TWI611490B - 濕式蝕刻處理系統及蝕刻速率變化之偵測方法 - Google Patents

Abstract

本案係揭露一種濕式蝕刻處理系統及蝕刻速率變化之偵測方法，其中該偵測方法包含以下步驟：擷取一基板上至少一偵測區域之一彩色影像；保留該彩色影像中預先設定之一第一顏色，並且濾除該彩色影像中其餘的顏色，以得到一第一處理影像；將該第一處理影像轉成一二值化影像，其中該第一顏色轉成一第二顏色；以及計算該二值化影像中該第二顏色分佈之面積大小，並且判定該第二顏色分佈之面積大小是否達到預先設定之面積大小，若已達到預先設定之面積大小則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。

Description

濕式蝕刻處理系統及蝕刻速率變化之偵測方法

本發明係關於一種濕式蝕刻處理基板之方法與系統，更特別的是關於一種在濕式蝕刻製程期間偵測蝕刻速率變化之方法及使用該方法之濕式蝕刻處理系統。

一般而言，在半導體元件製程中，係利用乾式或濕式蝕刻製程以於一基板上界定特徵圖案，其中濕式蝕刻製程係將基板浸泡至蝕刻浴中，並以人工之方式觀察該基板之表面顏色變化或計時該基板進行蝕刻製程之一預定時間，然而以微觀之角度來看，以人工的方式來決定蝕刻終點會使每一片基板之蝕刻程度有些許的差異，甚至會有良率不高之問題。

目前，利用光學終點偵測的方式來偵測蝕刻終點已使用於乾式蝕刻製程中，其係利用光學光譜分析儀來測量電漿發射光之性質以提供製程的終點判定，然而此一方式並不適用於濕式蝕刻之製程中來判定蝕刻終點。或者，在乾式蝕刻製程中，亦可利用發出一雷射光至進行蝕刻製程中的基板上，並接收該基板的反射光，藉由分析反射光之頻譜變化來判定蝕刻終點，然而此判定方法並不適合應用於濕式蝕刻之蝕刻終點的判定，其原因為濕式蝕刻製程係連續地對該基板表面噴灑蝕刻藥劑，如此會使該基板之表面有水波紋，使得系統對於該基板反射該雷射光之反射光會有誤判之情形。

鑒於前述，有需要提出一種適用於濕式蝕刻製程之蝕刻終點判定方式，及使用該判定方式之濕式蝕刻處理系統，以達到自動化判定濕式蝕刻之蝕刻終點並提高判定之精準度的目的。

本發明之主要目的係在提供一種濕式蝕刻處理系統及蝕刻速率變化之偵測方法，其係利用一影像擷取裝置於一濕式蝕刻設備中擷取一基板於蝕刻時之表面影像，並利用一影像處理器分析該表面影像之訊息，以及藉由一偵測中央處理器判斷蝕刻速率的變化，如此將能以自動化的方式監控濕式蝕刻處理之破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點，且亦能達到高精準之判定。

為達上述目的，本發明提出一種濕式蝕刻處理系統，包含：一濕式蝕刻設備，其具有一處理腔室，以對一基板進行蝕刻製程；一影像擷取裝置，其設於該處理腔室中；一影像處理器，其與該影像擷取裝置相連接，且控制該影像擷取裝置之運作；一偵測中央處理器，其與該濕式蝕刻設備及該影像處理器相連接，且控制該影像處理器之運作；以及一製程控制系統，其與該濕式蝕刻設備及該偵測中央處理器相連接； 其中該濕式蝕刻處理系統係執行以下步驟以偵測蝕刻速率的變化：該影像擷取裝置擷取該基板上至少一偵測區域之一彩色影像；該影像處理器保留該彩色影像中預先設定之一第一顏色，並且濾除該彩色影像中其餘的顏色，以得到一第一處理影像；該影像處理器將該第一處理影像轉成一二值化影像，其中該第一顏色轉成一第二顏色；以及該影像處理器計算該二值化影像中該第二顏色分佈之面積大小，並且判定該第二顏色分佈之面積大小是否達到預先設定之面積大小，若已達到預先設定之面積大小則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。

於本發明之一實施例中，其中該濕式蝕刻處理系統還執行以下步驟以偵測蝕刻速率的變化：抽出該彩色影像中紅、綠、藍之色成分並計算各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值；判定各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值是否在一預設的範圍內；以及若各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值在該預設的範圍內則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。

