TW201623954A - 用於品質控制及程序進展之裝置及方法 - Google Patents

Abstract

為檢測晶圓、微晶片，及類似物，以電化學途徑週期性量測及儲存其電特性及/或電化學特性。將量測值互相比較，找出特性改變。為執行本方法，提出一種設計成量測單元之裝置1，其在一上方半單元5及一下方半單元3之間具有一檢測室7，電解液被導引通過該檢測室。檢測室7由一單元蓋21關閉，該單元蓋同時將一晶圓19抵住一環形密封件13向上方半單元5方向壓迫。構成檢測室7之開口在下方半單元3被一環形密封件23、一陽極板25，及一陽極蓋27關閉。 (圖2)

Description

用於品質控制及程序進展之裝置及方法

本發明係關於一種具有申請專利範圍第1項引文部分所述特徵之方法。

本發明進一步係關於一種具有申請專利範圍第10項引文部分所述特徵之裝置。

由US 5,820,746 A可知，一(半導體)晶圓，其在其表面含有金屬，與腐蝕金屬之離子接觸，其間定流電解液應用於一定電流放電中。量測金屬之電極電位。以此方式，一方面測出在電流值及時間之間之關係，一直至孔蝕穿，且另一方面測出一臨界電流值，以此為基礎，判斷該金屬之表面光潔度、金屬表面之耐腐蝕性、對抗孔蝕之強度、離析值，及在金屬中微元素之密度，以及在金屬中顆粒大小或顆粒尺寸。

在US 2010/0200431 A1中公開一種檢驗晶圓之方法。其中電解液被塗佈於含有金屬之晶圓表面。藉助於電極，該電極一方面與另一無電解液覆蓋之含金屬之區域接觸，且另一方面與被電解液覆蓋之表面接觸，然後量測電 阻。如此測定在含金屬之晶圓表面之一側壁中之殘餘量及腐蝕程度。

文獻JP H07111286 A之內容在於薄膜表面之研判，其中塗佈一電解液，且在一參考電極及另一電極間施加電流，該參考電極係浸於電解液中，而該另一電極接著在基板上。量測在基板中埋入之源極區與排極區之間產生之電壓，以測定不純度。

文獻US 5110537 A公布一方法及一裝置，用以測定水質。其中水質之改變由測定腐蝕速度之改變而偵知，其中檢測腐蝕造成之電極間容量改變。

本發明之目的在於，提出一種前述類型之方法及一種裝置，能持續做電性產品(導電物體)，如晶圓，微晶片，或類似物，之品質控制，且容許一程序進展。

此目的在本發明中係藉由一種具有申請專利範圍第一項之特徵之方法而達成。

在本發明之裝置方面，本發明之目的係藉由一種具有申請專利範圍中獨立之、以裝置為申請標的物之請求項之特徵之裝置而告達成。

本發明之方法之偏好及有利實施例一方面，及本發明之裝置另一方面，係申請專利範圍附屬項之標的。

相對於光學量測法(例如X-光機)，本發明之方 法之一大優點在於，在一方面個別程序結果及另一方面個別程序媒質間之交互作用-反應可被特徵化。

交互作用-反應：可為氧化，其例如經由腐蝕現象或洩流(Leckströme)表現出來。其可繼續降低，其例如經由氫形成表現。其亦可能為化學反應。

個別程序結果：例如金屬層或氮化物保護層；一般係：導電層或夾層或調理之/清潔之晶圓表面。

個別程序媒質：例如蝕刻液體或清潔液體；一般係：導電液體，此液體被作為量測液體。

在「電特性」概念下，在本發明中既指電特性，如電阻，電容等，亦指電化學特性(例如在一液體/濕氣或量測液體存在下，在被污染之金屬層，由於局部元素形成造成之腐蝕)。

在本發明中物體之電特性，例如經由量測電流-電壓-曲線、電流-時間-曲線、電壓-時間-曲線(例如開放電路之電勢量測)、電阻抗(一般電化學方法)被測得，且電特性之特徵，例如曲線特徵，如其在一特定點之斜率，其代表一陰極表面(例如一晶圓表面)之品質、一陰極層或一陰極介面之品質者，被儲存。亦可測定電阻及/或電容作為電特性。由於此品質控制，亦即實施週期性量測電流-電壓-曲線、電流-時間-曲線、電壓-時間-曲線、電阻抗等，例如每週一次，可與電特性特徵比較，經由統計評估，識別(立即) 表面品質及層品質之改變。因而可避免生產停頓，這是由於生產穩定性受到監控。

