TWI441272B - 監測蝕刻製程的方法 - Google Patents

Description

監測蝕刻製程的方法

本發明是有關於一種監測製程蝕刻的方法，特別是指一種使用化學液進行批次蝕刻的監測蝕刻製程的方法。

以化學液作為濕式蝕刻、產品清洗在科技產業，如半導體產業、太陽能產業…等，已被廣泛的運用，參閱圖1、2，目前的監測蝕刻製程的方法包含有一膜厚量測步驟111、一蝕刻步驟112、一清洗量測步驟113，及一計算步驟114，而可批次進行已形成有一膜體121的晶圓半成品12的蝕刻，使該批次的晶圓半成品12具有預定的該膜體121厚度或膜體圖案，並可同時監測得知使用中的化學液的蝕刻能力。

首先，進行該膜厚量測步驟111，以一量測膜厚的機台量測該批次晶圓半成品12的膜體121厚度，得到蝕刻前的該批次晶圓半成品12的膜體121厚度值。

再來進行該蝕刻步驟112，把該批次晶圓半成品12浸入一特定組成的化學液13中進行蝕刻，並依據該化學液13所對應之特定蝕刻製程的規定進行預定時間的蝕刻。

接著進行該清洗量測步驟113，清洗該批次經過蝕刻步驟112的晶圓半成品12以去除該批次晶圓半成品12上所殘留的化學液13與雜質，之後再以該量測膜厚的機台再一次量測該批次晶圓半成品12的膜體121厚度，而得到蝕刻後的膜體121厚度值。

得到蝕刻前、後的膜體121厚度值後，進行該計算步驟114，計算出蝕刻前的膜體121厚度值與蝕刻後的膜體121厚度值的差值。

當差值仍在對應於該化學液13的特定蝕刻製程的規定所訂定的膜厚差異範圍中時，則表示經過蝕刻的該批次晶圓半成品12符合製程規格，同時，下一批次的晶圓半成品(圖未示)可繼續重複進行該蝕刻製程；而當差值不落在該蝕刻製程的規定所訂定的蝕刻膜厚差異範圍中時，即表示經過蝕刻的該批次晶圓半成品12不符合製程規格，需報廢或需重製(repair)，且該化學液13的蝕刻能力已不足、或是組成成分異常，而需更新化學液13後才能進行下一批次晶圓半成品12的蝕刻製程。

由於，現有的控管蝕刻製程的方法在發現膜厚差值異常時，該批次的晶圓半成品12也已完成膜體蝕刻，而必須報廢或以額外的補蝕刻製程作為補救，針對此問題，業界目前則利用在進行批次蝕刻前，先以控片進行相同的蝕刻過程以檢測化學液13之蝕刻能力，之後再進行正式批次的晶圓半成品12的蝕刻，以降低線上產品的報廢率及提升整體製程的良率，但如此便相當於需花費兩倍的製程時間才能完成單一批次的晶圓半成品12的蝕刻，而大幅提高製程成本與時間。因此，如何有效率地監控所使用的化學液13以維持在製品的品質，並兼顧製程成本與良率是一值得研究的方向。

因此，本發明之目的，即在提供一種簡易、可隨時了解化學液的蝕刻能力而改善製程效率的監測蝕刻製程的方法。

於是，本發明監測蝕刻製程的方法，包含一通氣體步驟、一蝕刻步驟、一氣體壓力偵測步驟，及一計算步驟。

該通氣體步驟將一種不會與一特定組成的化學液產生化學反應的氣體以一氣體管路裝置通入該特定組成的化學液中，並得到一對應於該化學液的第一平衡壓力。

該蝕刻步驟將至少一待蝕刻的晶圓半成品浸入該化學液中進行蝕刻，並在蝕刻完畢後取出該晶圓半成品進行後續製程。

該氣體壓力偵測步驟是記錄經該氣體管路裝置通入該化學液中的氣體壓力值，得到一對應於該化學液經蝕刻步驟後組成成分變化的第二平衡壓力。

該計算步驟則是計算該第一、二平衡壓力的差值而推得該化學液經過蝕刻後的組成成份變化，進而得知該化學液的蝕刻能力。

此外，本發明還提供一種控管蝕刻化學液的方法，包含一通氣體步驟、一蝕刻步驟、一氣體壓力偵測步驟，及一計算步驟。

該通氣體步驟是將一種不會與一特定組成的化學液產生化學反應的氣體以一氣體管路裝置通入該容置於一化學槽且未經蝕刻的化學液中，並到達一對應於該化學液組成且穩定的第一平衡壓力。

