TWI809258B - 矽晶圓的蝕刻方法及蝕刻裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種矽晶圓的蝕刻方法，其包含旋轉蝕刻步驟，該旋轉蝕刻步驟係一邊使儲存於蝕刻液槽的酸蝕刻液通過供給噴嘴而供給至矽晶圓的表面及/或背面，一邊使矽晶圓旋轉，藉此，將酸蝕刻液的供給範圍擴大至矽晶圓的表面及/或背面的全面，以進行酸蝕刻；藉由重複進行旋轉蝕刻步驟，進行複數矽晶圓的連續加工，於連續加工中，包含下述步驟：回收步驟，將旋轉蝕刻步驟中使用過的酸蝕刻液加以回收，並使其返回至蝕刻液槽而再度用作為酸蝕刻液之步驟；及排液/供液步驟，將該回收後的酸蝕刻液排出既定量，再供給既定量的新的該酸蝕刻液；將排液/供液步驟後的酸蝕刻液用於旋轉蝕刻步驟。
Description
本發明係關於矽晶圓的蝕刻方法及蝕刻裝置。
於矽晶圓的製造過程中，從單晶鑄錠的狀態被薄切的晶圓，一般係經過去角加工及研磨加工以進行平坦化。此時，於晶圓表背面，形成於上述加工所造成之大小不一的刮痕或加工扭曲，此等刮痕或加工扭曲若於後製程中明顯化則可能成為嚴重的品質上的問題。
因此，通常會進行蝕刻處理，以去除此等刮痕或加工扭曲。為人所知悉的蝕刻方法為：同時對複數片晶圓的表背面進行處理之批次方式、或以單片依序對晶圓的表面及背面進行處理之旋轉蝕刻方式(參考專利文獻1)。又，依目的而有以酸蝕刻液進行處理的情形和以鹼蝕刻液進行處理的情形之2種手段，例如若為酸蝕刻的情形，一般係使用已適當調節濃度之含有氫氟酸及硝酸等的混酸。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-53178號公報
[發明欲解決之問題]
於進行採用旋轉蝕刻方式的酸蝕刻時，因通常會將使用過的蝕刻液加以回收而再度用作為蝕刻液，故蝕刻液中所含的氫氟酸和硝酸濃度會依加工片數而連續變化。結果，因蝕刻速度亦連續變化，故有無法維持固定的加工量的問題。又，實際上，因不僅蝕刻速度連晶圓面內的裕度分布亦依加工片數而變化，故有蝕刻後的晶圓形狀亦無法維持固定的問題。
以往，對於此問題的因應大多是進行氫氟酸補給，藉由此方法，雖可維持蝕刻速度，但對於蝕刻加工後的晶圓形狀的變化無法因應。因此，當形狀變化變大，則無法避免必須暫時中斷加工以進行蝕刻液的更換作業。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種矽晶圓的蝕刻方法，其能在蝕刻速度、蝕刻加工後的晶圓形狀維持固定之情形下，進行連續加工。
[解決問題之方法]
為了解決上述問題，本發明提供一種矽晶圓的蝕刻方法，其包含旋轉蝕刻步驟，該旋轉蝕刻步驟係一邊使儲存於蝕刻液槽的酸蝕刻液通過供給噴嘴而供給至矽晶圓的表面及/或背面，一邊使該矽晶圓旋轉，藉此，將該酸蝕刻液的供給範圍擴大至該矽晶圓的表面及/或背面的全面，以進行酸蝕刻；
藉由重複進行該旋轉蝕刻步驟，進行複數矽晶圓的連續加工，
於該連續加工中，包含下述步驟：
回收步驟，將該旋轉蝕刻步驟中使用過的該酸蝕刻液加以回收，並使其返回至該蝕刻液槽而再度用作為酸蝕刻液；及
排液/供液步驟，將該回收後的酸蝕刻液排出既定量，再供給既定量的新的該酸蝕刻液；
將該排液/供液步驟後的酸蝕刻液用於該旋轉蝕刻步驟。
若為如此的矽晶圓的蝕刻方法，因藉由一邊進行排液/供液一邊進行旋轉蝕刻方式的酸蝕刻，可防止酸蝕刻液中的Si溶解量的增加、及因此所導致之酸蝕刻液的動黏度的變化，故即使於連續加工時亦可得到固定的蝕刻速度和加工後的晶圓形狀。
此時，於該排液/供液步驟中，宜根據該回收後的酸蝕刻液的Si溶解量，決定該排液的量及該供液的量。
若為如此的方法，可更確實防止Si溶解量的增加、及因此所導致之酸蝕刻液的動黏度的變化。
又，該排液/供液步驟中，宜將該排液的量與該供液的量設為同量。
若為如此的方法，因可將Si溶解量保持為固定，故可更確實防止酸蝕刻液的動黏度的變化。
又，於該旋轉蝕刻步驟中，宜依該蝕刻液槽中的該酸蝕刻液中所含的Si溶解量，改變該矽晶圓的轉速以進行酸蝕刻。