於本發明之一實施例中，其中該濕式蝕刻處理系統還執行以下步驟：將開始該蝕刻製程之一第一時間及達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點之一第二時間傳送至該偵測中央處理器，該偵測中央處理器計算該第一時間及該第二時間之差值以得到該蝕刻製程之一蝕刻時間；該偵測中央處理器判定該蝕刻時間是否介於一蝕刻時間容許上限及一蝕刻時間容許下限之間，並將一判定結果傳送至該製程控制系統；以及若該蝕刻時間非介於該蝕刻時間容許上限及該蝕刻時間容許下限之間，則該偵測中央處理器傳送一第一異常指令至該濕式蝕刻設備使其發出警示訊息。

於本發明之一實施例中，其中該影像擷取裝置擷取該基板上至少一偵測區域之該彩色影像之前，該偵測中央處理器控制該影像擷取裝置偵測該處理腔室之環境光源，若環境光源發生異常則該偵測中央處理器傳送一第二異常指令至該濕式蝕刻設備使其發出警示訊息。

於本發明之一實施例中，其中該偵測中央處理器根據該影像擷取裝置擷取之該基板上至少一偵測區域之該彩色影像以判定該基板之位置是否偏移，若該基板之位置偏移則該偵測中央處理器傳送一第三異常指令至該濕式蝕刻設備使其發出警示訊息。

於本發明之一實施例中，其中該偵測中央處理器係設定至少一使用者權限。

於本發明之一實施例中，其中該影像擷取裝置之外部係裝設一防酸氣外蓋。

為達上述目的，本發明復提出一種濕式蝕刻製程之蝕刻速率變化之偵測方法，該偵測方法包含以下步驟：擷取一基板上至少一偵測區域之一彩色影像；保留該彩色影像中預先設定之一第一顏色，並且濾除該彩色影像中其餘的顏色，以得到一第一處理影像；將該第一處理影像轉成一二值化影像，其中該第一顏色轉成一第二顏色；以及計算該二值化影像中該第二顏色分佈之面積大小，並且判定該第二顏色分佈之面積大小是否達到預先設定之面積大小，若已達到預先設定之面積大小則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。

於本發明之一實施例中，其中該偵測方法還包含：抽出該彩色影像中紅、綠、藍之色成分並計算各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值；判定各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值是否在一預設的範圍內；以及若各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值在該預設的範圍內則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。

於本發明之一實施例中，其中該偵測方法還包含：將開始該蝕刻製程之一第一時間及達到蝕刻終點之一第二時間傳送至一偵測中央處理器，該偵測中央處理器計算該第一時間及該第二時間之差值以得到該蝕刻製程之一蝕刻時間；該偵測中央處理器判定該蝕刻時間是否介於一蝕刻時間容許上限及一蝕刻時間容許下限之間，並將一判定結果傳送至一製程控制系統；以及若該蝕刻時間非介於該蝕刻時間容許上限及該蝕刻時間容許下限之間，則該偵測中央處理器傳送一異常指令至濕式蝕刻設備使其發出一警示訊息。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明。

請參照圖1至圖3，其圖1係顯示本發明一實施例中之濕式蝕刻處理系統的架構圖，圖2係顯示本發明一實施例中之濕式蝕刻設備的示意圖，圖3係顯示本發明一實施例中之濕式蝕刻製程之蝕刻速率變化之偵測方法的流程圖。

本發明之濕式蝕刻處理系統包含：一濕式蝕刻設備10、一影像擷取裝置20、一影像處理器30、一偵測中央處理器40及一製程控制系統50。

如圖2所示，該濕式蝕刻設備10具有一處理腔室11，該處理腔室11設置有一基座12、一噴頭13及該影像擷取裝置20。一基板W可置放於該基座12上，且該基座12可旋轉該基板W。該噴頭13可對該基板W噴灑蝕刻液以進行濕式蝕刻製程。該影像擷取裝置20可設置於該處理腔室11內部之上頂面，但不限於上頂面之任何區域，其設置之位置係取決於該處理腔室11內部之空間限制。該影像擷取裝置20之外部可裝設一防酸氣外蓋21，以防止該影像擷取裝置20受到蝕刻液之酸氣侵蝕。該影像擷取裝置20較佳地為一CCD(電荷耦合裝置)攝影機。

