TW202000993A - 凸塊底層金屬蝕刻製程期間使底切最小化之裝置及方法 - Google Patents

凸塊底層金屬蝕刻製程期間使底切最小化之裝置及方法 Download PDF

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肯治 紐爾曼
馬克 亞諾茲
菲利普 泰勒
強納森 菲加爾
威廉 吉爾伯特 比恩甘
約翰 泰迪
尼古拉斯 巴菲羅夫
詹姆士 史瓦洛
克里斯多弗Ｍ 奧蘭多
保羅 維特
克里斯多弗 霍夫邁斯特
崔眀 迪格斯
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美商維克精密表面處理股份有限公司
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Abstract

本發明揭露一種半導體蝕刻製程，其中透過嚴格控制蝕刻輪廓、識別蝕刻完成及最小化過蝕刻時間以於蝕刻製程期間使底切最小化，以提高生產率。

Description

凸塊底層金屬蝕刻製程期間使底切最小化之裝置及方法
本發明通常有關一種半導體蝕刻製程。更具體是，本發明有關在透過嚴格控制蝕刻輪廓、識別蝕刻完成及過蝕刻時間最小化之蝕刻製程期間的底切最小化以增加生產率。
相關申請案的交互參照
本申請案主張2018年6月20日申請的美國專利申請案第62/687,630號的優先權和權益，前述所列專利參考文獻明確引用作為本說明書的揭示內容。
通常，半導體裝置的先進封裝方法仰賴於連接電氣介面。焊料凸塊、金屬柱和焊墊的使用已當作達成連接之構件。圖1顯示形成凸塊和金屬柱之示例性製程。此製程是從沉積一鈍化層、沉積一阻障膜(通常是由鈦(Ti)或鈦-鎢(Ti-W)組成))開始，然後沉積一銅(Cu)晶種層，然而應注意，許多金屬可用於此目的。阻障膜中的組合金屬通常是在數千埃範圍內，其中晶種層(例如，Cu)較厚於阻障膜。一旦覆蓋晶種層(例如，Cu)，施加厚光阻(PR-光阻)(旋塗或乾膜)作為光罩。然後經由在光罩中形成開口的製程以暴露及顯影光罩，使得焊料(例如，Pb、Sn、Ag)或金屬柱(例如，Cu、Ni、Au、Pd) 形式的添加金屬可填充光罩中生成的孔洞(開口)。再者，應注意，可使用多個金屬和金屬組合來形成這些結構。同樣地，重分佈層(Redistribution Layer，RDL)圖案亦可使用前述序列的變體構成。
一旦完成此製程，例如，透過加熱溶劑製程來剝離光阻。電氣上，在這階段，所有這類特徵件都與導電晶種層(例如，Cu)和阻障膜(Ti/TiW)短路。下一步是去除場金屬(不位於互連結構下方的晶種層和阻障膜，諸如凸塊、金屬柱或焊墊)。通常經由一濕蝕刻製程去除場金屬。用於濕蝕刻的蝕刻劑通常是各向同性，其意指蝕刻劑將以相同速率進行全向性蝕刻。因此，當蝕刻劑垂直作用以去除場金屬時，其亦將在結構下方橫向蝕刻。因此，通常使用術語凸塊底層金屬(Under Bump Metal、UBM)蝕刻。針對互連，則應用相同製程，此稱為一RDL蝕刻。此結構下面的橫向蝕刻稱為「底切」。圖2A顯示已在焊料凸塊下方執行橫向蝕刻或「底切」的基材之示例圖。圖2B顯示金屬柱形成之示例圖；圖2C顯示UBM和RDL基材之示例影像。同樣地，圖3顯示一Cu柱層和一Cu晶種層下方的橫向蝕刻或底切的示例性基材之影像。一橫向蝕刻或底切可產生兩個不想要的影響：1)透過減小電流流動的面積降低特徵件的效能；及2)可減少可能對特徵造成損失之凸塊\金屬柱黏附基材。
過去，特徵件尺寸已很大(例如，100μm寬焊料凸塊)且場金屬相對較薄(例如，5000埃[5000Å])。即使大量底切，仍然有明顯金屬量用於凸塊黏附和電氣特性。例如，對於200%蝕刻(或100%過蝕刻)，底切約1μm(5000Å×2=10,000Å，或1μm)。這是在98μm底切處的凸塊直徑之最終結果。如此，在4%的底切直徑損失之後，仍然存在約96%面積。此不會明顯影響凸塊的凸塊黏附或電氣特性。
因此，由於一次採25個晶圓來批量處理載具中的晶圓，使得通常已採用較大的過蝕刻。另外，由於有數個因素，使得先前已採用較大的過蝕刻，這些因素包括：不同晶圓間的薄膜厚度差異；蝕刻差異取決於晶圓在載具中的位置；批量製程中的蝕刻均勻性不佳；及沒有構件來決定何時已完成蝕刻。因此，先前已需要大量過蝕刻以確保已清除所有的場金屬。不能清除場金屬會導致基材中的電氣短路並直接導致產量損失。因此，已容忍較大的過蝕刻作為防止電氣短路的方式，且因為過去的基材是相當大。
然而，目前在半導體產業驅駛向不斷增長越小裝置，而且此驅駛亦屬於互連裝置(RDL裝置)。例如，在某些情況下，基材(晶圓)已縮小至10μm及以下。考慮具有100%過蝕刻製程的5000Å場金屬之前述示例。對於5μm凸塊，從各側面的1μm底切將由於底切而去除約36%面積。數個方法已用於處理減少底切的需要，諸如減小場金屬厚度。當使用相同於如用於1500Å場金屬的前述示例中描述的條件時，5μm凸塊的底切損失可降至12%，但此仍然太高。因此，需要一種消除過蝕刻的方法，特別是針對較小基材，而且亦決定何時終止蝕刻製程。
本系統和方法處理此需求及其他。
在一示例性實施例中，一種電腦實施的控制系統提供透過濕蝕刻站以終點偵測基材之濕蝕刻製程，該濕蝕刻站包括一濕蝕刻裝置、一光源和一光偵測器，該控制系統包括一或多個處理器，其通信耦接所述濕蝕刻裝置、所述光源和所述光偵測器，而且構造成與一電腦可讀儲存媒體互動及執行在所述儲存媒體中儲存的一或 多個軟體模組。該控制系統包括一終點偵測模組，其構造成：選擇一第一基材表面上的複數個樣本位置；在蝕刻該第一基材期間，使該光源將光發射到該第一基材表面上的至少該等複數個樣本位置；使該光偵測器在蝕刻該第一基材期間偵測在該第一基材表面上的該等複數個樣本位置的光反射；分析有關該第一基材的該等複數個樣本位置的光資訊，以決定該第一基材的蝕刻終點；基於該第一基材的分析光資訊以產生一第二基材的蝕刻參數；選擇在該第二基材表面上的複數個樣本位置；在蝕刻該第二基材期間，使該光源將光發射到在該第二基材表面上的至少該等複數個樣本位置；使該光偵測器在蝕刻該第二基材期間偵測在該第二基材表面上的該等複數個樣本位置的光反射；分析有關該第二基材的該等複數個樣本位置的光資訊與用於該第二基材之所產生的蝕刻參數，以決定該第二基材的蝕刻終點；比較有關該第二基材的光資訊與有關該第一基材的光資訊；及基於該比較的光資訊以修改所產生的蝕刻參數。
100‧‧‧系統
110‧‧‧殼體
112‧‧‧壁部
120‧‧‧中空內部
130‧‧‧門總成
140‧‧‧窗口
150‧‧‧接取點
160‧‧‧晶圓保持和裝載裝置(裝載埠)
162‧‧‧門部
170‧‧‧電腦終端機
200‧‧‧第一處理站
210‧‧‧第二處理站
220‧‧‧第三處理站
230‧‧‧第四處理站
240‧‧‧第五處理站
300‧‧‧晶圓傳送裝置
400‧‧‧濕蝕刻裝置
401‧‧‧蝕刻控制器
410‧‧‧蝕刻室
420‧‧‧旋轉夾盤
430‧‧‧臂
435‧‧‧噴嘴
500‧‧‧終點偵測裝置
501‧‧‧清潔控制器
510‧‧‧光發射器
520‧‧‧光偵測器
600‧‧‧測量裝置(度量裝置)
610‧‧‧平台
620‧‧‧測量組件
630‧‧‧感測器
700‧‧‧製程控制系統
705‧‧‧製程控制器
710‧‧‧處理器
715‧‧‧介面
720‧‧‧記憶體
730‧‧‧軟體模組
740‧‧‧顯示器
750‧‧‧通信介面
760‧‧‧音頻輸出
770‧‧‧測量模組
772‧‧‧晶圓輪廓模組
774‧‧‧蝕刻製程條件模組
776‧‧‧蝕刻製程模組
778‧‧‧資料庫模組
780‧‧‧使用者界面模組
782‧‧‧終點偵測模組
784‧‧‧臂掃掠輪廓模組
785‧‧‧資料庫
790‧‧‧儲存器
1200‧‧‧系統
1205‧‧‧臂擺動
1210‧‧‧基材或晶圓
1215‧‧‧樣本位置
1402‧‧‧範本選擇
1405‧‧‧樣本位置和位置內的樣本數量
1650‧‧‧噴嘴
1700‧‧‧清潔裝置
1710‧‧‧蝕刻室
1740‧‧‧臂
1750‧‧‧噴嘴
1780‧‧‧超聲波清潔裝置
1790‧‧‧乾燥裝置
2000‧‧‧蝕刻室
2010‧‧‧夾盤
2020‧‧‧圓頂蓋
2021‧‧‧側壁
2022‧‧‧操作窗口
2030‧‧‧遮光板
2100‧‧‧蝕刻室
2110‧‧‧旋轉蓋盤
圖1示意說明根據本說明書揭露之一或多個實施例之焊料凸塊形成製程；圖2A示意說明顯示根據本發明之一或多個實施例之焊料凸塊下方的橫向蝕刻之示例性凸塊底層金屬蝕刻。
