一种用于化学蚀刻工件的超声蚀刻装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于化学蚀刻工件的超声蚀刻装置。该装置包括：至少部分地填充有水溶液的外槽；至少局部设置在外槽内并与水溶液接触的内槽，内槽中至少部分地填充有蚀刻溶液；与内槽口啮合的盖；与外槽连接以将超声波能量传递给内槽中的蚀刻溶液的超声换能器。而且，本发明专利技术公开了采用该装置蚀刻工件的多个方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种应用超声化学蚀刻工件的方法，以及用于实施本专利技术的系统。
技术介绍
在许多现代工业工艺中对材料进行均匀地蚀刻是必不可少的。蚀刻可以仅限制于材料内，或者蚀刻工艺可以一直进行直到将材料刻穿，从而暴露出其下面的材料。在许多工业应用，诸如电子、光学和光电工件的制造中，由于蚀刻工艺通常决定了最终制造出的工件的精度，因此蚀刻步骤是工件制造的关键阶段。在半导体芯片的制造过程中通常存在有一百多个工艺步骤，其中包括氧化、扩散、离子注入、导体和绝缘体的沉积、光刻和蚀刻。各种导体和绝缘体层以几微米的厚度均匀沉积在整个晶圆上。在关键应用中，在安装和使用前要对某些新的或者使用过的半导体工艺设备部件进行洁净，以去除来自初始制造或者生产工艺或者来自工艺步骤的残留污染物，从而实现与半导体晶圆本身一样的洁净级并恢复其表面形态。而且，在处理许多晶圆后，半导体处理工艺中使用的设备受到污染或者沉积物不断增加并因此变得不可用。例如，在蚀刻机中，在电极的外围或者支撑晶圆的卡盘上不断沉积聚合物直到其厚度足以干扰晶圆和电极的接触。这导致整个晶圆上的蚀刻不均匀并且由于晶圆粘在电极上不断集结的聚合物上导致出现传输失误。不均匀度超过7％即超过了某些规格限度，并会影响整个晶圆的侧壁形状变化。此外，在设备腔室中的其他部件，例如室顶/圆顶和衬料(liner)也覆盖有聚合物以及污染物，它们带给晶圆颗粒、金属的和有机的杂质。因此，必须拆卸该设备腔室中的部件并清洗各单独部件。用于制造半导体器件的大多数干法工艺设备采用伴随高温、等离子体和气体混和物的工艺进行薄膜沉积和蚀刻。在这些制造工艺中，有机和无机副产物沉积在工件部件的表面上。某些蚀刻工件的设备和装置可从市场上获得，但是这些都不够理想。图1所示为用于超声蚀刻半导体制造工件102的现有技术的代表性小型装置100。将酸性溶液110放入内部容器104中，通过超声波振荡容纳在外部容器130中的水溶液120。整个装置包含在排气罩150内，该排气罩150用于收集随着蚀刻反应的发生从水溶液和酸性溶液中排放的气体140。尽管比不包括浓酸或者超声发生器的早期蚀刻工艺具有一定的进步，但是装置100没有旋转工件102的能力或者建立安全工作条件的能力。装置100也不具有容纳气体或者在蚀刻工艺中防止不需要的成分，例如来自环境的杂质、来自水溶液中的气雾，进入蚀刻溶液的能力，或者提高挥发蚀刻溶液局部压力以及防止蚀刻溶液由于水雾或者挥发损失引起浓度变化的能力。而且还缺乏为了更好地控制蚀刻工艺，用于调节温度的加热装置和探针等以及用于缓冲和扩散能量的超声波缓冲器。图2所示的现有技术装置200包括两个烧杯202和204，两烧杯中包含去离子水，通过开口206提供，并且溢流进入前述烧杯，然后溢流进入声波槽210中。将超声换能器220(ultrasonication transducer)连接到功率振荡器220上以向前述去离子水提供超声波能量。该装置缺少许多需要的特征，最主要的是缺乏容纳酸的能力、声波处理时旋转工件的能力、加热装置以及超声波扩散器。在此引入美国专利No.6,199,563作为参考，该专利通过提供旋转装置用于声波处理酸性溶液中的工件，对于现有技术的超声波发生器加入了适当的改进，但是没有提供容纳酸性气体的装置、防止来自水溶液和/或旋转装置损耗带来的不必要的污染物进入酸性溶液的装置、提高酸性溶液局部压力的能力或者提供更安全工作环境的能力。