CN111916367A - 基板处理装置及蚀刻基板的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基板处理装置及蚀刻基板的控制方法，基板处理装置包含基板承载模块、流体供应模块、侦测模块及控制模块。基板承载模块包括旋转台以供设置基板。流体供应模块包括喷嘴以供应蚀刻液。侦测模块包括光源发射器及光谱接收器，光源发射器用以发射光线至基板，光谱接收器用以接收从基板反射的光线并产生光谱信号。控制模块与流体供应模块及侦测模块电连接，并在基板被蚀刻过程中接收光谱信号且对应所接收的光谱信号产生实时光谱数据，再分析实时光谱数据以获得特征数据并据以判断是否已达蚀刻终点。通过在蚀刻制程中可以精准控制蚀刻终点，能使先进制程的基板的小线宽精准蚀刻(侧蚀)容易控制，并能节省制程时间以增加产能且延长蚀刻药水寿命。

Description

基板处理装置及蚀刻基板的控制方法
技术领域
本发明涉及一种基板处理装置，特别是涉及一种用以蚀刻基板的基板处理装置及蚀刻基板的控制方法。
背景技术
在半导体制程中，常会运用基板处理装置对基板进行蚀刻或清洗。现有的基板处理装置在湿式蚀刻制程中，由于无法精准侦测蚀刻终点，而为了确保所有待蚀刻膜层都能被蚀刻去除干净，一般操作基板处理装置的方式，大都设定固定制程时间进行蚀刻，而所设定的制程时间为预估可完成蚀刻的时间再额外增加至少超过预估时间的50％的时间，也就是说，通常制程时间为预估可完成蚀刻时间的1.5倍以上，以确保所有待蚀刻膜层都能被去除干净。
然而，过长的蚀刻时间会使侧蚀量变多，进而造成先进制程小线宽的产品的质量变差的风险。此外，在蚀刻过程中若有制程变异，即可能在原本设定的制程时间结束后并未完全去除所有待蚀刻膜层，但是现有的基板处理装置无法及时发现此异常。
发明内容
本发明的其中一目的在于提供一种可以解决前述至少一问题的基板处理装置。
本发明的基板处理装置在一些实施态样中，是包含基板承载模块、流体供应模块、侦测模块及控制模块。该基板承载模块包括旋转台以供设置基板。该流体供应模块包括喷嘴，该喷嘴对应该旋转台设置以供应蚀刻液。该侦测模块包括光源发射器及光谱接收器，该光源发射器用以发射光线至该基板，该光谱接收器用以接收从该基板反射的光线并产生光谱信号。该控制模块与该流体供应模块及该侦测模块电连接，并在该基板被蚀刻过程中接收该光谱信号且对应所接收的光谱信号产生实时光谱数据，再分析该实时光谱数据以获得特征数据并据以判断是否已达蚀刻终点。
在一些实施态样中，该实时光谱数据是取该光谱信号中第一波段的光谱强度的平均值A1及取该光谱信号中第二波段的光谱强度的平均值A2，分析该实时光谱数据是以A1减去A2产生实时参数值R，且将蚀刻过程中各时间点的实时参数值R形成曲线图，取该曲线图的斜率而获得该特征数据，在该特征数据形成正负转变时判断已达蚀刻终点。
在一些实施态样中，该第一波段的波长为235nm至300nm，该第二波段的波长为570nm至700nm。
在一些实施态样中，该实时光谱数据是将该光谱信号经信号处理后所得的转换光谱，分析该实时光谱数据是分析该转换光谱的波形，该特征数据为该转换光谱的波形出现特征光谱波形时判断已达蚀刻终点。
在一些实施态样中，该光源发射器发出的光的波长介于200nm至800nm。
在一些实施态样中，该侦测模块还包括侦测头，该侦测头具有出入光面以供该光源发射器的光线射出且供自该基板反射的光线进入。
在一些实施态样中，该侦测模块还包括驱动机构，该驱动机构与该侦测头连接并受该控制模块控制驱动该侦测头在工作位置及待机位置之间移动。
