TWI307923B - Spin etcher with thickness measuring system - Google Patents

Description

1307923 玖、發明說明 (發明說明應敘明:發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及田式簡單說明） 【發明所屬之^技術領域】 發明領域 本發明關於用以製造半導體裝置之一設備，更特定的 是指-自旋敍刻器，用以⑽卜特定薄層，其係、藉由喷灑 —蝕刻液至裝置在一旋轉頭之一基板。 【先前技術j 發明背景 一般而言，半導體裝置藉由複雜之製程製造，諸如薄 μ膜沉積在基板上之沉積製程，光阻圖形形成在基板上之光 飯刻製程，雜質植入基板上之離子植入製程，以及除去特 定薄層之蝕刻製程。該蝕刻製程包括一乾製程與一濕製程 。在乾㈣製程中’真空室生產之電漿用來移除形成在基 板上之—薄膜；在祕刻餘中，—基板浸人化學液以 移除-薄膜。近來發展出__自旋㈣器，其喷灑氣化之 蝕到液至一旋轉基板之一上側、下側或邊側以蝕刻該基 特疋面積。因為自旋钱刻器具有極佳之面積選擇 性與容易控制—薄膜之_厚度，因此廣泛被應用至蚀 刻一薄膜。此處之，，面積選擇性“意指只姓刻一特定面積 2〇 之一特徵。 傳、先上由蝕刻產生之副產品氣相成分係使用一光譜 斤Χ偵測蝕刻端點。在此種情形，由於蝕刻液濃度 變化與製程條件變化，可能產生一蚀刻數量誤差。該钱刻 6 1307923 玖、發明說明 數量誤差致使要精確調整一蝕刻厚度變為困難。 【發明内容】 發明概要 本發明之一目的為表：供具有一餘刻端點偵測器之一自 5旋蝕刻器，藉由即時測量形成在一基板上之薄膜偵測一蝕 刻端點。 為要達到此目的，本發明提供一自旋蝕刻器具有厚度 測量系統，其包括一可旋轉之旋轉頭，蝕刻液供應裝置， 以及姓刻液供應控制器。一基層裝置在旋轉頭。該蚀刻液 10供應裝置排置在基層上方並且喷灑钱刻液至該基層。該钱 刻液供應控制器控制餘刻液供應。該自旋餘刻器更包括一 主控制器用以將钱刻液供應停止訊號轉移至厚度測量系統 及蝕刻液供應控制器。該厚度測量系統允許一光線射入該 基層之表面並分析該光線自基層反射之干涉訊號以測量一 15薄膜之厚度。該主控制將厚度測量系統測量結果與一參 考值比較’並且在測量結果達到該參考值之前將蚀刻液供 應停止訊號轉移至蝕刻液供應控制器。蝕刻液供應停止後 一預定時間内，藉由餘留在該基板之蝕刻液，再一次餘刻 該薄膜’結果是該薄膜之厚度達到該參考值。 2〇 根據本發明’該厚度測量系統包括數個光學測針，一 光源單元，一偵測器，以及一厚度測量控制器。該光學測 針位在基層上方並且允許一光線射入該基層之表面並感應 該反射光。該光源單元供應一特定波長之光限至個別之光 1307923 玖、發明說明 學測針。該制器债測-從個別光學測針傳遞之反射光干 涉訊號。該厚度測量控制器評估從偵測器谓測之干涉訊號 以測量-厚度並且將量到之厚度資料轉移至該主控制器。 該光學測針裝置在-測針盒，已避免_液侵餘它們。 5圖式簡單說明 第1圖為根據本發明具有一厚度測量系統之自旋蚀刻 器圖。 第2圖為根據本發明用以說明一光學測針單元之分解 圖。 10 第3圖為顯示於第2圖之光學測針單元之橫載面圖。 第4圖為根據本發明用以說明一光學測針之圖。 第5圖與第6圖為根據本發明用以說明測量在自旋蝕刻 器中形成在基層表面上之薄膜厚度之一方法。 