CN103594330A - 蚀刻设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了蚀刻设备和方法。向工件供给蚀刻剂。此外，利用经空间调制的光来照射工件，以在供给蚀刻剂的同时调节所述工件的温度分布。

Description

蚀刻设备和方法
技术领域
本申请涉及用于蚀刻工件的蚀刻设备和方法。
背景技术
在许多工业过程中，对诸如晶片之类的工件进行蚀刻以便以某种方式改变工件的形式。举例来说，在晶片处理和制造期间，可以对诸如半导体晶片之类的晶片进行蚀刻，目标例如是弄平（level）晶片，即减小晶片的总厚度变化（TTV）。举一个例子，在一些情况下晶片厚度影响在晶片上形成的半导体器件的电特性，并且因此希望小的厚度变化以减小所制造的半导体器件的电特性的变化。举例来说，预期将来对于8英寸晶片或者甚至更大的晶片将要求±1μm的厚度变化。
为了弄平晶片，使用诸如旋转蚀刻过程之类的蚀刻过程，其中将蚀刻剂分配在旋转的晶片上。对于这种和其他蚀刻过程，希望局部地控制蚀刻速率。
发明内容
根据一个实施例，提供一种方法，其包括：
向待蚀刻的工件供给蚀刻剂；以及
利用经空间调制的辐射来照射工件，以在向工件供给蚀刻剂的同时调节工件的温度分布（profile）。
根据另一实施例，提供一种设备，其包括：
辐射源、空间辐射调制器、蚀刻剂供给源（supply）和工件固定器以及控制单元，所述控制单元被配置成控制空间辐射调制器以调制从辐射源到工件固定器上的工件的辐射，以在从蚀刻剂供给源向工件供给蚀刻剂的同时调节工件的温度分布。
上面的概要仅仅意图提供对于本发明的一些实施例的一些特征的简短概述，而不应当被解释为限制性的，因为其他实施例可以包括除了上面指示的之外的其他特征。
附图说明
图1是根据一个实施例的蚀刻设备的框图；
图2是示出根据一个实施例的方法的流程图；
图3A示出根据一个实施例的设备的示意图；以及
图3B示出根据一个实施例的设备的一部分连同用于光强度分布的一个实例。
具体实施方式
在下文中将参照附图更详细地描述本发明的实施例。然而，应当注意，本发明的范围不限于在附图中示出或者在这里描述的实施例。
可以把不同实施例的特征彼此组合，除非另有说明。另一方面，描述具有多个特征的一个实施例不应当被解释为指示所有这些特征对于实践本发明都是必要的，因为其他实施例可以包括更少的特征和/或替换的特征。
提供附图以给出对所表示的实施例的理解，并且因此附图中示出的各种元件不一定彼此成比例。诸如顶部、底部、左侧或右侧之类的对附图的任何方向参照仅仅被选择为便于参照附图中的各种元件，并且不应当被解释为指示元件在实施例的实施中的实际位置。
现在转向附图，图1示出根据一个实施例的用于蚀刻工件15的蚀刻设备10。工件15例如可以是诸如硅晶片之类的半导体晶片，但也可以是待蚀刻的任何其他工件，例如除了晶片之外的其他半导体工件或者金属工件。
可以从蚀刻剂供给源17经由喷嘴18把蚀刻剂喷洒或分配在工件15上，同时工件固定器16围绕旋转轴112旋转工件15。如此供给的蚀刻剂可以取决于待蚀刻的工件15的种类来选择，例如取决于工件15的材料。可以使用对于相应的材料所使用的任何常规蚀刻剂，例如在待蚀刻的硅的情况下是基于氢氧化钾的蚀刻剂。在一些实施例中，在旋转工件固定器的情况下，喷嘴18可以在旋转轴112上具有开口以在中心处向晶片供给蚀刻剂。
在其他实施例中，可以以不同的方式向工件15供给蚀刻剂。举例来说，可以把工件15浸没在提供于蚀刻槽111中的蚀刻剂中，这仅仅是针对供给蚀刻剂的不同方式的实例。