該蝕刻步驟是將預定片數的晶圓半成品浸入該化學液中進行蝕刻，並在蝕刻完畢取出該晶圓半成品進行後續製程。

該氣體壓力偵測步驟是量測經該氣體管路裝置通入該化學液中的氣體壓力值，得到一對應於該化學液經該蝕刻步驟後組成變化的第二平衡壓力。

該計算步驟是計算該第一、二平衡壓力的差值並與該化學液所對應的特定氣體壓力差臨界值做比較，當該第一、二平衡壓力的差值到達該臨界值即判斷停止使用該化學液進行蝕刻。

本發明之功效在於：利用以該氣體管路裝置通入該化學液的氣體的平衡壓力變化，在進行蝕刻的同時量測該氣體平衡壓力的變動而即時且簡易地監控該化學液的蝕刻能力，避免因蝕刻異常而造成生產的問題，進而提高整體製程的穩定度與效率。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖3，本發明監測蝕刻製程的方法之一較佳實施例包含一通氣體步驟211、一蝕刻步驟212、一氣體壓力偵測步驟213、一計算步驟214，及一更換蝕刻液步驟215，而可在進行蝕刻的同時，精確監控用於蝕刻的化學液的蝕刻能力，以穩定地對晶圓製品進行蝕刻。

配合參閱圖4，首先進行該通氣體步驟211，設置一連通至一蝕刻製程用的化學槽3的氣體管路裝置5，該化學槽3中容儲有一特定組成而用於此蝕刻製程的化學液4，由該氣體管路裝置5持續對該化學槽3中的化學液4通入一種不會與該化學液4產生化學反應的氣體51，例如，該化學液4是酸液、去光阻液…等，所通入的氣體51是氮氣(Nitrogen)，或是其他例如惰性氣體等也是適當的選擇。

該氣體管路裝置5包括一氣壓偵測計52，及一連接該氣壓偵測計52且延伸至該化學槽3中的氣體通管53，當該氣體管路裝置5經由該氣體通管53對該容儲於該化學槽3中的化學液4通入氣體51且達壓力平衡時，可由該氣壓偵測計52量測到一第一平衡壓力，由於該氣體管路裝置5的結構並非本發明的技術重點所在，且裝置結構也很多樣化並為相關業界所周知，因此不再對此裝置多作贅述。

繼續進行該蝕刻步驟212，將至少一晶圓半成品6浸入該化學槽3中，利用該化學液4對該晶圓半成品6進行化學反應蝕刻後取出該晶圓半成品6。

此時同步進行該氣體壓力偵測步驟213，由於在蝕刻過程中，該化學液4會與該晶圓半成品6上待蝕刻的材料產生化學反應以進行預定的蝕刻製程，因而使該化學液4的組成成份有所變化，導致該化學液4比重或氣體溶解力等特性改變，進而使得由該氣體管路裝置5所通入氣體51的平衡壓力變動，因此，本氣體壓力偵測步驟213即是用該氣壓偵測計52隨時監測蝕刻過程中通入該化學液4中的氣體51的壓力值並記錄為第二平衡壓力。

得到該第一平衡壓力與第二平衡壓力後，即可進行該計算步驟214，計算該第一平衡壓力與第二平衡壓力的差異而得到一壓差值，由該壓差值可進一步推估該化學槽3中的化學液4的組成成分變化，從而評斷該化學液4仍能進行下一批次的晶圓半成品6的蝕刻，或者必須進行該更換化學液4的更換蝕刻液步驟215以確保下一批次晶圓半成品6的蝕刻結果是有效且穩定的。

參閱圖5，更詳細而言，為了更快速、準確地判斷該化學液4的組成成分變化與壓力值的關係以了解該化學液4的化學蝕刻能力是否足夠進行下一次的蝕刻，可經由前置作業進行一基礎資料建立步驟210，該基礎資料建立步驟210是依序將多數已形成特定膜體的晶圓半成品6分批浸入該化學液4中進行膜體蝕刻後取出，且在每一次的膜體蝕刻前、後都分別量測紀錄該化學液4的物性與化性性質(例如重量、體積、比重、組成百分比…等等)、由該氣壓偵測計52觀測到的氣體51所通入的壓力值，與該晶圓半成品6上的膜體厚度…等數據，而建立出一對應於使用該化學液4的蝕刻製程的基礎資料數據庫。

藉由所建構的基礎資料數據庫，便可在進行該蝕刻反應的過程中，由氣體偵測步驟213所讀取到的平衡壓力值快速地比對出所代表的化學液4的組成，甚至由壓力變化量得知該化學液4是否有異常現象等，並在蝕刻能力減弱後進行該更換蝕刻液步驟215，更換上新的化學液以確保此蝕刻製程的良率而達到完善的蝕刻品質控管。

參閱圖6，另外，本發明一種控管蝕刻化學液的方法的一較佳實施例包含一通氣體步驟711、一蝕刻步驟712、一氣體壓力偵測步驟713、一計算步驟714，及一更換蝕刻液步驟715，可在進行蝕刻的同時，精確監控用於蝕刻的化學液的蝕刻能力。

