专利名称：液相蚀刻方法及液相蚀刻装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对固体等被处理物表面进行加工的技术领域中、与形成细微形状的领域中、例如半导体装置的制造、MEMS(Micro-Electro-Mechanical-system微电子机械系统)设备等有关的液相蚀刻方法及液相蚀刻装置。
背景技术：
在作为细微加工的典型的例子的半导体的加工(蚀刻)工序中，反应性的气体形成等离子状态而照射半导体表面，将半导体加工成所希望的形状。
参照图9简单说明，在真空腔1上连接有用于形成真空用的真空泵2。在真空腔1内载置被处理物例如硅芯片(シリコンウエ一ハ)3，导入所希望的气体后，产生等离子4，与被处理物表面相互作用，对被处理物进行处理。在图9中蚀刻被处理物。
另外，如特开平9-27654号公报所示，现有的蚀刻大多是将固体试料浸入液体中进行处理的。但是，液体中的蚀刻虽然在蚀刻的处理速度上十分快，但是存在蚀刻各向同性进行的问题，不适于细微加工。
蚀刻使用等离子的理由是为了满足细微化加工的高精度的要求而使蚀刻的各向异性成为可能。
但是，蚀刻中使用等离子，会以牺牲加工速度为代价。其结果，在半导体产业领域，典型地，处理一片芯片需要花费10分钟左右的时间。
发明内容
本发明的蚀刻方法，对作为被处理物的固体或固体的集合体或胶凝状的物体，以规定速度吹附化学反应性液体进行蚀刻。
本发明的蚀刻方法，对设置在真空槽中的被处理物使用喷嘴机构吹附化学反应性液体，其中，加工被处理物时的所述真空的程度形成足以防止液体被喷射时超过声速而产生冲击波等的真空度。
本发明的蚀刻方法，对吹出的液体的粒子施加电荷，利用电场或磁场使在作为加工对象物的所述固体或固体的集合体或者胶凝状的物体的表面上带电的液体粒子。
本发明的蚀刻方法，用树脂材料等覆盖固体或固体的集合体的一部分的表面形成掩模，对从掩模露出的部分吹附化学反应性液体而选择性加工固体或固体的集合体。
本发明的蚀刻装置，具有保持被处理物的机构和用于对被保持的被处理物吹附化学反应性液体的喷嘴结构。
通过使用本发明的液相蚀刻方法和液相蚀刻装置，能够使蚀刻速度大幅度提高。
图1是本发明实施方式的液相蚀刻装置的示意剖面图；图2A～2D是表示本发明实施方式的其他处理工序的工序图；图3A～3C是表示本发明实施方式的其他处理工序的工序图；图4是本发明实施方式的液相蚀刻装置的示意剖面图；图5是本发明实施方式的另一液相蚀刻装置的示意剖面图；图6是本发明实施方式的另一液相蚀刻装置的示意剖面图；图7是本发明实施方式的再一液相蚀刻装置的示意剖面图；图8是本发明实施方式的再一液相蚀刻装置的示意剖面图；图9是现有的等离子蚀刻装置的结构剖面图。
具体实施例方式
本发明以极高的速度对被处理物吹附液体的技术为主，可同时满足这两个特性即、(1)、使用液体而得到的高速蚀刻性；(2)、使用等离子而得到的各向异性的蚀刻性，并能够高速处理，确保极为强烈的各向异性。
在能够使液体以超高速冲击的系统中，也具有在液滴冲击时在被处理物的极表面产生等离子的效果，能够更显著地发挥本发明的特征。
本发明能够将使用等离子的现有的“蚀刻工序”转换成处理能力高的液相的处理，其结果，生产性从数倍提高到十几倍。半导体产业中需要对制造装置投入巨大的投资。很难得到与该投资相称的芯片单价，对应所谓硅回收也十分难。因此，若能够将蚀刻的处理时间提高十几倍，则能够期待生产性的提高，使改变产业结构。
以下参照
本发明的实施方式。另外，在各图中在基板功能相同的位置标记相同的符号。
