TWI427693B - 移除基板層的方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種以濕式化學法僅單面移除存在於扁平基板上特別是矽晶圓上之鈍化氧化層及/或介電質氧化層的方法，該方法係對一水平穿過裝蝕刻液容器之基板的底面進行單面蝕刻。應用此方法則不需以塗佈或設置機械輔件等方式為無需處理之基板面提供保護。
製造(例如)太陽電池時須對經鋸切而獲得的晶圓實施單面或雙面處理，例如，表面粗化處理、拋光處理或鋸切損傷處理，以便進行通常為單面實施的後續製造步驟。此時有可能須自基板單面移除某一處理步驟過程所產生的鈍化層特別是氧化層，亦即，減小其厚度或將其完全移除。舉例而言，先前技術中以下習知方法及蝕刻劑可用以移除二氧化矽：
- 用氫氟酸(HF)、氧化鈹(BeO)、氫氟酸/氟化銨(HF/NH4
F)、四甲基氫氧化銨(TMAH)進行玻璃蝕刻；
- 用三氟甲烷(CHF3)、四氟甲烷(CF4
)、六氟乙烷(C2
F6
)、八氟丙烷(C3
F8
)及/或六氟化硫(SF6
)進行電漿蝕刻；
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eactiveI
onE
tching,深反應離子蝕刻)－矽蝕刻；
- 用氫氧化鉀(KOH)進行化學機械拋光(CMP)，此方法已由(例如)公開案DE 10 2007 024 142 A1揭示。
然而，所有此等方法皆須為無需處理之基板面設置附加保護層以免其受蝕刻劑腐蝕。
使無需處理之基板面避開蝕刻劑(否則便會導致該面亦受到腐蝕)是必要的，先前技術採取不同方法解決此問題。舉例而言可採用機械輔件如真空夾盤或具環形密封圈之板片，此等機械輔件視情況亦可用作輸送構件。此外亦可採用暫時塗覆的保護層。但實施此等方法時須提供密封件或重新移除保護層，頗為費事。故理想之情形乃將蝕刻劑完全阻擋於無需處理的區域之外。
公開案DE 10313127 A1所揭示之方法係沿處理液表面輸送待單面處理之基板，使得唯有待處理之基板底面與處理液接觸。文獻WO 2005/093788揭示此公開案的一種改良方案，其中，除前述之「主動(直接)潤濕」法外亦可使處理介質表面與基板底面之間保持一定距離，其中，處理液藉由相應之滾輪到達基板底面(「被動(間接)潤濕」)。基板邊緣可視具體要求被包括在此過程中，亦可被排除在此過程外。但滾輪及導盤(導盤因其直徑稍大而用作基板之側面導引裝置)之使用會使基板受到一定彎曲力的作用。此外，導盤亦會非期望地成為處理液到達基板頂面的橋樑。由於處理液的流速隨著其與基板表面之間距的縮小而降低，在基板表面實際為零，因而在此區域內，處理液與反應產物間之交換僅可藉由慢速擴散而非快速進行之流動交換而實現。在此情況下，基板底面會隨處理時間之增加產生由反應產物構成且妨礙處理進程的擴散層。
此外，此類處理方法時常產生氣態反應產物。此種於處理過程中所產生的氣泡會引起一系列問題。首先，上升氣泡會局部改變液位高度。於基板之邊緣區域內致使基板邊緣被非期望地潤濕，在最壞狀況下甚至被部分淹沒。隨後，當氣泡於處理液表面爆裂時常會發生濺射，從而使基板之周邊邊緣及/或頂面被非期望地潤濕。後面的基板亦可能被潤濕頂面。實心滾筒自機械角度看乃較佳之選，但將其用作輸送構件則會加劇上述問題。隨著滾筒與基板間之接觸面不斷移動，氣泡會在此區域內沿基板底面推移。氣泡在基板底面不斷變大直至到達基板後部邊緣，隨後在上升的同時發生爆裂。
此等非期望之氣泡亦可經由化學反應以外的途徑進入處理液，例如，被循環泵或類似元件帶入處理液。下述說明中所出現之氣泡亦包含此類氣泡源。
先前技術中之習知蝕刻液此外亦具有不利的爬行特性此一缺點，在此情況下，黏度相對較低之習知蝕刻液會向高處爬行而達於基板邊緣，從而非期望地將基板邊緣及無需處理的基板頂面潤濕，此為不利之處。事實證明，此種不良的爬行特性對於具盲孔或通孔之平坦基板及結構化基板而言皆為不利因素。
