TWI680497B - 智慧可制定濕式處理系統 - Google Patents

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Gonglian Wu
楊永剛
Yonggang YANG
呂相林
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徐融
Rong Xu
夏余平
Yuping Xia
劉開源
Kaiyuan Liu
李君�
Jun Li
張珍珍
Zhenzhen Zhang
白靖宇
Jingyu Bai
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Abstract

本公開提供了用於進行一致的濕式處理的濕式處理系統和方法。該方法包括使用多個檢測器測量晶圓的一或多個晶圓特性，並根據測量的一或多個晶圓特性確認晶圓的晶圓輪廓。該方法還包括根據晶圓輪廓為對應的第一晶圓區域和第二晶圓區域設置濕式處理系統的第一濕式處理參數集合和第二濕式處理參數集合，其中至少一個濕式處理參數的值在第一濕式處理參數集合和第二濕式處理參數集合之間不同。該方法還包括透過根據對應的第一濕式處理參數集合和第二濕式處理參數集合將一或多種化學物質分配到第一晶圓區域和第二晶圓區域上來對晶圓執行濕式處理。

Description

智慧可制定濕式處理系統
本公開內容大致上涉及半導體技術領域，特別是涉及用於提供半導體晶圓的一致處理的系統和方法。
半導體晶圓在製造處理期間在積體電路(IC)製造設備中會經歷多次處理步驟。濕式化學處理室可用於執行處理步驟，例如蝕刻和清潔半導體晶圓。濕式化學處理室可以包括位於晶圓上方並被配置為將化學溶液分配到半導體晶圓上的噴嘴。
在本公開內容中描述了用於對半導體晶圓提供一致處理的系統和方法的實施例。
在一些實施例中，本公開提供一種方法，包括使用複數個檢測器來測量晶圓的一個或複數個晶圓特性，並根據測量的一個或複數個晶圓特性來確認晶圓的晶圓輪廓(profile)。該方法還包括根據晶圓輪廓為對應的第一晶圓區域和第二晶圓區域設置濕式處理系統的第一濕式處理參數集合和第二濕式處理參數集合，其中，至少一個濕式處理參數的值在第一濕式處理參數集合和第二 濕式處理參數集合之間不同。該方法還包括透過根據對應的第一濕式處理參數集合和第二濕式處理參數集合將一種或複數種化學物質分配到第一晶圓區域和第二晶圓區域上來對晶圓執行濕式處理。
在一些實施例中，一種用於在濕式處理系統中處理晶圓的方法包括使用複數個檢測器測量晶圓的一個或複數個晶圓特性，並根據一個或複數個晶圓特性確認晶圓的晶圓輪廓。該方法還包括根據晶圓輪廓設置濕式處理系統的一個或複數個參數，並透過根據一個或複數個參數將一種或複數種化學物質分配到處理室中來對晶圓執行濕式處理。該方法還包括確認整個晶圓的濕式處理結果是否在變化閾值內。當所確認的濕式處理結果在變化閾值內，該方法還包括維持濕式處理系統的一個或複數個參數。當所確認的濕式處理結果在變化閾值之外，該方法包括調整濕式處理系統的一個或複數個參數。
在一些實施例中，一種濕式處理系統包括處理室和一個或複數個檢測器，檢測器被配置以確認晶圓的一個或複數個晶圓特性。濕式處理系統還包括位於處理室內的噴嘴。濕式處理系統還包括處理系統，該處理系統被配置以接收一個或複數個晶圓特性；根據一個或複數個晶圓特性確認晶圓輪廓；根據晶圓輪廓設置濕式處理系統的一個或複數個參數；以及根據一個或複數個參數控制噴嘴將一種或複數種化學物質分配到處理室中。
100‧‧‧處理站
102‧‧‧處理室
110‧‧‧晶圓
120‧‧‧晶圓固定器
125‧‧‧旋轉底座
130‧‧‧噴嘴
132、134‧‧‧方向
135‧‧‧噴嘴臂
140‧‧‧電機
145‧‧‧化學溶液
150‧‧‧排放管線
155‧‧‧風扇篩檢程式單元(FFU)
160‧‧‧分配管線
162‧‧‧化學物質開關盒
180a、180b、180c、180‧‧‧檢測器
190‧‧‧處理系統
192‧‧‧通訊通道
200‧‧‧濕式處理系統
250‧‧‧噴嘴控制器
260‧‧‧化學物質開關控制器
270‧‧‧室控制器
300‧‧‧方法
310、320、330、340、350‧‧‧步驟
402‧‧‧配置
412‧‧‧中心區域
414‧‧‧周圍區域
F‧‧‧力
Fx‧‧‧水平力分量
Fz‧‧‧垂直力分量
h‧‧‧高度
ω‧‧‧角度
ω1‧‧‧第一銳角
ω2‧‧‧第二銳角
併入本文並形成說明書的一部分的附圖示出了本公開內容的實施例，並且附圖與說明書一起進一步用於解釋本公開內容的原理並且使得相關領域技術人員能夠作出和使用本發明。
圖1示出了根據本公開內容的一些實施例的在濕式處理集群工具中的示例性單晶圓處理站的截面圖。
圖2是根據本公開內容的一些實施例的示例性濕式處理系統。
圖3是根據本公開內容的一些實施例的執行晶圓處理站的示例性濕式製程的流程圖。
圖4A-4B是根據本公開內容的一些實施例的在晶圓處理站中的噴嘴的示例性配置。
圖5是示出根據本公開內容的一些實施例的在晶圓處理站中的噴嘴的示例性掃描速度的圖。
將參考附圖來描述本公開內容的實施例。
儘管討論了具體的配置和佈置，但應該理解，這僅僅是為了說明的目的而進行的。相關領域的技術人員將認識到，在不脫離本公開內容的精神和範圍的情況下，可以使用其他配置和佈置。對於相關領域的技術人員顯而易見的是，本公開內容還可以用於各種其他應用中。