在一些实施态样中，该侦测模块还包括吹气机构，相邻该侦测头设置以在该侦测头受控移动至该工作位置时吹气以防止该蚀刻液喷溅至该侦测头的出入光面。
在一些实施态样中，该基板处理装置还包含清洁模块，设于相邻该待机位置处以在该侦测头受控移动至该待机位置时清洁该侦测头。
在一些实施态样中，该清洁模块包括用以清洗该侦测头的清洗槽及用以吹干该侦测头的吹气干燥机构。
在一些实施态样中，该控制模块预设有第一延迟时间，该第一延迟时间为该控制模块从启动该流体供应模块供应该蚀刻液至启动该侦测模块以发射光线的间隔时间。
在一些实施态样中，该控制模块预设有第二延迟时间，该第二延迟时间为该控制模块判断已达蚀刻终点时至令该流体供应模块停止供应该蚀刻液的间隔时间。
在一些实施态样中，该喷嘴受控供应该蚀刻液时相对于该基板在一范围往返移动，定义往返一次为一个移动周期，该控制模块预设于判断已达蚀刻终点时仍使该喷嘴完成一个移动周期再使该流体供应模块停止供应该蚀刻液。
在一些实施态样中，该控制模块预设有容许时间范围，并依据启动该流体供应模块供应该蚀刻液至判断已达蚀刻终点时的间隔时间设定为制程时间，再将该制程时间与该容许时间范围比对，若该制程时间超出该容许时间范围即产生异常警示。
本发明的其中一目的在于提供一种可以解决前述至少一问题的蚀刻基板的控制方法。
本发明的蚀刻基板的控制方法在一些实施态样中，是在基板处理装置执行，该基板处理装置包含用以承载基板的基板承载模块、用以供应蚀刻液的流体供应模块、用以侦测该基板表面的反射光谱并产生光谱信号的侦测模块，及控制模块，该方法包含以下步骤：令该控制模块在该基板被蚀刻过程中接收该光谱信号并对应所接收的光谱信号产生实时光谱数据；分析该实时光谱数据以获得特征数据；及依据该特征数据判断是否已达蚀刻终点。
在一些实施态样中，该实时光谱数据是取该光谱信号中第一波段的光谱强度的平均值A1及取该光谱信号中第二波段的光谱强度的平均值A2，分析该实时光谱数据是以A1减去A2产生实时参数值R，且将蚀刻过程中各时间点的实时参数值R形成曲线图，取该曲线图的斜率而获得该特征数据，在该特征数据形成正负转变时判断已达蚀刻终点。
在一些实施态样中，该第一波段的波长为235nm至300nm，该第二波段的波长为570nm至700nm。
在一些实施态样中，该实时光谱数据是将该光谱信号经信号处理后所得的转换光谱，分析该实时光谱数据是分析该转换光谱的波形，该特征数据为该转换光谱的波形出现特征光谱波形时判断已达蚀刻终点。
在一些实施态样中，该控制模块预设有第一延迟时间，以在启动该流体供应模块供应该蚀刻液后经过该第一延迟时间启动该侦测模块以发射光线。
在一些实施态样中，该控制模块预设有第二延迟时间，以在判断已达蚀刻终点后经过该第二延迟时间令该流体供应模块停止供应该蚀刻液。
在一些实施态样中，该控制模块预设有容许时间范围，并依据启动该流体供应模块供应该蚀刻液至判断已达蚀刻终点时的间隔时间设定为制程时间，再将该制程时间与该容许时间范围比对，若该制程时间超出该容许时间范围即产生异常警示。
本发明至少具有以下功效：通过在蚀刻制程中可以精准控制蚀刻终点，能使先进制程的基板的小线宽精准蚀刻(侧蚀)容易控制，并能节省制程时间以增加产能且延长蚀刻药水寿命。进一步地，可以即时全程侦测蚀刻制程的变异，以确保每片基板的蚀刻质量。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是本发明基板处理装置的实施例的方块图；
图2是该实施例进行蚀刻制程的状态的示意图；
图3是该实施例未进行蚀刻制程的状态的示意图；