因此，本發明之目的在於提供一種蝕刻方法以克服先前技術之上述缺點。
據此，本發明之作用在於單面移除特別是單晶及多晶矽基板或砷化鎵基板上的鈍化氧化層及/或介電質氧化層，不使無需處理之基板面的表面受到腐蝕，亦無需為此採取附加保護措施或對該基板面實施掩蔽處理。
處理基板表面時不使用研磨顆粒而僅使用化學試劑。
此外，該方法可應用於生產線或連續式處理裝置(線內設備)。
此目的藉由獨立項所述之方法而達成。有利實施方式由附屬項及以下詳述部分給出。
本發明之方法係用蝕刻液以濕式化學法單面移除基板上特別是矽晶圓上的鈍化層。在此須指出，該方法亦可用於移除介電質，例如，氮化矽層及/或二氧化矽層。清楚起見，下文將僅以「鈍化層」進行說明。
「移除」在此既指部分移除亦指完全移除前述之鈍化層。鈍化層尤指在太陽電池製造過程中出現於矽基板上的氧化層。此外，該等基板可具有供印刷導線接觸或供發射極穿設之孔口，實施本發明之方法時無需封閉此等孔口。本發明範圍內亦可採用其他基板材料，例如，玻璃、金屬或塑膠。下文將以矽晶圓為例對該方法進行說明。
根據本發明，該蝕刻液含有水、氫氟酸及至少一種選自以下群組之其他成分：硫酸、磷酸及二者的鹼性酸式鹽、含銨酸式鹽(Ammonium-Hydrogensalz)及含有機銨酸式鹽(Organoammonium-Hydrogensalz)、鹽類、六氟合矽酸及四氟化矽。
本發明選用其他成分之目的在於提高蝕刻液之黏度或影響蝕刻液在基板表面的爬行特性。有鑒於此，應在該蝕刻液中添加可溶於其中但不會與其發生反應之礦物質及/或有機物質。此外應藉由相應之添加劑來加快化學反應。其中，「提高黏度」及「加快化學反應」此二功能並非總是可分開執行，故較佳應選用同時具備此二功能之添加劑。
根據一種較佳實施方式，該蝕刻液含有硫酸、磷酸、硫酸銨、磷酸銨、氟化銨、四氟化矽及/或六氟合矽酸等其他成分，且在處理過程中較佳保持在介於15℃與30℃間之溫度上。
特定言之在待移除鈍化層較厚及規定處理時間不宜過長之情況下，通常須提高氫氟酸(HF)之濃度，然而此會導致蝕刻液黏度較低而發生非期望之爬行。藉由將(例如)H2
SO4
用作該蝕刻液之添加劑，可在實現與高濃度HF相似之移除率的情況下有利地將HF濃度保持在較低水平，在此情況下，該蝕刻液依據氧化層之待移除程度(全部或部分)含有0.3wt%至10wt%、較佳1wt%至4wt%之氫氟酸。HF濃度較低使得蝕刻劑黏度增大，如此便可避免非期望之爬行情況的發生。此效果亦可透過前述之其他添加劑或其組合而達成。此外，該蝕刻液較佳含有50wt%至70wt%之硫酸。
在本發明之方法範圍內，以使得基板底面與蝕刻液接觸之方式沿蝕刻液表面水平輸送基板。
本發明採用高黏度蝕刻液，其黏度大於先前技術之蝕刻劑的黏度，藉此可防止蝕刻劑向高處爬行至基板的周邊邊緣，進而爬上基板無需處理的頂面。如此便無需對該頂面採取單獨的保護措施。
根據本發明，首先使基板與蝕刻液發生接觸。原則上可使用任意類型之輸送裝置來達成此目的。但如公開案WO 2005/093788所揭示的滾筒輸送裝置尤為合適。根據本發明，應確保基板僅以其待處理底面與蝕刻液接觸，抑或確保蝕刻劑表面與基板底面之間存在一定距離，其中亦如公開案WO 2005/093788所述，藉由相應之滾輪將處理液送至基板底面。
隨後或與此同時沿蝕刻液表面輸送基板，較佳亦使用前述之滾筒輸送機來實施此過程。當然亦可採用其他輸送裝置如抓持器。
根據本發明，在沿蝕刻液表面輸送基板之過程中另應不斷移除蝕刻過程所產生之氣泡及/或擴散層中的反應產物，此擴散層係直接形成於待處理基板之底面區域內。此類氣泡可因化學反應而產生且妨礙蝕刻過程的進行。此外，因聚集而變大之氣泡群會在離開基板底面並上升至基板邊緣區域時在蝕刻液表面爆裂，從而引起蝕刻劑飛濺。研究結果表明，氣泡之臨界大小約為1cm。但此臨界大小視處理介質之組成亦可為其他值。因此，此值主要與處理介質之實際黏度及表面張力有關。