應當注意到，在說明書中對“一個實施例”、“實施例”、“示例性實施例”、“一些實施例”等的引用指示所描述的實施例可以包括特定的特徵、結構或特性，但是每個實施例可能不一定包括該特定的特徵、結構或特性。而且，這樣的短語不一定指代相同的實施例。此外，當結合實施例描述特定特 徵、結構或特性時，無論是否明確描述，結合其他實施例來實現這樣的特徵、結構或特性都在相關領域的技術人員的知識範圍內。
通常，可以至少部分地從上下文中的用法理解術語。例如，至少部分取決於上下文，如本文所用的術語“一個或複數個”可用於以單數意義描述任何特徵、結構或特性，或可用於以複數意義描述特徵、結構或特徵的組合。 類似地，至少部分取決於上下文，諸如“一”、“一個”或“所述”等術語同樣可以被理解為表達單數用法或表達複數用法。
應當容易理解的是，本公開內容中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含義應以最廣泛的方式來解釋，使得“在……上”不僅意味著“直接在某物上”，而且還包括其間具有中間特徵或層的“在某物上”的含義，並且“在……之上”或“在……上方”不僅意味著“在某物之上”或“在某物上方”的含義，而且還可以包括其間沒有中間特徵或層的“在某物之上”或“在某物上方”的含義(即，直接在某物上)。
此外，為了便於描述，可以在本文使用諸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……之上”、“上”等空間相對術語來描述如圖所示的一個元件或特徵與另一個(或複數個)元件或特徵的關係。除了附圖中所示的方向之外，空間相對術語旨在涵蓋設備在使用或操作中的不同方向。 裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方向)並且同樣可以相應地解釋本文使用的空間相關描述詞。
如本文所使用的，術語“基底”是指在其上添加後續材料層的材 料。基底本身可以被圖案化。添加在基底頂部上的材料可以被圖案化或可以維持未圖案化。此外，基底可以包括各種各樣的半導體材料，例如矽、鍺、砷化鎵、磷化銦等。或者，可以由非導電材料(例如玻璃、塑膠或藍寶石晶圓)製成基底。
如本文所使用的，術語“層”是指包括具有厚度的區域的材料部分。層可以在整個下層或上層結構上方延伸，或者可以具有小於下層或上層結構的範圍的範圍。此外，層可以是厚度小於連續結構的厚度的均勻或不均勻連續結構的區域。例如，層可以位於連續結構的頂表面和底表面之間或在頂表面和底表面處的任何一對水準平面之間。層可以橫向、垂直和/或沿著錐形表面延伸。基底可以是層，基底可以在其中包括一層或複數層，和/或基底可以在其上、上方和/或其下具有一層或複數層。一層可以包括複數個層。例如，互連層可以包括一個或複數個導體和接觸層(其中形成有接觸點、互連線和/或通孔)以及一個或複數個介電層。
如本文所使用的，術語“標準/標準地”是指在產品或製程的設計階段期間設定的部件或製程步驟的特性或參數的期望值或目標值、以及高於和/或低於期望值的值的範圍。值的範圍可以是由於製造製程或公差的輕微變化所引起的。如本文所使用的，術語“約”表示可以根據與主題半導體元件相關聯的特定技術節點而變化的給定量的值。根據特定的技術節點，術語“約”可以表示給定量的值，該給定量例如在該值的10-30%內變化(例如，值的±10%、±20%或±30%)。
薄膜沉積、微影、蝕刻製程等用於形成半導體元件中的各種結構， 例如設置介電層和形成互連結構。這樣的製程稱為濕式化學處理，其通常使用室(chamber)來以各種化學溶液進行濕式化學處理。濕式化學處理室可以是各種濕式工具的部件，濕式工具可以一次處理一批晶圓(例如，“多晶圓”工具)或一次處理單個晶圓(例如，“單晶圓”工具)。
例如，在單晶圓工具中，晶圓進入處理模組並位於晶圓臺上。然後晶圓經濕式化學處理，其中，位於晶圓表面上方的一個或複數個噴嘴將化學物質(例如化學溶液、去離子水、處理氣體等)分配到晶圓表面上以與其反應。 化學處理可以是蝕刻製程和/或從晶圓表面去除污染物的清潔製程。在將化學溶液分配到晶圓上時，噴嘴可以位於固定位置，或者可以(通常)在晶圓上方以恆定速度進行環繞移動。在晶圓與化學溶液充分反應之後，可以用去離子水沖洗晶圓，並將晶圓乾燥(例如，透過旋轉)，並從濕式化學處理工具中移除晶圓。
由於化學溶液在晶圓上的不同區域上具有不同補充速率(replenishing rate)，固定噴嘴配置或遵循恆定掃描速度的掃描噴嘴配置都可能導致晶圓處理不一致。在處理期間晶圓旋轉也可能產生不同的補充速率。具體來說，在濕式處理期間晶圓以預定角速度圍繞中心旋轉，同時將化學溶液分配到晶圓上。甩掉反應的化學溶液和副產物，同時透過噴嘴繼續將未反應的化學溶液分配到晶圓上。然而，由於晶圓上某點處的切線速度與該點到晶圓旋轉軸(例如，晶圓的中心)的距離成正比，所以反應的化學溶液在晶圓周邊周圍會以較大的速率被甩掉，在晶圓的中心則以較低的速率被甩掉。因此，靠近晶圓中心的切線速度較低，靠近晶圓周圍的切線速度較高，這導致反應的化學溶液積聚在晶圓的中心區域周圍。未被去除而被留下從而積聚在晶圓上的反應的化學溶液可導致晶圓材料的化學反應速率降低。例如，與晶圓周邊附近區域中的 蝕刻速率相比，晶圓中心附近的區域可以具有較低的蝕刻速率。另外，整個晶圓的結構變化可能導致濕式處理期間的處理不一致性。例如，薄膜厚度、表面粗糙度、元件密度和其他因素的變化可能導致整個晶圓的處理變化並導致元件產量低。因此，需要在半導體製造期間改善濕式處理的晶圓處理一致性。
