本發(fā)明涉及濕式蝕刻技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種通過(guò)硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)改善蝕刻率的測(cè)試方法。

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背景技術(shù)：
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從半導(dǎo)體制造業(yè)一開(kāi)始，濕法蝕刻就與硅片的制造聯(lián)系在一起，雖然濕法蝕刻已大部分被干法蝕刻所取代，但它在漂去氧化硅、去除殘留物、表層剝離以及大尺寸圖形腐蝕應(yīng)用方面仍然起著重要作用。與干法蝕刻相比，濕法蝕刻的好處在于對(duì)下層材料具有更高的選擇比，對(duì)器件不會(huì)帶來(lái)等離子體損傷，并且設(shè)備簡(jiǎn)單。在蝕刻過(guò)程中必須控制基本的濕法蝕刻參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)所有的濕法蝕刻都適用。

一批硅片，通常是25片，有時(shí)多至50～100片，放置在一個(gè)合適的酸槽里，或用浸泡的方式，或用噴射的方式來(lái)進(jìn)行濕法蝕刻。浸泡是最簡(jiǎn)單的方式，而噴射方式蝕刻需要的化學(xué)試劑要少，并且比浸泡方式蝕刻得快。濕法蝕刻存在一些缺點(diǎn)，包括濕法化學(xué)蝕刻槽的安全性，可能帶來(lái)的光刻膠脫落和起泡，難以控制蝕刻槽的參數(shù)以保證均勻性，化學(xué)試劑的處理費(fèi)用昂貴等。

蝕刻是采用物理或化學(xué)方法有選擇地從硅片表面去除材料，濕法蝕刻采用液態(tài)化學(xué)試劑，蝕刻通常分為介質(zhì)蝕刻、硅蝕刻和金屬蝕刻。蝕刻有9個(gè)重要的參數(shù)：蝕刻速率、蝕刻剖面、蝕刻偏差、選擇比、均勻性、殘留物、聚合物形成、等離子體誘導(dǎo)損傷和顆粒沾污。蝕刻均勻性是一種衡量蝕刻工藝在整個(gè)硅片上，或整個(gè)一批，或批與批之間蝕刻能力的參數(shù)。均勻性與選擇比有密切的關(guān)系，因?yàn)榉蔷鶆蛐晕g刻會(huì)產(chǎn)生額外的過(guò)蝕刻。保持硅片的均勻性是保證制造性能一致的關(guān)鍵。難點(diǎn)在于蝕刻工藝必須在蝕刻具有不同圖形密度的硅片上保證均勻性，例如圖形密的硅片區(qū)域，大的圖形間隔和高深寬比圖形。均勻性的一些問(wèn)題是因?yàn)槲g刻速率和蝕刻剖面與圖形尺寸和密度有關(guān)而產(chǎn)生的。蝕刻速率在小窗口圖形中較慢，甚至在具有高深寬比的小尺寸圖形上蝕刻居然停止。例如，具有高深寬比硅槽的蝕刻速率要比具有低深寬比硅槽的蝕刻速率慢。這一現(xiàn)象被稱為深寬比相關(guān)蝕刻(ARDE)，也被稱為微負(fù)載效應(yīng)。為了提高均勻性，必須把硅片表面的ARDE效應(yīng)減至最小。簡(jiǎn)單來(lái)講，所謂的蝕刻均勻性就是指批次與批次之間、同一批次的片與片之間以及同一片的不同測(cè)試點(diǎn)之間蝕刻速率的一致性。為了提高產(chǎn)品良率，降低返工率，提高蝕刻均勻性一直是行業(yè)技術(shù)攻關(guān)的方向。