透過不斷移除氣泡可防止或至少很大程度上避免基板頂面非期望地被蝕刻劑污染進而受損。此做法相應亦適用於其他因附著於基板之待處理底面而阻礙化學反應進程的反應產物。移除反應產物可使蝕刻液在待處理基板表面區域內得到不斷更新，從而使新鮮蝕刻劑得以到達基板表面。
因此，本發明較佳使用至少一輸送滾筒來沿蝕刻液表面輸送基板，該輸送滾筒之側面(3)具有一包括至少一螺紋線(5)的螺紋結構(4)。該螺紋結構較佳布置於所用輸送系統的多個輸送滾筒上，尤佳布置於所用輸送系統的所有輸送滾筒上。該至少一螺紋線較佳具有小於80°之仰角，對此下文將予以詳細說明。
「螺紋結構」係指滾筒側面如螺絲般具有一或多個螺旋形凸出或凹陷結構。據此，一螺紋結構可具有一或多條「螺紋線」。
該螺紋結構朝物體之側面邊緣區域方向排放聚集於基板底面任意位置上的氣泡。其原因在於以下事實，即，氣泡因其密度較小而總是在處理液中上浮。基板底面此時形成一障壁，使氣泡垂直運動的自由度受到阻礙。其他自由度則僅平行於基板底面。側面邊緣區域方向上的自由度被螺紋線之側壁阻礙。最終，氣泡所剩下的最後一個平行於基板輸送方向的自由度亦受阻。一般情況下，氣泡會因螺紋線形狀而下沉。但由於其密度比處理介質小，在無外力作用下此下沉亦同樣不可能實現。在此情況下，氣泡僅能停留於螺紋線之空腔內且同時直接停留於基板之底面上。基板輸送過程中隨著螺紋線的繼續滾動，此等可能之停留位置亦隨之移動，從而使被「捕獲」於其中的氣泡朝基板之側面邊緣區域方向移動。一旦垂直自由度因脫離基板區域而得到釋放，氣泡便最終於基板之側面邊緣區域內上升。
朝基板之側面邊緣區域排放氣態反應產物之優點在於，氣泡不再在與(無螺紋)滾筒間之移動接觸面區域內沿基板底面推移。氣泡會在此處不斷變大直至到達基板後緣，隨後在上升的同時發生爆裂，如此亦會非期望地使後面的基板被潤濕頂面。而按本發明之設計，氣泡於其產生之時即被排放至基板之側面區域(沿輸送方向看)而非後部區域。由於該排放過程係連續進行，故氣泡亦連續於基板邊側逸出。由於氣泡於基板下方之停留時間得以縮短，故由極小氣泡聚集增大為大氣泡的風險得以降低。若氣泡大小低於臨界值，則此等氣泡即便發生爆裂亦不存在潤濕基板頂面的風險。
如前所述，本發明之至少一螺紋線較佳具有小於80°之仰角。該仰角係指在一俯視圖中螺紋線壁與滾筒所構成之圓柱體之側面間的角度。換言之，該仰角在一俯視圖中乃輸送滾筒軸與螺紋線側壁所指方向間的角度。在細螺紋情況下，該仰角的值接近90度(平螺紋)。螺紋愈粗，此值愈接近或低於45度(斜螺紋、粗螺紋)。因此，小角度亦能加快氣泡之側向排放。
該仰角之選擇原則上應確保氣泡尚能可靠地朝側面排出且不會因仰角過大而無法跟上(側向)排出速度。而仰角過小則會使氣泡越過界定一螺紋線的側壁進入該螺紋線之逆流或順游區內。與此同時，該仰角的大小選擇應確保氣泡在一基板得到某一滾筒之完整輸送的範圍內亦實際被排放至基板側面邊緣以外。所選仰角過大，氣泡之側向排放便會過慢。在此情況下，當滾筒與基板分離時，氣泡位於後緣區域內而非側面邊緣上。如此便會產生前述之問題。
根據一種較佳實施方式，該仰角為20°至40°。試驗結果表明，氣態反應產物在此範圍內可實現特別良好及可靠之排放。該仰角尤佳約為30°。
根據一第一實施方式，一螺紋結構包括一螺紋線，該螺紋線以相同形狀及相同扭轉方向自滾筒一端延伸至另一端之方式進行布置。根據另一實施方式，同一側面之螺紋結構包括兩條反向螺紋線。
其中，為此二螺紋線所選之扭轉方向在相關滾筒進行旋轉以輸送基板時彼此背向定向。若此時該等螺紋線上插有旋轉受阻的螺絲，則此等螺絲亦會做背向運動。此二螺紋線之邊界區較佳以一種將基板輸送軌道劃分為大小大致相同的兩部分(「拖拉機輪胎輪廓」(Traktorprofil))的方式進行布置。藉此可連續自軌道中央朝軌道側面排放形成及/或聚集於基板底面區域內的氣泡，以免前述之氣泡變大情況的發生。此外，氣泡係朝兩側均勻排放，藉此可使產生於基板底面的氣泡大致等量地朝兩側排出。此實施方式之另一優點在於可縮短已有氣泡與基板邊側間之相應距離。
