TWI662622B - 避免晶圓加熱過久之方法及其系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種避免晶圓加熱過久之方法，包含以下步驟：(1)放置晶圓於熱處理製程系統之加熱裝置上，(2)利用加熱裝置進行熱處理製程，(3)判斷熱處理製程系統是否發生異常狀態，若未發生異常狀態則進行(4)判斷熱處理製程是否完成；若有發生異常狀態，則進行(5)利用升降裝置自加熱裝置升起，以使晶圓上升離開加熱裝置；若步驟(4)之判斷為製程完成，則同樣進入步驟(5)；若步驟(4)之判斷為製程未完成，則回到步驟(2)；以及(6)將晶圓自熱處理製程系統取出。本發明同時提供一種避免晶圓加熱過久之系統。

Description

避免晶圓加熱過久之方法及其系統
本發明是有關於一種半導體製程的方法及其系統，尤其是一種避免晶圓加熱過久之方法與系統。
在一般半導體製程技術中，高溫處理被普遍應用於製造過程中，例如塗佈光阻、曝光顯影後，加熱基板以硬化光阻圖案並形成所需之構造於半導體基板上，因此在基板處理裝置中，會利用熱吸盤來加熱置於其上的半導體基板，如矽晶圓，以利製程的進行。並且由於考慮到使熱吸盤升溫至所需之溫度所花費的時間與成本，因此一般來說，熱吸盤會持續運作，維持高溫，半導體基板則是利用轉移的方式來進行加熱與冷卻。
為確保製程的精確度，基板處理裝置會確保設定的製程條件皆符合時，方才進行後續製程。一般而言，當基板處理裝置偵測到異常時，會自動停止運作，等排除異常後，再由操作人員手動重新啟動基板處理裝置。例如當半導體基板未能正確放置於熱吸盤上時，基板處理裝置會停止運作，待操作人員手動取出半導體基板後，重新啟動基板處理裝置。但這樣的操作流程與處理方法，卻會導致半導體基板於熱吸盤上受熱(thermal effect)時間過長，取出後的半導體基板也只能做報廢處理，不符合現代環保與經濟效益。
因此，如何解決上述問題以提高產品品質的穩定度、提升生 產效率，減少產品不良率的同時減少生產成本，便是本發明所要探討的課題。
本發明提供一種避免晶圓加熱過久之方法，包含以下步驟：(1)放置晶圓於熱處理製程系統之加熱裝置上，(2)利用加熱裝置進行熱處理製程，(3)判斷熱處理製程系統是否發生異常狀態，若未發生異常狀態則進行(4)判斷熱處理製程是否完成；若有發生異常狀態，則進行(5)利用升降裝置自加熱裝置升起至一位置，以使晶圓上升離開加熱裝置；若步驟(4)之判斷為製程完成，則同樣進入步驟(5)；若步驟(4)之判斷為製程未完成，則回到步驟(2)；以及(6)將該晶圓自熱處理製程系統取出。
本發明同時提供一種避免晶圓加熱過久之系統，包含熱處理製程系統、控制模組以及監控模組。其中熱處理製程系統包含加熱裝置，用以加熱晶圓，以及升降裝置，與加熱裝置連接，上升以使晶圓離開加熱裝置，或下降以使晶圓接觸加熱裝置。而控制模組與熱處理製程系統電性連接，以控制升降裝置上升或下降，並且監控模組與控制模組電性連接，當熱處理製程系統發生異常狀態時，監控模組會發出訊號給控制模組，令控制模組使升降裝置上升，以使該晶圓上升離開加熱裝置，或者維持升降裝置之升起狀態，以使晶圓不接觸加熱裝置。
依據本發明提供之方法與系統，可以於異常狀態發生時，利用升降裝置自動使晶圓上升離開加熱裝置，因此可避免晶圓受熱時間過長。而依據異常狀態的不同，監控模組可以透過控制模組令升降裝置上升至升起狀態時之位置，或維持升起狀態時之位置，來避免晶圓接觸於加熱裝置上受熱過久。因遇到異常狀態的發生而中斷熱處理製程的該晶圓，可於取出後判斷其熱處理製程的階段，再次放入設定好的熱處理製程系統中，以接續進行並完成所需之熱處理製程，進而達到提高產品品質的穩定 度、提升生產效率，減少產品不良率、避免成本的浪費以達減少生產成本之功效。
1‧‧‧避免晶圓加熱過久之系統
11‧‧‧熱處理製程系統
13‧‧‧控制模組
15‧‧‧監控模組
111‧‧‧加熱裝置
113‧‧‧升降裝置
115‧‧‧移動裝置
1111‧‧‧減壓單元
S201~S209‧‧‧避免晶圓加熱過久之方法流程步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：圖1為依據本發明一實施例繪製之系統概略示意圖；圖2A~2B依據本發明一實施例繪製之升降裝置分別處於升起狀態與下降狀態之示意圖；以及圖3為依據本發明一實施例繪製之方法流程示意圖。
