CN103021895A - 监测刻蚀工艺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种监测刻蚀工艺的方法，其先以通气体步骤将不会与具有特定组成的化学液反应的气体以气体管路装置通入化学液中，并得到对应于化学液组成的第一平衡压力，再将待刻蚀的晶圆半成品放入化学液中进行刻蚀步骤，接着进行气体压力侦测步骤记录该气体在该晶圆半成品完成刻蚀步骤后的第二平衡压力，并配合计算步骤计算气体平衡压力差而得知化学液经过刻蚀后的组成变化；本发明不需以另外的控片刻蚀、量测等工艺来监测化学液的刻蚀能力，且可即时又简易地由气体平衡压力的变化来监测化学液的组成成分，进而缩短整体工艺时间、降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测刻蚀工艺的方法，特别是涉及一种使用化学液进行批次刻蚀的监测刻蚀工艺的方法。
背景技术
以化学液作为湿式刻蚀、产品清洗在科技产业，如半导体产业、太阳能产业...等，已被广泛的运用，参阅图1、图2，目前的监测刻蚀工艺的方法包含有一个膜厚量测步骤111、一个刻蚀步骤112、一个清洗量测步骤113，及一个计算步骤114，而可批次进行已形成有膜体121的晶圆半成品12的刻蚀，使该批次的晶圆半成品12具有预定的该膜体121厚度或膜体图案，并可同时监控得知使用中的化学液的刻蚀能力。
首先，进行该膜厚量测步骤111，以一台量测膜厚的机台量测该批次晶圆半成品12上所形成的膜体121厚度，得到刻蚀前的该批次晶圆半成品12的膜体121厚度值。
再来进行该刻蚀步骤112，把该批次晶圆半成品12浸入特定组成的化学液13中进行刻蚀，并依据该化学液13所对应的特定刻蚀工艺的规定进行预定时间的刻蚀。
接着进行该清洗量测步骤113，清洗该批次经过刻蚀步骤112的晶圆半成品12以去除该批次晶圆半成品12上所残留的化学液13与杂质，之后再以该量测膜厚的机台再一次量测该批次晶圆半成品12的膜体121厚度，而得到刻蚀后的膜体121厚度值。
得到刻蚀前、后的膜体121厚度值后，进行该计算步骤114，计算出刻蚀前的膜体121厚度值与刻蚀后的膜体121厚度值的差值。
当差值仍在对应于该化学液13的特定刻蚀工艺的规定所订定的膜厚差异范围中时，则表示经过刻蚀的该批次晶圆半成品12符合工艺规格，同时，下一批次的晶圆半成品(图未示)可继续重复进行该刻蚀工艺；而当差值不落在该刻蚀工艺的规定所订定的刻蚀膜厚差异范围中时，即表示经过刻蚀的该批次晶圆半成品12不符合工艺规格，需报废或需重制(repair)，且该化学液13的刻蚀能力已不足、或是组成成分异常，而需更新化学液13后才能进行下一批次品圆半成品12的刻蚀工艺。
由于，现有的监测刻蚀工艺的方法在发现膜厚差值异常时，该批次的晶圆半成品12也已完成膜体刻蚀，而必须报废或以额外的补刻蚀工艺作为补救，针对此问题，业界目前则利用在进行批次刻蚀前，先以控片进行相同的刻蚀过程以检测化学液13的刻蚀能力，之后再进行正式批次的晶圆半成品12的刻蚀，以降低在线产品的报废率及提升整体工艺的良率，但如此便相当于需花费两倍的工艺时间才能完成单一批次的晶圆半成品12的刻蚀，而大幅提高工艺成本与时间。因此，如何有效率地监测所使用的化学液13以维持在线产品的质量，并兼顾工艺成本与良率是值得研究的方向。
由此可见，上述现有的监测刻蚀工艺的方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的监测刻蚀工艺的方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的监测刻蚀工艺的方法存在的缺陷，而提供一种新的监测刻蚀工艺的方法，所要解决的技术问题是在于，提供一种简易、可随时掌控化学液的刻蚀能力而改善工艺效率的监测刻蚀工艺的方法，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的该方法包含一个通气体步骤，将一种不会与特定组成的化学液产生化学反应的气体以一个气体管路装置通入该化学液中，并得到一个对应于该化学液组成成分的第一平衡压力；一个刻蚀步骤，将至少一片晶圆半成品浸入该化学液中进行刻蚀，并在刻蚀完毕取出该晶圆半成品进行后续工艺；一个气体压力侦测步骤，量测经该气体管路装置通入该化学液中的气体压力值，得到一个对应于该化学液经刻蚀后组成成分变化的第二平衡压力；及一计算步骤，计算该第一、二平衡压力的差值而得到该化学液经过刻蚀后的组成成份变化量。