圖2B顯示根據本發明之一或多個實施例的金屬柱形成之圖式；圖2C顯示根據本發明之一或多個實施例之UBM和RDL基材之示例性影像；圖3顯示根據本發明之一或多個實施例之經歷凸塊底層金屬蝕刻的示例性基材之影像，影像顯示金屬柱下方的橫向蝕刻及晶種層下方的橫向蝕刻；圖4為顯示根據本發明之一或多個實施例之用於執行濕蝕刻製程的系統之透視圖；圖5為顯示根據本發明之一實施例之用於執行濕蝕刻製程的系統之前平面視圖；圖6為顯示根據本發明之一或多個實施例之用於執行濕蝕刻製程之系統的示例性配置之方塊圖；圖7為顯示根據本發明之一實施例的測量站之前平面視圖；圖8為顯示根據本發明之一或多個實施例的濕蝕刻站之透視圖；圖9為根據本發明之一實施例的清潔站之前平面視圖；圖10A為顯示根據本發明之一或多個實施例之用於執行濕蝕刻製程之系統的示例性配置之方塊圖；圖10B為顯示根據本發明之一或多個實施例之製程控制系統的示例性配置之方塊圖； 圖11為根據本發明之至少一實施例的圖形使用者界面之螢幕截圖；圖12為顯示根據本發明之一或多個實施例之用於蝕刻終點偵測的系統之透視圖；圖13為示意說明根據本發明之一或多個實施例之基材蝕刻期間用於終點偵測和底切最小化的程序之流程圖；圖14A顯示根據本發明之一或多個實施例之用於蝕刻終點偵測的系統之示例性圖形使用者界面；圖14B示出了顯示根據本發明之一或多個實施例之樣本位置的基材之示例性影像；圖14C示出了顯示根據本發明之一或多個實施例之示例性基材上的樣本位置的每個樣本終點(以秒為單位)之圖式；圖14D示出了顯示根據本發明之一或多個實施例之針對示例性基材上的樣本位置之每個樣本，在終點處透過電荷耦合裝置(Charge-coupled Device，CCD)相機所偵測到顏色之圖式，其中在圖14D中，上面線條表現紅色，中間顏色表現綠色，及下面顏色是藍色；圖14E示出了顯示根據本發明之一或多個實施例之針對示例性基材上的每個樣本，在終點處透過CCD偵測器所偵測到顏色變化的每個樣本之圖式；圖14F示出了顯示根據本發明之一或多個實施例之於示例性基材上的蝕刻之前，針對每個樣本透過CCD偵測器所偵測到顏色變化之圖式，其中上面線條表現紅色，中間線條表現綠色，及下面線條表現藍色； 圖14G示出了顯示根據本發明之一或多個實施例之於示例性基材上的蝕刻之後，針對每個樣本透過CCD偵測器所偵測到顏色變化之圖式；圖14H顯示一示例性基材的預蝕刻影像，及根據本發明之一或多個實施例之，顯示蝕刻之前的示例性基材上的特定樣本(「樣本2」)處的顏色變化之圖式，及顯示示例性基材的後蝕刻影像及顯示蝕刻期間於示例性基材上的樣本2處及在蝕刻終點處的顏色變化之圖式，其中在圖14H中，在預蝕刻和後刻蝕影像兩者上，上面線條是紅色，中間線條是綠色，及下面線條是藍色；圖14I顯示根據本發明之一或多個實施例之用於終點偵測的系統之示例性圖形使用者界面，其顯示在參考基材上的特定樣本(「樣本3」)處的過處理時間；及顯示在參考基材蝕刻期間在樣本3處隨時間所偵測到顏色變化之圖式；圖14J顯示根據本發明之一或多個實施例之用於終點偵測的系統之示例性圖形使用者界面，其顯示在示例性基材上的特定樣本(「樣本1」)處的過處理時間；及顯示基材蝕刻期間的樣本1處隨時間所偵測到顏色變化之圖式；圖15A顯示根據本發明之一或多個實施例之使用終點偵測系統蝕刻晶圓之影像，及顯示使用本終點偵測系統(WaferChekTM)與利用過蝕刻方法之系統相比較，在特定蝕刻的底切量差異之圖式；圖15B顯示不同薄膜厚度、凸塊半徑和過蝕刻的示例性蝕刻晶圓測量之表格，所述表格亦顯示根據本發明之一或多個實施例之透過減少過蝕刻時間可保持用於收縮幾何特徵的剩餘材料百分比；圖16為顯示根據本發明之一或多個實施例之用於蝕刻終點偵測 的系統之頂透視圖；圖17為圖16所示用於終點偵測的系統之橫截面圖，且示意說明光偵測器位置和影像/光路徑，其中系統包括一圓頂蓋但不包括一旋轉蓋盤；圖18為顯示根據本發明之另一實施例之用於蝕刻終點偵測的系統之頂透視圖；圖19為圖18所示用於終點偵測的系統之橫截面圖，且示意說明光偵測器位置和影像/光路，其中系統包括一圓頂蓋且更包括一設置在晶圓上方的旋轉蓋盤；及圖20示出了顯示根據本發明之一或多個實施例之樣本位置的基材之示例性影像；圖21為顯示一示例性晶圓之從樣本1(邊緣處)到樣本10(中心處)的RGB值之圖式；及圖22示出了顯示根據本發明之一或多個實施例之樣本位置的基材之示例性影像，其中樣本區域略微偏離晶圓中心以避開分注臂及其反射的路徑。
本申請案提供用於基材的(銲料)凸塊底層金屬(UBM)蝕刻期間的蝕刻終點偵測和底切最小化之系統和方法。在一或多個實施例中，本系統和方法利用一光偵測器，諸如一CMOS、一彩色電荷耦合裝置(CCD)偵測器(相機)或等同物結構，用於取得蝕刻期間基材反射多個樣本的光。因此，雖然圖式簡單說明係參考CCD偵測器的影像，但是應明白，可使用一CMOS偵測器(相機)或其他結構獲得相同影像。光偵測器操作上連接到一運算裝置，其構造成在蝕刻 基材時決定在每個樣本處的反射光顏色，然後基於所述反射顏色來決定何時完成蝕刻第一基材。系統然後可利用基材蝕刻期間所取得的顏色資料，以更有效及高效蝕刻後續基材，從而限制在蝕刻基材中顯現的任何底切。
應注意，2018年2月23日申請的共同擁有的美國專利申請案第15/903,799號、2018年1月16日授權的美國專利案第9,870,928號和2017年7月4日授權的美國專利案第9,698,062號之教示在此都引用作為本說明書的揭示內容供參考。
本系統和方法允許消除基材的不完全蝕刻，同時亦限制或消除由過蝕刻所引起基材的橫向蝕刻。本系統透過下列方式實現這些目的：a)在終點偵測方法中使用基材上的多個樣本以確保沒有未完全蝕刻；b)增加光偵測器(例如，CMOS或CCD偵測器)的訊框取得速度，以更精確決定特定基材的蝕刻終點；c)部分基於在先前基材蝕刻期間取得的光資料，透過系統以改變用於後續蝕刻基材的蝕刻參數。後續基材的蝕刻參數修改進一步確認每個類型基材的適當蝕刻參數，以確保沒有未完全蝕刻基材，且亦沒有過蝕刻。本系統和方法之這些及其他態樣將參考附圖描述。
現將參考附圖更完全描述所參考的系統和方法，其中顯示一或多個示意說明的實施例及/或系統和方法的配置。系統和方法沒有以任何方式限於所示實施例及/或配置，因為下述所示實施例僅是熟習該項技藝者明白的本系統和方法之示例。因此，應瞭解，本說明書揭露的任何結構和功能細節不應解釋為限制所述系統和方法，而是提供作為教示熟習該項技藝者以一或多個方式實施系統和方法之代表性實施例及/或配置。因此，本系統和方法的態樣可採用 整個硬體實施例、整個軟體實施例或結合軟體和硬體的實施例之形式。熟習該項技藝者可明白，可將軟體處理轉換成等效硬體結構，而且硬體結構本身可轉換成等效的軟體處理。因此，硬體實施或軟體實施之比較的選擇是設計選擇之一。
圖4-10示意說明根據本發明之至少一實施例之用於執行導致底切最小化的濕蝕刻和終點偵測處理之示例性系統100。因此，所述系統100可認為是一用於製造半導體裝置的濕蝕刻設備。應瞭解，術語「晶圓」和「基材」在本說明書中可互換使用。
所述系統100為可由位於殼體110內不同處理站的多個不同裝置(設備部件)定義的一整合系統。如圖4所示，該殼體110通常是採取直立機櫃或具有界定中空內部120的複數個壁部112之類似物的形式。中空內部120可透過多個不同接取點進入，包括但沒有限於在殼體110的一端處所示的門總成130，而且一或多個側壁112可包括窗口140，以允許直接接取及觀察中空內部120，而且更具體是，其中包括設備和處理站。在一實施例中，如圖所示，一側壁112可包括透明窗口140和一或多個接取點150。相對的側壁112可包括不同形式的接取點150，諸如圖5所示的一組門。
每個接取點150可為提供進入中空內部120的開口形式，此外，一晶圓保持和裝載裝置(裝載埠)160可沿著一側壁112設置在此位置。晶圓保持和裝載裝置160可為任何數量的習知裝置，其設計成保持及允許接取其中包含的晶圓，而且可採取前開式晶圓傳送載具(Front Opening Unified Pod或Front Opening Universal Pod，FOUP)裝載埠的形式。FOUP是一專用塑膠封閉體，其中載具設計成在受控環境中安全可靠保持矽晶圓，並允許透過具有適當裝載埠和自動機 械處理系統的工具去除晶圓供處理或測量。如圖4所示，晶圓保持和裝載裝置160可採用輸入/輸出載具裝置的形式。
該晶圓保持和裝載裝置(裝載埠)160可採用輸入/輸出晶圓載具裝置的形式，其包括構造成接受及保持容置複數個晶圓的載具之殼體。例如，該殼體在其每個端部可包括一門部162，其中一門部162面向外遠離中空內部120，以允許技術人員將一或多個晶圓裝載到裝載埠160中。另一門部162面向且可在中空內部120內接取，以允許自動去除(及重新裝載)中空內部120內的晶圓，以允許晶圓轉移到中空內部120內包含的各處理站。晶圓保持和裝載裝置160可為包括以垂直堆疊方式保持複數個晶圓的複數個支架或類似物之類型。
殼體(機櫃)110亦可包括一或多個電腦終端機170，其採用下述方式操作，而且允許技術人員在晶圓經歷不同處理站的各種處理步驟時同時控制及監控殼體110內的晶圓處理。
亦應明白，所述系統100可包括許多不同習知操作系統以提供電力、冷卻、加熱、流體流動(管道架構)等。系統100亦包括許多不同安全特徵件，包括一緊急關閉按鈕和聽覺及/或視覺警報，以在系統100內觀察到異常情況時警告技術人員。
圖6為顯示包含在本發明之系統的殼體(機殼)內的示例性處理站之示意圖。通常，所述系統100包括一第一處理站200，其包含一或多個用於保持晶圓(例如，FOUP裝載埠)及提供如前述直接接取殼體110的內部120之裝置160。一第二處理站210是一或多個用於測量晶圓不同特性的測量室之形式，如下所述。一第三處理站220包含一或多個蝕刻室，用於根據本說明書所述兩步蝕刻製程在晶 圓上執行單晶圓濕蝕刻製程。一第四處理站230和選則性一第五處理站240是清潔處理過晶圓的清潔室。由於系統100是一自動系統，使得提供一晶圓傳送裝置300而且構造成從系統100的各個處理站之間移動一或多個晶圓。該晶圓傳送裝置300可採用任何數量的不同形式，但通常是採用自動裝置的形式，諸如一自動機械，其構造成可控制式抓握、移動及釋放一或多個晶圓。通常，該晶圓傳送裝置300包括一自動機械臂，該自動機械臂具有一用於抓握及保持晶圓的抓握(保持)機構，且具有一基部，其中該自動機械臂可在該基部周圍以多方向(多個自由度)移動。應瞭解，一或多個處理站/蝕刻室可組合成具有多個處理功能。例如，測量室中使用的測量裝置可結合在濕蝕刻室中，以提供一組合的測量和蝕刻站。舉例來說，如熟習該項技藝者所瞭解，蝕刻室和清潔室可組合成多處理室。
因此，該晶圓傳送裝置300因此可認為是一自動晶圓處理器。亦應明白，該晶圓傳送裝置是一電腦操作裝置，因此，如下所述，根據軟體應用程式等的執行來操作。此外，亦應明白，該晶圓傳送裝置300可隨著使用者產生的命令進行操作，諸如由技術人員在諸如電腦終端機170的使用者界面上產生的命令。