(实施方式)使用实施例1说明本发明的一实施例。图1是说明实施方式中使用的液相蚀刻装置的图示。以下，参照图1说明实施例1的蚀刻装置的概略。在真空腔10上连接有用于形成真空的真空泵20。在真空腔10内设置保持台40和多个喷嘴50。保持台40能够保持固体或固体的集合体或者胶凝状的物体等被处理物30。喷嘴50与供给所希望的液体的液体供给装置60连接，能够使化学反应性的液体70以粒子状对被处理物30吹附。从能够对被处理物30进行蚀刻的各种液体70中选择使用适于各被处理物的溶剂。
将真空槽保持为大约比1E-3Torr高的真空度(即，低压力)，以大于或等于时速1000km的速度从喷嘴50吹附液体70。被吹附的液体70附着在被处理物表面31上的同时进行蚀刻。
在被处理物表面31的液体70的润湿性不佳的情况下，从界面活性剂供给装置80的吹出部81向非处理物表面吹附界面活性剂。界面活性剂的吹附可以在吹附液体70之前进行也可以同时进行，或者在吹附液体70后立即进行。由于存在界面活性剂，液体70遍及被处理物表面31，均匀地进行蚀刻。
作为一例，液体70加速至大于等于时速1万千米的速度而到达被处理物30时，一部分的液体成为得到高能量而等离子化。产生的等离子具有使被处理物表面31活性化，进一步加速蚀刻处理速度的效果。
在此，对喷嘴50的耐腐蚀性进行说明。
用于制造喷嘴的材料不必限于耐腐蚀性优良的物质。当使用耐腐蚀性不足的材料制造喷嘴时，使用适用于喷嘴加工的物质形成喷嘴的母体形状，必须由耐腐蚀性的物质覆盖与蚀刻用液体直接接触的表面。该覆盖处理是将以所希望的耐腐蚀性物质为主体的等离子直接向喷嘴表面照射，或者将与母体的物质反应而生成具有耐腐蚀性的物质的等离子对喷嘴表面照射。通过在喷嘴表面覆盖耐腐蚀性物质，能够大幅度提高对使用的蚀刻液的耐腐蚀性。
接下来使用实施例2说明本发明实施方式的其他处理工序。图2A～2D、图3A～3C以及图4说明实施例2。图2A～2D是表示实施例2的以光致抗蚀剂为掩模并且使用半导体作为被处理物时的处理的工序图，图3A～3D是表示实施例2的以覆盖物质为掩模并且使用半导体作为被处理物时的处理的工序图，图4是说明实施例2的使用半导体作为被处理物时的蚀刻装置的图示。
以下，作为对被处理物30实施微细加工的一例，说明微细加工中最前端的半导体装置的加工过程。
在2002年半导体的加工中比0.25微米还要超细微的加工已经普及。因此，对此进行蚀刻处理的液体70的微粒子的大小必须小于0.2微米。另外，微粒子的大小只要小于决定加工对象的尺寸的主要因素(临界尺寸)即可，因此，若需加工精度大，则能够选择与该加工精度相对应的粒子的大小。在实施例2中，使用具有用于形成小于0.2微米的微粒子的喷嘴50或如图4所示的用于形成更高速的液体微粒子的超音速喷嘴(Supersonic Nozzle)51的蚀刻装置。另外，在本发明中，超音速喷嘴以大于或等于时速1000km的速度吹附液体微粒子。更加理想的是，将液体微粒子加速至大于或等于时速3000km的速度进行吹附。
参照图2说明成为加工对象的半导体基板。作为半导体基板的一例，在此使用形成具有形成半导体元件时必要的物质的薄膜100的硅芯片90。加工对象的半导体基板是硅基板、或形成有氧化硅膜、氮化硅膜、稀土类氧化膜、铝或铜等金属膜的硅基板等。
对用于蚀刻被处理材料的薄膜100的液体进行了各种研究，选用适于加工对象的半导体基板的材料的溶剂。
真空腔10内的真空度保持在高于大约1E-3Torr的真空度，以大于或等于时速大约1000km的速度从喷嘴50吹附液体70。被吹附的液体附着在被处理物表面31上的同时进行蚀刻。在被处理物表面31和液体70的关系上利用界面活性剂，从而使液体遍及被处理物表面31，对均匀蚀刻发挥效果。被处理物表面31的液体70的润湿性不佳时，通过对非处理物表面吹附界面活性剂，使得液体70遍及被处理物的整个表面31，蚀刻均匀。
