TW200903622A - Single-wafer etching method for wafer and etching apparatus thereof - Google Patents

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blowing
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Takeo Katoh
Tomohiro Hashii
Katsuhiko Murayama
Sakae Koyata
Kazushige Takaishi
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Sumco Corp
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Description

200903622 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在旋轉處於水平保持狀態之晶圓時逐一 蝕刻晶圓的方法及其蝕刻設備。 【先前技術】 通常，半導體晶圓製造程序包含槽化、機械拋光（硏 磨）、蝕刻、鏡面拋光（拋光）及清洗藉由切割及分割單 晶錠所得之晶圓，以產生具有高精確平坦度之晶圓。經過 機械程序（諸如塊料切割、外直徑磨光、分割或硏磨）之 晶圓在其上表面上具有受損層（亦即機械受損層）。該機 械受損層導致晶體缺陷（例如在裝置製造程序中的滑動錯 位）、減少該晶圓之機械強度、並對電子特徵有不利地影 響，且因此必須完全移除該層。執行蝕刻處理以移除該機 械受損層。執行浸潤式蝕刻或單片式蝕刻以作爲該蝕刻處 理。 因爲單片式蝕刻能控制具有漸增直徑之晶圓的表面粗 糙度及組織尺寸，其經審查爲最佳之蝕刻方法。單片式蝕 刻係用於將鈾刻劑滴於平坦的單片晶圓之上表面上並水平 地旋轉（轉動）該晶圓以散佈該已滴落蝕刻劑，因此引起 蝕刻之方法。供應至該晶圓上表面上之蝕刻劑藉由水平地 旋轉該晶圓所導致的離心力而從供應該蝕刻劑之處散佈至 該晶圓整個上表面並到達該晶圓之邊緣表面，且因此同時 蝕刻該晶圓之上表面及該晶圓之邊緣表面。大部份供應的 -5- 200903622 蝕刻劑因離心力而從該晶圓之邊緣表面吹除且收集於例如 提供在該蝕刻設備內的杯中。然而’部份蝕刻劑從該晶圓 的邊緣表面流至晶圓的下表面。因此’在蝕刻該晶圓之單 一表面各者時，會使得該晶圓的二表面受到蝕刻’部份邊 緣表面受到二次蝕刻會造成不利且不能均勻地蝕刻該邊緣 表面。 爲消除此不利之處’已揭示半導體基材處理設備’其 結構中之半導體基材固定機構之檯型部位真空吸引並保持 盤型半導體基材之中心部位、旋轉驅動/升降機構旋轉並 將該半導體基材及該半導體基材固定機構一起向上/向下 移動、且蝕刻劑供應機構之噴嘴將鈾刻劑供應至由該半導 體基材固定機構所保持的半導體基材表面上（參閱例如專 利文件1 )。在此半導體基材處理設備中，將與該半導體 基材固定機構完全無關之具有環狀縫隙及導引部位之環形 吹除噴嘴提供給該檯型部位。該環狀縫隙在該檯型部位的 外側位置及載置於該檯型部位上之該半導體基材的後表面 下方提供，並將其組態爲以傾斜向上的方向朝載置於該檯 型部位上之半導體基材的後表面外圍部份之徑向外側均勻 地噴出氣體。此外，將該導引部位組態爲在中心位置從厚 度方向沿著載置於該檯型部位上之半導體基材的後表面將 該經放射氣體引導至該半導體基材之外側終端部份。 已有報告指出，在該如此組態之半導體基材處理設備 中’因爲從環狀縫隙均勻地噴出至該半導體基材之後表面 外圍部份的該氣體在中心位置從厚度方向被引導至該半導 -6- 200903622 體的外側終端部份，能避免該蝕刻劑從此外側終端部份流 至該下表面側，能避免從厚度方向在該半導體基材之中心 位置的飩刻，且在蝕刻該半導體基材的二表面時，能均勻 地蝕刻該邊緣表面。 專利文件1 日本未審查專利申請案公報第2006-237502號（申請 專利範圍第1項，第[0009]段）。 然而，在根據傳統技術揭示於專利文件1之該半導體 基材處理設備中，因爲該導引部位在中心位置從厚度方向 上將該氣體引導至該半導體基材之外側終端部份，該導引 部位將噴出自環狀縫隙之氣體從流向該半導體基材的徑向 外側之氣流改變爲向上流動之氣流。因此，由該環狀縫隙 噴出之氣體吹除的蝕刻劑再次黏附於該半導體基材的表面 上，因此，使該半導體基材表面降級。 