TWI736940B - 膜厚量測系統及膜厚量測方法 - Google Patents
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Abstract
一種膜厚量測系統，包括製程機台、至少一個第一測距裝置與至少一個第二測距裝置。製程機台包括腔室與連接至腔室的傳輸路徑。第一測距裝置與第二測距裝置互相面對且設置在傳輸路徑上。在第一測距裝置與第二測距裝置之間具有量測區。
Description
本發明是有關於一種半導體製程系統及半導體製程方法，且特別是有關於一種膜厚量測系統及膜厚量測方法。
目前光學量測薄膜的方式無法適用在金屬層的量測。現行金屬層的膜厚量測方法是透過電性偵測金屬層的片電阻，再將片電阻進行換算而得到膜厚資料。然而，片電阻的量測方法本身是一種破壞性量測，因此一般都是用控片量測，並不能反映產品薄膜的真實厚度。
本發明提供一種膜厚量測系統及膜厚量測方法，其可藉由距離來量測晶圓結構的不透光層的厚度變動值，進而反映出產品薄膜的真實厚度。
本發明提出一種膜厚量測系統，包括製程機台、至少一個第一測距裝置與至少一個第二測距裝置。製程機台包括腔室與連接至腔室的傳輸路徑。第一測距裝置與第二測距裝置互相面對且設置在傳輸路徑上。在第一測距裝置與第二測距裝置之間具有量測區。
依照本發明的一實施例所述，在上述膜厚量測系統中，更可包括晶圓盒。傳輸路徑可位在晶圓盒與腔室之間。
依照本發明的一實施例所述，在上述膜厚量測系統中，第一測距裝置與第二測距裝置例如是光學測距裝置。
依照本發明的一實施例所述，在上述膜厚量測系統中，光學測距裝置例如是雷射測距裝置。
本發明提出一種膜厚量測方法，包括以下步驟。提供製程機台。提供互相面對的至少一個第一測距裝置與至少一個第二測距裝置。獲得第一測距裝置與第二測距裝置之間的第一距離。在將晶圓結構送入製程機台的腔室之前，獲得晶圓結構的初始厚度。晶圓結構具有彼此相對的第一面與第二面。將晶圓結構送入製程機台的腔室中，且對晶圓結構的第一面進行製程處理。在將晶圓結構移出製程機台的腔室之後，使用第一測距裝置量測第一測距裝置與位在晶圓結構的第一面的不透光層之間的第二距離。在將晶圓結構移出製程機台的腔室之後，使用第二測距裝置量測第二測距裝置與晶圓結構的第二面之間的第三距離。將第一距離減去第二距離、第三距離與晶圓結構的初始厚度，而獲得不透光層的厚度變動值。
依照本發明的一實施例所述，在上述膜厚量測方法中，製程處理例如是沉積製程、蝕刻製程、研磨製程或清洗製程。
依照本發明的一實施例所述，在上述膜厚量測方法中，當厚度變動值為正值，則厚度變動值表示不透光層的厚度增加值。當厚度變動值為負值，則厚度變動值表示不透光層的厚度減少值。當厚度變動值為0，則表示不透光層的厚度不變。
依照本發明的一實施例所述，在上述膜厚量測方法中，第一距離的量測方法例如是使用第一測距裝置或第二測距裝置進行量測。
依照本發明的一實施例所述，在上述膜厚量測方法中，晶圓結構的初始厚度的量測方法可包括以下步驟。使用第一測距裝置量測第一測距裝置與晶圓結構的第一面之間的第四距離。使用第二測距裝置量測第二測距裝置與晶圓結構的第二面之間的第五距離。將第一距離減去第四距離與第五距離，而獲得晶圓結構的初始厚度。
依照本發明的一實施例所述，在上述膜厚量測方法中，製程機台可包括腔室與連接至腔室的傳輸路徑。第一測距裝置與第二測距裝置可設置在傳輸路徑上。在第一測距裝置與第二測距裝置之間可具有量測區。第一距離、晶圓結構的初始厚度、第二距離與第三距離可在量測區中進行量測。