【實施方式3 15 較佳實施例之詳細說明 參考圖示第1圖，根據本發明之一自旋蝕刻器包括一旋 轉頭2，蝕刻液供應裝置80以及一厚度測量系統。—基板4 安置在旋轉頭上，該旋轉頭2固定在一可旋轉之軸部以固定 速率旋轉。該厚度測量系統具有一光學測針單元1〇，一光 20 源單元18 ’ 一偵測器20以及一厚度測量控制器22。該光學 測針單元10裝置在遠離該基板4上側之一預定距離，並且具 有一光部件用以發射出光以及一光接受部件用以接受從基 板反射之光。該光源單元18應用一紫外線燈或一氤氣燈產 1307923 玖、發明說明 生一短波長光，並且傳送該短波長光至該光學測針單元1〇 之光部件。偵測器20用以除去從光學測針單元1〇之光接受 部件傳送之光之噪聲，並且選取一所需要之干涉訊號。該 厚度測篁控制器22接受由摘測器20選取之干涉訊號，使用 5 一微處理器用以執行快速傅立葉轉換，調整，以及運算部 驟，以測量一薄膜之厚度。光學測針單元1〇與光源單元18 間之光傳送及光源單元18與偵測器2 0間之光傳送係藉由具 有數條光纖之訊號傳送線26完成。亦即，該光學測針單元 1 〇接受來自光源單元18經訊號傳送線26之光。接受到之光 10射至基板4,從基板4反射之光經由訊號傳送線26傳送至偵 測器20。為要精確測量一薄膜厚度，該厚度測量系統具有 數個光學測針單元10，如此，該厚度測量系統具有數個電 路，各自接受該光學測針單元10之光學訊號。從光學測針 單元10各分支傳送之光學訊號被輸入各自對應之電路。 15 該蝕刻液供應裝置8〇具有一喷嘴8用以噴灑蝕刻液至 基板4,該噴嘴8裝置在一轉換臂6,並且座落於遠離該晶 圓上部一預定距離。該蝕刻液供應裝置8〇又具有用以供應 或關閉一特定蝕刻液之一蝕刻液供應控制器12及設置在蝕 刻液供應線上用以供應或關閉一敍刻液之一控制筏14。根 20據本發明之自旋蝕刻器包括一主控制器16用以監測及控制 全系統。形成在基板上方之一薄膜，其厚度藉由厚度測量 控制器22即時測量，戶斤測量之厚度數據轉移至主控制器16 。當該薄膜厚度達到一預定基準值，主控制器16傳送一蝕 1307923 玖、發明說明 刻液供應停止之指令至蝕刻液供應控制器12。雖然關閉喷 灑至基板之蝕刻液，餘留之蝕刻液可以蝕刻一薄膜。 該薄膜厚度達到一參考值之前，鑒於藉由餘留之蝕刻 液蝕刻一薄膜之厚度，該自旋蝕刻器停止供應蝕刻液。藉 5 由應用餘留之蝕刻液執行一第二次蝕刻，該自旋蝕刻器使 該薄膜厚度具有一參考值。較佳地，第二次蝕刻執行10微 秒至2秒。該光學測針單元10較佳地設置遠離基板面30公分 ，以便抑制一光學測針損害。 關於第2圖，根據本發明之一光學測針單元10說明如 10 後。參看第2圖，一光學測針單元10包括一上部裝置塊40 ，一下部裝置塊42以及一裝置塊支撐60。該上部與下部裝 置塊40與42藉由第一聯結裝置54結合，一滑動槽44排列在 上部裝置塊40下側，該滑動槽44具有約1至4度之傾斜角。 該下部裝置塊42聯結在上部裝置塊40下側，如此，該滑動 15 槽44排列在上部與下部裝置塊40與42之間，該滑動槽44沿 上部與下部裝置塊40與42之間之一方向為開放，一透明視 窗52嵌入該滑動槽44。較佳地，該透明視窗52比該滑動槽 44之一深度長，致使在裝置塊外側具有一預定之凸出，設 若該透明視窗52之一表面損害，可更換該透明視窗52。一 20 上開口 62t及一下開口 62b各自形成在上部與下部裝置塊 40與42之樞軸，如果移除該透明視窗52，則上開口與下開 口 62t與62b彼此相通。