蚀刻设备10还包括辐射源（例如发射光束12的光源11）和光调制器13，光调制器13对光束12进行空间调制以使其成为照射工件15的经空间调制的光束14。特别是，通过光调制器13，可以对工件15上的光强度（即功率）进行空间调制，例如以便局部地加热工件15。光源11可以是任何合适的光源，例如白色光源，其发射被工件15充分吸收的具有足够功率的光。举例来说，在一个实施例中，工件15对于由光源11发射的光是不透明的。在由硅制成的工件的情况下，光源11例如可以发射在可见光范围内的光。光源11的功率可以被选择成使得工件15上的最大光强度是至少1W/cm2，例如至少5W/cm2。
光调制器13可以是允许例如以可调节方式对工件15上的光强度进行空间调制的任何种类的光调制器。光调制器13例如可以包括微镜阵列，例如诸如数字光处理（DLP）芯片之类的数字微镜器件（DMD）。在这种情况下，每个微镜或者将光导向工件15，或者防止光到达工件15。通过提供这种微镜的阵列，可以通过相应地致动各个微镜来控制工件15上的空间光分布。这种微镜例如可以被实施为微机电系统（MEMS）。在其他实施例中，可以使用LCD（液晶显示器）阵列，其中所述显示器的各个像素可以取决于控制信号而对于光是透明的或不透明的。如果不需要对于所述空间分布的可调节控制，则例如还可以使用掩模来提供固定的空间调制。
如上面已经提到的那样，通过调制光强度，可以在经由喷嘴18从蚀刻剂供给源17向工件15供给蚀刻剂的同时将工件15局部地加热。供给蚀刻剂提供了对于工件15的某种冷却措施，这例如可以防止过热和/或可以在工件15上建立稳定的温度分布。通过局部地加热工件15，可以控制所供给的蚀刻剂的蚀刻速率。类似于大多数化学反应，在蚀刻过程下的化学反应是温度相关的。通常，例如10℃的温度增加可以加倍蚀刻速率。因此，即使通过把工件15局部地加热几℃，例如2或3℃，也可以以显著的方式影响蚀刻速率。
图1的实施例中的光调制器13由控制单元19控制，控制单元19设置所期望的光强度分布以获得所期望的温度分布，并且因此获得所期望的蚀刻速率分布。举例来说，可以通过相应地控制光调制器13来改变蚀刻速率，从而例如通过增加在工件15的较厚部分处的蚀刻速率来弄平工件15（即增加平坦度）。在一些实施例中，可以提供测量装置110以用于获得工件15的厚度分布。合适的测量装置110例如可以基于电容性测量、光学三角测量或者基于干涉的测量来操作。例如可以在蚀刻过程之前执行这种测量，并且控制单元19随后可以基于所测得的厚度分布以及存储在控制单元19中的查找表或其他校准来控制光调制器13，以便相应地设置空间光分布。在一些实施例中，可以在蚀刻之后再次测量工件15，并且可以根据结果来对上面提到的查找表或其他校准进行适配。举例来说，如果蚀刻之后的测量基于校准显示出蚀刻速率在某点太低，则对于下一工件，可以在类似情形下增加光强度以增加温度并且因此增加蚀刻速率。相反，当发现蚀刻速率太高时，可以降低光强度以降低温度并且因此降低蚀刻速率。在一些实施例中，还可以在蚀刻期间执行测量，并且可以在蚀刻期间调节光强度以获得所期望的蚀刻分布。
控制单元19可以是任何种类的合适的计算设备，例如计算机。
应当注意，在其中工件固定器16旋转工件15的实施例中，在一些实施例中可以只在轴112的一侧提供光调制器13以照亮工件15上的条或线。通过旋转，于是整个工件被来自光源11的辐射照射到。在这种实施例中，例如可以获得旋转对称的照射图案，并且因此获得旋转对称的温度分布。
在图2中示出流程图，所述流程图示出根据一个实施例的方法。图2中所示的方法可以被实施在图1的设备中，但是也可以被实施在其他蚀刻设备中。
在20处，测量工件的厚度分布。举例来说，可以使用电容性测量、光学三角测量或基于干涉的测量或者在用于获得厚度分布的领域中常规使用的其他测量。
