TWI575551B - 蝕刻裝置及方法 - Google Patents

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Description

蝕刻裝置及方法
本發明是關於一種用以跨越基材的整個寬度並且透過電漿蝕刻均一的移除材料，以使埋設、被填充的通道的末端或其它被埋設的形貌體外露的設備與方法。
端點偵測的問題在電漿蝕刻工業中是普遍被知道的，且不同的技術已被發展出用以偵測一基材已被蝕刻至需要的深度，進而可停止蝕刻，在典型的應用中，形貌體是被蝕刻通過一遮罩層並且進入位在下方的單數層或複數層，端點的偵測(即到達需要的深度)趨向基於兩不同的技術，其一，設備或操作者會注意當蝕刻由其中一層進入另一層時的化學變化，這種現象會發生在形成於裝置中的複數實際層的化學變化，或薄的蝕刻停止層被刻意設置在兩層之間以引入化學變化，早期，蝕刻只是進行一固定時間，但經年累月，更精密複雜與快速的技術發展，第二項技術是基於反射法或干涉法，其藉由在基材的上表面(如硬遮罩)形成一參考表面對照被判斷的蝕刻基材的深度。
近來，3D裝置整合方案開始而對於製程設備產生新的挑戰，一可能的製程與設備流程如圖1所示，其示出ITRS(國際半導體技術規畫)2009年版本的組合與封裝章節的EP17，其示出裝置的變化過程，且在該程序的標示部位中，稱之為接續薄化的步驟，在此步驟中，一形成被填充的通道的裝置被倒置，使得基材的背側可被往下分離至被 填充的通道或其他埋設形貌體的頂部高度。
傳統的，此技術是被藉由化學機械拋光製程完成，但使用電漿蝕刻製程，其在進行此製程的後幾個階段有其優點，美國專利US-B2-7416648是這樣的製程的例子，然而，由於基材的蝕刻是跨越其寬度，沒有參考表面可被反射法或干涉法的設備使用，相同的，被埋設的形貌體較小(通常直徑為10μm)，且這樣小的形貌體是形成在被蝕刻表面的整個區域上，任何化學變化對於偵測而言都太小。整個頂部表面的蝕刻製程如圖2所示，若位在被埋設的形貌體上方的厚度較明顯，則其可便於使用化學機械拋光，直到非常接近埋設的形貌體的端部的預期位置，如在10μm之內，並且接著蝕刻，圖2(a)示出預蝕刻的狀況。
本發明的一個目的在於一種蝕刻一基材的整個寬度的方法，特別是省略一遮罩層，以使被埋設的形貌體(如被填充的通道)的末端外露，包括：(a)跨越一基材的寬度的蝕刻該基材的一表面，以達成實質均一的移除材料；(b)在蝕刻的過程中照明該被蝕刻的表面；(c)偵測由來自於該表面的光反射或散射所呈現出的該表面的影像中的非均一性，以偵測該被埋設的形貌體的外露；以及(d)回應於該被埋設的形貌體的偵測修正蝕刻。
本發明的第二目的在於一種蝕刻一基材的整個 寬度，以使被埋設的形貌體(如被填充的通道)外露的方法，包括：(a)跨越一基材的寬度的蝕刻該基材的一表面，以達成實質均一的移除材料；(b)在蝕刻的過程中照明該被蝕刻的表面；(c)將邊緣偵測技術應用於來自於該表面的反射或散射光線，以偵測該被埋設的形貌體的外觀；(d)回應於該被埋設的形貌體的偵測修正蝕刻。
可被了解的是，在這些製程的每一者中，缺乏參考表面以及缺乏明顯的電漿化學變化的問題可被克服。
該修正蝕刻的步驟包括改變該製程狀態或停止蝕刻的步驟。
較佳的，該蝕刻表面是在一銳角，且該步驟(c)包括使用一攝影機截取被反射或散射的光線，以產生一輸出信號，且一邊緣偵測過濾器偵測來自於該攝影機的輸出信號的該外觀的邊緣。
該攝影機可設置以接收反射或散射的光線於一銳角。
該邊緣偵測過濾器為一索貝爾過濾器。
本發明的再一目的在於一種蝕刻設備用以跨越一基材寬度蝕刻該基材以使埋設的形貌體(如被填充的通道)外露，包括：(a)一蝕刻室，提供蝕刻一基材；(b)一支撐件，提供維持該基材處於一實質水平位置並 且有一待蝕刻的面外露；(c)一照明源，相對於該支撐件設置於一銳角以照明該面；(d)一攝影機，用於計算來自於該面以一銳角反射或散射的光線；(e)一邊緣偵測器，連接於該攝影機，以偵測該面的至少一邊緣的外觀；以及(f)一控制器，用於控制該蝕刻室的蝕刻運作並且回應一邊緣的偵測而停止蝕刻。