若為如此的方法，藉由酸蝕刻液中所含的Si溶解量改變矽晶圓的轉速，藉此能抑制晶圓面內的蝕刻速度分布的變化。又，可使蝕刻後的晶圓形狀更為良好。
又，作為該酸蝕刻液，宜使用包含氫氟酸、硝酸的混合液、或對其再加入醋酸、磷酸、硫酸中至少任一者而成的混合液。
若為如此的混合液，可適用於矽晶圓的旋轉式蝕刻。
又，本發明提供一種蝕刻裝置，其包含：
供給噴嘴，用以將儲存於蝕刻液槽的酸蝕刻液供給至矽晶圓的表面及/或背面：
平台，藉由保持該矽晶圓並使其旋轉，使該酸蝕刻液的供給範圍擴大至該矽晶圓的表面及/或背面的全面以進行酸蝕刻；及
回收機構，用以將於該酸蝕刻中所使用的酸蝕刻液加以回收，並使其返回至該蝕刻液槽；
該蝕刻裝置更包含：
排液機構，用以從該蝕刻液槽排出既定量之該酸蝕刻液；及
供液機構，用以對該蝕刻液槽供給既定量之新的該酸蝕刻液。
若為本發明的蝕刻裝置，因藉由排液機構、供液機構，一邊進行排液/供液一邊進行旋轉蝕刻方式的酸蝕刻，可防止酸蝕刻液中的Si溶解量的增加、及因此所導致之酸蝕刻液的動黏度的變化，故即使於連續加工時亦可得到固定的蝕刻速度和加工後的晶圓形狀。
[發明效果]
若為本發明的矽晶圓的蝕刻方法及蝕刻裝置，因藉由一邊進行排液/供液一邊進行旋轉蝕刻方式的酸蝕刻，可防止酸蝕刻液中的Si溶解量的增加、及因此所導致之酸蝕刻液的動黏度的變化，故即使於連續加工時亦可得到固定的蝕刻速度和加工後的晶圓形狀。藉由酸蝕刻液中所含的Si溶解量改變矽晶圓的轉速，藉此能抑制晶圓面內的蝕刻速度分布的變化。又，即使Si溶解量增加，亦可使蝕刻後的晶圓形狀維持良好。
如上所述，於進行採用旋轉蝕刻方式的酸蝕刻時，通常會將使用過的蝕刻液加以回收而再度用作為蝕刻液，因此有蝕刻速度、晶圓面內的裕度分布會依連續加工中的加工片數而變化的問題。
本發明人於精心研究後發現，當酸蝕刻液中的Si溶解量變化，則使得酸蝕刻液的動黏度變化，因此，於蝕刻液的流體特性無法忽視之旋轉蝕刻方式的酸蝕刻中，晶圓面內的蝕刻速度分布變化，結果使得蝕刻後的晶圓的加工形狀變化。
因此，為了於旋轉蝕刻方式的酸蝕刻中使加工後的形狀品質保持固定，開發一種旋轉方式的酸蝕刻的手法及蝕刻裝置，其可防止酸蝕刻液中的Si溶解量的增加，同時亦維持酸蝕刻液的成分濃度之下，使蝕刻後的晶圓形狀與蝕刻速度皆維持固定。
亦即，本發明係一種矽晶圓的蝕刻方法，其包含旋轉蝕刻步驟，該旋轉蝕刻步驟係一邊使儲存於蝕刻液槽的酸蝕刻液通過供給噴嘴而供給至矽晶圓的表面及/或背面，一邊使該矽晶圓旋轉，藉此，將該酸蝕刻液的供給範圍擴大至該矽晶圓的表面及/或背面的全面，以進行酸蝕刻；
藉由重複進行該旋轉蝕刻步驟，進行複數矽晶圓的連續加工；
於該連續加工中，更包含下述步驟：
回收步驟，於該連續加工中，將該旋轉蝕刻步驟中使用過的該酸蝕刻液加以回收，並使其返回至該蝕刻液槽而再度用作為酸蝕刻液；及
排液/供液步驟，將該回收後的酸蝕刻液排出既定量，再供給既定量的新的該酸蝕刻液；
將該排液/供液步驟後的酸蝕刻液用於該旋轉蝕刻步驟。
又，本發明一種蝕刻裝置，其包含：
供給噴嘴，用以將儲存於蝕刻液槽的酸蝕刻液供給至矽晶圓的表面及/或背面：
平台，藉由保持該矽晶圓並使其旋轉，使該酸蝕刻液的供給範圍擴大至該矽晶圓的表面及/或背面的全面以進行酸蝕刻；及
回收機構，用以將於該酸蝕刻中所使用的酸蝕刻液加以回收，並使其返回至該蝕刻液槽；
該蝕刻裝置更包含：
排液機構，用以從該蝕刻液槽排出既定量之該酸蝕刻液；及
供液機構，用以對該蝕刻液槽供給既定量之新的該酸蝕刻液。
若為如此之矽晶圓的蝕刻方法及蝕刻裝置，因藉由一邊進行排液/供液一邊進行旋轉蝕刻方式的酸蝕刻，可防止酸蝕刻液中的Si溶解量的增加、及因此所導致之酸蝕刻液的動黏度的變化，故即使於連續加工時亦可得到固定的蝕刻速度和加工後的晶圓形狀。
以下，針對本發明進行詳細說明，但本發明不限於此等說明。
圖1係已連接供液・排液機構之本發明的蝕刻裝置的一實施形態的示意圖。具體而言，例如，將供液・排液機構連接至於旋轉蝕刻方式所使用的三益半導體工業股份有限公司製旋轉蝕刻機MSE-7000EL-MH而成者。