雖然在圖6中，該晶圓傳送裝置300顯示位於系統100內部的中心，但是沒有限於所述系統內的此位置，只要該晶圓傳送裝置300位於允許所述晶圓傳送裝置300接取系統的每個處理站並在所有必要處理站之間傳送晶圓之位置處即可。
下面更詳細描述前述該等個別處理站之每一者。
第一處理站200
如前述，第一處理站200包括一或多個晶圓保持和裝 載裝置(FOUP裝載埠或輸入/輸出載具)160，供採用密封及安全方式保持晶圓。該系統100可使用任何數量的不同習知晶圓保持和裝載裝置(FOUP裝載埠)160。通常，該晶圓保持和裝載裝置(FOUP裝載埠)160是一包含保持晶圓的載具之類型。門部162定位成使得該晶圓傳送裝置(自動機械)300可直接從FOUP接取晶圓。該晶圓保持和裝載裝置(FOUP裝載埠)160亦可包括識別特徵件，諸如RFID標籤、條碼讀取器等，以允許在工具等上的讀取器進行識別。應瞭解，裝載埠160沒有限制一FOUP類型。如熟習該項技藝者的瞭解，除了具有諸如具有可移除式載具的晶圓盒之內置載具的FOUP之外，可使用各種晶圓保持和裝載機構。
雖然圖6顯示構成處理站200的兩個方塊，但應瞭解，此僅是為了示意說明目的而沒有限制本發明，如圖2所示，所述系統100可包括一個以上的晶圓保持和裝載裝置(FOUP裝載埠)。此外，應瞭解，每個裝載埠160可構造成接受一或多個載具。
第二處理站210
如前述，該第二處理站210是一測量站(晶圓檢查站),其中可在晶圓上的一或多個位置處測量晶圓的特性(例如，晶圓厚度)。因此，該第二處理站210包括一用於測量晶圓的一或多個特性的測量裝置(度量裝置)600。可使用任何數量的不同類型測量裝置。根據本發明之一實施例，該測量裝置600是構造成測量晶圓的一或多個特性(例如，晶圓厚度和表面輪廓)的成像裝置之形式。在一或多個實施例中，第二處理站(測量站)210可部分或整個從所述系統100排除。
圖7顯示一含有採取固定取向(例如，水平取向)以接受 及保持晶圓的平台610之示例性測量(成像)裝置600。該平台610可為一可調整類型以調適不同尺寸的晶圓。例如，晶圓的直徑可相當大變化，因此，平台610構造成允許在其上置放及支撐不同尺寸的晶圓。另外，該平台160可沿著任何數量的不同方向(x、y、z)來移動(即是，平台610具有多個移動自由度)且可旋轉，使得晶圓可在測量處理期間旋轉。
度量(測量)裝置600可亦包括一測量組件620，其至少測量晶圓的厚度，而且亦構造成偵測(測量)及產生晶圓的表面輪廓。該測量組件620包括成像設備，而且可為自動裝置之一部分，以允許測量組件620相對於平台610上的晶圓來移動。例如，該測量組件620可採取臂或類似物的形式，且可採相對於晶圓的任何數量不同方向(x、y、z)來移動(即是，該測量組件620具有多個移動自由度)。或者或更甚者，該測量組件620可保持在靜止位置，而且支撐晶圓的平台610可相對於測量組件620採取任何數量的不同方向(x、y、z)來移動及/或旋轉。
該測量組件620包括一或多個感測器630，諸如一光學感測器(例如，一IR光感測器)和一引導在晶圓表面上的光源。該反射光(在接觸晶圓之後)由成像裝置收集而且基於所述收集的資訊(且在根據軟體執行來處理其之後)，可拍攝及記錄晶圓的多個不同測量值。更具體是，光在薄膜疊層(形成晶圓的材料層)中的每個表面的頂部和底部反射，而且根據材料的折射率來校正反射光中的距離以計算深度。例如，該成像裝置可測量下列特性(此非詳盡列示)：晶圓厚度、彎曲度、翹曲度、平坦度、表面粗糙度、總厚度變化(Total Thickness Variation，TTV)、光學檢查圖案辨識及互連焊墊深度等。
根據一或多個實施例，測量站210直接結合且包含在殼體(機殼)110內。因此，第二處理站210和包含其中的成像裝置600是在該晶圓傳送裝置(自動機械)300的範圍內。此定位允許自動晶圓傳送裝置300容易在系統100的第二處理站210和其處理站之任一者之間移動晶圓。此相較於習知的系統，其測量設備位於遠端位置且需要從蝕刻製程中移除晶圓以進行測量。在進行此測量之後，在晶圓引回到蝕刻製程設備之前存在保持晶圓的等待期間。此導致複雜性和時間延遲，因此直接和不利影響在特定時段內可處理的晶圓數量。此外，在生產環境中，這些低效率導致晶圓批量處理，其中在返回到蝕刻製程設備之前需測量多個晶圓。因此，有關蝕刻製程的任何反饋是在批次基礎上獲得而且不是即時(即是，在晶圓對晶圓的基礎上)獲得，因此防止即時調整製程參數(在晶圓對晶圓的基礎上)且導致品質下降和浪費增加。如本說明書的進一步描述，將測量裝置併入系統100及實施包括在單晶圓濕蝕刻室進行蝕刻之前和之後針對每個晶圓的測量步驟之處理，將可即時提供能夠針對每個晶圓的特定特徵及有關先前所蝕刻晶圓的反饋來調整蝕刻製程參數之系統。因此，所述系統可實現通常有關單晶圓濕蝕刻製程之較高品質、最低浪費和效益。
第三處理站220
第三處理站220是一蝕刻站，其中晶圓經歷如本說明書描述的單晶圓濕蝕刻製程(例如，經由兩步製程或其他製程)。如前述，一單晶圓濕蝕刻製程的進行通常透過將特定量的化學蝕刻劑分注到設置在處理站內的晶圓上並使晶圓的接觸表面發生化學反應，使得接觸表面的不必要部分受到化學物質蝕刻。
如圖8所示，第三處理站(220)包括一單晶圓濕蝕刻裝置400，其包括一含有在濕蝕刻製程中使用的設備和化學蝕刻劑之蝕刻室(封閉體)410。因此，該蝕刻室410可認為是一化學密封器結構。應瞭解，第三處理站可保持複數個蝕刻室410(諸如，採取垂直堆疊取向)，以允許在一個以上的晶圓上同時進行濕蝕刻。蝕刻室410亦收集及包含蝕刻製程中使用的化學物質。
位於第三處理站220的濕蝕刻裝置400亦包括置放晶圓之旋轉夾盤420(可變速度受到一蝕刻控制器401的控制，該蝕刻控制器為本說明書描述整個製程控制系統之一部分)；以及一蝕刻工具(臂430)，其包括一或多個用於分注流體(例如，一或多種液體，最好是化學蝕刻劑)的噴嘴(孔口)435。該蝕刻工具430可為採取能夠沿著多個方向(z和θ方向)移動的臂形式，因此具有多個自由度；然而，臂長度會限制掃掠的半徑。該蝕刻工具430是一可控制工具，因為其受到一諸如蝕刻控制器401的運算裝置的控制，而且是如本說明書描述系統100中使用的整個可編程電腦系統的一部分。因此，該蝕刻工具430可驅動到晶圓的任何特定位置等。
濕蝕刻裝置400亦包括一流體輸送和流體去除系統，供引入蝕刻化學物質及從蝕刻室去除這些化學物質。這些組件使用習知的流體管道方式實現，其中提供用於將流體供應給噴嘴435(例如，一或多種液體，最好是一化學蝕刻劑)的導管。此外，該濕蝕刻裝置400包括用於排出在濕蝕刻製程期間積聚在蝕刻室410內的流體之導管和機構。
旋轉夾盤420允許夾盤420保持晶圓。該旋轉夾盤420包括一可接合馬達驅動軸的主軸(未示出)，以允許旋轉夾盤420繞Z 軸旋轉保持晶圓。馬達的電源開關連接到蝕刻控制器401的輸出側，因此該蝕刻控制器401控制馬達的旋轉速度。而且，一升降機構(未示出)可支撐該旋轉夾盤420，如此可在Z軸方向移動。
傳統上，圍繞該旋轉夾盤420的外周邊和底部部分，提供一用於接受及收集蝕刻劑溶液的結構，該結構是離心分離晶圓，然後排出外部。用於從蝕刻室410排出流體之部分機構可為一廢氣通道及形成在圍繞旋轉夾盤420的收集器結構的底部分之排出管。儲存在收集器結構中的液體可透過一或多個排出管排出到外部或再循環。
根據本發明，只要蝕刻溶液適於濕蝕刻製程和適於意欲的基材和應用，則可使用任何數量的適當蝕刻溶液。因此，可基於多個不同參數來使用不同化學物質，包括考慮到晶圓的特性。如本說明書的描述，當進行兩步蝕刻製程時，可將不同蝕刻劑當作不同蝕刻階段的一部分使用。
關於蝕刻劑溶液的輸送，該濕蝕刻裝置400亦包括一用於控制蝕刻劑溶液的流動特性(流速)和溫度之構件。操作系統可包括一或多個從液體供應源延伸到噴嘴的第一流速控制部分，包括但沒有限於泵或閥。所述流量控制部分的操作部分可連接到該蝕刻控制器401的輸出側，以控制供應給噴嘴的蝕刻劑溶液的流速。另外，可使用其他控制機構來控制蝕刻劑溶液的濃度。蝕刻劑濃度的控制是一用於控制特定晶圓的整體蝕刻速率和蝕刻製程的構件。
根據本發明之一態樣，該濕蝕刻裝置400包括一終點偵測裝置500。一示例性終點偵測裝置500包括一光發射器510(例如，一高強度白光發射器)和一光偵測器520(例如，一CMOS或電荷 耦合裝置(CCD)偵測器)。應明白，該光發射器510可具有不同結構，此結構取決於特定應用的用途，而且在一實施例中，該光發射器可為一具有紅色濾光鏡的高強度白光發射器。另外，在至少一實施例中，該光發射器510可設置分離該終點偵測裝置500和該光偵測器520(參考圖12)。以下更詳細描述該終點偵測裝置500的操作，特別是光發射器510和光偵測器520；然而，該終點偵測裝置500響應一運算裝置，諸如蝕刻控制器401或運算裝置(終端機)170，且該光發射器510將光(例如，白光)發射到濕蝕刻站中的特定晶圓表面之至少一部分上。該光偵測器520(例如，一CMOS或CCD偵測器)偵測由特定晶圓的一部分所反射的光，而且CMOS或CCD偵測器520將偵測到的光資訊傳送到一製程控制系統，如本說明書的進一步描述。如本說明書的描述，本發明有利使用該終點偵測裝置500來執行精確的UBM蝕刻及/或將RDL材料(例如，互連焊墊)暴露於精確且均勻深度。應明白，該終點偵測裝置500沒有限於形成前述設備，而是通常是基於光學的系統，其中分析光特性以決定基材的特性或條件。
第四處理站230和第五處理站240
晶圓在蝕刻站220進行處理之後，然後可在一或多個晶圓清潔站清潔晶圓。圖6顯示兩不同的清潔站230、240；然而，此僅是一實施例的代表性，而且應明白，可使用一單個清潔站。在此結構中，單個清潔站可仍然採用一或多個不同清潔技術來清潔晶圓。
