CN115938929B - 蚀刻机台及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例公开了一种蚀刻机台的控制方法及蚀刻机台，所述控制方法包括：将测试晶圆投入所述蚀刻机台的酸槽盛装的蚀刻液中进行第一蚀刻处理，以激活所述蚀刻液；利用所述蚀刻机台的检测模块对所述第一蚀刻处理过程中的所述测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第一检测结果；根据所述第一检测结果，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功；确定所述蚀刻液的激活成功时，将产品晶圆投入所述蚀刻液中进行第二蚀刻处理。
Description
技术领域
本公开实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种蚀刻机台及其控制方法。
背景技术
湿法蚀刻是一种利用化学液对晶圆进行化学腐蚀，从而在晶圆上形成图案或者将晶圆减薄的半导体制作工艺。为了达到较高的蚀刻速率和蚀刻选择比，湿法蚀刻所采用的蚀刻液会由多种化学液混合而成，蚀刻液与晶圆发生的化学反应也较为复杂。通常新配的蚀刻液在第一次执行产品晶圆之前，需要对新配的蚀刻液进行激活，以获得较高的蚀刻速率和蚀刻选择比。在实际的湿法蚀刻制程中，激活过程会伴随着晶圆转移、检测等工序，在一定程度上会降低湿法蚀刻机台的产能。如何实现高效的激活成为亟待解决的问题。
发明内容
根据本公开实施例的第一方面，提供一种蚀刻机台的控制方法，包括：
将测试晶圆投入所述蚀刻机台的酸槽盛装的蚀刻液中进行第一蚀刻处理，以激活所述蚀刻液；
利用所述蚀刻机台的检测模块对所述第一蚀刻处理过程中的所述测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第一检测结果；
根据所述第一检测结果，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功；
确定所述蚀刻液的激活成功时，将产品晶圆投入所述蚀刻液中进行第二蚀刻处理。
在一些实施例中，所述根据所述第一检测结果，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功，包括：
根据所述第一检测结果，确定所述测试晶圆的蚀刻程度；
根据所述蚀刻程度，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功。
在一些实施例中，所述方法还包括：
若所述蚀刻程度大于或者等于预设值，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活成功。
在一些实施例中，所述利用所述检测模块对所述第一蚀刻处理过程中的所述测试晶圆进行蚀刻参数检测，包括：
利用所述检测模块对所述第一蚀刻处理过程中所述测试晶圆进行多次重量检测；
或者，
利用所述检测模块对进行所述第一蚀刻处理过程中所述测试晶圆的进行多次光学厚度检测。
在一些实施例中，所述方法还包括：
确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活不成功时，在所述蚀刻液中继续对所述测试晶圆进行第三蚀刻处理。
在一些实施例中，所述方法还包括：
利用所述检测模块对进行所述第三蚀刻处理的测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第二检测结果；
根据所述第二检测结果，确定进行所述第三蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功；
确定进行所述第三蚀刻处理后的所述蚀刻液激活不成功，更换所述酸槽中的所述蚀刻液。
在一些实施例中，所述方法还包括：
在所述蚀刻机台的显示模块上显示所述蚀刻液是否激活成功的信息。
在一些实施例中，所述蚀刻机台用于实现对所述产品晶圆的减薄。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种蚀刻机台，包括：一个或多个酸槽、检测模块、机械臂及控制器；其中，
所述酸槽用于盛放蚀刻液；
所述检测模块用于测量在所述蚀刻液中进行蚀刻的相关晶圆的蚀刻参数检测；
所述控制器，与所述机械臂和所述检测模块连接，用于控制所述机械臂将测试晶圆投入所述蚀刻机台的酸槽盛装的蚀刻液中进行第一蚀刻处理，以激活所述蚀刻液；控制所述检测模块对进行所述第一蚀刻处理的所述测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第一检测结果；根据所述第一检测结果，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功；确定所述蚀刻液的激活成功时，控制所述机械臂将产品晶圆投入所述蚀刻液中进行第二蚀刻处理。
