晶圆表面形貌控制系统及控制方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种晶圆表面形貌控制系统及控制方法。

背景技术：

化学机械抛光(cmp)工艺是目前半导体领域中非常重要的一道工艺，其被广泛应用于晶圆表面的平整度修正。然而，晶圆在经过化学机械抛光之后，晶圆表面会存在一定的形貌变化，譬如如图1所示，晶圆表面不同区域的厚度会有偏差。在后续湿法刻蚀工艺中，现有采取的方法为采用恒定的湿法刻蚀工艺参数(譬如，对晶圆不同区域的刻蚀时间等等)向晶圆中喷洒刻蚀液对晶圆的表面进行刻蚀，而并不会依据化学机械抛光后的晶圆形貌自动调整湿法刻蚀的工艺参数，如图2所示，这很容易导致晶圆表面的形貌变化超出工艺规格，从而造成晶圆曝光等工艺时产生缺陷。其中，图1及图2中的横坐标表示晶圆的不同区域，纵坐标表示晶圆的厚度(单位为μm)，与横坐标平行的两条间隔虚线分别表示上下规格线，由图2可知，经过湿法刻蚀工艺之后，在晶圆中对应于横坐标4的区域的厚度超出了上规格线，晶圆中对应于横坐标10的区域的厚度超出了下规格线。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆表面形貌控制系统及控制方法，用于解决现有技术中的化学机械抛光之后的湿法刻蚀工艺无法依据化学机械抛光后的晶圆形貌自动调整湿法刻蚀工艺参数，在对晶圆湿法刻蚀之后容易造成晶圆表面的形貌变化超出工艺规格，从而造成晶圆曝光等工艺时产生缺陷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆表面形貌控制系统，所述晶圆表面形貌的控制方法包括如下步骤：

1)提供一晶圆；

2)对所述晶圆的表面进行化学机械抛光；

3)依据化学机械抛光过程中对所述晶圆表面不同区域的去除情况设定刻蚀时间；

4)依据所述刻蚀时间对所述晶圆表面的不同区域进行刻蚀。

优选地，步骤3)包括如下步骤：

3-1)量测化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度；

3-2)依据所述晶圆各区域的厚度设定刻蚀时间，所述刻蚀时间与化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度成正比。

优选地，步骤3)包括如下步骤：

3-1)量测化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度；

3-2)将化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度进行比对；

3-3)依据化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度的差值设定刻蚀时间，所述刻蚀时间与化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度二者的差值成正比。

优选地，步骤1)中提供的所述晶圆内形成有半导体器件结构。

优选地，步骤4)采用湿法刻蚀工艺依据所述刻蚀时间对所述晶圆表面的不同区域进行刻蚀。

优选地，步骤4)中，采用湿法刻蚀工艺依据所述刻蚀时间对所述晶圆表面的不同区域进行刻蚀包括如下步骤：

4-1)将化学机械抛光后的所述晶圆抛光面朝上置于旋转承载台上；

4-2)使用喷嘴向所述晶圆表面喷洒刻蚀液以对所述晶圆的表面进行湿法刻蚀；所述喷嘴在向所述晶圆表面喷洒所述刻蚀液的同时自所述晶圆的边缘向所述晶圆的中心移动或自所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘移动；所述喷嘴对所述晶圆不同区域的喷洒时间即为所述刻蚀时间。

本发明还提供一种晶圆表面形貌的控制系统，所述晶圆表面形貌控制系统包括：

化学机械抛光装置，用于对晶圆的表面进行化学机械抛光；

量测装置，用于量测化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度；

设定模块，与所述量测装置相连接，用于依据所述量测装置量测的结构设定刻蚀时间；

刻蚀装置，与所述设定模块相连接，用于依据所述设定模块设定的刻蚀时间对化学机械抛光后的晶圆表面不同区域进行刻蚀。

优选地，所述设定模块包括设定单元，所述设定单元与所述量测装置相连接，用于依据所述量测装置量测的所述晶圆各区域的厚度设定对化学机械抛光后的晶圆表面不同区域进行刻蚀的刻蚀时间。

优选地，所述设定模块包括：

存储单元，用于设定并存储湿法刻蚀后所述晶圆各区域的目标厚度；

设定单元，与所述量测装置及所述存储单元相连接，用于依据所述量测装置量测的所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度的差值对化学机械抛光后的晶圆表面不同区域进行刻蚀的刻蚀时间。