在一示例性刷洗製程期間，想要在旋轉晶圓的兩表面處引導水流或清潔溶液流以洗去顆粒。此通常透過提供位於晶圓上方及/或下方的噴嘴1650(圖9)來實現。該等噴嘴最好透過供應管連接到純水或清潔溶液的源頭。水或清潔溶液的流速受到一泵和閥配置 (未示出)控制，其然後受到一清潔控制器1601(其為本說明書描述的整個製程控制系統之一部分)控制。或者，一加壓流體源可用於提供流體流動。
清潔站240(圖6)可為位於清潔站230附近的實際不同處理站，而且是晶圓經歷不同於清潔站230中使用的清潔製程之一類型。該清潔站240可認為是一最終清潔站。如前述，第一清潔步驟有關刷洗製程，其主要去除較大的顆粒和殘留的蝕刻劑。晶圓可從所述第一清潔站230濕式轉移至最終清潔站240。
如圖9所示，類似於清潔站230，最終清潔裝置1700可採用蝕刻室1710的形式，而且包括一或多個臂1740和噴嘴1750，以高速噴射分注到晶圓上，及/或使用一超聲波清潔裝置1780供從晶圓表面去除小顆粒。另外，最終清潔站240可包括一乾燥裝置1790以在最終清潔製程結束時乾燥晶圓。
製程控制系統
圖10A為示意說明搭配系統10使用以執行濕蝕刻製程之製程控制系統700的示例性配置之高階圖。本發明在某些實施例中至少利用如本說明書描述的多步驟濕蝕刻製程。在一配置中，該製程控制系統是由包括一製程控制器705的一或多個運算裝置所組成。應瞭解，製程控制器705實際可為能夠具體實現本說明書描述的系統及/或方法之任何運算裝置及/或資料處理裝置。
製程控制器705可構造成通信系統100的各種電腦控制組件，包括第一處理站200、第二處理站210、第三處理站220、第四處理站230、第五處理站240及有關其的電腦控制裝置或控制器，包括但沒有限於晶圓傳送裝置300、FOUP裝載埠160、成像裝置600、 蝕刻控制器401和清潔控制器501，用於將電子資訊傳送到各種組件並從其接收電子資訊。
應注意，雖然圖10A描述有關一製程控制器705的製程控制系統700，但應瞭解，任何數量的製程控制器可採用本說明書描述的方式與製程控制系統700和系統100的組成電腦控制組件互動。應進一步理解，雖然本說明書引用的各種運算裝置和機器，包括但沒有限於電腦終端機170、製程控制器705、第一處理站200、第二處理站210、第三處理站220、第四處理站230、第五處理站240及關於其的電腦控制裝置或控制器，包括但沒有限於晶圓傳送裝置300、FOUP裝載埠160、成像裝置600、蝕刻控制器401和清潔控制器1601在本說明書稱為單獨/單個裝置及/或機器，但是在某些實施中，所引用的裝置和機器及其相關及/或附帶操作、特徵及/或功能可配置或使用於任何數量的裝置及/或機器上，諸如透過直接連接或網路連接，如熟習該項技藝者所熟知。
圖10B為示意說明用於執行濕蝕刻製程之系統100的製程控制器705的示例性配置之方塊圖。製程控制器包括用於使系統操作的各種硬體和軟體組件，包括一處理器710、介面715、記憶體720、顯示器740、音頻輸出760、儲存器790和一通信介面750。處理器710用於執行可載入記憶體720的軟體指令。處理器710可為多個處理器、多個處理器核或某些其他類型的處理器，此取決於特定實施。
最好是，記憶體720及/或儲存器790可透過處理器710存取，藉此使處理器能夠接收及執行在記憶體及/或儲存器中儲存的指令。記憶體可為例如一隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)或任何其他適當的揮發性或非揮發性電腦可讀儲存媒體。此 外，記憶體可為固定式或可移動式。儲存器790可採用各種形式，此取決於特定實施。例如，儲存器可包括一或多個組件或裝置，諸如一硬碟、一快閃記憶體、一可重寫光碟機、一可重寫磁帶或前述的某種組合。儲存器亦可為固定式或可移動式。
一或多個軟體模組730是在儲存器790及/或記憶體720中編碼。該等軟體模組可包括一或多個具有在處理器710中執行的電腦程式碼或一組指令的軟體程式或應用程式。此電腦程式碼或指令用於執行本說明書揭露的系統和方法的態樣之操作，而且可採用一或多個程式語言的任何組合來撰寫。程式碼可完全在製程控制器705、當作一獨立軟體套件、部分在製程控制器或完全在另一運算/裝置或部分在另一遠端運算/裝置上執行。在後者情況下，遠端運算裝置可透過任何類型的直接電子連接或網路(包括，區域網路(Local Area Network，LAN)或廣域網路(Wide Area Network，WAN))連接到製程控制器；或者，可連接到一外部電腦(例如，透過使用網際網路服務提供商的網際網路)。
最好是，軟體模組730中包括一測量模組770、一晶圓輪廓模組772、一蝕刻製程條件(Recipe)模組774、一蝕刻製程模組776、一資料庫模組778、一使用者界面模組780、一終點偵測模組782及一透過處理器710執行的臂掃掠輪廓模組784。在執行軟體模組730期間，該處理器建構該製程控制器705以執行有關系統100的各種操作供執行濕蝕刻製程，如下面將更詳細描述。
亦可說是，軟體模組730的程式碼和一或多個電腦可讀儲存裝置(諸如，記憶體720及/或儲存器790)形成可根據本發明來製造及/或流通的電腦程式產品，如熟習該項技藝者所熟知。
應瞭解，在某些示意性實施例中，軟體模組730之一或多者可透過網路經由通信介面750從另一裝置或系統下載到儲存器790供在系統100內使用。此外，應注意，有關本系統和方法(諸如，資料庫785)的操作之其他資訊及/或資料亦可儲存在儲存器中，如下面將更詳細討論。
此外，最好是，儲存器790中儲存一資料庫785。如下面將更詳細描述，資料庫包含及/或維護在系統100的各種操作中使用的各種資料項目和資料元素。資料庫中儲存的資訊可包括但沒有限於參數調整演算法、製程條件、化學混合物細節、設定點、設定值、報警、製程變數的實際值及該製程控制器收集和分析的歷史性資料(例如，終點偵測資料、批次記錄、基材厚度測量資訊、RDL材料深度測量資訊)，如本說明書更詳細描述。應注意，雖然資料庫描述為本地構成在製程控制器705，但是在某些實現中，資料庫及/或其中儲存的各種資料元素可位於遠端(諸如，在一遠端運算裝置或伺服器上，未示出)，並透過網路或採用熟習該項技藝者所熟知的方式連接到製程控制器。
該介面715亦可操作連接到該處理器710。該介面可為一或多個輸入裝置，諸如(數個)開關、(數個)按鈕、(數個)按鍵、一觸摸螢幕、麥克風等，如在電子運算裝置技藝中的瞭解。介面用於促進從使用者取得命令，諸如有關系統100操作的開關命令或設定值。
該顯示器740亦可操作連接到該處理器710。顯示器包括一螢幕或允許使用者檢視有關系統100操作的資訊之任何其他此呈現裝置，包括控制設定值、命令提示及系統100的各種組件收集的 資料並提供給製程控制器。舉例來說，顯示器可為一數位顯示器，諸如一點矩陣顯示器或其他二維顯示器。
進一步舉例來說，介面和顯示器可整合到一觸控螢幕顯示器中。因此，螢幕用於顯示圖形使用者界面，其可顯示各種資料及提供包括允許使用者輸入資訊的欄位的「表單」。在對應於圖形使用者界面的顯示之位置處來觸摸觸控螢幕允許人員與裝置互動，以輸入資料、改變設定值、控制功能等。因此，當觸摸觸控螢幕時，界面將此改變傳達給處理器，且可改變設定值或可取得使用者輸入的資訊並將其儲存在記憶體中。
音頻輸出760亦可操作連接到該處理器710。音頻輸出可為構造成播放如熟習該項技藝者應瞭解的電子音頻檔案或產生音頻音調的任何類型喇叭系統。音頻輸出可整合到該製程控制器705或該製程控制器705的外部。
通信介面750亦可操作連接到該處理器710，而且可為能夠在所述製程控制器705與外部裝置、機器及/或元件(包括自動機械、成像裝置、蝕刻控制器、清潔控制器、化學控制器)之間進行溝通的任何介面。最好是，通信介面包括但沒有限於乙太網路、EEE 1394、並列、PS/2、序列、USB、VGA、DVI、SCSI、HDMI、一網路介面卡(Network Interface Card，NIC)、一整合網路介面、一射頻發射器/接收器(例如，藍牙、蜂巢式網路、NFC)、一衛星通信發射器/接收器、一紅外線傳輸埠及/或用於連接製程控制器705到其他運算裝置及/或諸如私人網路的通信網路和網際網路的任何其他此介面。此連接可包括一有線連接(例如，使用RS232標準)或一無線連接(例如，使用802.11標準)，但是應瞭解，通信介面實際上可為能夠來回通信 該製程控制器705的任何介面。
在用於執行濕蝕刻製程的系統100之操作期間的各個點處，製程控制器705可溝通一或多個運算裝置，例如，用於操作各種處理站和組成裝置的運算裝置。此運算裝置可傳送資料至製程控制器705及/或從其接收資料及在彼此間傳送及/或接收資料，因此最好是啟動維護及/或增強系統100的操作。
應明白，根據本系統和方法之一或多個實施例，根據所計算蝕刻製程條件來蝕刻晶圓的一或多個徑向位置。每個徑向位置是圍繞晶圓中心點的連續環形式。亦應瞭解，當蝕刻徑向位置時，沿著徑向位置的整個環形狀來執行至少實質上均勻蝕刻。換句話說，沿著整個環的蝕刻深度是相同(即是，在所述徑向位置之每一者處執行均勻蝕刻，且將更瞭解，蝕刻深度可隨著不同的徑向位置而不同)。
一蝕刻製程條件是由控制晶圓表面上徑向位置的各種單晶圓濕蝕刻製程參數所組成，其中將去除材料及在此位置處將去除多少材料。請即重新參考圖8，可在蝕刻製程條件中定義及/或調整各種參數，以控制基材表面上的徑向位置，其中集中蝕刻及在此位置處所去除的材料量，包括但沒有限於，蝕刻工具430(亦稱為臂)及將化學蝕刻劑分注到基材上的噴嘴435之徑向位置、蝕刻工具的路徑(其稱為臂掃掠)、臂掃掠速度、加速度、減速度和噴嘴高度。應瞭解，在特定徑向位置處將蝕刻劑分注到基材上通常將蝕刻製程定位到基材的特定半徑，因此，臂和噴嘴在晶圓上的定位和移動(例如，臂掃掠輪廓)可控制蝕刻的位置。