該影像處理器30可透過網路、光纖或同軸電纜來與該影像擷取裝置20相連接，以控制該影像擷取裝置20之運作，並且接收及分析該影像擷取裝置20擷取該基板之影像。於本發明之實施例中，該影像擷取裝置20及該影像處理器30係使用Panasonic公司生產的機器視覺影像檢測系統PV200，這種影像檢測系統可以設定“多種不同的偵測方式(彩色及黑白複合影像分析)”或者“單種偵測方式(彩色或黑白複合影像分析)併行多個偵測框”來進行偵測，以達到高速、高精度及高可靠性之影像處理。然而需說明的是，本發明之該影像擷取裝置20及該影像處理器30並不限於使用此種影像檢測系統PV200，只要能達到後文所敘述之功能的影像檢測系統皆能應用於本發明之該影像擷取裝置20及該影像處理器30。

該偵測中央處理器40可透過網路、光纖或同軸電纜來與該濕式蝕刻設備10及該影像處理器30相連接，以接收該濕式蝕刻設備10之開始製程的訊號，以及控制該影像處理器30之運作與接收該影像處理器20所傳送之分析訊息，並且計算該基板之蝕刻時間。

該製程控制系統50可透過網路、光纖或同軸電纜來與該濕式蝕刻設備10及該偵測中央處理器40相連接，以傳送一作業指令至該濕式蝕刻設備10，使該濕式蝕刻設備10確認可開始執行一蝕刻製程與否，並且傳送一作業資訊至該偵測中央處理器40，該作業資訊包含該基板W之批量標示(Lot ID)及製程配方(Recipe)…等。

請同時參考圖1至圖3。該濕式蝕刻處理系統於偵測該基板W之濕式蝕刻製程之偵測蝕刻速率變化的方法包含執行以下步驟：

步驟S100，開始蝕刻製程。首先，當該濕式蝕刻設備10之噴頭13開始對該基板W噴灑蝕刻液後，該偵測中央處理器40即啟動並且傳達一開始指令至該影像處理器30，該影像處理器30控制該影像處理器30開始偵測訊號，該影像處理器30即開始對該基板W進行影像擷取。

步驟S102、該影像擷取裝置20擷取該基板W上至少一偵測區域之一彩色影像。該影像處理器30可設定該影像擷取裝置20同時擷取該基板W上多個偵測區域之彩色影像，該影像擷取裝置20將擷取之彩色影像傳送至該影像處理器30以進行後續之影像分析。需說明的是，於本發明的實施例中，該影像擷取裝置20可設定為每秒拍攝兩張影像，因此即使該影像擷取裝置20所擷取的影像中有擷取到噴頭13之影像，其亦不會影像後續之分析結果。

步驟S104、該影像處理器30保留該彩色影像中預先設定之一第一顏色，並且濾除該彩色影像中其餘的顏色，以得到一第一處理影像。該影像處理器30先設定與欲進行蝕刻之材料最接近之一第一顏色，該影像處理器30接收該影像擷取裝置20擷取之彩色影像之後，該影像處理器30保留該彩色影像中預先設定之該第一顏色，並且濾除該彩色影像中其餘的顏色，以得到一第一處理影像，亦即該第一處理影像只剩下該第一顏色與背景色。

步驟S106、該影像處理器30將該第一處理影像轉成一二值化影像，其中該第一顏色轉成一第二顏色。其中該第二顏色為白色，背景色為黑色；或者該第二顏色為黑色，背景色為白色。

步驟S108、該影像處理器30計算該二值化影像中該第二顏色分佈之面積大小，並且判定該第二顏色分佈之面積大小是否達到預先設定之面積大小，若已達到預先設定之面積大小則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。其中該預先設定之面積大小係蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點時的面積大小，並且該預先設定之面積大小係由該偵測中央處理器40根據不同製程條件所預設。

該影像處理器30在進行步驟S104~步驟S108時，可同時進行下列步驟：

步驟S204、抽出該彩色影像中紅、綠、藍之色成分並計算各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值。

步驟S206、判定各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值是否在一預設的範圍內。其中該預先的範圍係蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點時各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值的範圍，並且該預先的範圍係由該偵測中央處理器40根據不同製程條件所預設。

步驟S208、若各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值在該預設的範圍內則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。

如此，該影像處理器30可同時進行兩種以上偵測蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點的方法，以提高檢測之判斷精準度；然而，該影像處理器30亦可只執行其中一種偵測方法，並藉由偵測多個基板影像區域來判定蝕刻製程的蝕刻速率變化。

