TW200425327A - Method and apparatus for liquid etching - Google Patents

Description

200425327 玖、發明說明： L ^^明 屬 々貝 j 發明領域 本發明係有關加工固體等被處理物表面之技術領域， 5且係有關於一種如半導體裝置製造、 MEMS(Micro_Electro-Mechanical_System)裝置等形成精货 形狀之領域的液相蝕刻方法及液相蝕刻裝置。 L先前技術3 發明背景 10 在精密加工典型例之半導體加工(蝕刻）程序中，係將反 應性氣體在電漿狀態下照射至半導體表面，並將半導體加 工成預期的形狀。 參照第9圖簡單地說明，真空室1連接用以製作真空之 真空泵2。在真空室1内載置如石夕晶圓3之被處理物並導入所 15需氣體後’可產生電漿4，並與被處理物表面產生相互作用 以處理被處理物。在第9圖中係進行被處理物之蝕刻。 又’如日本公開公報9_27654號所示，以往的蝕刻大多 係以將固體試料浸潰於液體中進行處理。然而，在液體中 的餘刻’雖然餘刻速度非常快，但蝕刻具有等方向進行之 20 缺點，故不適合精密加工。 使用電漿進行餘刻的理由，是為了因應在精密化加工 時南精密化的要求，因而可作成異方向性蝕刻。 然而’當使用電漿進行蝕刻時，會降低加工速度。結 果’在半導體產業領域中，即使僅處理1枚典型晶圓也要花 5 10分鐘左右的時間。 【發明内容】 發明概要 本發明之蝕刻方法，係對作為被處理物之固體或固體 聚合體或者膠狀之物體，以預定速度喷塗化學反應性液體 來進行蝕刻。 本發明之蝕刻方法，更可使用喷嘴構件，對設置於真 空槽之被處理物喷塗前述化學反應性液體；又，加工前述 被處理物時之前述真空度，係可防止在噴射前述液體時， 因超過音速而產生脈衝波等之充分真空度。 本發明之蝕刻方法，更可對業已噴出之液體粒子賦予 電荷，使對作為加工對象物之前述固體或固體聚合體，或 者膠狀物體表面帶有電荷之液體粒子，以電場或磁場加速 誘導或使其減速碰撞。 本發明之蝕刻方法，更可以樹脂材料等包覆前述固體 或固體聚合體之一部份表面作為遮罩，從遮罩露出之部 分，噴塗化學反應性液體，並選擇性地加工前述固體或固 體聚合體。 本發明之I虫刻裝置具有固定被處理物之機構，與用以 將化學反應性液體噴塗至業已固定之前述被處理物之喷嘴 構造。 由於使用本發明之液相I虫刻方法與液相I虫刻裝置，故 可大幅提高蝕刻速度。 圖式簡單說明 200425327 第1圖係本發明實施型態之液相蝕刻裝置之概念截面 圖。 第2A-2D圖，顯示本發明實施型態之另一處理程序之 程序圖。 5 第3A-3C圖，顯示本發明實施型態之另一處理程序之程 序圖。 第4圖係本發明實施型態之液相蝕刻裝置之概念截面 圖。 第5圖係本發明實施型態另一液相蝕刻裝置之概念截 10 面圖。 第6圖係本發明實施型態另一液相蝕刻裝置之概念截 面圖。 第7圖係本發明實施型態另一液相蝕刻裝置之概念截 面圖。 15 第8圖係本發明之實施型態另一液相蝕刻裝置之概念 截面圖。 第9圖係習知電漿蝕刻裝置之構造截面圖。 I：實施方式3 較佳實施例之詳細說明 20 本發明係利用以非常高的速度將液體喷塗至被處理物 之技術為主體，以同時實現：（1)藉由使用液體得到高速蝕 刻性，及(2)藉由使用電漿得到異方向蝕刻性等2種特徵；並 且提供一種可高速處理，且保有非常精確之異方向性之加 工技術。 