本發明之方法及本發明之裝置亦可在個別程序新進展及個別程序優化之框架下有助益。此處不僅可使用來自生產程序之原始電解液，亦可使用自由選擇之電解液。除裝置及方法之高量測敏感度外，在使用原始電解液時產生額外優點，亦即做調查時並非一定要佔用生產設備並因而使其受到封鎖。

經由使用本發明之方法及使用本發明之裝置，同時可以早期測出一工件與其在生產中稍晚時間點上才會接觸之電解液之交互作用。

因而該裝置特別是亦適用於設備在製造中之釋放(Freigabe)，其原因為，能事先及立即檢測其與稍後之方法步驟間之關鍵之交互作用。

特別在生產中作設備釋放時，重要者是，其評估必須迅速，這是由於晶圓製造之生產設備非常昂貴。

在本發明之方法之一實施例中可設置，偵測電流一電壓-曲線、電流-時間-曲線、電壓-時間-曲線，及電阻抗、電阻、電感作為電特性。

在本發明之方法之一實施例中之進行方式可為，將不同物體在一特定電壓下電流斜率，或在一特定時間點之電壓斜率，互相比較，作為電特性之特徵。

在本發明之方法之一實施例中之進行方式可為，以週期方式且依預定之時間間隔偵測物體之電特性。

在本發明之方法之一實施例中之進行方式可為，對先後製造之物體之電特性之特徵進行比較。

在本發明之方法之一實施例中之進行方式可為，使用統計方法實施先後製造之物體之電特性之特徵比較。

在本發明之方法之一實施例中之進行方式可為，實施一物體之電特性之特徵與先前製造之物體之電特性特徵之平均值之比較。

在本發明之方法之一實施例中之進行方式可為，偵測物體導電層、表面，及/或邊界面(介面)之特性。

本發明之裝置之單元蓋可包含一垂直於晶圓背側之活動插頭，其經由氣壓適應在晶圓背側上。因而晶圓前側壓在環形密封件上，檢測室因而密封。此具有之優點在於，可置入不同厚度之晶圓，例如結合之且因而較厚之晶圓，且亦具有按壓力可變化(不同硬度之環形密封件)之優點。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，陽極設計成陽極板。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，可不用陽極板，而使用一具有至少二化學鈍性之電極之板， 分別極化成陰極與參考極。陽極板在此例中可置於物體之位置。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，量測單元包含二蓋部及一設於其中間之中間部，且檢測室位於中間部。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，該中間部由一上方半單元及一下方半單元構成。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，陽極板設於一陽極蓋及中間部之間，特別是陽極蓋與下方半單元之間。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，在中間部面向需檢測之物體之側設一密封件。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，該密封件接著於需檢測之物體，以接著於該物體邊緣或在其面域內為佳。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，在檢測室內設一開口，供電解液進入，且設另一開口，供電解液離開檢測室。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，該開口設於下方半單元。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，檢測室經由一凹空構件於半單元中，且被蓋部關閉。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，一蓋部為一單元蓋而另一蓋部為一陽極蓋。

在本發明之裝置之一實施例中，其特徵可為，檢測室對水平線成一銳角，特別是傾斜45°角。

本發明之方法例如可如下應用：

在切割金屬層時可能產生層污染，使層不再具有貴性(亦即容易腐蝕)。然而該污染無法以一般之、在生產中至今使用之儀器(層厚量測儀、顯微鏡、層阻量測儀)檢測。當一被污染之金屬層在生產之一較晚時間點(例如兩天後)與一溶液接觸，此被污染之非貴性層腐蝕，導致生產停頓。

一緩慢(潛默)發生及增加之金屬層污染可經由在本發明之方法中檢測出之電化學信號及時發現。

因而本發明容許在污染惡化並導致生產停頓前，採行及時措施(例如更換電解液)。

1‧‧‧裝置

3‧‧‧下方半單元

5‧‧‧上方半單元

7‧‧‧檢測室

9‧‧‧平密封件

11‧‧‧開口

13‧‧‧環形密封件

15‧‧‧薄片

17‧‧‧接觸銷

19‧‧‧晶圓

21‧‧‧單元蓋

23‧‧‧環形密封件

25‧‧‧陽極板

27‧‧‧陽極蓋

29‧‧‧陽極接點

31‧‧‧參考電極

33‧‧‧參考電極接點

35‧‧‧接點

37‧‧‧肋條

39‧‧‧箭頭

41‧‧‧進入開口

43‧‧‧離開開口

45‧‧‧螺紋孔

本發明之方法及本發明之裝置之其他細節與特徵見於以下根據所附圖式所做之說明。圖中顯示：圖1 本發明之裝置之一立體分解圖，圖2 本發明之裝置橫對流動方向之一截面圖，圖3 由上方俯瞰一下方半單元之一斜視圖，圖4 由下方所見之圖3之半單元視圖， 圖5 由上方所視之單元視圖，無晶圓、環形密封、接觸薄片及單元蓋，以及圖6 本發明之裝置在流動方向之截面圖。

