JP2018533039A - 基板背面テクスチャリング - Google Patents

Abstract

記載される態様は、リソグラフィーの歪みを減少させるための方法および装置に関する。半導体基板の背面をテクスチャリングしてもよい。次いで、テクスチャリングされた背面を有する半導体基板上でリソグラフィープロセスを行ってもよい。

Description

本願は、その全体の内容が参照により本願に組み込まれる、２０１５年８月２２日に出願された米国特許仮出願第１４／８３３，０４４号についての優先権を主張する。

集積回路（ＩＣ）の製造中に半導体基板を露光するために、基板を、イメージングスキャナまたはカメラ上にチャックしてもよい。チャックの間、ウエハは、しわが寄り得る「パンケーキ」であると考えられ得、ウエハ上に投影されたイメージの顕著な歪みをもたらす。集積回路製造において複数のリソグラフィー層を配列させる場合には、これは、性能全体に有害な影響をもたらす。

本願において記載される態様は、リソグラフィーの歪みを減少させるための方法および装置に関する。半導体基板の背面を、テクスチャリングしてもよい。次いで、テクスチャリングされた背面を有する半導体基板上でリソグラフィープロセスを行ってもよい。

いくつかの態様の詳細な説明を、添付の図面を併用して以下で提供する：

図１は、チャックピンおよび半導体基板の簡素化された図であり； 図２は、態様によるプロセスの図示であり； 図３は、態様による装置の図示であり； 図４は、半導体基板材料および対応するエッチャントを例示するチャートであり； 図５は、態様による装置の図示であり； 図６は、態様によるプロセスの図示であり； 図７は、半導体基板の背面と関連する粗度の図示である。

ＩＣ製造に典型的なのは、半導体基板の背面がプロセシングの間に汚染され得るということである。汚染物質には、残留フィルムおよび有機および無機粒子が含まれ得る。かかる汚染物質は、例えば、ＳｉＮまたはＳｉＯ_２フィルムの成長などの熱的材料成長（thermal material growth）、フォトレジストプロセシング、高速熱アニーリングおよび／または化学気相成長（ＣＶＤ）などの製造プロセスにおける多くのステップ由来であり得る。さらに、例えば、ロボットアームによりウエハがツールからツールへ移送される間などのウエハの取り扱いにより、背面基板表面はまた引っ掻かれた状態となり得る。

ウエハ背面の状態は、イメージングスキャナまたはカメラ上でのチャックの間にもたらされる、最終ウエハ歪みシグネチャ（final wafer distortion signature）において有意な役割を担い得る。図１は、例えばチャックピン１００および半導体基板１０４を受容するウエハステージ１０２などの接触エリアを示す。粒子１０６が、半導体基板１０４の裏面にくっついている。基板１０４の背面表面およびチャックピン１００間の相互作用により、どのように基板１０４がピン１００にわたってずれるであろうかが決定される。例えば、粒子１０６が存在するか、または表面の不均一性が存在する場合などの、基板１０４の背面が均一でない場合には、基板１０４は、各ピン１００において異なるずれを生じ、非均一な基板の歪みをもたらす。かかる歪みは乏しいオーバーレイ（overlay）性能をもたらし得るので、非均一な基板の歪みは所望されない。

歪みの均一性を改善するために、およびおそらくはオーバーレイ性能を改善するために、チャックピン１００に接触する半導体基板１０４の背面表面をテクスチャリングして、チャック上でのウエハのずれによる、より均一なウエハの歪みを製造し得る。半導体基板１０４の背面をテクスチャリングして、スキャナチャックの間に半導体基板１０４の背面にわたるずれの均一性を改善するより小さな摩擦係数を生成させる。

図２は、態様による歪み均一性を改善するためのプロセスを例示する。基板２００のロットを２０２でテクスチャリングして、次いで２０４でフォトレジストプロセシングを行う。フォトレジストプロセシング２０４には、各基板２００の最上面のフォトレジストコーティングおよびベーキングが含まれてもよい。テクスチャリング２０２およびフォトレジストプロセシング２０４を、ウエハトラックシステム２０６で行ってもよい。

フォトレジストプロセシング２０４に続き、各半導体基板２００をスキャナ中で露光２０８してもよく、そのために各基板２００がチャックピン１００上でチャックされてもよい。次いで、各半導体基板２００にさらなるフォトレジストプロセシング２１０を行って、フォトレジストを現像する。次に、２１２で、例えば、Ａｒｃｈｅｒツールを使用するなどしてオーバーレイ計測を行う。後続のプロセシングを、次いで２１４で、例えばエッチングなどを行ってもよい。

