TW202338970A - 改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供的改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，在對晶圓執行高溫刻蝕工藝之前，先對工藝腔及晶圓載台進行預加熱，使得工藝腔內環境以及晶圓載台快速升溫至預設的工藝溫度，接下來再將晶圓送入工藝腔執行刻蝕工藝，工藝腔及晶圓載台的溫度穩定在預設的工藝溫度，對刻蝕液的刻蝕速率影響基本持平，同一批晶圓的刻蝕厚度基本一樣，消除了傳統高溫刻蝕工藝升溫階段產生的首片效應以及工藝誤差。
Description
本發明關於半導體製造技術領域，更具體地，關於一種改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法。
隨著半導體工藝尺寸的縮小，濕法刻蝕工藝的要求也在不斷提高，為了保證薄膜刻蝕的有效性，高溫刻蝕液如高溫ADM（稀釋氨水）、高溫SC1、高溫HF等開始廣泛應用到濕法刻蝕工藝中以提高刻蝕速率，縮短工藝時間，提高工藝的有效性。
濕法刻蝕設備對一批晶圓連續作業時，晶圓一片一片送入腔體內執行刻蝕工藝，腔體環境溫度隨著高溫刻蝕工藝的持續進行先上升後穩定。由於濕法刻蝕設備的腔體環境溫度隨工藝的進行而變化，加之，刻蝕液的刻蝕速率具有溫度敏感性，因此，高溫刻蝕工藝將會存在首片效應。所謂首片效應是指，在一批待高溫刻蝕的晶圓中，前幾片晶圓的刻蝕厚度與預設刻蝕厚度相比存在較大差異，通常為第一片晶圓的刻蝕厚度較小，之後若干片晶圓的刻蝕厚度逐漸增加直至達到預設刻蝕厚度。首片效應一方面會導致同一批次處理的晶圓片間均勻性下降，另一方面，晶圓刻蝕厚度的工藝誤差可能會造成後續工藝失效，降低產品良率。
因此，需要一種高溫刻蝕工藝的方法，改善高溫刻蝕工藝中的首片效應，提高產品良率以及片與片之間的穩定性和均勻性。
本發明的目的是提供一種改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，用於解決高溫刻蝕工藝中的首片效應，一方面提高產品良率，另一方面提高工藝過程晶圓之間刻蝕穩定性和均勻性。
為實現上述目的，本發明提供的一種改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，包括以下步驟：
步驟s1，提供一刻蝕設備，刻蝕設備具有工藝腔和晶圓載台；
步驟s2，檢測晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度，若晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度達到預設的工藝溫度，則執行步驟s4，若晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度未達到預設的工藝溫度，則執行步驟s3；
步驟s3，對晶圓載台及工藝腔實施預加熱，直至晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度達到預設的工藝溫度；
步驟s4，將晶圓送入工藝腔，保持在晶圓載臺上，對晶圓執行刻蝕工藝。
本發明通過在刻蝕設備執行高溫作業之前，也即晶圓送入工藝腔之前，對工藝腔和晶圓載台進行預加熱，使工藝腔內的環境溫度和晶圓載台的溫度穩定在預設的工藝溫度，避免工藝腔和晶圓載台的起始溫度過低，導致高溫刻蝕工藝過程中出現首片效應，提高工藝過程中晶圓片與片之間的穩定性和均勻性。
為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所達成目的及效果，下面將結合實施例並配合圖式予以詳細說明。
圖1示出了改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括如下步驟：
步驟s1，提供一刻蝕設備，刻蝕設備具有工藝腔和晶圓載台；
步驟s2，檢測晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度，若晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度達到預設的工藝溫度，則執行步驟s4，若晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度未達到預設的工藝溫度，則執行步驟s3；
步驟s3，對晶圓載台及工藝腔實施預加熱，直至晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度達到預設的工藝溫度；
步驟s4，將晶圓送入工藝腔，保持在晶圓載臺上，對晶圓執行刻蝕工藝。
