湿法刻蚀药液成分检测装置及方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种湿法刻蚀药液成分检测装置及方法。

背景技术：

在半导体集成电路的制造过程中，湿法刻蚀及清洗是一道关键制程。随着半导体制程的不断发展，对于湿法过程中药液成分控制精度的要求也在不断提高。例如，在氮化硅的湿法刻蚀过程中会产生反应副产物，刻蚀药液中的硅化合物反应副产物的浓度对于氮化硅的刻蚀速率、选择比和均匀性都具有重要影响，硅化合物反应副产物浓度的偏移会导致工艺结果偏离标准规格，导致产品良率下降乃至报废。此外，其他药液成分如金属污染物的含量也是湿法刻蚀工艺过程中需要进行监测的成分参数。

目前，在现有的湿法刻蚀机台中，对于刻蚀药液成分的监控一般通过从机台循环管路中抽取部分药液样本以进行成分分析，以推断出湿法刻蚀机台中的药液成分，从而对湿法刻蚀过程进行精确控制。然而，从循环管路中抽取药液样本存在监测数据的实时性延迟，使得监测显示的数据的可靠性降低；且现有的电解液硅化合物检测方法精度偏低，无法满足高精度检测的要求。此外，实时性延迟的缺陷还可能存在于需要对药液成分进行实时检测的湿法刻蚀终点检测工艺过程中；而在金属污染检测中对于金属离子含量的检测也提出了高精度的要求。

因此，有必要提出一种新的湿法刻蚀药液成分检测装置及方法，解决上述问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种湿法刻蚀药液成分检测装置及方法，用于解决现有技术中监测数据存在延迟且检测精度低等的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种湿法刻蚀药液成分检测装置，其特征在于，包括：

取样管路，所述取样管路的一端连接至湿法刻蚀设备，用于将所述湿法刻蚀设备中的药液导入所述取样管路中；

成分检测器，设置于所述取样管路上，用于对所述取样管路中的所述药液进行成分检测。

作为本发明的一种可选方案，所述成分检测器包括红外光谱检测器。

作为本发明的一种可选方案，所述取样管路的另一端也连接至湿法刻蚀设备，用于将所述取样管路中的所述药液导出至所述湿法刻蚀设备。

作为本发明的一种可选方案，所述湿法刻蚀药液成分检测装置还包括：

循环泵，设置于所述取样管路上，用于将所述药液抽取至所述取样管路中；

过滤器，设置于所述取样管路上，用于对所述取样管路中的所述药液进行过滤；

加热器，设置于所述取样管路上，用于对所述取样管路中的所述药液进行加热。

作为本发明的一种可选方案，所述循环泵设置于所述取样管路导入所述药液的一端与所述加热器之间的所述取样管路上；所述成分检测器设置于所述加热器与所述循环泵之间的所述取样管路上；所述过滤器设置于所述取样管路导出所述药液的一端与所述加热器之间的所述取样管路上。

作为本发明的一种可选方案，还包括监测分析模块，所述监测分析模块连接所述成分检测器，用于实时监测所述成分检测器的成分检测结果，并判断所述药液的成分是否符合规格。

本发明还提供了一种湿法刻蚀系统，其特征在于，包括：

湿法刻蚀装置，用于湿法刻蚀；

本发明所提供的所述湿法刻蚀药液成分检测装置，所述湿法刻蚀药液成分检测装置安装于湿法刻蚀装置上。

本发明还提供了一种湿法刻蚀药液成分检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一取样管路，所述取样管路的一端连接至湿法刻蚀设备，并将所述湿法刻蚀设备中的药液导入所述取样管路中；

对所述取样管路中的所述药液进行成分检测。

作为本发明的一种可选方案，对所述取样管路中的所述药液进行成分检测的方法包括红外光谱分析。

作为本发明的一种可选方案，在对所述取样管路中的所述药液进行成分检测后，还包括通过所述取样管路的另一端将所述取样管路中的所述药液导出至所述湿法刻蚀设备的步骤。

作为本发明的一种可选方案，在将所述取样管路中的所述药液导出至所述湿法刻蚀设备前，还包括对所述取样管路中的所述药液进行加热和过滤的步骤。

作为本发明的一种可选方案，在对所述取样管路中的所述药液进行成分检测后，还包括实时监测所述成分检测器的成分检测结果，并判断所述药液的成分是否符合规格的步骤。

如上所述，本发明提供了一种湿法刻蚀药液成分检测装置及方法，通过引入取样管路并在所述取样管路上设置成分检测器，实现了对湿法药液成分的实时监测。所述实时监测不但可以在氮化硅湿法刻蚀过程中实时监控硅化合物成分，以精确控制工艺过程，也可以用于湿法刻蚀终点标志物的检测；通过引入红外光谱分析，提高了药液成分检测的精度，使产品良率得到显著提升。此外，高精度的成分检测也可用于金属污染物检测，减少湿法机台的金属污染风险。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的湿法刻蚀药液成分检测装置的示意图。