图4是该实施例的侦测模块的一变化实施态样的示意图；
图5是说明该实施例的基板在蚀刻前的侧视示意图；及
图6是说明该实施例的基板在蚀刻完成后的侧视示意图。
具体实施方式
参阅图1至图3，本发明基板处理装置100的一实施例，包含一基板承载模块1、一流体供应模块2、一侦测模块3、一控制模块4及一清洁模块5。该基板承载模块1包括一旋转台11以供设置一基板6，用以承载该基板6旋转，旋转台11以真空吸附方式固定该基板6。该基板6为用于半导体制程的基板6，例如晶圆。该流体供应模块2包括一喷嘴21，该喷嘴21对应该旋转台11设置以供应一蚀刻液。该喷嘴21可受驱动在相对于该基板6的一范围往返移动，且每往返一次定义为一个移动周期，也就是说，该喷嘴21可受驱动而相对于该基板6在两个端点之间摆动，而在该两端点之间往返一次即为一个移动周期，通常该两端点位置分别对应该基板6的中心及边缘，但是也可依据实际需求设定两端点位于对应基板6中心与边缘之间的位置。
该侦测模块3包括一光源发射器31及一光谱接收器32，该光源发射器31用以发射光线至该基板6，该光谱接收器32用以接收从该基板6反射的光线并产生一光谱信号。该光源发射器31发出的光的波长介于200nm至800nm，该光谱接收器32含有光谱仪以将反射光分成各波段而产生该光谱信号。在本实施例中，该侦测模块3还包括一侦测头33及一驱动机构34。该侦测头33具有一出入光面331以供该光源发射器31的光线射出且供自该基板6反射的光线进入，该出入光面331与该基板6的距离介于20mm至100mm较佳，以获得较佳的光信号。具体而言，该侦测头33为连接该光源发射器31及该光谱接收器32的一束光纤的末端，其中部分光纤用以传导自该光源发射器31发射的光线至该基板6，另一部分光纤用以传导自该基板6反射的光线至该光谱接收器32，该出入光面331为该束光纤的末端所构成。该驱动机构34与该侦测头33连接并受该控制模块4控制驱动该侦测头33在一工作位置(如图2所示)及一待机位置(如图3所示)之间移动，当该侦测头33位于该工作位置时，该侦测头33位于该基板6上方以对该基板6发射光线及接收反射光，当该侦测头33位于该待机位置时即离开该基板6。该驱动机构34以直线移动方式驱动该侦测头33，可采用例如气压缸、电动缸等。该清洁模块5设于相邻该待机位置处以在该侦测头33受控移动至该待机位置时清洁该侦测头33，以确保该出入光面331没有附着喷溅的蚀刻液。该清洁模块5包括一用以清洗该侦测头33的清洗槽51及一用以吹干该侦测头33的吹气干燥机构52。该清洗槽51提供去离子水冲洗该侦测头33，再通过该吹气干燥机构52喷出氮气将该侦测头33上残留的去离子水去除，将该侦测头33吹干。另配合参阅图4，在一变化的实施态样，该侦测模块3还可包括一吹气机构35，该吹气机构35相邻该侦测头33设置以在该侦测头33受控移动至该工作位置时对该侦测头33吹气，避免蚀刻制程中该蚀刻液喷溅至该出入光面331。
该控制模块4与该基板承载模块1、该流体供应模块2、该侦测模块3及该清洁模块5电连接，以控制该基板承载模块1、该流体供应模块2、该侦测模块3及该清洁模块5运作。该控制模块4在该基板6被蚀刻过程中持续接收该侦测模块3测得的该光谱信号并对应所接收的光谱信号产生一实时光谱数据，再分析该实时光谱数据以获得一特征数据并据以判断是否已达蚀刻终点。