在21处，向工件供给蚀刻剂，例如在工件被旋转时分配到工件上，并且在22处，在供给蚀刻剂期间，通过经空间调制的辐射来照射工件，以基于在20处的测量来调节工件的温度分布。举例来说，在将要弄平工件的情况下，辐射强度在工件的较厚部分处可以较高，并且在工件的较薄部分处可以较低。例如当在供给蚀刻剂期间旋转工件时，所述温度分布可以是旋转对称的温度分布。
还应当注意，在一些情况下供给蚀刻剂提供了对于工件的冷却，并且经由蚀刻剂的冷却与通过辐射的加热一起可以导致稳定的温度分布。
在23处，再次测量工件。在一些实施例中，在23处的该测量可以与在21和/或22处的蚀刻过程同时执行，并且可以基于在23处的测量修改蚀刻剂的供给和照射（特别是调制），直到达到所期望的分布。在其他实施例中，在21、22处的蚀刻过程之后执行在23处的测量。在一些实施例中，当在23处的测量的结果不令人满意时，例如如果蚀刻之后的分布与预期的分布不足够匹配，则可以利用照射对工件再次进行蚀刻，即可以重复相对于21和22所描述的操作。在其他实施例中，在23处测量工件之后，在24处开始处理下一工件（于是对其执行相对于20到23所描述的操作），并且在23处的测量的结果可以被用于改进参数，例如针对下一工件的辐射的空间调制。
在包括图3A和图3B 的图3中示出根据另一实施例的设备，图3A示出完整的设备，以及图3B示出其一部分连同强度分布的实例。图3的实施例包括高功率光源30，其发射光以照射并且因此加热工件36（例如晶片）。在高功率光源30与工件32之间提供用作光调制器的DLP芯片31。换句话说，经由DLP芯片31，可以调制工件36上的光强度的空间分布。在所示的实例中，朝向左侧，存在对应于较高预期温度的较高光强度，以及朝向右侧，存在对应于较低温度的较低强度。工件36例如可以是卡盘（chuck）38上的晶片，所述卡盘充当将蚀刻剂分配到其上的旋转晶片固定器，例如正如参照图1所解释的那样。在这种情况下，工件32的左侧部分可以代表晶片的中心，以及右侧部分可以代表晶片的外围。
在图3B的下半部分中，用于所得到的强度分布的实例被显示为曲线33和灰度分布32，分布32中的较深灰色表示较高强度。在该实例中假设径向对称的强度分布，这例如可以利用旋转工件固定器并且因此如上面所解释的旋转工件来实现。在该实例中，强度首先从工件的中心（半径0）增大，并且随后朝向工件的边缘再次下降。
正如在图3A中可以看到的那样，工件36（例如半导体晶片）被提供在卡盘38上的插销37之间，为工件36获得作为实例在图3B中所示的强度分布32、33。可以在与工件36的表面平行的平面中是可移动的蚀刻剂分配器34把蚀刻剂35分配到工件上。在卡盘38内部提供通道39，通过该通道，可以供给气体（例如氮），使得工件36停留在气垫（例如氮垫）上。如图3A中所示，所示的实施例中的卡盘38是可旋转的。
还如图3A中所示，利用高功率光源38和DLP芯片31，仅仅照射剖视图中的晶片36的一侧（例如以工件36上的条或线的形式），并且通过卡盘38的旋转，可以获得旋转对称的温度分布。然而应当注意，在其他实施例中不提供旋转，并且例如可以照射基本上完整的一面（例如上表面）或者甚至多于一面以获得所期望的温度分布。
还应当注意，在一些工业过程中常常存在旋转对称的厚度分布，正如例如在晶片制造期间，诸如磨削、研磨、Taiko磨削或安装之类的其他过程也是旋转对称的过程。
应当注意，在一些实施例中，所使用的蚀刻剂可以是非光活性的蚀刻剂，即对于蚀刻过程不需要光的蚀刻剂。在其他实施例中，蚀刻反应可以是通过光激活的光化学反应。在这种情况下，在一些实施例中，来自诸如图3的高功率光源30或图1的光源11之类的光源的光可以被用来激活蚀刻过程以及用于加热晶片。在其他实施例中，所描述的实施例的光源可以在不可用于激活蚀刻反应的范围内发射光，使得该光源仅仅被用来加热晶片以建立所期望的温度，并且可以提供附加的光源来激活蚀刻反应。在这种实施例中，可以分开控制蚀刻反应的致动和温度。