基於上述，本發明所提出的膜厚量測系統與膜厚量測方法可藉由第一測距裝置與第二測距裝置來量測晶圓結構的不透光層的厚度變動值，進而反映出產品薄膜的真實厚度。另外，本發明所提出的膜厚量測系統與膜厚量測方法可即時性地對進出製程機台的每個晶圓結構進行膜厚量測。此外，在本發明所提出的膜厚量測方法中，藉由將第一距離減去第二距離、第三距離與晶圓結構的初始厚度，而獲得不透光層的厚度變動值，因此即使晶圓結構產生形變也不會影響量測結果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A為本發明一實施例的膜厚量測系統的示意圖。圖1B為圖1A中的測距裝置的示意圖。圖1C為圖1A中的測距裝置的上視圖。
請參照圖1A至圖1C，膜厚量測系統10包括製程機台100、至少一個測距裝置102與至少一個測距裝置104，且更可包括晶圓盒106。製程機台100包括腔室100a與連接至腔室100a的傳輸路徑100b。製程機台100可為沉積機台、蝕刻機台、研磨機台(如，化學機械研磨機台)或清洗機台，但本發明並不以此為限。此外，傳輸路徑100b可位在晶圓盒106與腔室100a之間。
測距裝置102與測距裝置104互相面對且設置在傳輸路徑100b上。在測距裝置102與測距裝置104之間具有量測區R。晶圓結構W可在量測區R中進行膜厚量測。測距裝置102與測距裝置104所量測的資料可上傳遠端製程控制系統並計算出不透光層的膜厚變動值或者可由製程機台100收集上述資料並計算出不透光層的膜厚變動值。
測距裝置102與測距裝置104例如是光學測距裝置。光學測距裝置例如是雷射測距裝置。在測距裝置102與測距裝置104為光學測距裝置的實施例中，測距裝置102與測距裝置104分別可包括光源108a與光感測器108b(圖1B)。光源108a例如是雷射光源。光感測器108b例如是電荷耦合元件(charge coupled device，CCD)或互補式金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)。光源108a可發射光至晶圓結構W的不透光層，且光感測器108b可接收從不透光層反射的光。
測距裝置102的數量與測距裝置104的數量可分別為一個或多個。此外，測距裝置102的數量與測距裝置104的數量可為相同。在本實施例中，如圖1A與圖1C所示，測距裝置102的數量與測距裝置104的數量是以多個為例來進行說明，但本發明並不以此為限。只要測距裝置102的數量與測距裝置104的數量為至少一個即屬於本發明所保護的範圍。在測距裝置102的數量與測距裝置104的數量為多個的情況下，可在晶圓結構W的多個位置上量測出不透光層的厚度變動值，藉此可得知不透光層的膜厚均勻性。
基於上述實施例可知，膜厚量測系統10可藉由測距裝置102與測距裝置104來量測晶圓結構W的不透光層的厚度變動值，進而反映出產品薄膜的真實厚度。另外，在膜厚量測系統10中，測距裝置102與測距裝置104設置在傳輸路徑100b上，因此可即時性地對進出製程機台100的每個晶圓結構W進行膜厚量測。
圖2為本發明一實施例的膜厚量測方法的流程圖。圖3A為本發明一實施例的晶圓結構在送入製程機台的腔室之前的示意圖。圖3B為本發明一實施例的晶圓結構在移出製程機台的腔室之後的示意圖。
在本實施例中，膜厚量測方法是利用膜厚量測系統10來進行說明，但本發明並不以此為限。在一些實施例中，本實施例的膜厚量測方法亦可應用於其他膜厚量測系統中。此外，關於膜厚量測系統10中的各構件可參考圖1的實施例的說明，於此不再說明。
