晶片蚀刻装置和使用该装置的晶片蚀刻方法
【专利摘要】本发明公开了高速干法蚀刻Si晶片的晶片蚀刻装置以及使用所述晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法，其中同时安装电容耦合等离子体单元或感应耦合等离子体单元和远程等离子体单元，以便高速蚀刻晶片，从而显著降低蚀刻晶片的操作时间。此外，卡盘的上表面粗糙，以便具有不平坦的表面，使得在所述上表面和晶片之间形成微小空间，氦气经由该微小空间被供应作为冷却气体来冷却晶片，从而防止由沟槽产生的不需要的微小空间中产生等离子体并且防止不必要的等离子体对晶片造成损坏。
【专利说明】晶片蚀刻装置和使用该装置的晶片蚀刻方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶片蚀刻装置和使用该装置的晶片蚀刻方法，更具体地，涉及能够通过干蚀刻方法高速蚀刻Si晶片的晶片蚀刻装置和使用该装置的晶片蚀刻方法。
【背景技术】
[0002]通常，为了形成30 μ m或更小厚度的晶片，共同实施背面研磨工艺和湿法蚀刻工艺，所述背面研磨工艺以机械方法和化学机械抛光(CMP)方法研磨晶片的背面，所述湿法蚀刻工艺用于形成布线用的Cu柱等。
[0003]然而，上述方法不仅具有由摩擦热诱导的机械接触和应力导致的晶片破损、翘曲、热损伤等问题，而且在抛光时还具有表面残留应力的问题。
[0004]另外，随着晶片变薄，存在诸如晶片处理问题、工艺复杂性等的复杂问题，使成本增加。
[0005]因此，正在开发一种工艺，在该工艺中，首先实施机械研磨直至晶片厚度为100 μ m至200 μ m，这种厚度的晶片较少受损，然后进行干法蚀刻以减少厚度并实施形成用于连接芯片的Cu柱。
[0006]根据常规的干法蚀刻工艺，CxFy气体或SxFy气体被用作主要的反应气体，N2、Ar、O2等气体被用作次要气体。在几毫托至几百毫托的低压下，等离子体源从上面施加，几十KHz至GHz的RF功率被施加到下卡盘(chuck),以产生等离子体,从而通过化学反应实施晶片蚀刻工艺。
[0007]然而，常规的干法蚀刻工艺在低压下执行，从而当晶片具有较厚厚度时，需要大量的时间来进行蚀刻，从而降低了生产率。
[0008]此外，在使晶片变薄的蚀刻工艺中，重要因素之一是在蚀刻过程中产生的高温。在常规蚀刻工艺中，静电卡盘(ESC)用于冷却晶片。在常规蚀刻工艺中，由于每个工艺具有不同的特征，每个晶片蚀刻装置应用不同的卡盘设计，用于冷却。
[0009]通常，所述卡盘具有圆盘形状，上表面上具有多个沟槽或多个孔，通过所述沟槽和孔将氦气应用于经加热的晶片。
[0010]另一方面，由于晶片承载问题，对连接有晶片载体的晶片实施蚀刻工艺，当蚀刻工艺完成时，晶片载体与晶片分离。为了将晶片载体与晶片容易地进行分离，所述晶片载体具有多个微小的孔。
[0011]因此，当RF功率施加到位于常规卡盘上的晶片以产生等离子体时，在晶片和孔与沟槽之间的空间生成不想要的等离子体，破坏晶片。
【发明内容】
[0012]技术问题
[0013]因此，本发明的目的是提供一种能够通过电容耦合等离子体单元或感应耦合等离子体单元高速蚀刻Si晶片的晶片蚀刻装置，以及一种使用该晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法，所述电容耦合等离子体单元或感应耦合等离子体单元具有远程等离子体单元，所述远程等离子体单元具有带感应线圈的铁氧体磁芯。
[0014]本发明的另一目的是提供一种能够防止不想要的等离子体损害晶片的晶片蚀刻装置，以及使用所述晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法。
[0015]技术方案
[0016]根据本发明实施例，晶片蚀刻装置包括:处理室，其具有设置在其中用以支撑晶片的卡盘；第一等离子体单元，其与所述处理室相连，并向所述处理室中喷射高压的第一蚀刻气体，以高速蚀刻具有大表面的所述晶片；以及第二等离子体单元，其与所述处理室相连，并向所述处理室中喷射低压的第二蚀刻气体，以去除晶片的应力从而形成铜柱，并蚀刻所述晶片的表面以形成所需要的粗糙度。