為了解決上述缺點，本文描述的實施例旨在提供用於改善濕式處理系統中的晶圓處理一致性的系統和方法。更具體地，本公開涉及一種晶圓處理系統，其被配置為在濕式處理製程之前先確認晶圓輪廓，使得在濕式處理之前和/或期間根據晶圓輪廓制訂每個濕式製程。此外，晶圓處理系統還被配置為透過相對於晶圓表面的可調整的角度放置晶圓噴嘴、以及根據晶圓的目標部分以可變橫向掃描速度移動噴嘴來減少晶圓處理的不一致性。
本公開中描述的各種實施例可提供例如三維反及(NAND)記憶體之類的半導體元件中改善晶圓處理一致性和減少厚度變化等優點。改善晶圓處理一致性可確保並改善三維反及記憶體的性能和產量。
圖1是示例性單晶圓濕式化學處理站100的截面圖。處理站100可以是濕式化學處理集群工具(為簡單起見未在圖1中示出)的處理室。濕式化學處理集群工具可以包括附加部件，例如模組(例如，轉移模組和濕式化學處理站)、機器人臂、泵、排放管線、加熱元件、氣體和化學物質輸送管線、控制器、閥門以及與集群工具的其他部件(例如，電腦單元、化學分析儀、品質流量控制器、壓力控制器、閥門和泵)的外部和內部的電性連接。在不脫離本公開內容的精神和範圍的情況下，雖然未在圖1中示出，但是這些附加部件可以與那些示出的部件組合。
處理站100可以包括處理室102、晶圓固定器120、旋轉底座125、噴嘴130、噴嘴臂135、電機140、排放管線150、風扇篩檢程式單元(FFU)155、分配管線160和化學物質開關盒162。處理站100還可以包括位於處理室102周圍的檢測器180a-180c以檢測晶圓特性。處理系統190可以接收檢測到的晶圓特性並生成晶圓輪廓以在進一步處理期間進行調整。
在實施例中，晶圓110透過機械臂轉移到處理室102中，並使用夾具、真空吸盤等固定到晶圓固定器120上。晶圓固定器120進一步連接到處理站100的旋轉底座125。在一些實施例中，晶圓固定器120可以在濕式化學處理或乾燥處理期間以不同旋轉速度經由旋轉底座125旋轉晶圓110。在一些實施例中，晶圓110可在濕式處理期間以任何合適的旋轉速度旋轉。例如，晶圓110可以以約300rpm、500rpm、1000rpm、2000rpm或任何合適的旋轉速度旋轉。
處理站100包括連接到噴嘴臂135的噴嘴130。噴嘴130可以由電機140透過噴嘴臂135沿x方向(例如，沿方向132)橫向移動，使得噴嘴130可以位於晶圓110上的任何合適區域(例如晶圓110的中心區域或周圍區域)的正上方。 噴嘴130也可以在y方向上(例如，沿方向134)垂直移動，藉此在濕式化學處理之前、期間或之後調整晶圓110和噴嘴130之間的高度h。如圖1所示，高度h是噴嘴130的尖端和晶圓110的頂表面之間的距離。在一些實施例中，噴嘴130還可以以各種角速度圍繞電機140旋轉。在一些實施例中，噴嘴130可以相對於晶圓110的頂表面處於標準角度ω。在一些實施例中，角度ω可以在約5°和約90°之間。 在一些實施例中，可以根據檢測到的晶圓輪廓和處理狀況在製程的持續時間內調整噴嘴130的其他合適參數。這些其他可調整參數包括但不限於：噴嘴130和 晶圓110之間的高度h；噴嘴130相對於晶圓110的頂表面的方向；噴嘴130的橫向掃描速度；噴嘴130的掃描區域；以及化學溶液離開噴嘴130的流速。在一些實施例中，處理站100可以配備有複數個噴嘴，這取決於處理站100的設計。噴嘴130可以將液體、氣體或液體/氣體混合物形式的一種或複數種化學物質分配到晶圓110的表面上，使得化學物質可以與晶圓110上的材料反應。作為示例而非限制，噴嘴130可以連接到一個或複數個化學物質開關盒，該一個或複數個化學物質開關盒流體連接到填充有化學物質的外部罐(tank)。
化學物質開關盒162可以用於透過噴嘴130將合適的化學物質分配到處理站100。化學物質開關盒162可以是化學物質分配系統(未示出)的一部分，化學物質分配系統中容納了閥門和化學物質分配管線並，且化學溶液在輸送到噴嘴130和其他分配噴嘴之前預混合。在一些實施例中，化學溶液可以預混合，並且化學物質開關盒162可以流體連接到噴嘴130。在一些實施例中，分配管線160可以連接到處理室102，以將合適的化學物質提供到處理站100中。例如，可以透過分配管線160將合適的化學物質提供到處理站100中。在一些實施例中，附加的分配管線可以安裝在處理站100的不同的殼體表面上，例如室殼體的垂直壁和底表面上，並且為了簡單起見未示出附加的分配管線。
化學物質開關盒162還可以包括開關，其根據檢測到的晶圓輪廓控制化學物質向處理站100中的輸送。例如，當噴嘴130位於處於執行不足的處理狀況(例如，欠蝕刻)的晶圓區域上方時，分配管線160可用於增大提供給噴嘴130的化學物質的流速。在一些實施例中，當噴嘴130位於處於執行過度的處理狀況(例如，過蝕刻)的晶圓區域上方時，分配管線160可用於降低提供給噴嘴130的化學物質的流速。在一些實施例中，當在晶圓110的表面上分配化學溶液145 時，晶圓110可以旋轉或可以不旋轉。