テクスチャリング２０２の前に、露光２０８で用いられるフォトリソグラフィーツールの、例えばチャックピン１００などの接触エリアを決定してもよい。ロット２００における１つまたは２つ以上の基板の背面のテクスチャを決定してもよい。以下でより詳細に説明するとおり、決定は、半導体基板の１つまたは２つ以上の部分での背面フィーチャの出現率、半導体基板の１つまたは２つ以上の部分での背面フィーチャの幅（amplitude）、および／または１つまたは２つ以上の接触エリアのサイズに、少なくとも部分的に基づくものであってもよい。決定には、プロセッサを有するコンピュータおよび例えばメモリなどのコンピュータ読み出し可能な非一時的媒体を含む顕微鏡ツールが用いられてもよい。メモリは、プロセッサに顕微鏡ツールを制御させて背面表面テクスチャリングを決定するためのプログラムの指示を保存してもよい。

基板の背面のテクスチャリング２０２を、化学的に、機械的に、またはプラズマプロセスまたはレーザにより達成してもよい。任意に、予備プロセスとして、基板の背面をクリーニングして、例えば粒子または残留フィルムなどの汚染物質を除去してもよい。テクスチャリング２０２は基板の表面を改修して、背面がテクスチャリングされていない基板と比較して、より小さく均一な摩擦係数を達成する。より小さくより均一な摩擦係数により、チャックの間のより均一なウエハ歪みシグネチャが得られ得、これにより、後続のリソグラフィーレベルスタッキングの間のオーバーレイ性能を改善する。

図３は、態様による歪み均一性を改善するための装置を例示する。ロット３００における半導体基板を、基板の背面をテクスチャリングするエッチャー３０２に提供する。上で述べたとおり、基板をまずクリーニングステーションに提供して基板の背面をクリーニングしてもよく、またはクリーニングがエッチャー３０２中で生じてもよく、またはクリーニングがエッチャー３０２中で生じてもよい。エッチャー３０２に続き、基板３００をフォトレジストコーター／オーブン３０４に提供してもよい。コーター／オーブン３０４中で、フォトレジスト材料を基板の最上部側に塗布して、その上でベーキングする。エッチャー３０２およびコーター／オーブン３０４は、ウエハトラックシステム３０６の一部であってもよい。

フォトレジスト層を有する基板を、次いで、スキャナ３０８中で露光してもよく、そのために各基板３００がチャックピン１００上にチャックされてもよい。次いで、基板を、フォトレジスト現像部３１０へ移送する。フォトレジストを現像した後、基板を例えばＡｒｃｈｅｒツールなどのオーバーレイ計測ツール３１２へ、計測を行うために移送してもよい。続いて、各基板を後続のプロセシング３１４のために移送する。

上で述べたとおり、テクスチャリング２０２を化学的に達成してもよい。よって、エッチャー３０２は化学エッチャーであってもよい。用いられる化学エッチャントは、除去される材料に依存する。テクスチャリング２０２には、例えばシリコン窒化物、酸化物などの所望されない残留フィルムを除去するエッチャント；基板の背面をテクスチャリングするやり方でシリコンを除去するエッチャント；または両方の組み合わせ、での処理が含まれてもよい。シリコン基板および／または基板の背面上の材料をエッチングするのに使用され得るエッチャントを、図４にリスト化する。図４は、エッチングされる材料および対応するエッチャントの例を提供するが、可能性のある基板材料および対応するエッチャントのリストは図４において特定されたものに限定されない。用いられてもよい他の基板材料およびエッチャントは、当業者に知られている。例えば、他の基板材料には、ＧａＡｓ、サファイア、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）およびニオブ酸リチウムが含まれてもよい。２種または３種以上の化学物質の組み合わせを使用して、基板のエッチング速度を制御してもよく、これにより、例えば表面が凹みを有するかまたはスムースであるかどうかなどの、表面についての結果的なジオメトリが決定される。

エッチングに加えて、基板の背面の摩擦係数を変化させる別の方法は、原子レベルで材料の特徴または特性を化学的に変化させることである。例えば、当業者には周知である、基板の背面表面と反応するＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）または他の蒸気処理などの蒸気処理の使用を用いてもよい。例えば、より希釈された形態で、図４にリスト化されたエッチャントはまた、基板の背面を化学的に改変させ得る。表面を化学的に変化させることにより、異なる表面エネルギーおよび摩擦特性が達成され、スキャナステージ１０２上のチャックピン１００との基板の相互作用を変化させてもよい。