[0017]例如，第一等离子体单元可以是具有铁氧体磁芯的远程等离子体单元，所述铁氧体磁芯具有感应线圈。
[0018]例如，第一蚀刻气体可以包括NF3和SF6中的至少一种。
[0019]例如，第二等离子体单元可以是在两个平行板之间产生等离子体的电容耦合等离子体(CCP)单元。
[0020]替代地，第二等离子体单元可以是通过线圈产生等离子体的感应耦合等离子体(ICP)单元。
[0021]另一方面，所述晶片蚀刻装置还可以包括具有多个气体出口的管道，第一蚀刻气体通过所述气体出口从第一等离子体单元被均匀喷射到处理室中。
[0022]另外，卡盘可设置在处理室中，并且可具有不规则粗糙度的上表面以在所述上表面和晶片之间产生微小空间，冷却气体通过该微小空间被提供到所述晶片以冷却所述晶片。
[0023]例如，卡盘可以包括:支撑晶片的上部本体，该上部本体具有不规则粗糙度的上表面；以及下部本体，上部本体设置在该下部本体上，该下部本体包括在其内部形成的供水线。
[0024]例如，上部本体的上表面可以包括:在除外围区域之外的部分处形成的具有不规则粗糙度的微小空间部分，使得在晶片和所述微小空间部分之间产生微小空间；以及在外围区域形成的接触部分，使得所述接触部分具有比所述微小空间部分更致密更微小的表面，以防止冷却用的冷却气体从所述微小空间排出。
[0025]根据本发明实施例，晶片蚀刻方法包括:通过将高压的第一蚀刻气体经由第一等离子体单元喷射到设置有晶片的处理室中而大面积地蚀刻所述晶片；通过将低压的第二蚀刻气体经由第二等离子体单元喷射到处理室中与第一蚀刻气体一起蚀刻所述晶片；以及通过停止运行第一等离子体单元，同时仅通过第二蚀刻气体除去晶片的应力，形成铜柱并蚀刻所述晶片，以在所述晶片的表面上形成需要的粗糙度。
[0026]例如，通过将第一蚀刻气体和第二蚀刻气体喷射到处理室来蚀刻晶片可以包括:通过第二等离子体单元将第二蚀刻气体连同第一蚀刻气体一起喷射到处理室中以蚀刻晶片，降低处理室的压力并逐渐增加第二蚀刻气体的喷射量，逐渐降低处理室的压力并逐渐减少第一蚀刻气体的喷射量。
[0027]例如，优选地，当处理室的压力降低到第二等离子体单元可产生等离子体的压力时，停止喷射第一蚀刻气体。
[0028]另一方面，优选地，当停止喷射第一蚀刻气体时，均匀喷射第二蚀刻气体。
[0029]有益效果
[0030]根据本发明实施例的晶片蚀刻装置和使用所述晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法，所述晶片蚀刻装置包括第一等离子体单元和第二等离子体单元，其中所述第一等离子体单元为电容耦合等离子体单元或感应耦合等离子体单元中的一种，所述第二等离子体单元为具有铁氧体磁芯的远程等离子体单元，所述铁氧体磁芯具有感应线圈，通过第一等离子体单元首先对晶片进行高速蚀刻，然后通过第二等离子体单元去除晶片的应力从而形成铜柱，并且同时对晶片进行再次蚀刻以在晶片的表面形成粗糙度，从而能够对晶片进行高速蚀刻。
[0031]因此，根据本发明实施例所述的晶片蚀刻装置和使用所述晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法，减少了晶片蚀刻的处理时间。
[0032]进一步地，与常规晶片蚀刻装置使用冷却气体通过卡盘的沟槽来冷却晶片有所不同，本发明晶片冷却装置的卡盘具有粗糙的上表面，以在所述上表面和晶片之间形成微小空间，冷却用的氦气通过该微小空间被提供到晶片，从而防止在常规晶片蚀刻装置的沟槽中产生的不想要的等离子体。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为示出了本发明实施例的晶片蚀刻装置的透视图。
[0034]图2为示出了本发明实施例的晶片蚀刻装置内部的剖视图。
[0035]图3为示出了本发明实施例的卡盘的俯视图。
[0036]图4为用以说明本发明实施例的卡盘的剖视图。
[0037]图5为用以说明在晶片和卡盘之间形成微小空间的状态的图。
[0038]图6为根据本发明实施例的使用晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法的流程图。
