TW201505087A - 用以提供加熱的蝕刻溶液之處理系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種方法及處理系統以用於蝕刻溶液的獨立之溫度及水合控制，該蝕刻溶液係用於在處理腔室中處理晶圓。該方法包含以下步驟：使蝕刻溶液在循環迴路中循環；藉由添加水至蝕刻溶液或從蝕刻溶液移除水而將蝕刻溶液維持在水合設定點；將蝕刻溶液維持在溫度設定點，該溫度設定點係低於循環迴路中之蝕刻溶液的沸點；及將蝕刻溶液分配至處理腔室中以供處理晶圓。在一實施例中，該分配步驟包含：將蝕刻溶液分配至在處理腔室內靠近晶圓之處理區域中；將蒸汽引入至在處理腔室內遠離晶圓之外部區域中；及以蝕刻溶液及蒸汽來處理晶圓。

Description

用以提供加熱的蝕刻溶液之處理系統及方法
［相關申請案之交互參照］
根據37 C.F.R. §1.78(a)(4)，本申請案主張先前提申之2013年3月15日所提申之共同申請中的臨時申請案第61/801,072號、2014年1月8日所提申之共同申請中的臨時申請案第61/924,838號、2014年1月8日所提申之共同申請中的臨時申請案第61/924,847號、及2014年1月17日所提申之共同申請中的臨時申請案第61/928,894號之優先權。這些申請案的全部內容係藉由參照方式而特此併入於本文中。
本發明係關於將加熱的蝕刻溶液提供至處理腔室（在此其係用以處理晶圓）的領域，且更具體而言，係關於一種用於改善加熱的蝕刻溶液之溫度及水濃度（水合程度）控制的處理系統及方法。
在半導體元件的製造中，酸性蝕刻溶液係用於處理及蝕刻晶圓。磷酸（H3 PO4 ）已在浸沒式濕式工作台中作為蝕刻氮化矽薄膜及其他薄膜的蝕刻溶液而使用了數十年。在一典型的應用中，磷酸槽液係藉由以下方法而維持在理想的沸騰條件：使用管線上及/或槽壁加熱器將熱量添加至槽液、及藉由將液體水添加回槽液來平衡因沸騰而損失的水。
磷酸通常係被輸送至槽液而作為與水的混合物，例如作為85%磷酸-15%水的混合物（以重量百分比計之），其在常壓下係於約158℃的溫度下沸騰。這主要係實行來使磷酸的黏度減低至有利於在製造設備中使用傳統的液體化學品分配系統來輸送蝕刻溶液的程度。加熱器係用以使此溶液升高至其沸點。當該混合物沸騰時，隨著水蒸氣被驅離水濃度會降低，且溫度（沸點）會上升，直到達到理想的處理溫度（通常為160℃或165℃的沸點）。一旦在此沸騰溫度，通常係以固定功率位準來驅動加熱器以持續添加熱量至該系統，且此溫度係藉由調節水的添加而控制在理想之設定點。於其中晶圓係被浸沒的濕式工作台處理槽係對大氣開放，因此溶液的此沸騰係發生於常壓下。由於壓力係相當固定的，因此藉由維持固定的溫度及沸騰條件，水濃度亦可維持於固定位準。
當上述之沸點控制係施加至單一晶圓旋轉清潔工具時，一組新的挑戰出現。在單一晶圓工具中，通常係使加熱的蝕刻溶液在具有供應槽、幫浦、加熱器、及過濾器的循環迴路中循環，並將由幫浦所加壓之加熱的蝕刻溶液由循環迴路引出，且將加熱的蝕刻溶液之受控流引導通過噴嘴或噴桿而分配至旋轉的晶圓之表面上。當上述用於浸沒式濕式工作台的沸點控制係用於此種單一晶圓工具中時，加熱的蝕刻溶液之實際物理沸騰並非發生在循環迴路中的加熱器中，因為由幫浦所產生的壓力抑制了該處的沸騰。取而代之地，沸騰會發生在壓力降低的循環迴路之其他地方中。當循環迴路中之磷酸在溫度或水濃度（水合程度）上發生相對較小之變化時，此沸騰發生的位置或區域會在該工具內位移，在以加熱的蝕刻溶液來處理晶圓時其會有不利的影響。再者，除了整片大型晶圓上不足之蝕刻均勻性外，對加熱的蝕刻溶液之溫度及水合程度的控制不足還會導致較差的蝕刻處理之穩定性。
根據一實施例，本發明提供一種方法以用於蝕刻溶液的獨立之溫度及水合控制，該蝕刻溶液係用於在處理腔室中處理晶圓。該方法包含以下步驟：使蝕刻溶液在循環迴路中循環；藉由添加水至蝕刻溶液或從蝕刻溶液移除水而將蝕刻溶液維持在水合設定點；將蝕刻溶液維持在溫度設定點，該溫度設定點係低於循環迴路中之蝕刻溶液的沸點；及將蝕刻溶液分配至處理腔室中以供處理晶圓。在一實施例中，該分配步驟包含：將蝕刻溶液分配至在處理腔室內靠近晶圓之處理區域中；將蒸汽引入至在處理腔室內遠離晶圓之外部區域中；及以蝕刻溶液及蒸汽來處理晶圓。