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于所述的该方法还包含一个基础资料建立步骤，依序将多片晶圆半成品分批浸入该特定组成的化学液中进行刻蚀，并在每一次的刻蚀前后分别记录该通入的气体压力变化与该化学液的组成成分变化，得到一个具有对应刻蚀批次的化学液组成的气体压力的基础数据资料库。
前述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于所述的该基础资料建立步骤中还分别在每一次的刻蚀前后量测所述晶圆半成品的预刻蚀膜体厚度，而使该基础数据资料库还具有该化学液所刻蚀的膜体厚度和该化学液组成成分与气体平衡压力的相对应关系。
前述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于所述的该方法还包含一个更换刻蚀液步骤，由该基础资料建立步骤所建立的基础数据资料库中比对该计算步骤得到的该化学液组成成分变化，判断是否须更换已进行过至少一次的刻蚀步骤后的化学液。
前述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于所述的该化学液是酸液。
前述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于所述的该化学液是去光刻胶液，该膜体是由光刻胶构成。
前述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于所述的通入的气体是选自惰性气体、氮气，及上述气体的组合。
前述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于所述的该通气体步骤中的气体管路装置包括一个气压侦测计，及一个连接该气压侦测计且延伸至该化学液中的气体通管。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。
依据本发明提出的该方法包含一个通气体步骤，将一种不会与特定组成的化学液产生化学反应的气体以一个气体管路装置通入该容置于一个化学槽的化学液中，并得到一个对应于该化学液组成成分的第一平衡压力；一个刻蚀步骤，将至少一片晶圆半成品浸入该化学液中进行刻蚀，并在刻蚀完毕取出该晶圆半成品进行后续工艺；一个气体压力侦测步骤，量测经该气体管路装置通入该化学液中的气体压力值，得到一个对应于该化学液经刻蚀后组成成分变化的第二平衡压力；及一计算步骤，计算该第一、二平衡压力的差值，当该差值到达该化学液所对应的特定气体压力差值即停止使用该化学液进行刻蚀。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的控管刻蚀化学液的方法，其特征在于所述的该方法还包含一个更换刻蚀液步骤，当该化学液因为到达所对应的特定气体压力差值而停止刻蚀后，更换该化学槽中已进行过刻蚀的化学液为新的、未经过刻蚀的化学液。
前述的控管刻蚀化学液的方法，其特征在于所述的该通气体步骤中的气体管路装置包括一个气压侦测计，及一个连接该气压侦测计且延伸至该化学液中的气体通管。
借由上述技术方案，本发明监测刻蚀工艺的方法至少具有下列优点及有益效果：利用以该气体管路装置通入该化学液的气体的平衡压力变化，在进行刻蚀的同时量测该气体平衡压力的变动而实时且简易地监测该化学液的刻蚀能力，避免因刻蚀异常而造成生产的问题，进而提高整体工艺的稳定度与效率。