图2显示为本发明实施例一中提供的湿法刻蚀药液成分检测方法的流程图。

元件标号说明

100湿法刻蚀设备

100a内槽

100b外槽

100c晶舟

100d晶圆

101取样管路

102成分检测器

103循环泵

104过滤器

105加热器

s1～s2步骤1)～步骤2)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供了一种湿法刻蚀药液成分检测装置，包括：

取样管路101，所述取样管路101的一端连接至湿法刻蚀设备100，用于将所述湿法刻蚀设备100中的药液导入所述取样管路101中；

成分检测器102，设置于所述取样管路101上，用于对所述取样管路101中的所述药液进行成分检测。

如图1所示，所述取样管路101的一端连接至湿法刻蚀设备100，将所述湿法刻蚀设备100中的药液导入所述取样管路101中。具体地，所述湿法刻蚀设备100的湿法槽设有内槽100a和外槽100b。晶舟100c中装有待刻蚀的晶圆100d，并放入所述内槽100a中进行刻蚀。所述药液从所述内槽100a溢流至所述外槽100b，并通过循环管路流回所述内槽100a内。可选地，在本实施例中，所述取样管路101可以充当所述循环管路，其另一端也连接至湿法刻蚀设备100，用于将所述取样管路101中的所述药液导出至所述湿法刻蚀设备100，所述药液的流动方向如图1中的箭头所示。需要指出的是，在本发明的其他实施案例中，所述取样管路101和所述循环管路也可以分别独立存在，这并不影响本发明方案的实施；当所述取样管路101仅用于取样时，另一端也可以不连接至所述湿法刻蚀设备100，所述药液在进行成分检测后，可以直接废弃处理。

作为示例，所述成分检测器102包括红外光谱检测器。具体地，所述红外光谱检测器包括红外光谱仪，红外光谱仪可以利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析。所述取样管路101上设置所述成分检测器102的部分可以由能够透过红外光的材料构成，利用红外光源从一侧透过所述取样管路101照射流经其中的药液，并从另一侧被所述红外光谱仪所接收。作为样品的药液中物质吸收一定频率的红外辐射后，分子的振动能级发生跃迁，透过的红外光中相应频率段的红外光被减弱，对比参比光路与样品光路相应辐射的强度差，得到所测药液的红外光谱。通过分析所述红外光谱中的特定波数区的峰值，所述成分检测器102可以检测出所述取样管路101中通过药液的成分及含量。相比现有技术中使用的电解液硅化合物监测器，本发明所使用的红外光谱检测器具有更高的检测精度，进而能够更好的控制湿法过程；且由于所述红外光谱检测器实时检测所述取样管路101内的所述药液，相比现有技术中使用的电解液硅化合物监测器，可以实时监测药液成分，消除了因为抽取样本而产生的时间延迟。而电解液硅化合物检测方法限于其技术原理，必须抽取一定的样品进行静态的分析，无法对所述取样管路101动态通过的所述药液进行实时检测。

作为示例，所述湿法刻蚀药液成分检测装置还包括：

循环泵103，设置于所述取样管路101上，用于将所述药液抽取至所述取样管路101中；

过滤器104，设置于所述取样管路101上，用于对所述取样管路101中的所述药液进行过滤；

加热器105，设置于所述取样管路101上，用于对所述取样管路101中的所述药液进行加热。

在图1中，所述循环泵103设置于靠近所述湿法刻蚀设备100的一端，从所述外槽100b中不断抽取药液，将所述药液导入所述取样管路101中。由于湿法刻蚀或清洗过程往往会产生副产物及杂质沉淀，通过在所述取样管路101上设置所述过滤器104可以有效过滤所述药液，减少颗粒物污染。此外，在精密的湿法刻蚀过程中，对于药液温度也有严格控制，所述药液进入所述取样管路101后，因冷却而出现的温度波动也会影响湿法工艺结果。本实施通过引入所述加热器105，对所述药液进行加热，以使得所述药液的温度维持在工艺标准范围内。

作为示例，如图1所示，所述循环泵103设置于所述取样管路101导入所述药液的一端与所述加热器105之间的所述取样管路101上；所述成分检测器102设置于所述加热器105与所述循环泵103之间的所述取样管路101上；所述过滤器104设置于所述取样管路101导出所述药液的一端与所述加热器105之间的所述取样管路101上。考虑到所述加热器105的加热过程可能对药液温度造成波动，进而影响检测结果，本实施例将所述成分检测器102设置于所述加热器105与所述循环泵103之间的所述取样管路101上；而所述过滤器104设置于整个所述取样管路101的末端，以彻底消除前端各模块的引入所带来的颗粒污染风险。