在一些实施例中，所述检测模块包括重量检测器件或者光学厚度检测器件。
本公开实施例在蚀刻机台中设置检测模块，使用测试晶圆对酸槽中的蚀刻液进行第一蚀刻处理以激活蚀刻液，利用检测模块对第一蚀刻处理过程中的测试晶圆进行蚀刻参数检测得到第一检测结果，根据第一检测结果确定第一蚀刻处理后的蚀刻液的激活是否成功，确定蚀刻液激活成功后，将产品晶圆投入蚀刻液中进行第二蚀刻处理。一方面，本公开实施例在产品晶圆进行第二蚀刻处理之前，利用测试晶圆激活蚀刻液，使得蚀刻液满足第二蚀刻处理的蚀刻速率或者蚀刻选择比，提高产品晶圆的制作效率和制作良率。另一方面，本公开实施例将检测模块集成在机台内，可实现激活以及蚀刻参数检测在一个蚀刻机台内的自动化整合，避免将测试晶圆从机台取出检测而导致蚀刻液暴露的问题，减少测试晶圆在不同机台间的传片时间，减少传片时间过长导致测试晶圆被氧化或者污染而引起的检测误差，提高测试晶圆检测效率和检测精度，进而提高激活效果和机台产能。
附图说明
图1是根据本公开实施例示出的一种蚀刻机台的结构块图；
图2是根据本公开实施例示出的一种蚀刻机台的控制方法的示意图；
图3a至图3e是根据本公开实施例示出的一种应用蚀刻机台的半导体结构的制作方法的示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例对本公开的技术方案做进一步的详细阐述。
在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。
在本公开实施例中，术语“A与B接触”包含A与B直接接触的情形，或者A、B两者之间还间插有其它部件而A间接地与B接触的情形。
在本公开实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶表面和底表面之间，或者层可在连续结构顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。并且，层可以包括多个子层。
可以理解的是，本公开中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示其“在”某物“上”且其间没有居间特征或层(即直接在某物上)的含义，而且还包括“在”某物“上”且其间有居间特征或层的含义。
需要说明的是，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。
在半导体芯片制造过程中，相较于各向非同异性的干法等离子体蚀刻，湿法蚀刻具有各向同异性的特点，湿法蚀刻在不同蚀刻方向上的蚀刻速率和蚀刻选择比可保持相同，并且湿法蚀刻具有更高的蚀刻速率和更低的成本，广泛用于晶圆膜层整体的移除或者晶圆减薄。
在一些半导体集成电路的制作或者封装方面，晶圆减薄是一步重要的工序。在对晶圆进行切割封装之前，需要对晶圆进行背面减薄，一方面改善芯片的散热效果，另一方面有利于减小封装尺寸。
晶圆可包括任何半导体晶圆，组成材料可包括：单质半导体材料(例如硅、锗)、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料、有机半导体材料或者本领域已知的其它半导体材料。
以应用较为广泛的硅晶圆为例，对于硅晶圆的减薄，湿法蚀刻的蚀刻液可采用混合酸蚀刻液，该类型的蚀刻液中包括多种化学酸，主要成分可包括：硝酸(或者其他氧化性酸)以及氢氟酸。在混合酸体系中，硝酸(或者其他氧化性酸)将硅氧化成氧化硅，氢氟酸再与氧化硅反应，以此来实现对硅的蚀刻。
在一些混合酸蚀刻液中，还可添加醋酸或者表面活性剂来调节蚀刻液在晶圆表面的表面张力，也可加入亚硝酸盐、硅添加剂或者硼添加剂来调节蚀刻速率。还可通过调节蚀刻液组分来实现对不同掺杂类型或者不同掺杂浓度的晶圆的不同蚀刻选择比，从而实现对不同晶圆的快速、高效的蚀刻。
在一些混合酸蚀刻中，蚀刻液的高选择比和高蚀刻速率依赖于蚀刻反应的中间产物的催化作用，因此在制程开始前需要激活过程，从而增加中间产物含量，使刻蚀速率以及蚀刻选择比得到提升。
以硝酸与氢氟酸的蚀刻体系为例，反应式如下所示：
2HNO3 + 3R → 3RO + 2NO +H2O (1)
H+ + NO3 - + 2NO + H2O → 3HNO2 (2)
2HNO2 + R → RO + 2NO + H2O (3)
(1)至(3)式，R可以是反应体系中的还原剂，例如Si。上述反应式均为可逆反应，不同的还原剂R对应有不同的配平方式，可能会存在RxOy的情形，上述反应式仅为示例。