此外，本發明之「拖拉機輪胎輪廓」可對被輸送基板起定心作用。為此可採取如下措施：使軌道邊緣處凸出結構在螺紋線底部之上的高度略大於軌道中央凸出結構在螺紋線底部之上的高度。由此可使得因朝軌道邊緣方向移動而「脫軌」的基板返回軌道中央。
如前所述，一輸送滾筒可具有一或多個彼此平行分布的軌道。其中，每個軌道之具體實施方式均可做相同修改。
當一輸送滾筒為基板提供多個並排軌道時，該等軌道間之距離應至少略大於待輸送基板之寬度。兩個被並排輸送之基板間的距離較佳為至少1cm。當需要依次輸送不同寬度的基板時，單個軌道間之距離應與最大的基板寬度相匹配。自然亦可於一滾筒上並排設置若干不同寬度的軌道，以便並排輸送不同寬度之基板。在此情況下，每個軌道用於輸送同一寬度的基板。
根據另一較佳實施方式，該裝置包括多個各具一螺紋結構之輸送滾筒，其中，每兩個沿輸送方向相繼布置之滾筒的螺紋結構就其扭轉方向而言採用反向設計。換言之，相繼布置之輸送滾筒的螺紋線扭轉方向相反。亦即，沿輸送方向看，繼一右旋螺紋滾筒之後乃一左旋螺紋滾筒，依此類推。其中，每個滾筒之螺紋線均採用連續式設計。在此情況下，亦同樣交替地朝左側及右側輸送氣泡。此種實施方式之主要優點在於可輸送不同寬度的基板，但無需為此目的而對相應之軌道寬度進行匹配。此外，藉由此種方式不僅可依次輸送亦可並排輸送不同寬度之基板。
此種實施方式因而特別適用於具有標準幾何形狀(圓形、方形)及/或標準尺寸(例如，30cm基板、11英吋晶圓)的基板。但此實施方式亦適用於輸送及處理大得多的物體，例如，用於製造太陽電池的90cm×120cm大型玻璃基板。
此外，該至少一螺紋線較佳具有最小為1mm及/或最大為10mm的輪廓深度及一截面呈圓形、矩形、三角形或可用標準螺紋加工工具製造的輪廓形狀。
「輪廓形狀」在此係指一螺紋線的幾何形狀，自沿滾筒軸截取之切割面上便可看到該幾何形狀。「輪廓深度」係指滾筒之非結構化側面與一螺紋線之最深處間的距離。該輪廓深度不得低於一最小深度。若低於該最小深度，則不能保證氣泡之有效排放。此外亦同樣規定，該螺紋線之最大深度為10mm。該輪廓深度尤佳處於1.5mm至5mm之範圍內。深度及淨寬均為5mm的方形輪廓最佳。
作為替代方案，該輪廓之寬度或深度中的任一項小於1mm。
該截面形狀及該輪廓深度較佳於該螺紋線之整個長度範圍內均保持不變。但在特定情況下使該截面形狀及/或該輪廓深度在單條螺紋線之範圍內及/或就相鄰軌道而言及/或在輸送滾筒前後相繼布置之情況下發生變化，亦為有利之舉。
除圓形或矩形截面外，自然亦可採用如橢圓形等其他形狀的截面。但尤佳者係為該截面輪廓可用標準螺紋加工工具製造。
該等扁平物體尤佳為矽基板或玻璃板。但本發明亦可採用其他基板材料如陶瓷、金屬或塑膠。
根據本發明之方法的一種較佳實施方式，藉由本發明之方法亦可以可控方式自在生產線上水平穿過濕式化學處理容器的扁平物體之底面側向排出氣態反應產物。
此外，一輸送滾筒之該至少一螺紋線較佳具有最小為1mm及/或最大為10mm的輪廓深度及一截面呈圓形、矩形、三角形或可用標準螺紋加工工具製造的輪廓形狀。
另一種實施方式係在該蝕刻劑中添加可防止氣體形成的化學添加劑。
根據另一替代或補充性實施方式，將矩形基板旋轉約45度後對其進行輸送，在此情況下，指向輸送方向者乃基板之尖端而非邊緣。
如前所述，特定言之使用至少一輸送滾筒，較佳使用多個相繼布置的此種輸送滾筒(滾筒輸送機)來輸送基板。其中，尤佳設有至少一設計為實心滾筒的輸送滾筒用以輸送基板及移除氣泡及/或反應產物。
單憑實心滾筒之使用即可將新鮮蝕刻劑輸送至反應區及將使用過的蝕刻劑清除，如此可加快蝕刻過程。單憑實心滾筒之使用即可使處理過程中所形成的擴散層受到影響，從而加快化學反應速度，進而加快蝕刻速度。透過蝕刻劑特定言之在反應區域內的循環可降低一般情況下所需之高流速。藉此亦可平靜液體表面，從而進一步降低液體發生非期望飛濺及湧動之風險，以免基板頂面被潤濕。該等實心滾筒亦可用於朝相關基板之後緣方向排放可能出現並附著於反應區上的氣泡。由於反應層不斷得到更新且不斷變薄，因而相對於使用滾輪而非滾筒來輸送基板的裝置而言，使用實心滾筒的裝置具有明顯更高的移除效率。然而大量同時越過基板後緣的氣泡會同時上升並爆裂，從而導致基板頂面被非期望地潤濕。為此，尤佳之舉係在滾筒表面設置所謂的「螺紋輪廓」。