處理站100還可以包括風扇篩檢程式單元(FFU)，其為處理站100的內部提供過濾空氣。例如，FFU 155可以連接到處理室102的頂表面並且可以具有多於一個的篩檢程式和被配置為提供標準空氣流量的多於一個的鼓風機電機。
排放管線150可以附接到處理室102以收集化學溶液。根據一些實施例，在化學溶液已用來執行晶圓表面的處理之後，化學溶液可以透過一個或複數個排放管線150收集到收集槽。在一些實施例中，可在晶圓110在濕式化學處理期間旋轉的同時執行對消耗過的化學溶液的收集。
一個或複數個檢測器180a-180c可以位於處理室102周圍。在一些實施例中，檢測器180a-180c位於處理室102的側壁和頂壁/底壁周圍。例如，三個檢測器可以位於矩形處理室102周圍，其中檢測器面向處理室102的側壁和頂壁。 在一些實施例中，觀察口可以安裝在處理室102的側壁和頂壁上並與各個檢測器對準，使得處理室102的內部對於各個檢測器是可見的。在一些實施例中，檢測器180a-180c可以在處理室102內。在一些實施例中，檢測器180a-180c可以被配置以檢測晶圓110的晶圓特性，例如，舉例而言，晶圓110上形成的薄膜的層成分和層厚度。在一些實施例中，檢測器180a-180c可以安裝在檢測器室中，該檢測器室被配置以在晶圓110被輸送到處理室102之前檢測晶圓特性。在一些實施例中，檢測器180a-180c可以是鐳射厚度感測器、光學輪廓儀、多波長偏振光橢圓率測量儀、離子束分析儀和/或任何其他合適的檢測器或其組合。在一些實施例中，檢測器180a-180c可以均是電荷耦合元件(CCD)相機，其為根據CCD的 圖像檢測系統的部件。在一些實施例中，還可以使用光電管或其他類似的檢測呈現給其區域的圖像的自動檢測裝置。在一些實施例中，取決於被檢查的製程，檢測器180a-180c可以包括至少一個CCD單色或彩色相機。因此，檢測器180a-180c可以均被配置以產生晶圓的一個或複數個高解析度圖像，以將高解析度圖像提供給使用者或處理系統。
處理系統190可以透過通訊通道192電連接到檢測器180a-180c和處理室102。處理系統190可以包括用於分析由檢測器180a-180c產生的訊號的處理電路和軟體，並使用訊號生成晶圓輪廓。通訊通道192可以是用於發送訊號的任何合適的佈線、光纖或無線技術。生成的晶圓輪廓可適合給用戶觀看。例如，所得到的晶圓輪廓可以顯示在處理系統190或觀察設備(例如位於操作員工作站的電腦監視器)上。
根據晶圓輪廓，處理系統190可以確認適合晶圓的濕式處理配方或條件。例如，濕式處理條件可取決於晶圓是否具有一致的特性(例如，整個晶圓上的共形厚度)。具體來說，處理系統190可以透過比較整個晶圓110上的薄膜厚度來確認晶圓110上的區域是欠處理還是過處理的。不可接受或不一致的晶圓處理狀況的示例是當晶圓110的中心區域是欠蝕刻的(例如，較大的剩餘薄膜厚度)或周圍是過蝕刻(例如，較小的剩餘薄膜厚度)時。在一些實施例中，處理系統190可以選擇處理配方或條件，其可以透過欠處理或過處理對應區域來減少晶圓的不一致特性。例如，透過大量的化學反應時間可以對欠蝕刻區域進行過處理，並且透過有限的化學反應時間可以對過蝕刻區域進行欠處理。然後，處理系統190可以透過比較整個晶圓110的表面特性(例如，舉例而言，表面粗糙度、薄膜成分和/或任何其他合適的特性或其組合)來確認處理是否得到一致的特 性。檢測器可以由處理系統190操作以進行晶圓特性的一次測量，或者可以被操作為在晶圓處理期間以預定間隔連續測量晶圓特性。因此，檢測器可以提供晶圓處理的連續監測並將檢測結果發送到處理系統190，使得處理系統190可以在濕式處理期間即時調整處理配方或條件。
在一些實施例中，處理系統190可以被配置為接收極大資料集(例如，大資料)並對其進行計算分析以揭示與晶圓處理狀況和所得到的經處理晶圓有關的模式(pattern)、趨勢和關聯性。具體來說，處理系統190可以從檢測器接收表示薄膜的厚度、成分、粗糙度和任何其他合適特性的收集到的資料集，並參考濕式處理參數分析該資料集。資料集可以用作處理系統190的回饋，以即時或在處理之後微調處理配方，使其可以連續地改善濕式製程，並得到經改善的晶圓處理一致性和元件產量。
處理系統190可以被配置以執行各種附加或替代分析任務，例如任何合適訊號的分析、統計處理、任務調度、警報訊號的生成、其他控制訊號的生成等。例如，在檢測到處理不一致性時，處理系統190可以被配置以生成警報訊號以警告使用者，並且還可以被配置以在處理室內執行一系列預定任務，以便減少檢測到的處理狀況不一致性。在一些實施例中，濕式處理結果中的不一致性可例如包括蝕刻速率變化、薄膜厚度變化、生長速率變化以及整個晶圓上的任何其他合適的變化。在一些實施例中，不一致性可以是整個晶圓上大於5%、10%、25%或任何合適的變化閾值的變化。當濕式處理結果在變化閾值之外，處理系統190可以調整各種處理參數，例如，舉例而言，噴嘴130的橫向噴嘴掃描速度、位置和角度、晶圓110的旋轉速度、化學溶液145的流速、其組合、以及任何其他合適的處理參數。處理系統190可以鄰近處理室102設置，使得例如 操作者可以容易地查看處理系統190和處理室102兩者以確認不一致處理狀況以及參與並糾正該狀況的原因。或者，在一些實施例中，處理系統190可以放置在遠端位置，例如處理命令中心，在此可以同時監測來自各個處理站或濕式工作臺的各個圖像。