结合(1)至(3)式可知，在硝酸蚀刻晶圆的体系中，蚀刻反应是由未解离的硝酸和硅所触发，亚硝酸(HNO2)作为中间产物，其产生是一个自催化的过程。混合酸液中一旦有了亚硝酸，亚硝酸会和硅反应生成一氧化氮，一氧化氮再与硝酸反应生成亚硝酸，所以中间产物亚硝酸的产生是一种自催化的过程，即混合酸液中的亚硝酸含量越高，亚硝酸的生成速率也越快，硅被腐蚀的越多，生成更多的氧化硅与氢氟酸反应，达到硅蚀刻的目的。
在本公开的一些示例性实施例中，在对产品晶圆进行蚀刻之前，可先使用测试晶圆(或者，控挡晶圆)投入到新配的蚀刻液中，测试晶圆会与蚀刻液反应，生成一定量的中间产物以使得蚀刻选择比和蚀刻速率达标，激活后再对实际需要加工的产品晶圆进行蚀刻，提高蚀刻效率。
在一些示例性实施例中，激活是否成功可以通过观察测试晶圆的厚度变化和表面形貌进行判断。目前使用的湿法蚀刻机台无法在腐蚀过程中进行观察，故需要采用手动方式将晶圆从机台中取出并进行观察或者量测，此过程一方面存在手动过程导致不规范、效率低，同时将晶圆取出蚀刻机台会导致酸液暴露，影响激活效果，导致实际反应结果与期望结果出现偏差。
具体的，表面形貌可以包括：晶圆颜色，晶圆平坦度等。当测试晶圆被蚀刻减薄后，或者当测试晶圆上的膜层被减薄后，其表面对光线的折射率或者反射率会有变化，蚀刻前后反射光的颜色也不同。基于此，在蚀刻前将测试晶圆与现有的晶圆色卡比对，确定测试晶圆的厚度范围；测试晶圆蚀刻后将测试晶圆传出，再与晶圆色卡比对，根据颜色来确定蚀刻后的测试晶圆的厚度范围，以此来确定测试晶圆总的蚀刻量，据此判定蚀刻液是否激活成功。可以理解的是，在对测试晶圆颜色的比对过程中，需要将测试晶圆手动传出再进行人工观察比对，此过程需要工程师将晶圆直接拿在手中或者利用晶圆吸笔吸附晶圆进行比对，难以完成自动化生产，且颜色变化只能反映一个厚度变化范围，误差较大。
关于测试晶圆平坦度，可以利用扫描电镜、透射电镜或者光学检测机台来进行，反映测试晶圆经过蚀刻后表面不同位置的粗糙度、凹陷或者凸起程度。目前的湿法蚀刻制程，对于测试晶圆平坦度的测试需要将测试晶圆从湿法蚀刻机台转移至其他机台进行检测，可能会因为传片时间过长而导致测试晶圆(例如，硅晶圆)氧化，或者测试晶圆被其他测试设备的机械臂污染，或者测试晶圆被晶圆盒污染，从而导致测试晶圆检测误差增大，甚至蚀刻液激活失败的情形。
图1示出了一种蚀刻机台10的结构块图；图2示出了一种蚀刻机台的控制方法的流程图。结合图1和图2所示，该蚀刻机台的控制方法包括：
S100：将测试晶圆投入蚀刻机台的酸槽盛装的蚀刻液中进行第一蚀刻处理，以激活蚀刻液；
S200：利用蚀刻机台的检测模块对第一蚀刻处理过程中的测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第一检测结果；
S300：根据第一检测结果，确定进行第一蚀刻处理后的蚀刻液的激活是否成功；
S400：确定蚀刻液的激活成功时，将产品晶圆投入蚀刻液中进行第二蚀刻处理。
本公开实施例的蚀刻机台可包括湿法蚀刻机台，湿法蚀刻机台中可包括多个酸槽，本公开实施例对酸槽数量不作限制。本公开实施例对一个酸槽中进行的第二蚀刻处理的产品晶圆的数量不作限制。
蚀刻液可根据所需蚀刻材料的来进行选择和配置，可仅对裸晶圆背面或者表面进行蚀刻减薄，也可对晶圆一个表面上的膜层或者半导体结构进行蚀刻。例如，对硅晶圆进行减薄或者对晶圆表面的单晶硅层、多晶硅层进行蚀刻，可以选择包括有硝酸-氢氟酸的混合酸蚀刻液进行蚀刻。例如，对晶圆表面的氧化硅层进行蚀刻时，可以选择包括有氢氟酸的蚀刻液。再例如，对晶圆表面的氮化硅进行蚀刻时，可以选择包括有磷酸的蚀刻液进行蚀刻。还例如对晶圆表面的氧化铝进行蚀刻时，可以选择包括有盐酸的蚀刻液进行。
在一些实施例中，湿法蚀刻机台可用于清洗，其中的全部酸槽用于盛装超纯水，用于清洗晶圆。这里的超纯水用于表征水的纯净度，一般超纯水的电阻率大于或者等于18MΩ/cm3，超纯水可基本满足电子级的纯净度，可对光刻以及湿法蚀刻后的晶圆表面残留物进行清理。在另外一些实施例中，酸槽也可用于盛装比超纯水纯净度低的去离子水，电阻率在5MΩ/cm3至18MΩ/cm3，用于对颗粒或者金属离子残留要求不高的清洗制程。可以理解的是，可在不同的酸槽中配置不同洁净度的水对晶圆进行梯次清洗，以降低成本。
在一些实施例中，可在一部分酸槽中盛装蚀刻液，在一部分酸槽中盛装超纯水或者去离子水，湿法蚀刻完成后即进行清洗，去除晶圆表面残留的化学液。不同酸槽中盛装的蚀刻液可不同。
在一些实施例中，湿法蚀刻机台还配置有干燥区，设置有氮气干燥装置、异丙醇(IPA)干燥装置或者旋转干燥装置，用于干燥晶圆表面。
本公开实施例的蚀刻参数可根据湿法蚀刻的具体制程来制定。