配合參閱圖4，該通氣體步驟711是將不會與該蝕刻用的化學液4產生化學反應的氣體51，以該氣體管路裝置5的氣體通管53通入該容置於該化學槽3且未經蝕刻、全新的化學液4中，並在達平衡時由該連接在氣體通管53上的氣壓偵測計52測得一第一平衡壓力。

繼續進行該蝕刻步驟712，將至少一晶圓半成品6浸入該化學槽3中，利用該化學液4對該晶圓半成品6進行批次蝕刻，並在預定蝕刻時間結束後取出該晶圓半成品6。

此時同步進行該氣體壓力偵測步驟713以該氣壓偵測計52隨時監測蝕刻中，及/或蝕刻後，在本例中是記錄蝕刻結束後通入該化學液4中的氣體51的壓力值而得到一第二平衡壓力。

該計算步驟714則是在測得該第二平衡壓力後，隨之計算該第一平衡壓力與第二平衡壓力的差值，並與該化學液4所對應的一特定氣體壓力差的臨界值做比較，當該第一、二平衡壓力的差值未到達該所定義的臨界值時，即繼續重複進行該蝕刻步驟712、氣體壓力偵測步驟713、計算步驟714，以進行另一批次晶圓半成品6的蝕刻；當該第一、二平衡壓力的差值到達所定義的臨界值時，則進行該更換蝕刻液步驟715，重新換上全新、未經蝕刻的化學液4，之後，再繼續進行另一批次的晶圓半成品6的蝕刻。

由上述兩實施例的說明，本發明監測蝕刻製程的方法與控管蝕刻化學液的方法不僅可在該蝕刻步驟的實施過程中，藉由壓力變化隨時了解該化學液的成分變化，更可以縮減先前技術中以控片額外實施的蝕刻製程與量測所耗費的時間與製程成本，令該化學液的監控在快速、簡單的操作下也能確實的得知該化學液的蝕刻能力狀況而保持製作出一定品質的晶圓半成品6。

通過以下實驗例，以一去光阻液進行光阻去除的蝕刻製程為說明，當可對本發明有更為詳細、清楚的了解。

＜實驗例＞

以內徑長、寬、高分別是25公分、25公分、35公分大小的化學槽容置一未經使用的去光阻液，且該去光阻液於槽中的液高為30公分，設置好氣體管路裝置後進行一塗布有厚3微米光阻所構成之膜體的六吋晶圓半成品的蝕刻。

該氣體通管延伸至該去光阻液中並持續通入氮氣，使氣體通管中的液面恆保持低於該化學槽中去光阻液液面25公分並達到壓力平衡，此時由氣壓偵測計得知所通入的第一平衡壓力為2655.8Pa。

且藉由基礎資料建立步驟所得知，針對此化學槽中的光阻液去除此光阻的能力在壓力變動到達4.2Pa後，後續的晶圓半成品將可能出現光阻殘留、導致晶圓良率下降，因此，將此蝕刻製程的氣體壓力差臨界值設定為4.2Pa。

接著開始進行蝕刻步驟，分批依序將多數塗布光阻的晶圓半成品放入去光阻液中進行蝕刻(亦即光阻去除)，並隨時監控氣體偵測計中的氮氣壓力讀值，而紀錄成第二平衡壓力。

參閱圖7，由實驗數據得知，隨著批次晶圓半成品蝕刻片數的進行，氣體偵測計中的氮氣第二平衡壓力讀值開始變化，且第二平衡壓力與該第一平衡壓力差值隨蝕刻次數遞增，當該第一、二平衡壓力差值超過4.2Pa時，即開始發現蝕刻完畢的批次晶圓半成品會出現光阻的殘留，也就表示去光阻液的蝕刻能力已不足，需更換新的去光阻液。

換句話說，針對不同的化學液蝕刻製程，只要定義出該氣體壓力差臨界值後，便可隨時直接由該氣體偵測計中的氮氣壓力讀值判斷是否能繼續進行蝕刻。

綜上所述，本發明監測蝕刻製程的方法提供一種可快速且簡易的氣壓監測方法以隨時能確保蝕刻用的化學液的蝕刻能力是足夠且狀況良好的，進而提高整體蝕刻製程的穩定度與效率，降低產品的報廢率與重製次數及縮短製程時間，而達到降低成本的效果，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