此外，本發明之蝕刻過程較佳按蝕刻液之組成在15℃-30℃之溫度範圍內進行。在此情況下，該過程所需之能量少於唯較高溫度方能實施的類似過程。當溫度低於15℃時，蝕刻劑會在無需處理的基板面上發生冷凝，從而使基板頂面的表面受到腐蝕。高於30℃之溫度則會導致蝕刻劑過早耗盡。
根據另一實施方式，在輸送過程中使蝕刻液針對性地流向基板底面。
根據另一實施方式，使用沖水器來移除蝕刻液及終止化學反應。此步驟之優點在於可為反應過程確定一明確的終點及防止蝕刻劑轉移至可能存在的後接液體槽或其他過程。較佳用去離子水進行沖洗。作為替代方案，亦可採用其他沖洗劑。
根據另一實施方式，在輸送過程中至少間歇性地對基板施加超音波及/或兆頻超音波以支持蝕刻過程。其中，較佳可自下方施加，但亦可自上方及/或自側面施加。此種振動可使蝕刻劑更有效地到達待處理表面，使蝕刻劑交換得到改善。由此可改善處理結果，縮短處理時間。
根據另一實施方式，在輸送過程中至少間歇性地用光照射基板之待處理面。在特定情況下，輸送光能可提高移除率。為此須以一處於鈍化層分子鍵之固有頻率範圍內的波長來發射光線。在此即指，光源較佳應在紅外線範圍內，尤佳應在5000nm左右之波長範圍內發光。其中既可使用單色雷射光亦可使用具有連續光譜的光。
根據另一實施方式，至少在輸送過程中藉由一通風裝置減輕基板頂面所受到的化學腐蝕。該通風裝置用作排氣機，可自基板頂面區域內排出或抽走反應所釋放的反應氣。
根據本發明之方法的一種較佳實施方式，藉由一清除過程來均勻地停止蝕刻過程。其優點在於可為蝕刻過程確定一明確的終點，從而更好地對整個過程實施控制，此點亦會對處理結果之品質的均勻性產生有利影響。為此採用清除滾筒乃尤佳之選。另外，較佳僅在無需完全移除鈍化層之情況下方設置此步驟。其他情況下僅藉由前述之DI沖洗過程即足以達到清除目的。
根據另一實施方式，最後用氣流乾燥基板。「最後」在此係指在蝕刻過程及可能存在的後續淨化步驟結束之後。此氣流可為室溫或高於室溫。該氣流較佳達到不但將液體吹乾(即，揮發)更將其清除之流速。在此過程中應避免已被清除的液滴重新回到已吹乾的基板表面區域。
顯然，本發明之方法在採用適當蝕刻液之情況下亦適用於除矽以外的其他材料，其中，該方法總是適用於以下情況，即，蝕刻液因黏度相對較低而引起非期望的潤濕以及/或者在處理過程中出現前述問題(形成氣泡、濺射、液體交換過高等)。
下文將藉由一實施例對本發明之方法進行詳細說明。
採用該方法對規格為125mm2
及156mm2
的方形單晶矽晶圓進行處理。一組晶圓的其中一面經拋光處理，另一面具有經鹼性處理而產生的表面粗化結構，另一組晶圓則兩面皆經鋸切損傷處理。此等晶圓之正面與背面各具有一100nm至300nm厚度的氧化層。此外亦對具有通孔之相同規格的晶圓進行處理，其中，此等通孔之間距約為1cm，直徑約為50μm。
藉由本發明之方法在一線內設備中對上述晶圓進行處理，使得經表面粗化處理或經鋸切損傷處理的面完全被移除。
將HF/H2
SO4
/H2
O、HF/H3
PO4
/H2
O、HF/NH4
F/H2
SO4
/H2
O、HF/NH4
F/H3
PO4
/H2
O、HF/NH4
F/H2
O及HF/HCl/H2
O構成的混合物用作蝕刻液，其中，該等混合物係用50%的HF溶液、95-97%的H2
SO4
溶液、85%的H3
PO4
溶液、40%的NH4
溶液及35%的HCL溶液製成。
對於單面處理而言，由HF/H2
SO4
/H2
O、HF/NH4
F/H2
SO4
/H2
O、HF/H3
PO4
/H2
O及HF/NH4