本發明的蝕刻裝置具備：蝕刻液槽，用以儲存酸蝕刻液；供給噴嘴，用以將酸蝕刻液供給至矽晶圓的表面及/或背面；平台，用以保持矽晶圓並使其旋轉；回收機構，用以回收酸蝕刻液並返回至蝕刻液槽；排液機構，用以將酸蝕刻液從蝕刻液槽排出；及供液機構，用以將新的酸蝕刻液供給至蝕刻液槽。
如圖1所示，本發明的蝕刻裝置100可由蝕刻加工部14與蝕刻液供給部13構成。
蝕刻加工部14可具備：真空吸附平台(平台)2、供給噴嘴3及蝕刻液回收杯19。此情形時，可將供給噴嘴3不僅設於表面側，亦可設於背面側，以能同時蝕刻晶圓的雙面。
蝕刻液供給部13可具備：蝕刻液槽6；送液泵18，將酸蝕刻液從蝕刻液槽6送往蝕刻加工部；回收機構21，具有將酸蝕刻液從蝕刻液回收杯19回收至蝕刻液槽6之回收泵20；及排液/供液機構17。
於蝕刻液槽6中，流入有酸蝕刻液8，而藉由被回收的酸蝕刻液，而流入有已溶解既定量Si的酸蝕刻液。排液/供液機構17可具有：供液機構22，由供液槽11和將酸蝕刻液從供液槽11送往蝕刻液槽6之供液泵12所構成；及排液機構23，由排液處理部16和將酸蝕刻液從蝕刻液供給部13的蝕刻液槽6取出並送往排液處理部16之排液泵15所構成。於供液槽11中，只要將Si為未溶解狀態且與裝入至蝕刻液槽6的酸蝕刻液8為相同成分濃度之酸蝕刻液裝入即可。
將矽晶圓1的表面或背面設為朝上且水平設置於真空吸附平台2的中心，可藉由真空吸附使矽晶圓1保持於與真空源10連結的真空吸附平台2上。
真空吸附平台2藉由位於平台下方之未圖示θ軸馬達及θ主軸等所構成之旋轉單元，可以真空吸附平台2的中心作為旋轉軸而往圖的θ方向旋轉。
其次，以使用圖1的蝕刻裝置100的情形為例，說明本發明的矽晶圓的蝕刻方法。圖2係例示本發明的矽晶圓的蝕刻方法之加工流程。
本發明的矽晶圓的蝕刻方法包含旋轉蝕刻步驟，其係一邊使儲存於蝕刻液槽的酸蝕刻液通過供給噴嘴而供給至矽晶圓的表面及/或背面(圖2的步驟1)，一邊使矽晶圓旋轉而將酸蝕刻液的供給範圍擴大至矽晶圓全面以進行酸蝕刻(蝕刻加工，圖2的步驟2)。酸蝕刻液可設為包含氫氟酸和硝酸的混合液，但亦可對其再適當組合醋酸、硫酸或磷酸而混合。如此的混合液，可適用於矽晶圓的旋轉式蝕刻。混合比可為以質量%例如氫氟酸為1～80%、硝酸為10～80%混合而成之酸蝕刻液，亦可對其以質量%將醋酸例如10～30%、硫酸例如10～25%、磷酸例如10～50%以任意比率加以混合而成。
此時，如圖1所示，將酸蝕刻液8從蝕刻液供給部13的蝕刻液槽6經由送液泵18供給至位於真空吸附平台2上方的供給噴嘴3，可將酸蝕刻液8供給至保持並旋轉於真空吸附平台2上的矽晶圓1。於供給酸蝕刻液8的期間，如圖1中的箭頭4(供給噴嘴的運動方向)所示，供給噴嘴3一般係通過矽晶圓1中心而於矽晶圓1的徑向進行直線往返運動。
又，於本發明的矽晶圓的蝕刻方法中，藉由重複進行上述旋轉蝕刻步驟，而進行複數矽晶圓的連續加工。又，於連續加工中，包含：將於旋轉蝕刻步驟中使用過的酸蝕刻液加以回收，並使其返回至蝕刻液槽而再度用作為酸蝕刻液之步驟(圖2的步驟3)。
供給至矽晶圓1上的酸蝕刻液8，跟隨矽晶圓1的旋轉而移動於矽晶圓1上，從矽晶圓1外周部成為液滴5而從晶圓上被排出。
被排出的液滴5進入至蝕刻液回收杯19，可藉由回收泵20而回收至蝕刻液槽6。回收至蝕刻液槽6之回收後的酸蝕刻液再度成為酸蝕刻液8。
於滿足既定的蝕刻裕度後，於蝕刻加工結束後，停止從蝕刻液槽6供給酸蝕刻液8(圖2的步驟4)，並從供水源7對供給噴嘴3供給水9，可將水9供給至保持並旋轉於真空吸附平台2上的矽晶圓1上(清洗，圖2的步驟6)。
供給至矽晶圓1上的水9，跟隨矽晶圓1的旋轉而移動於矽晶圓1上，一邊將殘留於矽晶圓1上的酸蝕刻液8置換成水9，一邊從矽晶圓1的外周部成為液滴5而被排出。
又，本發明的矽晶圓的製造方法包含：排出既定量上述回收後的酸蝕刻液，再供給既定量的新的酸蝕刻液之排液/供液步驟(圖2的步驟5)。接著，將排液/供液步驟後之酸蝕刻液，用於複數矽晶圓的連續加工中之旋轉蝕刻步驟。