另一方面，本發明人所進行之實驗揭露，在採用藉由 噴射氣體將從晶圓的邊緣表面流下之蝕刻劑朝該晶圓的徑 向外側吹除之下表面吹除機械裝置後，對例如該吹除機械 裝置之氣體噴射尖端之安裝位置、氣體噴射角度、或氣體 噴射總量的調整即能抑制流向該邊緣部份之蝕刻劑，而無 須使用此種根據傳統技術於專利文件1中解釋之導引部位 ，因此無須破壞該邊緣部份的槽形形狀而均句地蝕刻該邊 緣部份。 然而，該晶圓後表面及下表面吹除機械裝置之間有不 適當的間隙時，本發明人通常觀察到該邊緣部份有蝕刻不 200903622 均勻且該邊緣部份的槽形形狀受到巨大破壞之狀況，即使 例如調整以增加來自該下表面吹除機械裝置之氣體流量。 此外，已揭露在該晶圓之邊緣表面上產生小的不規則部份 (在下文中將其稱爲閃斑）。在邊緣表面上產生的閃斑不 僅導致該晶圓的外觀缺失問題，也在處置該晶圓時變爲微 粒的產生源。在對具有此閃斑產生於邊緣表面上之晶圓進 行晶膜生長處理時，鱗片狀的晶膜不利地形成於該邊緣表 面上。 【發明內容】 本發明的目的在於提供用於晶圓的單片式蝕刻方法及 其蝕刻設備，其能均句地蝕刻邊緣部份而不會破壞該晶圓 邊緣部份的槽形形狀，及避免該晶圓之邊緣表面上產生閃 斑。 鑒於敏銳地調查上述問題的結果，本發明人已發現在 非常有限之預定範圍內調整介於將蝕刻劑朝晶圓徑向外側 吹除之下表面吹除機械裝置及晶圓後表面間的間隙能均勻 地蝕刻邊緣部份而不會破壞該晶圓邊緣部份的槽形形狀， 且也能確實地避免在邊緣表面上產生閃斑，因此完成本發 明。 如本發明之第一實施樣態，如圖1所顯示，提供用於 晶圓的單片式晶圓蝕刻方法，其根據晶圓1 1之表面形狀 控制對晶圓1 1施用蝕刻劑丨4，以平滑化晶圓1 1之上表面 ’其中晶圓1 1之上表面係在將晶圓1 1與下表面吹除機械 -8- 200903622 裝置1 7間的間隙GP調整爲落在0. 1至1毫米之範圍間的 狀態下平滑化，下表面吹除機械裝置1 7藉由噴射氣體將 向下流至晶圓1 1邊緣表面11 b之蝕刻劑1 4朝晶圓Π外 側徑向吹除。 如第一實施樣態之用於晶圓的單片式晶圓蝕刻方法中 ，首先旋轉晶圓1 1，且下表面吹除機械裝置1 7在介於晶 圓1 1及下表面吹除機械裝置1 7間的間隙GP中形成氣流 。當蝕刻劑1 4在此狀態下供應至晶圓1 1之上表面1 1 a時 ，藉由在平面上旋轉晶圓1 1所產生的晶圓1 1之離心力， 蝕刻劑1 4逐漸地從供應蝕刻劑1 4的位置移向晶圓1 1之 邊緣表面1 1 b側而蝕刻晶圓1 1的上表面1 1 a，因此鈾刻晶 圓1 1的邊緣表面1 1 b。然後，在晶圓11上的蝕刻劑14經 由旋轉晶圓1 1所伴隨產生之離心力而朝晶圓1 1的外側散 佈。另一方面，從晶圓1 1的邊緣表面1 1 b流往晶圓1 1的 下表面1 1 c之部份蝕刻劑1 4藉由流過間隙GP之氣流而朝 晶圓1 1外側徑向吹除，且因此此蝕刻劑1 4朝晶圓1 1之 外側散佈。將間隙GP保持爲落在0.1至1毫米之範圍間 能均勻地蝕刻邊緣部份而不會破壞該晶圓1 1的槽形形狀 ’且也能避免在晶圓1 1的邊緣表面1 1 b上產生閃斑。雖 然仍不知道間隙GP強烈地影響閃斑產生的原因，可以想 爲由於晶圓1 1在旋轉，在間隙GP過寬時，流經間隙GP 的氣體會變爲狂亂的氣流，且即使僅有少量的蝕刻劑1 4 流向晶圓1 1之後表面側上的邊緣表面，也會導致微觀的 蝕刻不勻。此外，也能推定窄化間隙GP能改正流經間隙 -9 - 200903622 GP的氣流以避免蝕刻1 4流向晶圓1 1之後表面側上的邊 緣表面，因此抑制蝕刻不勻。 此外，如第一實施樣態之本發明第二實施樣態’在此 實施樣態中G/B從50至1 000，其中G公升/分鐘係來自 下表面吹除機械裝置17之噴射尖端17a的氣體流量而B 毫米係噴射尖端17a的寬度。 如圖1所顯示，本發明之第三實施樣態係在用於晶圓 的單片式晶圓蝕刻設備1 0中的改善，其在旋轉晶圓時對 晶圓1 1之上表面1 1 a提供蝕刻劑1 4以蝕刻晶圓1 1之上 表面11a及邊緣表面lib。 其之特徵結構包含：用於上下移動晶圓11之晶圓升 降機構16;以不與該晶圓11 一起旋轉之方式固定及提供 ，且藉由噴射氣體將向下流至該晶圓11邊緣表面11b的 該蝕刻劑1 4朝該晶圓1 1徑向外側吹除之下表面吹除機械 裝置1 7 ;用於偵測在晶圓1 1及下表面吹除機械裝置1 7間 之間隙GP的間隙偵測機構1 9 ;及用於基於間隙偵測機構 19所偵測之偵測輸出控制晶圓升降機構1 6，以調整間隙 GP之間隙調整機構20。 在如本發明第三實施樣態之用於晶圓的單片式晶圓蝕 刻設備中，首先旋轉晶圓1 1，且下表面吹除機械裝置1 7 在介於晶圓1 1及下表面吹除機械裝置1 7間的間隙GP中 形成氣流。