F/H3
PO4
/H2
O構成的混合物效果良好。該等混合物基本不會在氧化物表面爬行，而由HF/NH4
F/H2
O及HF/HCl/H2
O構成的混合物因其強爬行性而表明不適用。
由HF/H2
SO4
/H2
O構成之混合物效果最好，其相對配比為1:5:2.5。用此混合物可在介質靜止時於180秒內移除300nm厚度的氧化層。若使介質流向基板底面，則可將上述處理時間縮短至80至90秒。此方法可在47至60秒內移除200nm厚度的氧化層。
由HF/NH4
F/H2
SO4
/H2
O構成、相對配比為1:1:10:3及1:1:10:5的混合物可在介質靜止時於115或110秒內完全移除300nm厚度的氧化層。
當介質靜止時，由HF/NH4
F/H3
PO4
/H2
O構成、配比為1:7:4:12之混合物在50秒之最短反應時間下具有容許的爬行特性。
由HF/H3
PO4
/H2
O構成、配比為1:2:0至1:11:5的混合物移除300nm厚度之氧化層所需的時間介於70秒與240秒之間。
下文將對如何以1:5:2.5之配比用HF/H2
SO4
/H2
O製造上述蝕刻溶液的方法進行示範性說明。先加水並在不斷冷卻該混合物之情況下添加硫酸(95%)，在此過程中注意此溶液之溫度不超過80℃。隨後將該混合物冷卻至20℃並添加氫氟酸(50%)。再次冷卻以免溫度超過40℃。
所用之蝕刻裝置具有多個適當的盤式(Boardscheiben)輸送滾筒及一有效長度為1600mm之蝕刻槽。將該蝕刻槽中的流速設為約35L/min，透過旁通管調節液位高度。當流速低於21L/min時，無法獲得不含氧化物的表面。將所用排氣機之壓降設為至少0.3KPscal，事實證明，特別合適的值為0.5KPascal。將該蝕刻槽上的三個排氣閥分別調整至45°。蝕刻槽之排出區內裝有可在最大程度上避免蝕刻溶液轉移至沖洗器的空氣清除器。與此相連的DI沖洗器長度為620mm。其下游設有一空氣乾燥器及一輸出區。
自晶圓底面移除氧化物所需之蝕刻時間取決於此氧化物之厚度及晶圓表面之特性。經鋸切損傷處理之表面移除氧化物的速度快於經粗化處理的表面。在16℃之溫度及1.2m/min之輸送速度下可完全移除經鋸切損傷處理之表面上300nm厚度的氧化物；以1.5m/min之輸送速度則可完全移除200nm厚度的氧化物。在25℃下可以1.3m/min之輸送速度移除300nm厚度的氧化層及以1.0m/min至1.3m/min之輸送速度移除200nm厚度的氧化層。在此溫度下，1.5m/min以上之較高輸送速度無法完全移除300nm厚度的氧化物，1.8m/min以上之較高輸送速度無法完全移除200nm厚度的氧化物。
在將實心滾筒用作輸送構件之情況下，當其他條件相同時試驗結果表明，流速低於16L/min時不會產生不含氧化物的表面。引人注目的是，使用實心滾筒可取得比盤式滾筒更均勻的蝕刻移除效果。在20℃之溫度及1.4-1.8m/min之輸送速度下可自經鋸切損傷處理的表面完全移除厚度為200nm的氧化物，以1.2-1.4m/min之輸送速度則可完全移除厚度為300nm的氧化物。
在應用本發明較佳具螺紋結構(凹口寬度為1cm，深度為0.5cm)之滾筒的情況下，當其他條件相同時試驗結果表明，流速低於16L/min時不會產生不含氧化物的表面。在20℃之溫度、26L/min之流速及2.2m/min之輸送速度下可自經鋸切損傷處理的表面完全移除厚度為110nm的氧化物。完全移除200nm厚度之氧化物所需的輸送速度為1.4m/min，完全移除250nm厚度之氧化物所需的輸送速度為0.9m/min。具有接觸孔且在經表面粗化處理的面上具有厚度為210nm至230nm之氧化物的晶圓可在20℃下以0.85m/min之輸送速度及26L/min之流速得到有效處理，且蝕刻液不會上湧穿過接觸孔。
下文將藉由附圖對本發明所建議之較佳至少一輸送滾筒進行詳細說明。