在一些实施例中，参照图3a至图3e所示，本公开实施例示出了一种应用湿法蚀刻机台的半导体结构的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤一：参照图3a所示，第一晶圆210的正面与承载晶圆220键合，第一晶圆210正面与背面为相对设置的表面，正面设置有器件结构；第一晶圆210在z方向上具有较大的厚度，例如可以是800μm；
步骤二：参照图3b所示，对第一晶圆210的背面进行轮磨减薄；剩余的第一晶圆210的厚度为26μm；
步骤三：参照图3c所示，将第一晶圆210以及承载晶圆220投入到酸槽的蚀刻液中，对第一晶圆210的背面进行第一次湿法蚀刻；剩余的第一晶圆210的厚度为4.3μm；
步骤四：参照图3d所示，对第一晶圆210的背面进行化学机械研磨；剩余的第一晶圆210的厚度为3.0μm；
步骤五：参照图3e所示，再将第一晶圆210以及承载晶圆220投入到酸槽的蚀刻液中，对第一晶圆210的背面进行第二次湿法蚀刻；剩余的第一晶圆210的厚度为2.3μm。
为了更加直观的说明第一晶圆210的减薄过程，在图3a至图3e中的第一晶圆210位置标注出厚度，例如图3a中第一晶圆210厚度为800μm。
示例性的，轮磨工艺可以是利用钻石砂轮对晶圆进行机械研磨，相较于湿法蚀刻和化学机械研磨，轮磨具有更大的去除量，且具有较高的去除效率。本公开实施例，将去除量较大的轮磨整合在湿法蚀刻之前，可以利用轮磨来完成较大的去除量，降低湿法蚀刻和化学机械研磨的制程压力。完成较大的去除量后，再结合湿法蚀刻和化学机械研磨进行厚度的修整，减少轮磨的过度去除而导致晶圆过薄引起的晶圆弯曲以及破片的风险，利于控制晶圆厚度。
该实施例中，第一晶圆210和承载晶圆220的组成材料可不同，例如第一晶圆210可以是硅晶圆，第二晶圆可以是锗晶圆或者氧化铝晶圆；或者，第一晶圆210和承载晶圆220的掺杂方式不同，例如第一晶圆210可以是高浓度的P型掺杂晶圆，承载晶圆220可以是低浓度的P型掺杂、高浓度的N型掺杂或者无掺杂的本征晶圆。如此，可以使得蚀刻液对第一晶圆210具有较高的选择比，即在进行第一次湿法蚀刻和第二次湿法蚀刻时，蚀刻液对第一晶圆210具有较高的蚀刻速率，蚀刻液对承载晶圆220具有较小的蚀刻速率或者基本不蚀刻，以此减少承载晶圆220的消耗。
在一些实施例中，承载晶圆220和第一晶圆210的键合方式可以是通过键合胶或者紫外胶进行暂时键合，在执行完图3e的第二次湿法蚀刻后，对承载晶圆220进行解键合，利用本公开实施例的湿法蚀刻机台进行清洗、干燥后再进行循环利用，降低制作成本。
结合图3a至图3e的制作方法可知，湿法蚀刻对于待蚀刻晶圆或者待蚀刻材料的蚀刻速率以及蚀刻选择比较为关键。在晶圆尺寸一定的情况下，可以以单位时间蚀刻的重量(g/min)，或者单位时间蚀刻的厚度来计算(nm/min，μm/min)来表征蚀刻速率。常规晶圆尺寸有8英寸、12英寸等。蚀刻选择比，同一蚀刻液对两种不同的蚀刻材料的蚀刻速率的比值，例如，在图3c中，蚀刻液对第一晶圆210的具有第一蚀刻速率，蚀刻液对承载晶圆220具有第二蚀刻速率，蚀刻液对第一晶圆210上的器件结构具有第二蚀刻速率；该蚀刻液对第一晶圆210和承载晶圆220的蚀刻选择比是：第一蚀刻速率与第二蚀刻速率的比值，该比值大于1且越大，越利于第一晶圆210的蚀刻减薄，越利于承载晶圆220保护；蚀刻液对第一晶圆210和器件结构的蚀刻选择比是：第一蚀刻速率与第三蚀刻速率的比值，该比值大于1且越大，越利于第一晶圆210的蚀刻减薄，越利于器件结构的保护。可以理解的是，承载晶圆220和器件结构在该制作方法中，属于非蚀刻的目标结构。
在一些实施例中，蚀刻参数可以根据产品晶圆的具体制程来确定，蚀刻参数可用于反映蚀刻速率或者对不同待蚀刻材料的蚀刻选择比。
在一些实施例中，第一蚀刻处理(激活过程)可以是开启或者加快蚀刻反应，使得激活后的蚀刻液对产品晶圆的蚀刻速率或者蚀刻选择比(又称蚀刻选择性)达标。在另外一些实施例中，第一蚀刻处理(激活过程)还可用于检测蚀刻液的蚀刻速率或者蚀刻选择比。
本公开实施例中激活过程中发生的化学反应，可与产品晶圆与蚀刻液的化学反应相同，或者与某一阶段的化学反应相同。测试晶圆中与蚀刻液反应的部分的材料，可与产品晶圆中待蚀刻的部分相同。
第一蚀刻处理过程可以包括一次第一蚀刻，在第一蚀刻处理的过程中也可包括多次第一蚀刻。第一蚀刻处理过程中的蚀刻参数检测，可包括一次第一检测，也可包括第一蚀刻处理过程中的多次第一检测，可得到一个或者多个第一检测结果。检测模块可以是重量检测模块，用于检测晶圆重量；检测模块还可以是光学厚度检测模块，用于检测晶圆的厚度。
在一些实施例中，将测试晶圆投入蚀刻液中进行第一蚀刻处理，第一蚀刻处理过程具有第一蚀刻有效时间，第一有效蚀刻时间可根据实际生产经验或者前期的多次蚀刻试验得出的一个参考值，例如30min，预计蚀刻30min钟后可以使得蚀刻液激活成功。如果超过30min中还未激活成功，可加长蚀刻时间，例如，将测试晶圆继续投入蚀刻液中蚀刻15min，对其进行第三蚀刻处理。后文将对第三蚀刻处理的情形进行详细解释，此处不进行赘述。