步驟S210、結束蝕刻製程。

該影像處理器30依照步驟S104~步驟S108及/或步驟S204~步驟S208而判定該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點之後，進而執行下列步驟：

步驟S300、將開始該蝕刻製程之一第一時間及達到蝕刻終點之一第二時間傳送至該偵測中央處理器40，該偵測中央處理器40計算該第一時間及該第二時間之差值以得到該蝕刻製程之一蝕刻時間。

步驟S302、該偵測中央處理器40判定該蝕刻時間是否介於一蝕刻時間容許上限及一蝕刻時間容許下限之間，並將一判定結果傳送至該製程控制系統50。該蝕刻時間容許上限及該蝕刻時間容許下限係根據多次製程試驗結果而得知。例如，在該製程控制系統50傳送至該偵測中央處理器40的作業資訊中，其中製成配方記載該基板W之2微米厚度的鈦金屬的蝕刻時間為140秒，而經由多次製程試驗結果得知，該2微米厚度的鈦金屬的破蝕點為在40秒處，完蝕點為在120秒處，則使用者可設定一特點蝕刻點為80秒，如此該60秒即為該2微米厚度的鈦金屬的蝕刻時間容許下限，而100秒即為該2微米厚度的鈦金屬的蝕刻時間容許上限。因此該蝕刻時間在80秒±20秒的範圍內所得到的蝕刻結果都在可容許範圍內。

步驟S304、若該蝕刻時間非介於該蝕刻時間容許上限及該蝕刻時間容許下限之間，則該偵測中央處理器40傳送一第一異常指令至該濕式蝕刻設備10使其發出警示訊息。

另外，該影像擷取裝置20在擷取該基板W上至少一偵測區域之該彩色影像之前，該偵測中央處理器40可控制該影像擷取裝置20偵測該處理腔室11之環境光源，若環境光源發生異常則該偵測中央處理器40傳送一第二異常指令至該濕式蝕刻設備10使其發出警示訊息。

並且，該偵測中央處理器40可根據該影像擷取裝置20擷取之該基板W上至少一偵測區域之該彩色影像以判定該基板W之位置是否偏移，若該基板W之位置偏移則該偵測中央處理器40傳送一第三異常指令至該濕式蝕刻設備10使其發出警示訊息。

同時，該偵測中央處理器40可設定至少一使用者權限，以防止非製程控制人員誤植入或修改製程配方。

綜上所述，本發明之濕式蝕刻處理系統及蝕刻速率變化之偵測方法，係藉由將一影像擷取裝置裝設於一濕式蝕刻設備中，以擷取一基板於蝕刻時之表面影像，並利用一影像處理器分析該表面影像之訊息，以及藉由一偵測中央處理器來判斷蝕刻速率的變化，如此將能以自動化的方式監控濕式蝕刻處理之破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點，且亦能達到高精準之判定。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧濕式蝕刻設備
11‧‧‧處理腔室
12‧‧‧基座
13‧‧‧噴頭
20‧‧‧影像擷取裝置
21‧‧‧防酸氣外蓋
30‧‧‧影像處理器
40‧‧‧偵測中央處理器
50‧‧‧製程控制系統
S100~S304‧‧‧步驟
W‧‧‧基板

［圖1］係為本發明一實施例中之濕式蝕刻處理系統的架構圖。 ［圖2］係為本發明一實施例中之濕式蝕刻設備的示意圖。 ［圖3］係為本發明一實施例中之濕式蝕刻製程之蝕刻速率變化之偵測方法的流程圖。

10‧‧‧濕式蝕刻設備

20‧‧‧影像擷取裝置

30‧‧‧影像處理器

40‧‧‧偵測中央處理器

50‧‧‧製程控制系統

W‧‧‧基板

Claims (10)