优选地，所述刻蚀装置为湿法刻蚀装置，所述湿法刻蚀装置包括：

承载台，用于放置化学机械抛光后的所述晶圆，并带动所述晶圆旋转；

刻蚀液喷洒装置，包括：刻蚀液供给源、供液管路及喷嘴，其中，所述供液管路一端与所述刻蚀液供给源相连接，另一端与所述喷嘴相连接，所述喷嘴位于所述承载台的上方，用于向放置于所述承载台上的所述晶圆表面喷洒刻蚀液；

控制模块，与所述设定模块、所述供液管路及所述喷嘴相连接，用于控制所述喷嘴向所述晶圆表面喷洒刻蚀液的同时自所述晶圆的边缘向所述晶圆的中心移动或自所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘移动，并依据所述设定模块设定的刻蚀时间控制所述喷嘴向所述晶圆表面不同区域喷洒所述刻蚀液的时间。

如上所述，本发明的晶圆表面形貌控制系统及控制方法，具有以下有益效果：本发明通过依据化学机械抛光过程中对晶圆表面不同区域的去除情况设定对晶圆湿法刻蚀的刻蚀时间，湿法刻蚀过程中可以对化学机械抛光过程中对晶圆表面的形貌造成偏差进行补偿，使得湿法刻蚀后的晶圆具有良好的表面形貌，晶圆的表面形貌被有效控制在合理的工艺规格之内，避免了后续工艺中缺陷的产生。

附图说明

图1显示为现有技术中化学机械抛光后晶圆不同区域的表面形貌示意图。

图2显示为现有技术中湿法刻蚀后晶圆不同区域的表面形貌示意图。

图3显示为本发明实施例一中提供的晶圆表面形貌的控制方法的流程图。

图4显示为本发明实施例一中提供的晶圆表面形貌的控制方法中对晶圆进行化学机械抛光后晶圆不同区域的表面形貌示意图。

图5显示为本发明实施例一中提供的晶圆表面形貌的控制方法中对晶圆进行湿法刻蚀后晶圆不同区域的表面形貌示意图。

图6及图7显示为本发明实施例二中提供的晶圆表面形貌的控制系统的结构示意图。

元件标号说明

1化学机械抛光装置

2量测装置

3设定模块

31设定单元

32存储单元

4刻蚀装置

41承载台

42刻蚀液供给源

43供液管路

44喷嘴

45控制装置

5晶圆

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图3，本发明提供一种晶圆表面形貌的控制方法，所述晶圆表面形貌的控制方法包括如下步骤：

1)提供一晶圆；

2)对所述晶圆的表面进行化学机械抛光；

3)依据化学机械抛光过程中对所述晶圆表面不同区域的去除情况设定刻蚀时间；

4)依据所述刻蚀时间对所述晶圆表面的不同区域进行刻蚀。

在步骤1)中，请参阅图3中的s1步骤，提供一晶圆。

作为示例，所述晶圆可以为硅晶圆、蓝宝石晶圆或氮化镓晶圆等等，优选地，本实施例中，所述晶圆为硅晶圆。所述晶圆内可以形成有半导体器件结构，优选地，所述晶圆内可以形成有背照式图像传感器。当然，在其他示例中，所述晶圆也可以为内部没有任何半导体器件结构的裸硅片。

在步骤2)中，请参阅图3中的s2步骤及图4，对所述晶圆的表面进行化学机械抛光。

作为示例，可以采用任一一种化学机械抛光装置对所述晶圆的表面进行化学机械抛光，对所述晶圆的表面进行化学机械抛光的方法为本领域人员所熟知，此处不再累述。

作为示例，对所述晶圆的表面进行化学机械抛光之后晶圆不同区域的表面形貌示意图如图4所示，由图4可知，对所述晶圆的表面进行化学机械抛光之后，所述晶圆的不同区域的厚度会有一定程度的偏差。

需要说明的是，图4中的横坐标为将所述晶圆分成的若干个以晶圆圆心为中心的环形区域，所述晶圆分成的环形区域的数量可以根据实际需要进行设定，图4以所述晶圆分成12个环形区域作为示例，图4中的横坐标中的12个区域可以为自所述晶圆的圆心至所述晶圆的边缘的12个环形区域，各所述环形区域的宽度可以相同，也可以不同，优选地，本实施例中，各所述环形区域的宽度相同。

需要进一步说明的是，图4中的纵坐标为厚度，图4中给出的化学机械抛光工艺之后所述晶圆不同区域的厚度仅为示例，在实际工艺中不以此为限。即图4中仅是为了给出化学机械抛光工艺之后，所述晶圆各区域的厚度会有一定程度的偏差，但化学机械抛光工艺之后所述晶圆的具体厚度根据化学机械抛光工艺之前的处理工艺不同会不同，此处不做限定。