将测试晶圆投入蚀刻液之前，可对测试晶圆进行检测(第一次第一检测)，蚀刻到达第一蚀刻有效时间后对测试晶圆进行检测(第二次第一检测)，根据两次第一检测的结果确定蚀刻液激活成功。如果蚀刻前已经知道晶圆的厚度或者重量，则只需一次第一检测即可完成激活的确定。该实施例中，第一蚀刻处理过程包括一次第一蚀刻，包括一次或者两次第一检测。
在一些实施例中，可将第一蚀刻有效时间划分为多个时间段，例如30min的第一蚀刻处理分成6次第一蚀刻进行，每一次第一蚀刻的蚀刻时间为5min，完成一次5min的第一蚀刻后将测试晶圆转移出酸槽对其进行第一检测，直至蚀刻时间累加至30min。需要强调的是，如果在进行完任何一次第一蚀刻后确定蚀刻液激活成功，可不再执行剩余的第一蚀刻，第一蚀刻处理激活成功，以此来减少激活时间，提高机台产能。该实施例中，第一蚀刻处理过程可包括多次第一蚀刻，包括多次第一检测。
具体的，在一些实施例中，通过重量检测模块对未经过蚀刻的测试晶圆进行第一次检测得到第一个第一检测结果W0；将测试晶圆投入到新配置的蚀刻液中进行第一蚀刻，蚀刻时间为t1；重量检测模块再对蚀刻后的测试晶圆进行第二次检测，得到第二个第一检测结果W1，通过对数值进行分析，如果满足预设条件则可以确定进行第一蚀刻处理后的蚀刻液激活成功。预设条件可以包括：蚀刻速率大于或者等于预设值，蚀刻总量大于或者等于预设值。
例如，蚀刻总量(W1与W0的差值)满足预设条件，和/或蚀刻速率(W1-W0)/t1满足预设条件，表示激活成功。如果不满足预设条件，将测试晶圆再次投入蚀刻液中进行第二次第一蚀刻，蚀刻时间为t2；重量检测模块再对蚀刻后的测试晶圆进行第三次检测，得到第三个第一检测结果W3，W3-W0满足预设条件，和/或(W3-W0)/(t2+t1)满足预设条件，即表示激活成功。可以理解的是，如果测试晶圆在进入蚀刻机台之前已经知道其初始重量W0，可以省略对测试晶圆初始重量的检测。
在一些实施例中，当检测模块为光学厚度检测模块时，其操作步骤与重量检测的步骤类似，未经过蚀刻的测试晶圆的厚度为Th0，经过蚀刻液第一次第一蚀刻后的厚度为Th1，蚀刻时间为t1；蚀刻总量Th1-Th0满足预设条件，和/或蚀刻速率(Th1-Th0)/t1满足预设条件，表示激活成功。如果不满足预设条件，将测试晶圆再次投入蚀刻液中进行第三次第一蚀刻，还可进行第四次，第五次蚀刻或者更多次。需要指出的是，第一蚀刻处理中的多次第一蚀刻的总蚀刻时间可小于或者等于第一蚀刻有效时间，例如30min。
测试晶圆在进行检测模块检测之前，将测试晶圆从酸槽中转移至本公开实施的蚀刻机台的干燥区，干燥完毕后再利用检测模块进行检测，提高检测精度。
在一些实施例中，可以更换不同的测试晶圆，不同的测试晶圆包括不同的待蚀刻材料，通过检测蚀刻液对不同测试晶圆的蚀刻速率，进而得出蚀刻选择比。以第一测试晶圆和第二测试晶圆为例，第一测试晶圆与第二测试晶圆的掺杂类型或者浓度不同；或者，第一测试晶圆上具有氧化硅层，第二测试晶圆上具有氮化硅层。
通过蚀刻液对测试晶圆的第一蚀刻处理后，经过检测模块对重量或者厚度的检测，确定蚀刻速率或者选择性符合预设条件，则可确定蚀刻液激活成功，可将产品晶圆投入到蚀刻液中进行第二蚀刻处理，第二蚀刻处理可以包括图3c或者3e所示的湿法蚀刻步骤。
在一些实施例中，可以结合激活过程中检测到的蚀刻液的蚀刻速率以及产品晶圆的蚀刻去除量，来调整产品晶圆的第二蚀刻处理的蚀刻时间。
在一些实施例中，激活后的蚀刻液或者不需要激活的蚀刻液在实际的生产过程中，随着蚀刻产品晶圆的数量不断增多，蚀刻液中的蚀刻成分不断减少，蚀刻反应的副产物不断增多，蚀刻液的蚀刻速率会降低，会导致在原设定蚀刻时间下，产品晶圆无法达到目标去除量，补充蚀刻又会带来产能压力以及良率降低的风险。为了尽可能的保证产品晶圆在一次蚀刻中可以完成目标去除量，对于激活或者不需激活的蚀刻液可采取S100、S200的步骤，将测试晶圆投入到蚀刻液中进行蚀刻处理，利用检测模块对测试晶圆进行检测，根据检测结果确定蚀刻速率与预设的蚀刻速率进行对比，判定是否加长蚀刻时间或者更换新的蚀刻液，可以实现蚀刻液的蚀刻速率的实时监控。
在一些实施例中，也可通过检测模块对产品晶圆进行第二蚀刻处理前后分别进行检测，根据检测结果确定蚀刻速率、蚀刻量是否满足工艺需求，或者确定产品晶圆蚀刻后的剩余量(包括厚度或者重量)是否满足工艺需求，在达到对蚀刻液的蚀刻速率实时监控的基础上，还可以实现对产品晶圆自身良率的实时监控。