圖1A為一具有一螺紋結構4之滾筒1的示意圖。滾筒1設計為圓柱體且具有一基面2及一側面3。其他特徵如軸(滾筒1以可旋轉之方式安裝於其上)及可能存在的驅動元件等則不予顯示。
側面3上設有一螺紋結構4。該螺紋結構被滾筒1擋住的部分用虛線表示。如圖1所示，螺紋結構4具有一連續式螺紋線5。
在基板6(顯示為點劃線)之輸送過程中該滾筒1以旋轉方向7進行旋轉。在此亦形成一輸送方向8。該輸送方向平行指向滾筒1之基面2。在所示之俯視圖中，螺紋線5與側面3形成一仰角9，而非指向輸送方向8。本圖中該仰角9約為70°。
在基板6之底面與滾筒1之側面3間的區域內捕獲一氣泡10。此氣泡因其密度原因而試圖上升，卻受阻於基板6之底面。該氣泡由於僅可在螺紋線5之內腔中運動而無法自側面逃逸，其中，該螺紋線設計為滾筒1之側面3中的缺口或空隙。
圖1B所示者係為如圖1A之滾筒1以旋轉方向7經若干次旋轉後的情況。基板6繼續沿輸送方向8移動。在滾筒1以旋轉方向7進行旋轉之情況下，被螺紋線5捕獲之氣泡10朝基板6之側面邊緣區域6'方向移動。由於基板6之底面不斷發生化學反應，因而同樣不斷形成其他氣泡(圖未繪示)並不斷被排出。螺紋線5之側壁可防止多個氣泡聚集成一或多個大氣泡。由此，所示裝置可有效避免聚集氣泡上升至處理液(圖未繪示)表面時因濺射而使基板6之頂面受到污染。此外，藉由朝基板6之側面邊緣區域6'方向排出氣泡，亦可避免如下非期望之效應：氣泡在輸送過程中聚集於滾筒1與基板間之接觸區內，隨後在基板6與滾筒1分離的同時上升至基板之後緣6"。
圖2展示兩個用於多軌道(在此為雙軌道)輸送的滾筒1、1'。其中，每個軌道分別由一螺紋線5或5'表示。滾筒1及1'以及螺距5、5'之尺寸定為可並排輸送多個基板(圖未繪示)。在所示實施方式中，各軌道寬度不等。
兩個滾筒1及1'上之螺紋線5、5'的仰角9大小相等。為了避免基板在滾筒1、1'連續旋轉過程中因受指向滾筒軸向之輸送分量的影響而脫離軌道，兩個滾筒1及1'的仰角9方向恰好相反。但滾筒1及1'之旋轉方向7一致。換言之，沿輸送方向8相繼布置的兩個滾筒1、1'之螺紋線5及5'扭轉方向11相反。在此情況下，基板儘管會被第一滾筒1略微運離軌道，但會被後面的滾筒1'重新送回軌道。由此，儘管基板的輸送軌道12(用虛線表示)略呈之字形，然而總體上仍處於預定軌道上。
圖3所示之滾筒1的螺紋結構4具有兩條反向螺紋線5、5'。該等螺紋線5、5'共同構成一軌道。此二螺紋線5、5'之仰角9大小相等但方向相反。滾筒1以旋轉方向7進行旋轉。若螺紋線5及5'上插有旋轉受阻的螺絲，則由此產生之扭轉方向11、11'將會使此等螺絲在滾筒旋轉時做背向運動。藉由此方式可視氣泡之產生位置(基板底面之左半部分或右半部分)自基板中心向左或向右排出氣泡。
此種實施方式具有諸多優點。首先，不必布置螺紋結構如圖2所示般具有相反扭轉方向的其他滾筒。其次，側向輸送分量亦大致相等，使得基板可在一直線輸送軌道上沿輸送方向運動。最後，排放氣泡時，即便在最壞情況下亦無需使氣泡自基板一側完全移動至另一側。在以基板中心為起點開始排放氣泡之情況下，排放過程所需克服者至多為半個基板寬度。其結果為仰角更大，氣泡排放更可靠。
圖4為一滾筒1之示意圖，該滾筒在其側面3具有多條平行分布之螺紋線5、5'、5"、5'''，分別為右旋螺紋(圖4A)及左旋螺紋(圖4B)。清楚起見，此圖以隱藏線形式亦對位於該側面之背面的螺紋線進行了繪示。藉由布置多條平行螺紋線，側面3在仰角9保持不變之情況下具有更多用以排放氣泡(圖未繪示)的相應凹槽。儘管其效果與單條螺紋線相同。然而單條螺紋線之仰角極大，從而使得氣泡在不利之情況下(完全產生於基板邊緣、基板較短及/或較寬、滾筒直徑較大)無法被排放至基板相應的側面邊緣區域。
圖5為螺紋線5之各種輪廓形狀的截面圖。圖5A為矩形輪廓，圖5B為半圓形輪廓，圖5C為三角形輪廓。值a為輪廓深度，值b為輪廓寬度。
1，1'．．．滾筒，輸送滾筒
2．．．基面
3．．．側面
4．．．螺紋結構
5，5'，5"，5'''．．．螺紋線