於停止酸蝕刻液8的供給之後，可將適當量之回收後的酸蝕刻液，從蝕刻液槽6經由排液/供液機構17的排液泵15而排送至排液處理部16。其後，可將適當量之新的酸蝕刻液從排液/供液機構17的供液槽11經由供液泵12供給至蝕刻液槽6。又，於矽晶圓1上之酸蝕刻液8對水的置換結束後，停止從供水源7供給水9，藉由使矽晶圓1高速旋轉，可使矽晶圓1上的水全部飛散，而得到乾燥的矽晶圓1(清洗・乾燥，圖2的步驟6)。
此時，於排液/供液步驟中，宜根據回收後的酸蝕刻液的Si溶解量，決定排液的量及供液的量。Si溶解量可從矽晶圓的既定的蝕刻裕度算出，但亦可藉由無特別限定之設於蝕刻液槽等之測定Si溶解量的機構等而求得。若為如此，則藉由進行根據蝕刻所致溶解所增加的份量的Si的莫耳計算等所求得之Si溶解量之適當量的排液/供液，可更確實防止酸蝕刻液中的Si溶解量的增加、及因此所導致之酸蝕刻液的動黏度的變化。
又，為了使Si溶解量保持固定，宜於排出固定量之Si已溶解之回收後的酸蝕刻液後，供給Si尚未溶解之同量的新的酸蝕刻液。如此，可使Si溶解量返回至因蝕刻而增加前的Si溶解量。
又，排液/供液步驟只要於複數矽晶圓的連續加工中進行即可，其時機並無特別限定，藉由於蝕刻加工的每個旋轉蝕刻步驟維持固定的Si溶解量，可使加工後的形狀品質維持固定。例如，於每次的單片蝕刻加工時，進行符合其蝕刻裕度的量的排液/供液，可使酸蝕刻液中的Si溶解量保持固定。又，氫氟酸和硝酸的消耗量因與Si溶解量成比例，因此，藉由排液/供液使酸蝕刻液中的Si溶解量保持固定，相當於使相同酸蝕刻液中的氫氟酸濃度和硝酸濃度保持固定。
又，旋轉蝕刻方式的酸蝕刻中之Si溶解量宜為12g/L以下。若為如此範圍，則作為流體之特性變化不會過大，於供給酸蝕刻液的噴嘴正下方所形成的衝擊噴流區中的加工後的晶圓形狀為良好。
關於每片矽晶圓的蝕刻裕度，通常宜將於前製程的研磨加工或平面磨削加工中導入至矽晶圓表面之加工變質層加以去除的量之3～8μm作為單面份的蝕刻裕度。若於例如旋轉蝕刻步驟後的清洗中，每次進行根據從此蝕刻裕度所計算的Si莫耳量所得的量之排液/供液，則可進行於將Si溶解量保持為固定量之情形下的連續蝕刻加工，使於將蝕刻速度、蝕刻後的形狀維持固定之情形下的連續加工更確實可行。
又，於本發明中，於旋轉蝕刻步驟中，宜依照蝕刻液槽中的酸蝕刻液中所含的Si溶解量改變矽晶圓的轉速以進行酸蝕刻。針對此步驟，可如後述的其他態樣所記載地進行。
(其他態樣)
於進行利用旋轉蝕刻方式的矽晶圓的酸蝕刻時，通常會將使用過的蝕刻液加以回收而再度用作為蝕刻液。因此，當對矽晶圓進行酸蝕刻，則蝕刻液中所含的Si溶解量會依加工片數而增加。又，因Si溶解量增加意味著蝕刻液中所含的蝕刻化學物種減少，故平均蝕刻速度減小。因此於連續加工時，平均蝕刻速度的減小無法避免。
又，旋轉式蝕刻中的晶圓蝕刻速度，依加工條件和蝕刻液的流體特性而具有晶圓面內分布。此分布於加工條件和流體特性中僅有任一者變化時亦會變動。因此，如上述所述進行伴隨有Si溶解量變化之旋轉式蝕刻加工的情形時，宜不僅考慮平均蝕刻速度亦需考慮晶圓面內的蝕刻速度分布的變化。以往，一般係於連續加工時進行氫氟酸補給，但以此方法，有雖能對應平均蝕刻速度的下降但卻無法對應晶圓面內的蝕刻速度分布的變化之問題。
本發明有鑑於上述情形而成，其另一目的在於提供一種矽晶圓的蝕刻方法，即使酸蝕刻液的Si溶解量變化，亦可抑制晶圓面內的蝕刻速度分布的變化，可使蝕刻後的晶圓形狀維持良好。
為了解決上述之另一問題，本發明提供一種矽晶圓的蝕刻方法，其包含旋轉蝕刻步驟，該旋轉蝕刻步驟係一邊使酸蝕刻液通過供給噴嘴而供給至矽晶圓的表面及/或背面，一邊使該矽晶圓旋轉，藉此，將該酸蝕刻液的供給範圍擴大至該矽晶圓的表面及/或背面的全面，以進行酸蝕刻；
於該旋轉蝕刻步驟中，依該蝕刻液槽中的該酸蝕刻液中所含的Si溶解量，改變該矽晶圓的轉速，以進行酸蝕刻。
若為如此，藉由酸蝕刻液中所含的Si溶解量改變矽晶圓的轉速，藉此能抑制因Si溶解量的增加所導致之晶圓面內的蝕刻速度分布的變化。又，即使Si溶解量增加，亦可使蝕刻後的晶圓形狀為良好。
此時，藉由重複進行該旋轉蝕刻步驟，而進行複數矽晶圓的連續加工，