综上所述，本发明监测刻蚀工艺的方法，其先以通气体步骤将不会与具有特定组成的化学液反应的气体以气体管路装置通入化学液中，并得到对应于化学液组成的第一平衡压力，再将待刻蚀的晶圆半成品放入化学液中进行刻蚀步骤，接着进行气体压力侦测步骤记录该气体在该晶圆半成品完成刻蚀步骤后的第二平衡压力，并配合计算步骤计算气体平衡压力差而得知化学液经过刻蚀后的组成变化；本发明不需以另外的控片刻蚀、量测等工艺来监测化学液的刻蚀能力，且可即时又简易地由气体平衡压力的变化来监测化学液的组成成分，进而缩短整体工艺时间、降低生产成本。本发明在技术上有显着的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是流程图，说明一个现有的监测刻蚀工艺的方法。
图2是示意图，说明在现有的监测刻蚀工艺的方法中的膜厚量测步骤、刻蚀步骤，与清洗量测步骤。
图3是流程图，说明本发明的监测刻蚀工艺的方法的一个较佳实施例。
图4是剖面示意图，说明本发明的监测刻蚀工艺的方法的实施装置。
图5是流程图，说明一个基础资料建立步骤。图6是流程图，说明本发明控管刻蚀化学液的方法。
图7是双轴折线图，说明实验例的实验数据。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的监测刻蚀工艺的方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图3，本发明监测刻蚀工艺的方法的一个较佳实施例包含一个通气体步骤211、一个刻蚀步骤212、一个气体压力侦测步骤213、一个计算步骤214，及一个更换刻蚀液步骤215，而可在进行刻蚀的同时，精确监控用于刻蚀的化学液的刻蚀能力，以稳定地对晶圆制品进行刻蚀。
配合参阅图4，首先进行该通气体步骤211，设置一个连通至刻蚀工艺用的化学槽3的气体管路装置5，该化学槽3中容储有特定组成而用于此刻蚀工艺的化学液4，由该气体管路装置5持续对该化学槽3中的化学液4通入一种不会与该化学液4产生化学反应的气体51，例如，该化学液4是酸液、去光刻胶液...等，所通入的气体51是氮气(Nitrogen)，或是其它例如惰性气体等也是适当的选择。
该气体管路装置5包括一个气压侦测计52，及一个连接该气压侦测计52且延伸至该化学槽3中的气体通管53，当该气体管路装置5经由该气体通管53对该容储于该化学槽3中的化学液4通入气体51且达压力平衡时，可由该气压侦测计52量测到一个第一平衡压力，由于该气体管路装置5的结构并非本发明的技术重点所在，且装置结构也很多样化并为相关业界所周知，因此不再对此装置多作赘述。
继续进行该刻蚀步骤212，将至少一片晶圆半成品6浸入该化学槽3中，利用该化学液4对该晶圆半成品6进行化学反应刻蚀后取出该晶圆半成品6。
此时同步进行该气体压力侦测步骤213，由于在刻蚀过程中，该化学液4会与该晶圆半成品6上待刻蚀的材料产生化学反应以进行预定的刻蚀工艺，因而使该化学液4的组成成份有所变化，导致该化学液4比重或气体溶解力等特性改变，进而使得由该气体管路装置5所通入气体51的平衡压力变动，因此，本气体压力侦测步骤213即是用该气压侦测计52随时监测刻蚀过程中通入该化学液4中的气体51的压力值并记录为第二平衡压力。
得到该第一平衡压力与第二平衡压力后，即可进行该计算步骤214，计算该第一平衡压力与第二平衡压力的差异而得到一个压差值，由该压差值可进一步推估该化学槽3中的化学液4的组成成分变化，从而评断该化学液4是否仍能进行下一批次的晶圆半成品6的刻蚀，或者必须进行该更换化学液4的更换刻蚀液步骤215以确保下一批次晶圆半成品6的刻蚀结果是有效且稳定的。
参阅图5，更详细而言，为了更快速、准确地判断该化学液4的组成成分变化与压力值的关系以了解该化学液4的化学刻蚀能力是否足够进行下一次的刻蚀，可经由前置作业进行一基础资料建立步骤210，该基础资料建立步骤210是依序将多片已形成特定膜体的晶圆半成品6分批浸入该化学液4中进行膜体刻蚀后取出，且在每一次的膜体刻蚀前、后都分别量测纪录该化学液4的物性与化性性质(例如重量、体积、比重、组成百分比...等等)、以及由该气压侦测计52观测到的气体51所通入的压力值，与该晶圆半成品6上的膜体厚度...等数据，而建立出一个对应于使用该化学液4的刻蚀工艺的基础数据资料库。