圖2是根據一些實施例的示例性濕式處理系統的示意圖。圖2中示出的示例性濕式處理系統200可以包括濕式處理室102、檢測器180、處理系統190、噴嘴控制器250、化學物質開關控制器260和室控制器270。濕式處理系統200還可以包括其他合適的部件，例如附加的檢測器、感測器、泵、閥門。為簡單起見，未在圖2中示出這些其他合適的部件。在一些實施例中，噴嘴控制器250、化學物質開關控制器260和室控制器270可以包括任何合適的電腦控制的模組，例如閥門、電機或晶圓臺。在一些實施例中，上述控制器可以根據所生成的晶圓輪廓和對晶圓處理一致性的監測來控制各種元件參數。例如，參考圖1和圖2，噴嘴控制器250可以控制噴嘴130和晶圓110之間的高度h、噴嘴130相對於晶圓110的頂表面的方向、噴嘴130的橫向掃描速度、噴嘴130的掃描區域和噴嘴130的其他合適參數。在一些實施例中，噴嘴130可由噴嘴控制器250控制以分配一種或複數種化學溶液。在一些實施例中，可以操作化學物質開關控制器260以打開或關閉一個或複數個化學物質開關(例如，化學物質開關盒162)以開始或停止讓化學溶液流入處理室102。在一些實施例中，化學物質開關控制器260還可以調整化學物質的流速。可以操作室控制器270以調整濕式處理的任何合適的參數，例如，室控制器270可以調整FFU 155的風扇速度、旋轉底座125的旋轉速度(這又決定晶圓110的旋轉速度)、晶圓固定器120的運動、以及任何其他合適的參數。
檢測器180和處理系統190可以確認被輸送到濕式處理室102中進行濕式處理的晶圓的晶圓輪廓。檢測器180可以測量晶圓的各種特性。例如，檢測器180能夠確認所述晶圓的成分、形成在晶圓上的結構、形成在晶圓上的薄膜的厚度和厚度變化。檢測器180可以是鐳射厚度感測器、光學輪廓儀、多波長偏振光橢圓率測量儀、離子束分析儀、CCD相機和/或任何其他合適的檢測器。在一些實施例中，檢測器180可以類似於上面在圖1中描述的檢測器180a-180c。處理系統190接收測量的晶圓特性並確認可用於對應地調整晶圓處理條件的晶圓輪廓。具體來說，處理系統190可以根據晶圓輪廓調整濕式處理室102中的濕式處理的參數。在一些實施例中，檢測器180可以測量整個晶圓上的薄膜厚度，並且處理系統190可以產生關於薄膜厚度的晶圓輪廓。晶圓輪廓可例如包括薄膜厚度以及它們與晶圓區域的相關性之類的資訊。例如，在去除部分薄膜的濕式蝕刻製程中，處理系統190可以從檢測器180接收所測量的薄膜厚度，並且可以確認薄膜厚度在晶圓的中央區域較大而在晶圓周圍附近較小。作為結果，處理系統190可以透過噴嘴控制器250控制噴嘴130，使得當噴嘴130在晶圓中心區域上方時，它可以透過(i)以較慢速度掃描(例如，移動)，和/或(ii)使用增大的化學物質流速，和/或(iii)減少相對於晶圓頂表面的噴嘴角度使其可以連續地進行化學反應來增大化學反應。
圖3是根據一些實施例的方法300的流程圖，其描述了濕式化學處理站的示例性一致晶圓處理。作為示例而非限制，方法300的濕式化學處理可以分別在圖1和圖2中所示的處理站100和濕式處理系統200中執行。本公開內容不限於該步驟說明。相反，其他步驟也在本公開內容的精神和範圍內。應理解，可以執行額外步驟。此外，執行本文提供的公開內容並非需要所有步驟。此外，一些步驟可以同時執行，或者以與圖3中所示的順序不同的順序執行。在一些實 施方式中，除了當前描述的步驟或代替當前描述的步驟，可以執行一個或多個其他步驟。出於說明性目的，參考圖1、圖2、圖4A-4B和圖5的實施例來描述方法300。然而，方法300不限於這些實施例。
出於示例目的，將針對單晶圓濕式化學處理站來描述方法300。根據本文的公開內容，方法300可以同樣地適用於能夠一次處理多個晶圓的批量濕式化學處理站。兩種濕式化學處理站配置(單晶圓和批量)都在本公開內容的精神和範圍內。
方法300始於步驟310，其中根據一些實施例，將晶圓轉移到濕式處理站的處理室。例如，可以透過具有機械臂(未示出)的轉移模組將晶圓110轉移到濕式化學處理室102。如上所述，濕式化學處理室102可以是濕式處理集群工具(例如，濕式化學處理站100)中的模組，濕式處理集群工具可以進一步包括適合於其操作的附加濕式化學處理站、模組和設備。
在方法300的步驟320中，根據一些實施例，一個或複數個檢測器被配置以檢測任何合適的晶圓特性。一個或複數個檢測器可以被配置以檢測在晶圓上形成的薄膜的成分和厚度。例如，一個或複數個檢測器可以確認在晶圓上形成氧化矽和氮化矽的交替層。在一些實施例中，一個或複數個檢測器可以測量整個晶圓上的薄膜層的厚度和厚度變化。在一些實施例中，一個或複數個檢測器可以被配置以測量晶圓的選定區域處的薄膜厚度，並且還可被配置以記錄該區域的位置資訊。例如，一個或複數個檢測器可以檢測到設置在晶圓的中心區域周圍(例如，在晶圓半徑的距晶圓中心15%以內)的氧化矽膜具有約100奈米的厚度，並且在晶圓的其他區域(例如，在晶圓半徑的距晶圓中心15%和100 %之間)中的氧化矽膜的厚度具有約120奈米的厚度。在一些實施例中，一個或複數個檢測器可以安裝在負載鎖定室(load lock chamber)中，該負載鎖定室被配置為將晶圓輸送到處理室中。在一些實施例中，一個或複數個檢測器可以安裝在處理室中。在一些實施例中，一個或複數個檢測器可以是鐳射厚度感測器、光學輪廓儀、多波長偏振光橢圓率測量儀、離子束分析儀和/或任何其他合適的檢測器。在一些實施例中，一個或複數個檢測器可以分別是上面在圖1和圖2中描述的檢測器180a-180c和180。