作为一例，液体70若以时速超过大约1万千米的速度到达被处理物，则一部分的液体成分可得到高能量而等离子化。这样产生的等离子具有使被处理物表面活性化并且进一步提高蚀刻速度的效果。
制造半导体装置时，存在必须以比0.25微米更加细微的0.1微米的尺寸进行加工的情况。此时，如图2B所示，在薄膜100上形成光致抗蚀剂110，以此为掩模，通过所谓的光刻法能够得到所希望的图案以及尺寸的处理。此时，为了使光致抗蚀剂具有对液相蚀刻的耐腐蚀性，如图2B所示，最好以等离子120预先对光致抗蚀剂110的表面进行等离子处理。
用等离子处理由有机物构成的光致抗蚀剂的表面，则其表面发生有机物的聚合反应等。由该反应使有机物表面发生交联等，由此，如图2C所示，能够得到耐腐蚀性的光致抗蚀剂111。等离子120能够考虑到稀有气体的等离子的情况、与构成光致抗蚀剂110的物质的相互作用、以及与使用的溶剂和酸、碱等的蚀刻液70的相互作用，决定最佳的等离子。
通过所使用的溶剂和酸、碱等蚀刻液70的组合，在主要由有机物构成的光致抗蚀剂110中会出现无论如何也不能得到充分的耐腐蚀性的情况。
此时，如图3所示，将由具有足够的耐腐蚀性的物质构成的覆盖物质130覆盖在被处理物100的表面，以该覆盖物质130为掩模实施液相蚀刻。另外，在实施例2中，被处理物相当于形成在硅基板90表面的薄膜100。
最初，使用以光致抗蚀剂110为掩模，使用能够蚀刻覆盖物质130的溶剂和酸、碱等蚀刻液70，对覆盖物质130进行蚀刻。
之后，以构图后的覆盖物质131为掩模，如图4所示，在真空腔10内，从超音速喷嘴51吹附用于蚀刻被处理物100的溶剂和酸、碱等蚀刻液70，对被处理物100进行液相蚀刻，实施所希望的加工。另外，真空腔10内的真空槽保持在高于1E-3Torr的真空度(即，低压力)，从喷嘴50以大约或等于时速1000km的速度吹附液体70。上述这样保持真空度是为了防止上述化学反应性液体在被喷注喷射时超过声速而产生冲击波等。
根据以上说明的方法，按照掩模图案将半导体基板和加工对象的薄膜加工得极其细微。
接着，使用实施例3说明本发明实施方式的另一处理工序。在要求精密加工的半导体设备的制造等中，蚀刻槽的延伸部(over hang)和锥形部(テ一パ)的形成使加工精度变差。因此，强烈要求从平面的固体表面沿垂直方向挖掘槽的蚀刻方法。
在实施例3中使用图5及图6说明在蚀刻处理时利用电场或磁场沿垂直方向挖槽的蚀刻工序。
图5是说明本发明实施例3的在被处理物上施加电场并且使液体70加速的蚀刻装置的图示；图6是说明本发明实施例3的在真空腔上施加磁场沿旋转方向加速液体70的蚀刻装置的图示。
如图5所示，在喷嘴50的出口或出口附近设置电荷机构140，在射出的微粒子化的液体(即、液体粒子)70上施加电荷。利用该电荷能够在射出的微粒子化的液体70自由地赋予方向性。因此，具有能够在保持半导体固体的保持台上施加电压的电压施加机构150。
从喷嘴50吹出的压体70，首先由电荷机构140赋予电荷，通过电压施加机构150而被加速，到达被处理物30。可施加的电压在装置的构造和所使用的液体的电气特性上由于放电或漏电等而受到限制。关于该问题，后文用实施例5进行说明，通过与促进蚀刻中所使用的液体气化的系统组合而间歇进行电压的施加，从而防止漏电等的影响。
另外，如图6所示，也能够通过使用施加磁场的磁场施加机构160，沿旋转方向加速液体71，使运动的轨道发生变化，自由地控制方向。另外，附图标记71是使轨道旋转的液体。