根據另一實施例，該方法包含以下步驟：使蝕刻溶液在循環迴路中循環；為蝕刻溶液選擇水合設定點；量測蝕刻溶液的水合程度；藉由添加水至蝕刻溶液或從蝕刻溶液移除水而將蝕刻溶液維持在該水合設定點；為蝕刻溶液選擇溫度設定點，其中該溫度設定點係低於循環迴路中之蝕刻溶液的沸點；量測蝕刻溶液的溫度；藉由施加熱能至蝕刻溶液而將蝕刻溶液維持在該溫度設定點；及將蝕刻溶液由循環迴路分配至處理腔室中以供處理晶圓。
根據一實施例，本發明提供一種處理系統。該處理系統包含：用於以加熱的蝕刻溶液來處理晶圓的處理腔室；及用於提供蝕刻溶液的第一循環迴路，其中，該第一循環迴路包含：加熱器、用於加壓及循環蝕刻溶液的幫浦、用於監測蝕刻溶液之溫度的溫度探針、用於監測加熱的蝕刻溶液之水含量的水合感測器、及用於將水添加至蝕刻溶液的水供應器。
本發明之實施例係關於一種用於改善加熱的蝕刻溶液之溫度及水濃度控制的處理系統及方法。根據一實施例，該蝕刻溶液可以包含磷酸，但本發明之實施例可應用於其他的蝕刻溶液及混合物。
在一非限制性範例中，係描述一種用於改善熱磷酸蝕刻溶液之溫度及水濃度（水合程度）控制的方法。如在先前技術部分中所描述，在單一晶圓旋轉清潔工具中，加熱的蝕刻溶液之沸騰會發生在循環迴路之各種位置或區域（在此處循環迴路中的壓力降低）中，其包含加熱器的下游。沸騰會發生在用於將加熱的蝕刻溶液由循環迴路分配至處理腔室的晶圓分配流量控制器之下游側、或在可將加熱的蝕刻溶液輸送至處理腔室中之晶圓表面的噴嘴或噴桿之內部。當該流動通過可控制回到供應槽中的循環之蝕刻溶液之流量的針形閥或流孔（orifice）時，沸騰亦會發生在循環迴路管道中。當在蝕刻溶液的溫度或水合程度上發生相對較小的變化時，此沸騰發生的位置或區域會位移，且在該系統內沸騰的量（所產生蒸汽的量）會有顯著變化。
除了沸點上的變化之外，磷酸溫度或水合程度上的變化會造成晶圓之蝕刻速率（例如以熱磷酸來處理的氮化矽薄膜之蝕刻速率）上的改變。這些變化亦會造成其他物理效應，其會導致遍及晶圓的易變之蝕刻速率及蝕刻非均勻性。在ORIONTM 工具（可由TEL FSI, Chaska, Minnesota獲得）中，隨著液體流被脫離之氣體流所堵塞，進入到晶圓上方之直線噴桿中的磷酸蝕刻溶液之易變的氣體（蒸汽）含量會導致沿著噴桿長度通過流孔的液體流率劇烈變化。由於蒸汽係可壓縮的，當其離開晶圓上方的噴桿時會快速膨脹。這會導致沿著噴桿長度的有效速度改變。膨脹的氣體亦會使液滴加速，而在某些情況下會導致對晶圓上之敏感結構的傷害。沸騰亦會使流體冷卻，且由於沸騰並非均勻地在噴桿中或在晶圓之表面上發生，故此沸騰會引起晶圓上的徑向之溫度非均勻性。由於膨脹的蒸汽實際上會導致：來自噴桿的更多背壓、使流量控制器上的背壓增加、及使可以達到的最大流量實際上降低，易變的蒸汽之量亦會造成對所分配之化學品的流量控制之問題。所有這些因素結合而導致遍及個別晶圓之表面的蝕刻非均勻性、以及當不同晶圓歷經不同組的條件（由易變之沸騰效應所導致）時晶圓與晶圓之間的蝕刻非均勻性。
本案發明人已瞭解到，對上述問題的解決辦法為將在分配管道（循環迴路）內及噴嘴或噴桿中、以及晶圓之表面上的蝕刻溶液之沸騰消除。蝕刻溶液可以操作於相同高的溫度以達到晶圓的理想之蝕刻速率，但本發明之實施例考慮了比一般所使用還要低的水合程度，從而使循環迴路的蝕刻溶液之溫度與蝕刻溶液之沸點之間的分離變得可能。這允許提供蝕刻溶液之溫度及蝕刻溶液之水合程度二者的獨立控制。此獨立控制係與浸沒式濕式工作台及單一晶圓工具一直以來所操作的方式不同，因為在那些系統中，蝕刻溶液之溫度及水合程度的控制係由於操作在蝕刻溶液之一沸騰條件下而被綁定在一起。本案發明人已進一步瞭解到，當蝕刻溶液之溫度及水合程度二者係獨立地了解及控制時，蝕刻處理的穩定性可以顯著改善。本發明之實施例進一步使整片大型晶圓上較高之蝕刻速率及改善之蝕刻均勻性變得可能。
