專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法及使用這種方法的半導(dǎo)體襯底的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，是涉及由透過具有設(shè)計圖案的掩膜的曝光光線向半導(dǎo)體襯底的主面復(fù)印設(shè)計圖案的半導(dǎo)體裝置的制造方法及使用這種方法的半導(dǎo)體襯底的制造方法。
背景技術(shù)：
近年，伴隨著MOS(金屬-氧化膜-半導(dǎo)體)型半導(dǎo)體裝置的精細化，對減小線幅(配線寬度)的精細加工提出了更強的要求。另一方面，光平板印刷技術(shù)的精細蝕刻圖案的形成技術(shù)對精細加工來講最為重要。精細圖案的形成，由曝光光線的波長短波化和曝光頭的多開口化(多NA化)謀求解像度的提高是一般地做法。然而，曝光光線的波長短波化和曝光頭的多開口化盡管對精細圖案的形成有利，但是因為曝光光線的焦點深度變淺，就變得無法保證充分的焦點深度。
為此，被曝光面的半導(dǎo)體襯底(晶片＝wafer)和曝光頭的距離，在晶片上的各處都等距離是精細加工的重要因素之一。曝光光線的焦點位置，由對逐次移動曝光裝置載物臺(Stepper Stage)根據(jù)焦點距離提供傾斜(Tilt)等的機械性距離補正是可能調(diào)節(jié)的。然而，這個焦點距離的補正機構(gòu)也只是在曝光中每一次照射加以補正，因為一次照射內(nèi)的補正是不可能的，這樣，一次照射內(nèi)的焦點距離的均一性就變得極其重要。在此，通常的一次照射的曝光區(qū)域(＝site位置)，逐次移動曝光裝置為25mm×25mm的四方形，掃描逐次移動曝光裝置為26mm×8mm的長方形。
可是，決定焦點精度的要因依賴于曝光頭或者是載物臺(stage)驅(qū)動機構(gòu)等，還依賴于要曝光的晶片主面上已經(jīng)形成的圖案的高低影響。因此，對于晶片的主面，要求其為假想平面(理想的曝光面)的小偏差，也就是對于焦點位置偏差小，即平坦的晶片。為此，以前，通過使用將晶片的平整度提高到幾乎與設(shè)計標準相同水準的晶片，以這種做法應(yīng)付焦點深度變淺的情況。這樣，以前的平整晶片，是基本厚度的偏差小的晶片，只要將基本厚度的偏差小的晶片置于逐次移動曝光裝置載物臺上，與焦點面的偏差變小，高精度的圖案的形成就是可能的了。
(非專利文獻1)Tadahito Fujisawa et al.，″Analysis of Wafer Flatness for CD Control inPhotolithography″，Optical Microlithography XV， Proceedings of SPIE Vol.4691(2002)(發(fā)明所要解決的課題)然而，本專利申請的發(fā)明者，結(jié)合了種種研究的結(jié)果，晶片主面和焦點面的偏差，實際上不只取決于晶片的厚度的均勻性，還取決于晶片固定在逐次移動曝光裝置載物臺上的狀態(tài)下晶片主面在逐次移動曝光裝置中相對光學(xué)系統(tǒng)處于什么樣的位置，徹底查明了實際曝光時不只是晶片的厚度的均勻性的提高決定精細加工這一事實。
以下，基于圖面說明以前的晶片和固定它的載物臺的問題點。
圖14(a)～圖14(c)是模式表示以前的將厚度偏差控制在最小的具有高平整度的晶片固定在載物臺上的情況。
如圖14(a)所示那樣，晶片100只要是膜厚均勻且表面和背面完全沒有彎曲的理想晶片，不會產(chǎn)生任何問題。還有，如果載物臺200也具有理想的平整度的話，即使晶片100上多少有一點彎曲，通過將晶片100壓緊在載物臺200上，(晶片的)彎曲也能夠得到矯正，其結(jié)果，晶片100的主面和假設(shè)焦點平面50之間的偏差A(yù)、B、C、D值就變得全部相等。
然而，被稱作以前的具有高平整度的晶片100，實際上如圖14(b)所示那樣，晶片100上各點測定的厚度E、F、G、H即便是相等，也會產(chǎn)生一些彎曲。也就是，生成了彎曲的晶片100，一般稱為瑕疵(snake)晶片。還有，以前的載物臺200也沒有理想的平整度，吸著性亦不完全。
圖14(c)是表示以前的具有彎曲的晶片100固定在逐次移動曝光裝置載物臺210的銷夾頭(pin chuck)上的樣子。正如這樣，在銷夾頭的上面通過真空吸著壓緊固定，由于晶片100的背面的平整狀況，進一步使偏差增大。從這兒也可知道光平面印刷工程中最重要的，不是由決定晶片100的平整度的厚度的均勻性來判定，而是由固定在逐次移動曝光裝置載物臺210的銷夾頭上的狀態(tài)下，自假設(shè)焦點平面50的偏差值決定。這個偏差值即依賴于晶片100的背面狀態(tài)及形狀，也相當大程度依賴于處在逐次移動曝光裝置載物臺210上的(固定)方式和形狀。