從設(shè)備供應(yīng)商的角度考慮，影響蝕刻結(jié)果的幾大因素(化學(xué)液濃度、蝕刻時(shí)間、蝕刻溫度、攪動(dòng)及批數(shù))大部分都由客戶的蝕刻工藝確定，這些工藝一般都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)和驗(yàn)證才得以優(yōu)化的，包括化學(xué)液濃度、蝕刻時(shí)間、蝕刻溫度及批數(shù)，在設(shè)備制造之初，客戶已經(jīng)明確蝕刻的工藝要求，設(shè)備供應(yīng)商能夠做的只是盡可能提供設(shè)備控制精度，在蝕刻時(shí)間和蝕刻溫度上進(jìn)行精準(zhǔn)和嚴(yán)格的及控制。怎樣優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的設(shè)備性能，是各設(shè)備制造廠商努力的方向。但是顯然，各設(shè)備制造商可操作的參數(shù)只有控制攪動(dòng)，通過(guò)這一參數(shù)的性能優(yōu)化來(lái)提高蝕刻均勻性。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種通過(guò)硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)改善蝕刻率的測(cè)試方法，對(duì)蝕刻均勻性有比較明顯的改善，并且不同的上下振蕩速率及不同的硅片旋轉(zhuǎn)速率對(duì)蝕刻均勻性都有比較明顯的影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)一種通過(guò)硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)改善蝕刻率的測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)鈦鎢蝕刻設(shè)備前期準(zhǔn)備：按照工藝要求進(jìn)行測(cè)試準(zhǔn)備，將蝕刻制程槽內(nèi)補(bǔ)充化學(xué)液至規(guī)定液位，補(bǔ)液完成后對(duì)蝕刻制程槽內(nèi)化學(xué)液進(jìn)行加熱，加熱時(shí)通過(guò)循環(huán)磁力泵抽取，使化學(xué)液在循環(huán)管路上利用石英在線式加熱器進(jìn)行加熱，直至溫度穩(wěn)定在50±1℃；

2)硅片制程操作過(guò)程：從待制程操作的25片硅片中隨機(jī)抽取6片，分別編號(hào)為測(cè)試片A、B、C、D、E、F，在每片上標(biāo)記13個(gè)測(cè)試點(diǎn)，編號(hào)為1-13，利用四點(diǎn)探針?lè)謩e測(cè)量測(cè)試點(diǎn)A1-A13、B1-B13……F1-F13蝕刻前的厚度，并記錄，然后將隨機(jī)抽取的6片測(cè)試片分別放置在花籃的第1、2、13、14、24、25位置，其余19片非測(cè)試硅片補(bǔ)充滿花籃，然后將花籃放置在鈦鎢蝕刻設(shè)備的上貨區(qū)，全自動(dòng)機(jī)械手臂夾取到花籃后將其放置到蝕刻制程槽，開(kāi)始蝕刻作業(yè)；蝕刻作業(yè)過(guò)程中根據(jù)測(cè)試條件，分別設(shè)定上下振蕩的頻率和硅片自旋轉(zhuǎn)的速率，待蝕刻900s，全自動(dòng)機(jī)械手臂取出花籃，搬運(yùn)至DI清洗槽，沖去蝕刻液，300s清洗完成后，制程結(jié)束；

3)硅片均勻性檢測(cè)過(guò)程：蝕刻制程完成后取出測(cè)試硅片，在原先標(biāo)記的A1-A13、B1-B13……F1-F13測(cè)試點(diǎn)測(cè)試硅片厚度，根據(jù)制程前的測(cè)試結(jié)果及制程完成后的測(cè)試結(jié)果即可得到硅片被蝕刻掉的厚度△T，根據(jù)制程要求，蝕刻所用的時(shí)間t＝900s,得到每一測(cè)試點(diǎn)的蝕刻速率，蝕刻速率計(jì)算公式為，蝕刻速率＝△T/t，根據(jù)均方根計(jì)算得到每一片硅片的蝕刻均勻性，進(jìn)而計(jì)算6片測(cè)試片的蝕刻均勻性，即可得每一批次的蝕刻均勻性。

步驟1)中，蝕刻制程槽內(nèi)設(shè)有浮球液位傳感器，浮球液位傳感器通過(guò)線路連接PLC控制系統(tǒng)。

步驟2)中，上下振蕩機(jī)構(gòu)的上下振蕩速率為10次/min，同時(shí)硅片自旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的硅片自旋轉(zhuǎn)速率為3rpm。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)引入硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)，改進(jìn)蝕刻過(guò)程中槽體的流場(chǎng)，控制攪動(dòng)性能，并經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和測(cè)試，在不同的測(cè)試條件下分別采集數(shù)據(jù)，根據(jù)最終的測(cè)試結(jié)果確定攪動(dòng)的工藝方法，結(jié)合現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)和提升，最終對(duì)蝕刻均勻性有比較明顯的改善，并且不同的上下振蕩速率及不同的硅片旋轉(zhuǎn)速率對(duì)蝕刻均勻性都有比較明顯的影響；此外，本發(fā)明所述的方法在上下振蕩速率為10次/min，同時(shí)wafer旋轉(zhuǎn)速率在3rpm時(shí)，對(duì)蝕刻均勻性改善最為明顯，不均勻性不超過(guò)8％，能夠滿足客戶技術(shù)要求，同時(shí)優(yōu)于客戶其他的同性質(zhì)設(shè)備，值得推廣應(yīng)用。