テクスチャリング２０２は、代替的にプラズマまたはドライエッチャー３０２を含んでもよい。化学エッチングと同様に、目的は、所望されない残留フィルムを除去すること；ウエハ表面をテクスチャリングするやり方でシリコンをエッチングすること；または両方の組み合わせ、である。

代替的に、テクスチャリング２０２は、研磨することにより達成されてもよい。図５は、研磨機を用いて歪み均一性を改善するための装置を例示する。ロット５００における半導体基板を、基板の背面をテクスチャリングする研磨機５０２に提供する。上で述べたとおり、基板をまずクリーニングステーションに提供して基板の背面をクリーニングしてもよい。研磨機５０２に続き、基板をフォトレジストコーター／オーブン５０４に提供してもよい。コーター／オーブン５０４中で、フォトレジスト材料を基板の最上部側に塗布して、その上でベーキングする。研磨機５０２およびコーター／オーブン５０４は、ウエハトラックシステム５０６の一部であってもよい。

フォトレジスト層を有する基板を、次いで、スキャナ５０８中で露光してもよく、そのために各基板５００がチャックピン１００上にチャックされてもよい。次いで、基板を、フォトレジスト現像部５１０へ移送する。フォトレジストを現像した後、基板を例えばＡｒｃｈｅｒツールなどのオーバーレイ計測ツール５１２へ、計測を行うために移送してもよい。続いて、各基板を後続のプロセシング５１４のために移送する。

研磨機５０２は、基板の背面をこする／引っ掻く回転研磨ブラシを含み、汚染物質を除去して所望のテクスチャを創出してもよい。回転研磨ブラシのヘッドには、中に埋め込まれたダイヤモンド粒子と基板を接触させる表面が含まれてもよい。当業者は、基板の背面に接触させるためのあらゆる適切な硬質材料を用いてもよいことを理解するであろう。ダイヤモンド粒子の代替物として、シリコンカーバイドをまた用いてもよい。

研磨ブラシは、乾燥状態のウエハと接触してもよい。代替的に、スラリー材料を研磨プロセス中に添加してもよい。スラリーには、研磨剤が含まれてもよい。代替的に、例えばＨＤＭＳ、ＴＭＡＨまたは図４にリスト化されたエッチャントのいずれかなどの化学薬品を、研磨プロセスの間に用いてもよい。

代替的に、テクスチャリング２０２を、レーザ処理により達成してもよい。図６は、研磨機を用いて歪み均一性を改善するための装置を例示する。ロット６００における半導体基板を、基板の背面をテクスチャリングするレーザ部品６０２に提供する。上で述べたとおり、基板をまずクリーニングステーションに提供して基板の背面をクリーニングしてもよい。レーザ部品６０２に続き、基板をフォトレジストコーター／オーブン６０４に提供してもよい。コーター／オーブン６０４中で、フォトレジスト材料を基板の最上部側に塗布して、その上でベーキングする。レーザ部品６０２およびコーター／オーブン６０４は、ウエハトラックシステム６０６の一部であってもよい。

フォトレジスト層を有する基板を、次いで、スキャナ６０８中で露光してもよく、そのために各基板６００がチャックピン１００上にチャックされてもよい。次いで、基板を、フォトレジスト現像部６１０へ移送する。フォトレジストを現像した後、基板を例えばＡｒｃｈｅｒツールなどのオーバーレイ計測ツール６１２へ、計測を行うために移送してもよい。続いて、各基板を後続のプロセシング６１４のために移送する。

レーザ部品６０２は、本願に記載の範囲内で表面粗度を改変するための基板の背面に適用され得るパルスまたは連続レーザビームを発生させてもよい。レーザビームを使用して、背面の一部を気化させるかまたは融解させて、フォトリソグラフィープロセスの間のチャックプロセスの間に、「しわ寄せ」または「パンケーキ化」を防止し得る、より均一な表面を達成してもよい。レーザビームは、特定の配向または楕円率に限定されなくてもよい。

一態様において、レーザビーム波長、フルエンス、照射量、オーバーラップ、またはこれらのあらゆる組み合わせを最適化して、背面基板表面を調整してもよい。当業者は、これらの変数を調節して、本願明細書に記載された表面粗度条件を達成してもよい。これらの変数をまた調節して、背面調整の間に基板の前面加熱を最小化してもよい。波長は、放射された放射線の反復性電磁波シグネチャの類似のフィーチャ間の距離を示すレーザビーム部品６０２から放射される放射線に特徴的であってもよい。フルエンスは、レーザビームのパルス毎のエネルギーであってもよい。レーザビームの照射量を、フルエンスおよびレーザビームが基板上の特定の位置にわたってまたは位置内に留まる時間の量により決定してもよい。異なるレーザビームパルス間の距離は、マイクロメーター（μｍ）（例えば、＜１０μｍなど）で測定されてもよい距離を含んでもよいオーバーラップと称されてもよい。