另外，使用实施例4说明本发明的实施方式的另一处理工序。喷射液体的喷嘴50即使只有一个也能够用于蚀刻处理。作为被处理物的固体等保持恒定的面积，故在只有单一的喷嘴的情况下，根据被处理的场所变动向细微化的液体微粒子表面的入射角度。其是与以点光源照明的平面由于场所不同而显示不同的照度的情况同等的显影。因此，为了在被处理物整个表面进行均匀的处理，使用多个喷嘴是有效的。故而，在实施例4中说明具有多个喷嘴的例子。
图7是说明本发明实施例4的蚀刻装置即每个半导体芯片设有喷嘴的结构的图示。图8是说明本发明实施例4的利用MEMS设置无数微型喷嘴的蚀刻装置的图示。
例如，在硅半导体的制造工序中以大约1cm左右的间隔形成多个芯片170。如图7所示，通过设置与每个芯片170的上方位置一致的喷嘴50，能够将液体70的角度变动限制成最小限。另外，也可以对每个芯片设置多个喷嘴，进一步减小角度变化的影响。
另外，如图8所示，例如，可以利用应用MEMS和细微加工的微型喷嘴52，以数微米间隔排列喷嘴。此时，可在对应于被处理物的表面积整个面上设置喷嘴进行蚀刻，而且能够通过设置恒定的面积的喷嘴，使喷嘴自身或被处理物移动来对被处理物表面整个面进行蚀刻。另外，在图8中用于说明将各喷嘴放大表示。
另外，使用实施例5说明本发明实施方式的另一处理工序。根据液相蚀刻中使用的溶剂和酸、碱等蚀刻液的特性，改变蚀刻使用的液体直至在真空腔10内气化的时间。
气化速度十分快时，被吹附的液体经过规定蚀刻所必须的时间后立即气化，故不产生问题。然而，当气化速度慢时，被吹附的液体超过蚀刻所必须的时间而残留，成为导致蚀刻处理不良的原因。因此，当气化速度慢时，必须通过控制蚀刻用液体的吹出量来防止液体过度供给。为解决该问题，理想的是，液体供给装置60具有间歇吹出回路或间歇吹出装置(未图示)，通过间歇地从喷嘴吹出液体，设置一旦吹出而向蚀刻供给的液体蒸发所需要的时间带。
在以上的实施方式中，吹附化学反应性液体理想的是以超音速进行，但也可以是使一部分液体成分或大部分液体成分等离子化的速度。
产业上的可利用性以上说明的本发明，提供以高速对被处理物吹附蚀刻用的液体的液相蚀刻方法，能够维持干式蚀刻所具有的各向异性等细微加工性能，并且能够大幅度提高蚀刻速度。
权利要求
1.一种液相蚀刻方法，其包括以规定速度对被处理物吹附化学反应性液体的工序；利用被吹附的所述液体对所述被处理物进行蚀刻的工序。
2.如权利要求1所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述吹附工序是使用喷嘴机构对被处理物吹附所述液体的工序。
3.如权利要求1所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述吹附工序以规定的真空环境进行，所述环境的真空度是足以防止所述液体喷射时超出音速而产生冲击波的真空度。
4.如权利要求3所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述真空度是比1E-3Torr大的高真空。
5.如权利要求3所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述吹附工序中，作为比临界尺寸的大小要小的液体粒子将液体对被处理物吹附。
6.如权利要求1所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述吹附工序具有对所述液体的粒子赋予电荷的工序和对所述被赋予电荷的液体粒子作用电场或磁场的工序，从而使所述液体粒子向所述对象物的表面加速诱引或减速冲击。
7.如权利要求6所述的液相蚀刻方法，其特征在于，对与保持机构电气绝缘的所述被处理物的表面提供必要的电子。