210‧‧‧基礎資料建立步驟

211‧‧‧通氣體步驟

212‧‧‧蝕刻步驟

213‧‧‧氣體壓力偵測步驟

214‧‧‧計算步驟

215‧‧‧更換蝕刻液步驟

3‧‧‧化學槽

4‧‧‧化學液

5‧‧‧氣體管路裝置

51‧‧‧氣體

52‧‧‧氣壓偵測計

53‧‧‧氣體通管

6‧‧‧晶圓半成品

711‧‧‧通氣體步驟

712‧‧‧蝕刻步驟

713‧‧‧氣體壓力偵測步驟

714‧‧‧計算步驟

715‧‧‧更換蝕刻液步驟

圖1是一習知流程圖，說明一習知的控管蝕刻製程的方法；

圖2是一習知示意圖，說明在該控管蝕刻製程的方法中的膜厚量測步驟、蝕刻步驟，與清洗量測步驟；

圖3是一流程圖，說明本發明的監測蝕刻製程的方法的一較佳實施例；

圖4是一剖面示意圖，說明本發明的監測蝕刻製程的方法的實施裝置；

圖5是一流程圖，說明一基礎資料建立步驟；

圖6是一流程圖，說明本發明控管蝕刻化學液的方法；及

圖7是一雙軸折線圖，說明實驗例的實驗數據。

211．．．通氣體步驟

212．．．蝕刻步驟

213．．．氣體壓力偵測步驟

214．．．計算步驟

215．．．更換蝕刻液步驟

Claims (11)

1. 一種監測蝕刻製程的方法，包含：一通氣體步驟，將一種不會與一特定組成的化學液產生化學反應的氣體以一氣體管路裝置通入該化學液中，並得到一對應於該化學液組成成分的第一平衡壓力；一蝕刻步驟，將至少一晶圓半成品浸入該化學液中進行蝕刻，並在蝕刻完畢取出該晶圓半成品進行後續製程；一氣體壓力偵測步驟，量測經該氣體管路裝置通入該化學液中的氣體壓力值，得到一對應於該化學液經蝕刻後組成成分變化的第二平衡壓力；及一計算步驟，計算該第一、二平衡壓力的差值而得到該化學液經過蝕刻後的組成成份變化量。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之監測蝕刻製程的方法，還包含一基礎資料建立步驟，依序將多數晶圓半成品分批浸入該特定組成的化學液中進行蝕刻，並在每一次的蝕刻前後分別記錄該通入的氣體壓力變化與該化學液的組成成分變化，得到一具有對應蝕刻批次的化學液組成的氣體壓力的基礎數據資料庫。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之監測蝕刻製程的方法，其中，該基礎資料建立步驟中還分別在每一次的蝕刻前後量測該等晶圓半成品的預蝕刻膜體厚度，而使該基礎數據資料庫還具有該化學液所蝕刻的膜體厚度和該化學液組成成分與氣體平衡壓力的相對應關係。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之監測蝕刻製程的方法，還包含一更換蝕刻液步驟，由該基礎資料建立步驟所建立的基礎數據資料庫中比對該計算步驟得到的該化學液組成成分變化，判斷是否須更換已進行過至少一次的蝕刻步驟後的化學液。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之監測蝕刻製程的方法，其中，該化學液是酸液。
6. 根據申請專利範圍第4項所述之監測蝕刻製程的方法，其中，該化學液是去光阻液，該膜體是由光阻構成。
7. 根據申請專利範圍第6項所述之監測蝕刻製程的方法，其中，通入的氣體是選自惰性氣體、氮氣，及上述氣體之組合。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之監測蝕刻製程的方法，其中，該通氣體步驟中的氣體管路裝置包括一氣壓偵測計，及一連接該氣壓偵測計且延伸至該化學液中的氣體通管。
9. 一種控管蝕刻化學液的方法，包含：一通氣體步驟，將一種不會與一特定組成的化學液產生化學反應的氣體以一氣體管路裝置通入該容置於一化學槽的化學液中，並得到一對應於該化學液組成成分的第一平衡壓力；一蝕刻步驟，將至少一晶圓半成品浸入該化學液中進行蝕刻，並在蝕刻完畢取出該晶圓半成品進行後續製程；一氣體壓力偵測步驟，量測經該氣體管路裝置通入該化學液中的氣體壓力值，得到一對應於該化學液經蝕刻後組成成分變化的第二平衡壓力；及一計算步驟，計算該第一、二平衡壓力的差值，當該差值到達該化學液所對應的特定氣體壓力差值即停止使用該化學液進行蝕刻。
10. 根據申請專利範圍第9項所述之控管蝕刻化學液的方法還包含一更換蝕刻液步驟，當該化學液因為到達所對應的特定氣體壓力差值而停止蝕刻後，更換該化學槽中已進行過蝕刻的化學液為新的、未經過蝕刻的化學液。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之控管蝕刻化學液的方法，其中，該通氣體步驟中的氣體管路裝置包括一氣壓偵測計，及一連接該氣壓偵測計且延伸至該化學液中的氣體通管。