[0039]图7为用以说明通过向处理室同时喷射第一和第二蚀刻气体来蚀刻晶片的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0040]本发明可以以多种不同的形式实施，并结合附图进行说明。但本发明不应解释为对本文所阐述实施例的限定，而应理解为包括所有的修改、等同物和替代物。
[0041]例如‘第一’、‘第二’等术语可以用于各个元件，但是该元件不应受所述术语的限制。所述术语仅用于区分一个元件与其它元件。例如，在本发明中，第一元件可以称为第二元件，第二元件可以称为第一元件。
[0042]本申请中所使用的术语仅仅是为了说明具体实施方例，并不是意在限制本发明。术语“一”、“一个”和“所述”指“一个或多个”，除非另有指明。术语“包括”、“包含”等用于指明本申请的特征、数目、过程、结构元件、部件和组合部件，应理解为，其不排除一个或多个不同特征、数目、过程、结构元件、部件和组合部件。
[0043]本说明书中所使用的技术术语或科学术语与本领域技术人员通常所理解的具有相同含义，除非另有不同定义。
[0044]常用字典中定义的术语应根据上下文进行理解，不应理想化或过度地进行理解，除非另有不同定义。
[0045]以下将结合附图对本发明的优选实施例进行说明。
[0046]图1为示出了本发明实施例的晶片蚀刻装置的透视图；图2为示出了本发明实施例的晶片蚀刻装置内部的剖视图；图3为示出了本发明实施例的卡盘的俯视图；图4为用以说明本发明实施例的卡盘的剖视图；图5为用以说明在晶片和卡盘之间形成微小空间的状态的图。
[0047]参照图1至图5，本发明实施例的晶片蚀刻装置10包括处理室100、卡盘110、第一等离子体单元120和第二等离子体单元130。
[0048]处理室100包括排气口 101，并且处理室100的内表面被陶瓷材料覆盖。
[0049]卡盘110设置在处理室100中。卡盘110具有圆盘形状，并且晶片20设置在卡盘110上。卡盘110具有多个销孔111，升举所述晶片20的销穿过销孔111。卡盘110包括上部本体112和下部本体113。例如，上部本体112包括陶瓷材料，下部本体113包括铝。上部本体112支撑晶片20，该晶片20设置在上部本体112的上表面上，上部本体112的上表面具有粗糙度，使得在所述上表面和晶片20之间产生微小空间30。冷却用的氦气被引入所述微小空间30以冷却晶片20。上部本体112的上表面可以具有微小空间部分112a和接触部分112b。微小空间部分112a在除外围区域之外的部分处形成以具有粗糙度，使得在晶片20和微小空间部分112a之间产生微小空间30。接触部分112b形成在外围区域，使得接触部分112b比微小空间部分112a具有更致密更微小的表面，以防止冷却用的氦气从微小空间30中排出。
[0050]上部本体112设置在下部本体113上，下部本体113包括在其内部形成的供水线113a。另外，下部本体113与DC电源(未示出)电连接。如上文所述，本发明实施例的晶片蚀刻装置10的卡盘110的具有粗糙的上表面，使得在所述上表面和晶片20之间形成微小空间30，以引导冷却晶片20用的氦气。
[0051]如上所述，本发明实施例的卡盘110应用氦气来冷却晶片20，所述氦气穿过在所述上表面和晶片20之间形成的微小空间30，而不是穿过沟槽，因此防止了产生于沟槽和晶片之间的空间中的等离子体。因此，可以减少不需要的等离子体对晶片造成的损坏。
[0052]将第一等离子体单元120与处理室100相结合，并向处理室100喷射几托(一至十托)第一蚀刻气体，从而高速蚀刻具有大表面的所述晶片20。例如，第一等离子体单元120可以是具有铁氧体磁芯的远程等离子体单元，所述铁氧体磁芯具有感应线圈。第一蚀刻气体可以包括NF3、SF6, 02、N2, Ar等。
[0053]将第二等离子体单元130与处理室100相结合，并向处理室100喷射几毫托至几百毫托(低于第一等离子体单元120)第二蚀刻气体，以除去晶片20的应力，形成铜(Cu)柱，并蚀刻晶片20的表面以形成需要的粗糙度。例如，第二等离子体单元130可以是在两个平行板之间产生等离子体的电容耦合等离子体(CCP)单元。可选地，第二等离子体单元130可以是通过线圈产生等离子体的感应耦合等离子体(ICP)单元。所述第二蚀刻气体可包括 No、Ar、NF3 等。