[附圖說(shuō)明]

圖1是本發(fā)明所用的蝕刻系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明中測(cè)試硅片放置示意圖；

圖3是本發(fā)明中蝕刻厚度標(biāo)識(shí)示意圖；

圖中：1、蝕刻制程槽 2、上下振蕩機(jī)構(gòu) 3、硅片自旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 4、花籃 5、硅片 6、石英在線式加熱器 7、過(guò)濾器 8、循環(huán)磁力泵 9、DI清洗槽 10、全自動(dòng)機(jī)械手臂 11、上貨區(qū) 12、日光燈。

[具體實(shí)施方式]

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作以下進(jìn)一步說(shuō)明：

本發(fā)明提供了一種通過(guò)硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)改善蝕刻率的測(cè)試方法，該測(cè)試方法是一批次25片硅片同時(shí)作業(yè)，在一批次中隨機(jī)抽取6片硅片，在每片上利用四點(diǎn)探針測(cè)13個(gè)測(cè)試點(diǎn)，換算為蝕刻速率，進(jìn)而比較出其蝕刻均勻性。該蝕刻速率計(jì)算公式為：蝕刻速率＝△T/t其中，△T＝去掉的材料厚度(或μm)，t＝蝕刻所用的時(shí)間(分)。該測(cè)試方法包括以下步驟：

1)Tiw(鈦鎢)蝕刻設(shè)備前期準(zhǔn)備：按照工藝要求進(jìn)行測(cè)試準(zhǔn)備，蝕刻制程槽通過(guò)PLC控制自動(dòng)補(bǔ)液(化學(xué)液：H2O2，客戶廠務(wù)提供)到規(guī)定液位，蝕刻制程槽內(nèi)設(shè)有浮球液位傳感器，浮球液位傳感器通過(guò)線路連接PLC控制系統(tǒng)，通過(guò)浮球液位sensor檢測(cè)，反饋到PLC停止化學(xué)液補(bǔ)充，此時(shí)制程槽的化學(xué)液容量約為45L；補(bǔ)液完成后開(kāi)始對(duì)蝕刻制程槽內(nèi)化學(xué)液進(jìn)行加熱，加熱時(shí)通過(guò)循環(huán)磁力泵抽取，保證化學(xué)液在循環(huán)管路上利用石英在線式加熱器進(jìn)行加熱，直至溫度穩(wěn)定在50±1℃；

2)硅片制程操作過(guò)程：操作人員從待制程操作的25片硅片中隨機(jī)抽取6片，分別編號(hào)為測(cè)試片A、B、C、D、E、F，在每片上標(biāo)記13個(gè)測(cè)試點(diǎn)，編號(hào)為1-13，利用四點(diǎn)探針?lè)謩e測(cè)量測(cè)試點(diǎn)A1-A13、B1-B13……F1-F13蝕刻前的厚度，并記錄在冊(cè)；操作人員將隨機(jī)抽取的6片測(cè)試片分別放置在花籃的第1、2、13、14、24、25位置(如附圖2所示)，其余19片非測(cè)試硅片補(bǔ)充滿花籃，然后將花籃放置在Tiw(鈦鎢)蝕刻設(shè)備的上貨區(qū)，全自動(dòng)機(jī)械手臂夾取到花籃后將其放置到蝕刻制程槽，開(kāi)始蝕刻作業(yè)；蝕刻作業(yè)過(guò)程中根據(jù)測(cè)試條件，分別設(shè)定上下振蕩的頻率和硅片自旋轉(zhuǎn)的速率，待蝕刻900s，全自動(dòng)機(jī)械手臂取出花籃，搬運(yùn)至DI清洗槽，沖去蝕刻液，300s清洗完成后，制程結(jié)束；其中，上下振蕩機(jī)構(gòu)的上下振蕩速率為10次/min，同時(shí)硅片自旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的硅片自旋轉(zhuǎn)速率為3rpm；