也就是，晶片100即便不是厚度不均勻，而由晶片100的背面形狀、在逐次移動曝光裝置載物臺210及銷211的上端面的狀態(tài)，還有與密封部分212的相互作用，出現(xiàn)與晶片100的背面不接觸的銷211，這樣，晶片表面與假設(shè)焦點平面50的偏差A(yù)、B、C、D的值就會變得不一樣，就不能再稱處于固定在逐次移動曝光裝置載物臺210上的狀態(tài)下的晶片100的主面是絕對平整的了。
還有，以前是著眼于厚度的均勻性(厚度的不均勻)判定晶片100的平整度的，這個平整度，是晶片100不固定到載物臺而處于自由狀態(tài)，由使用靜電電容的電學(xué)方法或者是使用斐索干涉計的光學(xué)方法測定其厚度進行評價。還有，晶片100的背面即便是由理想平整面的夾頭(載物臺)完全平整地吸著矯正，算出晶片100主面的平整度。這樣的測定方法，對于測定晶片100的厚度不均勻程度并不為過，但是從這個晶片100的厚度不均勻程度算出的平整度不保證實際的逐次移動曝光裝置的曝光情況時的焦點深度。
從以上的敘述中，在以前的晶片載物臺210上固定的晶片100，形成精細的且高精度的平版印刷圖案是困難的。也就是，如以前那樣，由單純的將晶片100的厚度均勻性改讀成為這個晶片100的平整度的評價方法，要高精度地制造設(shè)計標準為0.15μm以下的一代半導(dǎo)體裝置是極其困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，鑒于上述以前的問題而進行的，其目的在于半導(dǎo)體襯底(晶片)處于固定在載物臺上的狀態(tài)下的這個半導(dǎo)體襯底的主面對于光平版印刷中的曝光光線的假設(shè)焦點平面不產(chǎn)生偏差。
(解決課題的方法)為達到上述目的，本發(fā)明，在設(shè)定使用在半導(dǎo)體裝置中的半導(dǎo)體襯底背面出現(xiàn)的彎曲的周期最小值，比這個彎曲小的凹陷部分的深度最小值，及兩者之間的算數(shù)平均值的最小值的同時，使襯底載物臺上的半導(dǎo)體襯底的主面的平整度成為100nm以下的構(gòu)成。
具體地講，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括將半導(dǎo)體襯底固定在襯底載物臺上的第1工序、通過由透過固定在半導(dǎo)體襯底的主面上的有設(shè)計圖案的掩膜的曝光光線曝光，向半導(dǎo)體襯底的主面上投影設(shè)計圖案的第2工序、位于半導(dǎo)體襯底的主面的另一側(cè)面的背面，形成有斷面凸凹狀的周期為300μm以上的彎曲和開口部分口徑在100μm以下的凹陷部分，形成為彎曲的深度和凹陷部分的深度的算數(shù)平均值在200nm以下，第2工序中，設(shè)定曝光光線的焦點位置和固定在襯底載物臺上的半導(dǎo)體襯底的主面的距離差(偏差)在設(shè)計標準的50％以下。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，位于半導(dǎo)體襯底的主面的另一側(cè)面的背面，形成有斷面凸凹狀的周期為300μm以上的彎曲和開口部分口徑在100μm以下的凹陷部分，形成為彎曲的深度和凹陷部分的深度的算數(shù)平均值在200nm以下，還有，設(shè)定曝光光線的焦點位置和固定在襯底載物臺上的半導(dǎo)體襯底的主面的距離差(偏差)在設(shè)計標準的50％以下，這個半導(dǎo)體襯底的主面與曝光光線(光學(xué)系)的假設(shè)焦點平面的偏差變小，所以即便是設(shè)計標準為0.15μm以下的精細圖案，也可以增大焦點位置的余量(margin)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，半導(dǎo)體襯底的主面被分割成平面正方形的復(fù)數(shù)個位置，第2工序，包含由曝光光線按次序曝光分割了的各個位置的工序，復(fù)數(shù)個位置中，中心位置包含在半導(dǎo)體襯底的主面上的位置，曝光光線的假設(shè)焦點平面和固定在襯底載物臺上的半導(dǎo)體襯底的主面之間的距離差，在由位置平整度面標準最小2次方范圍(SFQR)法表示的情況下，最好的是為決定設(shè)計圖案的設(shè)計標準的120％以下。
這樣做，曝光光線的焦點位置和固定在襯底載物臺上的半導(dǎo)體襯底的主面的偏差確實可以設(shè)定在設(shè)計標準的50％以下。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在第2工序中，襯底載物臺中的襯底制成部分，最好的是與半導(dǎo)體襯底的背面均勻接觸。