在一或多個實施例中，該製程控制器可基於特定蝕刻 輪廓針對晶圓產生自訂蝕刻製程條件。為了產生自訂蝕刻製程條件，所述執行一或多個軟體模組730(包括，最好是蝕刻製程條件模組774)的處理器可構造製程控制器705定義所述前述參數之一或多者以控制蝕刻位置、蝕刻速率、留置時間等，從而產生蝕刻製程條件以選擇性蝕刻在特定基材表面上的徑向位置的覆蓋層，以在每個徑向位置和中間位置處獲得想要的蝕刻深度(參考圖10B)。特別是，基於識別徑向位置和在這些徑向位置處所要蝕刻的相對材料量之蝕刻輪廓，該處理器可產生定義臂應如何在每個徑向位置上移動的臂掃掠輪廓，以控制在所述徑向位置(和中間位置)處所分注的蝕刻劑量。
如前述，可調整控制蝕刻均勻性(即是，蝕刻的均勻性及由此生成晶圓的厚度)的參數包括但沒有限於臂移動、晶圓旋轉速度和臂沉積化學蝕刻劑在晶圓徑向位置上的留置時間。例如，在例如邊緣重的晶圓中，蝕刻輪廓可提供在晶圓邊緣附近增加留置時間，及/或可減小旋轉速度以在邊緣處實現較大的蝕刻深度。
應瞭解，所述參數可定義為臂位置或其他變量的函數，因此可在整個蝕刻製程中變化。例如，在具有徑向厚度(例如，圍繞特定徑向位置的重物)的基材中，蝕刻製程條件可透過降低臂在該位置行進的速度來提供在該位置處的留置時間增加，以實現較大的蝕刻深度。
另外，該自訂蝕刻製程條件可包括蝕刻時間。蝕刻持續時間是在特定基材上執行蝕刻製程的時間量，而且可改變以控制在蝕刻製程期間去除的材料量。在基材上執行特定蝕刻製程條件的時間越長，去除的基材越多，因此減小整體厚度。
因此，可透過產生臂掃掠輪廓來產生自訂蝕刻製程條件。特別是，組態的處理器可例如使用厚度測量值和對應的徑向位置來設定沿著臂將編程通過路徑的多個點。此外，基於該等徑向位置之每一者的蝕刻深度，組態的處理器亦可定義臂在每個點及點間移動時的速度，從而精確控制在該等徑向位置之每一者處蝕刻的材料量。亦明白，包括臂掃掠輪廓(臂掃掠作業輪廓)的蝕刻製程條件亦可定義其他參數來調整每個點/徑向位置的蝕刻速率，諸如旋轉速度、濃度、加速度/減速度等，如前所述。
亦明白，組態的處理器可產生一自訂的蝕刻製程條件，包括根據測量結果及鑑於目標最終晶圓輪廓，特別針對晶圓調整的臂掃掠輪廓。
亦可容易明白，關於產生蝕刻製程條件、修改晶圓輪廓和臂掃掠輪廓等的步驟所描述的一或多個步驟沒有限於濕蝕刻製程。特別是，如前述，產生臂掃掠輪廓可在實際上想要建立臂在製程環境中行進的自訂路徑的任何情況下實施。例如，可採取實質上相同於前述可應用於晶圓清潔應用的方式來產生臂掃掠輪廓，其中臂掃掠輪廓控制清潔液分注到晶圓上。
請即重新參考圖10B，在一或多個實施例中，軟體模組730亦可包括一用於產生自訂臂掃掠輪廓之臂掃掠輪廓模組784，如本說明書的進一步描述。
自訂臂掃掠輪廓允許使用者以圖形化建立及修改分注臂在基材上行進的路徑，包括臂將在輪廓中的特定點處移動的速度。輪廓是由組態的處理器基於使用者與線條圖互動而動態建立。在建立想要的分注路徑之前，透過點擊及拖曳定義線條的數個點可 將線條成形想要的臂運動輪廓。輪廓中的每個點代表沿著路徑的特定位置處的臂運動速度。
該製程控制器705可基於來自使用者使用使用者界面的輸入及該處理器710接收的輸入來建立/修改自訂的臂掃掠輪廓，該處理器是由執行一或多個軟體模組730所構造成，包括最好是使用者界面模組780和晶圓輪廓模組772和臂掃掠輪廓模組784。
更具體是，組態的處理器可顯示一圖形使用者界面，其在本說明書中稱為臂掃掠輪廓精靈工具，使用者可透過其來與系統互動。「臂掃掠輪廓精靈工具」可基於預先定義範本來產生新的臂掃掠輪廓。產生之後，可更改預設輪廓以調適於分注應用的特殊需求。此外，使用者亦可輸入晶圓資料/參數。例如，「晶圓資訊」頁面可用於輸入晶圓的直徑等。直徑單位可選擇為「mm(毫米)」或「in(英寸)」。
關於臂掃掠輪廓，所述輪廓可基於臂掃掠範本。組態的處理器可提示使用者選擇一範本，而且使用者可在從所選定範本產生之後自行訂掃掠輪廓。圖11描述用於掃掠路徑範本選擇的示例性GUI。例如，範本選擇1402可包括符合整個晶圓表面上厚度特徵變化的「中心凹陷」、「中心凸起」和「平坦狀」(例如，均勻)。
更多有關臂掃掠輪廓精靈工具操作的細節是在共同擁有的美國專利案第9,870,928號中揭露，該專利的整個內容在此是以引用方式併入本文供參考。在至少一實施例中，所述臂掃掠輪廓精靈工具可整合在該終點偵測裝置的圖形使用者界面中。
光探測器位置和蝕刻室內的光照特徵件
如本說明書的討論，該光偵測器520的位置和蝕刻室 (殼體)內的照明是重要的考慮因素，為了優化本發明的終點偵測方法和由此獲得結果，必須考慮這些因素。在一典型(第一)配置中，該終點偵測裝置500位於晶圓上方的中心，而且該光發射器510和該光偵測器共同定位，因此是相同終點偵測裝置500的一部分。此導致來自該光發射器510的光直接向下發射到下面的晶圓，而且來自晶圓的反射光是由該光偵測器520所偵測。不幸的是，由於當晶圓上引導光時，晶圓的表面非常像似鏡子，因此在該光偵測器520取得的影像中產生許多不想要的偽像。例如，該光偵測器520取得其自身的影像，因為該光偵測器520的反射出現在影像中。其他不想要的反射是光和蝕刻室圓頂的形式且如本說明書的描述，當分注臂掃掠整個晶圓時，分注臂反射光。本發明處理及克服如本說明書描述的這類缺陷，特別是如參考圖16-19的描述。特別是，本發明針對終點偵測方法提供均勻照明環境。
在一示例性實施例中，所述具有共同定位的光發射器510和光偵測器520之終點偵測裝置500可為採用數列LED形式之一光發射器形式，該等LED配置在該光偵測器520(例如，CMOS或CCD偵測器)所在終點偵測裝置500的中心附近的一或多個弧形段中。例如，可有LED的兩弧形段，其係採取數列配置在每個弧形段內，而且已發現此配置/結構減少環境光干擾。其亦可為一哈拉(Halar)漫射透鏡。
圖16顯示一蝕刻室2000，其類似於本說明書描述的其他蝕刻室，包含圖8所示的蝕刻室410，其中部分顯示圓頂蓋。圖17顯示一晶圓夾盤2010。在此實施例中，該終點偵測裝置500不像前面討論的典型配置而位於晶圓中心上方的中心。而是，該終點偵測裝 置500是從該蝕刻室2000的中心偏離，因此偏離晶圓的中心。而是，如圖16和17所示，該終點偵測裝置500沿著圓頂蓋2020的成角度側壁2021定位，使得一通過所述終點偵測裝置500的軸沒有垂直於晶圓表面(在典型配置中，該終點偵測裝置500的軸是垂直於晶圓表面)。該圓頂蓋2020亦包括一操作窗口2022，允許操作者觀察支撐在夾盤2010上的晶圓1210。
圖16和17所示的終點偵測裝置500亦最好構造成使得該光發射器510和該光偵測器520共同定位，因為光發射器510和光偵測器520兩者位於該終點偵測裝置500內，而不是形成為位於該蝕刻室2000內部的不同位置(地點)處的分離裝置。
根據此實施例，該圓頂蓋2020之至少一部分的下側包括一遮光板2030。可針對此目的而使用任何數量的不同材料，而且該遮光板2030定位成最小化在蝕刻室2000內部的光反射，因此在其中提供更均勻照明。該遮光板2030可為用於內部背景顏色以及外部遮光的白色遮光板之形式。
圖17亦顯示從該終點偵測裝置500到晶圓1210的一系列線條A、B和C形式，然後從晶圓1210向外延伸回的線條，從而構成晶圓1210的光反射之影像/光路徑。反射光可接觸該圓頂蓋2020的下側、該蝕刻室2000的側壁、位於該蝕刻室2000內的其他設備等。
如圖所示，從該終點偵測裝置500到晶圓1210存在多個光路徑，因為該光發射器(燈)510照射如本說明書描述的樣本區域(例如，樣本區域可至少從晶圓的外緣到中心構成)。專利案申請人已發現，在此位置中的該終點偵測裝置500及本說明書所述其他特徵件件(諸如，遮光板2030)的位置提供明顯改善整個晶圓1210的照明均勻 性。特別是，消除了相機、光和蝕刻室圓頂蓋的反射。
圖18和19顯示蝕刻室2100，其類似於本說明書描述的其他蝕刻室，包括圖16和17所示的蝕刻室2000，因此，相同元件有相同編號。如在圖16和17所示的蝕刻室2000中，蝕刻室2100中的該終點偵測裝置500不是位於晶圓1210的中心上方的中心，而是該終點偵測裝置500偏離該蝕刻室2100的中心，因此，偏離晶圓1210的中心。而是，如圖18所示，該終點偵測裝置500沿著該圓頂蓋2020成角度側壁2021定位，使得一通過所述終點偵測裝置500的軸線沒有垂直於晶圓表面。
蝕刻室2000(圖17)和蝕刻室2100(圖18和19)之間的主要差異在於該蝕刻室2100包括一直接設置在晶圓1210上方的旋轉蓋盤2110。該旋轉蓋盤2110的操作是熟習該項技藝者所熟知；然而，對於本發明之目的，由於旋轉蓋盤2110作為來自晶圓1210的光所反射的元件，使得其變得重要。
類似於圖17，圖19亦顯示從該終點偵測裝置500到晶圓1210的一系列線條A、B形式，然後從晶圓1210向外延伸回之線條從而構成從晶圓1210光反射之影像/光路徑。反射光可接觸旋轉蓋盤2110的下側；以及在某些情況下，接觸該蝕刻室2000的側壁、位於蝕刻室2000內的其他設備等。如圖所示，從該終點偵測裝置500到晶圓1210有多個光路徑，其中該光發射器(燈)510照射如本說明書描述的樣本區域(例如，樣本區域可至少從晶圓的外緣到中心構成)。正如蝕刻室2000，在此位置中的該終點偵測裝置500和本說明書所述其他特徵件的位置在整個晶圓上提供明顯改善的照明均勻性，而且很大程度上消除了該光偵測器520、光和旋轉蓋盤2110的反射。
透過將該終點偵測裝置500移到圖16-18所示的偏離位置，該終點偵測裝置500及本說明書描述的其他系統可產生供處理之清潔器信號，以產生改善的終點偵測結果。