详细而言，另配合参阅图5与图6，举例该基板6具有一图案层61、一待蚀刻层62及一蚀刻停止层63，图案层61及待蚀刻层62皆为铜金属层，蚀刻停止层63为钛金属层。以下即以前述基板6的蚀刻过程为例，即待蚀刻层62为铜金属层，而蚀刻停止层63为钛金属层，具体说明该控制模块4判断蚀刻终点的方法。在本实施例中，该实时光谱数据是将该光谱信号经信号处理后所得的一转换光谱，分析该实时光谱数据是分析该转换光谱的波形，该特征数据为该转换光谱的波形出现一特征光谱波形时判断已达蚀刻终点。其中，将该光谱信号经信号处理形成该转换光谱的方式，是以蚀刻制程开始后第2秒所测得的光谱信号当基础光谱，再将其后蚀刻过程中所测得的光谱信号及该基础光谱的光谱强度相除，而得到该转换光谱。接着分析该转换光谱的波形，在本实施例中是取该转换光谱在200-800nm的波段分析是否出现山峰波形，其中，最佳的范围在250-350nm之间，该山峰波形即为一特征光谱波形，也就是说出现该特征光谱波形为本实施例的特征数据，可判断已达蚀刻终点。
在本实施例中，辨识特征光谱波形的演算法简单说明如下：以Left代表转换光谱中250-280nm波段(下称左侧波段)的光谱强度平均值、以Center代表转换光谱中281-320nm波段(下称中间波段)的光谱强度平均值、以Right代表转换光谱中321-350nm波段(下称右侧波段)的光谱强度平均值，定义
A：If(Center-Left)>0.03,then A＝1,else A＝0，此式用以判断特征光谱波形的山峰是否出现在中间波段，其表示Center值减去Left值是否大于0.03，若是则A＝1，此时判断山峰出现在中间波段，若否则A＝0，此时判断山峰未出现在中间波段；
B：If(Center-Right)>0.02,then B＝1,else B＝0，此式用以判断特征光谱波形的山峰是否出现在中间波段，其表示Center值减去Right值是否大于0.02，若是则B＝1，此时判断山峰出现在中间波段，若否则B＝0，此时判断山峰未出现在中间波段；
C：If(Center/Left)>1.02,then C＝1,else C＝0，此式用以判断特征光谱波形的左侧波段的斜率是否符合预设波形，其表示Center值除以Left值是否大于1.02，若是则C＝1，若否则C＝0；
D：If(Center/Right)>1.02,then D＝1,else D＝0，此式用以判断特征光谱波形的右侧波段的斜率是否符合预设波形，其表示Center值除以Right值是否大于1.02，若是则D＝1，若否则D＝0；
EPD Trend＝A×0.25+B×0.25+C×0.25+D×0.25
当EPD Trend＝1时，即A、B、C、D皆等于1时，表示A、B、C、D四个判断条件皆符合，此时可判断特征光谱波形出现，即到达蚀刻终点。
上述A、B、C、D中所设定的条件数值，是依据实验确认已蚀刻完成的相同制程基板的反射光谱波形所设定，其可依据不同基板上的膜层的反射光谱波形而调整，也就是说，可依据基板上的膜层所属不同材料的反射光谱波形而调整。
此外，由于该流体供应模块2被启动至该蚀刻液实际到达该基板6表面可能会延迟一段时间，所以该控制模块4还可预设有一第一延迟时间，该第一延迟时间为该控制模块4从启动该流体供应模块2供应该蚀刻液至启动该侦测模块3以发射光线的间隔时间，以确保启动该侦测模块3时，该基板6表面已经开始被蚀刻。再者，该控制模块4还可预设有一第二延迟时间，该第二延迟时间为该控制模块4判断已达蚀刻终点时至令该流体供应模块2停止供应该蚀刻液的间隔时间，以通过该第二延迟时间稍微增加蚀刻时间，以确保待蚀刻层62有被移除干净。或者，该控制模块4可预设于判断已达蚀刻终点时仍使该喷嘴21完成一个移动周期再使该流体供应模块2停止供应该蚀刻液，也能确保待蚀刻层62有被移除干净。进一步地，该控制模块4还可预设有一容许时间范围，并依据启动该流体供应模块2供应该蚀刻液至判断已达蚀刻终点时的间隔时间设定为一制程时间，再将该制程时间与该容许时间范围比对，若该制程时间超出该容许时间范围即产生一异常警示。也就是说，在蚀刻过程中，从开始蚀刻到蚀刻终点结束所花的时间(制程时间)超过或小于从经验中已知的该制程所需的通常时间(容许时间范围)，该控制模块4即产生异常警示，以使该基板处理装置100的操作者能及时检查制程是否有异常状况。