借由所建构的基础数据资料库，便可在进行该刻蚀反应的过程中，由气体侦测步骤213所读取到的平衡压力值快速地比对出所代表的化学液4的组成，甚至由压力变化量得知该化学液4是否有异常现象等，并在刻蚀能力减弱后进行该更换刻蚀液步骤215，更换上新的化学液以确保此刻蚀工艺的良率而达到完善的刻蚀质量控管。
参阅图6，另外，本发明另一种控管刻蚀化学液的方法的一个较佳实施例包含一个通气体步骤711、一个刻蚀步骤712、一个气体压力侦测步骤713、一个计算步骤714，及一个更换刻蚀液步骤715，可在进行刻蚀的同时，精确监测用于刻蚀的化学液的刻蚀能力。
配合参阅图4，该通气体步骤711是将不会与该刻蚀用的化学液4产生化学反应的气体51，以该气体管路装置5的气体通管53通入该容置于该化学槽3且未经刻蚀、全新的化学液4中，并在达平衡时由该连接在气体通管53上的气压侦测计52测得一个第一平衡压力。
继续进行该刻蚀步骤712，将至少一片晶圆半成品6浸入该化学槽3中，利用该化学液4对该晶圆半成品6进行批次刻蚀，并在预定刻蚀时间结束后取出该晶圆半成品6。
此时同步进行该气体压力侦测步骤713以该气压侦测计52随时监测刻蚀中，及/或刻蚀前后气体51的压力值，而在本例中是记录刻蚀结束后通入该化学液4中的气体51的压力值而得到一个第二平衡压力。
该计算步骤714则是在测得该第二平衡压力后，随之计算该第一平衡压力与第二平衡压力的差值，并与该化学液4所对应的一个特定气体压力差的临界值做比较，当该第一、二平衡压力的差值未到达该所定义的临界值时，即继续重复进行该刻蚀步骤712、气体压力侦测步骤713、计算步骤714，以进行另一批次晶圆半成品6的刻蚀；当该第一、二平衡压力的差值到达所定义的临界值时，则进行该更换刻蚀液步骤715，重新换上全新、未经刻蚀的化学液4，之后，再继续进行另一批次的晶圆半成品6的刻蚀。
由上述两个实施例的说明，本发明监测刻蚀工艺的方法与控管刻蚀化学液的方法不仅可在该刻蚀步骤的实施过程中，借由压力变化随时了解该化学液的成分变化，更可以缩减先前技术中以控片额外实施的刻蚀工艺与量测所耗费的时间与工艺成本，令该化学液的监测在快速、简单的操作下也能确实的得知该化学液的刻蚀能力状况而保持制作出一定品质的晶圆半成品6。
通过以下实验例，以去光刻胶液进行光刻胶去除的刻蚀工艺为说明，当可对本发明有更为详细、清楚的了解。
<实验例>
以内径长、宽、高分别是25公分、25公分、35公分大小的化学槽容置未经使用的去光刻胶液，且该去光刻胶液在槽中的液高为30公分，设置好气体管路装置后进行一片涂布有厚3微米光刻胶所构成膜体的六时晶圆半成品的刻蚀。
该气体通管延伸至该去光刻胶液中并持续通入氮气，使气体通管中的液面恒保持低于该化学槽中去光刻胶液液面25公分并达到压力平衡，此时由气压侦测计得知所通入的第一平衡压力为2655.8Pa。
且借由基础资料建立步骤所得知，针对此化学槽中的光刻胶液去除此光刻胶的能力在压力差值变动到达4.2Pa后，后续的晶圆半成品将可能出现光刻胶残留、导致晶圆良率下降，因此，将此刻蚀工艺的气体压力临界差值设定为4.2Pa。
接着开始进行刻蚀步骤，分批依序将多片涂布有光刻胶的晶圆半成品放入去光刻胶液中进行刻蚀(亦即光刻胶去除)，并随时监测气体侦测计中的氮气压力读值，而纪录成第二平衡压力。
参阅图7，由实验数据得知，随着批次晶圆半成品刻蚀片数的进行，气体侦测计中的氮气第二平衡压力读值开始变化，且第二平衡压力与该第一平衡压力差值随刻蚀次数递增，当该第一、二平衡压力差值超过4.2Pa时，即开始发现刻蚀完毕的批次晶圆半成品会出现光刻胶的残留，也就表示去光刻胶液的刻蚀能力已不足，需更换新的去光刻胶液。
换句话说，针对不同的化学液刻蚀工艺，只要定义出该气体压力临界差值后，便可随时直接由该气体侦测计中的氮气压力读值判断是否能继续进行刻蚀。
