CN100530557C - 单晶片刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的刻蚀方法，可将晶片端部的局部形状破坏降至最小程度，而且晶片前表面和晶片端部都能均匀地刻蚀，同时能防止刻蚀剂流到晶片后表面。所提供的单晶片刻蚀方法，在具有平坦前、后表面的单晶片被固定的状态下，将刻蚀剂提供给晶片前表面，并利用水平旋转该晶片产生的离心力刻蚀晶片前表面和前表面侧端部。按此方法，刻蚀剂是分两次或更多次间断性提供给晶片前表面，在提供用于一次处理的刻蚀剂后停止刻蚀剂供应，并在所提供的刻蚀剂从晶片端部流出后再提供用于下次处理的刻蚀剂。

Description

单晶片刻蚀方法
技术领域
本发明涉及一种单晶片刻蚀方法，它不仅能均匀地刻蚀晶片前表面，而且能均匀刻蚀晶片端部，同时把晶片端部的局部形状破坏降低到最小程度。
背景技术
半导体晶片制造过程一般包括以下步骤：提供通过单晶块切割以及切片成而得到的晶片倒圆，机械抛光(研磨)、刻蚀、镜面磨削(抛光)和清洗，并产生具有高精确平度的晶片。经受过切割、外径磨削、切片、研磨等机械处理的晶片有一个损坏层，即在它的一个表面上的受加工损伤层。该受加工损伤层在器件制造过程中引起滑移错位等晶体缺陷，降低晶片的机械强度，并对电特性产生不利的影响，因此必须把这个层全部清除。为清除此受加工损伤层，要进行刻蚀处理。刻蚀有浸渍刻蚀和单晶刻蚀。
在这些刻蚀类型中，单晶片刻蚀被证明是一种最佳的刻蚀方法，因为它能控制具有大孔径的晶片的表面粗糙度和晶片组织尺寸。在单晶片刻蚀方法中，是把刻蚀剂滴到单晶片的平坦表面上，并水平旋转该晶片以使滴上去的刻蚀剂散布在整个晶片表面上，从而实行刻蚀。提供给晶片表面的刻蚀剂从它提供的位置散布在整个晶片表面上，并被水平旋转晶片所产生的离心力驱至晶片前表面侧端部。因此晶片前表面侧端部和晶片前表面在同一时间被刻蚀。所提供的大部分刻蚀剂被离心力从晶片前表面侧端部吹散并由刻蚀装置内的杯子或其它同类的东西收集。但是，一部分刻蚀剂从晶片前表面侧端部流到晶片后表面侧端部和晶片后表面，使晶片后表面侧端部和晶片后表面刻蚀不好。
作为消除这种缺陷的一种对策，提出了单晶片处理机构，它包括：旋转驱动部分；旋转底座，后者有个中心轴与旋转驱动部分相连，且在周边位置还有定位部分，用来将处理目标安装在预定位置；夹持元件，将提供在旋转处理目标周边处定位部分之间的处理目标的一个端面夹住；处理喷嘴，它处在旋转底座上面，并且它被供以与处理目标的处理相对应的材料，其中定位部分和夹持元件从处理目标后表面上旋转底座的接触部分伸出的高度X(mm)为0＜X＜A+0.5(mm)，此处A(mm)为处理目标端表面的厚度(例如参见专利文件1)。另外，在专利文件1中建议了一种结构，它包括：气体供应单元，它处在围绕旋转底座中心轴的下部位置；和供应口，它穿过旋转底座内部，并从所述单元对它提供一种气体，同时增大旋转底座和处理目标后表面之间空间内的大气压力。在专利文件1提供的单晶片处理机构中，当定位部分和夹持元件的伸出高度按照上述比例时，可以抑制在单晶片高速旋转时的空气扰动以处理液体的回跳。另外，从所述单元中的供应口提供气体可以防止处理液体(如刻蚀剂)流到处理目标的后表面。
[专利文件1]日本未审核专利申请出版物No.289002-1999(权利要求1和2，第[0010]和[0025]段)。
