襯底背面紋理的制作方法
【專利說明】襯底背面紋理
[0001 ] 本申請基于2013年8月9日提交的美國臨時專利申請第61/864151號和2013年8月9日提交的美國臨時專利申請第61/864212號，并要求上述兩個申請的優(yōu)先權益，二者的全部內容通過引用并入本文中。
[0002]為了在制造集成電路(IC)期間使半導體襯底曝光，可以將襯底夾持在成像掃描儀或相機上。在夾持期間，可以將晶片想成是能夠“起皺”的“薄餅”，從而導致投射到晶片上的圖像顯著變形。當在集成電路制造中對準多個光刻層時，這會影響總性能。
[0003]本文中描述的實施方案涉及用于減少光刻變形的方法和設備?？梢允拱雽w襯底的背面紋理化。接著可以在具有經(jīng)紋理化的背面的半導體襯底上進行光刻工藝。
[0004]現(xiàn)在將結合附圖提供對數(shù)個實施方案的詳細描述，其中:
[0005]圖1是卡盤銷和半導體襯底的簡化圖；
[0006]圖2是根據(jù)一個實施方案的工藝的示意圖；
[0007]圖3是根據(jù)一個實施方案的設備的示意圖；
[0008]圖4是示出半導體襯底材料和對應的蝕刻劑的圖表；
[0009]圖5是根據(jù)一個實施方案的設備的示意圖；
[0010]圖6是根據(jù)一個實施方案的工藝的示意圖；以及[0011 ]圖7是與半導體襯底的背面相關的粗糙度的示意圖。
[0012]通常，在IC制造中，半導體襯底的背面在加工期間可能會受污染。污染物可以包括殘留膜及有機和無機顆粒。這樣的污染物可以由制造工藝中的許多步驟導致，這些步驟為例如熱材料生長(例如，生長SiN或S12膜)、光致抗蝕劑加工、快速熱退火和/或化學氣相沉積(CVD)。另外，由于在工具(tool)到工具間的晶片轉移期間的晶片傳送(例如，通過機器臂)，背面襯底表面還可能被劃傷。
[0013]晶片背面的狀態(tài)可對夾持在成像掃描儀或相機上期間產(chǎn)生的最終的晶片變形特征起到顯著作用。圖1示出了接觸區(qū)域(例如卡盤銷100)和容納半導體襯底104的晶片臺102。顆粒106附著在半導體襯底104的背面上。襯底104的背面表面與卡盤銷100之間的相互作用確定襯底104將如何滑過銷100。當襯底104的背面不均勻時，例如當存在顆粒106或存在表面不均勻性時，襯底104在各個銷100處以不同方式滑動，從而導致非均勻的襯底變形。非均勻的襯底變形是不期望的，這是因為這樣的變形會導致差的套刻(overlay)性能。
[0014]為了改善變形均勻性，并且可能地，提高套刻性能，可以使接觸卡盤銷100的半導體襯底104的背面表面紋理化，以產(chǎn)生由于在卡盤上的晶片滑動而導致的更均勻的晶片變形。使半導體襯底104的背面紋理化，以產(chǎn)生較小的摩擦系數(shù)，這改善了在掃描儀夾持期間整個半導體襯底104的背面的滑動均勻性。
[0015]圖2示出根據(jù)一個實施方案的用于提高變形均勻性的工藝。在202處使一批襯底200紋理化，接著在204處使所述襯底200經(jīng)受光致抗蝕劑加工。光致抗蝕劑加工204可以包括光致抗蝕劑涂覆和烘焙各個襯底200的頂表面。可以利用晶片軌道系統(tǒng)206來進行紋理化202和光致抗蝕劑加工204。
[0016]在光致抗蝕劑加工204之后，可以在掃描儀中使各個半導體襯底200曝光208，為此可以將各個襯底200夾持在卡盤銷100上。接著各個半導體襯底200經(jīng)受進一步的光致抗蝕劑加工210以使光致抗蝕劑顯影。接下來，在212處，例如使用Archer工具來進行套刻測量。接著可以在214處進行后續(xù)加工，例如蝕刻。
[0017]在紋理化202之前，可以確定在曝光208處所采用的光刻工具的接觸區(qū)域(例如，卡盤銷100)?？梢源_定在批次200中的一個或更多個襯底的背面的紋理。如下面更詳細說明的，該確定可以至少部分地基于:在半導體襯底的一個或更多個部分處的背面特征的頻率；在半導體襯底的一個或更多個部分處的背面特征的幅度;和/或一個或更多個接觸區(qū)域的尺寸。該確定可以采用包括計算機的顯微工具，該計算機具有處理器和計算機可讀、非暫態(tài)介質(例如存儲器)。存儲器可以存儲程序指令，該程序指令用于使處理器控制顯微工具來確定背面表面的紋理。