為了控制蝕刻溶液的水合程度，需要可提供表示水合程度之信號的水合感測器。其可以例如包含：量測蝕刻溶液之折射係數的折射計、近紅外線光譜儀、自動滴定器、導電度分析儀、或用於化學品濃度監測的若干類似儀器之任何者。控制器可以使用來自此感測器的輸出，以控制對於循環迴路的水之添加並維持蝕刻溶液之理想的水合設定點。這可藉由當水合程度低於目標程度時開啟水之添加、且當水合程度高於目標程度時關閉水之添加而以開/關方式來完成；或較佳地，回應於變化之水合程度使用比例-積分-微分（proportional-integral-derivative, PID）迴路來增加及減少進入至循環迴路中的水之流量而以較連續的方式來完成。因此，水之添加並非基於蝕刻溶液的溫度，但取而代之地，係基於水合分析及理想之水合設定值。一旦控制了水合程度，可藉由根據溫度來調節加熱器的輸出功率而以對於除了磷酸之外的化學品（例如硫酸）而言係習知的方法來控制蝕刻溶液的溫度。再次地，這能夠以開/關方式來完成，或較佳地，以連續的PID型演算法來完成。
一旦建立兩個分開的控制迴路（使用系統控制器而獨立地控制水合程度與溫度），則可以將蝕刻溶液之溫度控制及維持在理想之設定點（例如180℃）、且可以控制及維持水合程度（例如約10%的H2 O）俾使在循環壓力（例如在190℃、20 psig下）下循環迴路中之蝕刻溶液的沸點係高於在常壓下的沸點，並且，當蝕刻溶液流體離開晶圓上方之噴嘴或噴桿而壓力降至常壓或接近常壓時，沸點會隨著降低的壓力而下降，但沸點仍會保持高於蝕刻溶液的局部溫度。以此方式，可以將在循環迴路中、噴嘴或噴桿中、及晶圓上的蝕刻溶液之沸騰消除。
獨立控制蝕刻溶液之溫度及水合程度的一些優點包含：a）整片晶圓上改善之徑向蝕刻均勻性、b）改善之晶圓對晶圓（wafer-to-wafer）的蝕刻均勻性、c）晶圓上之敏感結構的降低之傷害、d）製程效能中之其他潛在優點，其可藉由開放水合程度作為能用於製程最佳化（例如，具有低水合程度之蝕刻溶液在處理腔室中吸附蒸汽以提高蝕刻溶液之溫度並實現較高之蝕刻速率的能力）之新的有效變數而實現、e）循環迴路中之蝕刻溶液的改善之溫度控制（+\-容限）、f）循環迴路中之蝕刻溶液的改善之總水合程度控制、g）改善之將蝕刻溶液分配至晶圓上的流量控制、及h）增加之最大分配流量，其能夠導致更高的蝕刻速率。
圖1根據本發明之一實施例而示意性地顯示用於以加熱的蝕刻溶液來處理晶圓的處理系統100。晶圓可為用於半導體製造中的200mm、300mm、450mm、或甚至更大的矽晶圓。然而，本發明之實施例可容易地應用於其他類型的晶圓及基板。處理系統100包含第一循環迴路1、第二循環迴路2、及一或更多處理腔室4。在一範例中，一或更多處理腔室4可以包含一或更多單一晶圓處理腔室，該一或更多單一晶圓處理腔室之各者係配置為一次處理一晶圓。在一範例中，處理系統100可以包含高達八個處理腔室。第一循環迴路1包含：具有加熱的蝕刻溶液之供應槽12、用於使N2 氣體流至供應槽12中的裝置及用於使N2 氣體（及水蒸氣）由供應槽12排出的裝置、用以加壓蝕刻溶液的幫浦39、DI水供應系統49，DI水供應系統49包含用於控制進到第一循環迴路1中的DI水之流量的DI水流量控制器。第一循環迴路1更包含水合感測器36、所設置用以將雜質及微粒由蝕刻溶液濾出的過濾器18、及所設置用於加熱蝕刻溶液的管線上加熱器16及17。第一循環迴路1中之蝕刻溶液的壓力可以使用幫浦39及壓力探針22來調節。溫度探針20係設置用於監測蝕刻溶液的溫度。晶圓分配流量控制器19會控制流到處理腔室4之各者的蝕刻溶液之流量，而迴路旁路係配置為使循環之蝕刻溶液返回至供應槽12。第一循環迴路1將熱的蝕刻溶液提供至一或更多處理腔室4，而回收排洩管69會使蝕刻溶液返回至第二循環迴路2。