例如，圖20顯示利用蝕刻室2000和蝕刻室2100之一者來拍攝樣本(晶圓樣本)的影像，其由於本說明書討論的照明和圓頂變化而表現改善的照明均勻性。相較於圖20和圖14B，應明白圖20所示的改善照明可透過增加晶圓的可見度和消除反射來證明。圖21為顯示從晶圓的樣本1(晶圓邊緣處)到樣本10(中心處)的RGB(紅色/綠色/藍色)值之圖式。上面線條代表藍色，中間線條代表綠色及下面線條代表紅色。
根據本發明之一實施及如在蝕刻室2000和蝕刻室2100的具體實施，蝕刻室殼體使用作為晶圓反射之一受控制背景表面構成，且可為白色蓋下側(諸如面板2330)的形式；或者，在蝕刻室2100的情況下，該旋轉盤2110的下側可為白色。另外，在本說明的討論中，選定該光偵測器(例如，相機)位置，使得控制反射路徑以避開障礙物和臂掃掠。所述光探測器(CMOS或CCD偵測器)和光源可共同定位如在蝕刻室2000和蝕刻室2100所示。在圖17所示的實施中，該圓頂蓋2020可為透明，其中面板2030包括用於內部背景顏色及外部遮光之白色遮光板。
含有光偵測器520位置和共同定位光源510的整個系統設定經設計成控制晶圓的光反射，使得所控制的光反射反射到圓頂蓋2020上，如本說明書所述，該圓頂蓋可為兩件式蓋體形式，用於遮光及在濕蝕刻室2000、2100的內部產生淺色背景。
分注臂
傳統上，位於蝕刻室2000內的分注臂具有白色，而且不幸的是，當分注臂掃掠過晶圓1210時，此白色導致分注臂反射光。在本發明的一或多個實施中，所述分注臂形成具有黑色(例如，啞黑色)，當黑色分注臂掃掠過晶圓時，其導致明顯減少反射光。
檢視晶圓半徑
在一或多個實施中，晶圓的樣本區域略微偏離晶圓中心以避開該分注臂的路徑及其反射，如圖22所示。此可提供對晶圓的樣本區域較靠近晶圓中心或對齊晶圓中心的前製程改善。
本說明書參考圖16-19描述的特徵件導致晶圓1210的較大百分比由於消除反射區域而可用。
終點偵測方法
如前述，本申請案提供用於基材蝕刻終點偵測之系統和方法，因此允許精確控制蝕刻製程。特別是，本系統和方法提供基材蝕刻終點偵測與最小化不完全基材蝕刻和基材過蝕刻(例如，(焊料)凸塊底層金屬(UBM)蝕刻期間的底切)。使用單晶圓濕蝕刻工具提供比先前蝕刻工具較佳的蝕刻均勻性，因為單晶圓濕蝕刻工具允許進一步減少過蝕刻(和底切)。例如，對於使用單晶圓濕蝕刻工具，在具有1500Å場金屬的10μm凸塊上50%過蝕刻而言，底切將減小到2250Å，導致大約9%損失。然而，需要較佳蝕刻控制和更清晰定義的製程結束以進一步底切最小化，特別是針對較小尺寸的基材。
因此，在一或多個實施例中，本系統和方法利用一含有彩色電荷耦合裝置(CCD)偵測器(相機)之終點偵測裝置，以於蝕刻期間用於取得在一第一基材(參考基材)上的多個樣本位置的反射光。所述終點偵測允許較佳蝕刻控制，從而底切最小化。所述終點 偵測裝置和CCD偵測器操作上連接到一製程控制器705(參考圖10B)，該製程控制器構造成在蝕刻期間決定晶圓上的樣本位置的每個樣本處反射光的顏色，然後當完成基材蝕刻時，基於所述反射顏色來決定。然後，該系統可利用CCD偵測器從基材的蝕刻中取回顏色資料，以透過修改蝕刻參數及/或蝕刻製程條件(包括臂掃掠輪廓)來更有效和更有效率蝕刻後續基材。
圖12顯示一用於終點偵測和底切最小化之示例性系統1200。在一或多個實施例中，圖12所示的系統1200是整合晶圓蝕刻系統100之一部分，特別是，可整合到圖8所示例的蝕刻站中。該系統1200包括終點偵測裝置，其特徵在於具有一光偵測器520(例如，CCD偵測器)和一光發射器或光源510。如圖12所示，在此實施例中，該光源510位於隔開該光偵測器520。然而，如圖8所示例，在至少一實施例中，該光源510和該光偵測器520可位於相同的裝置上。該光源510和該光偵測器520操作上連接到該製程控制器705(圖10B)。因此，所述執行一或多個軟體模組730(包括，終點偵測模組782)之該製程控制器705的處理器710構造成在蝕刻製程期間來操作及定位所述光源510和光偵測器520。
該光偵測器520(例如，CCD偵測器)構造成採用一預先定義速度於蝕刻製程期間將影像流提供給用於執行終點偵測模組182的處理器710。在一或多個實施例中，該終點偵測模組182使用一參考晶圓，基於晶圓上的樣本區域處之可見光(紅色、藍色、綠色)的三個波長強度，隨著蝕刻時間來建立顏色變化曲線(曲線圖)。同樣地，在隨後所蝕刻的晶圓上產生曲線，並比較該等曲線與所述參考曲線。然後，所述執行終點偵測模組182的處理器710決定所要處 理的晶圓何時到達參考檔案曲線上的預期點(終點)，如下面進一步詳細解釋。
系統1200更包括一臂擺動(臂掃掠)1205、待蝕刻的基材或晶圓1210及晶圓上的樣本位置1215。臂掃掠速度和加速度是採用徑向方式來控制注料蝕刻劑的相對留置時間。較長的留置時間相當於晶圓上的該點處的較快蝕刻速率處理。樣本位置是晶圓上的使用者定義區域，如CCD偵測器520提供的晶圓影像中的顯示。可經由該製程控制器705(圖10B)的顯示器740上所顯示的圖形使用者界面(GUI)將晶圓的影像或「訊框」(即是，每個訊框是一視頻影像)提供給使用者，如下面進一步詳細解釋。所述樣本位置包括樣本位置內的多個「樣本」。這些多個「樣本」可由晶圓影像上的矩形來定義。
請即參考圖13，流程圖示意說明根據本發明之至少一實施例之用於偵測晶圓蝕刻終點(例如，晶圓濕蝕刻)的步驟程序1300。下面參考UBM蝕刻來描述步驟程序1300；然而，應瞭解，該終點偵測步驟程序1300可用於蝕刻其他類型基材(例如，RDL基材)。亦應明白，可執行比附圖中所示和本說明書所述更多或更少的操作。這些操作亦可採用不同於本說明書描述的順序來執行。
所述處理是從步驟1305開始，其中所述執行一或多個軟體模組730(包括，最好是終點偵測模組782)的處理器710構造該製程控制器705選擇一參考晶圓的樣本。如前述，一樣本位置是晶圓上的使用者定義區域，如CCD偵測器520提供的晶圓影像所示，而且所述樣本位置包括樣本位置內的多個樣本(「1+n」個樣本)。特定基材的樣本位置中的樣本可為晶圓表面上的多個點，且可由該製程控制器透過預設值或由使用者予以定義。如圖14A-14B所示，這些多個樣 本可透過晶圓影像上的矩形來定義。更具體是，經由顯示器740上所顯示的圖形使用者界面(Graphical User Interface，GUI)，使用者可選擇所要分析晶圓上的樣本位置以及在樣本位置內的樣本數量。一用於監視有關終點偵測軟體模組182的終點偵測之示例性GUI是顯示在圖14A。如圖14A所示，透過使用GUI，使用者可選擇樣本位置和位置內的樣本數量(顯示在1405)。樣本位置和所選定樣本亦顯示在基材的影像中(右上)。顯示樣本位置和15個樣本的基材之示例性影像顯示在圖14B中。
在一或多個實施例中，整個樣本位置通常是矩形，如圖14A和14B所例示。為決定單個樣本，可均勻細分整個樣本區域以建立代表每個樣本的框。整個樣本位置可水平(圖14B)、垂直(參考圖14I)或對角線細分，此取決於晶圓影像上的整個樣本位置的取向。
在步驟1310，所述執行一或多個軟體模組730(包括，最好是終點偵測模組782)的處理器710構造該製程控制器705使光發射器510將光發射到參考基材的至少一部分表面(包括整個樣本位置)上及使該光偵測器520偵測一部分特定基材所反射光的顏色。最好是，該光偵測器520是一CCD偵測器(相機)，不過亦可使用其他替代光偵測器。當蝕刻參考基材時，執行步驟1310。基於由基材所反射及由該光偵測器520所偵測(取得)的光來產生光資訊。該光偵測器520構造成經由影像將所偵測到的反射光資訊傳送到該製程控制器705，如本說明書的進一步描述。
該光發射器510將可見光(例如，高強度LED、彩色高強度光等)發射到基材上，此增強由基材所反射的光特徵。所述光特徵包括該製程控制器所偵測及所監視光的一或多個特定波長強度。 例如，在偵測晶圓中的UBM蝕刻終點時，所述光特徵可包括光(藍色、紅色和綠色)的三個波長。為確保透過該光偵測器520更準確偵測光特徵，所發射的光通常是一致性，且該偵測器520通常是靜止。另外，系統的其他態樣有時在光偵測器520取得的影像中引起干擾，諸如由設備(例如，臂)引起的陰影及由蝕刻劑所引起飛濺的反射。因此，可使用其他選擇性特徵來限制影像中的干擾，諸如多個光源(例如，消除陰影)及一或多個光漫射器(例如，消除亮點)。此外，在至少一實施例中，該發射器510及/或該偵測器520可包括一或多個濾光鏡，諸如一紅光濾光鏡(IR濾光鏡)，以調整所發射及/或偵測光的特性。在一或多個實施例中，可將所偵測到的反射光進行平均，以減少由於來自基材上的流體層的雜波(Noise)和變形引起的變化。然而，不需要此濾光鏡。
在步驟1315，所述執行一或多個軟體模組730(包括，最好是終點偵測模組782)的處理器710構造該製程控制器705分析參考晶圓的光資訊。在一或多個實施例中，使用者可經由顯示器740處所顯示的GUI來監視光資訊的分析。如前述，特定基材的樣本位置中的樣本可為晶圓表面上的多個點且可由該製程控制器透過預設值或由使用者予以定義。該等複數個點(樣本)之每一者可對應到該CCD偵測器520的一或多個像素。為了決定蝕刻的完成，每個樣本具有其自己的終點。換句話說，在所有15個樣本同意完成蝕刻製程(即是，到達每個樣本的終點)之前，蝕刻製程不會結束，這有助於消除不完全蝕刻晶圓。例如，請即重新參考圖14A和14B，在此示例中，基材樣本位置具有15個樣本，而且15個樣本之每一者具有其自己的蝕刻終點(例如，UBM蝕刻)。在此示例中，所述樣本是採1cm(10mm) 間隔從晶圓的中心向外線性分配到150mm。因此，即時同時評估15個樣本之每一者以決定蝕刻終點，而不是以單個樣本來決定製程結束。