在方法300的步驟330中，根據一些實施例，由處理系統(例如處理系統190)根據檢測到的晶圓特性確認晶圓輪廓。處理系統可以包括合適的處理電路和軟體，其用於透過分析從檢測器接收的晶圓特性來生成晶圓輪廓。生成的晶圓輪廓可適合給用戶觀看。處理系統可以根據所接收的晶圓特性生成晶圓輪廓。在一些實施例中，處理系統可以根據由檢測器測量的晶圓特性來確認在晶圓上形成的薄膜的成分、厚度、粗糙度和任何其他合適的特性。在一些實施例中，處理系統還可以測量在晶圓上形成的半導體結構的尺寸和密度。
另外，處理系統可以根據測量的晶圓特性來確認晶圓預先存在的(例如，在濕式處理之前)不一致性。例如，檢測器可以測量晶圓上的結構的尺寸和密度，並且處理系統可以確認結構尺寸和密度是否在整個晶圓上是一致的(例如，共形的)。在一些實施例中，處理系統可以透過比較整個晶圓上的薄膜厚度來確認晶圓上的區域是欠處理還是過處理的。不可接受或不一致的晶圓特性的一個示例是晶圓的中心區域是欠蝕刻的(例如，較大的剩餘薄膜厚度)而周圍是過蝕刻的(例如，較小的剩餘薄膜厚度)。在一些實施例中，使用者或處理系統可以透過比較整個晶圓的表面特性(例如，舉例而言，表面粗糙度、薄膜成 分和/或任何其他合適的特性)來確認晶圓特性是否一致。在一些實施例中，檢測器可以由處理系統操作以進行晶圓特性的一次測量。
根據所確認的晶圓輪廓(其也可以包括任何預先存在的不一致性)，處理系統可以為晶圓生成合適的濕式處理配方或標準處理條件。或者，處理系統可以從處理系統或遠端伺服器內的儲存介質中檢索合適的處理配方。在一些實施例中，所生成的晶圓輪廓可以儲存在儲存介質中。處理系統和晶圓的示例可以分別是上述處理系統190和晶圓110。
在方法300的步驟340中，根據一些實施例，根據所確認的晶圓輪廓將晶圓暴露於濕式化學處理。在一些實施例中，晶圓輪廓可以在濕式處理之前由處理系統確認，並且處理系統被配置以生成或載入適合晶圓輪廓的濕式處理配方，使得晶圓處理可以是一致的。例如，處理系統可以調整濕式處理參數，例如噴嘴角度、掃描速度、化學物質流速、晶圓旋轉速度和任何其他合適的參數。在一些實施例中，晶圓輪廓可以是動態晶圓輪廓，其中操作檢測器以在晶圓處理期間以預定間隔連續測量晶圓特性並週期性地更新晶圓輪廓。因此，檢測器可以提供對晶圓處理的連續監測，並將檢測到的處理結果發送到處理系統，使得處理系統可以在濕式處理期間即時調整處理配方或條件。在一些實施例中，表示測量到的晶圓特性的資料量可以是比較大的並且被認為為大資料。 處理系統可被配置為接收大資料並對其進行計算分析以揭示與晶圓處理狀況和所得到的經處理晶圓有關的模式、趨勢和關聯性。接收和處理大資料可以是處理系統的回饋機制，以即時或在處理之後微調處理配方，使其可以連續地改善濕式製程，並得到經改善的晶圓處理一致性和元件產量。
處理系統還可以調整濕式處理參數以改善整個晶圓上的處理速率一致性。例如，與晶圓周圍的附近區域中的蝕刻速率相比，處理系統可以增大基本相似的晶圓中心的附近區域中的蝕刻速率。具體來說，處理系統可以調整噴嘴的噴嘴角度和/或掃描速度，以增大晶圓中心的附近區域的蝕刻速率。圖4A-4B示出了在晶圓的各個區域中配置的用於減小處理不一致性的示例性噴嘴角度。 圖5示出了用於減小處理不一致性的示例性橫向噴嘴掃描速度配置，其中相對於沿晶圓半徑的各個噴嘴位置繪製噴嘴的掃描速度。為了便於說明，圖4A-4B與圖1-2中所示的相似結構可使用相同的標記；然而，這種重複本身並不代表所討論的各個實施例和/或配置之間的關係。
圖4A-4B示出了噴嘴130位於晶圓110的上方。為了方便描述，可以將晶圓110劃分為中心區域412和周圍區域414。中心區域412可以是晶圓半徑的距晶圓中心約15%以內的區域，周圍區域414覆蓋晶圓除中心區域之外的剩餘部分。在一些實施例中，中心區域412和周圍區域414可以是晶圓110上的任何合適的區域，例如，中心區域412所具有的半徑可以約為晶圓半徑的2%、5%、10%、20%或任何合適比率，這取決於薄膜成分、在晶圓上形成的結構和晶圓半徑。 作為示例，晶圓110可以是半徑為150mm的12英寸(例如，300mm)晶圓。在一些實施例中，中心區域412的半徑可為約20mm。由於中心區域412周圍區域414相比具有較低的切線速度，因此反應的化學物質傾向聚積在中心區域412內並降低中心區域412內的處理速率。