請參照圖1、圖2、圖3A與圖3B，進行步驟S100，提供製程機台100。製程機台100可包括腔室100a與連接至腔室100a的傳輸路徑100b。製程機台100可為沉積機台、蝕刻機台、研磨機台(如，化學機械研磨機台)或清洗機台。在本實施例中，製程機台100是以沉積機台為例來進行說明。
進行步驟S102，提供互相面對的至少一個測距裝置102與至少一個測距裝置104。測距裝置102與測距裝置104可設置在傳輸路徑100b上。在測距裝置102與測距裝置104之間可具有量測區R。
進行步驟S104，獲得測距裝置102與測距裝置104之間的距離Ds(如圖3A所示)。距離Ds的量測方法例如是使用測距裝置102或測距裝置104進行量測，但本發明並不以此限。
進行步驟S106，在將晶圓結構W送入製程機台100的腔室100a之前，獲得晶圓結構W的初始厚度Tw。晶圓結構W可僅包括晶圓本身或是包括晶圓與位在晶圓上的膜層。晶圓結構W具有彼此相對的第一面S1與第二面S2。第一面S1與第二面S2可分別為晶圓結構W的正面與背面中的一者與另一者。
晶圓結構W的初始厚度Tw的量測方法可包括以下步驟，但本發明並不以此為限。如圖3A所示，當晶圓結構W進入量測區R時，使用測距裝置102量測測距裝置102與晶圓結構W的第一面S1之間的距離D1f，且使用測距裝置104量測測距裝置104與晶圓結構W的第二面S2之間的距離D1b。將距離Ds減去距離D1f與距離D1b，而獲得晶圓結構W的初始厚度Tw(如下式(1)所示)。
Tw = Ds – D1f – D1b 式(1)
進行步驟S108，將晶圓結構W送入製程機台100的腔室100a中，且對晶圓結構W的第一面S1進行製程處理。製程處理例如是沉積製程、蝕刻製程、研磨製程(如，化學機械研磨製程)或清洗製程。在本實施例中，上述製程處理是以進行沉積製程為例來進行說明。如圖3B所示，可藉由沉積製程在晶圓結構W上形成不透光層200。不透光層200例如是金屬層。金屬層的材料例如是鋁、銅或鎢。
進行步驟S110，在將晶圓結構W移出製程機台100的腔室100a之後，使用測距裝置102量測測距裝置102與位在晶圓結構W的第一面S1的不透光層200之間的距離D2f(如圖3B所示)。
進行步驟S112，在將晶圓結構W移出製程機台100的腔室100a之後，使用測距裝置104量測測距裝置104與晶圓結構W的第二面S2之間的距離D2b(如圖3B所示)。
此外，距離Ds、晶圓結構W的初始厚度Tw、距離D2f與距離D2b可在量測區R中進行量測。
進行步驟S114，將距離Ds減去距離D2f、距離D2b與晶圓結構W的初始厚度Tw，而獲得不透光層200的厚度變動值ΔT(如下式(2)所示)。
ΔT = Ds – D2f – D2b – Tw 式(2)
當厚度變動值ΔT為正值，則厚度變動值ΔT表示不透光層200的厚度增加值。當厚度變動值ΔT為負值，則厚度變動值ΔT表示不透光層200的厚度減少值。當厚度變動值ΔT為0，表示不透光層200的厚度不變。
在本實施例中，由於是對晶圓結構W進行沉積製程，因此厚度變動值ΔT可為正值，且厚度變動值ΔT表示由沉積製程所形成的不透光層200的厚度。在其他實施例中，在對晶圓結構W進行蝕刻製程或研磨製程的情況下，厚度變動值ΔT可為負值，且厚度變動值ΔT表示由蝕刻製程或研磨製程所移除的不透光層200的厚度。在其他實施例中，在對晶圓結構W進行清洗製程的情況下，厚度變動值ΔT可為0，表示清洗製程並未對不透光層200的厚度造成影響。