第二循環迴路2可以包含與第一循環迴路1類似的元件。其將額外之加熱的蝕刻溶液提供至第一循環迴路1，在第二循環迴路2中，可選定額外之加熱的蝕刻溶液之溫度及水合程度以密切配合第一循環迴路1中之加熱的蝕刻溶液，從而在將額外之加熱的蝕刻溶液提供至第一循環迴路1時使第一循環迴路1中之加熱的蝕刻溶液之溫度及水合程度的擾動減至最小。第二循環迴路2可藉著對額外之加熱的蝕刻溶液之溫度及水合程度二者的獨立控制，而以與第一循環迴路類似的方法來操作。或者，第二循環迴路2可操作於「沸點」模式，其中額外之加熱的蝕刻溶液之溫度及水合程度的控制係藉由操作在額外之加熱的蝕刻溶液之一沸騰條件下而綁定在一起。
第二循環迴路2包含：具有額外之加熱的蝕刻溶液的供應槽53、用於使N2 氣體流至供應槽53中的裝置及用於使N2 氣體（及水蒸氣）由供應槽53排出的裝置、用以加壓蝕刻溶液的幫浦48、DI水供應系統47，DI水供應系統47包含用於控制進到第二循環迴路2中的DI水之流量的DI水添加流量控制器。第二循環迴路2更包含水合感測器55、所設置用以將雜質及微粒由蝕刻溶液濾出的過濾器50、及所設置用於加熱蝕刻溶液的管線上加熱器41及43。第二循環迴路中之蝕刻溶液的壓力可以使用幫浦48及壓力探針51來調節。溫度探針52係設置用於監測蝕刻溶液的溫度。第二循環迴路2包含：新的蝕刻溶液供應器42、DI水供應系統47，DI水供應系統47包含用於控制進到第二循環迴路2中的DI水之流量的DI水流量控制器）。溫度探針（感測器）52係設置用來監測額外之加熱的蝕刻溶液之溫度。迴路旁路管線係配置為使額外之加熱的蝕刻溶液返回至供應槽53。計量閥70係配置為將額外之加熱的蝕刻溶液由第二循環迴路2引入至第一循環迴路1。
根據一實施例，第二循環迴路2會將額外之蝕刻溶液（例如磷酸/水混合物）由室溫加熱至沸騰、並將水沸騰去除直到沸點達到第一循環迴路的理想之控制溫度。額外之加熱的蝕刻溶液可在第二循環迴路2內持續再循環。接著從第二循環迴路2取出在正確的沸點及水濃度下的額外之加熱的蝕刻溶液以再填充第一循環迴路1，在第一循環迴路1中可以進行進一步的加熱及水合程度控制。
在一範例中，可將第二循環迴路2中的額外之加熱的蝕刻溶液維持在比第一循環迴路1中之加熱的蝕刻溶液還要高的溫度及/或還要低的水合程度。
在以來自第二循環迴路2的額外之加熱的蝕刻溶液再填充第一循環迴路1之期間及之後，處理系統100允許在第一循環迴路1中的嚴密之溫度控制及額外之加熱的蝕刻溶液之連續可用性。雖然在本文中係描述包含磷酸-水混合物之加熱的蝕刻溶液，但那些熟習本技藝者應容易瞭解到，本發明之實施例可以容易地應用於其他的蝕刻溶液及酸。
為了降低用於某些蝕刻應用的化學品之成本，藉由以下步驟將由一或更多處理腔室4所排放的蝕刻溶液回收係有利的：透過第二循環迴路2將其再次處理、將其與額外之蝕刻溶液混合、及將其再次傳送至第一循環迴路1以供重複使用。所分配之加熱的蝕刻溶液可藉由重力或揚升幫浦從一或更多處理腔室4排出而回到第二循環迴路2的供應槽53中。
系統控制器23（例如電腦）係與第一循環迴路1的元件相通訊，包含：加熱器16及17、溫度探針20、壓力探針22、幫浦39、DI水供應系統49，水合感測器36、晶圓分配流量控制器19、及第一循環迴路1的其他元件。雖然未在圖1中顯示，但系統控制器23可以配置為與圖1中之處理系統的其他元件（包含第二循環迴路2及處理腔室4）相通訊。系統控制器23係藉由以下步驟而將加熱的蝕刻溶液之溫度維持在理想之溫度：使用溫度探針20來量測加熱的蝕刻溶液之溫度、及控制加熱器16及17的加熱功率。再者，系統控制器23係藉由以下步驟而將蝕刻溶液的水合程度維持在水合設定點：量測水合程度、及使用DI水供應系統49來依所需添加DI水。若加熱的蝕刻溶液之水合程度降至低於設定點，則將DI水添加至第一循環迴路1。以此方式，可以獨立地控制加熱的蝕刻溶液之溫度及水合程度，俾使加熱的蝕刻溶液不會在第一循環迴路中、在噴嘴或噴桿中、或在待處理晶圓上沸騰。