本發明是在提供一種避免晶圓加熱過久之方法及其系統，以提升生產效率，減少產品不良率的同時減少生產成本。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文以實施例配合所附圖式，做詳細說明。
首先，圖1為依據本發明一實例繪製之系統概略示意圖，圖2A與2B為依據本發明一實施例繪製之升降裝置分別處於升起狀態與下降狀態之示意圖，圖3為依據本發明一實施例繪製之方法流程示意圖。
如圖1所示，本發明提供之避免晶圓加熱過久之系統1包含：熱處理製程系統11、控制模組13以及監控模組15，其中熱處理製程系統1還包含加熱裝置111、升降裝置113與移動裝置115，並且加熱裝置111還包含減壓單元1111。控制模組13與熱處理製程系統11電性連接，用以控制熱處理製程系統11內之升降裝置113；監控模組15 用以監控熱處理製程系統11，並且與控制模組13電性連接，當監控模組15偵測到熱處理製程系統11發生異常狀態時，會發出訊號給控制模組13以使升降裝置113進行相對應之運作。
熱處理製程系統11可適用於半導體製程中，對晶圓進行熱處理之系統。在半導體製程中，當晶圓需要進行熱處理時，晶圓會被放置在熱處理製程系統11內之加熱裝置111上，用以加熱晶圓，進行熱處理製程。加熱裝置111可以是熱吸盤或是包含加熱器之晶圓承載，而熱處理製程可以是用以硬化底抗反射(bottom anti-reflective coatings,BARC)層、硬化光阻材料、硬化光學材料、改變晶格結構(如將非晶結構轉變為多晶結構)、形成金屬半導體化合物層(如金屬矽化物層)、形成氧化層等。
熱處理製程系統11中的升降裝置113與加熱裝置111連接，當升降裝置113上升時，可以使晶圓離開加熱裝置111以與加熱裝置111隔離，當升降裝置113下降時可以使晶圓直接接觸加熱裝置111。如圖2A與2B所示，圖2A為升降裝置113處於升起狀態，使晶圓與加熱裝置111具有一距離之示意圖，而圖2B為升降裝置113處於下降狀態，使晶圓直接接觸加熱裝置111之示意圖，由於半導體之製程需要非常精細且無汙染的操作環境，同時為了避免晶圓的損壞，需利用移動裝置115將晶圓移動至於處於升起狀態之升降裝置113上，此時的升降裝置113已自加熱裝置111一側上升至遠離加熱裝置111之適當位置，因此放置其上的晶圓不會與加熱裝置111接觸，待移動裝置115離開後，升降裝置113才下降使晶圓與加熱裝置111接觸。移動裝置115可以為機械臂或其他能傳送晶圓之裝置，而升降裝置113可以為升降銷或是起模頂桿(lift pin)，用以在製程結束後，或是當系統發生異常狀態而停止運作時，上升至適當位置讓晶圓離開加熱裝置111，使晶圓不會因為與加熱裝置111接觸過久，所受熱效應(thermal effect)時間過長，導致產品品質參差不齊或是損毀。
控制模組13與熱處理製程系統11電性連接，以控制升降裝 置113上升或下降。監控模組15能監控熱處理製程系統11，並與控制模組13電性連接。當監控模組15偵測到熱處理製程系統11發生異常狀態時，會發出訊號給控制模組13，以令升降裝置113上升，進而使晶圓離開加熱裝置111。
監控模組15會在晶圓被放置加熱裝置111上開始，以及整個熱處理製程中，可持續性地對熱處理製程系統11進行監控。因此監控模組15能夠依據設定在晶圓被放置到升降裝置113上、下降至加熱裝置111、開始進行熱處理時、進行熱處理的過程中，或是其他的時間點，判斷熱處理製程系統11是否發生異常狀態。若監控模組15判斷熱處理製程系統11發生異常狀態，會發出訊號給控制模組13，令升降裝置113上升，以使晶圓上升離開加熱裝置111，或維持升降裝置113之升起狀態，以使晶圓不接觸加熱裝置111，同時停止該次熱處理製程。前述異常狀態可以為任何會影響後續製程之狀態，例如晶圓於加熱裝置上之位置不符合標準，由於圖案化光阻層之製程中，晶圓於加熱裝置111上之位置必須符合設定的標準，後續之圖案化製程方能順利進行；或是熱處理系統內之真空度未符合標準，由於半導體需要經過精密且仔細的製程，因此需要將製程環境或裝置中可能影響製程或是與材料反應之氣體抽出，並且維持一定之真空度，以確保製造過程的順利與產品的品質表現；或是晶圓於加熱裝置111上未適當吸附，為使晶圓能在處理過程中毫不移動地維持在同一位置，當晶圓被放置在加熱裝置111上後，會利用減壓單元1111高速排氣，以使晶圓能吸附並固定於加熱裝置111上，以利後續製程；又或是例如晶圓受損，晶圓在移動、放置或吸附的過程中受損之情形；更或是單純的軟體異常或其他異常狀態，可依據實際異常狀態做出相對應的運作。