但是在专利文件1提供的单晶片处理机构中，当气体是从处理目标的下侧提供时，为避免处理液体的流动，处理目标在晶片上的停留时间要加长。因此，当处理目标为刻蚀剂时将发生问题，即刻蚀剂停留处的刻蚀超过需要，故晶片端部的形状在倒圆处理过程中将局部破坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种单晶片刻蚀方法，它可以防止刻蚀剂流到晶片后表面，并不仅均匀地刻蚀晶片前表面，而且均匀地刻蚀晶片端部，同时将晶片端部的局部形状破坏降至最小。
按照权利要求1中限定的本发明，提供了一种单晶片刻蚀方法的改进，它在具有平坦的前后表面的晶片被固定的状态下将刻蚀剂提供到单晶片的前表面上，并利用水平旋转该晶片所产生的离心力刻蚀晶片前表面和晶片前表面侧端部。
这种方法的特征在于，刻蚀剂是分两次或更多次间断性供应到晶片前表面上，在用于一次处理提供刻蚀剂之后则停止刻蚀剂的供应，而用于下一次处理的刻蚀剂是在已提供的刻蚀剂从晶片端部流走后再提供。
按照权利要求1的本发明，用于一次处理提供的刻蚀剂所取的刻蚀宽度通过间断性的提供刻蚀剂而减小。在提供用于一次处理的刻蚀剂后，刻蚀剂的供应停止，且用于下一次处理的刻蚀剂是在已提供的刻蚀剂从晶片端部流走之后提供。因此，由于刻蚀剂在晶片端部停留而引起的局部形状破坏可减至最小程度，并且不仅是晶片前表面，而且晶片端部都可以均匀地刻蚀，同时能防止刻蚀剂流到晶片后表面。此外，因为刻蚀剂是在预定次数内间断性提供，所以可保证所要求的刻蚀宽度。
根据权利要求2限定的本发明，由权利要求1确定的本发明可作为具有倒圆端部的硅晶片的刻蚀方法。
根据权利要求3限定的本发明，由权利要求1确定的本发明可作为晶片的刻蚀方法，其中晶片通过吸盘靠真空吸住而固定。
根据权利要求4限定的本发明，由权利要求1限定的本发明可作为晶片的刻蚀方法，其中在刻蚀时从晶片后表面和后表面侧端部之间的位置向后表面侧端部提供一种气体，从而防止刻蚀剂流到晶片后表面。
根据权利要求5限定的本发明，由权利要求1限定的本发明可作为晶片的刻蚀方法，其中刻蚀剂是一种酸性刻蚀液。
按本发明的单晶片刻蚀方法，刻蚀剂是分两次或更多次间断性提供给晶片前表面，在提供用于一次处理的刻蚀剂后停止刻蚀剂的供应，而为用于一次处理的刻蚀剂是在提供的刻蚀剂从晶片端部流走后再提供。结果，晶片后表面的局部形状破坏降至最小程度，而且不仅晶片前表面而且晶片端部都可均匀地刻蚀，同时能防止刻蚀剂流到晶片后表面。
附图说明
图1是单晶片刻蚀装置示意图；
图2是显示倒圆晶片端部的示意图；
图3是示例1及比较示例1和2每一个中的晶片前表面一侧的倒圆宽度A1示意图；
图4是示例1及比较示例1和2每一个中的晶片后表面一侧的倒圆宽度A2示意图；
图5是示例1及比较示例1和2每一个中的晶片端部曲率半径R的示意图；
图6是按示例1进行单晶片刻蚀之前晶片端部形状的剖面示意图；
图7是按示例1的晶片端部形状的剖面示意图；
图8是按比较示例1的晶片端部形状的剖面示意图；
图9是按比较示例2的晶片端部形状的剖面示意图。
具体实施方式
现在参考附图对实施本发明的最佳模式加以说明。
按本发明的单晶片刻蚀方法是单晶片刻蚀方法的一种改进，它在晶片被固定的状态下将刻蚀剂加到具有平坦前、后表面的单晶片的前表面上，并利用水平旋转该晶片所产生的离心力，刻蚀晶片前表面和晶片端部。其结构特点在于，刻蚀剂是分两次或更多(优选是2至5)次加到晶片前表面，在提供用于一次处理的刻蚀剂后停止刻蚀剂的供应，且用于下一次处理的刻蚀剂是在已提供的刻蚀剂从晶片端部流出以后再提供。