作为示例，还包括监测分析模块，所述监测分析模块连接所述成分检测器102，用于实时监测所述成分检测器102的成分检测结果，并判断所述药液的成分是否符合规格。具体地，所述监测分析模块可以实时读取所述成分检测器102的检测结果，通过预先设置的各种成分的含量规格，判断当前所述药液中的各种成分是否符合规格，并通过其设有的端口界面进行展示，供相关技术人员对药液成分等检测结果进行实时查阅。

需要指出的是，本实施例中所述成分检测器的可检测成分并不限于硅化合物，还可以根据应用需要设置为检测其他成分；所述成分检测器也不限于红外光谱检测器，还可以选用其他类型的成分检测器或多种成分检测器的组合。

作为示例，在本实施例中，所述湿法刻蚀药液成分检测装置还可以用于监测湿法清洗工艺过程中金属污染物含量是否超标。

在晶圆制造的前道制程中对于金属污染的管控十分严格，而在前道制程的湿法清洗过程中，对于湿法槽药液中的金属离子含量也有相应的管控标准。由于在晶圆的湿法清洗后一般紧接着炉管、薄膜沉积或刻蚀等其他工艺，在湿法清洗过程中带入的金属污染往往会引起多机台的交叉污染，引发多批次晶圆的金属污染乃至报废。在当前的湿法机台金属污染管控中，一般需要等待机台闲置点检时才能装载检测用假片，并进行金属离子检测，这就导致无法及时发现药液金属离子超标，使得金属污染扩散风险增加。

在本实施例中，通过将本发明所提供的湿法刻蚀药液成分检测装置设置于湿法清洗设备上，对湿法清洗过程中所使用的药液中的金属离子含量进行实时监控。

作为示例，所述成分检测器除了采用红外光谱检测外，也可以采用电感耦合等离子体质谱仪(icpms)检测，其能进行高精度的痕量分析，足以满足前道制程中对金属离子含量的管控。所述成分检测器可设置于所述取样管路上，并从所述取样管路中获取药液样品，以供实时进行icpms分析。

作为示例，所述监测分析模块中可以预先设置各种金属离子含量的标准规格。例如，对于al、cu、fe、na或k等有害金属杂质，可以将金属离子含量规格设为5×10¹⁰/cm²。在进行湿法清洗工艺过程中，当所述成分检测器所测得的金属离子含量超过所设规格值时，所述监测分析模块可以及时发现并发出报警，避免因问题批次晶圆流入后续机台而发生交叉污染。

作为示例，在本实施例中，所述湿法刻蚀药液成分检测装置还可以用于湿法刻蚀工艺过程的刻蚀终点检测。

在湿法刻蚀过程中，出于刻蚀速率在晶圆面内均匀性不一致及在不同批次间波动的考量，一般会采用较大的过刻蚀量(overetch>50％)，以确保待刻蚀材料被完全去除干净。然而，在一些湿法刻蚀工艺中，出于器件结构要求或材料层之间选择比的限制，需要将过刻蚀量控制在较小水平。此时，如仍按确定的刻蚀时间进行刻蚀，就可能在不同作业批次间，因为药液刻蚀速率的微小漂移而使刻蚀制程出现波动。

在本实施例中，通过将本发明所提供的湿法刻蚀药液成分检测装置设置于湿法清洗设备上，对湿法刻蚀过程中所使用的药液中的终点标志物含量进行实时监控，以精确控制湿法刻蚀过程的终点。例如，在采用以磷酸为主要成分的刻蚀药液对金属铝层进行回刻工艺时，在金属铝层下方的如果是氮化硅层，就需要考虑控制过刻蚀量，以防氮化硅层受到过多的过刻蚀。作为示例，所述成分检测器选用红外光谱检测器，对所述取样管路中的药液成分进行实时检测，当所述药液中分析检测出硅化合物成分时，表明已完成铝层刻蚀，并到达下层的氮化硅层。此时，可以施加适量的过刻蚀时间，并及时终止刻蚀过程，以期能够减少对氮化硅层的刻蚀，并维持不同作业批次间的刻蚀稳定性。

综上所述，本实施例所提供的湿法刻蚀药液成分检测装置及方法通过设置所述取样管路101及所述成分检测器102，对通过所述取样管路101中的药液的成分进行实时分析检测，能够得到无延迟的成分检测结果，且通过采用红外光谱检测器，提高了成分检测的精度。