該邊緣偵測器可使用一索貝爾過濾器。
將可被了解的是，該邊緣偵測器可被任何適合的非均一性偵測器取代，以偵測該表面的外觀的非均一性，然而，由於在晶圓上的通道佈圖使用直角排列的關係，索貝爾過濾器對於邊緣偵測是特別有用的。
雖然本發明已在上方定義清楚，可被了解的是，其包括任何前述或以下說明的形貌體的結合。
10‧‧‧蝕刻室
11‧‧‧壁部
11‧‧‧支撐件
12、13‧‧‧窗口
14‧‧‧照明源
15‧‧‧表面
16‧‧‧基材
17‧‧‧光線
18‧‧‧攝影機
19‧‧‧被填充的通道
20‧‧‧末端
21‧‧‧索貝爾過濾器
22‧‧‧比較測定器
23‧‧‧延遲器
本發明可以不同的方式實施，配合參閱以下相關圖式，一特定的實施例將被舉例描述，其中：
圖1為前述的製程與裝置；圖2為實施的蝕刻製程示意圖；圖3(a)為一本案的設備的攝影機的原圖，其示出埋設的形貌體外露的一表面；圖3(b)示出該表面在蝕刻後的影像；圖3(c)示出在實施索貝爾邊緣過濾後的影像；圖3(d)示出垂 直邊緣偵測隨著蝕刻時間的信號強度變化。
圖4(a)與(b)示出一設備可能的照明與攝影機位置的平面圖與側視圖；圖5(a)與(b)分別示出反光與散射光線的製程影像；圖6為本案製程的一實施例的步驟流程圖；圖7示出針對索貝爾過濾器的輸出，在製程過程中，在表面上關注的區域的平均強度；以及圖8(a)、(b)、(c)分別為一末端之前製程影像、末端後製程影像以及末端後未加工影像。
圖4(a)、(b)示出一蝕刻室10的局部，其包圍一基材支撐件11，這樣的蝕刻室的結構與運作對於熟知該技術領域者而言是普遍熟知的，因此，此處除了對於了解本發明的技術有其必要以外，將不再描述。
窗口12、13分別形成於蝕刻室10相對的壁部11，一照明源14照明基材16的一外露表面15的一表面的一部分，散射的光線17通過窗口13到達一攝影機18而被攝影機18所偵測到。
多種影像偵測技術可被使用以區分被攝影機偵測的連續影像，以決定表面15由均一表面至非均一表面的改變，作為被埋設的形貌體的上表面外觀的結果，簡單而言，在本文中，這些形貌體將視為被填充於通道，例如，圖2(a)與(b)的19所示，然而，在數種這樣的偵測技術中，攝影機的像素尺寸必須少於外露的被埋設的形貌體的表面 積，如技術上的需求，當被埋設的形貌體直徑為10μm時，則需要一特別貴的攝影機，因此，在特定的實施例中，申請人了解，其可藉由使用邊緣偵測技術，例如索貝爾過濾，避免此像素尺寸限制的需求。
此優點可見於圖3(a)至(d)，在圖3(a)中，示出表面15的局部基本影像，圖3(b)示出一被蝕刻的形貌體的影像，其被放大且對比加強，圖3(c)示出被由一索貝爾邊緣過濾器處理後的影像，可以看見的是，被偵測的通道更加明顯可見，且在索貝爾過濾器中，強度的改變結果因為被埋設的形貌體對齊的關係而被加強。
在本領域中，索貝爾過濾器是被普遍熟知的，但為求易於了解本發明，其使用的一索貝爾運算子為一離散分離的運算子，計算影像強度功能的梯度的一接近值，實際上，其應用於序列一垂直與水平過濾器至一影像，影像的強度接著被處理以加強影像中形貌體的邊緣外觀，較佳的，此序列是持續整個蝕刻過程，圖3(a)至圖3(c)針對晶圓的區域的影像被以曲線圖的方式呈現於圖3(d)，第一個六分鐘的蝕刻的區域，因為表面是均一的，其在垂直邊緣偵測信號的強度並無明顯的改變，但在六分鐘之後，曲線圖因為影像中被埋設的形貌體外觀開始在強度梯度上改變，此梯度的改變可被作為蝕刻末端信號。
圖5(a)、(b)示出燈光散熱(如光源相對於攝影機)或反射(如光源由與攝影機同側射出)的過程影像，當燈光反射時，如圖5(a)所示，形貌體較背景為亮，反之，當燈光散 射時，如圖5(b)所示，其較背景為暗。