於該連續加工中，宜將於該旋轉蝕刻步驟中所使用的該酸蝕刻液加以回收，並使返回至儲存該酸蝕刻液的蝕刻液槽而再度使用作為酸蝕刻液。
若為如此方法，即使於伴隨有Si溶解量的變化之連續加工時，亦可將矽晶圓的形狀的變化抑制為最低限度。
又，作為該酸蝕刻液，宜使用包含氫氟酸、硝酸的混合液、或對其再加入醋酸、磷酸、硫酸中至少任一者而成的混合液。
若為如此的混合液，則可適用於矽晶圓的旋轉式蝕刻。
若為如此的矽晶圓的蝕刻方法，藉由酸蝕刻液中所含的Si溶解量改變矽晶圓的轉速，藉此，能抑制晶圓面內的蝕刻速度分布的變化。又，即使Si溶解量增加，亦可使蝕刻後的晶圓形狀為良好。
如上所述，於利用旋轉蝕刻方式的酸蝕刻中，於酸蝕刻液的Si溶解量變化的情形時，有產生晶圓面內的蝕刻速度分布的變化之問題。
當酸蝕刻液中的Si溶解量增加，則不僅酸蝕刻液中所含的蝕刻反應化學物種減少，酸蝕刻液的動黏度亦減少。因此，於酸蝕刻液的流體特性無法忽視之旋轉方式的酸蝕刻中，藉由Si溶解量的增加，不僅平均蝕刻速度的下降，面內的蝕刻速度的分布狀態亦變化。
通常，因旋轉式蝕刻加工中的矽晶圓以固定的角速度旋轉，故使用擴散受限的酸蝕刻液時之蝕刻速度，於周速越快的晶圓外周部越增加。因此，通常，越為晶圓外周部其蝕刻裕度越增加。
在此，因Si溶解量變多則酸蝕刻液的動黏度減少，故於晶圓的周速快的區域之酸蝕刻液的平均流速，相較於Si溶解量少時減少。因此，晶圓外周部的蝕刻裕度相較於Si溶解量少時減少。
又，於旋轉式蝕刻中，通常，晶圓的旋轉中心和對晶圓供給酸蝕刻液之噴嘴的位置為一致，但於其附近，蝕刻速度受到形成於噴嘴正下方的衝擊噴流的影響。衝擊噴流的中心具有滯點，於滯點上，酸蝕刻液在與晶圓面平行方向的流速於理論上為0μm/s。
通常，滯點的區域為可忽視的大小，因利用晶圓的周速使酸蝕刻液的流速立即增加，故不會顯現蝕刻裕度的下降。然而若Si溶解量增加使得酸蝕刻液的動黏度減少，則即使利用周速亦難以使酸蝕刻液的平均流速增加，故與Si溶解量少時相較，蝕刻速度變慢，因此，該區域的蝕刻裕度減少。
亦即，即使使用同一加工條件與同一組成的酸蝕刻液，由於上述原因，因矽晶圓外周部及中心附近的蝕刻速度變化，使得晶圓面內的蝕刻速度分布變化，故當酸蝕刻液中的Si溶解量不同，則導致旋轉式蝕刻加工後的晶圓形狀不同。
作為因應如此的晶圓形狀變化的手段，進行取決於Si溶解量之晶圓轉速的控制。具體而言，於Si溶解量少且動黏度較大的酸蝕刻液中，將晶圓轉速設為低轉速進行蝕刻，而於Si溶解量多且動黏度較小的酸蝕刻液中，將晶圓轉速設為高旋轉而進行蝕刻，藉此，可將因Si溶解量所導致的晶圓形狀的變化抑制為最低限度。
以下，針對本態樣進行詳細說明，但本發明不限於此等說明。
圖10係於旋轉蝕刻方式所使用的一般的蝕刻裝置的示意圖。具體而言，可使用例如三益半導體工業股份有限公司製旋轉蝕刻機MSE-7000EL-MH。
一般而言，蝕刻裝置200由蝕刻加工部14和蝕刻液供給部13所構成。
蝕刻加工部14可具備真空吸附平台2和供給噴嘴3。又，蝕刻液供給部13可具備：蝕刻液槽6；及送液泵18，將酸蝕刻液8從蝕刻液槽6送往蝕刻加工部14。
將矽晶圓1的表面或背面設為朝上且水平設置於真空吸附平台2的中心，可藉由真空吸附使矽晶圓1保持於與真空源10連結的真空吸附平台2上。
真空吸附平台2藉由位於平台下方之未圖示θ軸馬達及θ主軸等所構成之旋轉單元，可以真空吸附平台2中心作為旋轉軸而往圖的θ方向旋轉。
其次，以使用圖10的蝕刻裝置200的情形為例，說明本態樣的矽晶圓的蝕刻方法。
於本態樣的矽晶圓的蝕刻方法中，包含旋轉蝕刻步驟，其係一邊使儲存於蝕刻液槽6的酸蝕刻液8通過供給噴嘴而往矽晶圓的表面及/或背面供給，一邊使矽晶圓旋轉而將酸蝕刻液的供給範圍擴大至矽晶圓1全面以進行酸蝕刻。
於旋轉蝕刻步驟中，將酸蝕刻液8從蝕刻液供給部13的蝕刻液槽6經由送液泵18供給至位於真空吸附平台上方的供給噴嘴3，可將酸蝕刻液8供給至保持並旋轉於真空吸附平台2上的矽晶圓1上。
於供給酸蝕刻液8的期間，如圖10中的箭頭4(供給噴嘴的運動方向)所示，供給噴嘴3一般係通過矽晶圓1中心而於矽晶圓1的徑向進行直線往返運動。