當蝕刻劑1 4在此狀態下供應至晶圓1 1之上表 面1 1 a時，由於在平面上旋轉晶圓1 1所導致的晶圓Π之 離心力，鈾刻劑1 4逐漸地從供應蝕刻劑1 4的位置移向晶 -10- 200903622 圓1 1之邊緣表面1 1 b側而蝕刻上表面1 1 a，因此蝕刻晶圓 11的邊緣表面lib。然後，在晶圓11上的飽刻劑14藉由 旋轉晶圓1 1所伴隨產生之離心力而朝晶圓1 1的外側散佈 。另一方面，從晶圓1 1的邊緣表面1 1 b流向晶圓下表面 1 1 C之部份蝕刻劑1 4藉由流過間隙GP之氣流而朝晶圓1 1 外側徑向吹除，且因此此蝕刻劑1 4朝晶圓1 1之外側散佈 。此時，晶圓11在旋轉中，然而下表面吹除機械裝置17 係固定而不旋轉的，且晶圓位置對後表面吹除位置變化。 因此’能最佳地保持晶圓1 1的中心定位的精確性，且能 在整體圓周上均勻地蝕刻邊緣表面lib而不會破壞該晶圓 1 1之邊緣部份1 1 b的槽形形狀。特別係，因爲由間隙偵測 機構1 9所偵測之間隙GP回饋至間隙調整機構20，間隙 調整機構20能精確地調整間隙GP，因此避免在晶圓1 1 之邊緣表面1 1 b上產生閃斑。 如本發明之第四實施樣態，提供用於晶圓的單片式晶 圓蝕刻設備，其包含：用於上下移動該晶圓之晶圓升降機 構；以與該晶圓相對旋轉之方式提供，並藉由噴射氣體將 向下流至該晶圓邊緣表面之該蝕刻劑朝該晶圓之徑向外側 吹除的下表面吹除機械裝置；用於偵測在該晶圓及該下表 面吹除機械裝置間之間隙的間隙偵測機構；及用於基於該 間隙偵測機構所偵測之偵測輸出控制該晶圓升降機構，以 調整該間隙之間隙調整機構。 在如第四實施樣態之用於晶圓的單片式晶圓蝕刻設備 中’首先旋轉該晶圓，且該下表面吹除機械裝置在介於該 -11 - 200903622 晶圓及該下表面吹除機械裝置間的間隙中形成氣流。當該 倉虫刻劑在此狀態下供應至該晶η之上表面時*藉由在平面 上旋轉該晶圚所導致的晶圓11之離心力，該蝕刻劑逐漸 地從供應該蝕刻劑的位置移向該晶圓之邊緣表面側而蝕刻 晶圓上表面，因此蝕刻該晶圓的邊緣表面。然後，在該晶 圓上的蝕刻劑藉由旋轉該晶圓所伴隨產生之離心力而朝該 晶圓的外側散佈。另一方面，從該晶圓的邊緣表面流向晶 圓下表面之部份蝕刻劑藉由流過間隙之氣流而朝該晶圓外 側徑向吹除，且因此此蝕刻劑朝晶圓之外側散佈。此時， 該下表面吹除機械裝置相對於該晶圓旋轉，且晶圓位置對 後表面吹除位置變化。能最佳地保持該晶圓的中心定位的 精確性，且能在整體圓周上均勻地蝕刻在該晶圓上表面側 上的邊緣表面而不會破壞該晶圓之邊緣部份的槽形形狀。 特別係，因爲由該間隙偵測機構所偵測之間隙回饋至該間 隙調整機構，間隙調整機構能精確地調整間隙，因此避免 在該晶圓之邊緣表面上產生閃斑。此外，即使流經介於該 晶圓及該下表面吹除機械裝置間之間隙的氣流具有不均句 性質，該不均勻性質會隨時間轉爲均勻，因此提供朝向該 晶圓後表面之該氣流的均勻吹除效果。 如本發明之第五實施樣態，提供於第三或第四實施樣 態中界定之本發明，其中複數個間隙偵測機構1 9配置在 晶圓1 1之圓周方向上，如圖1所顯示。 在如第五實施樣態之用於晶圓的單片式晶圓蝕刻設備 中’即使在晶圓1 1及下表面吹除機械裝置1 7間之間隙 -12- 200903622 GP的變動係取決於量測位置，因爲複數個氣體偵測機構 1 9精確地偵測此變動，已精確偵測之間隙GP被回饋至氣 體調整機構20，且因此能在晶圓11之整體圓周方向上精 確地調整間隙GP。結果，下表面吹除機械裝置1 7能形成 在晶圓11之整體圓周上改正且在介於晶圓U及下表面吹 除機械裝置1 7間之間隙中具有均勻流量率的氣流。所以 ，因爲從晶圓1 1之邊緣表面1 1 b流向晶圓1 1之下表面的 部份蝕刻劑1 4係由該氣流朝晶圓1 1之徑向外側均勻地吹 除，且蝕刻劑14朝該晶圓的外側散佈。因此，能均勻地 蝕刻晶圓1 1的邊緣表面1 1 b而不會破壞晶圓1 1之邊緣部 份的槽形形狀，及避免邊緣表面1 1 b上產生閃斑。 如本發明之第六實施樣態，提供第三至五實施樣態中 任一者所界定之本發明，其中間隙調整機構20除了控制 晶圓升降機構1 6外，還控制用於上下移動下表面吹除機 械裝置17之下表面吹除機械裝置升降機構，以調整在晶 圓1 1及下表面吹除機械裝置1 7間之間隙GP。 在如第六實施樣態之用於晶圓的單片式晶圓蝕刻設備 中，間隙調整機構20控制晶圓升降機構1 6及下表面吹除 機械裝置升降機構二者以調整在晶圓11及下表面吹除機 械裝置1 7間的間隙，因此更精確地調整間隙GP。 如本發明之第七實施樣態，如圖1所顯示，提供第三 至第六實施樣態中任一者所界定之本發明，另外包含對該 晶圓1 1上表面1 1 a提供蝕刻劑1 4之第一噴嘴2 1，及以面 對該晶圓11邊緣表面lib之方式提供的第二噴嘴22，以 -13- 200903622 對該晶圓1 1邊緣表面1 1 b提供蝕刻劑1 4。 