实施例二

如图1所示，本实施例提供了一种湿法刻蚀系统，其特征在于，包括：

湿法刻蚀装置，用于湿法刻蚀；

实施例一中所提供的所述湿法刻蚀药液成分检测装置，所述湿法刻蚀药液成分检测装置安装于湿法刻蚀装置上。

作为示例，所述湿法刻蚀装置包括所述湿法刻蚀设备100。如实施例一所述，所述湿法刻蚀设备100可以用于氮化硅湿法刻蚀。

作为示例，所述湿法刻蚀药液成分检测装置安装于湿法刻蚀装置上。在图1中，所述湿法刻蚀药液成分检测装置连接于所述湿法刻蚀设备100。需要指出的是，在本实施例及实施例一中，以所述取样管路101的整体作为循环管路连接于所述湿法刻蚀设备100。而在本发明的其他实施案例中，所述取样管路101也可以作为所述循环管路的一部分，嵌设于所述循环管路中，或者所述取样管路101与所述循环管路分别独立存在。

实施例三

如图1至图2所示，本实施例提供了一种湿法刻蚀药液成分检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供一取样管路，所述取样管路的一端连接至湿法刻蚀设备，并将所述湿法刻蚀设备中的药液导入所述取样管路中；

2)对所述取样管路中的所述药液进行成分检测。

在步骤1)中，请参阅图2的s1和图1，提供一取样管路101，所述取样管路101的一端连接至湿法刻蚀设备100，并将所述湿法刻蚀设备100中的药液导入所述取样管路101中。

在步骤2)中，请参阅图2的s2和图1，对所述取样管路101中的所述药液进行成分检测。

作为示例，所述湿法刻蚀药液成分检测方法基于本实施例所提供的湿法刻蚀药液成分检测装置。具体地，所述湿法刻蚀药液成分检测装置可用于氮化硅湿法刻蚀过程中的硅化合物含量的检测。

氮化硅是一种常见的介电材料，对氮化硅层进行湿法刻蚀也是一道常用的湿法刻蚀制程。作为示例，在氮化硅湿法刻蚀过程中，一般用热磷酸为主要成分的刻蚀药液进行刻蚀。在热磷酸刻蚀氮化硅的过程中，热磷酸中的硅化合物含量对于氮化硅的刻蚀速率、均匀性以及对于二氧化硅的选择比等工艺参数都具有重要影响。热磷酸中硅化合物含量的波动可能导致氮化硅的刻蚀速率或均匀性的波动，也可能使得湿法刻蚀过程对于二氧化硅的选择比下降。这都会导致工艺表现波动，进而影响产品良率。因此，在热磷酸刻蚀氮化硅的过程中，对硅化合物含量的精确控制具有重要意义。为了控制硅化合物含量，一般还会在氮化硅刻蚀所用的磷酸药液中添加硅粉或硅化合物，或在产品作业前增加氮化硅假片作业。

在本实施例中，通过所述湿法刻蚀药液成分检测装置，能够实时监测所述药液中的硅化合物含量，防止由于硅化合物含量的波动对氮化硅刻蚀速率、均匀性以及选择比等工艺参数造成影响。具体地，如图1所示，在氮化硅湿法刻蚀作业中，所述药液由所述循环泵103抽取，从所述取样管路101的一端导入所述取样管路101中，通过所述成分检测器102对所述药液中的硅化合物含量进行检测。所述成分检测器102包括红外光谱检测器，利用硅化合物中si-o键的特定振动频率，产生特定的红外光谱，从而测得精确的硅化合物浓度。所述成分检测器102对所述取样管路101中实时通过的所述药液进行检测，无需额外抽取药液样品，因此不存在延时误差。经过所述成分检测器102的成分检测后，所述药液继续沿所述取样管路101进入所述加热器105进行加热，并通过所述过滤器104过滤后回到所述湿法刻蚀设备100中。

综上所述，本发明提供了一种湿法刻蚀药液成分检测装置及方法，所述湿法刻蚀药液成分检测装置包括：取样管路，所述取样管路的一端连接至湿法刻蚀设备，用于将所述湿法刻蚀设备中的药液导入所述取样管路中；成分检测器，设置于所述取样管路上，用于对所述取样管路中的所述药液进行成分检测。本发明通过引入取样管路并在所述取样管路上设置成分检测器，实现了对湿法药液成分的实时监测，所述实时监测不但可以在氮化硅湿法刻蚀过程中实时监控硅化合物成分，以精确控制工艺过程，也可以用于湿法刻蚀终点标志物的检测；通过引入红外光谱分析，提高了药液成分检测的精度，使产品良率得到显著提升。此外，高精度的成分检测还可用于金属污染物检测，减少湿法机台的金属污染风险。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。