提供给一次处理的刻蚀所带来的刻蚀宽度因间断性提供刻蚀剂而减小，在提供用于一次处理的刻蚀剂后停止刻蚀剂的供应，且用于下一次处理的刻蚀剂是在已提供的刻蚀剂从晶片端部流出以后再提供，因此，因刻蚀剂停留在晶片后表面而引起的局部形状破坏可降至最小程度，并且不仅晶片前表面，而且晶片端部都可以被均匀地刻蚀，同时能防止刻蚀剂流到晶片后表面。另外，由于刻蚀剂是按预定次数间断性提供，故可保证所要求的刻蚀宽度。
建议停止对一次处理的刻蚀剂的供应，然后间隔10至15秒直至所提供的刻蚀剂从晶片端部流出再提供用于下一次处理的刻蚀剂。对每一次处理的刻蚀剂供应量和供应时间最好均匀。举例来说，假定全部刻蚀处理的宽度是15μm，在总共采用5次间断性供应的情况下，则把刻蚀剂供应量和供应时间控制成使对每次处理的刻蚀宽度为3μm。
在按本发明的刻蚀方法中，建议采用具有倒圆端部的硅晶片作为目标晶片。另外，在按本发明的刻蚀方法中，可以用吸盘靠真空吸住晶片后表面来保持晶片。此外，在按本发明的刻蚀方法中，在刻蚀过程中可以从晶片后表面和后表面侧端部之间的位置向后表面侧端部提供一种气体，从而防止刻蚀剂流到晶片后表面。可以把任何类型的刻蚀剂加到本发明的方法中，但最好用酸性刻蚀液，且按预定比例的包含HF、HNO3、H3PO4和H2O的刻蚀剂是特别优选的。按混合重量比7.0％、31.7％、34.6％、26.7％的含HF、HNO3、H3PO4和H2O的刻蚀剂更优选。
本发明的刻蚀方法可以利用如图1所示的单晶片刻蚀装置10来实现。此刻蚀装置包括晶片旋转装置11，防流装置12，刻蚀剂供应装置13和杯子14。晶片旋转装置11包括一个吸盘16(它利用真空吸力吸住晶片15的后表面以水平固定晶片15)和一个旋转驱动部分17，后者和吸盘16的下部做成一体并水平旋转晶片15。防流装置12包括：圆柱块18，在其本身和吸盘16之间具有间隙，并且圆柱块18与吸盘16同心地设置；和气体供应通道18a，该气体供应通道18a穿过圆柱块18的内部并通过它提供气体。气体供应通道18a从晶片后表面和后表面侧端部间的一个位置向外伸到后表面侧端部。所提供的气体可以是氮气或空气。刻蚀剂供应装置13包括刻蚀剂供应喷嘴19(置于晶片上方)和图中未显示的刻蚀剂供应泵等。刻蚀剂供应喷嘴19可以水平运动，如图中实线箭头所示，刻蚀剂从这个刻蚀剂供应喷嘴19提供给晶片15的上表面。杯14包围防流装置12的外侧，以防止被离心力吹散的刻蚀剂20散射到装置10的外面，同时收集刻蚀剂20。
在这种结构单晶片刻蚀装置10中，晶片15是这样安装在真空吸力型吸盘16上，使得前表面成为上表面，施加真空吸力后水平固定晶片15。然后，晶片15被旋转驱动部分17水平旋转，而且刻蚀剂20从刻蚀剂供应喷嘴19提供给晶片15的上表面，同时处于晶片15的上方的刻蚀剂供应喷嘴19作水平运动，如图1实际箭头所示。在本发明的刻蚀方法中，刻蚀剂20是分两次或更多次间断性提供的。具体来说，是通过调节用于一次处理的供应量而间断性提供的，使得按间断性提供的总供应量基本等于传统刻蚀方法中一次连续提供的刻蚀剂的总供应量。