供給至矽晶圓1上的酸蝕刻液8，跟隨矽晶圓1的旋轉而移動於矽晶圓1上，從矽晶圓1外周部成為液滴5甩飛落下，而從蝕刻加工部被排出。
此時，於本態樣中，依酸蝕刻液中所含的Si溶解量改變矽晶圓的轉速以進行酸蝕刻。
如上所述，即使使用同一加工條件與同一組成的酸蝕刻液因矽晶圓外周部及中心附近的蝕刻速度變化，使得晶圓面內的蝕刻速度分布變化，故當酸蝕刻液中的Si溶解量不同，則導致旋轉式蝕刻加工後的晶圓形狀不同。於本態樣中，藉由酸蝕刻液中所含的Si溶解量而改變矽晶圓的轉速，藉此，能抑制因Si溶解量的增加所導致之晶圓面內的蝕刻速度分布的變化。又，即使Si溶解量增加，仍可使蝕刻後的晶圓形狀維持良好。
亦即，於使用Si溶解量小且動黏度大的酸蝕刻液的情形時，為了使晶圓上的酸蝕刻液的流速為適度，將晶圓轉速設為低轉速，而於使用Si溶解量大且動黏度小的酸蝕刻液的情形時，為了抑制晶圓上的酸蝕刻液的流速的下降，可將晶圓轉速設為高轉速。
晶圓轉速的變更，例如，可以Si溶解量6g/L進行，於Si溶解量小於6g/L時，可設為小於1300rpm的轉速，於Si溶解量6g/L以上時，可設為1300rpm以上的轉速等。然而，因依據加工條件或酸蝕刻液組成使得適當的Si溶解量各自不同，故變更晶圓轉速的Si溶解量不限於6g/L。又，變更前後的晶圓轉速，亦可依據加工條件或酸蝕刻液的組成而適當決定。
於滿足既定的蝕刻裕度之後，於蝕刻加工結束後，停止從蝕刻液槽6供給酸蝕刻液8，並從供水源7對供給噴嘴3供給水9，可將水9供給至保持並旋轉於真空吸附平台2上的矽晶圓1上。
供給至矽晶圓1上的水9，跟隨矽晶圓1的旋轉而移動於矽晶圓1上，一邊將殘留於矽晶圓1上的酸蝕刻液8置換成水9，一邊從矽晶圓1的外周部成為液滴5而排出。
於矽晶圓1上的酸蝕刻液8對水的置換結束之後，停止從供水源7供給水9，藉由使矽晶圓1高速旋轉，可使矽晶圓1上的水全部飛散，而得到乾燥的矽晶圓1。
又，於本態樣中，藉由重複進行上述旋轉蝕刻步驟，而進行複數矽晶圓的連續加工，於連續加工中，宜將於上述旋轉蝕刻步驟中所使用的酸蝕刻液加以回收，並使返回至蝕刻液槽再度用作為酸蝕刻液。若為如此方法，即使於伴隨有Si溶解量的變化之連續加工時，亦可將矽晶圓的形狀的變化抑制為最低限度。
從矽晶圓1的外周部所排出的酸蝕刻液的液滴5，可藉由蝕刻液回收機構24回收至蝕刻液槽6。如此，可將回收後的酸蝕刻液再度作為酸蝕刻液8。
本態樣中，Si溶解量例如可從每片矽晶圓1的蝕刻裕度，算出連續加工時的Si溶解量的累計，若於到達適當的Si溶解量之時點，變更晶圓轉速，則於伴隨有Si溶解量的變化之連續加工時的旋轉式蝕刻加工中，能進行將加工後的晶圓形狀的變化抑制為最低限度的連續加工。又，Si溶解量的計算方法無特別限定，亦可藉由設於蝕刻液槽等之用以測定Si溶解量的機構25等求得，並依所求得的Si溶解量改變矽晶圓的轉速。又，亦可依Si溶解量，使與該值成比例地提高矽晶圓的轉速。
又，本態樣所使用的酸蝕刻液可為包含氫氟酸和硝酸的混合液，但亦可為對其再適當組合醋酸、硫酸或磷酸而混合。如此的混合液，可適用於矽晶圓的旋轉式蝕刻。混合比可為以質量%例如氫氟酸1～80%、硝酸10～80%混合而成之酸蝕刻液，亦可對其以質量%將醋酸例如10～30%、硫酸例如10～25%、磷酸例如10～50%以任意比率加以混合。
又，於上述中，以對矽晶圓的單面進行旋轉式蝕刻的情形為例加以說明，但本發明不限於此，不僅從頂面亦可從底面供給酸蝕刻液並同時對表背面進行蝕刻。
[實施例]
以下以實施例及比較例更具體說明本發明，但本發明不限於下述實施例。
[實施例]
使用圖1所示的蝕刻裝置，依照圖2的加工流程，一邊進行蝕刻液槽中的酸蝕刻液的排液、供液，一邊對100片的矽晶圓進行連續加工。此時，排液/供液步驟係於每1片的矽晶圓的旋轉蝕刻步驟結束時進行。實施例所使用的酸蝕刻液係氫氟酸和硝酸的混合液，混合比為以質量%氫氟酸為4%、硝酸為47%(不足100%的其餘部分為水)。使用Si溶解量10g/L的酸蝕刻液，作為第1片的酸蝕刻液，使用不含Si原子的酸蝕刻液，作為供液的新的酸蝕刻液。排液，供液的量設為同量，其根據從蝕刻的裕度所求得的Si溶解量而決定。
