer 1 bewegen. Mogelijkerwijs vindt een geringe terugdiffusie van azijnzuur in hulpkamer 17 plaats, maar dit materiaal kan niet 15 verder diffunderen. Omdat de hulpkamer uit resistent kimststoffnateriaal vervaardigd is, kan geen aantasting van de zich daarin bevindende componenten plaatsvinden.

Nadat het etsen voltooid is, wordt bij geopende uitlaat 16 afsluiter 11 geopend en pomp 12 aangeschakeld en het zich in de ets- en hulpkamer bevindende mengsel weggepompt. Eventueel kan door het openen van afsluiter 19 stikstof afkomstig uit bron 20 22 bijgemengd worden. Daardoor wordt de concentratie agressief medium zo laag, dat aantasting van de pomp en verdere stroomafwaarts liggende delen niet te vrezen valt. Vervolgens worden bij gesloten klep 11 de hulpkamer 17 en etskamer 1 gevuld met stikstof door het openen van inlaat 15 en van uitlaat 16,25,28,35. Door vervolgens inlaat 15 te sluiten en klep 11 te openen kunnen beide ruimten weer geëvacueerd worden. Deze 25 spoelhandeling kan een aantal malen herhaald worden.

Het is mogelijk pomp 12 continu te laten draaien. Tijdens het etsen zal dan geen gas door deze pomp 12 bewegen, waardoor mogelijkerwijs het bezwaar optreedt dat olie terugdiffundeert. Om dit te voorkomen wordt afsluiter 20 geopend en een via flowregelaar 21 gestuurde hoeveelheid stikstof afkomstig uit bron 22 door pomp 12 30 afgevoerd.

Begrepen zal worden dat met behulp van de flowregelaars 28 en 29 nauwkeurige dosering van zowel stikstof als waterstoffluoride plaats kan vinden.

Als voorbeeld kunnen enkele waarden bij de hierboven beschreven werkwijze 1009767 7 genoemd worden. Indien de etskamer een volume heeft van 1 liter, kan de hulpkamer een volume van ongeveer 30 cm3 hebben. Na het toevoeren van azijnzuur in de etskamer 1 is de druk ongeveer 500 a 1000 Pa. Azijnzuur kan bijvoorbeeld 5 sec. toegevoerd worden om in de juiste dosering te voorzien.

5 Hoewel de uitvinding aan de hand van een voorkeursuitvoering beschreven is, zijn talrijke varianten mogelijk. Zo is het mogelijk een verdere hulpkamer geschakeld achter de eerste hulpkamer aan te brengen. Eveneens is het mogelijk in de hulpkamer 17 een absorberend volume in te brengen. Dit absorberende volume is in staat de kleine hoeveelheid INIT die terugdiffundeert via uitlaat 16 te absorberen en zo verdere diffusie 10 na het sluiten van hulpkamer 17 door inlaat 15 te voorkomen. Een dergelijk absorberend volume kan bestaan uit een deel siliciummateriaal. Zo is het mogelijk het proces uit te voeren met een waterige oplossing van HF. Indien bijvoorbeeld een aziotropisch mengsel van 39% HF in water toegepast wordt, heeft de damp dezelfde samenstelling als de vloeistof en blijft de samenstelling van de vloeistof in de loop van de tijd constant. 15 Dosering van deze damp is vergelijkbaar met de dosering van azijnzuur en hoeft niet meer via een hierboven beschreven flowregelaar plaats te vinden, maar kan via een restrictie verwezenlijkt worden en/of op tijd en/of druk geregeld worden. Bij een dergelijke uitvoering dient de hulpkamer een groter volume te hebben omdat de maximale dampdruk wezenlijk lager is dan van anhydrous HF. In een dergelijk geval 20 dienen alle leidingen uit kunststof vervaardigd te worden omdat een dergelijk H2O mengsel veel corrosiever is dan HF zonder de aanwezigheid van water. De hulpkamer is dan van belang om menging van twee reagens te voorkomen en de samenstelling constant te houden.

Deze en verdere wijzigingen liggen voor de hand voor degenen bekwaam in de 25 stand der techniek na het lezen van bovenstaande binnen het bereik van de bijgaande conclusies.

**** 1009767

Claims (10)

1. Werkwijze voor het etsen van een substraat, omvattende het in een etskamer plaatsen van dat substraat, het in die etskamer inbrengen van een eerste etsmiddel en/of 5 etskatalysator afkomstig uit een eerste bron, het inbrengen van een tweede etsmiddel en/of etskatalysator uit een tweede bron, het na het etsen spoelen van die etskamer en het verwijderen van dat substraat, waarbij het eerste etsmiddel en/of etskatalysator vanaf die eerste bron via een hulpkamer aan de etskamer toegevoerd worden, met het kenmerk, dat het tweede etsmiddel en/of etskatalysator via een andere weg aan die etskamer wordt 10 toegevoerd en dat doorgang van dat eerste etsmiddel en/of etskatalysator door de hulpkamer zodanig intermiterend plaatsvindt, dat nooit rechtstreekse verbinding tussen de etskamer en de die eerste bron bestaat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij na de behandeling van dat substraat spoeling van die etskamer via die hulpkamer wordt uitgevoerd.

3. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de toevoer van die andere reactant en/of andere katalysator aan die kamer bij het verbinden van die hulpkamer met die etskamer afgesloten wordt.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij dat eerste etsmiddel HF omvat.

5. Inrichting voor het etsen van een substraat, omvattende een etskamer voorzien van een inbreng/afvoeropening voor dat substraat, een inbreng/afvoeropening voor reactanten en/of katalysator aangesloten op een leidingsysteem voor de gescheiden toevoer van ten minste twee reactanten en/of katalysator, waarbij een toevoer een hulpkamer omvat voorzien van een inlaat en uitlaat elk met door een sturing beheerde 25 afsluiter waarbij de uitlaat met de etskamer verbonden is en de inlaat met de toevoer voor reactant en/of katalysator, met het kenmerk dat die sturing zodanig uitgevoerd is dat slechts een van die afsluiters (15, 16) geopend kan zijn.

6. Inrichting volgens conclusie 5, waarbij een omloopleiding (18) voor die hulpkamer aanwezig is.

7. Inrichting volgens conclusie 5 of 6, waarbij die etskamer verbonden is met een vacuümpomp (12).

8. Inrichting volgens een van de conclusies 5-7, waarbij in de toevoer van die andere reactant en/of andere katalysator een klep (10) is aangebracht. 1009767 * 9

9. Inrichting volgens een van de conclusies 5-8, waarbij die etskamer een de onderdruk van die etskamer opnemende uitsluitend uit kunststof bestaande constructie omvat.

10. Inrichting volgens conclusie 9, waarbij die kunststofconstructie 5 polyvinylideenfluoride omvat. 1009767