本發(fā)明涉及濕式蝕刻技術領域，具體地說是一種通過硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機構改善蝕刻率的測試方法。

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背景技術：
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從半導體制造業(yè)一開始，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下層材料具有更高的選擇比，對器件不會帶來等離子體損傷，并且設備簡單。在蝕刻過程中必須控制基本的濕法蝕刻參數(shù)，這些參數(shù)對所有的濕法蝕刻都適用。

一批硅片，通常是25片，有時多至50～100片，放置在一個合適的酸槽里，或用浸泡的方式，或用噴射的方式來進行濕法蝕刻。浸泡是最簡單的方式，而噴射方式蝕刻需要的化學試劑要少，并且比浸泡方式蝕刻得快。濕法蝕刻存在一些缺點，包括濕法化學蝕刻槽的安全性，可能帶來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，化學試劑的處理費用昂貴等。

蝕刻是采用物理或化學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、等離子體誘導損傷和顆粒沾污。蝕刻均勻性是一種衡量蝕刻工藝在整個硅片上，或整個一批，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系，因為非均勻性蝕刻會產(chǎn)生額外的過蝕刻。保持硅片的均勻性是保證制造性能一致的關鍵。難點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。均勻性的一些問題是因為蝕刻速率和蝕刻剖面與圖形尺寸和密度有關而產(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蝕刻(ARDE)，也被稱為微負載效應。為了提高均勻性，必須把硅片表面的ARDE效應減至最小。簡單來講，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試點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)技術攻關的方向。

從設備供應商的角度考慮，影響蝕刻結果的幾大因素(化學液濃度、蝕刻時間、蝕刻溫度、攪動及批數(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)過長期的試驗和驗證才得以優(yōu)化的，包括化學液濃度、蝕刻時間、蝕刻溫度及批數(shù)，在設備制造之初，客戶已經(jīng)明確蝕刻的工藝要求，設備供應商能夠做的只是盡可能提供設備控制精度，在蝕刻時間和蝕刻溫度上進行精準和嚴格的及控制。怎樣優(yōu)于競爭對手的設備性能，是各設備制造廠商努力的方向。但是顯然，各設備制造商可操作的參數(shù)只有控制攪動，通過這一參數(shù)的性能優(yōu)化來提高蝕刻均勻性。

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技術實現(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硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機構改善蝕刻率的測試方法，對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)速率對蝕刻均勻性都有比較明顯的影響。

為實現(xiàn)上述目的設計一種通過硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機構改善蝕刻率的測試方法，包括以下步驟：

1)鈦鎢蝕刻設備前期準備：按照工藝要求進行測試準備，將蝕刻制程槽內(nèi)補充化學液至規(guī)定液位，補液完成后對蝕刻制程槽內(nèi)化學液進行加熱，加熱時通過循環(huán)磁力泵抽取，使化學液在循環(huán)管路上利用石英在線式加熱器進行加熱，直至溫度穩(wěn)定在50±1℃；

2)硅片制程操作過程：從待制程操作的25片硅片中隨機抽取6片，分別編號為測試片A、B、C、D、E、F，在每片上標記13個測試點，編號為1-13，利用四點探針分別測量測試點A1-A13、B1-B13……F1-F13蝕刻前的厚度，并記錄，然后將隨機抽取的6片測試片分別放置在花籃的第1、2、13、14、24、25位置，其余19片非測試硅片補充滿花籃，然后將花籃放置在鈦鎢蝕刻設備的上貨區(qū)，全自動機械手臂夾取到花籃后將其放置到蝕刻制程槽，開始蝕刻作業(yè)；蝕刻作業(yè)過程中根據(jù)測試條件，分別設定上下振蕩的頻率和硅片自旋轉(zhuǎn)的速率，待蝕刻900s，全自動機械手臂取出花籃，搬運至DI清洗槽，沖去蝕刻液，300s清洗完成后，制程結束；