第一循環迴路1中之加熱的蝕刻溶液的示例性壓力在幫浦處為約30psi、在限制流孔21之上為約25-30psi、而在限制流孔21與供應槽12之間為約常壓。處理腔室4中之加熱的蝕刻溶液的示例性壓力在圖3中的噴桿220內部可以為約2psi、而在圖3中的處理腔室300及圖2中的處理腔室200中之晶圓206上方的處理區域240中為約常壓。因此，在那些範例中，加熱的蝕刻溶液之壓力在處理系統100中可由約30psi變化至約常壓。根據某些實施例，第一循環迴路1中的蝕刻溶液之壓力可以是約30psi、介於約30psi與約10psi之間、介於約20psi與約10psi之間，或小於10psi。
圖2根據本發明之一實施例而示意性地顯示用於以加熱的蝕刻溶液來處理基板或晶圓的處理腔室200。加熱的蝕刻溶液係由第一循環迴路1通過輸送管線216而分配至噴嘴208。加熱的蝕刻溶液係分配至由支架204所支撐之旋轉的晶圓206上，並使用排洩管210將加熱的蝕刻溶液由處理腔室200排出。處理腔室200進一步係配置為分別將氣體（例如氮氣（N2 ））及蒸汽（水）引入。如圖2中所示，可將加熱的蝕刻溶液引入至靠近晶圓206的處理區域240中，並可將N2 及蒸汽引入至遠離晶圓206的外部區域242中。可使用分配頭進料歧管230中的端口212A、212B、214A、及214B來引入N2 與蒸汽。如圖3中所示，端口212A、212B、214A、及214B可設置在晶圓206的邊緣區域上方。處理腔室200可進一步配置為將額外之蒸汽添加至噴嘴208中之加熱的蝕刻溶液。根據某些實施例，通過噴嘴208所分配的磷酸蝕刻溶液之水合程度可以小於約15%、小於約14%、小於約13%、小於約12%、小於約11%、或小於約10%。
圖3根據本發明之一實施例而示意性地顯示用於以加熱的蝕刻溶液來處理晶圓的處理腔室。圖3中的處理腔室係類似於圖2中的處理腔室，但包含噴桿220，其用於使加熱的蝕刻溶液通過孔洞222而分配至晶圓206上。處理腔室300可進一步配置為在噴桿220中添加額外之蒸汽。
在第一處理範例中，加熱的磷酸蝕刻溶液及蒸汽係通過噴桿而分配至300mm晶圓（其上具有氮化矽薄膜）上。加熱的磷酸蝕刻溶液係使用如前面所述的習知方法來製備，其中由於係操作在蝕刻溶液之一沸騰條件下，沸點及水合程度係綁定在一起。如圖3中所示，係將加熱的磷酸蝕刻溶液引入至晶圓上方的處理區域中。在加熱的蝕刻溶液之引入期間，將額外之蒸汽添加至噴桿。圖4顯示針對由晶圓之中心到邊緣的徑向線掃描所蝕刻之氮化矽的量。蝕刻處理係利用150秒之在165℃下分配的磷酸。上組曲線402顯示在磷酸分配期間當使用分配頭進料歧管中的端口將蒸汽（但無N2 ）添加至處理腔室的外部區域時之氮化物蝕刻量，而下組曲線404顯示在磷酸分配期間當使用到達處理腔室之分配頭進料歧管中的端口將N2 （但無蒸汽）添加至處理腔室的外部區域時之氮化物蝕刻量。圖4中的結果顯示，將蒸汽添加至處理腔室的外部區域會大幅提高氮化物蝕刻量並改善整片晶圓上的蝕刻均勻性。
在第二處理範例中，所分配之磷酸蝕刻溶液的水合程度比在上述之第一處理範例中還要低。磷酸蝕刻溶液係藉由使蝕刻溶液在未添加任何DI水的情況下於第一循環迴路中循環數小時而以低水合程度來製備。然而，亦可使用上述之溫度與水合程度的獨立控制而以低水合程度來製備此種磷酸蝕刻溶液。圖5顯示針對由300mm晶圓之中心到邊緣的徑向線掃描所蝕刻之氮化矽的量。蝕刻處理係利用60秒之在180℃下分配的磷酸。上組曲線502顯示當使用具有低水合程度的磷酸時之氮化物蝕刻量。下組曲線504顯示使用如上所述的習知方法所製備之加熱的磷酸蝕刻溶液之氮化物蝕刻量，在此習知方法中，由於係操作在蝕刻溶液之一沸騰條件下，沸點及水合程度係綁定在一起。對於所有的試驗，均有將蒸汽添加至噴桿及分配頭進料歧管中的端口。圖5中的結果顯示，降低磷酸的水合程度會大幅提高氮化物蝕刻量，特別是對晶圓的邊緣而言。