7 述液滴碰撞 聚之效果， 在可以超高速使液滴碰撞的系統中，當前 時，也會具有在前述被處理物的極表面產生電 可更顯著地發揮本發明之特徵。 本發明係可將現行所使用電漿之「蝕刻製程， 」’轉換成 處理能力咼之液相處理’結果，生產性會從數彳立提古 幾倍。半導體產業’必須對製造設備投入巨額資金，要使 晶片單價與其投資達到平衡是很困難的，且係所謂石夕循環 的對應非常困難的產業。因此，若蝕刻的處理時間可以2 幅縮短，則可提昇生產性，以改變產業結構。 以下，參照圖示並對本發明之實施型態加以說明。又， 在各圖中，將基本的機能為相同之處，附加相同符號。 (實施型態） 以下利用實施例1說明本發明之一實施型態。第i圖係 說明在實施型態中所使用之液相蝕刻裝置的圖。以下，參 照第1圖概略說明實施例1之蝕刻裝置。在真空室1〇上連接 用以製造出真空之真空泵20，且在真空室1〇内設置有定位 台40與複數喷嘴50。定位台40可固定被處理物3〇，且該被 處理物30為固體或固體聚合體或者為膠狀物體等。喷嘴％ 連接於用以供給所需液體之液體供給裝置6〇，並可使化學 反應性液體70形成粒子狀，再噴塗至被處理物3〇。接著， 從可蝕刻被處理物30之各種液體70内，分別選擇適合前述 被處理物之溶劑來使用。 將真空槽大約保持較1E-3T〇rr更高之高真空度（即，低 壓狀態），並從噴嘴50,以時速大於速度噴塗液體 200425327 70。所噴出的液體70會附著於被處理物夺 行蝕刻。 又丨，並同時進 當被處理物表面31的濕潤性差時，則會從界 供給裝置80的噴出部81將界面活性劑噴涂，面’舌性劑 、主主"非E?私I主 面。界面活性劑的喷塗作業，可在噴塗液 、， ^ . · u之前，也可 同时進行，或者亦可在喷塗液體70後進行。 性劑，液體70可佈滿被處理物表面31，均一、’面活 J 地進行钱刻。

其中一例係將液體70加速至時速1菫八 X △里以上的i| 10

度，噴出到被處理物3〇上，-部份的液體成分會獲得高能 量而離子化。所產生之電漿具有使被處理物表面31二:取 更具有加速姓刻處理速度之效果。 另外，說明喷嘴50的耐腐蝕性加工。

用以製作前述喷嘴之材料，並不限於耐腐蝕性優異之 物質。使用耐腐餘性並非十分優異的材料製作前述喷嘴 15時，必須使用適合贺嘴加工之物質，形成前述喷嘴本體形 狀，並以耐腐蝕性物質包覆會直接接觸蝕刻用液體之前述 喷嘴表面。其包覆處理，係直接以預定之耐腐蝕性物質作 為主體，並將電漿照射至前述喷嘴表面，或者，將與主體 物質反應而生成耐腐蝕性物質之電漿，照射至前述喷嘴表 20 面。藉由在前述喷嘴表面包覆耐腐蝕性物質，可大幅提升 對於所使用之姓刻液的对腐餘性。 接著，以實施例2說明本發明實施型態之另一處理程 序。第2A-2D、第3 A-3D圖及第4圖，係說明實施例2。第2A-2D 圖顯示，將實施例2之光阻劑作為遮罩，並使用半導體為被 9 200425327 處理物時進行處理之程序的圖；第3A-3D圖顯示，將實施例 · 2之包覆物質作為遮罩，並使用半導體時進行處理之程序的 圖；第4圖係說明使用半導體作為實施例2之被處理物時之 蝕刻裝置的圖。 5 以下係對被處理物30進行精密加工之一例，該例說明 在精密加工中最先進之半導體裝置的加工程序。 · 直至2002年，半導體加工較0.25微米更精密的超精密 加工已經是一般加工。因此’這些欲進行钱刻處理之液體 70的微粒子大小，必須小於0.2微米。又，前述微粒子大小， 修 10 由於必須小於決定成為加工對象之尺寸的主要原因（臨界 尺寸），因而當所需之加工精密度大時，可選擇符合這樣的 粒子大小。在實施例2中所使用的蝕刻裝置係具有可形成微 粒子小於0.2微米之喷嘴50，及可形成更高速之液體微粒子 的超音速喷嘴51(SupersonicNozzle)。又，本發明之超音速 15 波喷嘴，係以時速l〇〇〇km以上的速度喷塗前述液體微粒 子。更理想地，係以加速至時速3000km以上的速度喷塗前 述液體微粒子。 ® 接著，參照第2圖說明作為加工對象之半導體基板。半 導體的一例係使用石夕晶圓90，且該石夕晶圓90形成有用以形 20 成半導體元件所需之物質薄膜1〇〇。作為加工對象之半導體 、 基板係碎基板及形成有石夕氧化膜、石夕氮化膜、稀土族氧化 · 膜、鋁及銅等金屬膜之矽基板等。 用以蝕刻被處理材料薄膜100之液體，可多方面考量， 選擇適合成為加工對象之半導體基板材料之溶劑來使用。 10 在真空室10内的真空度，大約保持較lE-3Torr更高之高 真空度，並從噴嘴50，以時速1〇〇〇km以上的速度噴塗液體 70。所喷出的液體70會附著於被處理物表面31，並同時進 行蝕刻。利用被處理物表面31與液體7〇的關係使用界面活 性劑，使液體佈滿被處理物表面3丨以發揮均質的蝕刻效 果。當被處理物表面31的液體7〇濕潤性差時，可藉由將界 面活性劑賴於前簡處理齡面，賴7時全面地佈滿 被處理物表面31，並均一地進行蝕刻。 另一例係使液體70以時速大約超過1萬km之高速到達 前述被處理物，貝卜部份液體成分會獲得高能量而離子 化如此所產生的電聚具有使前述被處理物表面活性化， 且加速蝕刻速度之效果。 一在製以半&體设備當中，也有必須以較〇25微米更精 密之〇.1微米的尺寸進行加m此時，如第2b_ 不’可在薄膜議上形成光阻劑以作為遮罩使用並以所謂 微影成像方法，可實現以預定圖樣及尺寸的處理。此時， 為了職予《総騎液她狀耐賴性，最好是如第 2B圖所示’預先以電漿12〇進行光阻劑⑽表面之錢化處 以電漿處理以有機物所構成之光_表面，會在 生有機物聚合反應等。如第2C圖料，藉由因該反應 仃有機物表面的交聯反應等，可得到耐腐紐光阻巧 。電裝⑽係、可考量稀有氣體產生之㈣的情形；_ 劑削之物f_互制；與可使用之_、酸、驗 等餘刻液70的相互作用等，來決定最適當之電漿。 由於可使用之溶劑、酸、鹼等蝕刻液7〇之組合，在主 要以有機物所構成之光阻劑11〇中，會產生不論如何也無法 獲得充分耐腐蝕性的情形。 5 此時，如第3圖所示，將由具有充分耐腐姓性物質所構 成的包覆物質13_附於被處理物⑽表面，並以該被包覆 物貝13G作為遮罩進行液相㈣。又，在實施例2中，被處 理物相當於形成於矽基板9 〇表面之薄膜丨〇 〇。 首先，使用光阻劑110作為遮罩，並使用可敍刻包覆物 1〇質130之溶劑、酸、驗等钱刻液70，蝕刻包覆物質13〇。 接著，如第4圖所示，將業已圖樣化之包覆物質13〇作 為遮罩，在真空室10内，從超音速喷嘴5卜喷塗用以钱刻 被處理物100之由溶劑及酸、驗等钱刻液70，進行被處理物 1〇〇的液相_之預定加卫。又，真空室_的真空槽係保 15持在較lE-3T〇rr更高之高真空（即，低壓力），以時速i〇〇〇km 以上的速度從喷嘴50喷塗液體70。