在圖1及2所示之實施例中，一本發明之、設計成量測單元之裝置1包括一下方半單元3及一上方半單元5，作為主要構件。在下方半單元3及上方半單元5之間設有一平密封件9，用以密封一檢測室7，該檢測室係設於半單元3及5之間。

設一環形密封件13，環繞上方半單元5內之一開口11。一薄片15位於環形密封件13之外，具有接觸銷17，用於與晶圓19接觸。在接觸銷17上放置需檢測之晶圓19，晶圓以其前側向下。最後本發明之裝置1在上方經由一單元蓋21關閉。

在下方半單元3之底側設一環形密封件23，該環形密封件23，例如以一O-形環形式，設於下方半單元3(其底側)及一陽極板25之間。在陽極板25下方，亦即在其之外，設有一陽極蓋27。在陽極蓋27區域設有一陽極接點29。亦可設置二或多個接點，例如設於陽極板25邊緣。

在下方半單元3之一凹空內設有一參考電極31，其藉助於一參考電極接點33作電性接觸。以其前側向下之晶圓19，亦即其前側朝上方半單元5之方向，係經由一接點35及薄片15接觸。接點35被導引由下方來，直至與薄片15接觸。

圖2顯示裝置1在組合狀態。圖2亦顯示，檢測室7經由(圓形)凹空形成於下方半單元3及上方半單元5中。在檢測室7中設有肋條(Stege)37，其作用為導引電解液流過檢測室7，且額外改善單元幾何之剛性。

在圖3中再度顯示，參考電極31如何設置於下方半單元3之上側。參考電極31位於一肋條37之一凹槽式深凹中，該肋條設於下方半單元3之上側(面向上方半單元5之側)。在圖3中亦顯示對薄片15之接點35，薄片具有接觸銷17。

在圖3中箭頭39表示電解液通過檢測室7之流動。電解液通過一開口41進入檢測室7，又經一開口43離開檢測室。

圖4顯示由底部所視之下方半單元3，以及陽極接點29如何被導引通過陽極蓋27，直至接著在陽極板25上。此外圖4亦顯示參考電極接點33之位置。

圖4另外顯示電解液之進入開口41及離開開口43，該電解液被導引通過空室(=檢測室7)，該空室形成於下方半單元3與上方半單元5之間。

圖5顯示上方半單元5及下方半單元3，以及設於其間之構件，然而無O-環13、晶圓19，及薄片15，也無單元蓋21。

圖6顯示本發明之裝置1構件之一部分截面圖(截平面橫對圖2之截平面，亦即在電解液通過檢測室7之流動方向)。

圖6顯示單元蓋21如何設置，俾便緊密壓迫晶圓19，而經由在單元蓋21與中間部(=由上方半單元5及下方半單元3構成之單元框架或框架部)之間之階梯狀邊緣構造確保一預定之壓迫力。單元蓋21可藉助於螺絲固定，該螺絲螺入在上方半單元5之螺紋孔45中。

本發明之裝置之單元蓋可包含一垂直於晶圓19背側之活動插頭(Plug)，其經由氣體壓力適應在晶圓19之背側上。因而晶圓前側壓迫在環形密封件上且檢測室因而密封。此具有之優點在於，可置入不同厚度之晶圓19，例如結合之及因而較厚之晶圓19，且亦具有按壓力可變化之優點(不同硬度之環形密封件)。

在本發明之裝置1之底側設有一適當之組合，使此處亦經由介於中間部(單元框架或框架部)及在圖6中位於下方之陽極蓋27之間之階梯狀邊緣構造將陽極板25以一預定之路徑及一壓迫力緊密壓在環形密封件23上。

在本發明之裝置中，晶圓密封之實施或者，如一般作法，在晶圓邊緣，或亦直接在微晶片上及一般而言在晶圓面域內部。

經由在微晶片上直接密封，及由晶圓19邊緣遠離，能夠量測具有不同直徑之晶圓，儘管密封環(O形環)之尺寸為一定，能以固定之單元幾何量測。

因而由不同晶圓尺寸取得之量測信號可直接互相比較。此產生一較大彈性，由於不同晶圓尺寸可量測，可進一步降低在數據管理上之費用，更加增進其宏觀性及說服 力(aussagekräftiger)。