如上所述，可使用能量測蝕刻溶液之折射係數的折射計來監測加熱的磷酸蝕刻溶液之水合程度。圖6顯示磷酸蝕刻溶液之水合程度對整片300mm晶圓上的蝕刻均勻性及氮化矽蝕刻量之影響。對於所有的試驗，均有將蒸汽添加至噴桿及分配頭進料歧管中的端口。不同的磷酸蝕刻溶液之折射係數為1.4414（曲線608）、1.4426（曲線606）、1.4434（曲線604）、及1.4438（曲線602），其中較高的折射係數對應於較低的磷酸蝕刻溶液之水合程度。圖6顯示折射係數的增加可導致整片晶圓上之蝕刻均勻性的大幅改善。具有1.4414及1.4426之折射係數（較高水合程度）的蝕刻溶液之蝕刻速率在晶圓的中心為最高，但會在遠離中心的徑向方向上降低。相對地，具有1.4434及1.4438之折射係數（較低水合程度）的蝕刻溶液之蝕刻速率在遍及整個晶圓處係高且相當均勻的。這顯示，可選定磷酸蝕刻溶液的水合程度以提供遍及整個晶圓的理想之蝕刻均勻性。為了比較之目的，藉由使蝕刻溶液在未添加任何DI水的情況下循環數小時而製備的磷酸蝕刻溶液被認為具有比圖6中所有的蝕刻溶液還要低的水合程度。
表I顯示圖6中之氮化物蝕刻量的百分比均勻度，其為所量測之折射係數的函數。具有1.4414之折射係數的蝕刻溶液之百分比均勻度為約12%、具有1.4426之折射係數的蝕刻溶液之百分比均勻度為約5%、且具有1.4434及1.4438之折射係數的蝕刻溶液之百分比均勻度為約2%。根據本發明之一實施例，遍及整個300mm晶圓的氮化矽蝕刻之百分比均勻度係比3%更好。
可預期的是，當與引入至外部區域（其遠離處理腔室中之晶圓）中的蒸汽混合時，使用具有低水合程度之加熱的磷酸蝕刻溶液會導致蝕刻溶液的溫度上升。此溫度上升會使晶圓上之薄膜的蝕刻速率增加。再者，由於在晶圓的邊緣區域附近蒸汽與加熱的磷酸之強烈交互作用之故，蝕刻均勻性係有所改善。
用以改善加熱的蝕刻溶液之溫度及水濃度控制的實施例已被揭露。本發明之實施例的前述描述內容已為了顯示及說明之目的而提出。其並非意欲是詳盡無遺的或是將本發明限制於所揭露之精確形式。此描述內容及以下之申請專利範圍包含僅用於說明性目的且不應被解釋為具限制性的用語。
熟習相關技藝者可以理解到，根據以上教示，許多變型及變化皆有可能。熟習本技藝者應能識出圖中所顯示之各種元件的各種均等組合及替代物。因此，所意欲為使本發明之範圍並非由此詳細說明所限制，而係由本文所附之申請專利範圍所限制。
1‧‧‧第一循環迴路
2‧‧‧第二循環迴路
4‧‧‧處理腔室
12‧‧‧供應槽
16、17‧‧‧加熱器
18‧‧‧過濾器
19‧‧‧晶圓分配流量控制器
20‧‧‧溫度探針
21‧‧‧限制流孔
22‧‧‧壓力探針
23‧‧‧系統控制器
36‧‧‧水合感測器
39‧‧‧幫浦
41、43‧‧‧加熱器
42‧‧‧新的蝕刻溶液供應器
47‧‧‧DI水供應系統
48‧‧‧幫浦
49‧‧‧DI水供應系統
50‧‧‧過濾器
51‧‧‧壓力探針
52‧‧‧溫度探針
53‧‧‧供應槽
55‧‧‧水合感測器
69‧‧‧回收排洩管
70‧‧‧計量閥
100‧‧‧處理系統
200‧‧‧處理腔室
204‧‧‧支架
206‧‧‧晶圓
208‧‧‧噴嘴
210‧‧‧排洩管
212A、212B、214A、214B‧‧‧端口
216‧‧‧輸送管線
220‧‧‧噴桿
222‧‧‧孔洞
230‧‧‧分配頭進料歧管
240‧‧‧處理區域
242‧‧‧外部區域
300‧‧‧處理腔室
402‧‧‧上組曲線
404‧‧‧下組曲線
502‧‧‧上組曲線
504‧‧‧下組曲線
602、604、606、608‧‧‧曲線
隨著本發明藉由結合隨附圖式思考並參考以下之詳細說明而變得更好理解，將可輕易獲得本發明之更為完整的理解及許多其伴隨之優點，其中：
圖1根據本發明之一實施例而示意性地顯示用於以加熱的蝕刻溶液來處理晶圓的處理系統；
圖2根據本發明之一實施例而示意性地顯示用於以加熱的蝕刻溶液來處理晶圓的處理腔室；
圖3根據本發明之一實施例而示意性地顯示用於以加熱的蝕刻溶液來處理晶圓的處理腔室；
圖4根據本發明之一實施例而顯示所蝕刻之氮化矽的量；
圖5根據本發明之一實施例而顯示所蝕刻之氮化矽的量；及
圖6顯示磷酸蝕刻溶液之水合程度對遍及晶圓之蝕刻均勻性及氮化矽蝕刻量的影響。
1‧‧‧第一循環迴路
2‧‧‧第二循環迴路
4‧‧‧處理腔室
12‧‧‧供應槽
16、17‧‧‧加熱器
18‧‧‧過濾器