該光學測針50敌入上開口 62t，因此 ，該上開口與下開口 62t與62b提供成為從該光學測針50發 10 1307923 玖、發明說明 射或接受之光之通道。因為該滑動槽44具有約1至5度之傾 斜角，嵌入該滑動槽44之該透明視窗52也具有約1至5度之 傾斜角。有一種情況，光經透明視窗52傳遞，其入射角平 行該透明視窗52之法向線之方向，由於從該透明視窗52反 5 射之光以及從基板反射之光的干涉，可能會產生一噪聲。 因此，該透明視窗52裝置成具有一預定傾斜角，防止由該 透明視窗52反射之光產生噪聲。 下部裝置塊42之下部藉由第二聯結裝置58結合在該裝 置塊支撐60，該裝置塊支撐60具有一光閘門62h。當該下部 10裝置塊42與該裝置塊支撐60結合，該光閘門62h與該下開口 62b相通》雖然未顯示於圖示，該裝置塊支撐6〇包括空氣供 應裝置用以喷灑空氣進入光閘門62h以形成一氣幕。 第3圖為顯示於第二圖之光學測針單元之一橫截面圖。 參考第3圖，一透明視窗52以約1至5度之傾斜角嵌入在上部 15裝置塊與下部裝置塊42之間之一滑動槽44。聯接至一光 纖26之一光學測針單元5〇嵌入該上部裝置塊4〇之上部，該 下部裝置塊42與裝置塊支撐60結合。空氣喷灑裝置7〇裝置 在形成在該裝置塊支撐60之一光閘門62h之側壁。該空氣嗜 灑裝置70喷灑氮氣或空氣進入該光閘門62h以形成一氣幕。 20 在一姓刻過程，如果一氣化之蝕刻液經由該光閘門62h附著 在該透明視窗52上，其穿透性可能變壞，或該透明視窗52 之一表面可能被該蚀刻液侵#。因此，在該透明視窗52前 面形成一氣幕’以避免氣化之蝕刻液附著在該透明視窗52 1307923 玖、發明說明 上。 關於第4圖，根據本發明之一光學測針單元說明如後。 參看第4圖，一光學測針單元10包括數個光接受部件64及數 個光部件66。一光纖56s聯接至各別之光接受部件料及各別 之光部件66，該光纖56s聯接至包含一串光纖之訊號傳送線 26。 關於第5圖與第6圖，根據本發明之一方法，以測量一 自旋姓刻器内-形成在基板表面上之薄膜厚度說明如後。 參看第5圖與第6圖’-薄膜1〇2形成在半導體基板1〇〇上， 喷嘴8排置在运離該基板1〇〇 一預定距離以喷灑一餘刻液 。該基板100裝置在-旋轉頭（未顯示）以一固定數率旋轉， 一光學測針單元10排置在該基板_上方遠離—預定距 離。當㈣該薄膜時’―來自排置在該基板⑽上方之- 光予測針5G之光線射人該基板⑽之_表面。第㈣為一光 射入面積A之放大圖，有一從該薄膜如表面反射之第 一反射光11及·'射人該薄膜丨〇2而從該基板1GG表面反射之 第二反射光12，如第6圖所示。該第-與第二反射光I#I2 相互造成一干涉，當蝕刻該薄膜1〇2時產生一光線具有抵 銷與破壞之干涉訊號。在此種情形，該干涉訊號被輸入該 光子測針1G、經由—光學傳送線傳送至—厚度測量控制器 。該厚度測量控制器即時評估該輸人之干涉訊號以測量一 薄膜之厚度。 至目前之說明，當一旋轉頭以固定速率旋轉時，一蚀 12 1307923 玖、發明說明 刻液噴/麗至裝置在該旋轉頭之一基板。因此，當蝕刻該薄 膜暗，— τ ’―形成在該基板上之薄膜厚度可即時精確測量。此 外’防止氣化之蝕刻液損壞一光纖是可能的。 C廣I式簡單說明】 5 第1圖為根據本發明具有一厚度測量系統之自旋银刻 器圖。 第2圖為根據本發明用以說明一光學測針單元之分解 圖。 