處理系統可以被配置以透過相對於晶圓110的頂表面將噴嘴角度ω調整為銳角(例如，小於90°)來去除反應的化學物質並補充未反應的化學物質。 如配置402(其中噴嘴130位於中心區域412的上方)所示，噴嘴130相對於晶圓 110可具有第一銳角ω1。當透過噴嘴130將未反應的化學物質分配到晶圓110上時，由於未反應的化學物質的動量變化，力F施加到晶圓110上。為簡單起見，力F也以第一銳角ω1施加到晶圓110上。力F可以分解成沿水平x軸和垂直z軸的分量，分別由Fx和Fz表示。可以確認【F_x=F cos ω】_1和【F_z=F sin ω】_1。 水平力分量Fx可以將積聚的反應的化學物質橫向推離中心區域412並推向晶圓的周圍。同時，由噴嘴130分配的未反應的化學物質取代被去除的反應的化學物質並與晶圓110上的薄膜或結構反應。由於水平力分量Fx隨著第一銳角ω1減少而增大，所以處理系統可以根據需要多快地將積聚的反應的化學物質移向晶圓周圍來設置第一銳角ω1。在一些實施例中，第一銳角ω1可以在約30度和約75度之間。例如，第一銳角ω1可以在約30度和約45度之間。在一些實施例中，第一銳角ω1可以在約45度和約75度之間。在一些實施例中，噴嘴130在中心區域412內的橫向掃描速度可以在約40毫米/分(mm/min)和約80毫米/分之間。
在一些實施例中，處理系統可以控制化學物質開關，藉此可以從噴嘴130以更大的流速分配化學物質，進一步增大了反應的化學物質從中心區域412去除的速率。在一些實施例中，處理系統還可以調整噴嘴130的位置和對應的掃描速度。如圖5所示，透過從中心區域412的邊界(例如，距離晶圓中心-20毫米)開始移動經過晶圓的中心(例如，原點)，並且到達中心區域412的相對另一個邊界(例如，距離晶圓中心20mm)，噴嘴130移動經過中心區域412。處理系統可以將噴嘴130配置為在上述掃描運動的持續時間內以相對較低的掃描速度移動。例如，噴嘴可以約60毫米/分的橫向掃描速度移動。在一些實施例中，可以使用任何合適的橫向掃描速度。
當處理系統將噴嘴130從中心區域412移動到周圍區域414中時，處理 系統可以調整噴嘴角度以及橫向掃描速度。例如，處理系統可以將噴嘴130和晶圓110的頂表面之間的銳角夾角增大到第二銳角ω2，並將噴嘴130的橫向掃描速度增大到大約100毫米/分。在一些實施例中，第二銳角ω2可以大於第一銳角ω1，這是因為與中心區域412中的區域相比，周圍區域414中的區域可以具有更大的切線速度，並且可以透過晶圓的旋轉更容易地去除反應的化學物質。在一些實施例中，第二銳角ω2可以大於約75度且小於約90度。處理系統可以將噴嘴130配置為在上述掃描運動的持續時間內以相對較高的掃描速度移動。在一些實施例中，噴嘴130在周圍區域414內的橫向掃描速度可在約80毫米/分和約120毫米/分之間。
在方法300的步驟350中，根據一些實施例，可以在濕式化學處理期間調整濕式化學處理的參數。在一些實施例中，可以根據即時處理狀況和由檢測器檢測到並由處理系統分析的處理結果來調整濕式化學處理的參數。當處理結果在預定變化閾值內時，處理系統可以維持濕式處理的一個或複數個參數的當前設置值。另一方面，當於當檢測器檢測到的處理結果在預定閾值之外時，處理系統可以被配置為調整濕式處理的一個或複數個參數，使整個晶圓上的濕式處理具一致性。
在一些實施例中，處理不一致性的示例可以包括蝕刻速率變化、薄膜厚度變化、生長速率變化以及整個晶圓上的任何其他合適的變化。在一些實施例中，不一致性閾值可以是整個晶圓上大於5%、10%、25%或任何合適的變化閾值的變化。用於濕式處理的一個或多個參數可以是噴嘴130的橫向噴嘴掃描速度、位置和角度、晶圓110的旋轉速度、化學溶液145的流速、其組合、以及任何其他合適的處理參數。例如，處理系統可以根據晶圓的各個區域中的薄膜 的處理速率來即時調整處理參數。具體來說，為了回應在濕式蝕刻製程期間晶圓的區域被過蝕刻，處理系統可以設置更大的橫向掃描速度以減少分配在該區域上的化學物質的量。例如，在設計的用於將薄膜厚度減少50奈米的蝕刻製程期間，檢測器可以在處理期間檢測到晶圓中心區域中的薄膜厚度已經減少了20奈米而晶圓周圍中的薄膜厚度已經減少了40奈米。
處理系統可以被配置以根據檢測到的厚度差來調整處理參數，並且增大晶圓中心區域中的蝕刻速率，使得去除的薄膜厚度在中心和周圍一致。作為示例，當噴嘴位於中心區域上方時，處理系統可以減少噴嘴的橫向掃描速度，和/或當噴嘴位於周圍區域上方時，處理系統可以增大橫向掃描速度。掃描速度差可以增大中心區域中的相對蝕刻速率。另外，處理系統還可以根據處理狀況即時調整噴嘴角度。例如，當在晶圓區域中檢測到較低處理速率時，可由處理系統將噴嘴角度調整到較小的值，從而以更大的速率去除反應的化學物質。在一些實施例中，處理系統可以增大或減少晶圓的合適區域中的化學物質流速，以調整處理速率和條件，使得整個晶圓上的處理一致。
本公開內容中描述的各個實施例涉及用於改善濕式處理系統中的晶圓處理一致性的系統和方法。更具體來說，本公開內容涉及一種晶圓處理系統，其被配置為在濕式處理製程之前檢測並確認晶圓輪廓，以根據晶圓輪廓制訂每個濕式製程。此外，晶圓處理系統還被配置為透過以相對於晶圓表面的可調整的角度放置晶圓噴嘴、以及根據晶圓的目標部分以可調整掃描速度的移動噴嘴來減少晶圓處理的不一致性。另外，本公開內容中描述的實施例可以提供例如諸如三維反及記憶體之類的半導體元件中改善晶圓處理一致性和減少厚度變化等優點。改善的晶圓處理一致性可確保並改善三維反及記憶體的性能和產量。
以上對具體實施例的描述將充分揭示本公開的總體性質，以使得其他人可以透過應用本領域技術內的知識容易地修改和/或改變這些具體實施例的各種應用，而無需過度實驗，且不脫離本發明的總體構思。因此，根據本文給出的教導和指導，這樣的改變和修改旨在處於所公開的實施例的等同要件的含義和範圍內。應該理解的是，本文中的措辭或術語是出於描述的目的而非限制的目的，使得本說明書的術語或措辭將由本領域技術人員根據教導和指導來解釋。