雖然許多附圖示意說明沿著相同線條不同半徑的點之形式的樣本，但是應明白，本發明的系統構造成使得操作者可取得不是在一線條上(或連續)的不同半徑的點以避開障礙物、陰影、反射。例如，使用者可從15個(或其他數量)同心分段環之每一者來選擇1方形或弧形段。或者，此可如同GUI上的曲線繪製，然後透過軟體改變成線段。
更具體是，當發生參考基材蝕刻(例如，UBM蝕刻)時，該相機偵測器520經由透過該光偵測器520取得的影像或訊框來收集每個樣本的光資料。在每個訊框或影像中，該製程控制器705構造成分析每個樣本的光資料以決定每個樣本處的反射光顏色變化。該製程控制器構造成識別特定顏色變化表示蝕刻終點。根據本方法，該製程控制器必須識別所有樣本的特定顏色變化，以表示完成基材蝕刻。當該製程控制器705決定所有樣本的終點(即是，決定蝕刻完成)時，該製程控制器705構造成使該蝕刻控制器關閉噴嘴，使得蝕刻劑不再分注在晶圓上。
該製程控制器705準確決定每個樣本終點的能力取決於系統的訊框擷取速率。例如，每秒一次的訊框擷取的30秒處理不可重複優於1秒(1/30)或3.33%。然而，將訊框擷取速率提高到5赫茲將此重複性降低到0.67%。因此，如果通信速率是1赫茲，我們計算在此3.33%處理時間步驟上的可重複性。
透過將通信速率提高到10Hz，我們將其降低到(.1/30) 或.33%可重複性。例如，這些改變可降低從6.67%到1%處理時間的重複性。因此，增加的訊框擷取速率允許系統在系統已決定在所有樣本處到達蝕刻終點(即是，蝕刻完成)之後儘可能較快結束蝕刻製程。同樣重要的是，增加的訊框擷取速率允許系統以更一致性蝕刻時間來結束蝕刻製程。
如圖14A和14B所示，該製程控制器705構造成針對表示蝕刻終點的特定顏色變化，同時分析樣本位置中的每個樣本。在此示例中，15個樣本之每一者必須表示認為完成蝕刻之前的指定顏色變化。該製程控制器705構造成分析由該光偵測器520取得每個訊框中的每個樣本的光資料，以決定何時在每個樣本處發生特定顏色變化。步驟1315的分析在參考晶圓的蝕刻製程的整個持續時間內發生。一旦每個樣本表示特定的顏色變化(即是，蝕刻完成)，所述執行一或多個軟體模組730(包括，最好是蝕刻製程模組776)的處理器可自動構造成停止蝕刻製程(即是，停止噴嘴分注蝕刻劑)。
在步驟1315的分析中，該製程控制器705亦構造成採用基於時間的方式來記錄每個樣本的終點。換句話說，該製程控制器705構造成記錄在每個樣本處發生指定顏色變化時在開始蝕刻製程之後的特定時間(以秒為單位)(即是，每個樣本的終點)。然後，可在GUI中採用圖式形式來顯示基材的每個樣本的終點，如圖14C所示。如圖14C所示，示例性基材的15個樣本之每一者的終點是介於約25秒與約40秒之間。在GUI中亦可採用圖式形式來記錄及顯示隨著蝕刻持續時間的每個樣本處所偵測到的顏色，如圖14D所示。
另外，在一或多個實施例中，可採用每個單獨樣本的圖式形式來記錄蝕刻持續時間內的光資料(顏色變化資料)。圖14E顯 示示例性基材的每個樣本的顏色變化資料圖式的實例。類似於圖14C所示的唯一線條圖式，圖14E所示基材的每個樣本的線條圖式表示在約25秒至約40秒範圍內發生的每個樣本的顏色變化(即是，終點)。
該製程控制器705亦可構造成基於來自該偵測器520所取得影像的光資料(顏色變化資料)來建立其他類型的圖式。例如，如圖14F和14G所示，在分析步驟1315中，該製程控制器705可構造成建立顯示在所有樣本蝕刻前(圖14F)和蝕刻後(圖14G)處所偵測到顏色(和每個顏色量)的線條圖式。同樣地，該處理器710可構造成建立顯示每個單獨樣本在蝕刻前和蝕刻後所偵測到顏色(例如，RGB)的單獨線條圖式，如圖14H所示。具體上，圖14H顯示在示例性基材的樣本「2」處的蝕刻前和蝕刻後的偵測顏色及其個別值。
在步驟1320，所述執行一或多個軟體模組730(包括，終點偵測模組782)的處理器710構造該製程控制器705基於參考晶圓的所分析光資訊來產生後續待蝕刻(新)晶圓的蝕刻參數。另外，在至少一實施例中，該製程控制器705亦可使用儲存在資料庫785中有關先前蝕刻基材的任何歷史資料來產生蝕刻參數。在一或多個實施例中，該等蝕刻參數包括針對基材的每個樣本指定的參數。每個樣本的蝕刻參數可包括一最小終點、一最大終點、一預測終點和一參考終點。
在一或多個實施例中，最小終點可為在參考基材的樣本中觀察到的最短終點。同樣地，在一或多個實施例中，最大終點可為在參考基材的樣本中觀察到的最長終點。如圖14A的示例GUI螢幕中所示，示例性基材的最小終點是15秒，而且基材的最大終點是45秒。所預測的終點是基於當時可用資料的新待蝕刻晶圓的估計 終點。該處理器可基於有關終點偵測模組782的演算法來決定所預測的終點。在決定所預測的終點中，演算法可結合有關參考晶圓的資料、新待蝕刻晶圓的進行中蝕刻資料(例如，新晶圓的物理特性)及有關先前蝕刻晶圓的任何歷史資料。新晶圓的每個樣本具有其自己的預測終點。最後，每個樣本的參考終點是在對應樣本位置處的參考晶圓的實際終點。
在當作步驟1320之部分的一或多個實施例中，該製程控制器705(基於從參考晶圓收集到的光資料)亦可構造成調整新待蝕刻基材的蝕刻製程條件，包括臂掃掠輪廓。
在步驟1325，所述執行一或多個軟體模組730(包括，終點偵測模組782)的處理器710構造該製程控制器705來選擇新晶圓的樣本。在一或多個實施例中，該處理器710可構造成該製程控制器自動選擇待蝕刻晶圓中樣本的數量和位置，使得其符合參考晶圓的樣本。在至少一實施例中，步驟1325可連同步驟1320執行或在後者步驟以前執行。
在當作步驟1325之部分的一或多個實施例中，該製程控制器構造成基於在GUI中的使用者輸入來改變樣本的數量及/或位置。例如，在基於使用者輸入的至少一實施例中，該製程控制器可構造成透過禁用某些樣本來減少經由光偵測器520監視用於終點偵測的樣本數量。在待禁用的樣本沒有針對對應的參考晶圓或其他先前蝕刻的晶圓提供準確資料(例如，由於光偵測器520的阻斷或干擾)的情況下，可採用此特徵。例如，在參考晶圓的15個樣本之中的3個沒有表示實際完成蝕刻之後的數秒以前已到達終點的情況下，可針對新待蝕刻晶圓禁用這3個樣本的終點偵測。因此，該製程控制器 705分析12個啟用樣本的光資料。因此，當所有12個啟用樣本表示已到達終點時，此表示已完成蝕刻，而且該製程控制器705然後構造成停止分注蝕刻劑。因此，在此情況下禁用這3個樣本將更準確決定何時到達蝕刻終點。
在一或多個實施例中，該製程控制器705可構造成經由警報經由GUI向使用者警告終點偵測錯誤。尤其是，在所啟用樣本的預測終點較早於最小終點的情況下，忽略最小終點並繼續蝕刻。然而，在所啟用樣本的預測終點較晚於最大終點的情況下，停止蝕刻，沖洗及乾燥晶圓，而且該製程控制器可構造成產生警報來警告使用者預測終點可能不正確。
在步驟1330，所述執行一或多個軟體模組730(包括，終點偵測模組782)的處理器710構造製程控制器705使該光源(發射器)510將光發射到新待蝕刻晶圓上並使該偵測器(相機)520偵測新晶圓的反射光。如前述，採用相同於針對參考晶圓執行步驟1310的方式來針對新晶圓執行步驟1330。
應注意，在一或多個實施例中，該製程控制器705可構造成基於在GUI的使用者輸入，針對所有樣本將處理時間(即是，過蝕刻)延長超過預測終點持續選定時間量(例如，秒)。處理時間的延長稱為「過處理時間」。設定過處理時間可幫助防止發生不完全蝕刻，因為蝕刻將持續超過預測蝕刻終點的選定時間量。換句話說，此特徵允許系統過蝕刻晶圓超過偵測所有樣本的終點之點，以確保沒有不完全蝕刻。應注意，在一或多個實施中，延長的處理時間允許完全蝕刻大部分晶圓，但是對於部分具有緊密幾何形狀(即是，蝕刻劑難以蝕刻的區域)的晶圓，可能需要額外的處理時間來完全蝕刻 這類緊密幾何區域。例如，如圖14I和14J所示的示例性GUI的螢幕截圖顯示，過處理時間設定為15秒。
在步驟1335，所述執行一或多個軟體模組730(包括，終點偵測模組782)的處理器710構造製程控制器705分析由偵測器520所取得有關待蝕刻新晶圓的光資訊。步驟1335是針對待蝕刻新晶圓採取基本上相同於步驟1315針對參考晶圓執行的方式來執行。尤其是，隨著發生參考基材的蝕刻，該偵測器相機520是經由光偵測器520所取得的影像或訊框來收集每個樣本的光資料。在每個訊框或影像中，該製程控制器構造成同時從該偵測器520取得光資料及分析每個啟用樣本的光資料，以決定每個樣本的反射光顏色變化。該製程控制器進一步構造成識別特定顏色變化表示蝕刻終點。正如參考晶圓，該製程控制器必須識別所有啟用樣本的特定顏色變化，以表示完成新晶圓蝕刻。
在步驟1335期間，使用者可經由該製程控制器705的顯示器740上的GUI以監視光資訊的分析。請即重新參考圖14A，使用者可監視待蝕刻晶圓上的每個樣本的終點。例如，該製程控制器705構造成分析光資料及產生顯示在蝕刻過程中特定樣本處的反射光顏色變化之圖式。如圖14A所示，此圖式亦可顯示預測終點、參考終點、最小終點和最大終點。因此，使用者可視覺比較特定樣本的實際終點與特定樣本的預測、參考、最小和最大終點。相對於參考資料的試驗資料之相似度是用數字表示為「匹配收斂(Match convergence)」。零(0)的匹配收斂是試驗資料和參考資料之間的完美匹配；然而，如果試驗資料變成更不相似於參考資料，則匹配收斂數目增加。所述匹配收斂可用於對使用者表示目前晶圓不相似於參 考晶圓。
在步驟1340，在蝕刻新晶圓之後，所述執行一或多個軟體模組730(包括，終點偵測模組782)的處理器710構造製程控制器705比較所蝕刻新晶圓的光資料(例如，每個樣本的終點)與參考晶圓的光資料。