晶圓19以具有二或多於二個接觸銷17為佳，其在薄片15上均勻分佈設置。

密封力(對作為環形密封件13及23之O-形環壓迫之強度)係由單元蓋21及陽極蓋27在單元框架上之擋止決定，該單元框架由半單元3及5構成。

偏好者是，本發明之裝置1對水平線成一銳角，例如斜向成45°角，且晶圓19設置成其晶圓前側向下，並與流經檢測室7之電解液接觸。

由於裝置1不可能垂直走向(環形密封件13會掉出)，且裝置1之水平走向可能不利，這是由於有電性隔離作用之氣泡可能聚集及阻塞，因而所述之本發明之裝置1之傾斜走向具有優點。

對各固有特徵之量測需要一(新)測試晶圓。測試晶圓在常態製造程序中與一般晶圓一起製造出來，用於作為量測儀器之本發明之裝置1，而測試晶圓可重複使用(可被回收)，因而並不產生高成本。

由於本發明之裝置1之組合對水平線採取一銳角，且位於一有利之工作高度，且由於晶圓19在裝置1內之位置，及由於所述之環形密封件13之構造，一晶圓19可快速且妥善(手動或自動)置入裝置1中，及由裝置中取出。

在本發明之裝置1中設置，電解液經由開口41進入裝置1之檢測室7，以一層流流動方式通過檢測室7，且再經由開口43離開，並進入設備之基礎設施中。

設備之基礎設施包含至少一電解液儲槽，但以多個電解液儲槽為佳，及一泵(例如循環泵)，用以均勻運轉電解液，一最純淨水儲存槽或至少一最純淨水之接頭，俾便用水沖洗裝置1，一鈍氣接頭，用以乾燥裝置1，此外亦具有所需之閥門、管線、控制器及量測儀器。

該至少一設置於裝置1之檢測室7中之肋條37在檢測室7區域支持裝置1，且對建立一種以層流方式通過檢測室7之流動有利。

該至少一肋條37之位置亦可作為一化學惰性之參考電極31以電纜形式或板件形式被引入檢測室7之處。取代作法可為，參考電極31亦可由一先前技術之第二類參考電極構成。

當使用一循環泵運轉電解液時，電解液在裝置1中之流速可透過改變循環泵轉速而調整，無需巨大耗費。

由圖示可看出，陽極板25係在其背側接觸。在本發明之裝置1中使用之陽極板25係雙面導電及化學惰性塗層。作為塗層材料例如可使用鉑(Platin)。

使用本發明之方法可直接量測，亦即直接在生產後，在一晶圓19上例如對一金屬層實施量測。此容許，在本發明之裝置1中無需額外措施，直接進行量測(亦即檢測原始程序結果，例如檢測原始鎳層)。

本發明之此方法，亦即直接法，相對於間接法具有優點，間接法係指例如藉助於其他儀器檢測電解液之特徵，及由電解液品質推估層品質。

本發明之裝置1設計成，其無需巨大耗費即可納入一設備之基礎設施中，且裝置1之改裝工作無需特別措施即可實施。

本發明之裝置1可能之額外功能如下：

若不採用一化學惰性之陽極板25，亦可採用一由熱塑性材料，例如聚丙烯，製成之板，其具有二對板成直角焊接或鑄造之化學惰性纜線或桿，彼此相鄰，卻互相電性絕緣。使用陽極板25在此例中取代晶圓19。二纜線或桿之一作為陰極，而另一作為參考電極。此三化學惰性電極之組態可用於擷取電解液之特徵。

總結而言，本發明之一實施例可說明如下：

為檢測晶圓、微晶片，或類似物，以電化學途徑週期性量測該類物體之電特性並儲存之。將量測值互相比較，俾便得知電特性之改變。為執行本方法，提出一種設計成量測單元之裝置1，其在一上方半單元5及一下方半單元3之間具有一檢測室7，電解液被導引通過該檢測室。檢測室7被一單元蓋21關閉，該單元蓋同時將一晶圓19抵住一環形密封件13向上方半單元5方向壓迫。在下方半單元3構成檢測室7之開口經由一環形密封件23，一陽極板25，及一陽極蓋27封閉。