一態様において、図８の説明で記載するとおり、背面表面および各チャックピン１００間に５〜２０個のタッチポイントが存在する場合には、上記の変数を最適化して、最小化され得る表面粗度を達成してもよい（the aforementioned variables may be optimized to achieve a surface roughness may be minimized）。１つの特定の態様において、レーザビーム波長は、３００ｎｍ〜１４００ｎｍであってもよく、レーザビーム波長を最適化して、表面で高い吸光度および基板の背面上の標的深さを超えて伝導される屈折光を得てもよい。別の態様において、レーザビームはまた、約１５０Ｊ／ｃｍ^２の照射量を基板上の１つまたは２つ以上の位置へ送達し得るパルスレーザビームであってもよい。

図７は、歪み均一性を改善するための、図２の代替のプロセスを例示する。要素７００〜７１４は、図２における要素２００〜２１４と同様であり得、したがって説明を繰り返さない。いったんオーバーレイ計測測定値を７１２で取得したところで、測定値を用いてオーバーレイシグネチャを較正するオーバーレイモデル７１６を創出してもよい。オーバーレイモデル７１６を用いて、７０８で露光を修正してオーバーレイシグネチャを補正する。このフィードバックプロセスを、例えば１０〜１２ロット毎の基板などで繰り返してもよい。

図８は、基板の背面上でのテクスチャリングの例示を表す。テクスチャリングは、制御された粗度を提供する。粗度を、基板における一連の谷および山として説明してもよい。粗度は、谷からピークまでの垂直距離を表す幅Ａ、およびピーク間の距離を示す周期λにより特徴づけられてもよい。粗度はまた、基板の背面のエリアにわたる周期および／または幅の均一性により特徴づけられてもよい。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、これらのマトリクスを測定するか、または定量化してもよい。顕微鏡ツールを、プロセッサおよび例えばメモリなどのコンピュータ読み出し可能な非一時的媒体を含むコンピュータにより制御してもよい。メモリは、上で検討された１つまたは２つ以上のパラメータおよび／またはフォトリソグラフィーツールの接触エリアのサイズに基づいて、プロセッサに顕微鏡ツールを制御させて背面表面テクスチャを決定させるためのプログラムの指示を保存してもよい。

最適なテクスチャリングの特徴は、半導体基板１０４およびスキャナ１０２上のチャックピン１００間の相互作用により規定される。真空として半導体基板１０４背面およびチャックピン１００間の相互作用がチャックの間に適用され、２つの表面間に存在する摩擦係数により主に決定される（The interaction between the substrate 104 backside and chuck pins 100 as a vacuum is applied during chucking is primarily determined by the coefficient of friction that exists between the two surfaces）。一般に、基板１０４の背面が最適範囲から、よりスムースが増し、およびよりスムースさがなくなるという両方になるにつれて、摩擦係数はより高くなる。より高い摩擦係数により、より大きな歪みレベルがもたらされる。さらに、ウエハにわたる摩擦係数の均一性は、歪みにも影響を与える基板のずれの均一性に有害な影響をもたらし得る。より大きな非均一性により、基板にわたるより大きなばらつき（variability）を有する基板の歪みがもたらされ得、これはより劣ったオーバーレイ性能をもたらす。

一般に、半導体の背面をテクスチャリングして、チャックピン１００および基板１０４間の有効な接触エリアに有害な影響を与える。一般に、最適範囲が、テクスチャリングの周期λについて存在し得る。テクスチャリングの周期λが小さすぎる場合には、基板１０４背面は、多すぎる位置でチャックピン１００にタッチして、摩擦係数を最小化し得る。周期λが大きくなりすぎる場合には、基板１０４およびチャックピン１００間のタッチポイントの数は、少なすぎて基板１０４がチャックピン１００上でひっかかり、摩擦係数を増加させ得る。ウエハ背面上のテクスチャリングの幅Ａはまた、特にチャックピン１００自体の表面粗度を考慮する場合には、摩擦係数を決定する役割を担ってもよい。したがって、態様はまた、テクスチャリング幅Ａの特徴化を有し、摩擦係数を最小化する。