在一变化的实施态样，该实时光谱数据是取该光谱信号中一第一波段的光谱强度的平均值A1及取该光谱信号中一第二波段的光谱强度的平均值A2，分析该实时光谱数据是以A1减去A2产生一实时参数值R，且将蚀刻过程中各时间点的实时参数值R形成一曲线图，取该曲线图的斜率而获得该特征数据，在该特征数据形成正负转变时判断已达蚀刻终点。具体而言，该第一波段的波长为235nm至300nm，该第二波段的波长为570nm至700nm。在蚀刻过程中，实时参数值R会越来越大，而在达到蚀刻终点时该实时参数值R会变小，也就是说，由实时参数值R随时间改变所形成的曲线图在蚀刻终点前的区段斜率为正，而在到达蚀刻终点时曲线图出现转折点，即斜率形成正负转变。如此，通过实时参数值R随时间改变所形成的曲线图产生的特征数据即可判断蚀刻终点。
综上所述，通过在蚀刻制程中可以精准控制蚀刻终点，能使先进制程的基板6的小线宽精准蚀刻(侧蚀)容易控制，并能节省制程时间以增加产能且延长蚀刻药水寿命。进一步地，可以即时全程侦测蚀刻制程的变异，以确保每片基板6的蚀刻质量。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (21)

1.一种基板处理装置，其特征在于：包含：
基板承载模块，包括旋转台以供设置基板；
流体供应模块，包括喷嘴，该喷嘴对应该旋转台设置以供应蚀刻液；
侦测模块，包括光源发射器及光谱接收器，该光源发射器用以发射光线至该基板，该光谱接收器用以接收从该基板反射的光线并产生光谱信号；及
控制模块，与该流体供应模块及该侦测模块电连接，并在该基板被蚀刻过程中接收该光谱信号且对应所接收的光谱信号产生实时光谱数据，再分析该实时光谱数据以获得特征数据并据以判断是否已达蚀刻终点。
2.根据权利要求1所述基板处理装置，其特征在于：该实时光谱数据是取该光谱信号中第一波段的光谱强度的平均值A1及取该光谱信号中第二波段的光谱强度的平均值A2，分析该实时光谱数据是以A1减去A2产生实时参数值R，且将蚀刻过程中各时间点的实时参数值R形成曲线图，取该曲线图的斜率而获得该特征数据，于该特征数据形成正负转变时判断已达蚀刻终点。
3.根据权利要求2所述基板处理装置，其特征在于：该第一波段的波长为235nm至300nm，该第二波段的波长为570nm至700nm。
4.根据权利要求1所述基板处理装置，其特征在于：该实时光谱数据是将该光谱信号经信号处理后所得的转换光谱，分析该实时光谱数据是分析该转换光谱的波形，该特征数据为该转换光谱的波形出现特征光谱波形时判断已达蚀刻终点。
5.根据权利要求1所述基板处理装置，其特征在于：该光源发射器发出的光的波长介于200nm至800nm。
6.根据权利要求1所述基板处理装置，其特征在于：该侦测模块还包括侦测头，该侦测头具有出入光面以供该光源发射器的光线射出且供自该基板反射的光线进入。
7.根据权利要求6所述基板处理装置，其特征在于：该侦测模块还包括驱动机构，该驱动机构与该侦测头连接并受该控制模块控制驱动该侦测头在工作位置及待机位置之间移动。