上面已經借助於功能構件塊描述了本公開內容的實施例，該功能構件塊示出了特定功能及其關係的實施方式。為了描述的方便，本文任意定義了這些功能構件塊的邊界。只要適當地執行了特定功能和關係，就可以定義可替換的邊界。
發明內容和摘要部分可以闡述由(一個或多個)發明人設想的本公開內容的一個或多個但不是全部的示例性實施例，並且因此不旨在以任何方式限制本公開內容和所附請求項。
本公開內容的廣度和範圍不應受任何上述示例性實施例的限制，而應僅根據所附請求項及其等同要件來限定。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (17)

  1. 一種用於濕式處理系統中處理晶圓的方法，包括：使用複數個檢測器來測量晶圓的一個或複數個晶圓特性；根據所測量的一個或複數個晶圓特性來確認所述晶圓的晶圓輪廓；根據所述晶圓輪廓為對應的第一晶圓區域和第二晶圓區域設置濕式處理系統的第一濕式處理參數集合和第二濕式處理參數集合，其中，至少一個濕式處理參數的值在所述第一濕式處理參數集合和所述第二濕式處理參數集合之間不同；以及透過根據對應的所述第一濕式處理參數集合和所述第二濕式處理參數集合將一種或複數種化學物質透過噴嘴分配到所述晶圓的所述第一晶圓區域和所述第二晶圓區域上來對所述晶圓執行濕式處理，其中所述第一濕式處理參數集合或所述第二濕式處理參數集合包括所述噴嘴的角度、所述噴嘴的高度和所述噴嘴的橫向掃描速度中的至少一個。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中，分配所述一種或複數種化學物質包括以第一橫向掃描速度在所述晶圓的第一區域上方移動所述噴嘴，並以第二橫向掃描速度在所述晶圓的第二區域上方移動所述噴嘴。
  3. 根據請求項2所述的方法，其中，所述第一區域和所述第二區域分別包括所述晶圓的中心區域和周圍區域，並且所述第一橫向掃描速度低於所述第二橫向掃描速度。
  4. 根據請求項3所述的方法，其中，在所述晶圓的所述中心區域上方移動所述噴嘴包括：將所述噴嘴放置在處於晶圓半徑的距晶圓中心15%以內的晶圓表面區域上方。
  5. 根據請求項3所述的方法，其中，在所述晶圓的所述中心區域上方移動所述噴嘴包括：相對於所述晶圓的頂表面以銳角放置所述噴嘴。
  6. 根據請求項5所述的方法，其中，所述銳角在約30度和約75度之間。
  7. 根據請求項1所述的方法，其中，所述第一濕式處理參數集合和所述第二濕式處理參數集合包括所述一種或複數種化學物質的流速中的至少一個。
  8. 根據請求項1所述的方法，其中，測量所述一個或複數個晶圓特性包括測量所述晶圓上的薄膜厚度。
  9. 一種用於在濕式處理系統中處理晶圓的方法，包括：使用複數個檢測器來測量晶圓的一個或複數個晶圓特性；根據所述一個或複數個晶圓特性來確認所述晶圓的晶圓輪廓；根據所述晶圓輪廓來設置所述濕式處理系統的一個或複數個參數；透過根據所述一個或複數個參數將一種或複數種化學物質分配到處理室中來對所述晶圓執行濕式處理；以及確認整個所述晶圓的濕式處理結果是否在變化閾值內；當所確認的濕式處理結果在所述變化閾值內，維持所述濕式處理系統的所述一個或複數個參數；並且當所確認的濕式處理結果在所述變化閾值之外，調整所述濕式處理系統的所述一個或複數個參數。
  10. 根據請求項9所述的方法，其中，分配所述一種或複數種化學物質包括透過噴嘴將一種或複數種化學溶液分配到所述晶圓上。
  11. 根據請求項10所述的方法，其中，設置所述一個或複數個參數包括設置所述噴嘴的角度、所述噴嘴的高度和所述噴嘴的橫向掃描速度中的至少一個。
  12. 根據請求項10所述的方法，其中，設置所述一個或複數個參數包括將所述噴嘴配置為以第一橫向掃描速度在所述晶圓的中心區域上方移動，並以低於所述第一橫向掃描速度的第二橫向掃描速度在所述晶圓的周圍區域上方移動。
  13. 根據請求項10所述的方法，其中，設置所述一個或複數個參數包括相對於所述晶圓的頂表面以銳角放置所述噴嘴。
  14. 一種濕式處理系統，包括：一個或複數個檢測器，其被配置以確認晶圓的一個或複數個晶圓特性；噴嘴；以及處理系統，其被配置為：接收所述一個或複數個晶圓特性；根據所述一個或複數個晶圓特性來確認晶圓輪廓；根據所述晶圓輪廓來設置所述濕式處理系統的一個或複數個參數；以及根據所述一個或複數個參數控制所述噴嘴來分配一種或複數種化學物質，其中所述一個或複數個參數包括所述噴嘴的角度、所述噴嘴的高度和所述噴嘴的橫向掃描速度中的至少一個。
  15. 根據請求項14所述的濕式處理系統，其中，所述一個或複數個晶圓特性包括薄膜厚度和薄膜成分。
  16. 根據請求項14所述的濕式處理系統，其中，所述噴嘴相對於所述晶圓的頂表面成銳角。
  17. 根據請求項14所述的濕式處理系統，還包括處理室，其中所述噴嘴位於所述處理室內；並且所述處理系統還被配置為控制所述噴嘴來將所述一種或複數種化學物質分配到所述處理室中。
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