這種情況下，半導(dǎo)體襯底由大氣壓力壓在襯底載物臺的襯底支撐部分，襯底的支撐部分，最好的是將各自的上端面與半導(dǎo)體襯底的背面相對而相互保持一定間隔的由配置的針狀部材制成的銷夾頭或者是復(fù)數(shù)個同心園狀部材制成的環(huán)狀夾頭。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，至少是包括以主面及其另一側(cè)面的背面上具有硅層的半導(dǎo)體裝置的制造方法為對象，通過對半導(dǎo)體襯底的背面進行堿性溶液的蝕刻，由背面的切斷(slicing)除去蝕刻(damage)了的部分的第1工序、第1工序之后，對半導(dǎo)體襯底的背面進行厚度為0.05μm～1μm的范圍內(nèi)的研磨的第2工序、第2工序之后，對半導(dǎo)體襯底的主面進行直到成為鏡面為止的研磨的第3工序。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底的制造方法，在第1工程中，通過對半導(dǎo)體襯底的背面進行堿性溶液的異向性蝕刻，在半導(dǎo)體襯底的背面上生成周期較大的斷面為凸凹狀的凸線(facet)。之后，第2工序中，因為對半導(dǎo)體襯底的背面進行厚度為0.05μm～1μm的范圍內(nèi)的研磨，所以半導(dǎo)體襯底的主面的另一側(cè)面的背面，形成有斷面凸凹狀的周期為300μm以上的彎曲和開口部分口徑在100μm以下的凹陷部分，因為彎曲的深度和凹陷部分的深度的算數(shù)平均值在200nm以下，可以實現(xiàn)能夠適用于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的半導(dǎo)體襯底。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，第2工序最好的是包含對半導(dǎo)體襯底的背面進行該背面成為鏡面為止的研磨。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，最好的是半導(dǎo)體襯底為多晶硅制成。
還有，在本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底的制造方法中，半導(dǎo)體襯底最好的是由露出主面的上部硅層、形成在這個上部硅層下部的絕緣層、以及形成在該絕緣層下部的露出背面的下部硅層制成的SOI襯底。
(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法及用于這個半導(dǎo)體裝置中的半導(dǎo)體襯底的制造方法，因為能夠減小半導(dǎo)體襯底的主面和光學(xué)系假設(shè)焦點平面之間的偏差，即便是設(shè)計標準在0.15μm以下的精細圖案，也可以增大焦點位置的余量(margin)，所以提高了圖案精度。其結(jié)果，因為可以向半導(dǎo)體襯底復(fù)印所希望的設(shè)計圖案，就可以實現(xiàn)具有精細化后的設(shè)計圖案(元件圖案)的半導(dǎo)體裝置的高性能化及高信賴性。


圖1，是表示使用在本發(fā)明的第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的半導(dǎo)體襯底(晶片)的剖面圖。
圖2，是表示使用在本發(fā)明的第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，半導(dǎo)體襯底固定在載物臺上的狀態(tài)的模式構(gòu)成的剖面圖。
圖3，是表示理想半導(dǎo)體襯底的剖面圖。
圖4，是表示使用在本發(fā)明的第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的半導(dǎo)體襯底的位置的平面圖。
圖5，是評價本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底和以前的半導(dǎo)體襯底中每個位置的SFQR值的襯底單體的平整度的曲線。
圖6，是表示使用在本發(fā)明的第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，半導(dǎo)體襯底固定在載物臺上的狀態(tài)的半導(dǎo)體襯底的主面上的SFQR值的分布圖。
圖7，半導(dǎo)體襯底固定在載物臺上的狀態(tài)的以前的半導(dǎo)體襯底的主面上的SFQR值的分布圖。