这里所需要的是一种方法和装置，其可以用于容纳在超声波振荡期间所产生的气体，最小化地减少蚀刻溶液暴露到周围环境从而在蚀刻工艺期间防止来自水溶液和/或旋转装置损耗带来的不必要的污染物进入蚀刻溶液，具有提高蚀刻溶液局部压力的能力从而通过保持蚀刻溶液浓度稳定、保持有害气体处于液态来防止形成危险的蒸汽，并且具有提供安全工作环境的能力。本专利技术通过提供多个比现有装置更有效、无污染的装置以及方法来满足这些需要，从而使得可以有效地洁净并回收利用半导体工件以减少制造成本。
技术实现思路
因此，一方面，本专利技术的目的在于提供超声波蚀刻装置用于化学蚀刻工件。在一个实施例中，化学物质为酸。作为替代，化学物质为碱。本专利技术的装置包括至少部分填充有水溶液的外槽，和具有耐化学腐蚀的聚合物并且至少局部地设置于外槽内并与水溶液接触的内槽。内槽中至少部分地填充有至少一公升酸性或者碱性溶液，该溶液的总酸度或者总碱度至少为10％wt，并且内槽至少具有侧壁、底部以及限定的上口，并可以接纳工件。该装置中还包括与内槽的口啮合的盖，和与外槽耦接以将超声波能量传递给内槽中的酸性溶液的超声换能器。在一实施例中，上述盖的重量在内槽口和盖下表面之间产生了至少局部的密封。在相关实施例中，该局部的密封用来提高蚀刻溶液上方气体的局部压力和/或防止导致化学溶液成分变化的化学气体逸出。在本专利技术另一实施例中，上述装置包括用于调节水溶液温度的加热元件。在再一实施例中，上述装置包括在设置于内槽中的工件和超声换能器之间传递相对运动的机构。在一实施例中，该机构包括一直延伸到盖并与工件连接的杆。在又一实施例中，上述装置包括位于槽上部并容纳由水溶液和蚀刻溶液其中至少之一产生的气体的排气罩。在再一实施例中，一超声波缓冲器设置在水溶液中，用于缓冲和/或扩散传递给酸性溶液的声能量。在本专利技术的一实施例中，超声换能器位于水溶液的外面并与功率振荡器有效连接。在本专利技术的另一实施例中，在蚀刻溶液内设置有探针，用于监控超声波能量、温度、温度变量和杂质浓度中的一个或者多个。在另一实施例中，水溶液为经过滤并循环的去离子水浴。优选的，上述蚀刻溶液基本上为静态的。在一实施例中，内槽以及任何可以和蚀刻溶液接触的旋转机构部分均包括耐化学腐蚀的聚合物材料，该材料选自含氟树脂和高密度聚乙烯等物质。在另一实施例中，内槽产生小于10ppb的可滤去的污染物和10ppm的可滤去的阴离子和有机污染物。在再一实施例中，蚀刻溶液为酸性并且包括选自由氢氟酸、硝酸和盐酸构成的组中的化学物质。在相关实施例中，前述酸性溶液为比例为1∶1∶1的氢氟酸、硝酸和水。作为替代，该蚀刻溶液为碱性并且包括选自由氢氧化钠和氢氧化钾构成组中的化学物质。在又一实施例中，水溶液的温度保持在约20℃到约50℃。在又一实施例中，前述工件选自由金刚砂、石英和硅构成的材料的组。在本专利技术的一实施例中，前述旋转机构包括一旋转转动驱动器用于围绕一轴旋转前述衬底。在相关实施例中，前述轴是基本上水平的轴。作为替代，前述轴是基本上垂直的轴。在另一实施例中，前述旋转机构包括用于旋转内槽和/或超声换能器的旋转转动驱动器。在再一实施例中，前述盖具有与内槽口横截面基本上一样的横截面。在又一实施例中，前述内槽口和盖均具有与前述盖的横截面相对应的圆形形状。在再一实施例中，前述内槽的横截面与工件的横截面基本上一样。在又一实施例中，前述内槽口具有正方形、矩形、三角形、圆形或者椭圆形的形状。在另一实施例中，前述装置的内槽形状为矩形平行管、立方体或者圆柱体。因此，根据本专利技术的一方面，本专利技术的另一目的是提供一种超声波化学蚀刻工件的方法。