在如第七實施樣態之單片式晶圓蝕刻設備中，蝕刻劑 14係從第二噴嘴22供應至晶圓1 1邊緣表面1 lb，第二噴 嘴22係以面對晶圓11邊緣表面lib之方式提供。結果， 調整從第二噴嘴22供應之鈾刻劑總量能刻意地改變晶圓 1 1之邊緣表面1 1 b的形狀，因此提供目標槽形形狀。 此外，其中較佳情況係在自該晶圓外緣朝向該晶圓1 1 徑向內側-10至20毫米之預定位置處固定及提供該第二噴 嘴22。此處，在自晶圓1 1外緣朝向晶圓徑向內側-1 〇毫 米之位置處固定該第二噴嘴22的意義爲在自晶圓1 1外緣 朝向晶圓徑向外側+ 1 0毫米之位置處固定該第二噴嘴2 2。 根據本發明，能均勻地蝕刻該晶圓之邊緣部份而不會 破壞該邊緣部份的槽形形狀，及避免該晶圓之邊緣表面上 產生小的不規則部份（閃斑）。 【實施方式】 茲參考隨附圖式以解釋用於執行本發明之最佳模式。 如圖1所顯示，單片式晶圓飩刻設備1 0包含置於室 內且水平地保持載置於其上之單片薄盤型半導體晶圓11 之晶圓夾頭1 2、用於在水平面上圍繞其垂直水平線旋轉晶 圓1 1的旋轉機構（未圖示）、供應蝕刻劑1 4至由夾頭1 2 所保持之晶圓1 1的上表面1 1 a之第一噴嘴2 1、供應蝕刻 劑14至由夾頭12所保持之晶圓11的邊緣表面lib之第 一噴嘴22、用於上下移動晶圓11之晶圓升降機構16、藉 -14- 200903622 由噴射氣體將向下流至載置於夾頭12上的晶圓11邊緣表 面1 1 b之蝕刻劑1 4朝晶圓Η徑向外側吹除之下表面吹除 機械裝置17、用於上下移動下表面吹除機械裝置17之下 表面吹除機械裝置升降機構（未圖示）、用於偵測在晶圓 11及下表面吹除機械裝置1 7間之間隙GP的間隙偵測機 構1 9、基於來自間隙偵測機構1 9之偵測輸出’用於調整 該間隙GP之間隙調整機構20。晶圓1 1係藉由分割矽單 晶錠，且將晶圓11之外緣（亦即晶圓1 1之邊緣表面11 b )槽化爲具有預定曲率半徑之凸形而得.到。 此外，該夾頭1 2具有提供在垂直方向延伸之軸部位 12a、形成於軸部位12a上表面上並與此軸部位12a整合 之大直徑晶圓接受部位1 2 b、形成於軸部位1 2 a的中心及 晶圓接受部位1 2 b以垂直方向從軸部位1 2 a的下表面延伸 至晶圓接受部位1 2b的中心之通孔1 2c、複數個互通孔（ 未圖示），各互通孔一端互通並連結至通孔12c之上端， 以通孔1 2 c在中心之徑向圖案延伸至晶圓接受部位1 2 b之 徑向外側，且另一端封閉、複數個同心形成於晶圓接受部 位12b上之環形溝槽12d、複數個在互通孔及環形溝槽 1 2 d間實現互通及連結之小孔1 2 e、以及與通孔1 2 c (圖1 及圖2) 的下牺連結之真空栗（未圖不）。在晶圓11以 與晶圓接受部位1 2b同心之方式載置於晶圓接受部位1 2b 之上表面且驅動該真空泵以在各通孔12c、該互通孔、小 孔1 2 e、及環形溝槽1 2 d、中形成負壓時，晶圓1 1之下表 面1 1 c由晶圓接受部位1 2b所吸附，以水平保持晶圓丨i。 -15- 200903622 此外，該旋轉機構具有旋轉由部位1 2a之驅動馬達（未圖 示）在該驅動馬達旋轉軸部位12a時’由晶圓接受部位 1 2 b所保持之晶圓1 1與軸部位1 2 a及晶圓接受部位1 2 b — 起旋轉。 此外，以面對晶圓1 1之上表面π a之方式在晶圓1 1 上提供第一噴嘴2 1，及以面對晶圓1 1邊緣表面1 1 b之方 式在晶圓1 1邊緣表面1 1 b上提供第二噴嘴22。第一噴嘴 2 1經由第一供應管31連結至第一供應栗（未圖示）’且 第二噴嘴22經由第二供應管32連結至第二供應泵（未圖 示）。第一噴嘴21能由第一噴嘴移動機構（未圖示）在 其面對晶圓U上表面1 1 a之中心的位置及回縮位置間水 平地移動，且第二噴嘴22能由第二噴嘴移動機構（未圖 示）在其面對晶圓1 1邊緣表面1 1 b的位置及回縮位置間 水平地移動。在鈾刻晶圓1 1時，第一噴嘴2 1由第一噴嘴 移動機構移動於該晶圓之上表面Π a的中心及晶圓1 1之 邊緣間，且第二噴嘴22由第二噴嘴移動機構固定於其面 對晶圓1 1之邊緣表面1 1 b的位置上。在經由第一噴嘴2 1 供應蝕刻劑1 4的同時，調整例如該第一噴嘴的移動速度 或該蝕刻劑的流量以消除在蝕刻處理前的該晶圓表面形狀 與該晶圓的目標表面形狀間之差異。例如，該蝕刻處理通 常在晶圓1 1正在旋轉的狀況下執行，且在晶圓邊緣處的 鈾刻量大於接近該晶圓中心處的蝕刻量。因此，在該晶圓 外緣處移動第一噴嘴2 1的同時增加其移動速度係有效的 。