基於上述實施例可知，上述膜厚量測方法可藉由測距裝置102與測距裝置104來量測晶圓結構W的不透光層200的厚度變動值ΔT，進而反映出產品薄膜的真實厚度。另外，上述實施例的膜厚量測方法可即時性地對進出製程機台100的每個晶圓結構W進行膜厚量測。如此一來，當不透光層200的厚度產生輕微的偏差時，可藉由製程機台100進行自動調整。當不透光層200的厚度產生嚴重異常時，可直接停止製程機台100的運作，待原因解決再重啟製程。此外，在上述實施例的膜厚量測方法中，藉由將距離Ds減去距離D2f、距離D2b與晶圓結構W的初始厚度Tw，而獲得不透光層200的厚度變動值ΔT，因此即使晶圓結構W產生形變也不會影響量測結果。
圖4A為本發明另一實施例的晶圓結構在送入製程機台的腔室之前的示意圖。圖4B為本發明另一實施例的晶圓結構在移出製程機台的腔室之後的示意圖。
以下，藉由圖4A與圖4B來說明厚度變動值ΔT為負數的實施例。在圖4A與圖4B中，與圖3A與圖3B相同或相似的構件以相同的符號表示，且省略其說明。
在本實施例中，對晶圓結構W的第一面S1所進行的製程處理是以進行蝕刻製程或研磨製程為例來進行說明。
請參照圖1與圖4A，在將晶圓結構W送入製程機台100的腔室100a進行蝕刻製程或研磨製程之前，可藉由上述式(1)獲得晶圓結構W的初始厚度Tw。在本實施例中，晶圓結構W可包括晶圓結構W1與不透光層202。亦即，晶圓結構W的初始厚度Tw為晶圓結構W1的厚度與不透光層202的厚度的總和。晶圓結構W1可僅包括晶圓本身或是包括晶圓與位在晶圓上的膜層。不透光層202例如是金屬層。金屬層的材料例如是鋁、銅或鎢。
請參照圖4B，在對晶圓結構W的第一面S1進行蝕刻製程或研磨製程之後，可藉由上述式(2)獲得不透光層202的厚度變動值ΔT。在本實施例中，由於是對晶圓結構W進行蝕刻製程或研磨製程，因此厚度變動值ΔT為負值，且厚度變動值ΔT表示由蝕刻製程或研磨製程所移除的不透光層202的厚度。
綜上所述，上述實施例的膜厚量測系統及膜厚量測方法可藉由距離來量測晶圓結構的不透光層的厚度變動值，進而反映出產品薄膜的真實厚度。
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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:膜厚量測系統
100:製程機台
100a:腔室
100b:傳輸路徑
102、104:測距裝置
106:晶圓盒
108a:光源
108b:光感測器
200、202:不透光層
Ds、D1f、D1b、D2f、D2b:距離
R:量測區
S1:第一面
S2:第二面
S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114:步驟
Tw:初始厚度
W、W1:晶圓結構
ΔT:厚度變動值
圖1A為本發明一實施例的膜厚量測系統的示意圖。
圖1B為圖1A中的測距裝置的示意圖。
圖1C為圖1A中的測距裝置的上視圖。
圖2為本發明一實施例的膜厚量測方法的流程圖。
圖3A為本發明一實施例的晶圓結構在送入製程機台的腔室之前的示意圖。
圖3B為本發明一實施例的晶圓結構在移出製程機台的腔室之後的示意圖。
圖4A為本發明另一實施例的晶圓結構在送入製程機台的腔室之前的示意圖。
圖4B為本發明另一實施例的晶圓結構在移出製程機台的腔室之後的示意圖。
10:膜厚量測系統
100:製程機台
100a:腔室
100b:傳輸路徑
102、104:測距裝置
106:晶圓盒
R:量測區
W:晶圓結構
Claims (8)
- 一種膜厚量測系統，包括：製程機台，包括腔室與連接至所述腔室的傳輸路徑；至少一個第一測距裝置與至少一個第二測距裝置，互相面對且設置在所述傳輸路徑上，其中在所述至少一個第一測距裝置與所述至少一個第二測距裝置之間具有量測區，且所述至少一個第一測距裝置的數量與所述至少一個第二測距裝置的數量為多個；以及晶圓盒，其中所述傳輸路徑連接於所述晶圓盒的開口與所述腔室的開口之間，且所述晶圓盒的開口與所述腔室的開口之間的最短假想連線通過所述量測區。