圖8，是表示使用在本發(fā)明的第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，將半導(dǎo)體襯底固定在載物臺上的狀態(tài)的半導(dǎo)體襯底的主面用SFQR值評價的平整度與以前的半導(dǎo)體襯底的比較的曲線圖。
圖9，是表示將使用在本發(fā)明的第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法形成的，線幅為公稱90nm的柵極圖案的主面的尺寸分布與使用以前的半導(dǎo)體襯底的情況的比較的曲線圖。
圖10，是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體襯底的制造方法的流程圖。
圖11，是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體襯底的部分擴大剖面圖。
圖12，是表示進一步擴大圖11的部分剖面圖。
圖13，是表示以前的半導(dǎo)體襯底的部分擴大剖面圖。
圖14(a)，是表示以前的半導(dǎo)體襯底在具有理想的平整性的支撐面載物臺上的保持狀態(tài)的構(gòu)成剖面圖。
圖14(b)，是表示以前的具有高平整度的半導(dǎo)體襯底的剖面圖。
圖14(c)，是表示以前的半導(dǎo)體襯底固定在以前的載物臺上的狀態(tài)的構(gòu)成剖面圖。
(符號說明)10 晶片(半導(dǎo)體襯底) 22 密封部分10a 主面(表面)30 平坦度適用(FQA)區(qū)域10b 背面 31 全位置(full sight)10c 凹陷部分(pit) 32 部分位置(partial sig10A 理想的晶片 ht)20 夾頭(襯底載物臺) 50 假想焦點平21 支撐銷具體實施方式
(第1實施方式)參照圖面說明本發(fā)明的第1實施方式。
圖1，是表示使用在本發(fā)明的第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的晶片的剖面構(gòu)成圖。
如圖1所示那樣，晶片10，例如由直徑為200mm的硅片制成，其主面(表面)10a加工成鏡面狀態(tài)。還有，主面10a的另一側(cè)面的背面10b的加工狀態(tài)為具有周期較大的周期的斷面、凸凹形狀(彎曲)的平均周期f為300μm，再由蝕刻形成小于彎曲的凹陷部分(pit)10c使其開口直徑為50μm，并使pit10c的深度Ra為150mm。因此，第1實施方式所涉及的晶片10，其主面10a上各點所測定的厚度E、F、G、H的值相互不等。在此，pit10c的大小及深度和彎曲的周期f，可以通過堿性溶液的組成的調(diào)整和由這個堿性溶液蝕刻后對背面10b的研磨進行調(diào)整。且，晶片10的具體制造方法在第2實施方式說明。
關(guān)于第1實施方式所涉及的晶片10的背面10b的彎曲周期f，以及pit10c的密度及深度Ra，根據(jù)用于曝光工程的構(gòu)成逐次移動曝光裝置的載物臺的夾頭的形狀，也就是銷尖(pin top)的形狀、尺寸還有銷之間的間隔其最適合值發(fā)生變化。因此，實際上事先為使銷夾頭上達到最平坦狀態(tài)，決定對晶片10的背面10b的加工條件的參數(shù)是必要的。
圖2，是表示使用在本發(fā)明的第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，本發(fā)明的晶片固定在逐次移動曝光裝置載物臺上的狀態(tài)的模式剖面構(gòu)成圖。
如圖2所示的那樣，在第1實施方式中，用于曝光工程的逐次移動曝光裝置(曝光裝置)中的固定晶片10的逐次移動曝光裝置載物臺使用銷夾頭20。在夾緊具20上，除邊緣部分和中央部分外設(shè)置了支撐晶片10的背面10b的復(fù)數(shù)個支撐銷21。在銷夾頭20的中央部分，設(shè)置了通過將晶片10的背面10c頂起，使晶片10的固定脫離成為可能的往復(fù)移動頂銷。還有，為使片10可由大氣壓壓著于各個銷21，銷夾頭20的周圍邊緣部分上設(shè)置了平面環(huán)狀的密封部分22，在固定脫離區(qū)域的周圍設(shè)置了由平面正方形的密封部分22與晶片10的背面10b的空間部分保持真空度的設(shè)置。
如圖2所示那樣，晶片10，通過銷夾頭20上的各個支撐銷21的上端面(銷尖)被固定，但是，被固定的晶片10的背面10b的形狀，例如，背面10b的粗糙、彎曲程度及這個彎曲的周期f，就會出現(xiàn)與銷尖不接觸的支撐銷21。例如，與支撐銷21的接觸位置在背面10b的凹陷部分和凸出部分時，對于晶片10的主面10a的假想焦點平面50的偏差也會發(fā)生大的變化。還有，在銷夾頭20上沒有設(shè)置支撐銷21的區(qū)域，也就是固定脫離區(qū)域及周圍邊緣晶片10沒有被支撐。