提供给晶片上表面的刻蚀剂20被水平旋转晶片15产生的离心力从所提供位置(例如，在晶片前表面中心附近)移至晶片端部一侧，与此同时刻蚀晶片前表面上的受加工损伤层。另外，刻蚀剂20刻蚀晶片前表面侧端部，并以液滴形式向晶片外面散射，这些液滴将被杯子14收集。此外，气体从晶片后表面和后表面侧端部之间的位置通过穿过圆柱块18内部的气体供应通道18a提供到后表面侧端部，因而气流防止一部分刻蚀剂从后表面侧端部流到晶片后表面。在为一次处理提供刻蚀剂后，暂时停止刻蚀剂的供应，直至所提供的刻蚀剂从晶片后表面流走。当刻蚀剂全部从晶片端部流走后，才提供下次处理的刻蚀剂。
如上所述，为一次处理提供的刻蚀剂所带来的刻蚀宽度由于间断性供应刻蚀剂而减小，在提供用于一次处理的刻蚀剂后停止供应刻蚀剂，并在所提供的刻蚀剂从晶片端部流走后再提供下次处理的刻蚀剂。因此，由于刻蚀剂停留在晶片端部而引起的局部形状破坏可降至最小程度。此外，不仅是晶片前表面，而且晶片端部都可均匀地刻蚀，同时能防止刻蚀剂流到晶片后表面。还有，因为刻蚀剂是按预定次数间断性提供的，故可保证所要求的刻蚀宽度。
现在对本发明的一个例子和一些对比例进行详细说明。
[例1]首先，制备一种Φ300mm的带倒圆端部的硅晶片，其前、后表面为平面。其次，制备一种包含HF、HNO3、H3PO4和H2O(其混合重量比为7.0％、31.7％、34.6％、26.7％)的刻蚀剂。图2表示此倒圆晶片的剖面形状。图2中，参考字母t表示晶片的厚度；A1表示晶片前表面一侧的倒圆宽度；A2表示晶片后表面一侧的倒圆宽度；R为晶片端部曲率半径；θ1为晶片前表面侧端部的倒圆角；θ2为晶片后表面侧端部的倒圆角。
然后，将此晶片安装在如图1所示的单晶片刻蚀装置的吸盘上，使其前表面成为上表面。接着，让晶片水平旋转，刻蚀剂从处于晶片上方的供应喷嘴提供到晶片上表面上，且刻蚀剂被水平旋转的离心力在晶片前表面上散开到达晶片前表面侧端部，以此通过平面化处理刻蚀受加工损伤的层。另外氮气通过穿过圆柱块内部的气体供应通道从晶片后表面和后表面侧端部间的位置提供给后表面侧端部，使氮气流能防止一部分刻蚀剂从晶片后表面侧端部流到晶片后表面。在刻蚀剂供应方面，应该这样来控制刻蚀剂供应量，使得一次处理的刻蚀宽度约为3μm，并在提供用于一次处理的刻蚀剂后停止刻蚀剂的供应。经过10到15秒，当所提供的刻蚀剂从晶片端部流走后再供应下一次处理的刻蚀剂，且刻蚀剂是分五次间断性提供给晶片前表面，从而总共刻蚀硅晶片15的前表面15μm。
《比较例1》在这个例子中的处理和例1的处理一样，只不过刻蚀剂是连续提供，且硅晶片受加工损伤层的前表面总共刻蚀15μm。
《比较例2》在此例中的处理和例1中一样，只不过刻蚀剂是连续供应，而且不从晶片前表面和后表面侧端部之间的位置通过穿过圆柱块内部的气体供应通道给后表面侧端部提供气体，对硅晶片前表面总共刻蚀15μm。
《比较测试1》对按照例1及比较例1和2的每一种经过单晶片刻蚀的硅晶片，以45°的间隔在7个点测量了在晶片前表面一侧的倒圆宽度A1，在晶片后表面一侧的倒圆宽度A2和晶片端部的曲率半径R。另外，对单晶片刻蚀之前同样测量了该硅晶片的倒圆宽度A1，倒圆宽度A2和曲率半径R。
表1为晶片前表面一侧倒圆宽度A1的测量值，表2为晶片后表面一侧倒圆宽度A2的测量值，表3为晶片端部曲率半径R的测量值，图3至图5表示在例1及比较例1和2的每一种中，对晶片前表面一侧倒圆宽度A1，晶片后表面一侧倒圆宽度A2和曲率半径R的测量结果，而图6-9是分别表示在进行单晶片刻蚀之前以及按例1和比较例1和2的晶片端部剖面形状的部面图。