保持如上述真空度之目 的，係為了防止上述化學反應性液體噴射出時，因超過音 速而產生脈衝波等情形。 藉由如上述說明之方法，可依照遮罩圖樣對於半導體 20基板及加工對象等進行非常精密地加工。 此外，再利用貫施例3，說明本發明實施型態另外的處 理程序。在要求精密加工之半導體設備的製造等中，蝕刻 溝槽的懸垂物及錐角的形成，會使加工精密度惡化。因此， 極需使用從平面固體表面凹入垂直方向的蝕刻方法。 12 200425327 在實施例3 t，以第5圖及第6圖說明在蝕刻處理時，利 用電場或磁場凹入垂直方向之蝕刻方法。 苐5圖係說明本發明實施例3，對被處理物施加電場， 以加速液體70之蝕刻裝置的圖。第6圖係說明本發明實施例 5 3 ’對真空室賦予磁場，以在旋轉方向加速液體70之蝕刻裝 置的圖。 如第5圖所示，在喷嘴50的出口或其出口附近，設置電 荷賦予機構140，以對所射出之微粒子化之液體7〇(即，液 體粒子）賦予電荷。利用該電荷，可自由地賦予所射出之微 10 粒子化的液體7〇方向性。因此，在固定半導體固體之定位 台具有可施加電壓之電壓施加機構150。 從噴嘴50所喷出的液體70，首先，以電荷賦予機構14〇 賦予笔何，並藉由電壓施加裝置150加速到達被處理物3〇。 以裝置的構造及可使用之液體的電氣特性，並藉由放電及 15漏電等來限制可施加之電壓。有關該問題，會在稍後的實 施例5加以說明，而藉由與促使蝕刻所使用之液體氣化之系 統搭配，進行間歇地電壓施加，可防止漏電等影響。 又，如第6圖所示，藉由使用施加磁場之磁場施加機構 160，可在旋轉方向加速液體71，並可改變運行軌道，可自 20由地控制方向。且，71係旋轉通過執道之液體。 另外’利用實施例4說明本發明實施型態另外的處理程 序。噴射液體之喷嘴50,即使-個也可叫用於㈣處理， 但由於前述被處理物之㈣等具有—定面積，在僅使用⑽ 喷嘴時，會因所處理位置不同，而改變朝業已微粒化之液 13 200425327 體微粒子的表面的入射角度。這是與以點光源所照射之平 ’ 面，因位置而顯示不同的亮度是同樣現象。因此，為了在 被處理物表面全體進行均一的處理，使用複數噴嘴是有效 的。另外’在實施例4中說明具有複數噴嘴之例子。 ‘ 5 第7圖係說明本發明實施例4之蝕刻裝置，並在每一半 導體晶片設置一喷嘴之構造的圖。第8圖係說明本發明實施 例4利用MEMS設置無數精密喷嘴之蝕刻裝置的圖。 例如，在石夕半導體的製造程序中，約以lcm左右的間 隔，形成複數晶片170。如第7圖所示，由於分別在位於每 · 10 一晶片口0正上方設置喷嘴50,因而可將液體7〇的角度變化 降低到最小。又，由於在每一晶片設置複數前述喷嘴，更 可降低角度變化的影響。 又，例如，亦可如第8圖所示，使用應用有MEMS及微 米機構之微噴嘴52，以數微米的間隔並列前述喷嘴。此時， 15 可在對應被處理物的表面全面之面積上，舖滿喷嘴來進行 蝕刻，且亦可藉由設置一定面積之前述喷嘴，使喷嘴本身 φ 或被處理物移動，來餘刻被處理物表面的全面。又，在第8 圖中，為說明而放大畫出各噴嘴。 此外，利用實施例5說明本發明實施型態另一處理程 — 20 序。由於液相蝕刻所使用之溶劑、酸、鹼等蝕刻液等特性， 前述蝕刻中所使用之液體在真空室10内至氣化為止的時間 會改變。 