6．．．基板，扁平物體
6'．．．基板之側面邊緣區域
6"．．．基板之後緣
7．．．旋轉方向
8．．．輸送方向
9．．．仰角
10．．．氣泡，氣態反應產物
11，11'．．．扭轉方向
12．．．輸送軌道
a．．．輪廓深度
b．．．輪廓寬度
圖1A為一具有螺紋結構之滾筒的示意圖；
圖1B為圖1A所示之滾筒在處理過程中一較後時間點上的示意圖；
圖2為一包括多個輸送軌道之滾筒的示意圖；
圖3為一滾筒之示意圖，其螺紋結構具有兩條反向螺紋線；
圖4為一滾筒1之示意圖，其側面3上具有多條平行分布之螺線5、5'分別為右旋螺紋(圖4A)及左旋螺紋(圖4B)；及
圖5為螺紋線之各種輪廓形狀的截面圖，即，矩形輪廓(圖5A)、半圓形輪廓(圖5B)及三角形輪廓(圖5C)。
1．．．滾筒，輸送滾筒
2．．．基面
3．．．側面
4．．．螺紋結構
5．．．螺紋線
6．．．基板，扁平物體
7．．．旋轉方向
8．．．輸送方向
9．．．仰角
10．．．氣泡，氣態反應產物
Claims (12)
- 一種以濕式化學法僅單面移除存在於扁平基板上特別是矽晶圓上之鈍化氧化層及/或介電質氧化層的方法，該方法係對一水平穿過裝蝕刻液容器之基板的底面進行單面蝕刻，其特徵在於：該蝕刻液採用一混合物，該混合物選自由以下物質構成之群組：a)HF/H2 SO4 /H2 O，相對配比為1：5：2.5 b)HF/NH4 F/H2 SO4 /H2 O，相對配比為1：1：10：3至1：1：10：5 c)HF/NH4 F/H3 PO4 /H2 O，相對配比為1：7：4：12，及d)HF/H3 PO4 /H2 O，相對配比為1：2：0至1：11：5，其中採用50%的HF溶液，95-97%的H2 SO4 溶液，40%的NH4 F溶液，及85%的H3 PO4 溶液。
- 如請求項1之方法，其特徵在於，將該蝕刻液保持在介於15℃與30℃間之溫度上，該蝕刻液含有硫酸、磷酸、硫酸銨、磷酸銨、氟化銨、四氟化矽及/或六氟合矽酸等其他成分。
- 如請求項1之方法，其特徵在於，該蝕刻液含有1wt%至4wt%之氫氟酸。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，該等混合物a)及b)含有50wt%至70wt%之硫酸。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，在使用至少一輸送滾筒之情況下沿該蝕刻液之表面輸送該等基板，該輸送滾筒之側面(3)具有一螺紋結構(4)，該螺紋 結構包含至少一螺紋線(5)。
- 如請求項5之方法，其特徵在於，該至少一螺紋線(5)具有一小於80°、較佳為20°至40°之仰角(9)。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，使該蝕刻液針對性地流向該等基板之底面。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，用水沖洗該等基板之底面以及/或者對該等基板之底面實施一清除過程以終止反應及清除該蝕刻液。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，在使用超音波及/或兆頻超音波之情況下對該等基板進行蝕刻。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，用光照射該等基板之底面。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，使用一通風裝置來防止基板頂面受到化學腐蝕。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於，最後在使用一氣流之情況下對該等基板進行乾燥處理。
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