3‧‧‧下方半單元

5‧‧‧上方半單元

7‧‧‧檢測室

9‧‧‧平密封件

13‧‧‧環形密封件

15‧‧‧薄片

17‧‧‧接觸銷

19‧‧‧晶圓

21‧‧‧單元蓋

23‧‧‧環形密封件

25‧‧‧陽極板

27‧‧‧陽極蓋

29‧‧‧陽極接點

35‧‧‧接點

37‧‧‧肋條

Claims (22)

1. 一種檢測導電物體之方法，例如晶圓或微晶片，其特徵為，- 以電化學方式週期性檢測物體之電特性，- 儲存所測得之電特性之特徵，- 應用統計方法，將測得之不同物體之電特性特徵互相比較，- 找出一電特性特徵改變之趨勢，及評估該趨勢，以得知物體電特性之改變。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，量測電流-電壓-曲線、電流-時間-曲線、電壓-時間-曲線、電阻抗、電阻或電容量，作為電特性。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之方法，其特徵為，將不同物體在一確定電壓下之電流斜率，或在一確定時間之電壓斜率互相比較，作為曲線特徵。
4. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之方法，其特徵為，週期性且按預訂時間間隔量測物體之電特性。
5. 根據申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之方法，其特徵為，實施先後製造之物體之電特性之特徵比較。
6. 根據申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之方法，其特徵為，藉助於統計方法，實施先後製造之物體之電特性之特徵比較。
7. 根據申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之方法，其特徵為，實施一物體之電特性之特徵與先前製造之物體之電特性特徵平均值之比較。
8. 根據申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之方法，其特徵為，量測物體導電層、表面及/或邊界面(介面)之特性。
9. 根據申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述之方法，其特徵為，量測能表達物體表面品質之特徵，特別是能表達一陰極表面(晶圓表面)、陰極層或陰極介面品質之特徵，如電流-電壓-時間-曲線或電流-時間-曲線在選擇點上之斜率。
10. 一種用以檢測導電物體之裝置，例如晶圓或微晶片，特別是用於執行根據申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之方法之裝置，其特徵為，具有- 一量測單元，該單元具有一被電解液流過之檢測室(7)，- 一保持器，用於在單元中保持需檢測之物體，- 一進入開口(41)及一離開開口(43)，供電解液進入及離開裝置(1)之檢測室(7)，- 至少一陽極(25)，- 至少一設置於需檢測之物體(19)上之接觸銷(17)，俾便與該物體接觸，及 - 至少一參考電極(31)。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其特徵為，該陽極設計成陽極板(25)。
12. 根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其特徵為，可使用一板取代陽極板(25)，該板具有至少二化學惰性之電極，分別極化成陰極及參考電極，在此例中該陽極板(25)可用於物體(19)之位置。
13. 根據申請專利範圍第10項至第12項中任一項所述之裝置，其特徵為，該量測單元包含二蓋部(21、27)及一設於其間之中間部，且檢測室(7)設於該中間部。
14. 根據申請專利範圍第13項所述之裝置，其特徵為，該中間部由一上方半單元(5)及一下方半單元(3)構成。
15. 根據申請專利範圍第11項至第14項中任一項所述之裝置，其特徵為，該陽極板(25)設於一陽極蓋(27)與中間部，特別是下方半單元(3)之間。
16. 根據申請專利範圍第14項或第15項所述之裝置，其特徵為，該中間部在面向需檢測之物體之側設有一密封件(13)。
17. 根據申請專利範圍第16項所述之裝置，其特徵為，該密封件(13)接著於需檢測之物體(19)上，特別是需檢測之晶圓上，以位於邊緣或在物體(19)之面域內為佳。
18. 根據申請專利範圍第13項至第17項中任一項所述之裝置，其特徵為，在該檢測室(7)中設有一開口(41)，供電解液進入檢測室(7)，且另設有一開口(43)，供電解液離開檢測室(7)。
19. 根據申請專利範圍第18項所述之裝置，其特徵為，該開口(41及43)設於下方半單元(3)。
20. 根據申請專利範圍第13項至第19項中任一項所述之裝置，其特徵為，該檢測室(7)經由凹空形成於半單元(3及5)內，且經由蓋部(21及27)關閉。
21. 根據申請專利範圍第13項至第20項中任一項所述之裝置，其特徵為，一蓋部成為一單元蓋(21)，而另一蓋部成為一陽極蓋(27)。
22. 根據申請專利範圍第10項至第21項中任一項所述之裝置，其特徵為，該檢測室(7)對水平線傾斜成一銳角，特別是傾斜成45°角。