此外，能基於晶圓Π的目標槽形形狀適當地決定是否 -16- 200903622 採用第二噴嘴22，且間歇地或連續地從第二噴 該蝕刻劑能更精美地蝕刻邊緣部份1 1 b。 另一方面，下表面吹除機械裝置17並未 夾頭1 2或旋轉晶圓1 1之旋轉機構，將其獨立 晶圓11 一起旋轉。此下表面吹除機械裝置17 邊緣表面lib處之面對晶圓11下表面的環狀噴 、在其上端與噴射尖端17a相連通且在朝向下 具有漸減直徑之環狀噴射溝槽17b、及與噴射名 連通且經由噴射溝槽1 7 b將壓縮氣體供應至噴 之氣體供應機構（未圖示）（圖1及圖2) 1 7b係以與基底構件1 7c同心之方式藉由將錐; 錐形構件1 7 e沈積於基底構件1 7 c之上表面而 )。基底構件1 7c係以直徑大於晶圓1 1之方 通孔1 7f在基底構件1 7c的中心形成，使得軸 在其中隨意地符合。此外，大直徑孔1 7 g在錐 中心處形成，且錐構件1 7 d的外圍表面形成在 方向上具有漸減直徑之圓錐形。錐形構件i 7e 大於晶圓1 1之外部直徑，但小於基底構件1 7 徑’且錐形構件1 7e之內圍表面形成在朝向下 具有漸減直徑之錐形。在錐形構件1 7e載置 17c上且之後錐構件17d載置於基底構件17c 間隙形成於錐形構件1 7e之內圍表面及錐構件 表面之間，且此環狀間隙作爲噴射溝槽1 7b使 噴射溝槽1 7b與形成於基底構件1 7c中的四個 嘴22供應 耦合至晶圓 配置以不與 具有在接近 :射尖端1 7 a 側之方向上 冓槽1 7 b相 射尖端1 7 a 。噴射溝槽 溝件1 7 d及 形成（圖1 式形成，且 部位1 2 a能 構件17d的 朝向下側之 的外部直徑 'c之外部直 側之方向上 於基底構件 上時，環狀 1 7 d之外圍 用。此外， 氣體供應孔 -17- 200903622 17h各者之一終端連通（圖1及圖3)，且該等氣體供應 孔1 7h各者之另一終端與該氣體供應機構連結。該氣體供 應機構係由例如壓縮諸如氮氣或空氣之壓縮機所組成，且 該壓縮氣體由此氣體供應機構經由氣體供應孔1 7 h及噴射 溝槽17b供應至噴射尖端17a。 晶圓升降機構1 6係由例如上下移動軸部位1 2a及晶 圓接受部位1 2b之步進馬達或伺服馬達所組成，且該下表 面吹除機械裝置升降機構（未圖示）係由例如上下移動下 表面吹除機械裝置1 7之步進馬達或伺服馬達所形成。此 外，四個間隙偵測機構1 9以預定間隔在圓周方向上嵌入 於錐構件1 7d的上表面中。組態此等間隙偵測機構1 9以 偵測在由夾頭12所保持的晶圓11之下表面11c及下表面 吹除機械裝置1 7間的間隙GP。作爲間隙偵測機構1 9使 用的有例如靜電電容型或光學型感測器。另外，間隙調整 機構20控制晶圓升降機構16及下表面吹除機械裝置升降 機構二者以調整在晶圓1 1及下表面吹除機械裝置1 7間的 間隙G P。此外，液體吸引機械裝置（未圖示）以預定間 隔提供於與由夾頭1 2所保持之晶圓1 1的外圍表面遠離之 外側。雖然未圖示，此液體吸引機械裝置具有接受從晶圓 11散佈之蝕刻劑14的液體接受器，及用於吸引由該液體 接受器所接受之蝕刻劑1 4的液體吸引機構。須注意在圖i 及圖2中的參考數字23表示量測在基底構件i7c之上表 面及晶圓接受部位1 2b之下表面間的距離之距離感測器。 組態間隙調整機構20以基於分別來自間隙偵測機構1 9及 -18- 200903622 距離感測器23之偵測輸出而調整間隙GP。 須注意間隙調整機構2〇調整介於晶圓1 1及下表面吹 除機械裝置1 7間的間隙GP以落在從〇· i至丨毫米的範圍 間，或較佳情況係在0.2至0·5毫米間，且將第二噴嘴22 的固定位置NP設定爲落在-10至20毫米之範圍間，或較 佳情況係從該晶圓外緣朝向該晶圓徑向內側1至5毫米的 範圍間。將噴嘴尖端17a的位置BP設定爲落在〇至10毫 米的範圍間，或較佳情況係從該晶圓外緣朝向該晶圓徑向 內側1至5毫米的範圍間。另外，將從噴射尖端1 7 a噴射 之氣體的流量BF設定爲50至1 000公升/分鐘，或較佳情 況爲100至5 00公升/分鐘。假設從噴射尖端17a噴射之 氣體的流量爲G公升/分鐘且噴射尖端17a的寬度爲B毫 米，將G/B設定爲50至1 000之間，或較佳情況爲1〇〇至 5 00之間。此外，將晶圓1 1的旋轉速度設定爲落在200至 800轉/分鐘的範圍內，或較佳情況係300至5 00轉/分鐘 的範圍內，將噴射溝槽1 7b對水平平面的角度0 ,設定爲 落在5至60度的範圍間，或較佳情況係1 0至45度的範 圍間。 