這樣，第1實施方式所涉及的晶片10，可以從假想的表示平面的假想焦點面50調(diào)整曝光工程的曝光光線的焦點面的偏心(offset)，以這個假想焦點平面50為基準的偏差A(yù)、B、C、D各值成為最小值加工晶片10的背面10b。也就是，實際上結(jié)合使用逐次移動曝光裝置載物臺決定晶片10的背面的形狀。
然而，考慮圖3所示那樣的平整度為理想的晶片10A，晶片10A單個的主面10a和背面10b都是完全的平面，而整體也是沒有彎曲完全平整的。當將這個理想的晶片10A固定在銷夾頭20上時，只要銷夾頭20的各個支撐銷21的銷top的各個位置都在一個平面上的話，晶片10A的主面10a和假想焦點平面50的偏心或者是偏差A(yù)、B、C、D各值成為相互相等，可以稱為是完全平整的晶片10A。
然而，圖1所示的第1實施方式所涉及的晶片10，不是理想的晶片10A而是現(xiàn)實中的晶片，即便是其表面10a平整，其背面10b也不一定是鏡面研磨了的。即便是背面10b鏡面研磨了，但與表面10a相比其平整度要差。然而，這樣的晶片10固定在圖2所示的銷夾頭20上時，就無法斷言從假想焦點平面50的偏差A(yù)、B、C、D值就一定不相等，也就是有可能是A＝B＝C＝D。但是，這種情況又不能完全保證各值相等，那么100nm以下的偏差或者是50nm以下的偏差實質(zhì)上認為是一致的。
這就是本發(fā)明的特征，也就是通過晶片10的背面10b和銷夾頭20的支撐銷21的相互作用各偏差A(yù)、B、C、D的值實際上變得相等了。如前所述，圖1所示的本發(fā)明的晶片10，其厚度E、F、G、H值各自不同，在銷夾頭20上與支撐銷21相互作用其厚度均勻，且得到同理想的平整晶片10A幾乎同等的平整度。通過使用這樣的晶片10制造半導(dǎo)體裝置，可以得到以下所示的種種效果。
以下，說明第1實施方式所涉及晶片的平整度的評價方法。
在此，分別評價圖1所示本發(fā)明的晶片10以及圖14(b)所示的以前的晶片100自假設(shè)平面的偏差。
首先，求從本發(fā)明的晶片10和以前的晶片100的厚度的均勻性所求的假設(shè)平面的偏差。在此，使用位置平整度上表面標準最小2次方范圍(SiteFlatness Front Side Reference Least Square RangeSFQR)法。但是，位置的尺寸為22.5mm×22.5mm的正方形。第1實施方式中，使逐次移動曝光裝置的曝光尺寸(shot size)和這個位置的尺寸一致。
SFQR法，是在各個位置中，相對假設(shè)平面的正面的最大偏差值和背面的最大偏差值的絕對值的合計的表示手法，測定對象的晶片由1枚平行平板電極介于空氣夾住，通過在夾住晶片的狀態(tài)下測定電極間的靜電容，求出晶片的厚度，再將求出厚度偏差作為晶片背面的平整再做計算。
圖4，是表示將測定對象晶片主面劃分為復(fù)數(shù)個位置的位置圖。在圖4中，仍采用例示的直徑為200mm的晶片10，以其周圍3mm寬度為除去區(qū)域，使這個除外區(qū)域內(nèi)側(cè)為平整度適用(Fixed Quality AreaFQA)區(qū)域30。復(fù)數(shù)個位置中，包含在FQA區(qū)域30的位置稱為全位置31，位置的中心包含在FQA區(qū)域30中且由位置的3邊和FQA區(qū)域30的圓弧形成的不完全的位置稱為局部(partial)位置32。直徑為200mm的晶片10的情況下，在FQA區(qū)域30上包含44各全位置31和16個局部位置32。如圖4所示，在各個位置中各自記入SFQR值。
圖5，表示了本發(fā)明的晶片10和以前的晶片100中的各個位置用SFQR值評價各晶片平整度的結(jié)果。在此，橫軸表示SFQR值，縱軸表示SFQR值的累計度數(shù)的百分數(shù)。
本發(fā)明所涉及的晶片10，如前所述，其加工為在逐次移動曝光裝置載物臺上為確保平整度，通過堿性溶液蝕刻的方法對其背面10b進行0.1μm程度的研磨，再通過使背面10b的形狀平滑且彎曲周期f增大，可使銷夾頭20與晶片10的背面10b均勻接觸。
與此相對的，以前的晶片100，其背面也是用堿性蝕刻液加工，但是其后沒有進行研磨，因此背面的凸凹狀態(tài)與晶片10相比要深，而且在此以上，凸凹(彎曲)的周期與晶片10相比也小。