8.如权利要求1所述的液相蚀刻方法，其特征在于，在所述吹附工序之前，具有由覆盖材料覆盖所述被处理物的一部分的工序，在所述蚀刻工序中，所述液体仅蚀刻所述被处理物的未被覆盖的部分。
9.如权利要求1所述的液相蚀刻方法，其特征在于，在所述吹附工序之前，依次具有在所述被处理物表面制造在所述液体中不反应的物质的薄膜的工序、由覆盖材料覆盖所述薄膜的一部分的工序、以及以所述覆盖材料为掩模蚀刻所述薄膜的工序，所述蚀刻工序是以被蚀刻的所述薄膜为掩模对所述被处理物进行蚀刻的工序。
10.如权利要求1所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述吹附工序是与所述液体的吹附同时或在其前后对所述加工对象物的表面吹附界面活性材料的工序。
11.如权利要求2所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述吹附工序是使用所述喷嘴机构间歇地吹附所述液体的工序。
12.如权利要求11所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述吹附工序中，依据所述液体蚀刻所述被处理物的速度以及含有蚀刻结束后的被蚀刻物质的所述液体的所述真空环境中的气化速度或排除速度来决定间歇吹附所述液体的时间间隔。
13.一种液相蚀刻方法，其特征在于，具有在真空环境中使用喷嘴机构对被处理物吹附化学反应性液体的工序和蚀刻所述被处理物的工序，所达吹附工序具有向所述液体的粒子赋予电荷的工序和对所述被赋予电荷的液体粒子作用电场或磁场的工序，从而该吹附工序是将所述液体粒子向所述对象物的表面加速诱引或减速的工序，所述蚀刻工序由被吹附的所述液体蚀刻所述被处理物。
14.如权利要求13所述的液相蚀刻方法，其特征在于，所述吹附工序使用所述喷嘴机构间歇吹附所述液体。
15.一种液相蚀刻装置，其特征在于，其具有真空腔和配置在所述真空腔内的喷嘴机构，所述喷嘴机构在真空环境下对被处理物吹附化学反应性液体
16.如权利要求15所述的液相蚀刻装置，其特征在于，至少所述喷嘴机构进行耐腐蚀性处理，所述耐腐蚀性处理是在所述喷嘴机构的露出部形成对所述液体具有耐腐蚀性的物质的薄膜的处理，所述处理是使用等离子进行的。
17.如权利要求16所述的液相蚀刻方法，其特征在于，还具有所述被处理物的保持台、设于所述喷嘴机构的出口的电荷机构以及对所述保持台施加电压的电压施加机构，所述电荷机构能够对被吹出的所述液体的粒子赋予电荷，所述电压施加机构能够使被赋予电荷的所述液体粒子加速。
18.如权利要求17所述的液相蚀刻方法，其特征在于，还具有磁场施加机构，所述磁场施加机构能够控制所述液体粒子的轨道。
19.如权利要求16所述的液相蚀刻方法，其特征在于，还具有液体供给装置，所述液体供给装置对所述喷嘴机构连续或间歇地供给所述液体。
20.如权利要求16所述的液相蚀刻方法，其特征在于，还具有界面活性剂供给机构，所述界面活性剂供给机构具有向所述被处理物吹附界面活性剂的吹出部和向所述吹出部供给所述界面活性剂的供给装置。
全文摘要
一种液相蚀刻方法和液相蚀刻装置，该方法中，在作为被处理物的固体或固体的集合体或者胶凝状的物体上以规定速度吹附化学反应性液体进行蚀刻；该装置具有保持被处理物的机构和在被保持的被处理物上吹附化学反应性液体用的喷嘴结构。根据本发明能够维持蚀刻的精度并且能够大幅度提高蚀刻速度。
文档编号H01L21/311GK1751383SQ20048000414
公开日2006年3月22日 申请日期2004年2月23日 优先权日2003年2月21日
发明者水野文二, 佐佐木雄一朗, 中山一郎, 金田久隆 申请人:松下电器产业株式会社