基於步驟1340的比較，在步驟1345，所述執行一或多個軟體模組730(包括，終點偵測模組782)的處理器710構造製程控制器705修改後續待蝕刻晶圓的蝕刻參數。例如，基於來自新蝕刻晶圓與參考晶圓的光資料之比較，該製程控制器705可構造成修改用於未來蝕刻的參數，諸如臂掃掠輪廓(例如，速度、加速度、rpm)。在至少一實施例中，在修改包括後續待蝕刻晶圓的物理特性(例如，後續晶圓的尺寸、形狀)的蝕刻參數中亦考慮其他因素。
在步驟1340的至少一實施例中，該製程控制器705可構造成建立已知蝕刻製程的蝕刻資料庫及在半徑上的每個點處的對應蝕刻深度。可透過使用終點系統及/或經由外部測量以產生所述資料庫。使用如前述的一蝕刻製程條件和該等蝕刻參數，此特徵可追踪在特定晶圓的每個樣本處達到終點所需的時間。從每個點處的已知蝕刻速率和每個樣本的已知完成時間(終點)，該製程控制器705可構造成反演計算(Back calculate)晶圓上每個點處的薄膜厚度。然後，可使用所述薄膜厚度來建立能夠匹配晶圓深度輪廓的最佳蝕刻製程條件。然後，所述製程條件可用於下一晶圓。在一替代實施例中，想要的蝕刻深度是當作每個樣本位置的設定點使用。然後，該製程控制器構造成使用所建立的蝕刻資料庫來建立一用於蝕刻目標輪廓的製程條件。
如圖15A的圖式中所示，本系統和方法(WaferChekTM)(且特別是前面討論的終點偵測方法)有助於最小化蝕刻UBM晶圓中的底切(過蝕刻)，同時亦防止晶圓的不完全蝕刻。此外，圖15B顯示不同厚度的示例性晶圓之表格，其中透過限制薄膜厚度和消除過蝕刻，可針對較小的幾何特徵保持蝕刻後的底切量。
因此，如前述，本系統和方法有助於消除基材的不完全蝕刻、以及限制或消除晶圓的過蝕刻。本系統透過下列諸如此類的方式達成這些目的：a)在終點偵測方法中使用多個樣本以確保完全蝕刻；b)增加該光偵測器(CMOS或CCD偵測器)的訊框取得速度，以更準確決定特定基材的蝕刻終點；及c)部分基於在先前基材蝕刻期間取得的光資料，透過系統以改變用於基材後續蝕刻的蝕刻參數及/或製程條件。因此，本系統和方法允許使用者：1)輸入目標蝕刻深度輪廓，其中系統將匹配目標蝕刻；2)基於每個樣本的終點偵測以計算薄膜深度；3)透過蝕刻覆蓋薄膜晶圓以產生蝕刻速率曲線；4)建立蝕刻想要深度輪廓的製程條件；5)基於取樣速率增加和通信速度增加以緊縮重複性時間。
雖然前述中的大部分已針對用於終點偵測和底切最小化之系統和方法，但是本說明書揭露的系統和方法可同樣配置及/或實施在遠超過所引用情景之場景、情況和設定。應進一步瞭解，任何此實施及/或配置是在本說明書描述的系統和方法的範疇內。
應進一步瞭解，附圖中的相同編號表示數個圖式的類似元件，且不是所有實施例或配置需要參考附圖描述和示意說明的所有組件及/或步驟。此外，本說明書使用的術語僅用於描述特定實施例之目的，而不是要限制本發明。如本說明書的使用，除非本說 明書中有明確說明，否則數量詞形式「一」和「該」意旨亦包括複數個形式。將進一步瞭解，本說明書使用的用語「包括」、「包含」、「具有」、「含有」、「有關」及其在本說明書的相關變化說明呈現的所述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但沒有排除呈現或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。
應注意，在申請專利範圍中使用諸如「第一」、「第二」、「第三」等的序詞來修改申請專利範圍元件本身並沒有意味著執行方法動作的一專利申請範圍元件之任何優先權、優先序或順序優先於另一者或時序先後，而是僅標示從另一具有相同名稱(但是針對序詞用語)的元件來區分具有特定名稱的一申請專利範圍元件，以區分申請專利範圍元件。
前述申請標的僅是示意說明，不應構成限制。可針對本說明書描述的申請標的進行各種修改和改變，不必然遵循示意說明及描述的示例性實施例和應用，而且未悖離文後申請專利範圍中所闡述本發明的實際精神和範疇。
100‧‧‧系統
110‧‧‧殼體
112‧‧‧壁部
120‧‧‧中空內部
130‧‧‧門總成
140‧‧‧窗口
150‧‧‧接取點
160‧‧‧晶圓保持和裝載裝置(裝載埠)
162‧‧‧門部
170‧‧‧電腦終端機

Claims (19)

  1. 一種於基材的濕蝕刻製程中用於終點偵測之系統，其包括：一濕蝕刻室，其具有一用於接受及支撐晶圓之可旋轉夾盤，該濕蝕刻室包括一構造成偵測所述濕蝕刻製程的終點之終點偵測裝置，該終點偵測裝置包括一高強度光發射器和一光探測器，其面對該可旋轉夾盤，使得從該光發射器發射的光可照射晶圓，其中一通過所述終點偵測裝置之縱軸線是在不同於90度之角度下橫切該可旋轉夾盤。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該濕蝕刻室更包括一圓頂蓋，該終點偵測裝置安裝到該圓頂蓋之一側壁。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該高強度光發射器和該光偵測器包含在一單殼體內。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該終點偵測裝置之至少一實質部分是位於該晶圓夾盤的橫向外側。
  5. 如請求項2所述之系統，其中該圓頂蓋的下側之至少一部分包括一遮光板，該遮光板定位成使蝕刻室內部的光反射最小化並在其中提供更均勻光照。
  6. 如請求項5所述之系統，其中該遮光板設置在該晶圓夾盤上方且是白色。
  7. 如請求項2所述之系統，其中該光偵測裝置定位成使得所述晶圓的光反射被反射到該圓頂蓋的下側。
  8. 如請求項1所述之系統，其中該光發射器包括一高強度LED，且該光偵測器包括一CMOS偵測器和一CCD偵測器之一者，用於偵 測晶圓的光反射。
  9. 一種透過包括一濕蝕刻裝置、一光源和一光偵測器的濕蝕刻站於基材的濕蝕刻製程中用於終點偵測之電腦實施控制系統，該控制系統包括一或多個處理器，其通信耦接該濕蝕刻裝置、該光源和該光偵測器，而且構造成與一電腦可讀儲存媒體互動及執行在該儲存媒體上儲存的一或多個軟體模組，其包括：一終點偵測模組，其構造成：選擇在一第一基材表面上的複數個樣本位置；在該第一基材的蝕刻期間，使該光源將光發射到該第一基材表面上的至少該等複數個樣本位置；在該第一基材的蝕刻期間，使該光偵測器偵測在該第一基材表面上的該等複數個樣本位置的光反射；分析有關該第一基材的該等複數個樣本位置的光資訊，以決定該第一基材的蝕刻終點；基於該第一基材的所分析光資訊以產生一第二基材的蝕刻參數；選擇在該第二基材表面上的複數個樣本位置；在該第二基材的蝕刻期間，使該光源將光發射到在該第二基材表面上的至少該等複數個樣本位置；在該第二基材的蝕刻期間，使該光偵測器以偵測在該第二基材表面上的該等複數個樣本位置的光反射；分析有關該第二基材的該等複數個樣本位置的光資訊與有 關該第二基材的所產生蝕刻參數，以決定該第二基材的蝕刻終點；比較有關該第二基材的光資訊與有關該第一基材的光資訊；及基於該比較的光資訊以修改所產生的蝕刻參數。
  10. 如請求項9所述之系統，其中該第一基材表面上的該等複數個樣本位置為沿著一相同線條的不同半徑之點的形式。
  11. 如請求項10所述之系統，其中該等複數個樣本位置偏離中心，因為所述線條未通過該第一基材的中心。
  12. 如請求項10所述之系統，其中該濕蝕刻裝置包括一用於接受該第一基材的可旋轉夾盤，其中一通過所述終點偵測裝置的縱軸線以不同於90度之角度下橫切該可旋轉夾盤。
  13. 如請求項10所述之系統，其中分析有關該第一基材之該等複數個樣本位置的光資訊之步驟包括決定在每個樣本位置處之反射光的顏色變化，且該終點偵測模組構造成識別一特定樣本位置的特別顏色變化表示所述特定樣本位置處的蝕刻終點。
  14. 如請求項10所述之系統，其中該終點偵測模組構造成當識別所有樣本位置的預定目標顏色變化時停止蝕刻，因此表示完成該第一基材的蝕刻。
  15. 如請求項10所述之系統，其中該第一基材包括一參考晶圓，且所分析的光資訊包括基於該第一基材的每個樣本位置處之可見光的三個波長強度之隨著蝕刻時間的顏色變化參考曲線(曲線圖)。
  16. 如請求項15所述之系統，其中該可見光的三個波長包括紅光、藍 光和綠光。
  17. 如請求項15所述之系統，其中該第二基材之所分析的光資訊包括基於該第二基材上的每個樣本位置處之可見光的三個波長強度之隨著蝕刻時間的顏色變化曲線(曲線圖)，且比較有關該第二基材的光資訊與有關該第一基材的光資訊之步驟包括比較該第二基材的顏色變化曲線與該第一基材的顏色變化參考曲線。
  18. 如請求項9所述之系統，其中同時分析有關該第一基材之該等複數個樣本位置的光資訊，以決定該蝕刻終點。
  19. 一種利用濕蝕刻製程系統在基材的濕蝕刻製程中用於終點偵測之方法，該方法包括：選擇在一第一基材表面上的複數個樣本位置；在該第一基材的蝕刻期間，透過一光源將光發射到該第一基材表面上的至少該等複數個樣本位置上；在該第一基材的蝕刻期間，透過一光偵測器以偵測在該第一基材表面上的該等複數個樣本位置的光反射；透過通信耦接到該濕蝕刻製程系統之一或多個處理器，分析有關該第一基材的該等複數個樣本位置的光資訊，以決定該第一基材的蝕刻終點；基於該第一基材的所分析光資訊，透過該一或多個處理器以產生一第二基材的蝕刻參數；選擇在該第二基材表面上的複數個樣本位置；在該第二基材的蝕刻期間，透過該光源將光發射到該第二基材表面上的至少該等複數個樣本位置上； 在該第二基材的蝕刻期間，透過該光偵測器以偵測在該第二基材表面上的該等複數個樣本位置的光反射；透過該一或多個處理器以分析有關該第二基材之該等複數個樣本位置的光資訊與有關該第二基材之所產生的蝕刻參數，以決定該第二基材的蝕刻終點；透過該一或多個處理器以比較有關該第二基材的光資訊與有關該第一基材的光資訊；及基於該比較的光資訊以修改所產生的蝕刻參數。
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