然而，圖14(b)所表示的以前的晶片100，其主面和背面的長周期彎曲的形狀相似，從圖5，就厚度的均勻性而言以前的晶片100比本發(fā)明的晶片10更好。因此，以前的晶片100，從厚度的均一的觀點，平整度及SFQR值都比本發(fā)明的晶片10好，從這個觀點講，以前的晶片100可以稱為具有高平整度的晶片。
接下來，表示在逐次移動曝光裝置上各自固定晶片10及晶片100的狀態(tài)下測定從假設(shè)焦點平面的偏差的結(jié)果。
圖6表示了本發(fā)明的晶片10固定在逐次移動曝光裝置載物臺的狀態(tài)時的這個晶片10主面內(nèi)的SFQR值的分布，圖7表示了以前的晶片100固定在逐次移動曝光裝置載物臺上的狀態(tài)下這個晶片100主面內(nèi)的SFQR值的分布。在此，是使用逐次移動曝光裝置的焦點感應(yīng)器，直接測定的各個晶片的主面的假設(shè)焦點平面的偏差的數(shù)據(jù)。
圖6所示的本發(fā)明所涉及的晶片10，可知道其主面的全表面的SFQR值控制在0.15μm以下。這樣，本發(fā)明所涉及的晶片10，與以前一樣由厚度的均勻性進行評價的話，其平整度比以前的晶片100差，而實際固定到逐次移動曝光裝置載物臺上，可以知道從曝光光學(xué)系認識的平整度極高。
另一方面，圖7所示的以前的晶片100，其主面的3個焦點位置的偏差大，也就是可以看到SFQR值超過0.20μm的區(qū)域。這是因為，即便是以前的晶片厚度均勻且由以前的標準平整度良好，但實際的逐次移動曝光裝置載物臺上，由晶片100的背面和載物臺的相互作用，并不是必然的平整度好的結(jié)果。這樣，平版印刷中的焦點富余度(焦點邊緣)，如從圖7可以知道一樣，明確了只用以前的技術(shù)評價晶片100的平整度是無法解決的。
圖8，是表示本發(fā)明所涉及的晶片10和以前的晶片100固定在逐次移動曝光裝置載物臺的狀態(tài)下的SFQR值(橫軸)和百分數(shù)表示的其累計度數(shù)。本發(fā)明的晶片10，因為其背面10b的面的狀態(tài)是與逐次移動曝光裝置載物臺相互作用可以減小的加工，如圖8所示的那樣，初次顯示出固定在逐次移動曝光裝置載物臺上平整度的好，例如，通過作為形成設(shè)計標準在0.15μm以下的一代精細半導(dǎo)體裝置的晶片，可以確實將精細化了的設(shè)計圖案投影到晶片10上。
圖9，是表示使用在本發(fā)明所涉及的晶片10的半導(dǎo)體裝置的制造方法形成的線幅為公稱90nm的柵極圖案的晶片面內(nèi)的尺寸分布與使用以前的晶片100的情況的比較。如圖9所示，使用本發(fā)明的晶片10的情況，對于設(shè)計值90nm線幅分布在±5nm以內(nèi)，對此，觀察到使用以前的晶片100的情況時設(shè)計值為90nm的主分布上在80nm附近有其他分布。
如以上說明的那樣，根據(jù)第1實施方式，因為使用了實際固定在逐次移動曝光裝置載物臺上的狀態(tài)下曝光時的焦點面的偏差小的晶片10，可以安定地制造具有精細圖案的半導(dǎo)體裝置。還有，晶片10的平整度不是由晶片10的單體來評價，固定在逐次移動曝光裝置載物臺上的狀態(tài)平整度對平版印刷工序有大的影響。
且，本發(fā)明不只限于逐次曝光方式或者是掃描方式的情況，例如，在投影曝光裝置或者是接近曝光裝置那樣的晶片一括方式的曝光裝置也是有效的。
(第2實施方式)以下，參照圖面說明本發(fā)明的第2實施方式。第2實施方式中，說明使用第1實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的晶片(半導(dǎo)體襯底)的具體制造方法。
圖10，是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的半導(dǎo)體襯底的制造方法的制造流程圖。
如圖10所示那樣，在切片工序ST1中，為了除去例如從硅制成的圓柱形坯料切出晶片后的切斷面的加工損傷，通常是使用酸性蝕刻溶液，但是，在第2實施方式中，為了減小晶片背面的粗糙度使用堿性蝕刻溶液進行蝕刻。
通常，酸性溶液中使用的是硝酸(H2NO3)和氫氟酸(HF)的混合液，由這個混合液進行蝕刻的過程，氧化硅表面形成硅氧化膜，接下來再除去形成的硅氧化膜的兩階段反應(yīng)，同時還有發(fā)熱反應(yīng)。通過這樣的蝕刻過程，晶片背面形成周期小的凸凹狀部分，從微觀上講成為凸凹劇烈的狀態(tài)。
對此，第2實施方式的背面蝕刻工序ST2中，進行使用例如由氫氧化鉀(KOH)或者是氫氧化鈉(NaOH)等代表的堿性溶液的蝕刻。由這樣的堿性溶液進行的蝕刻為異方向性蝕刻，通過使其反應(yīng)緩慢進行，在晶片的背面產(chǎn)生復(fù)數(shù)個刻面(facet)。這些復(fù)數(shù)個刻面形成周期較大的凸凹形狀(彎曲)。