於圖3、圖4、圖5中，分別顯示一邊進行排液/供液一邊重複進行旋轉蝕刻步驟以連續加工時之蝕刻速度的推移、Si溶解量的推移、和加工後的晶圓形狀的變化。
[比較例]
使用不具備排液機構、供液機構之一般所使用的蝕刻裝置，不進行排液、供液而連續進行100片的矽晶圓的蝕刻。比較例中所使用的酸蝕刻液係氫氟酸和硝酸的混合液，混合比係以質量%氫氟酸為4%、硝酸為47%(不足100%的其餘部分為水。)。使用Si溶解量10g/L的酸蝕刻液作為第1片的酸蝕刻液，而開始進行連續加工。
於圖6、圖7、圖8中，分別顯示不進行排液/供液而重複進行旋轉方式的酸蝕刻以連續加工時的蝕刻速度的推移、Si溶解量的推移、和加工後的晶圓形狀的變化。
如圖3、圖4、圖5所示，於已進行排液/供液的情形時，Si溶解量大致維持固定，連續100片加工中的蝕刻速度變異在±7%以內。又，就加工後的晶圓形狀而言，加工第1片、第50片、第100片的晶圓的平坦度TTV(Total Thickness Variation)為同等。如圖6、圖7、圖8所示，於未進行排液/供液的情形時，隨著Si溶解量單調增加，蝕刻速度單調減少，100片加工中的蝕刻速度為第1片的大約70%。又，加工後的晶圓形狀隨著加工片數增加而變化，第100片加工後的TTV相較於第1片惡化成2.6倍。
從上述內容可知，若使用本發明的矽晶圓的蝕刻方法及蝕刻裝置，藉由進行排液/供液，即使於連續加工時亦可得到固定的蝕刻速度和加工後的晶圓形狀。
[參考實施例]
使用圖10所示的蝕刻裝置，進行矽晶圓的蝕刻加工。此時，使用不同Si溶解量的酸蝕刻液，於低轉速具體而言為轉速300rpm和轉速800rpm、及高轉速具體而言為轉速1800rpm和轉速2500rpm下，對矽晶圓進行加工。顯示變更矽晶圓的轉速時之Si溶解量所造成的平坦度的變化。在此所謂的平坦度，係為矽晶圓面內的裕度P-V(Peak-Valley；峰-谷)。此時的酸蝕刻液使用氫氟酸和硝酸的混合液(以質量%氫氟酸為4%、硝酸為47%、不足100%的其餘部分為水)，以蝕刻液量2.5L/m、酸蝕刻液溫度24℃進行加工。
如圖9所示，若將晶圓固定於低轉速例如300rpm或800rpm而進行加工，則晶圓平坦度於Si溶解量增加的情形時，於此例中惡化至1.0μm附近；而若將晶圓固定於高轉速例如1800rpm或2500rpm而進行加工，則晶圓平坦度與低轉速時相反，於Si溶解量為少的情形時，於此例中惡化至1.0μm附近。
是故，依據圖9所示之例可知，若於酸蝕刻液的Si溶解量小於6g/L時變更為例如300rpm或800rpm般的低轉速；於大於Si溶解量6g/L時變更為例如轉速1800rpm或2500rpm般的高轉速而進行蝕刻，則不受Si溶解量影響可使晶圓平坦度為0.7μm以下。
從上述內容可知，依據本發明的方法，利用酸蝕刻液中所含的Si溶解量改變矽晶圓的轉速，藉此，能抑制因Si溶解量的增加所造成的晶圓面內的蝕刻速度分布的變化，即使酸蝕刻液的Si溶解量有變化亦可使晶圓平坦度維持良好。
又，本發明不限於上述實施形態。上述實施形態僅為例示，只要具有與本發明的專利申請範圍所記載的技術的思想為實質相同的構成，且具有相同作用效果者，皆包含於本發明的技術範圍。
1:矽晶圓
2:真空吸附平台
3:供給噴嘴
4:箭頭
5:液滴
6:蝕刻液槽
7:供水源
8:酸蝕刻液
9:水
10:真空源
11:供液槽
12:供液泵
13:蝕刻液供給部
14:蝕刻加工部
15:排液泵
16:排液處理部
17:排液/供液機構
18:送液泵
19:蝕刻液回收杯
20:回收泵
21:回收機構
22:供液機構
23:排液機構
24:蝕刻液回收機構
25:機構
100:蝕刻裝置
200:蝕刻裝置
[圖1]已連接供液・排液機構之本發明的蝕刻裝置的一實施形態的示意圖。
[圖2]利用本發明的矽晶圓的蝕刻方法之一實施形態之流程圖。
[圖3]一邊進行排液/供液一邊重複進行旋轉蝕刻步驟以連續加工時之蝕刻速度的推移圖。