本公开实施例在产品晶圆进行第二蚀刻处理之前，利用测试晶圆激活蚀刻液，使得蚀刻液满足第二蚀刻处理的蚀刻速率或者蚀刻选择比，提高产品晶圆的制作效率和制作良率。一方面，本公开实施例将检测模块集成在机台内，可实现激活以及蚀刻参数检测在一个机台内的自动化整合，避免将测试晶圆从机台取出检测而导致酸液暴露的问题，进一步避免手动取出和人工观察测试晶圆导致的不规范和效率低的问题。另一方面，本公开实施例可减少测试晶圆在不同机台间的传片时间，减少传片时间过长导致测试晶圆被氧化或者污染而引起的检测误差，提高测试晶圆检测效率和检测精度，进而提高激活效果和机台产能。
在一些实施例中，根据第一检测结果，确定进行第一蚀刻处理后的蚀刻液的激活是否成功，包括：
根据第一检测结果，确定测试晶圆的蚀刻程度；
根据蚀刻程度，确定进行第一蚀刻处理后的蚀刻液的激活是否成功。
在一些实施例中，该控制方法还包括：
若蚀刻程度大于或者等于预设值，确定进行第一蚀刻处理后的蚀刻液的激活成功。
该实施例中的蚀刻程度可根据具体的制程来选择。在一些实施例中蚀刻程度可以表征第一处理过程中测试晶圆的蚀刻快慢，对应的是蚀刻速率的大小，蚀刻速率满足预设条件即可确定蚀刻液激活成功。在一些实施例中，蚀刻程度还可以表征第一处理过程测试晶圆的蚀刻总量的大小，蚀刻总量满足预设条件即可确定蚀刻液激活成功。在一些实施例中，蚀刻程度还可以是蚀刻速率以及蚀刻总量的综合表征结果，两者均满足预设条件即可确定蚀刻液激活成功。
在一些实施例中，预设条件可以是，蚀刻速率大于或者等于预设值，蚀刻总量大于或者等于预设值。该预设值可以根据实际的制作流程来确定。
在一些示例中结合图3b和图3c所示，在这一次湿法蚀刻过程中，第一晶圆210需要蚀刻去除的蚀刻总量是21.7μm。根据激活过程中确定的蚀刻速率来确定蚀刻时间，或者根据产线产能提出的蚀刻时间要求，来确定蚀刻速率的预设值，激活后的蚀刻速率需大于或者等于该预设值。
在另外一些示例中，产品晶圆上包括有待蚀刻部分、蚀刻阻挡层，或者具有低蚀刻速率的结构。为了完全去除待蚀刻部分，湿法蚀刻过程往往会加长蚀刻时间来进行过蚀刻。在此类的湿法蚀刻过程中，有一部分蚀刻时间可能并没有发生蚀刻反应，所以以蚀刻总量作为预设值较为合理。可以理解的是，在此类湿法蚀刻过程中，除了以蚀刻总量作为一个预设值，还可增加蚀刻速率作为第二个预设值，以便更加准确的判定激活是否成功。
在一些实施例中，利用检测模块对第一蚀刻处理过程中的测试晶圆进行蚀刻参数检测，包括：
利用检测模块对第一蚀刻处理过程中测试晶圆进行多次重量检测；
或者，
利用检测模块对进行第一蚀刻处理过程中所述测试晶圆的进行多次光学厚度检测。
在进行第一蚀刻处理过程中，可将未执行完第一蚀刻处理全过程的测试晶圆从酸槽中转移出，利用检测模块对测试晶圆检测，以确定蚀刻液是否激活成功，可包括多次重量检测或者多次光学厚度检测。
例如，可将第一蚀刻处理的第一蚀刻有效时间划分为多个时间段，每个时间段对应一次第一蚀刻，每一次第一蚀刻后将测试晶圆转移出酸槽对其进行重量或者厚度检测，直至蚀刻时间累加达到第一蚀刻有效时间。需要强调的是，如果在进行完任何一次第一蚀刻后确定蚀刻液激活成功，可不再执行剩余的第一蚀刻，第一蚀刻处理激活成功，以此来减少激活时间，提高机台产能。该实施例中，第一蚀刻处理过程可包括多次第一蚀刻，包括多次蚀刻参数检测。
在一些实施例中，该控制方法还包括：
确定进行第一蚀刻处理后的蚀刻液的激活不成功时，在蚀刻液中继续对测试晶圆进行第三蚀刻处理。
在一些实施例中，该控制方法还包括：
利用检测模块对进行第三蚀刻处理的测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第二检测结果；
根据第二检测结果，确定进行第三蚀刻处理后的蚀刻液的激活是否成功；
确定进行第三蚀刻处理后的蚀刻液激活不成功，更换酸槽中的蚀刻液。
在该实施例中，第一蚀刻处理可以包括多次短蚀刻时间的蚀刻，每一次蚀刻后对蚀刻参数进行检测以判定激活是否成功。可根据每一次蚀刻检测的蚀刻参数与对应的蚀刻时间绘制蚀刻曲线，便于获取更为准确的蚀刻规律，利于湿法蚀刻工艺窗口的扩大。蚀刻曲线可包括：重量与蚀刻时间的对应曲线，厚度与蚀刻时间的对应曲线。
在多次蚀刻的基础上，将多次蚀刻的蚀刻时间加和，可确定第一蚀刻处理过程的第一蚀刻有效时间，第一蚀刻处理可根据该第一蚀刻有效时间进行一次较长时间的蚀刻，或者进行多次较短时间的第一蚀刻，总的蚀刻时间加和等于第一蚀刻有效时间。如果激活不成功，可将原测试晶圆继续进行第三蚀刻处理，也可更换新的测试晶圆进行第三蚀刻处理。如果经过第三蚀刻处理后的蚀刻液还未激活成功，可重新更换酸槽中的蚀刻液进行重新激活。类似的，第三蚀刻处理具有第三蚀刻有效时间。
具体的，例如12英寸的硅晶圆作为测试晶圆，未进行第一蚀刻处理前的重量是127g至128g，将其投入到蚀刻液中进行第一蚀刻处理，第一蚀刻有效时间是30分钟，预计剩余重量是75g至82g，蚀刻总量是45g至53g，蚀刻总量要大于或者等于53g，也即蚀刻速率大于或者等于1.77g/min，也即蚀刻后的剩余重量小于或者等于75g才可判定激活成功。