接下來，在背面研磨工序ST3中，為使晶片背面的凸凹周期進一步變大研磨該晶片的背面。這時的研磨量在0.05μm以上且在1μm以下。通過這個背面研磨，晶片背面的彎曲周期發(fā)生變化，而且由于堿性蝕刻生成的刻面的大小及深淺發(fā)生變化。通過這個背面研磨，因為會出現(xiàn)復(fù)數(shù)個刻面之中小的刻面消失的情況，刻面的密度也發(fā)生變化。這個背面研磨的研磨量不做一定的決定，在逐次移動曝光裝置載物臺上固定曝光對象的晶片時，為使從逐次移動曝光裝置的假想焦點平面的偏差最小，通過研磨調(diào)整彎曲的周期f、pit深度Ra及刻面密度。一般地，隨著對背面研磨量的增加，對于逐次移動曝光裝置載物臺中的種種夾頭也可以適用。在此，研磨量為1μm以上亦可，但是，這種情況下背面也就接近鏡面狀。當然，繼續(xù)研磨背面就可以得到兩面研磨的晶片。
接下來，在表面加工工序ST4中，對晶片表面(主面)進行通常的鏡面加工。
圖11是第2實施方式所涉及晶片10的擴大剖面圖，圖12是進一步擴大圖11的擴大部分的圖。
如上所述，逐次移動曝光裝置載物臺上的晶片的平整度，不只是晶片自身的膜厚的均勻性，考慮與構(gòu)成這個晶片和逐次移動曝光裝置的夾頭的相互作用是重要的，換句話講晶片背面形狀是最重要的。這個晶片和逐次移動曝光裝置載物臺的相互作用當然依賴于這個逐次移動曝光裝置載物臺的平整度，從理想上講，可以考慮只要將逐次移動曝光裝置載物臺的平整度提高到極高的水準，其后就由晶片自身的平整度決定了。
然而，實際上的載物臺不會有理想的平整度，由于載物臺的不同也存在著個體差別。其中的夾頭方式既有環(huán)狀夾頭方式和銷夾頭方式，它們各有特色。不管怎么做，可以減小這個載物臺和晶片背面的相互作用，或者是載物臺的平整度不好的部分由晶片背面形狀加以補償，在逐次移動曝光裝置載物臺上提高晶片的平整度的方法就成為現(xiàn)實。
因此，第2實施方式中，如圖11及圖12所示，從理想上講，背面也和晶片的表面同樣通過進行鏡面研磨，或者是將晶片的背面制成近鏡面狀態(tài)，保持晶片背面和逐次移動曝光裝置載物臺之間的相互作用處于小的狀態(tài)成為可能。
如圖12所示那樣，銷夾頭方式的情況下，pit10c的開口直徑比支撐銷21的上端面小，還有，最好的是彎曲的周期f比支撐銷21之間的間隔大或者相等。其原因是，銷10c的開口直徑大于等于支撐銷21的上端面的情況下，就會出現(xiàn)支撐銷21的先端進入銷10c和不進入10c的情況。還有，彎曲的周期f比支撐銷21之間的間隔小的情況下，支撐銷21的先端就會有接觸不到晶片背面的情況。
進一步具體地講，將凹凸(彎曲)的周期f設(shè)定為300μm以上，比支撐銷21之間的通常間隔200μm還大，且設(shè)定彎曲的深度和pit10c的深度Ra的算數(shù)平均值在200nm以下。這樣，確實可以降低晶片10和支撐銷21之間的相互作用。
作為比較，圖13表示以前的晶片100固定在銷夾頭上的狀態(tài)的擴大圖。以前的晶片100的背面，具有150μm～300μm程度的較小周期的凸凹形狀，這個凸凹形狀與銷211間的距離200μm相近。為此，銷211的先端部分與晶片內(nèi)小周期的凸凹形狀的凹陷部分接觸，或者是凸起部分接觸，所以，就這樣的話會惡化晶片100主面的平整性。
還有，第2實施方式中，以前的晶片100和pit10c的深度Ra即便是看上去相等，通過調(diào)整晶片10的背面的彎曲的周期f，可以確保該晶片10在載物臺上的實際上的平整度。
還有，晶片10的構(gòu)成不只限于多晶硅，是SOI(Silicon on Insulator)襯底亦可。
(產(chǎn)業(yè)上的利用可能性)本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法及使用這種方法的半導(dǎo)體襯底的制造方法，向半導(dǎo)體襯底的主面投影所希望的設(shè)計圖案，具有能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高性能化及高信賴性的效果，如MOS型裝置或者是結(jié)合電荷元件(CCD)那樣，可以適用于必須是精細圖案的半導(dǎo)體裝置的制造方法及使用這種方法的半導(dǎo)體襯底的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括將半導(dǎo)體襯底固定在襯底載物臺上的第1工序，以及通過由透過固定在上述半導(dǎo)體襯底主面上的有設(shè)計圖案的掩膜的曝光光線曝光、向上述半導(dǎo)體襯底的主面上復(fù)印上述設(shè)計圖案的第2工序，其特征為位于上述半導(dǎo)體襯底主面的另一側(cè