专利名称：化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法
技术领域：
本发明涉及化学处理设备的晶圆制程，特别是涉及降低晶圆因化学处理设备异常而报废的方法。
背景技术：
半导体制程中，所使用的湿制程(wet processing)以晶圆洗净(wafer cleaning)和湿蚀刻(wet etching)为主。而用来进行湿制程的设备即可称为化学处理设备(wet bench)，一般可包含化学处理槽(chemical bath)、洗净槽(rinsing bath)、与干燥槽(dryer bath)等。一般化学处理设备的尺寸均较一般机台大上数倍，考虑到无尘室的有效利用面积，因此一般机台均以五十片晶圆为一下货单位进行制程上的处理，并在化学处理槽、洗净槽、与干燥槽间利用为数不等的机械手臂(robot)来传输晶圆。其中，机械手臂的数量视化学处理设备的性质与数量而定。
图1所示为一般化学处理设备示意图，其中化学处理槽10可分为内槽12与外槽14，晶圆18即在充满化学处理液16的内槽12中，进行化学处理制程。其中，化学处理液16为流动性，当化学处理液16充满内槽12后即会溢出而流往外槽14。接着，化学处理液16可由外槽14的排放管路流出，经由马达20加压、加热器22进行加热升温、以及过滤器24过滤杂质后，再循环回内槽12中进行再利用。
化学处理设备中常用的化学处理液16例如有SPM(sulfuric acid-hydrogenmixture)，为硫酸(H2SO4)与过氧化氢(H-2O2)的混合溶液；DHF(dilutehydrofluoric acid)为氟氢酸(HF)的稀释水溶液；BOE(buffer oxide etch)，将氢氟酸与氟化铵(NH4F)混合的缓冲氢氟酸溶液；APM(ammonium hydrogen peroxidemixture)，为氢氧化铵(NH4OH)与过氧化氢的混合水溶液；HPM(hydrochloricacid hydrogen peroxide mixture)，为氯化氢(HCl)与过氧化氢的混合水溶液等。化学处理设备使用不同的化学处理液16，则必须设定不同的制程条件，例如浸泡时间、浸泡温度与化学处理槽循环流量等，以进行晶圆的化学处理制程。
而机械手臂的操作、化学处理槽的制程条件，皆会改变晶圆在化学处理制程后的性质，如果机械手臂或化学处理槽出现操作异常，则晶圆在化学处理制程后，其尺寸与性质有可能不合乎制程标准，而必须报废，产品的合格率也随之降低。例如DHF制程中，如果化学处理设备的制程参数改变，化学处理槽中的晶圆会因为氢氟酸的蚀刻率剧烈变动，使晶圆上二氧化硅层的蚀刻厚度大幅变动，则集成电路组件的临界尺寸将超过标准。因此，该批晶圆无法继续被利用于后续制程中，而必须报废。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可应用于机械手臂正常、但化学处理槽发生问题时，降低晶圆报废比例的方法。
本发明的另一目的在于提供一种不限机械手臂或化学处理槽异常的情况下，皆可降低晶圆报废的方法。
本发明的又一目的在于提供一种适用于含有氢氟酸化学处理液的制程中，于化学处理设备异常下，可降低晶圆报废的方法。
为实现上述目的，本发明化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法包括提供一化学处理槽，此化学处理槽具有连接快速排放阀的一内槽，以及连接排放阀的一外槽，且化学处理槽中具有化学处理液；进行一化学处理制程，将一晶圆置入化学处理液中进行；发生一异常警报；同时打开内槽的快速排放阀以及外槽的排放阀，借以使化学处理液可排出化学处理槽外；判断化学处理槽中剩余的化学处理液的一液面是否低于一标准液面；若化学处理槽中剩余的化学处理液的液面低于标准液面，则关闭内槽的快速排放阀，并打开超纯水的供应阀，使超纯水可注入内槽中。另外，本发明的另一方法还可在异常警报发生后，仅打开外槽的排放阀，使化学处理液可排出化学处理槽外，并同时打开超纯水的供应阀，使超纯水可注入化学处理槽内槽中。本发明又一方法还可在异常警报发生后，利用机械手臂将晶圆移至洗净槽中，以防止晶圆遭受化学处理液的损害。
利用本发明化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，可具有节省晶圆制造成本并提高晶圆生产合格率的优点。
附图简要说明为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术手段及其效果，请参阅以下有关本发明具体实施例的详细说明与附图，然而所附附图仅提供参考和说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，图1为一般化学处理设备示意图；图2为依据本发明的一实施例的化学处理设备中降低晶圆报废比例的操作流程图；图3a-图3b为根据图2化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法的设备操作示意图；图3c-图3e为图3b洗净槽的一实施例的制程示意图；图4为依据本发明另一实施例的化学处理设备中降低晶圆报废比例的操作流程图；图5a-图5b为根据图4化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法的设备操作示意图；图6为依据本发明另一实施例的化学处理设备中降低晶圆报废比例的操作流程图；以及图7为根据图6化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法的设备操作示意图。