[表1]
 倒圆宽度平均值A1(μm)   标准偏离(μm)
  刻蚀以前的材料   413.000   11.5902
  例1   405.143   8.9336
  比较例1   413.429   16.0193
  比较例2   488.000   46.2358
[表2]
 倒圆宽度平均值A2(μm)   标准偏离(μm)
  刻蚀以前的材料   412.714   15.5211
  例1   399.000   7.9582
  比较例1   401.857   7.0576
  比较例2   467.714   18.3913
[表3]
  曲率半径平均值R(μm)   标准偏离(μm)
  刻蚀以前的材料   335.429   35.7158
  例1   334.000   18.4752
  比较例1   290.571   5.7404
  比较例2   485.000   62.5700
由表1-3及图3-9可见，在比较例2(它未采取任何措施防止刻蚀剂流到晶片后表面来进行蚀刻)中，晶片端部的倒圆宽度A1，倒圆宽度A2，和曲率半径都比刻蚀之前(已在平面化处理时倒圆)的材料有更大的起伏变化。具体而言，晶片端部的倒圆宽度A1，倒圆宽度A2的测量值分别较大。另外，虽然在测量中结果没有表示，晶片前表面侧端部的倒圆角θ1和晶片后表面侧端部的倒圆角θ2分别较小，而且在靠近晶片前表面一侧和晶片后表面一侧的位置处晶片端部的刻蚀更大。从这个结果可知，在象比较例2那样不采取防止刻蚀剂流动的措施时，总体而言，晶片端部不可能均匀地刻蚀，而且倒圆的晶片端部形状遭到破坏。另外，在比较例1(此时刻蚀是在一次性提供刻蚀剂的情况下进行)中，倒圆宽度A1，倒圆宽度A2的结果基本与例1相同，但只有曲率半径起伏较大，这个结果支持以下事实，即在预定的时间内刻蚀剂沿厚度方向停留在晶片端部中心附近，另一方面，采用本发明方法的例1得到的结果是，在晶片端部的倒圆宽度A1，倒圆宽度A 2，和曲率半径的波动范围都较小。由此可以确认，采用本发明的方法，晶片端部可以均匀地刻蚀，并将晶片端部的形状破坏降至最低程度。

Claims (2)

1.一种单晶片刻蚀方法，在对前后表面被平面化了的单张晶片加以保持的状态下，将刻蚀液提供给前述晶片的前表面，并利用水平旋转该晶片产生的离心力刻蚀前述晶片的前表面和晶片前表面侧端部，其特征在于，
前述晶片的端部被倒圆，通过利用吸盘真空吸附前述晶片的后表面而保持前述晶片，
在进行前述刻蚀时，经由气体供应通道来从晶片后表面和后表面侧端部之间的位置朝向后表面侧端部送入气体，防止刻蚀液流到晶片后表面，所述气体供应通道贯通圆柱块的内部，所述圆柱块与所述吸盘隔开间隔并与该吸盘设置成同心圆状，
分两次或更多次将刻蚀液间断性提供给前述晶片的前表面；在调节各单次的间断性供应量而提供用于一次处理的刻蚀液后停止供应前述刻蚀液，所述调节使得间断性提供的总供应量为与一次连续供应前述刻蚀液而刻蚀希望的去除量时的整体供应量同等程度的供应量；并在所提供的前述刻蚀液流出前述晶片的端部后提供用于下一次处理的刻蚀液，
由此来抑制前述晶片的端部的局部形状破坏。
2.如权利要求1的方法，其中刻蚀液是酸性刻蚀液。
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