实施前述方法的步骤包括提供具有内表面的内槽，该内槽包括耐化学腐蚀的聚合物，限定有上口并且该上口可接纳前述工件，其中前述内槽至少部分地设置在外槽内，前述外槽至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于化学蚀刻工件的超声蚀刻装置，所述装置包括：外槽，至少局部填充有水溶液；内槽，包括耐化学腐蚀的聚合物并且至少局部设置于所述外槽内并与水溶液接触，所述内槽中至少部分地填充有１公升的蚀刻溶液，所述蚀刻溶液具有至少为１０％ｗ ｔ的总酸度或者总碱度，并且所述内槽至少具有侧壁、底部以及限定一上口，并且所述上口可以接纳工件；盖，与所述内槽口啮合，其中所述盖的重量在所述内槽口和所述盖下表面之间产生至少局部的密封以提高蚀刻溶液上方的局部压力；以及超声换能器 ，与所述外槽耦接以将超声波能量传递给所述内槽中的蚀刻溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-7-24 10/627,4161.一种用于化学蚀刻工件的超声蚀刻装置，所述装置包括外槽，至少局部填充有水溶液；内槽，包括耐化学腐蚀的聚合物并且至少局部设置于所述外槽内并与水溶液接触，所述内槽中至少部分地填充有1公升的蚀刻溶液，所述蚀刻溶液具有至少为10％wt的总酸度或者总碱度，并且所述内槽至少具有侧壁、底部以及限定一上口，并且所述上口可以接纳工件；盖，与所述内槽口啮合，其中所述盖的重量在所述内槽口和所述盖下表面之间产生至少局部的密封以提高蚀刻溶液上方的局部压力；以及超声换能器，与所述外槽耦接以将超声波能量传递给所述内槽中的蚀刻溶液。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于调节水溶液温度的加热元件。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括在设置于所述内槽中的工件和所述超声换能器之间传递相对运动的机构。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述机构包括一直延伸到所述盖并与所述工件耦接的杆。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括位于所述各槽上方的排气罩，并且该排气罩可以和至少由水溶液和蚀刻溶液其中之一产生的气体相容。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括位于水溶液中的超声缓冲器，用于缓冲和/或扩散传递给所述蚀刻溶液的声能量。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声换能器位于所述水溶液之外并与功率振荡器有效连接。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括位于所述蚀刻溶液中的探针，所述探针用于监控超声波能量、温度、温度变化和杂质浓度中的一个或者多个。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水溶液为经过滤并循环去离子水浴。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，实质上所述蚀刻溶液基本上为静态。11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内槽以及任何可以和所述蚀刻溶液接触的旋转机构部分均包括选自由含氟树脂和高密度聚乙烯构成的组中的材料。12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述内槽产生低于10ppb的可滤去的金属污染物以及10ppm可滤去的阴离子和有机污染物。13.根据权利要求1所述的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨曼莎坦，陈宁，
申请(专利权)人：晶粒精密清理仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]