在上述方法中，預設的工藝溫度可以根據採用的刻蝕液溫度進行調整，通常刻蝕工藝採用的刻蝕液溫度在50℃~80℃，預設的工藝溫度也可設置在50℃~80℃。在本實施例中，預設的工藝溫度與晶圓執行刻蝕工藝時刻蝕液的溫度之差的絕對值小於指定閾值。例如，當採用65℃的HF溶液對晶圓進行刻蝕時，在一實施例中，指定閾值設定為0℃，則預設的工藝溫度設定為65℃；在另一實施例中，指定閾值設定為2℃，則預設的工藝溫度設定為63℃~67℃。
圖2示出了傳統高溫刻蝕工藝中工藝腔內的溫度變化。圖3示出了本發明高溫刻蝕工藝中工藝腔內的溫度變化。這裡所指工藝腔內的溫度包括工藝腔內的環境溫度以及晶圓載台的溫度。在傳統高溫刻蝕工藝中，如圖2所示，自工藝腔內的溫度處於常溫階段開始執行高溫刻蝕工藝，隨著高溫刻蝕工藝持續進行，高溫刻蝕液不斷對工藝腔內的環境以及晶圓載台進行加熱，工藝腔內的溫度先後經歷升溫階段和溫度穩定階段。在升溫階段，工藝腔的環境溫度低於預設的工藝溫度，此時高溫刻蝕液的溫損較大，刻蝕速率較低，以致在升溫階段晶圓的刻蝕厚度低於預設的刻蝕厚度，即前幾片（如圖2中前3片）晶圓存在較大工藝誤差。在本發明高溫刻蝕工藝中，如圖3所示，在對晶圓執行高溫刻蝕工藝之前，對工藝腔先進行預加熱，使得工藝腔內的溫度快速升溫至預設的工藝溫度，接下來再將晶圓送入工藝腔執行刻蝕工藝，工藝腔內的溫度穩定在預設的工藝溫度，對刻蝕液的刻蝕速率影響基本持平，對於同一批待處理晶圓而言，晶圓的刻蝕環境基本一樣，每片晶圓的刻蝕厚度均接近預定的刻蝕厚度，消除了傳統高溫刻蝕工藝升溫階段產生的首片效應以及工藝誤差。
在步驟s3中，可以採用不同的方式對工藝腔及晶圓載台實施預加熱。下面將以具體實施例介紹工藝腔及晶圓載台預加熱的不同實現方式及相應的刻蝕設備。
實施例一。
如圖4所示，刻蝕設備具有工藝腔101和晶圓載台102。工藝腔101的頂部配置有送風裝置103，該送風裝置103配置有第一加熱器1031，送風裝置103通過第一加熱器1031向工藝腔101內提供熱風，以對晶圓載台102和工藝腔101進行預加熱。第一加熱器1031可以佈置在送風裝置103的進風口或者出風口。較佳地，送風裝置103的出風口位於晶圓載台102的上方，這樣，當送風裝置103向工藝腔101內提供熱風時，熱風能快速到達晶圓載台102，以便對晶圓載台102進行預加熱。
工藝腔101的底部配置有排風裝置104，工藝腔101通過送風裝置103和排風裝置104保持工藝腔101內部環境潔淨。
刻蝕設備還具有第一溫度檢測器1011和第二溫度檢測器1021，第一溫度檢測器1011用於檢測工藝腔101內的環境溫度，第二溫度檢測器1021用於檢測晶圓載台102的溫度。在一實施例中，第一溫度檢測器1011設置在工藝腔101內，例如工藝腔101的內壁上，又例如設置在晶圓載台102附近；第二溫度檢測器1021設置在晶圓載台102中。
刻蝕設備的控制器將會在每片晶圓送入工藝腔101之前，接收由第一溫度檢測器1011檢測的環境溫度和第二溫度檢測器1021檢測的晶圓載台102溫度，根據檢測溫度與設定的工藝溫度對比，判斷是否對工藝腔101和晶圓載台102實施預加熱。
當晶圓載台102的溫度和工藝腔101內的環境溫度未達到預設的工藝溫度，對晶圓載台102及工藝腔101實施預加熱，直至晶圓載台102的溫度和工藝腔101內的環境溫度達到預設的工藝溫度，之後，將晶圓送入工藝腔101，保持在晶圓載台102上，對晶圓執行刻蝕工藝。
實施例二。
參見圖5，實施例二與實施一的區別在於，工藝腔101的側壁上設置有若干個噴頭105，若干個噴頭105通過管路依次連接第二加熱器1051和第一氣源1052，且送風裝置103未配置第一加熱器1031，其他結構與實施一相同。
若干個噴頭105可以對稱地分佈在工藝腔101兩個相對的側壁上，這個由若干個噴頭105提供的熱氣流在預熱工藝腔101的同時，可以直接吹掃並加熱晶圓載台102。
當需要對工藝腔101及晶圓載台102預加熱時，由噴頭105向工藝腔101內提供熱氣流，以對工藝腔101及晶圓載台102實施預加熱。熱氣流可以為熱N
2。較佳地，工藝腔101和晶圓載台102預加熱過程中，關閉頂部的送風裝置103，同時提高排風壓力，能夠加快工藝腔101內冷空氣置換速度，縮短工藝腔101和晶圓載台102的升溫時間，提高設備的生產效率。
實施例三。
參見圖6，實施例三與實施例一的區別在於，晶圓載台102內開設有氣體通道106，該氣體通道106通過管路依次連接第三加熱器1061和第二氣源1062，且送風裝置103未配置第一加熱器1031，其他結構與實施一相同。
當需要對工藝腔101及晶圓載台102預加熱時，由晶圓載台102上的氣體通道106向工藝腔101內提供熱氣流，以對工藝腔101及晶圓載台102實施預加熱。同樣地，工藝腔101和晶圓載台102預加熱過程中，關閉頂部的送風裝置103，同時提高排風壓力，能夠加快工藝腔101內冷空氣置換速度，縮短工藝腔101和晶圓載台102的升溫時間，提高設備的生產效率。