此處，將間隙GP限制在0.1至1毫米的範圍內，因 爲晶圓1 1在間隙GP小於0.1毫米時，在晶圓1 1旋轉時 會因例如軸顫動而可能與錐構件1 7d或錐形構件1 7e接觸 ，而在間隙GP超過1毫米時，流向在晶圓11後側上的邊 緣表面之蝕刻劑會在該邊緣表面上產生閃斑。第二噴嘴22 的固定位置限制在自該晶圓外緣朝向該晶圓徑向內側-1 〇 -19- 200903622 至2 0毫米的範圍間，因爲少於-1 〇毫米的狀況中，第二噴 嘴22太接近晶圓1 1的中心，由第二噴嘴22所饋送之蝕 刻劑1 4完全未供應給在晶圓11之上表面側上的邊緣表面 且導致該蝕刻劑流至晶圓1 1的後表面側，而在超過2 0毫 米的狀況中，晶圓1 1邊緣表面1 1 b之槽形形狀不能形成 。噴射尖端1 7 a的位置B P限制在自該晶圓外緣朝向該晶 圓徑向內側〇至1 〇毫米的範圍間，因爲在少於〇毫米的 狀況中，從噴射尖端1 7a噴射出的氣體不能到達晶圓j i 的邊緣表面，而在超過1 〇毫米的狀況中，該蝕刻劑會流 至晶圓1 1的後表面。從噴射尖端1 7a噴射出的氣體之流 量BF限制在50至1 000公升/分鐘的範圍中，因爲在少於 5 0公升/分鐘的狀況中，該蝕刻劑會流至晶圓1 1的後表面 ，而在超過1〇〇〇公升/分鐘的狀況中，由該噴射氣體吹除 之該蝕刻劑會散佈且難以在預定位置收集該蝕刻劑，而增 加廢水處理設施的負擔。G/B限制在50至1 000的範圍間 ，因爲在此比率低於50時會不容易供應該氣體，而在此 比率超過1 〇 〇 〇時不能充份地得到氣體供應流率。晶圓1 1 的旋轉速度限制在200至8 00轉/分鐘的範圍中，因爲在 該旋轉速度低於200轉/分鐘時該蝕刻劑會從晶圓1 1的外 圍流至該晶圓後表面且能形成均勻的邊緣表面，而在該旋 轉速度高於8 0 0轉/分鐘時難以使晶圓1 1的上表面1 1 a變 平坦。噴射溝槽1 7b對水平面的角度0 1限制在5至60度 的範圍中，因爲在此角度少於5度時該蝕刻劑會流至晶圓 11的後表面，而在此角超過60度時噴射氣體不會形成層 -20- 200903622 流且該蝕刻劑會流至晶圓11的後表面。 將解釋如此組態之用於晶圓1 1之 備1 0的操作。 間隙調整機構20首先基於分別來 機構1 9及複數個距離感測器23之偵測 機構1 6及下表面吹除機械裝置升降機 在晶圓1 1及下表面吹除機械裝置1 7間 ，即使晶圓1 1及下表面吹除機械裝置： 變動取決於各量測位置，複數個間隙偵 個距離感測器23精確地偵測此變動， 之間隙GP回饋至間隙調整機構20。此 2〇不僅控制晶圓升降機構1 6，也控制 置升降機構以調整間隙GP。結果，精確 將其變爲最佳値。隨後，在晶圓1 1載簡 態中，負壓藉由操作該真空泵形成於通 小孔12e及環形溝槽12d各者之中，且 用此負壓而水平保持。在此狀態中，操 動馬達以在水平面中旋轉晶圓1 1，並連 及夾頭1 2之晶圓接受部位1 2b。然後， 機械裝置1 7之氣體供應機構以經由氣骨 射溝槽17b從噴射尖端17a噴射壓縮氣 氣，因此在下表面吹除機械裝置17及 1 1 c間的間隙GP中形成流向晶圓1 1之 亦即在錐構件1 7 d的上表面及錐形構件 單片式晶圓蝕刻設 自複數個間隙偵測 輸出控制晶圓升降 構二者，因此調整 3的間隙GP。因此 17間之間隙GP的 測機構1 9及複數 且因此該精確偵測 外，間隙調整機構 下表面吹除機械裝 地調整間隙GP以 Ϊ於夾頭1 2上的狀 孔1 2 c、互通孔、 該晶圓1 1藉由使 作該旋轉機構之驅 同旋轉軸部位1 2 a 操作該下表面吹除 I供應孔1 7 h及噴 體，例如氮氣或空 晶圓1 1之下表面 徑向外側之氣流， 1 7 e及晶圓1 1的 -21 - 200903622 下表面1 1 C間的間隙。此處，起動該液體吸引機械裝置之 吸引機構以在該液體接受器中保持負壓。在此狀態中，操 作第一噴嘴移動機構以導致第一噴嘴2 1面對晶圓1 1的中 心，且操作第二噴嘴移動機構以導致第二噴嘴2 2面對晶 圓1 1的邊緣表面11 b。在此狀態中，藉由起動第一供應泵 以將蝕刻劑1 4從第一噴嘴2 1供應至晶圓1 1的上表面1 1 a ，且藉由起動第二供應泵以將蝕刻劑1 4從第二噴嘴22供 應至晶圓11的邊緣表面lib。 從第一噴嘴21饋送至晶圓11上表面lla之蝕刻劑14 藉由在水平面上旋轉晶圓1 1所導致的離心力逐漸地從已 供應鈾刻劑1 4的位置（亦即接近晶圓1 1的上表面1 1 a的 中心處）朝向晶圓11的邊緣表面lib的方向移動而蝕刻 晶圓1 1上表面1 1 a之機械受損層。然後，當蝕刻劑14到 達晶圓11的邊緣表面lib時，其蝕刻此邊綠表面11b。此 時，因爲任意設定之鈾刻劑14的量從第二噴嘴22供應至 晶圓11的邊緣表面lib，供應了蝕刻晶圓11邊緣表面 1 1 b所須之足量蝕刻劑1 4。