3)硅片均勻性檢測(cè)過(guò)程：蝕刻制程完成后取出測(cè)試硅片，在原先標(biāo)記的A1-A13、B1-B13……F1-F13測(cè)試點(diǎn)測(cè)試硅片厚度，根據(jù)制程前的測(cè)試結(jié)果及制程完成后的測(cè)試結(jié)果即可得到硅片被蝕刻掉的厚度△T，根據(jù)制程要求，蝕刻所用的時(shí)間t＝900s,得到每一測(cè)試點(diǎn)的蝕刻速率，蝕刻速率計(jì)算公式為，蝕刻速率＝△T/t，根據(jù)均方根計(jì)算得到每一片硅片的蝕刻均勻性，進(jìn)而計(jì)算6片測(cè)試片的蝕刻均勻性，即可得每一批次的蝕刻均勻性。

其測(cè)試條件及測(cè)試結(jié)構(gòu)如下表所示：

以上測(cè)試，保證化學(xué)液濃度、蝕刻時(shí)間、蝕刻溫度及批數(shù)完全一致，僅改動(dòng)攪動(dòng)性能。

經(jīng)過(guò)多次的測(cè)試比較，加入硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)對(duì)蝕刻均勻性有比較明顯的改善，并且不同的上下振蕩速率及不同的wafer旋轉(zhuǎn)速率對(duì)蝕刻均勻性都有比較明顯的影響。根據(jù)多次測(cè)試結(jié)果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，得出在上下振蕩速率為10次/min同時(shí)wafer旋轉(zhuǎn)速率在3rpm時(shí)，對(duì)蝕刻均勻性改善最為明顯，不均勻性不超過(guò)8％，滿足客戶技術(shù)要求，同時(shí)優(yōu)于客戶其他的同性質(zhì)設(shè)備。

根據(jù)與客戶的討論和測(cè)試，加入硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)提高了蝕刻均勻性的主要原因在于確保了硅片浸泡在蝕刻液中的時(shí)間高度一致及硅片蝕刻過(guò)程中的流場(chǎng)更為均勻，未加入硅片自旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)時(shí)，同一批次硅片放入蝕刻制槽時(shí)，下半部分的硅片最先接觸到蝕刻液，而取出蝕刻制程槽時(shí)，最先浸泡到化學(xué)液的硅片下半部分卻最晚脫離化學(xué)液，這在實(shí)際上導(dǎo)致了硅片下半部分蝕刻時(shí)間延長(zhǎng)，在以秒為制程單位的制程操作中，幾秒鐘的差異已經(jīng)極大地導(dǎo)致了蝕刻均勻性的降低。并且未加入上下振蕩機(jī)構(gòu)時(shí)，硅片浸泡在靜置的流場(chǎng)中，根據(jù)化學(xué)液密度沉積，下半部分的溶液濃度一般較高，這也導(dǎo)致了蝕刻均勻性的降低。綜合以上，加入硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)，既保證了制程槽中流場(chǎng)及化學(xué)液濃度的均勻，也確保最先浸泡到化學(xué)液的硅片局部最先脫離化學(xué)液，保證蝕刻時(shí)間的高度一致?；诖?，最終確定了加入硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)，并且明確攪動(dòng)性能參數(shù)(上下振蕩10次/min，wafer自旋轉(zhuǎn)3rpm)，以此改進(jìn)蝕刻均勻性的工藝方法。

本發(fā)明的原理為：通過(guò)引入改進(jìn)型硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機(jī)構(gòu)，改進(jìn)蝕刻過(guò)程中槽體的流場(chǎng)，控制攪動(dòng)性能，經(jīng)過(guò)與客戶方多次的試驗(yàn)和測(cè)試，在不同的測(cè)試條件下分別采集數(shù)據(jù)，根據(jù)最終的測(cè)試結(jié)果確定攪動(dòng)的工藝方法，結(jié)合客戶現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)和提升。

現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和缺點(diǎn)主要如下表：

本發(fā)明并不受上述實(shí)施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。