在本實施例中，晶圓載台102可以為伯努利承載台，氣體通道106可以為伯努利承載臺上開設的伯努利孔。當需要對工藝腔101及晶圓載台102預加熱時，由晶圓載台102上的伯努利孔向工藝腔101內提供熱氣流，以對工藝腔101及晶圓載台102實施預加熱。
實施例四。
參見圖7，實施例四與實施例一的區別在於，晶圓載台102的周圍配置有光源107，例如LED燈或紅外線燈，且送風裝置103未配置第一加熱器1031，其他結構與實施一相同。
當需要對工藝腔101及晶圓載台102預加熱時，通過光源107的光照輻射對工藝腔101及晶圓載台102進行預加熱。
綜上所述，本發明通過上述實施方式及相關圖式說明，己具體、詳實的揭露了相關技術，使本領域的技術人員可以據以實施。而以上所述實施例只是用來說明本發明，而不是用來限制本發明的，本發明的權利範圍，應由本發明的申請專利範圍來界定。至於本文中所述元件數目的改變或等效元件的代替等仍都應屬於本發明的權利範圍。
101:工藝腔
1011:第一溫度檢測器
102:晶圓載台
1021:第二溫度檢測器
103:送風裝置
1031:第一加熱器
104:排風裝置
105:噴頭
1051:第二加熱器
1052:第一氣源
106:氣體通道
1061:第三加熱器
1062:第二氣源
107:光源
圖1為本發明一實施例改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法的流程圖；
圖2為傳統高溫刻蝕工藝中工藝腔內的溫度變化；
圖3為本發明一實施例高溫刻蝕工藝中工藝腔內的溫度變化；
圖4為本發明實施例一中刻蝕設備的結構示意圖；
圖5為本發明實施例二中刻蝕設備的結構示意圖；
圖6為本發明實施例三中刻蝕設備的結構示意圖；
圖7為本發明實施例四中刻蝕設備的結構示意圖。
Claims (8)
- 一種改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，包括以下步驟： 步驟s1，提供一刻蝕設備，刻蝕設備具有工藝腔和晶圓載台； 步驟s2，檢測晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度，若晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度達到預設的工藝溫度，則執行步驟s4，若晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度未達到預設的工藝溫度，則執行步驟s3； 步驟s3，對晶圓載台及工藝腔實施預加熱，直至晶圓載台的溫度和工藝腔內的環境溫度達到預設的工藝溫度； 步驟s4，將晶圓送入工藝腔，保持在晶圓載臺上，對晶圓執行刻蝕工藝。
- 根據請求項1所述的改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，其中，所述預設的工藝溫度與晶圓執行刻蝕工藝時刻蝕液的溫度之差的絕對值小於指定閾值。
- 根據請求項1所述的改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，其中，所述預設的工藝溫度為50℃~80℃。
- 根據請求項1所述的改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，其中，所述步驟s3通過向工藝腔內通入熱氣流對晶圓載台及工藝腔進行預加熱。
- 根據請求項4所述的改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，其中，所述工藝腔的頂部配置有送風裝置，所述送風裝置配置有加熱器，所述方法由送風裝置通過所述加熱器向工藝腔內提供熱風，以對所述晶圓載台及工藝腔進行預加熱。
- 根據請求項4所述的改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，其中，所述工藝腔的側壁上設置有若干個噴頭，所述方法通過若干個噴頭向工藝腔提供熱氣流，以對所述晶圓載台及工藝腔進行預加熱。
- 根據請求項4所述的改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，其中，所述晶圓載台開設有氣流通道，所述方法通過所述氣流通道向工藝腔提供熱氣流，以對所述晶圓載台及工藝腔進行預加熱。
- 根據請求項1所述的改善高溫刻蝕工藝中首片效應的方法，其中，所述晶圓載台的周圍佈置有光源，所述步驟s3通過光源的光照輻射對所述晶圓載台及工藝腔進行預加熱。
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