此外，用於晶圓1 1邊緣表面 1 1 b的大部份蝕刻劑1 4經由旋轉晶圓1 1所伴隨產生之離 心力變成朝晶圓1 1外側散佈的微滴。已散佈的鈾刻劑1 4 進入其內保持負壓之液體接受器，且藉由此負壓經由該吸 引管排往該室外側。另一方面’藉由經過夾頭12之上表 面及晶圓1 1之下表面1 1 C間的間隙GP朝晶圓1 1徑向外 側流動之氣流將從晶圓1 1邊緣表面1 1 b流至晶圓1 1之下 表面1 1 C的部份蝕刻劑1 4朝晶圓1 1之徑向外側吹除，且 -22- 200903622 其朝晶圓1 1之外側散佈。該已散佈之蝕刻劑14平順地進 入其中保持負壓之液體接受器，且藉由此負壓經由該吸引 管排往該室外側。結果，能平坦化晶圓Π的已蝕刻上表 面1 1 a，能配置並穩定晶圓1 1之邊緣表面1 1 b的形狀，且 能避免蝕刻劑1 4流至晶圓1 1的下表面1 1 c。 須注意在前述實施例中，該下表面吹除機械裝置係固 定的且無須與該晶圓一起旋轉的方式提供，但能以對該晶 圓相對旋轉的方式提供該下表面吹除機械裝置。在此例子 中，因爲該下表面吹除機械裝置對該晶圓相對旋轉且晶圓 位置對後表面吹除位置變化，能最佳地保持該晶圓的中心 定位的精確性，且也能最佳地保持該晶圓邊緣表面形狀的 晶圓面內均勻性。此外，即使流經該晶圓及該下表面吹除 機械裝置間之間隙的氣流具有非均勻性質，該不均勻性質 會隨時間轉爲均勻，因此提供朝向該晶圓後表面之該氣流 的均勻吹除效果。 另外，雖然在前述實施例中，該間隙調整機構控制該 晶圓升降機構及該下表面吹除機械裝置升降機構二者以調 整在該晶圓及該下表面吹除機械裝置間的間隙，該間隙控 制機構可能單獨控制該晶圓升降機構以調整在該晶圓及該 下表面吹除機械裝置間的間隙。 此外，雖然在前述實施例中該噴射尖端形成環狀，該 噴射尖端可能形成具有複數個氣孔的形狀。 此外，雖然在前述實施例中該間隙調整機構基於分別 來自於複數個間隙偵測機構及複數個距離感測器之偵測輸 -23- 200903622 出以調整在該晶圓及該下表面吹除機械裝置間的間隙，該 間隙調整機構可能單獨基於來自於複數個間隙偵測機構之 偵測輸出以調整在該晶圓及該下表面吹除機械裝置間的間 隙。 此外，在前述實施例中該四個間隙偵測機構係以預定 間隔在圓周方向上嵌入於該錐構件之上表面中，該間隙偵 測機構的數量可能係二個、三個、五個、或更多個。 範例 其次，將解釋如本發明之範例，並連同解釋對照範例 範例1 如圖1所顯示，單片式晶圓蝕刻設備1 〇係用於蝕刻 具有直徑爲300毫米且厚度爲〇·8毫米之矽晶圓11。此處 ，間隙調整機構20將下表面吹除機械裝置17之上表面及 晶圓1 1之下表面1 1 C間的間隙GP調整爲0.4毫米，且將 噴射尖端1 7a的位置BP設定爲從晶圓外緣朝向該晶圓徑 向內側的3毫米位置處。此外，將從噴射尖端1 7 a噴射之 氣體的流量BF設定爲5 00公升/分鐘，且將G/B設定爲 5〇〇，其中G公升/分鐘係來自噴射尖端17a的氣體流量而 B毫米係該噴射尖端的寬度。此外，將該晶圓1 1的旋轉 速度設定爲4〇〇轉/分鐘’將噴射溝槽17b對水平面的角 度0 1設定爲3 0度’將從第一噴嘴21發射之蝕刻劑14的 -24- 200903622 流量設定爲3公升/分鐘，該第一噴嘴21從晶圓11的中 心朝晶圓1 1的邊緣部份移動的同時增加該速度，因此供 應蝕刻劑1 4。將此設備1 0所飩刻之晶圓1 1決定爲範例1 。須注意第二噴嘴22並未在此範例中使用。 對照範例2 以相似於範例1的方式蝕刻晶圓’除了該間隙調整機 構將該晶圓及該下表面吹除機械裝置間的間隙GP調整爲 1 · 5毫米。將此晶圓決定爲對照範例1。 對照測試1及評估 量測如範例1之三片晶圓及如對照範例1之三片晶圓 各者在水平方向上的邊緣表面之長度EL (圖1)，且得到 長度EL在各晶圓上的變動。圖4顯示其結果。 如圖4所顯現，其揭露如對照範例1的各晶圓之邊緣 表面長度E L在水平方向上約伸長爲4 0 0 μπι，而如範例1 的各晶圓之邊緣表面長度EL在水平方向上約縮短爲 3 70μιη。此外，須瞭解如對照範例1的各晶圓之邊緣表面 長度EL在水平方向上的變動加大爲46至52μηι，而如範 例1的各晶圓之邊緣表面長度EL在水平方向上的變動縮 小爲20至37μηι。 對照測試2及評估 從四個方向（在圖5中，具有角度爲5度之方向、具 -25- 200903622 有角度爲90度之方向、具有角度爲18〇度之方向、具有 角度爲2 7 0度之方向）對如範例1及對照範例1所得之各 晶圓的外圍表面攝影’且觀察各晶圓的邊緣表面上的閃斑 產生狀況。