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

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

步驟2)中，上下振蕩機構的上下振蕩速率為10次/min，同時硅片自旋轉(zhuǎn)機構的硅片自旋轉(zhuǎn)速率為3rpm。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，通過引入硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機構，改進蝕刻過程中槽體的流場，控制攪動性能，并經(jīng)過多次試驗和測試，在不同的測試條件下分別采集數(shù)據(jù)，根據(jù)最終的測試結果確定攪動的工藝方法，結合現(xiàn)有工藝進行改進和提升，最終對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wafer旋轉(zhuǎn)速率在3rpm時，對蝕刻均勻性改善最為明顯，不均勻性不超過8％，能夠滿足客戶技術要求，同時優(yōu)于客戶其他的同性質(zhì)設備，值得推廣應用。

[附圖說明]

圖1是本發(fā)明所用的蝕刻系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明中測試硅片放置示意圖；

圖3是本發(fā)明中蝕刻厚度標識示意圖；

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

[具體實施方式]

下面結合附圖對本發(fā)明作以下進一步說明：

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

1)Tiw(鈦鎢)蝕刻設備前期準備：按照工藝要求進行測試準備，蝕刻制程槽通過PLC控制自動補液(化學液：H2O2，客戶廠務提供)到規(guī)定液位，蝕刻制程槽內(nèi)設有浮球液位傳感器，浮球液位傳感器通過線路連接PLC控制系統(tǒng)，通過浮球液位sensor檢測，反饋到PLC停止化學液補充，此時制程槽的化學液容量約為45L；補液完成后開始對蝕刻制程槽內(nèi)化學液進行加熱，加熱時通過循環(huán)磁力泵抽取，保證化學液在循環(huán)管路上利用石英在線式加熱器進行加熱，直至溫度穩(wěn)定在50±1℃；

2)硅片制程操作過程：操作人員從待制程操作的25片硅片中隨機抽取6片，分別編號為測試片A、B、C、D、E、F，在每片上標記13個測試點，編號為1-13，利用四點探針分別測量測試點A1-A13、B1-B13……F1-F13蝕刻前的厚度，并記錄在冊；操作人員將隨機抽取的6片測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片非測試硅片補充滿花籃，然后將花籃放置在Tiw(鈦鎢)蝕刻設備的上貨區(qū)，全自動機械手臂夾取到花籃后將其放置到蝕刻制程槽，開始蝕刻作業(yè)；蝕刻作業(yè)過程中根據(jù)測試條件，分別設定上下振蕩的頻率和硅片自旋轉(zhuǎn)的速率，待蝕刻900s，全自動機械手臂取出花籃，搬運至DI清洗槽，沖去蝕刻液，300s清洗完成后，制程結束；其中，上下振蕩機構的上下振蕩速率為10次/min，同時硅片自旋轉(zhuǎn)機構的硅片自旋轉(zhuǎn)速率為3rpm；

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

其測試條件及測試結構如下表所示：

以上測試，保證化學液濃度、蝕刻時間、蝕刻溫度及批數(shù)完全一致，僅改動攪動性能。

經(jīng)過多次的測試比較，加入硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機構對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)速率對蝕刻均勻性都有比較明顯的影響。根據(jù)多次測試結果，總結經(jīng)驗，得出在上下振蕩速率為10次/min同時wafer旋轉(zhuǎn)速率在3rpm時，對蝕刻均勻性改善最為明顯，不均勻性不超過8％，滿足客戶技術要求，同時優(yōu)于客戶其他的同性質(zhì)設備。

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

本發(fā)明的原理為：通過引入改進型硅片自旋轉(zhuǎn)及振蕩機構，改進蝕刻過程中槽體的流場，控制攪動性能，經(jīng)過與客戶方多次的試驗和測試，在不同的測試條件下分別采集數(shù)據(jù)，根據(jù)最終的測試結果確定攪動的工藝方法，結合客戶現(xiàn)有工藝進行改進和提升。

現(xiàn)有技術存在的問題和缺點主要如下表：

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