將攝影機設置在相對於晶圓的一淺角意指在影像中，晶圓的拓樸圖相較於由上方直接觀之為加強，一最簡單的方式是可看見被填充的通道19的末端20稍微外露而為投射的個別陰影，照明越傾斜，陰影的長度越大且強度梯度的改變增加。
圖6示出流程圖，製程開始且攝影機被以時間為單位監控，入射於攝影機的光線通過索貝爾過濾器21以產生一加強的影像，索貝爾過濾器21輸出的信號被輸入至一比較測定器22，若過濾器的輸出在一預設的門檻之上，則比較測定器輸入一信號至一延遲器23，並且接著停止或修正該製程。
對該蝕刻設備而言，組件22與23通常為控制器的一部分的型式。
此方法更進一步圖示於圖7，其示出攝影機在製程中在一關注的區域內輸出的平均強度，平均強度在大約500秒之後的驟升顯示出外露的通道的外觀。
更進一步的影像顯示於圖8，圖8(a)示出在末端之前的製程的影像，圖8(b)示出在末端之後一系列的對齊形貌體的製程影像，其由水平起算接近30度可被輕易的偵測到，而圖8(c)示出圖8(b)的製程影像被製作完成之後的對應的未加工影像。
將可被了解的是，申請人的方式克服了參考表面的減少以及在電漿化學中明顯改變的缺乏，並且，邊緣偵 測器的使用，開啟一可被達成的特定經濟的末端偵測製程與設備。
10‧‧‧蝕刻室
11‧‧‧壁部
12、13‧‧‧窗口
15‧‧‧表面
18‧‧‧攝影機

Claims (9)

  1. 一種蝕刻基材的全部寬度以使埋設的形貌體外露的方法，其包括下列步驟：(a)跨越一基材的寬度蝕刻該基材的一面，以達成實質均一的移除材料；(b)在蝕刻的過程中照明經蝕刻面；(c)將邊緣偵測技術應用於來自於該經蝕刻面的反射或散射光線，以偵測該被埋設的形貌體的外觀；(d)回應該被埋設的形貌體的偵測修正蝕刻。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該經蝕刻面是以一銳角被照明。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中步驟(c)包括使用一攝影機捕獲該被反射或散射的光線以產生一輸出信號，且使用一邊緣偵測過濾器以從該攝影機的輸出信號偵測邊緣的外觀。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的方法，其中該攝影機是定位來接收以一銳角反射或散射的光線。
  5. 根據申請專利範圍第3項或第4項所述的方法，其中該邊緣偵測過濾器為一索貝爾(Sobel)過濾器。
  6. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的方法，其中修正蝕刻的步驟為停止蝕刻的步驟。
  7. 一種跨越基材寬度蝕刻基材以使埋設的形貌體外露的蝕刻設備，其包括：(a)一蝕刻室，用於蝕刻一基材； (b)基材用之一支撐件，用於維持該基材處於一實質水平位置而有一待蝕刻的面外露；(c)一照明源，相對於該支撐件安裝於一銳角以照明該面；(d)一攝影機，用於計算來自於該面以一銳角反射或散射的光線；(e)一邊緣偵測器，耦接於該攝影機以偵測該面的至少一邊緣的外觀；以及(f)一控制器，用於控制該蝕刻室的蝕刻運作並且回應於一邊緣的偵測而停止蝕刻。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的設備，其中，該邊緣偵測器包括一索貝爾過濾器。
  9. 一種蝕刻基材的全部寬度以使埋設的形貌體末端外露的方法，包括：(a)跨越一基材寬度蝕刻該基材的一面，以達成實質均一的移除材料；(b)在蝕刻的過程中照明經蝕刻面；(c)偵測由來自於該經蝕刻面的反射或散射光線所呈現出的該經蝕刻面的影像中的非均一性，以偵測該被埋設的形貌體的外露；(d)回應於該被埋設的形貌體的偵測修正蝕刻。
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