第3圖為顯示於第2圖之光學測針單元之橫截面圖。 10 第4圖為根據本發明用以說明一光學測針之圖。 第5圖與第6圖為根據本發明用以說明測量在自旋蝕刻 器中形成在基層表面上之薄膜厚度之一方法。 【圖式之主要元件代表符號表】 2…旋轉頭 22…厚度測量控制器 4…基板 26…訊號傳送線 6…轉換臂 80…蚀刻液供應裝置 8…噴嘴 40…上部裝置塊 10…光學測針單元 42…下部裝置塊 12…餘刻液供應控制器 44…滑動槽 14…控制筏 50···光學測針 16…主控制器 52…透明視窗 18…光源單元 54…第一聯結裝置 20…偵測器 56s…光纖 13 1307923 玖、發明說明 58…第二聯結裝置 70···空氣喷灑裝置 60…裝置塊支撐 100…基板 62b···下開口 102…薄膜 62t…上開口 A…光射入面積 62h···光閘門 Ιι…第一反射光 64···光部件 12…第二反射光 66…光接受部件

14

Claims (1)

1307923 拾、申請專利範圍 赠日修正補九 第92105949號專利申枝宏由j主宙立丨a t寻扪甲。月案申4專利範圍修正本 947」 1· 一種自旋蝕刻器，包含： 一可旋轉之旋轉頭，其上裝置一基板； 蚀刻液供應裝置液至該基板，該 5 蝕刻液供應裝置安置在該基板上方； 蝕刻液控制器’用以控制該蝕刻液之供應； 、厚度測里系統’其允許一光線射入該基板之表面 並刀析錢線自基板反射之干涉訊號以測量—形成在該 基板上之薄臈厚度；以及 10 一主控制器’用以比較厚度測量系統測量結果與一 ，考值並且在測里結果達到該參考值之前將韻刻液供 應分止訊號轉移至蝕刻液供應控制器； 其中該厚度測量系統包括-多數個光學測針偶合至 -位於基板上之光學測針盒，且一透明窗被傾斜地嵌入 15 該光學測針盒中該光學測針之前。 2.如申請專利範圍第1 <目旋蝕刻益，其中該厚度測量 系統包括： 數個光學測針，龙介耸 4,, 上 ，、允s午一先線射入該基板之表面並 感應該反射光，該光學測針位在基板上方； 一光源皁元’用以供声一 4± ^ .. g . 特足波長之光至個別之光 學測針； 叫貞測器’用則貞測—從個別光學測針傳遞之反射 光干涉訊號；以及 一厚度測量控制器，用 D π Μ。十估攸偵測益偵測之干涉 15 1307923 拾、申請專利範圍 訊號以測量—厚度並且將量到之厚度資料轉移至該主控 制器。 3.如申請專利範圍第2項之自旋姓刻器，其中該光源單元 為一紫外線燈或一氙氣燈。 5 10 15 20 4·如申請專利範圍第i項之自旋蝕刻器，其中每一光學測 針包括數個光感應器，其允許光料元供應之—光線射 入該基板之表面’以及數個光接受感助用以感應從基 板反射之反射光。 5.如申請專利範圍第!項之自旋银刻器，其中該光學測針 盒包括： -上部裝置塊，設置一上開口在上部裝置塊之樞軸 以及-滑動槽排列在上部裝置塊下侧，其中光學測針嵌 入上開口； -下部裝置塊’具有一與上開口同軸之下開口，該 下。卩裝置塊聯結在上部裝置塊下側； 一傾斜地嵌入滑動槽之可移除透明視窗；以及 —裝置塊支撐件，其具有—光閘門與該下開口相通 並且在該光間門内壁設置有噴灑裝置，其中該下部裝置 塊聯結在該裝置塊支撐件。 、 6.如申請專利範圍第5項之自旋钮刻器，其中該滑動槽形 成1至5度之傾斜角，致使該透明視窗向測针盒傾斜。 如申請專利範圍第！項之自旋 广… '、肀蝕刻液供應 停止後對該薄膜執行〗0微秒至2秒之第二次 16