一態様において、背面テクスチャリングは、基板の背面の少なくとも一部にわたって５０ｎｍ以内の幅Ａを有してもよい。

典型的には、チャックピン１００は、１５０ミクロンのオーダーの直径を有してもよい。テクスチャリングの周期λが各接触ピン１００の幅より小さい場合には、摩擦係数を最小化してもよい。背面表面および各チャックピン１００間に５〜２０個のタッチポイントが存在する場合には、摩擦係数を最小化してもよい。テクスチャリングの周期λは、各チャックピン１００の幅の１／５〜１／１０であってもよい。背面フィーチャは、ミリメーター毎に７０コンタクト以下の出現率で各チャックピンに接触してもよい。代替的に、背面フィーチャは、ミクロン毎に５〜１０コンタクト以下の出現率で各チャックピンに接触してもよい。

一態様において、背面フィーチャの幅Ａは、互いに１０ｎｍ以内の分布であってもよい。

一態様において、上でリスト化された幅、周期および／または均一性要件を一緒に組み合わせて、個別に使用して、または集合的に使用してもよい一方で、１つまたは２つ以上の要件を省略してもよい。

いくつかの態様を上で詳細に説明してきたが、当業者は、本発明の新規な教示から実質的に逸脱することなく、記載された態様における多くの修正が可能であることを容易に十分に理解するであろう。したがって、かかる全ての修正は、以下の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (15)

1. フォトリソグラフィーツール上でプロセスされる半導体基板の背面テクスチャリングを決定するための方法であって、前記方法は、以下：
   半導体基板のためのフォトリソグラフィーツール上で１つまたは２つ以上の接触エリアを決定するステップ；
   少なくとも部分的に、以下：
   半導体基板の１つまたは２つ以上の部分での半導体基板の背面フィーチャの出現率、
   半導体基板の１つまたは２つ以上の部分での背面フィーチャの幅、または
   １つまたは２つ以上の接触エリアのサイズ、
   に基づく半導体基板のための背面表面テクスチャリングを決定するステップ；および
   半導体基板をプロセシングして、基板および１つまたは２つ以上の接触エリア間の摩擦係数を減少させる標的背面表面テクスチャリングを得るステップ、
   を含む、方法。
2. プロセスされた背面がミリメーター毎に７０コンタクト以下の出現率で１つまたは２つ以上の接触エリアの各々に接触する、請求項１に記載の方法。
3. 背面フィーチャの幅が、互いに１０ｎｍ以下の差である、請求項２に記載の方法。
4. プロセシングが、レーザビームで背面フィーチャを除去することを含む、請求項１に記載の方法。
5. レーザビームが、３００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長を含む、請求項４に記載の方法。
6. レーザビームが、約１５０Ｊ／ｃｍ^２の照射量を含む、請求項５に記載の方法。
7. プロセシングが、１０μｍ以下のレーザビームオーバーラップを含む、請求項６に記載の方法。
8. プロセシングが、研磨またはレーザ処理と併せて、少なくとも１種の化学薬品で背面の１つまたは２つ以上のフィルムおよび／または材料を除去することを含む、請求項６に記載の方法。
9. リソグラフィーの歪みを減少させる方法であって、前記方法は、以下：
   半導体基板の背面をテクスチャリングするステップ；および
   １つまたは２つ以上の接触エリアで基板を支持するリソグラフィーツールでテクスチャリングされた背面を有する半導体基板上でリソグラフィープロセスを行い、前記テクスチャリングは、背面および１つまたは２つ以上の接触エリア間の摩擦係数を減少させるステップ、
   を含む、方法。
10. 背面のテクスチャリングが、少なくとも部分的に１つまたは２つ以上の接触エリアのサイズに基づくものである、請求項９に記載の方法。
11. テクスチャリングが、パルスレーザを半導体基板の背面から１つまたは２つ以上のフィルムに適用することを含む、請求項９に記載の方法。
12. パルスレーザが、３００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長を含む、請求項１１に記載の方法。
13. テクスチャリングされた背面が、ミクロン毎に５〜１０コンタクトの出現率で１つまたは２つ以上の接触エリアの各々に接触する、請求項９に記載の方法。
14. テクスチャリングされた背面が、半導体基板の表面に対して垂直方向の距離で１０ｎｍ以下の差のフィーチャを有する、請求項９に記載の方法。
15. さらに、以下：
    基板の前面にイメージを生成するステップ；
    基準値からのイメージの変位を測定するステップ；および
    変位に従ってイメージとの差を有する後続の基板の前面上で改修されたイメージを生成するステップ、
    を含む、請求項９に記載の方法。
    

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