具体实施例方式
一般晶圆洗净或湿蚀刻制程的化学处理制程中，容易造成晶圆报废的原因有(1)浸泡时间异常；(2)浸泡温度异常；(3)化学处理液循环流量异常；(4)机台异常停电；以及，(5)机台的机械手臂操作异常等。不论上述何种原因发生，都会使晶圆在化学处理槽中的蚀刻或洗净速率改变，容易使晶圆中的组件尺寸超出制程规范，而无法继续应用于后续的制程中。本发明揭露三种应对措施，可分别根据实际制程与产品需要，而应用于化学处理制程中，如此可达到降低晶圆报废比例的目的。
图2所示为本发明的一实施例的化学处理设备中降低晶圆报废比例的操作流程图，而图3a-图3b所示为根据图2的方法的设备操作示意图。请参阅图2、图3a与图3b，一般化学处理槽150可分为外槽149与内槽148，而晶圆154在充满化学处理液152的内槽148中进行化学处理制程。其中，化学处理液152经由管线不断地注入内槽148中，当化学处理液152注满内槽148后，即会流向外槽149，再经由加压、加热与过滤步骤后，再循环回内槽148。化学处理制程由控制系统来监控晶圆的制造情况，如果发现异常则会提供警报。假设化学处理制程的控制系统发现一异常警报发生50，是由化学处理槽的制程参数出问题所导致，例如上述浸泡时间异常、浸泡温度异常、或化学处理液循环流量异常，则在机台电源正常、机台间的机械手臂可操作的情况下，本发明可依序进行步骤52、54、56与58，利用机械手臂156，将晶圆从化学处理槽150中取出，并移入与化学处理槽150所搭配的洗净槽160中。本发明此一降低晶圆报废比例的方法，利用机械手臂将晶圆置入洗净槽中，以降低化学处理液对晶圆进行化学反应速率而停止晶圆的损害。
由于化学处理槽150可依照其中化学处理液152的不同，分别与具有不同洗净步骤的洗净槽160做搭配，因此洗净槽所具有的洗净液与洗净步骤，并不用以限定本发明的范围，此洗净液与洗净步骤，皆可视制程、机台与产品而加以改变，一般晶圆厂多利用超纯水162以做为洗净槽中的洗净液。举例来说，以SPM、HPM与APM做为化学处理液的化学处理槽150来说，多与具有快速排放洗净(quick dump rinsing)系统的洗净槽160做搭配。此快速排放系统的操作如图3c至图3e所示，当晶圆154置入洗净槽160后，超纯水162会不断地注入洗净槽160中，也不断地溢出洗净槽160外。接着，将超纯水162的供应阀关闭，并将洗净槽160内的超纯水162全部排放掉，接着，再重复注入超纯水162以进行晶圆154的清洗。或者，以含有氢氟酸的化学处理液来说，例如DHF与BOE，此类化学处理槽150多与具有溢流(overflow based)系统的洗净槽160做搭配，即仅如图3c所示，利用不断地注入超纯水162，直到晶圆达到洗净目的为止。
另外，如果上述异常警报由于机台电源或机械手臂异常所产生，则无法适用于上述本发明化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法。因此，本发明提出另一化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，不仅适用于机台电源或机械手臂异常，也适用于上述浸泡时间异常、浸泡温度异常、或化学处理液循环流量异常等化学处理槽的制程参数发生异常的情况。请参阅图4、图5a与图5b，当化学处理制程的控制系统发现一异常警报发生70，则本发明进行步骤72、74与76。首先，同时打开化学处理槽170的内槽168的快速排放阀(quick drainvalve)176以及外槽169的排放阀(drain valve)178，使其中的化学处理液172快速排出化学处理槽170外。接着，可由装置在化学处理槽中的低液位感应器(未图示)感测化学处理槽170中剩余的化学处理液172的液面是否低于标准，或者，由化学处理制程设定化学处理液172的排放时间，当达到一定排放时间后即可得知所有的化学处理液172皆被排出化学处理槽170外。当所有化学处理液172被排出化学处理槽170后，即关闭内槽168的快速排放阀176，并打开超纯水182的供应阀180，使超纯水182可注入内槽168中。
本发明此一方法中，内槽168需选用快速排放阀176，使化学处理槽170中所有化学处理液172快速排放完毕，较佳的排放时间约为1分钟内。在一较佳实施例中，原先一般化学处理槽170的内槽168的体积为30公升，所使用的排放阀管径为3/4英寸，因此化学处理液172的排放时间约为3分钟，但本发明利用管径大于1英寸的快速排放阀176，可将化学处理液172的排放时间缩短至大约30秒内，如此可减低化学处理液172对晶圆174的伤害。以DHF化学处理槽为例，假设内槽体积为30公升，制程温度为25℃，制程浓度为100∶1(0.5％)，对晶圆上二氧化硅层的蚀刻比例为每分钟31.5，则依据排放阀种类与排放时间的不同，二氧化硅层的蚀刻厚度也不一样，如下表所示