当没有激活成功时，可继续将原测试晶圆继续投入蚀刻液中进行第三蚀刻处理，第三蚀刻处理的第三蚀刻有效时间为15min，第三蚀刻处理可以一次性蚀刻15min，如果检测重量还没有符合激活条件，则可将酸槽中的蚀刻液排出，更换新的蚀刻液重新进行激活。在第三蚀刻处理过程中，也可将第三蚀刻有效时间划分为多个时间段，进行多次较短时长的第三蚀刻，每一次第三蚀刻后将测试晶圆转移出酸槽对其进行重量检测，直至激活成功。
这里更换新的蚀刻液而不继续激活，是为了避免蚀刻液中因前期长时间的激活引入过多的中间产物，蚀刻液化学组分的平衡被破坏，继续激活会导致蚀刻液的蚀刻速率不可控。更换新的蚀刻液后，可以更换新的测试晶圆重新进行第一蚀刻处理。需要强调的是，第一蚀刻有效时间30min，以及增加第三蚀刻处理的第三蚀刻有效时间15min，晶圆蚀刻总量等工艺参数，可根据实际生产经验或者前期的多次蚀刻试验得出的参考值，仅作为本公开实施例的应用举例，本公开不限于此。在另外一些实施例中，也可通过检测晶圆厚度来确定蚀刻液是否激活成功。
在一些实施例中，该控制方法还包括：
在蚀刻机台的显示模块上显示蚀刻液是否激活成功的信息。
显示模块上可以显示各种制程信息以及设备信息，可包括：机台警告，晶圆批号，晶圆位置，晶圆执行制程时间，晶圆蚀刻液温度，蚀刻液pH值，蚀刻液液位，蚀刻液注入、排出时间，检测模块读数，蚀刻液激活成功提醒，蚀刻液激活失败提醒，蚀刻液到期更换提醒等信息。
在一些实施例中，蚀刻机台用于实现对产品晶圆的减薄。
本公开实施例提供一种蚀刻机台，参照图1所示，该蚀刻机台10包括：
一个或多个酸槽、检测模块、机械臂及控制器；其中，
酸槽用于盛放蚀刻液；
检测模块用于测量在蚀刻液中进行蚀刻的相关晶圆的蚀刻参数检测；
控制器，与机械臂和所述检测模块连接，用于控制机械臂将测试晶圆投入蚀刻机台的酸槽盛装的蚀刻液中进行第一蚀刻处理，以激活蚀刻液；控制检测模块对进行第一蚀刻处理的测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第一检测结果；根据第一检测结果，确定进行第一蚀刻处理后的蚀刻液的激活是否成功；确定蚀刻液的激活成功时，控制机械臂将产品晶圆投入蚀刻液中进行第二蚀刻处理。
这里，蚀刻机台具体可以是湿法蚀刻机台，图1仅展示了本公开实施例中蚀刻机台10各部件的块图，对于各个部件的具体尺寸、机械结构以及具体位置，各个部件之间的布线连接并不限制。
本公开实施例中的相关晶圆可包括测试晶圆和产品晶圆。
在一些实施例中，可利用检测模块对测试晶圆的蚀刻参数进行检测，来确定进行第一蚀刻处理后的蚀刻液的蚀刻速率或者蚀刻选择比是否符合预设值，以此判定蚀刻液是否激活成功。
在一些实施例中，也可通过检测模块对产品晶圆进行第二蚀刻处理前后分别进行检测，根据检测结果确定蚀刻速率、蚀刻量是否满足工艺需求，或者确定产品晶圆蚀刻后的剩余量(包括厚度或者重量)是否满足工艺需求，在达到对蚀刻液的蚀刻速率实时监控的基础上，还可以实现对产品晶圆蚀刻良率的实时监控。
在一些实施中，蚀刻机台还包括承物台，用于放置各种晶圆盒，晶圆盒用于装载测试晶圆或者产品晶圆。
本公开实施例中的机械臂用于测试晶圆以及产品晶圆的转移。例如，将测试晶圆从晶圆盒中抽出，转移到检测模块所在区域(例如，测试区)，再从测试区转移至酸槽。机械臂可根据实际的制程需求，利用控制器制定不同的晶圆转移路径，也可包括在同一个区域或者位置重复转移，本公开实施例对此不作限制。例如，可将相关晶圆多次转移至酸槽或者测试区。
基于此，本公开实施例通过检测模块和机械臂等部件的自动化集成，一方面可实现激活以及蚀刻参数检测在一个机台内的自动化整合，避免将测试晶圆从机台取出检测而导致酸液暴露的问题，进一步避免手动取出和人工观察测试晶圆导致的不规范和效率低的问题。另一方面，本公开实施例可减少测试晶圆在不同机台间的传片时间，减少传片时间过长导致测试晶圆被氧化或者污染而引起的检测误差，提高测试晶圆检测效率和检测精度，进而提高激活效果和机台产能。
在一些实施例中，蚀刻机台还包括干燥区，设置有氮气干燥装置、异丙醇(IPA)干燥装置或者旋转干燥装置，用于干燥晶圆表面。
在一些实施例中，酸槽底部还设置有超声波装置，对蚀刻液进行振动，提高蚀刻效率。
在一些实施例中，酸槽内部还设置有pH感应器件，温度感应器件，液位感应器件以及电阻率感应器件等。
在一些实施例中，参照图1所示，所述检测模块包括重量检测器件或者光学厚度检测器件。
重量检测器件包括有重量传感器，将重量信号转化成电信号发送给控制器。