在步骤3)中，请参阅图3中的s3步骤，依据化学机械抛光过程中对所述晶圆表面不同区域的去除情况设定刻蚀时间。

在一示例中，依据化学机械抛光过程中对所述晶圆表面不同区域的去除情况设定刻蚀时间包括如下步骤：

3-1)量测化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度；

3-2)直接依据所述晶圆各区域的厚度设定刻蚀时间，所述刻蚀时间与化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度成正比。具体的，对于化学机械抛光后厚度较大的区域，设定的其后续进行刻蚀的刻蚀时间较长，而对于化学机械抛光后厚度较小的区域，设定的其后续进行刻蚀的刻蚀时间较短。

在另一示例中，依据化学机械抛光过程中对所述晶圆表面不同区域的去除情况设定刻蚀时间包括如下步骤：

3-1)量测化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度；

3-2)将化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度进行比对，其中，所述晶圆各区域的目标厚度是指后续湿法刻蚀后所述晶圆各区域需要达到的厚度；

3-3)依据化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度的差值设定刻蚀时间，所述刻蚀时间与化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度二者的差值成正比。具体的，化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度的差值越大，说明后续刻蚀过程中需要刻蚀去除的厚度越大，对于化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度的差值较大的区域，设定的其后续进行刻蚀的刻蚀时间较长，而对于化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度的差值较小的区域，设定的其后续进行刻蚀的刻蚀时间较短。

需要说明的是，可能存在极端情况，譬如，化学机械抛光后所述晶圆个别区域的厚度已经小于该区域的目标厚度，此时，该区域化学机械抛光后的厚度与该区域的目标厚度的差值为负值，对于这样的区域，由于化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度的差值有正负之分，当该区域化学机械抛光后的厚度与该区域的目标厚度的差值为负值时，认为对应的该区域化学机械抛光后的厚度与该区域的目标厚度的差值很小，可以在后续刻蚀工艺中控制几乎不对该区域进行刻蚀，以避免出现更大的误差。

通过依据化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度或化学机械抛光后所述晶圆各区域的厚度与所述晶圆各区域的目标厚度的差值设定与其成正比的刻蚀时间，后续刻蚀过程中可以对化学机械抛光过程中对晶圆表面的形貌造成偏差进行补偿，使得刻蚀后的晶圆具有良好的表面形貌，晶圆的表面形貌被有效控制在合理的工艺规格之内，避免了后续工艺中缺陷的产生。

在步骤4)中，请参阅图3中的s4步骤及图5，依据所述刻蚀时间对所述晶圆表面的不同区域进行刻蚀。

作为示例，采用湿法刻蚀工艺依据所述刻蚀时间对所述晶圆表面的不同区域进行刻蚀。具体的，采用湿法刻蚀工艺依据所述刻蚀时间对所述晶圆表面的不同区域进行刻蚀包括如下步骤：

4-1)将化学机械抛光后的所述晶圆抛光面朝上置于旋转承载台上；

4-2)使用喷嘴向所述晶圆表面喷洒刻蚀液以对所述晶圆的表面进行湿法刻蚀；所述喷嘴在向所述晶圆表面喷洒所述刻蚀液的同时自所述晶圆的边缘向所述晶圆的中心移动或自所述晶圆的中心向所述晶圆的边缘移动；所述喷嘴对所述晶圆不同区域的喷洒时间即为所述刻蚀时间。

需要说明的是，在通过向所述晶圆表面喷洒所述刻蚀液以对所述晶圆进行湿法刻蚀的过程中，虽然所述晶圆在湿法刻蚀的过程中会不停的旋转，喷洒的所述刻蚀液会分布于整个所述晶圆的表面，但只有所述刻蚀液直接喷洒的区域才会具有明显的刻蚀，除了所述刻蚀液直接喷洒的区域(喷嘴正对的区域)，所述刻蚀液对所述晶圆其他区域的刻蚀速率可以忽略不计。正因为如此，我们可以通过控制所述喷嘴对所述晶圆不同区域的喷洒时间来控制所述刻蚀液对所述晶圆不同区域进行湿法刻蚀的时间。

如图5所示，采用本发明的晶圆表面形貌控制方法在湿法刻蚀后，所述晶圆不同区域的厚度均位于工艺规格线(如图5中的两条呈上下间隔分布的虚线)内，即所述晶圆的表面具有较好的表面形貌。