虽然在上面的实施例中已经把光用作用于辐射的实例，但是应当注意，可以使用适合于加热相应工件的任何频谱范围的辐射，例如红外辐射。
正如已经强调的那样，上面的实施例仅仅用作用于说明实施本发明的某种可能性的实例，并且本发明不限于这些可能性。

Claims (20)

1. 一种设备，包括：
工件固定器；
蚀刻剂供给源，其被配置成向由所述工件固定器固定的工件供给蚀刻剂；
辐射源；
空间辐射调制器，其被配置成对从所述辐射源向所述工件发射的辐射进行空间调制；以及
控制单元，其被配置成控制所述空间辐射调制器，以在向所述工件供给蚀刻剂的同时在所述工件上建立所期望的温度分布。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述辐射源具有足以用至少1W/cm2的功率密度照射所述工件的功率。
3. 根据权利要求1所述的设备，还包括被配置成测量所述工件的厚度分布的测量装置。
4. 根据权利要求3所述的设备，其中，所述测量装置被配置成执行电容性测量、光学三角测量或者基于干涉的测量中的至少一个。
5. 根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制单元被配置成基于所述测量装置的测量结果来控制所述空间光调制器。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述工件固定器是可旋转的。
7. 根据权利要求6所述的设备，其中，所述辐射源和所述空间辐射调制器被布置成只在所述工件固定器的旋转轴的一侧照射所述工件固定器上的工件。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述空间光调制器包括微镜阵列或液晶显示器阵列中的至少一个。
9. 一种设备，包括：
可旋转卡盘；
布置在所述卡盘上方的蚀刻剂分配器；
高功率光源；以及
光调制器，其被布置在所述高功率光源与所述卡盘的至少一部分之间以控制所述卡盘上的工件的温度。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中，所述卡盘包括用于在所述工件与所述卡盘之间建立气垫的通道。
11. 根据权利要求9所述的设备，其中，所述光调制器被布置在所述卡盘的旋转轴的一侧。
12. 根据权利要求9所述的设备，其中，所述分配器在平行于所述卡盘的表面的方向上是可移动的。
13. 根据权利要求9所述的设备，其中，所述高功率光源具有能够用至少1W/cm2的功率密度照射所述卡盘的功率。
14. 根据权利要求9所述的设备，其中，所述光调制器包括数字光处理（DLP）芯片。
15. 一种方法，包括：
向待蚀刻的工件供给蚀刻剂；
利用经空间调制的辐射来照射所述工件，以在向所述工件供给蚀刻剂的同时调节所述工件的温度分布。
16. 根据权利要求15所述的方法，还包括旋转所述工件。
17. 根据权利要求15所述的方法，还包括：
在供给所述蚀刻液体之前测量所述工件的厚度分布；以及
取决于所述厚度分布来设置所述空间调制。
18. 根据权利要求15所述的方法，还包括：
在蚀刻剂的所述供给和照射所述对象期间测量所述工件的厚度分布；以及
取决于所述测量来调节所述空间调制。
19. 根据权利要求15所述的方法，还包括：
在所述供给和所述照射的终止之后测量所述工件的厚度分布；以及
取决于所述厚度分布来修改针对下一工件的辐射的空间调制。
20. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述工件是半导体晶片。
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