光学厚度检测器件包括有镭射发射器和镭射接收器，晶圆的正面和背面分别设置一组镭射发射器和镭射接收器。位于晶圆正面的镭射发射器对晶圆正面发射镭射光，通过发射镭射以及接收镭射的时间差来计算晶圆正面距离晶圆正面的镭射发射器的第一距离，同样也可采集反面距离反面镭射发射器的第二距离，将两个镭射发射器之间的间距减去第一距离和第二距离，计算出晶圆厚度。
在一些实施例中，可利用该光学厚度检测器件进行晶圆表面平坦度的检测。具体的，通过分别位于晶圆正面和背面的镭射发射器确认一个参考面，或者通过位于晶圆侧面的镭射发射器确认该参考面，该参考面平行于晶圆表面，且贯穿晶圆。参考面距离晶圆正面的镭射发射器具有第三距离，结合第一距离和第三距离可计算出晶圆正面到该参考面的距离，也即晶圆正面的平坦度，平坦度可以是正值也可以是负值。晶圆背面平坦度的测量不再赘述。需要指出的是，不管是晶圆厚度还是晶圆平坦度，可包括对晶圆正面或者背面上不同位置的多个点的测量值的平均值。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种蚀刻机台的控制方法，其特征在于，包括：
将测试晶圆投入所述蚀刻机台的酸槽盛装的蚀刻液中进行第一蚀刻处理，以激活所述蚀刻液；其中，所述第一蚀刻处理增大激活后的所述蚀刻液对产品晶圆的蚀刻速率；
利用所述蚀刻机台的检测模块对所述第一蚀刻处理过程中的所述测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第一检测结果；
根据所述第一检测结果，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功；
确定所述蚀刻液的激活成功时，将所述产品晶圆投入所述蚀刻液中进行第二蚀刻处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一检测结果，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功，包括：
根据所述第一检测结果，确定所述测试晶圆的蚀刻程度；
根据所述蚀刻程度，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述蚀刻程度大于或者等于预设值，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活成功。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述检测模块对所述第一蚀刻处理过程中的所述测试晶圆进行蚀刻参数检测，包括：
利用所述检测模块对所述第一蚀刻处理过程中所述测试晶圆进行多次重量检测；
或者，
利用所述检测模块对进行所述第一蚀刻处理过程中所述测试晶圆的进行多次光学厚度检测。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活不成功时，在所述蚀刻液中继续对所述测试晶圆进行第三蚀刻处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用所述检测模块对进行所述第三蚀刻处理的测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第二检测结果；
根据所述第二检测结果，确定进行所述第三蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功；
确定进行所述第三蚀刻处理后的所述蚀刻液激活不成功，更换所述酸槽中的所述蚀刻液。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述蚀刻机台的显示模块上显示所述蚀刻液是否激活成功的信息。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蚀刻机台用于实现对所述产品晶圆的减薄。
9.一种蚀刻机台，其特征在于，包括：一个或多个酸槽、检测模块、机械臂及控制器；其中，
所述酸槽用于盛放蚀刻液；
所述检测模块用于测量在所述蚀刻液中进行蚀刻的相关晶圆的蚀刻参数检测；
所述控制器，与所述机械臂和所述检测模块连接，用于控制所述机械臂将测试晶圆投入所述蚀刻机台的酸槽盛装的蚀刻液中进行第一蚀刻处理，以激活所述蚀刻液；其中，所述第一蚀刻处理增大激活后的所述蚀刻液对产品晶圆的蚀刻速率；控制所述检测模块对进行所述第一蚀刻处理的所述测试晶圆进行蚀刻参数检测，得到第一检测结果；根据所述第一检测结果，确定进行所述第一蚀刻处理后的所述蚀刻液的激活是否成功；确定所述蚀刻液的激活成功时，控制所述机械臂将所述产品晶圆投入所述蚀刻液中进行第二蚀刻处理。
10.根据权利要求9所述的蚀刻机台，其特征在于，所述检测模块包括重量检测器件或者光学厚度检测器件。
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