[圖4]一邊進行排液/供液一邊重複進行旋轉蝕刻步驟以連續加工時之Si溶解量的推移圖。
[圖5]一邊進行排液/供液一邊重複進行旋轉蝕刻步驟以連續加工時之加工後的晶圓形狀的變化圖。
[圖6]不進行排液/供液而重複進行旋轉方式的酸蝕刻以連續加工時之蝕刻速度的推移圖。
[圖7]不進行排液/供液而重複進行旋轉方式的酸蝕刻以連續加工時之Si溶解量的推移圖。
[圖8]不進行排液/供液而重複進行旋轉方式的酸蝕刻以連續加工時之加工後的晶圓形狀的變化圖。
[圖9]變更矽晶圓的轉速時之Si溶解量所造成之平坦度的變化圖。
[圖10]於旋轉蝕刻方式所使用之一般的蝕刻裝置的示意圖。
1:矽晶圓
2:真空吸附平台
3:供給噴嘴
4:箭頭
5:液滴
6:蝕刻液槽
7:供水源
8:酸蝕刻液
9:水
10:真空源
11:供液槽
12:供液泵
13:蝕刻液供給部
14:蝕刻加工部
15:排液泵
16:排液處理部
17:排液/供液機構
18:送液泵
19:蝕刻液回收杯
20:回收泵
21:回收機構
22:供液機構
23:排液機構
100:蝕刻裝置
Claims (10)
- 一種矽晶圓的蝕刻方法，包含旋轉蝕刻步驟，該旋轉蝕刻步驟係一邊使儲存於蝕刻液槽的酸蝕刻液通過供給噴嘴而供給至矽晶圓的表面及/或背面，一邊使該矽晶圓旋轉，藉此，將該酸蝕刻液的供給範圍擴大至該矽晶圓的表面及/或背面的全面，以進行酸蝕刻； 藉由重複進行該旋轉蝕刻步驟，進行複數矽晶圓的連續加工； 於該連續加工中，包含下述步驟： 回收步驟，將該旋轉蝕刻步驟中使用過的該酸蝕刻液加以回收，並使其返回至該蝕刻液槽而再度用作為酸蝕刻液；及 排液/供液步驟，將該回收後的酸蝕刻液排出既定量，再供給既定量的新的該酸蝕刻液； 將該排液/供液步驟後的酸蝕刻液用於該旋轉蝕刻步驟。
- 如請求項1之矽晶圓的蝕刻方法，其中， 於該排液/供液步驟中，根據該回收後的酸蝕刻液的Si溶解量，決定該排液的量和該供液的量。
- 如請求項1或2之矽晶圓的蝕刻方法，其中， 於該排液/供液步驟中，將該排液的量和該供液的量設為同量。
- 如請求項1或2之矽晶圓的蝕刻方法，其中， 於該旋轉蝕刻步驟中，依該蝕刻液槽中的該酸蝕刻液中所含的Si溶解量，而改變該矽晶圓的轉速，以進行酸蝕刻。
- 如請求項3之矽晶圓的蝕刻方法，其中， 於該旋轉蝕刻步驟中，依該蝕刻液槽中的該酸蝕刻液中所含的Si溶解量，而改變該矽晶圓的轉速，以進行酸蝕刻。
- 如請求項1或2之矽晶圓的蝕刻方法，其中， 使用包含氫氟酸、硝酸的混合液、或對其再加入醋酸、磷酸、硫酸中至少任一者而成的混合液，以作為該酸蝕刻液。
- 如請求項3之矽晶圓的蝕刻方法，其中， 使用包含氫氟酸、硝酸的混合液、或對其再加入醋酸、磷酸、硫酸中至少任一者而成的混合液，以作為該酸蝕刻液。
- 如請求項4之矽晶圓的蝕刻方法，其中， 使用包含氫氟酸、硝酸的混合液、或對其再加入醋酸、磷酸、硫酸中至少任一者而成的混合液，以作為該酸蝕刻液。
- 如請求項5之矽晶圓的蝕刻方法，其中， 使用包含氫氟酸、硝酸的混合液、或對其再加入醋酸、磷酸、硫酸中至少任一者而成的混合液，以作為該酸蝕刻液。
- 一種蝕刻裝置，包含： 供給噴嘴，用以將儲存於蝕刻液槽的酸蝕刻液供給至矽晶圓的表面及/或背面： 平台，藉由保持該矽晶圓並使其旋轉，使該酸蝕刻液的供給範圍擴大至該矽晶圓的表面及/或背面的全面以進行酸蝕刻；及 回收機構，用以將於該酸蝕刻中所使用的酸蝕刻液加以回收，並使其返回至該蝕刻液槽； 該蝕刻裝置更包含： 排液機構，用以從該蝕刻液槽排出既定量之該酸蝕刻液；及 供液機構，用以對該蝕刻液槽供給既定量之新的該酸蝕刻液。
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| TW202040662A (zh) | 2020-11-01 |
| CN113614890A (zh) | 2021-11-05 |
| WO2020213246A1 (ja) | 2020-10-22 |
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