综上所述，本发明监测刻蚀工艺的方法提供一种可快速且简易的气压监测方法以随时能确保刻蚀用的化学液的刻蚀能力是足够且状况良好的，进而提高整体刻蚀工艺的稳定度与效率，降低产品的报废率与重制次数及缩短工艺时间，而达到降低成本的效果，故确实能达成本发明的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (11)
1.一种监测刻蚀工艺的方法，其特征在于：该方法包含：
一个通气体步骤，将一种不会与特定组成的化学液产生化学反应的气体以一个气体管路装置通入该化学液中，并得到一个对应于该化学液组成成分的第一平衡压力；
一个刻蚀步骤，将至少一片晶圆半成品浸入该化学液中进行刻蚀，并在刻蚀完毕取出该晶圆半成品进行后续工艺；
一个气体压力侦测步骤，量测经该气体管路装置通入该化学液中的气体压力值，得到一个对应于该化学液经刻蚀后组成成分变化的第二平衡压力；及
一计算步骤，计算该第一、二平衡压力的差值而得到该化学液经过刻蚀后的组成成份变化量。
2.根据权利要求1所述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于：该方法还包含一个基础资料建立步骤，依序将多片晶圆半成品分批浸入该特定组成的化学液中进行刻蚀，并在每一次的刻蚀前后分别记录该通入的气体压力变化与该化学液的组成成分变化，得到一个具有对应刻蚀批次的化学液组成的气体压力的基础数据资料库。
3.根据权利要求2所述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于：该基础资料建立步骤中还分别在每一次的刻蚀前后量测所述晶圆半成品的预刻蚀膜体厚度，而使该基础数据资料库还具有该化学液所刻蚀的膜体厚度和该化学液组成成分与气体平衡压力的相对应关系。
4.根据权利要求3所述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于：该方法还包含一个更换刻蚀液步骤，由该基础资料建立步骤所建立的基础数据资料库中比对该计算步骤得到的该化学液组成成分变化，判断是否须更换已进行过至少一次的刻蚀步骤后的化学液。
5.根据权利要求4所述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于：该化学液是酸液。
6.根据权利要求4所述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于：该化学液是去光刻胶液，该膜体是由光刻胶构成。
7.根据权利要求6所述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于：通入的气体是选自惰性气体、氮气，及上述气体的组合。
8.根据权利要求7所述的监测刻蚀工艺的方法，其特征在于：该通气体步骤中的气体管路装置包括一个气压侦测计，及一个连接该气压侦测计且延伸至该化学液中的气体通管。
9.一种控管刻蚀化学液的方法，其特征在于：该方法包含
一个通气体步骤，将一种不会与特定组成的化学液产生化学反应的气体以一个气体管路装置通入该容置于一个化学槽的化学液中，并得到一个对应于该化学液组成成分的第一平衡压力；
一个刻蚀步骤，将至少一片晶圆半成品浸入该化学液中进行刻蚀，并在刻蚀完毕取出该晶圆半成品进行后续工艺；
一个气体压力侦测步骤，量测经该气体管路装置通入该化学液中的气体压力值，得到一个对应于该化学液经刻蚀后组成成分变化的第二平衡压力；及
一计算步骤，计算该第一、二平衡压力的差值，当该差值到达该化学液所对应的特定气体压力差值即停止使用该化学液进行刻蚀。
10.根据权利要求9所述的控管刻蚀化学液的方法，其特征在于：该方法还包含一个更换刻蚀液步骤，当该化学液因为到达所对应的特定气体压力差值而停止刻蚀后，更换该化学槽中已进行过刻蚀的化学液为新的、未经过刻蚀的化学液。
11.根据权利要求10所述的控管刻蚀化学液的方法，其特征在于：该通气体步骤中的气体管路装置包括一个气压侦测计，及一个连接该气压侦测计且延伸至该化学液中的气体通管。
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