當氣化速度非常快時，由於所喷出的液體，必須經過 預定蝕刻所需的時間，故不會產生立即氣化之問題。然而， 14 200425327 當氣化速度慢時，超過蝕刻所需之預定時間而殘留，反而 會造成蝕刻處理的缺點。因此，當氣化速度慢時，必須藉 由控制蝕刻用液體的噴出量，來防止過量地供給前述液 體。為了解決該問題，可藉由具有液體供給裝置60為間歇 5 喷出迴路或間歇喷出裝置（未圖示），並且間歇地進行從前述 喷嘴的液體喷出程序，來設置當前述液體一旦喷出，則立 即蒸發供給至蝕刻之液體所需的時間帶。 在上述實施型態中，喷塗化學反應性液體宜以超音速 進行，亦可以一部份的液體成分或大部分的液體成分電漿 10 化之速度來進行。 產業上的可利用性 如上述所說明之本發明，係提供一種液相蝕刻裝置， 並可以高速將蝕刻所使用之液體喷塗於被處理物，又，可 維持具有乾式蝕刻之異方向性等精密加工性能，並可同時 15 大幅提升蝕刻速度。 I：圖式簡單說明3 第1圖係本發明實施型態之液相蝕刻裝置之概念截面 圖。 第2A-2D圖，顯示本發明實施型態之另一處理程序之 20 程序圖。 第3A-3C圖，顯示本發明實施型態之另一處理程序之程 序圖。 第4圖係本發明實施型態之液相蝕刻裝置之概念截面 圖。 15 200425327 第5圖係本發明實施型態另一液相蝕刻裝置之概念截 面圖。 第6圖係本發明實施型態另一液相蝕刻裝置之概念截 面圖。 5 第7圖係本發明實施型態另一液相蝕刻裝置之概念截 面圖。 第8圖係本發明之實施型態另一液相蝕刻裝置之概念 截面圖。 第9圖係習知電漿蝕刻裝置之構造截面圖。 10 【圖式之主要元件代表符號表】 10…真空室 20.. .真空泵 30.. .被處理物 31.. .被處理物表面 40.. .定位台 50.. .喷嘴 51.. .超音速喷嘴 52.. .微米噴嘴 60.. .液體供給裝置 70.. .液體 71.. .旋轉執道之液體 80.. .界面活性劑供給裝置 81.. .喷出部 90…石夕晶圓 16 200425327 100…薄膜 101.. .業經蝕刻處理之薄膜 110.. .光阻劑 111.. .耐腐蝕性光阻劑 120.. .電漿 130.. .包覆物質 131…業已圖樣化之包覆物質

140.. .電荷賦予機構 150.. .電壓施加裝置 160. ·.磁場施加裝置 170.. .晶片

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Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： L '種液相蝕刻方法，包含有： 對被處理物’技度01塗化學反錄液體之程 序；及 藉由業已噴塗之前述液體，軸彳前述被處理物之程 序。 如申切專利㈣第丨項之液減刻方法，其中前述喷塗 程序係使㈣嘴構件，將前料塗於祕被處理物 之程序。 申明專利範圍第1項之液相似彳方法，其巾前述喷塗 2序係在職之真线體環境下進行，又，前述氣體真 、又係可防止在喷射&述液體時，因超過音速而產生脈 衝波之充分真空度。 女申凊專圍第3項之液相侧方法，其巾前述真空 度為較lE-3Torr更高之高真空。 5 如申請專利範圍第3項之液相蝕刻方法，其中前述喷塗 程序係將別述液體作成小於臨界尺寸之液體粒子，喷塗 於前述被處理物。 •如申請專利範圍第1項之液相蝕刻方法，其中前述嗔塗 種序係藉由包含對前述液體粒子賦予電荷之程序，及使 電％或磁場作用於前述帶有電何之液體粒子之程序，以 在前述對象物表面，加速誘導前述液體粒子或使其減速 砸揸。 •如申請專利範圍第6項之液相蝕刻方法，其中對於與定 位機構保持電氣絕緣之前述被處理物，供給所需電子至 前述被處理物表面。 8.如申請專利範圍第1項之液相蝕刻方法，具有在前述噴 塗私序之珂，以包覆材料包覆前述被處理物一部分之程 序，且，在前述蝕刻程序中，前述液體僅蝕刻未包覆前 述被處理物之部分。 9· 一種蝕刻程序，係依序包含有： 在觔述噴塗程序之前，在前述液體中將不產生反應 物貝之薄膜製作於前述被處理物表面之程序；及 以珂述包覆材料作為遮罩，蝕刻前述薄膜之程序， 又，4述蝕刻程序係以業經蝕刻之前述薄膜作為遮 罩，蝕刻前述被處理物之程序。 10.如申明專利|&圍第i項之液相餘刻方法，其中前述喷塗 私序係在噴塗祕紐同時或前後，倾界面活性材料 於前述加工對象物表面之程序。 11·如申1專利_第2項之液相㈣方法，其中前述喷塗 程序係使用喷嘴構件，間歇地喷塗前述液體之程序、。 Π·如申口請專利第U項线祕刻方法，其中前述喷 塗私序中，其間歇噴塗前述液體之時㈣隔，係依據前 述液體_前述被處理物之速度，及含有侧結束後業 、、二侧之物胃之刖錢體，在前述真空氣體環境下的氣 化速度或排除速度來決定。 13. —種液相蝕刻方法，包含有： 在真空氣體環境下使时嘴構件，對被處理物噴塗 200425327 化學反應性液體之程序；及 餘刻前述被處理物之程序， 又，前述喷塗程序，係藉由包 +雷荇之p “ μ 對述夜體粒子賦 予電何之权序，及使電場或磁場作用於前 液體粒子之程序，以在前述對象物表面，^何^ 液體粒子或使其減速碰撞之程序， 〈赛㈣述 刻前係藉由業已喷塗之前述液體，钱 14·如申請專利範圍第n 图罘13項之液相蝕刻方法， ίο 塗程序係使用前述噴喈播放^ + /、中則述贺 序。 構件，間歇贺塗前述液體之程 15· —種液相蝕刻裝置，包含有： 真空室；及 15 設置 =前述真空室内之喷嘴構件， 則述噴嘴構件係在真空氣體魏 應性液體至被處理物。 16·如申請專利笳囹當， 祀国弟15項之液相蝕刻裝置，其中至少前 述喷嘴構件μ耐廢& _ 、、、耐腐蝕性處理，又，前述耐腐蝕處理係在 20 月’J述噴嘴構件 物質# “ 路出部，形成對前述液體具有耐腐蝕性之 17如申过 处里，又，前述處理係使用電漿進行。 有巧專利範圍帛15項之液相钱刻裝置，其中更包含 前述處理物 設置於 之定位台； 前述噴嘴構件出口之電荷賦予機構；及 20 200425327 施加電壓至前述定位台之電壓施加機構， 又，前述電荷賦予機構可使業已喷出之前述液體粒 子帶電； 又，前述電壓施加機構可加速前述帶有電荷之液體 5 粒子。 18. 如申請專利範圍第17項之液相蝕刻裝置，其中更具有 磁場施加機構，且，前述磁場施加機構可控制前述液體 粒子之執道。 19. 如申請專利範圍第15項之液相蝕刻裝置，其中更具有 10 液體供給裝置，且，前述液體供給裝置對前述喷嘴構件 連續或間歇地供給前述液體。 20. 如申請專利範圍第15項之液相蝕刻裝置，其中更具有 界面活性劑供給機構，又，前述界面活性劑供給機構包 含有將界面活性劑喷塗至前述被處理物之噴出部，及將 15 前述界面活性劑供給至前述喷出部之供給機構。 21