1. 一種濕式蝕刻處理系統，包含： 一濕式蝕刻設備，其具有一處理腔室，以對一基板進行蝕刻製程； 一影像擷取裝置，其設於該處理腔室中； 一影像處理器，其與該影像擷取裝置相連接，且控制該影像擷取裝置之運作； 一偵測中央處理器，其與該濕式蝕刻設備及該影像處理器相連接，且控制該影像處理器之運作；以及 一製程控制系統，其與該濕式蝕刻設備及該偵測中央處理器相連接； 其中該濕式蝕刻處理系統係執行以下步驟以偵測蝕刻速率的變化： 該影像擷取裝置擷取該基板上至少一偵測區域之一彩色影像； 該影像處理器保留該彩色影像中預先設定之一第一顏色，並且濾除該彩色影像中其餘的顏色，以得到一第一處理影像； 該影像處理器將該第一處理影像轉成一二值化影像，其中該第一顏色轉成一第二顏色；以及 該影像處理器計算該二值化影像中該第二顏色分佈之面積大小，並且判定該第二顏色分佈之面積大小是否達到預先設定之面積大小，若已達到預先設定之面積大小則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。
2. 如請求項1所述之濕式蝕刻處理系統，其中該濕式蝕刻處理系統還執行以下步驟以偵測蝕刻速率的變化： 抽出該彩色影像中紅、綠、藍之色成分並計算各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值； 判定各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值是否在一預設的範圍內；以及 若各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值在該預設的範圍內則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。
3. 如請求項1或2所述之濕式蝕刻處理系統，其中該濕式蝕刻處理系統還執行以下步驟： 將開始該蝕刻製程之一第一時間及達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點之一第二時間傳送至該偵測中央處理器，該偵測中央處理器計算該第一時間及該第二時間之差值以得到該蝕刻製程之一蝕刻時間； 該偵測中央處理器判定該蝕刻時間是否介於一蝕刻時間容許上限及一蝕刻時間容許下限之間，並將一判定結果傳送至該製程控制系統；以及 若該蝕刻時間非介於該蝕刻時間容許上限及該蝕刻時間容許下限之間，則該偵測中央處理器傳送一第一異常指令至該濕式蝕刻設備使其發出警示訊息。
4. 如請求項3所述之濕式蝕刻處理系統，其中該影像擷取裝置擷取該基板上至少一偵測區域之該彩色影像之前，該偵測中央處理器控制該影像擷取裝置偵測該處理腔室之環境光源，若環境光源發生異常則該偵測中央處理器傳送一第二異常指令至該濕式蝕刻設備使其發出警示訊息。
5. 如請求項3所述之濕式蝕刻處理系統，其中該偵測中央處理器根據該影像擷取裝置擷取之該基板上至少一偵測區域之該彩色影像以判定該基板之位置是否偏移，若該基板之位置偏移則該偵測中央處理器傳送一第三異常指令至該濕式蝕刻設備使其發出警示訊息。
6. 如請求項3所述之濕式蝕刻處理系統，其中該偵測中央處理器係設定至少一使用者權限。
7. 如請求項1所述之濕式蝕刻處理系統，其中該影像擷取裝置之外部係裝設一防酸氣外蓋。
8. 一種濕式蝕刻製程之蝕刻速率變化之偵測方法，該偵測方法包含以下步驟： 擷取一基板上至少一偵測區域之一彩色影像； 保留該彩色影像中預先設定之一第一顏色，並且濾除該彩色影像中其餘的顏色，以得到一第一處理影像； 將該第一處理影像轉成一二值化影像，其中該第一顏色轉成一第二顏色；以及 計算該二值化影像中該第二顏色分佈之面積大小，並且判定該第二顏色分佈之面積大小是否達到預先設定之面積大小，若已達到預先設定之面積大小則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。
9. 如請求項8所述之偵測方法，其中該偵測方法還包含： 抽出該彩色影像中紅、綠、藍之色成分並計算各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值； 判定各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值是否在一預設的範圍內；以及 若各色成分之強度的最大值、最小值、平均值及偏差值在該預設的範圍內則代表該蝕刻製程達到破蝕點、完蝕點或特定蝕刻點。
10. 如請求項8或9所述之偵測方法，其中該偵測方法還包含： 將開始該蝕刻製程之一第一時間及達到蝕刻終點之一第二時間傳送至一偵測中央處理器，該偵測中央處理器計算該第一時間及該第二時間之差值以得到該蝕刻製程之一蝕刻時間； 該偵測中央處理器判定該蝕刻時間是否介於一蝕刻時間容許上限及一蝕刻時間容許下限之間，並將一判定結果傳送至一製程控制系統；以及 若該蝕刻時間非介於該蝕刻時間容許上限及該蝕刻時間容許下限之間，則該偵測中央處理器傳送一異常指令至濕式蝕刻設備使其發出一警示訊息。