19‧‧‧晶圓分配流量控制器
20‧‧‧溫度探針
21‧‧‧限制流孔
22‧‧‧壓力探針
23‧‧‧系統控制器
36‧‧‧水合感測器
39‧‧‧幫浦
41、43‧‧‧加熱器
42‧‧‧新的蝕刻溶液供應器
47‧‧‧DI水供應系統
48‧‧‧幫浦
49‧‧‧DI水供應系統
50‧‧‧過濾器
51‧‧‧壓力探針
52‧‧‧溫度探針
53‧‧‧供應槽
55‧‧‧水合感測器
69‧‧‧回收排洩管
70‧‧‧計量閥
100‧‧‧處理系統

Claims (23)

  1. 一種提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，該蝕刻溶液係用於在處理腔室中處理一晶圓，該方法包含以下步驟： 使該蝕刻溶液在一第一循環迴路中循環； 藉由添加水至該蝕刻溶液或從該蝕刻溶液移除水而將該蝕刻溶液維持在一水合設定點； 將該蝕刻溶液維持在一溫度設定點，該溫度設定點係低於該第一循環迴路中之蝕刻溶液的沸點；及 將該蝕刻溶液分配至該處理腔室中以供處理該晶圓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，當該蝕刻溶液由該晶圓上方之噴嘴或噴桿進行分配時，該蝕刻溶液的溫度係低於其沸點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，該分配步驟包含以下步驟： 將該蝕刻溶液分配至在該處理腔室內靠近該晶圓之一處理區域中； 將蒸汽引入至在該處理腔室內遠離該晶圓之一外部區域中；及 以該蝕刻溶液及該蒸汽來處理該晶圓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，該蝕刻溶液包含磷酸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，該第一循環迴路中之蝕刻溶液的壓力係介於約30psi與約10psi之間，且其中，該處理腔室中的壓力為約常壓。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，更包含以下步驟： 使額外之蝕刻溶液在一第二循環迴路中循環，該第二循環迴路係與該第一循環迴路流體連通；及 將該額外之蝕刻溶液由該第二循環迴路引入至該第一循環迴路中。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，該額外之蝕刻溶液具有比該蝕刻溶液還要低的水含量。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，該額外之蝕刻溶液係維持在比該蝕刻溶液還要高的溫度。
  9. 一種提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，該蝕刻溶液係用於在處理腔室中處理一晶圓，該方法包含以下步驟： 使該蝕刻溶液在一第一循環迴路中循環； 為該蝕刻溶液選擇一水合設定點； 量測該蝕刻溶液的水合程度； 藉由添加水至該蝕刻溶液或從該蝕刻溶液移除水而將該蝕刻溶液維持在該水合設定點； 為該蝕刻溶液選擇一溫度設定點，其中，該溫度設定點係低於該第一循環迴路中之蝕刻溶液的沸點； 量測該蝕刻溶液的溫度； 藉由施加熱能至該蝕刻溶液而將該蝕刻溶液維持在該溫度設定點；及 將該蝕刻溶液由該第一循環迴路分配至該處理腔室中以供處理該晶圓。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中該分配步驟包含以下步驟： 將該蝕刻溶液分配至在該處理腔室內靠近該晶圓之一處理區域中； 將蒸汽引入至在該處理腔室內遠離該晶圓之一外部區域中；及 以該蝕刻溶液及該蒸汽來處理該晶圓。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，該將該蝕刻溶液維持在該水合設定點及該溫度設定點之步驟係由一系統控制器所控制。