圖6顯示其結果。 如圖6所顯現’閃斑產生於如對照範例1之各晶圓的 邊緣表面上’而於如範例1之各晶圓的邊緣表面上未觀察 到閃斑。須注意即使在範例1的條件上將間隙GP改變至 1毫米，在該晶圓的邊緣表面上仍觀察不到閃斑的產生。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示如本發明實施例之用於晶圓的單片式晶圓 蝕刻設備中的主零件之垂直剖面方塊圖； 圖2係沿著圖1中的箭號A所取得的圖，其顯示晶圓 載置於其上之前的蝕刻設備； 圖3係沿著圖1中之B - B線所取得的剖面圖； 圖4係顯不根據範例1及對照範例1之各晶圓邊緣表 面的水平長度EL變動之圖； 圖5係顯示四個方向之圖，沿著該四個方向拍攝如範 例1及對照範例1之各晶圓邊緣表面形狀中的面內變動； 及 圖6係顯示如範例1及對照範例1之各晶圓邊緣表面 上的閃斑出現狀況之相片。 【主要元件符號說明】 -26- 200903622 1 0 :單片式晶圓蝕刻設備 1 1 :晶圓 1 1 a :上表面 1 1 b :邊緣表面 1 1 c :下表面 1 2 :晶圓夾頭 1 2 a :軸部位 1 2 b :晶圓接受部位
1 2 c、1 7 f :通孑L 1 2d :環形溝槽 12e :小孔 1 4 :鈾刻劑 1 6 :晶圓升降機構 17:下表面吹除機械裝置 17a :噴射尖端 17b :噴射溝槽 17c :基底構件 17d :錐構件 17e :錐形構件 1 7 g :大直徑孔 17h :氣體供應孔 1 9 :間隙偵測機構 20 :間隙調整機構 2 1 :第一噴嘴 -27- 200903622 22 : 23 : 3 1 ： 32 : BF ： BP : EL : GP ： NP : 第二噴嘴 距離感測器 第一供應管 第二供應管 流量 位置 長度 間隙 固定位置 -28

Claims (1)

  1. 200903622 十、申請專利範圍 1. 一種用於晶圓之單片式晶圓蝕刻方法，其根據該 晶圓之表面形狀控制對該晶圓施用蝕刻劑，以平滑化該晶 圓之上表面， 其中該晶圓之上表面係在將該晶圓與下表面吹除機械 裝置間的間隙調整爲落在〇. 1至1毫米之範圍間的狀態下 平滑化，該下表面吹除機械裝置藉由噴射氣體將向下流至 該晶圓邊緣表面之該蝕刻劑朝該晶圓外側徑向吹除。 2. 如申請專利範圍第1項之用於晶圓的單片式晶圓 蝕刻方法，其中G/B係從50至1000，其中G公升/分鐘 係來自該下表面吹除機械裝置之噴射尖端的氣體流量而B 毫米係該噴射尖端的寬度。 3 . —種用於晶圓之單片式晶圓蝕刻設備，其在旋轉 晶圓時對該晶圓上表面提供蝕刻劑以蝕刻該晶圓之上表面 ，該設備包含： 晶圓升降機構，其用於上下移動該晶圓； 一下表面吹除機械裝置，其係以不與該晶圓一起旋轉 之方式固定及提供，且藉由噴射氣體將向下流至該晶圓邊 緣表面之該蝕刻劑朝該晶圓徑向外側吹除； 間隙偵測機構，其用於偵測在該晶圓及該下表面吹除 機械裝置間之間隙；及 間隙調整機構，其用於基於該間隙偵測機構所偵測之 偵測輸出控制該晶圓升降機構，以調整該間隙。 4. 一種用於晶圓之單片式晶圓蝕刻設備，其在旋轉 -29- 200903622 晶圓時對該晶圓上表面提供飩刻劑以蝕刻該晶圓之上表面 ，該設備包含： 晶圓升降機構，其用於上下移動該晶圓； 一下表面吹除機械裝置，其係以與該晶圓相對旋轉之 方式提供，並藉由噴射氣體將向下流至該晶圓邊緣表面之 該蝕刻劑朝該晶圓之徑向外側吹除； 間隙偵測機構，其用於偵測在該晶圓及該下表面吹除 機械裝置間之間隙；及 間隙調整機構，其用於基於該間隙偵測機構所偵測之 偵測輸出控制該晶圓升降機構，以調整該間隙。 5. 如申請專利範圍第3項或第4項之用於晶圓的單 片式蝕刻設備，其中該複數個間隙偵測機構配置在該晶圓 之圓周方向。 6. 如申請專利範圍第3項或第4項之用於晶圓的單 片式蝕刻設備，其中該間隙調整機構除了控制該晶圓升降 機構外，還控制用於上下移動該下表面吹除機械裝置之下 表面吹除機械裝置升降機構，以調整在該晶圓及該下表面 吹除機械裝置間之該間隙。 7. 如申請專利範圍第3項或第4項之用於晶圓的單 片式蝕刻設備，另外包含對該晶圓上表面提供蝕刻劑之第 一噴嘴，及以面對該晶圓邊緣表面之方式提供的第二噴嘴 ，以對該晶圓邊緣表面提供蝕刻劑。 8. 如申請專利範圍第7項之用於晶圓之單片式蝕刻 設備，其中在自該晶圓外緣朝向該晶圓徑向內側-1 〇至20 -30- 200903622 毫米之預定位置處固定及提供該第二噴嘴。 -31 -
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