上述舉例之異常狀態，若是發生在升降裝置113處於下降狀態時，亦即晶圓接觸加熱裝置111，則監控模組15會發出訊號給控制模組13，令升降裝置113上升至適當位置，使晶圓離開加熱裝置111，並利用移 動裝置115取出晶圓。但若異常狀態發生在升降裝置113處於升起狀態時，則升降裝置113維持升起狀態時之位置，接著利用移動裝置115取出晶圓。
另一方面，若監控模組15判斷熱處理製程系統11並未發生異常狀態，則接著判斷該次熱處理製程是否完成。當熱處理製程被判斷為完成，監控模組15會發出訊號給控制模組13，以令升降裝置113上升使晶圓離開加熱裝置11，防止晶圓繼續受熱，並利用移動裝置115自熱處理製程系統11取出後，監控模組15將會判斷熱處理製程系統11是否需進行另一熱處理製程或結束；若熱處理製程尚未完成，則繼續該次熱處理製程，監控模組15也會持續進行監控異常狀態的發生，並判斷該次熱處理製程是否完成。監控模組15判斷異常狀態的有無與熱處理製程的完成，在整個熱處理製程中會不斷的交替執行。
透過上述說明，可以理解本發明同時提供一種避免晶圓加熱過久之方法，包含如圖3所示的步驟。
首先，將晶圓放置於熱處理製程系統之加熱裝置上，此步驟可包括步驟S201~S204。
步驟S201：利用移動裝置115，放置晶圓於處於升起狀態之升降裝置113上。亦即，此時的升降裝置113已自加熱裝置111一側上升至遠離加熱裝置111之適當位置，而放置其上的晶圓不會與加熱裝置111接觸，因此在晶圓懸空的情況下讓移動裝置115離開，可以有效降低晶圓受損的機會。升降裝置113可以為升降銷或是起模頂桿(lift pin)，而移動裝置115可以為機械臂或其他能進行晶圓傳送之裝置。
步驟S202：判斷熱處理製程系統11是否發生異常狀態，若是則升降裝置113維持升起狀態之位置並進入步驟S209，若否則進入步驟S203。監控模組15能監控熱處理製程系統11，並與控制模組13電性連接，當監控模組15偵測到熱處理製程系統11發生異常狀態時，會發出訊號給控制模組13，以令升降裝置113維持升起狀態，進而將晶圓 自熱處理製程系統11中取出。此步驟可依實際需要做選擇性設定，若製程上不需要在升降裝置113下降使晶圓接觸加熱裝置111前進行判斷，則可直接進入步驟S203。
步驟S203：升降裝置113下降以使晶圓接觸加熱裝置111。亦即，當升降裝置113處於下降狀態時，晶圓能與加熱裝置111直接接觸，以利後續熱處理製程的進行。
步驟S204：判斷熱處理製程系統11是否發生異常狀態，若是則進入步驟S208，若否則進入步驟S205。監控模組15能監控熱處理製程系統11、偵測異常狀態的發生與否，並進行判斷。
步驟S205：利用加熱裝置11進行熱處理製程。熱處理製程可以是用以硬化底抗反射(bottom anti-reflective coatings,BARC)層、硬化光阻材料、硬化光學材料、改變半導體晶格結構(如將非晶結構轉變為多晶結構轉)、形成金屬半導體化合物層(如金屬矽化物層)、形成氧化層等。
步驟S206：判斷熱處理製程系統11是否發生異常狀態，若是則進入步驟S208，若否則進入步驟S207。
步驟S207：判斷該熱處理製程是否完成，若是則進入步驟S208，若否則進入步驟S205。監控模組15判斷異常狀態的有無與熱處理置成的完成，在整個熱處理製程中會不斷的交替執行。
步驟S208：升降裝置113上升以使晶圓離開加熱裝置111。當熱處理製程系統11發生異常狀態或熱處理製程完成時，升降裝置113則會自動升起，將晶圓離開加熱裝置111，避免晶圓受熱過久。
步驟S209：將晶圓自熱處理製程系統11取出。當熱處理製程已完成或熱處理製程系統11發生異常狀態時，利用移動裝置115將位於升降裝置113上懸空的晶圓自熱處理製程系統11取出，或是手動操作取出晶圓。
若升降裝置113的上升是由於熱處理製程系統11發生異常 狀態，則取出晶圓後，排除異常狀態，並判斷是否重新啟動熱處理製程系統11，以進行另一熱處理製程。若是因熱處理製程被判斷為完成，則取出晶圓後可判斷是否繼續進行另一熱處理製程，或是結束製程處理。