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，當該蝕刻溶液由該晶圓上方之噴嘴或噴桿進行分配時，該蝕刻溶液的溫度係低於其沸點。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，更包含以下步驟： 使額外之蝕刻溶液在一第二循環迴路中循環，該第二循環迴路係與該第一循環迴路流體連通；及 將該額外之蝕刻溶液由該第二循環迴路引入至該第一循環迴路中。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之提供蝕刻溶液的獨立之溫度與水合控制的方法，其中，該蝕刻溶液包含磷酸。
  15. 一種處理系統，包含： 一處理腔室，用於以一加熱的蝕刻溶液來處理一晶圓；及 一第一循環迴路，用於提供一蝕刻溶液，其中該第一循環迴路包含： 一加熱器， 一幫浦，用於加壓及循環該蝕刻溶液， 一溫度探針，用於監測該蝕刻溶液之溫度， 一水合感測器，用於監測該加熱的蝕刻溶液之水含量，及 一水供應器，用於將水添加至該蝕刻溶液。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之處理系統，其中，該處理腔室更包含： 分配裝置，用於將該加熱的蝕刻溶液分配至該處理腔室內靠近該晶圓之一處理區域中；及 引入裝置，用於將蒸汽引入至該處理腔室內遠離該晶圓之一外部區域中。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之處理系統，更包含一系統控制器，該系統控制器係配置為獨立地控制該蝕刻溶液的溫度及水合程度。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之處理系統，其中，該系統控制器係藉由以下步驟來獨立地控制該蝕刻溶液的溫度及水合程度： 量測該蝕刻溶液的水合程度； 藉由添加水至該蝕刻溶液或從該蝕刻溶液移除水而將該蝕刻溶液維持在一水合設定點； 為該蝕刻溶液選擇一溫度設定點，其中，該溫度設定點係低於該第一循環迴路中之蝕刻溶液的沸點； 量測該蝕刻溶液的溫度；及 藉由施加熱能至該蝕刻溶液而將該蝕刻溶液維持在該溫度設定點。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之處理系統，更包含一第二循環迴路，該第二循環迴路係用於將額外之蝕刻溶液提供至該第一循環迴路。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之處理系統，其中，該第二循環迴路包含： 一加熱器， 一幫浦，用於加壓及循環該額外之蝕刻溶液， 一溫度探針，用於監測該額外之蝕刻溶液的溫度， 一新的蝕刻溶液供應器，及 一水供應器，用於將水添加至該額外之蝕刻溶液。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之處理系統，更包含一水合監測器，該水合監測器係用於監測該額外之蝕刻溶液的水含量。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之處理系統，更包含一系統控制器，該系統控制器係配置為獨立地控制該額外之蝕刻溶液的溫度及水合程度。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之處理系統，其中，該系統控制器係藉由以下步驟來獨立地控制該額外之蝕刻溶液的溫度及水合程度： 量測該額外之蝕刻溶液的水合程度； 藉由添加水至該額外之蝕刻溶液或從該額外之蝕刻溶液移除水而將該額外之蝕刻溶液維持在一水合設定點； 為該額外之蝕刻溶液選擇一溫度設定點，其中，該溫度設定點係低於該第二循環迴路中的額外之蝕刻溶液的沸點； 量測該額外之蝕刻溶液的溫度；及 藉由施加熱能至該額外之蝕刻溶液而將該額外之蝕刻溶液維持在該溫度設定點。
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