由此可知，本发明选用快速排放阀176确实可改善化学处理液172对晶圆174的损害。另外，超纯水182的管径流量需配合化学处理槽170的内槽168体积。一般超纯水182所使用的管径约为4/8英寸，而流量每分钟10升，但本发明一较佳实施例中，使超纯水182的管径大于4/8英寸，而流量提高为每分钟30升，则超纯水182置换化学处理液172的时间为1分钟。若再将超纯水182的流量提升至每分钟45升，则置换时间可降至0.7分钟。其中，本发明利用较大的超纯水流量与管径，其目的在减少晶圆174表面的化学处理液172残余量，以降低晶圆174因化学反应所增加的表面粗糙度。
另外，本发明还针对应用含有氢氟酸的化学处理液的化学处理槽，例如DHF或BOE的化学处理液，提供一种降低晶圆报废比例的方法，也适用于机台电源、机械手臂异常、浸泡时间异常、浸泡温度异常、或化学处理液循环流量异常等任何化学处理设备发生异常的情况下所使用。请参阅图6与图7，当化学处理制程的控制系统发现一异常警报发生90，本发明则进行步骤92以降低晶圆报废比例。在步骤92中，包括打开连接至化学处理槽190外槽189的排放阀198，借以使化学处理液192可排出化学处理槽190外，并同时打开超纯水的供应阀196，借以使超纯水可注入化学处理槽190的内槽188中。本发明将超纯水不断注入内槽188中，因此化学处理液192也不断地被稀释并排出，经过一段时间后，化学处理槽190内会仅有超纯水分子的存在。由于含有氢氟酸溶液的化学处理液192系统并不适合将晶圆194暴露于空气中，所以本发明不象上一实施例将所有化学处理液排出，而是利用不断注入的超纯水，以稀释化学处理液的浓度，如此也可达到降低化学反应速率的目的，从而减少对晶圆的损害。
将本发明降低晶圆报废比例的方法应用于晶圆制造厂中，例如写成在化学处理设备的控制系统(control system)中的程序(recipe)，确实可降低晶圆报废比例。由于每片晶圆的制造成本昂贵，降低晶圆报废比例可节省许多成本支出，对产业的应用与发展上具有极大的作用。
如熟悉此技术的人员所了解的，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡是其它在未脱离本发明所揭示的构思下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的权利要求内。
权利要求
1.一种化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，至少包括提供一化学处理槽，其中该化学处理槽具有连接一快速排放阀的一内槽，以及连接一排放阀的一外槽，且该化学处理槽具有一化学处理液；进行一化学处理制程，将一晶圆置入该化学处理液中；当发生一异常警报时，同时打开该内槽的快速排放阀以及该外槽的排放阀，借以使该化学处理液可排出该化学处理槽外；判断该化学处理槽中剩余的该化学处理液的一液面是否低于一标准液面；以及若该化学处理槽中剩余的该化学处理液的该液面低于该标准液面，则关闭该内槽的快速排放阀，并打开一超纯水的一供应阀，使该超纯水可注入该内槽中。
2.如权利要求1所述的化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，其中所述的化学处理液选自硫酸与过氧化氢的混合溶液、稀释氟氢酸水溶液、氢氟酸与氟化铵混合的缓冲氢氟酸溶液、氢氧化铵与过氧化氢的混合水溶液、以及氯化氢与过氧化氢的混合水溶液。
3.如权利要求1所述的化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，其中所述的化学处理槽的体积为30公升。
4.如权利要求3所述的化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，其中所述的快速排放阀的管径大于一英寸。
5.如权利要求3所述的化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，其中所述的超纯水的供应速率大于每分钟30公升。
6.如权利要求1所述的化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，其中所述的化学处理制程包括晶圆洗净与湿蚀刻制程。
7.如权利要求1所述的化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，其中所述的化学处理槽中剩余的该化学处理液的液面是否低于该标准液面的判断步骤可利用位于该内槽的一低液位感应器来判断。
8.如权利要求1所述的化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，其中所述的该化学处理槽中剩余的化学处理液的液面是否低于该标准液面的判断步骤可由设定该化学处理液的一排放时间来判断。
全文摘要
一种化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，本发明可根据异常原因，例如电源正常与否与机械手臂正常与否的情况下，分别利用机械手臂或者化学处理槽排放阀与超纯水供应阀的控制，来达到降低晶圆与化学处理液的反应速率。本发明可应用于控制系统中，例如写入程序中，当异常状况发生时，即可避免晶圆损害以达到降低晶圆报废比例的目的。利用本发明化学处理设备中降低晶圆报废比例的方法，具有节省晶圆制造成本并提高晶圆生产合格率的优点。
文档编号C23F1/08GK1499583SQ02150620
公开日2004年5月26日 申请日期2002年11月5日 优先权日2002年11月5日
发明者董萱盛, 简欣达, 李瑞评 申请人:矽统科技股份有限公司