实施例二

请继续参阅图6，本实施例还提供一种晶圆表面形貌控制系统，所述晶圆表面形貌控制系统用于执行实施例一中所述的晶圆表面形貌控制方法，所述晶圆表面形貌控制系统包括：化学机械抛光装置1，所述化学机械抛光装置1用于对晶圆5的表面进行化学机械抛光；量测装置2，所述量测装置2用于量测化学机械抛光后所述晶圆5各区域的厚度；设定模块3，所述设定模块3与所述量测装置2相连接，用于依据所述量测装置2量测的结构设定刻蚀时间；刻蚀装置4，所述刻蚀装置4与所述设定模块3相连接，用于依据所述设定模块3设定的刻蚀时间对化学机械抛光后的晶圆5表面不同区域进行刻蚀。

作为示例，所述化学机械抛光装置1可以为现有的任意一种可以对所述晶圆5进行化学机械抛光的机台。所述量测装置2可以为现有的可以对所述晶圆5的厚度进行量测的量测机台。

在一示例中，如图6所示，所述设定模块3仅包括设定单元31，所述设定单元31与所述量测装置2相连接，所述设定单元31用于依据所述量测装置2量测的所述晶圆5各区域的厚度设定对化学机械抛光后的晶圆5表面不同区域进行刻蚀的刻蚀时间，设定的所述刻蚀时间与所述量测装置2量测的结构成正比，即所述量测装置2量测的厚度越大的区域，所述设定单元31设定的对该区域进行刻蚀的刻蚀时间越长，相反，所述量测装置2量测的厚度越小的区域，所述设定单元31设定的对该区域进行刻蚀的刻蚀时间越短。

在另一示例中，如图7所示，所述设定模块3包括：存储单元32，所述存储单元32用于设定并存储湿法刻蚀后所述晶圆5各区域的目标厚度，此处所述的目标厚度是指湿法刻蚀后所述晶圆5各区域需要达到的厚度；设定单元31，所述设定单元31与所述量测装置2及所述存储单元32相连接，用于依据所述量测装置2量测的所述晶圆5各区域的厚度与所述晶圆5各区域的目标厚度的差值对化学机械抛光后的晶圆5表面不同区域进行刻蚀的刻蚀时间，设定的所述刻蚀时间与所述量测装置2量测的所述晶圆5各区域的厚度与所述晶圆5各区域的目标厚度的差值呈正比，即所述量测装置2量测的所述晶圆5各区域的厚度与所述晶圆5各区域的目标厚度的差值越大，所述设定单元31设定的对该区域进行刻蚀的刻蚀时间越长，相反，所述量测装置2量测的所述晶圆5各区域的厚度与所述晶圆5各区域的目标厚度的差值越小，所述设定单元31设定的对该区域进行刻蚀的刻蚀时间越短。

作为示例，请继续参阅图6及图7，所述刻蚀装置4为湿法刻蚀装置，所述湿法刻蚀装置包括：承载台41，所述承载台41经由支撑柱(未示出)与驱动装置(未示出)相连接，所述承载台41用于放置化学机械抛光后的所述晶圆5，并带动所述晶圆5旋转；刻蚀液喷洒装置，所述刻蚀液喷洒装置包括：刻蚀液供给源42、供液管路43及喷嘴44，其中，所述供液管路43一端与所述刻蚀液供给源42相连接，另一端与所述喷嘴44相连接，所述喷嘴44位于所述承载台41的上方，用于向放置于所述承载台41上的所述晶圆5表面喷洒刻蚀液；控制模块45，所述控制模块45与所述设定模块3、所述供液管路43及所述喷嘴44相连接，用于控制所述喷嘴44向所述晶圆5表面喷洒刻蚀液的同时自所述晶圆5的边缘向所述晶圆5的中心移动或自所述晶圆5的中心向所述晶圆5的边缘移动，并依据所述设定模块3设定的刻蚀时间控制所述喷嘴44向所述晶圆5表面不同区域喷洒所述刻蚀液的时间。

综上所述，本发明的晶圆表面形貌控制系统及控制方法，所述晶圆表面形貌的控制方法包括如下步骤：1)提供一晶圆；2)对所述晶圆的表面进行化学机械抛光；3)依据化学机械抛光过程中对所述晶圆表面不同区域的去除情况设定刻蚀时间；4)依据所述刻蚀时间对所述晶圆表面的不同区域进行刻蚀。本发明通过依据化学机械抛光过程中对晶圆表面不同区域的去除情况设定对晶圆湿法刻蚀的刻蚀时间，湿法刻蚀过程中可以对化学机械抛光过程中对晶圆表面的形貌造成偏差进行补偿，使得湿法刻蚀后的晶圆具有良好的表面形貌，晶圆的表面形貌被有效控制在合理的工艺规格之内，避免了后续工艺中缺陷的产生。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。