[0018]襯底背面的紋理化202可以以化學方式、機械方式、或利用等離子體工藝來完成?？蛇x地，作為預備工藝，可以清潔襯底的背面以去除污染物，例如顆粒或殘留膜。紋理化202改變襯底的表面，以相比于背面未被紋理化的襯底實現(xiàn)更小且均勻的摩擦系數(shù)。在夾持期間更小且均勻的摩擦系數(shù)可以產(chǎn)生更均勻的晶片變形特征，并由此在后續(xù)光刻級堆疊期間提高套刻性能。
[0019]圖3示出根據(jù)一個實施方案的用于提高變形均勻性的設備。將批次300中的半導體襯底提供至使襯底的背面紋理化的蝕刻機302。如上所示，可以首先將襯底提供至清洗臺以清洗襯底背面，或者可以在蝕刻機302中進行清洗，或者可以在蝕刻機302中進行清洗。在蝕刻機302之后，可以將襯底300提供至光致抗蝕劑涂布機/烘箱304。在涂布機/烘箱304中，將光致抗蝕劑材料施加至襯底的頂面并在其上烘焙。蝕刻機302和涂布機/烘箱304可以是晶片軌道系統(tǒng)306的一部分。
[0020]接著可以在掃描儀308中將具有光致抗蝕劑層的襯底曝光，其中可以將各個襯底300夾持在掃描儀308的卡盤銷100上。接著，將襯底傳遞至光致抗蝕劑顯影機310。在光致抗蝕劑被顯影之后，可以將襯底傳遞至套刻測量工具312(例如Archer工具)以供測量。隨后，傳遞各個襯底供后續(xù)加工314。
[0021]如上所示，可以以化學方式完成紋理化202。由此，蝕刻機302可以是化學蝕刻機。采用的化學蝕刻劑取決于待去除的材料。紋理化202可以包括以下處理:使用蝕刻劑去除不想要的殘留膜，例如氮化硅、氧化硅等;使用蝕刻劑以使襯底背面紋理化的方式去除硅;或二者的組合。圖4列出可以用來蝕刻硅襯底和/或襯底背面上的材料的蝕刻劑。圖4提供了待被蝕刻的材料和對應的蝕刻劑的實例，但是可能的襯底材料和對應的蝕刻劑的列表不限于圖4所指明的那些。本領域普通技術人員了解可以采用的其他襯底材料和蝕刻劑。例如，其他襯底材料可以包括GaAs、藍寶石、IL鎵石植石(gadoIinium gallium garnet,GGG)和銀酸鋰?？梢允褂脙煞N或更多種化學品的組合以控制襯底的蝕刻速率，蝕刻速率進而確定所得到的表面的幾何形狀，例如表面是否有凹坑或者平滑。
[0022]除了蝕刻以外，改變襯底背面的摩擦系數(shù)的另一方式是以化學方式改變材料在原子水平下的特性或性質?？梢允褂帽绢I域技術人員公知的、與襯底背面表面反應的蒸氣處理(例如，HMDS(六甲基二硅氮烷)、或其他蒸氣處理)的用途。例如，呈較稀形式的圖4所列蝕刻劑也可以以化學方式改變襯底背面。通過以化學方式改變表面，可以實現(xiàn)不同的表面能量和摩擦性質，從而改變襯底與掃描儀臺102上的卡盤銷100的相互作用。
[0023]紋理化202可以可替代地包括等離子體或干法蝕刻機302。如同化學蝕刻，其目的在于:去除不想要的殘留膜；以使晶片表面紋理化的方式蝕刻硅;或者二者的組合。
[0024]可替代地，紋理化202可以通過拋光來完成。圖5示出采用拋光機來提高變形均勻性的設備。將批次500中的半導體襯底提供至使襯底的背面紋理化的拋光機502。如上所示，可以首先將襯底提供至清洗臺以清洗襯底背面。在拋光機502之后，可以將襯底提供至光致抗蝕劑涂布機/烘箱504。在涂布機/烘箱504中，將光致抗蝕劑材料施加至襯底的頂側并在其上烘焙。拋光機502和涂布機/烘箱504可以是晶片軌道系統(tǒng)506的一部分。
[0025]接著可以在掃描儀508中將具有光致抗蝕劑層的襯底曝光，其中可以將各個襯底500夾持在卡盤銷100上。接著，將襯底傳遞至光致抗蝕劑顯影機510。在將光致抗蝕劑顯影之后，可以將襯底傳遞至套刻測量工具512(例如，Archer工具)以供測量。隨后，傳遞各個襯底以供后續(xù)加工514。
[0026]拋光機502可以包括旋轉的拋光刷，該拋光刷擦拭/刮劃襯底背面，以去除污染物并且產(chǎn)生期望的紋理。旋轉的拋光刷的頭部可以包括其中嵌入有鉆石顆粒的接觸襯底的表面。本領域普通技術人員將理解，可以采用任何適合的硬質材料來接觸襯底背面。作為鉆石顆粒的替代物，也可以使用碳化硅。
[0027]拋光刷可以在干燥狀態(tài)下接觸晶片?？商娲?，在拋光工藝期間可以添加漿料材料。漿料可以包括磨料。可替代地，在拋光工藝期間可以采用諸如H D M S、T M A H(Tetramethylammonium Hydroxide，四甲基氫氧化錢)、或圖4中所列的任意蝕刻劑的化學