[0054]另一方面，本发明实施例的晶片蚀刻装置进一步包括具有多个气体出口 141的导管140，第一蚀刻气体通过其从第一等离子体单元120被均匀喷射到处理室100中。导管140具有甜甜圈形状的圆环结构，并且在导管140的内侧形成所述多个气体出口 141。例如，所述多个气体出口 141可形成为具有狭槽形状的孔形。导管140向晶片20分配第一等离子体单元120产生的自由基。为了将第一等离子体单元120产生的第一蚀刻气体更均匀地喷射到晶片20上，导管140的多个气体出口 141可以具有不同尺寸。例如，导管140的气体入口部分具有相对更高的压力，使得接近该气体入口的气体出口 141具有较小的尺寸，随着气体出口 141更加远离所述气体入口，气体出口 141的尺寸增加。
[0055]以下将结合图1至图7对根据本发明实施例的使用晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法进行描述。
[0056]图6为根据本发明实施例的使用晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法的流程图；图7为用以说明通过向处理室同时喷射第一和第二蚀刻气体来蚀刻晶片的步骤的流程图。
[0057]参照图1至图7，为了使用本发明实施例的晶片蚀刻装置来蚀刻晶片20，将晶片20设置在处理室100中(步骤S110)。详细地说，晶片20被设置在处理室100内的卡盘110上。
[0058]在设置好晶片20后，将I?10托的高压第一蚀刻气体喷射到设置有晶片20的处理室100内，通过第一等离子体单元120首先对具有大表面的晶片20进行蚀刻(步骤S120)。在此情况下，使用NF3气体或SF6气体作为第一蚀刻气体的主要气体，使得氟(F)与晶片中的硅(Si)反应，从而蚀刻晶片20。
[0059]在使用第一蚀刻气体首先对晶片20进行蚀刻后，通过第二等离子体单元130向处理室100内喷射第二蚀刻气体，以与第一蚀刻气体一起对晶片20进行再次蚀刻，第二蚀刻气体的压力低于第一等离子体单元120喷射的第一蚀刻气体(步骤S130)。在此情况下，第二等离子体单元130在高压下不产生等离子体，为远程等离子体单元的第一等离子体单元120在高压下产生等离子体，但是当处理室中的第一蚀刻气体中存在自由基F*时，第二等离子体单元130即使在高压下仍能产生等离子体。
[0060]为了更详细地说明S130步骤，通过第二等离子体单元130将第二蚀刻气体连同第一蚀刻气体一起进行喷射，降低处理室100中的压力(S131)。在向处理室100喷射第一和第二蚀刻气体后，逐渐增加第二蚀刻气体的喷射量，以蚀刻晶片20，逐渐降低处理室100的压力并且逐渐减少第一蚀刻气体的喷射量(步骤132)。
[0061]同时向处理室100喷射第一和第二蚀刻气体以蚀刻晶片20的原因是:由于当仅使用第一蚀刻气体或远程等离子体时，光消失得太快，因此不能使用常规使用的端点检测器(EPD)或常规使用的光发射系统(OES)。因此，将第一蚀刻气体与光存在时间相对较长的第二蚀刻气体一起喷射到处理室100中，产生等离子体，使得在以下将进行说明的步骤S140中，通过使用端点检测器(EPD)和光发射系统(OES)能够检测到停止蚀刻晶片20的时间。
[0062]在将第一和第二蚀刻气体同时喷射到处理室100中蚀刻晶片20之后，停止运行第一等离子体单元120，仅将第二蚀刻气体通过第二等离子体单元130喷射到处理室100中，不仅用以去除晶片20的应力并且形成铜柱，而且在晶片20的表面上形成粗糙度(步骤S140)。
[0063]当处理室100的压力降低到第二等离子体单元130可以产生出等离子体的压力时，停止喷射第一蚀刻气体。并且当停止喷射第一蚀刻气体时，均匀喷射第二蚀刻气体。