- 如申請專利範圍第1項所述的膜厚量測系統，其中所述至少一個第一測距裝置與所述至少一個第二測距裝置包括光學測距裝置。
- 如申請專利範圍第2項所述的膜厚量測系統，其中所述光學測距裝置包括雷射測距裝置。
- 一種膜厚量測方法，包括：提供製程機台；提供互相面對的至少一個第一測距裝置與至少一個第二測距裝置，其中所述至少一個第一測距裝置的數量與所述至少一個第二測距裝置的數量為多個；獲得所述至少一個第一測距裝置與所述至少一個第二測距裝 置之間的第一距離；在將晶圓結構送入所述製程機台的腔室之前，獲得所述晶圓結構的初始厚度，其中所述晶圓結構具有彼此相對的第一面與第二面；將所述晶圓結構送入所述製程機台的所述腔室中，且對所述晶圓結構的所述第一面進行製程處理；在將所述晶圓結構移出所述製程機台的所述腔室之後，使用所述至少一個第一測距裝置量測所述至少一個第一測距裝置與位在所述晶圓結構的所述第一面的不透光層之間的第二距離；在將所述晶圓結構移出所述製程機台的所述腔室之後，使用所述至少一個第二測距裝置量測所述至少一個第二測距裝置與所述晶圓結構的所述第二面之間的第三距離；以及將所述第一距離減去所述第二距離、所述第三距離與所述晶圓結構的所述初始厚度，而獲得所述不透光層的厚度變動值，其中所述製程機台包括所述腔室與連接至所述腔室的傳輸路徑，所述至少一個第一測距裝置與所述至少一個第二測距裝置設置在所述傳輸路徑上，在所述至少一個第一測距裝置與所述至少一個第二測距裝置之間具有量測區，所述傳輸路徑連接於晶圓盒的開口與所述腔室的開口之間，且所述晶圓盒的開口與所述腔室的開口之間的最短假想連線通過 所述量測區，且所述第一距離、所述晶圓結構的所述初始厚度、所述第二距離與所述第三距離在所述量測區中進行量測。
- 如申請專利範圍第4項所述的膜厚量測方法，其中所述製程處理包括沉積製程、蝕刻製程、研磨製程或清洗製程。
- 如申請專利範圍第4項所述的膜厚量測方法，其中當所述厚度變動值為正值，則所述厚度變動值表示所述不透光層的厚度增加值，當所述厚度變動值為負值，則所述厚度變動值表示所述不透光層的厚度減少值，且當所述厚度變動值為0，則表示所述不透光層的厚度不變。
- 如申請專利範圍第4項所述的膜厚量測方法，其中所述第一距離的量測方法包括使用所述至少一個第一測距裝置或所述至少一個第二測距裝置進行量測。
- 如申請專利範圍第4項所述的膜厚量測方法，其中所述晶圓結構的所述初始厚度的量測方法包括：使用所述至少一個第一測距裝置量測所述至少一個第一測距裝置與所述晶圓結構的所述第一面之間的第四距離；使用所述至少一個第二測距裝置量測所述至少一個第二測距裝置與所述晶圓結構的所述第二面之間的第五距離；以及將所述第一距離減去所述第四距離與所述第五距離，而獲得所述晶圓結構的所述初始厚度。
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- 2019-07-19 TW TW108125590A patent/TWI736940B/zh active
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| Publication number | Publication date |
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