)面的背面，形成有剖面為凸凹狀的周期為300μm以上的彎曲和開口部分口徑為100μm以下的凹陷部分，且上述彎曲的深度和上述凹陷部分的深度的算數(shù)平均值為200nm以下；上述第2工序中，設(shè)定上述曝光光線的焦點位置和固定在上述襯底載物臺上的上述半導(dǎo)體襯底的主面的距離差在設(shè)計標準的50％以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為上述半導(dǎo)體襯底的主面被分割成平面正方形的復(fù)數(shù)個位置，上述第2工序，包含由上述曝光光線依次曝光分割了的各個位置的工序，上述復(fù)數(shù)個位置中的，中心位置包含在上述半導(dǎo)體襯底的主面上的位置中，上述曝光光線的假設(shè)焦點平面和固定在上述襯底載物臺上的上述半導(dǎo)體襯底主面之間的距離差，在由位置平整度面標準最小2次方范圍(SFQR)法表示的情況下，為決定上述設(shè)計圖案的設(shè)計標準的120％以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者是2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為在上述第2工序中，上述襯底載物臺中的襯底固定部分，與上述半導(dǎo)體襯底的背面均勻接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征為上述半導(dǎo)體襯底，被大氣壓力壓在上述襯底載物臺的上述襯底固定部分上，上述襯底固定部分，由使各自的上端面與上述半導(dǎo)體襯底的背面相對而相互保持一定間隔配置的復(fù)數(shù)個針狀部材制成的銷夾頭或者是復(fù)數(shù)個同心園狀部材制成的環(huán)狀夾頭。
5.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，至少是以主面及位于該主面的另一側(cè)面的背面上具有硅層的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征為包括通過對上述半導(dǎo)體襯底的背面進行堿性溶液的濕蝕刻，除去由對上述背面的切片蝕刻后的殘渣的第1工序、上述第1工序之后，對上述半導(dǎo)體襯底的背面進行厚度為0.05μm～1μm的范圍的研磨的第2工序、上述第2工序之后，對上述半導(dǎo)體襯底的主面進行直到該主面成為鏡面為止的研磨的第3工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征為上述第2工序，包含對上述半導(dǎo)體襯底的背面進行直到該背面成為鏡面為止的研磨的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或者是6所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征為上述半導(dǎo)體襯底由多晶硅制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或者是6所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征為上述半導(dǎo)體襯底，為由露出主面的上部硅層、形成在這個上部硅層下部的絕緣層、以及形成在該絕緣層下部的露出背面的下部硅層制成的SOI襯底。
全文摘要
在半導(dǎo)體襯底(晶片)固定在載物臺上的狀態(tài)下的這個半導(dǎo)體襯底主面上，對于光平板印刷線的曝光光線的假設(shè)焦點平面不產(chǎn)生偏差。將晶片(10)固定在銷夾頭(pin chuck)(20)上，接下來，向固定地晶片(10)上用通過具有設(shè)計圖案的掩膜的曝光光線曝光，在晶片(10)的主面上復(fù)印設(shè)計圖案。晶片(10)的背面(10b)具有剖面凸凹形狀周期在300μm以上的彎曲和開口直徑在100μm以下的凹陷部分(10c)，形成為彎曲的深度和凹陷部分的深度的算數(shù)平均值在200nm以下的樣子。還有，曝光光線的焦點位置和固定在銷夾頭(20)上的晶片(10)的主面之間的距離差設(shè)定在設(shè)計標準的50％以下。
文檔編號G03F7/20GK1577737SQ20041004586
公開日2005年2月9日 申請日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者米田健司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社