透過上述說明可了解，本提供之方法及其系統能有效避免晶圓加熱過久所帶來的問題，解決習知方法與系統之問題。以單一處理室(single chamber)形成矽化鎳(NiSi)層之退火製程為例，習知的系統與方法當發生異常時，會自動停止運作，晶圓還放置在具有高溫的熱吸盤上，因此待晶圓被手動取出後，晶圓已受熱過久，導致形成之矽化鎳層的厚度過厚，晶圓允收測試(wafer acceptance test,WAT)的結果將會產生很大的漂移(WAT shift)，並且依據異常狀態處理時間的長短，可能產生相對於標準值4~20%不等甚或更大的漂移程度。但依據本發明提供之系統與方法，能避免晶圓受熱過久，同時大幅改善晶圓允收測試的漂移，將漂移程度控制在接近0%，亦即能使晶圓上產生之矽化鎳層之厚度與電阻值測試控制在標準範圍內。
依據上述說明，本發明提供之方法及其系統可以於異常發生時，利用升降裝置113自動使晶圓上升離開加熱裝置111，因此可避免晶圓受熱時間過長。而依據異常狀態的不同，升降裝置113可以上升至升起狀態時之位置，或維持升起狀態時之位置，因此可避免晶圓接觸於加熱裝置上受熱過久，進而達到提高產品品質的穩定度、提升生產效率，減少產品不良率的同時減少生產成本之功效。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。任何該領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

  1. 一種避免晶圓加熱過久之方法，其包含以下步驟：(1)放置一晶圓於一熱處理製程系統11之一加熱裝置111上(S201~S203)；(2)利用該加熱裝置111進行一熱處理製程(S205)；(3)判斷該熱處理製程系統11是否發生異常狀態(S206)，若否則進入步驟(4)，若是則進入步驟(5)；(4)判斷該熱處理製程是否完成(S207)，若否則進入步驟(2)，若是則進入步驟(5)；(5)利用一升降裝置113自該加熱裝置111升起，以使該晶圓上升離開該加熱裝置111(S208)；以及(6)將該晶圓自該熱處理製程系統11取出(S209)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之避免晶圓加熱過久之方法，其中，步驟(1)包括：(1-1)利用一移動裝置115，放置該晶圓於該升降裝置113上(S201)；(1-2)判斷該熱處理製程系統11是否發生異常狀態(S202)，若否則進入步驟(1-3)，若是則進入步驟(6)；以及(1-3)該升降裝置113下降以使該晶圓接觸該加熱裝置111(S203)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之避免晶圓加熱過久之方法，其中，步驟(1)與步驟(2)之間還包括：(1.5)判斷該熱處理製程系統11是否發生異常狀態(S204)，若否則進入步驟(2)，若是則進入步驟(5)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之避免晶圓加熱過久之方法，其中該升降裝置113係一升降銷。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之避免晶圓加熱過久之方法，其中該異常狀態係為下列任一種：該晶圓於該加熱裝置111上之位置未符合標準；該熱處理製程系統11內之真空度未符合標準；該晶圓未適當吸附於該加熱裝置111上；以及該晶圓受損。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之避免晶圓加熱過久之方法，其中步驟(3)係利用一監控模組15進行。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之避免晶圓加熱過久之方法，該熱處理製程係下列任一種製程：硬化光阻材料；硬化光學材料；改變半導體晶格結構；形成金屬半導體化合物層；以及形成氧化層。
  8. 一種避免晶圓加熱過久之系統1，其包含：一熱處理製程系統11，包含：一加熱裝置111，用以加熱一晶圓；以及一升降裝置113，與該加熱裝置111連接，上升以使該晶圓離開該加熱裝置111，或下降以使該晶圓接觸該加熱裝置111；一控制模組13,與該熱處理製程系統11電性連接，以控制該升降裝置113上升或下降；以及一監控模組15，與該控制模組13電性連接，當該熱處理製程系統11發生異常狀態時，該監控模組15會發出訊號給該控制模組13，令該控制模組13使該升降裝置113上升，以使該晶圓上升離開該加熱裝置111，或者維持該升降裝置113之升起狀態，以使晶圓不接觸該加熱裝置111。
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