8.根据权利要求6所述基板处理装置，其特征在于：该侦测模块还包括吹气机构，相邻该侦测头设置以在该侦测头受控移动至该工作位置时吹气以防止该蚀刻液喷溅至该侦测头的出入光面。
9.根据权利要求6所述基板处理装置，其特征在于：还包含清洁模块，设于相邻该待机位置处以在该侦测头受控移动至该待机位置时清洁该侦测头。
10.根据权利要求9所述基板处理装置，其特征在于：该清洁模块包括用以清洗该侦测头的清洗槽及用以吹干该侦测头的吹气干燥机构。
11.根据权利要求1所述基板处理装置，其特征在于：该控制模块预设有第一延迟时间，该第一延迟时间为该控制模块从启动该流体供应模块供应该蚀刻液至启动该侦测模块以发射光线的间隔时间。
12.根据权利要求1所述基板处理装置，其特征在于：该控制模块预设有第二延迟时间，该第二延迟时间为该控制模块判断已达蚀刻终点时至令该流体供应模块停止供应该蚀刻液的间隔时间。
13.根据权利要求1所述基板处理装置，其特征在于：该喷嘴受控供应该蚀刻液时相对于该基板在一范围往返移动，定义往返一次为一个移动周期，该控制模块预设在判断已达蚀刻终点时仍使该喷嘴完成一个移动周期再使该流体供应模块停止供应该蚀刻液。
14.根据权利要求1所述基板处理装置，其特征在于：该控制模块预设有容许时间范围，并依据启动该流体供应模块供应该蚀刻液至判断已达蚀刻终点时的间隔时间设定为制程时间，再将该制程时间与该容许时间范围比对，若该制程时间超出该容许时间范围即产生异常警示。
15.一种蚀刻基板的控制方法，是在基板处理装置执行，该基板处理装置包含用以承载基板的基板承载模块、用以供应蚀刻液的流体供应模块、用以侦测该基板表面的反射光谱并产生光谱信号的侦测模块，及控制模块，其特征在于：该方法包含以下步骤：
令该控制模块在该基板被蚀刻过程中接收该光谱信号并对应所接收的光谱信号产生实时光谱数据；
分析该实时光谱数据以获得特征数据；及
依据该特征数据判断是否已达蚀刻终点。
16.根据权利要求15所述蚀刻基板的控制方法，其特征在于：该实时光谱数据是取该光谱信号中第一波段的光谱强度的平均值A1及取该光谱信号中第二波段的光谱强度的平均值A2，分析该实时光谱数据是以A1减去A2产生实时参数值R，且将蚀刻过程中各时间点的实时参数值R形成曲线图，取该曲线图的斜率而获得该特征数据，在该特征数据形成正负转变时判断已达蚀刻终点。
17.根据权利要求16所述蚀刻基板的控制方法，其特征在于：该第一波段的波长为235nm至300nm，该第二波段的波长为570nm至700nm。
18.根据权利要求15所述蚀刻基板的控制方法，其特征在于：该实时光谱数据是将该光谱信号经信号处理后所得的转换光谱，分析该实时光谱数据是分析该转换光谱的波形，该特征数据为该转换光谱的波形出现特征光谱波形时判断已达蚀刻终点。
19.根据权利要求15所述蚀刻基板的控制方法，其特征在于：该控制模块预设有第一延迟时间，以在启动该流体供应模块供应该蚀刻液后经过该第一延迟时间启动该侦测模块以发射光线。
20.根据权利要求15所述蚀刻基板的控制方法，其特征在于：该控制模块预设有第二延迟时间，以在判断已达蚀刻终点后经过该第二延迟时间令该流体供应模块停止供应该蚀刻液。
21.根据权利要求15所述蚀刻基板的控制方法，其特征在于：该控制模块预设有容许时间范围，并依据启动该流体供应模块供应该蚀刻液至判断已达蚀刻终点时的间隔时间设定为制程时间，再将该制程时间与该容许时间范围比对，若该制程时间超出该容许时间范围即产生异常警示。
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