[0064]根据本发明实施例所述的晶片蚀刻装置和使用所述晶片蚀刻装置的晶片蚀刻方法，所述晶片蚀刻装置包括第一等离子体单元120以及第二等离子体单元130，其中所述第一等离子体单元120为电容耦合等离子体单元或感应耦合等离子体单元中的一种，所述第二等离子体单元130为具有铁氧体磁芯的远程等离子体单元，所述铁氧体磁芯具有感应线圈，通过第一等离子体单元120首先对晶片20进行高速蚀刻，然后通过第二等离子体单元130不仅去除晶片20的应力并形成铜柱而且对晶片20进行再次蚀刻，以便在晶片20的表面形成粗糙度，从而能够对晶片20进行高速蚀刻。
[0065]对本领域技术人员而言，显而易见的是，在不偏离本发明精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明涵盖所提供的对本发明进行的修改和改变，所述修改和改变均落在所附权利要求及其等效物的范围内。
【权利要求】
1.一种晶片蚀刻装置，包括: 处理室，其具有设置于其中用以支撑晶片的卡盘； 第一等离子体单元，其与所述处理室相连，并向所述处理室中喷射高压的第一蚀刻气体，以高速蚀刻具有大表面的所述晶片；以及 第二等离子体单元，其与所述处理室相连，并向所述处理室中喷射低压的第二蚀刻气体，以去除所述晶片的应力从而形成铜柱，并蚀刻所述晶片的表面以形成所需要的粗糙度。
2.根据权利要求1所述的晶片蚀刻装置，其中，所述第一等离子体单元为具有铁氧体磁芯的远程等离子体单元，所述铁氧体磁芯具有感应线圈。
3.根据权利要求1所述的晶片蚀刻装置，其中所述第一蚀刻气体包括NF3和SF6中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的晶片蚀刻装置，其中所述第二等离子体单元为在两个平行板之间产生等离子体的电容耦合等离子体(CCP)单元。
5.根据权利要求1所述的晶片蚀刻装置，其中所述第二等离子体单元为通过线圈产生等离子体的感应稱合等离子体(ICP)单元。
6.根据权利要求1所述的晶片蚀刻装置，还包括具有多个气体出口的导管，所述第一蚀刻气体通过其从所述第一等离子体单元被均匀喷射到所述处理室中。
7.根据权利要求1所述的晶片蚀刻装置，其中所述卡盘设置在所述处理室中，并具有不规则粗糙度的上表面以在所述上表面和所述晶片之间产生微小空间，冷却气体通过该微小空间被提供到所述晶片以冷却所述晶片。
8.根据权利要求7所述的晶片蚀刻装置，其中所述卡盘包括: 支撑所述晶片的上部本体，该上部本体具有不规则粗糙度的上表面；以及 下部本体，所述上部本体设置在该下部本体上，该下部本体包括在其内部形成的供水线。
9.根据权利要求8所述的晶片蚀刻装置，其中所述上部本体的上表面包括: 在除外围区域之外的部分处形成的具有不规则粗糙度的微小空间部分，使得在所述晶片和所述微小空间部分之间产生微小空间；以及 在外围区域形成的接触部分，使得所述接触部分具有比所述微小空间部分更致密更微小的表面，以防止冷却用的冷却气体从所述微小空间排出。
10.一种晶片蚀刻方法，包括: 通过将高压的第一蚀刻气体经由第一等离子体单元喷射到设置有晶片的处理室中蚀刻具有大表面的所述晶片； 通过将低压的第二蚀刻气体经由第二等离子体单元喷射到处理室中与所述第一蚀刻气体一起蚀刻所述晶片；以及 通过停止运行所述第一等离子体单元，同时仅通过所述第二蚀刻气体除去所述晶片的应力，形成铜柱并蚀刻所述晶片，以在所述晶片的表面上形成所需的粗糙度。
11.根据权利要求10所述的晶片蚀刻方法，其中通过将所述第一蚀刻气体和所述第二蚀刻气体喷射到所述处理室中蚀刻所述晶片包括: 通过所述第二等离子体单元将所述第二蚀刻气体连同所述第一蚀刻气体一起喷射到所述处理室中，降低所述处理室的压力；以及 逐渐增加所述第二蚀刻气体的喷射量以蚀刻所述晶片，逐渐降低所述处理室的压力并逐渐减少所述第一蚀刻气体的喷射量。
12.根据权利要求10所述的晶片蚀刻方法，其中当所述处理室的压力降低到所述第二等离子体单元可产生等离子体的压力时，停止喷射所述第一蚀刻气体。
13.根据权利要求10所述的晶片蚀刻方法，其中当停止喷射所述第一蚀刻气体时，均匀喷射所述第二蚀刻气体。
【文档编号】H01L21/3065GK104137234SQ201280064810
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年12月29日
【发明者】朴生万, 吴丞倍 申请人:罗泽系统株式会社