專利名稱：用于半導(dǎo)體工件的靜電卡盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體處理設(shè)備領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及在 半導(dǎo)體處理工序中對(duì)半導(dǎo)體工懺進(jìn)行夾持和加熱的方法和裝置。
背景技術(shù)：
從幾十年前最初引入半導(dǎo)體器件起，半導(dǎo)體器件的外觀已經(jīng)在尺寸方 面大大減小。由于器件的外觀已經(jīng)變得更加緊密，所以器件元件之間的間 距已經(jīng)在減小。使用半導(dǎo)體平板印刷系統(tǒng)獲得的最小線寬有時(shí)稱為臨界尺 寸(CD)，并已經(jīng)隨著時(shí)間而減小。平板印刷或光刻一般表示在掩膜層與半導(dǎo)體襯底之間轉(zhuǎn)移圖案的處 理。在用于半導(dǎo)體器件制造的平板印刷處理中，在集群式機(jī)器中給硅襯底 均勻地涂敷稱為光刻膠的光敏材料。掃描器/步進(jìn)機(jī)機(jī)器選擇性地將光刻膠 曝光于某種形式的電磁輻射以產(chǎn)生電路圖案，所述電路圖案對(duì)應(yīng)于要在襯 底表面上形成的集成電路(IC)器件的單獨(dú)層。通常，用掩膜層來對(duì)光刻 膠膜進(jìn)行選擇性曝光，掩膜層對(duì)部分入射輻射產(chǎn)生優(yōu)先阻擋。取決于所用 的光刻膠類型，被曝光于入射輻射的那部分光刻膠膜或多或少地變成可溶 性的。顯影步驟將光刻膠膜的更具可溶性區(qū)域溶解，并產(chǎn)生經(jīng)過圖案化的 光刻膠層，該層對(duì)應(yīng)于曝光處理中所用的掩膜層。在半導(dǎo)體襯底上對(duì)圖案進(jìn)行顯影的精度影響著襯底上的CD，并很可 能影響器件性能。過度顯影會(huì)造成線寬增大，而顯影不足可能造成部分光 刻膠層未像期望情況一樣被除去。在上述光刻膠處理中，可能需要對(duì)工件進(jìn)行加熱和冷卻。這種加熱和 冷卻通常是通過使工件的背面接觸熱氣體來完成的。具體地說，傳統(tǒng)的機(jī)器依靠高度至少約為100pm的隔離物或支座(stand-off)來保持晶片與下 方熱襯底之間的間隙，氣體存在于該間隙內(nèi)。根據(jù)這種途徑，重力和熱應(yīng) 力決定了晶片的平坦度以及晶片對(duì)熱襯底的平行度。但是，僅依賴于重力和熱應(yīng)力來確定晶片平坦度可能不足以確保工件 的整個(gè)區(qū)域上、在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的均勻控制。具體地說，工件與下方的 熱襯底之間間距的小的變動(dòng)可能使熱/冷或冷/熱過渡過程中出現(xiàn)較大的溫 度非均勻性。這種溫度非均勻性會(huì)接著造成光刻膠處理中不期望的變動(dòng)， 對(duì)結(jié)構(gòu)一致性以及同一工件上制造的有源電子器件的工作造成影響。因此，本領(lǐng)域需要改進(jìn)的系統(tǒng)和方法來在處理過程中保持半導(dǎo)體工發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了與半導(dǎo)體處理設(shè)備領(lǐng)域有關(guān)的技術(shù)。更具體地 說，本發(fā)明涉及用于對(duì)半導(dǎo)體工件進(jìn)行夾持和加熱的方法和裝置。僅作為 示例，該方法和裝置在用光刻膠材料進(jìn)行的處理過程中用于對(duì)半導(dǎo)體工件 進(jìn)行加熱。但是應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明具有廣得多的應(yīng)用范圍。根據(jù)本發(fā)明用于半導(dǎo)體工件的裝置的一種實(shí)施例特征在于電阻加熱元件和靜電夾持元件被集成在熱基座上。這些集成的加熱元件和夾持元件 保持了晶片平坦度、以及容納工件與卡盤之間熱氣體的下方間隙的均勻度。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，層疊Kapton的晶片加熱器被安裝到晶片之 下熱表面頂部。加熱器內(nèi)隔離出至少兩個(gè)電壓區(qū)域，以在不使晶片接觸到 電導(dǎo)體的情況下，在加熱器元件與晶片之間產(chǎn)生夾持力。這些電壓區(qū)域可 以用單獨(dú)的導(dǎo)電元件來產(chǎn)生，也可以通過在包括電阻加熱元件的區(qū)域上施加DC偏壓來產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體工件卡盤的一種實(shí)施例包括包括電介質(zhì)材料的 上表面，以及延伸到上表面上方一段高度的突起的支架特征。至少兩個(gè)電 極嵌入電介質(zhì)材料內(nèi)，這至少兩個(gè)電極設(shè)置成與電壓源的相反極電連通。卡盤還包括電阻加熱元件，電阻加熱元件與電極由電介質(zhì)分開，電阻加熱 元件設(shè)置成與第二電壓源電連通。根據(jù)本發(fā)明用于對(duì)半導(dǎo)體工件進(jìn)行處理的裝置的一種實(shí)施例包括處理 室和熱基座，處理室包括容納了熱基座的壁，熱基座包括用于使循環(huán)傳熱 流體流動(dòng)的通道。卡盤設(shè)置成位于熱基座上?？ūP包括上表面、多個(gè)突起 的支架特征、以及多個(gè)電極，上表面包括電介質(zhì)材料，突起的支架特征延 伸到上表面上方一段高度，電極嵌入電介質(zhì)材料內(nèi)并設(shè)置成與電壓源的相 反極電連通。電阻加熱元件與電極由電介質(zhì)隔離開，電阻加熱元件設(shè)置成 與第二電壓源電連通。溫度傳感器位于卡盤的上表面上。根據(jù)本發(fā)明用于處理半導(dǎo)體工件的方法的一種實(shí)施例包括將半導(dǎo)體工 件放置在多個(gè)突起的支架特征上，這些突起的支架特征從卡盤的電介質(zhì)上 表面凸起。第一電位差被施加到嵌入電介質(zhì)材料中的一對(duì)雙極電極，以在 工件與卡盤之間產(chǎn)生吸引夾持力。第二電位差被施加到卡盤內(nèi)的電阻加熱 元件以加熱工件。檢測(cè)工件的溫度，并在檢測(cè)到目標(biāo)溫度時(shí)中斷施加第二 電位差。下面的文字與附圖相結(jié)合，更詳細(xì)地說明了本發(fā)明的這些以及其他實(shí) 施例及其優(yōu)點(diǎn)和特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的勻膠顯影平板印刷機(jī)一種實(shí)施例的俯 視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施例的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的簡化示意; 圖3A是圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例用于半導(dǎo)體襯底的處理工序的 流程圖。圖3B是圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例對(duì)顯影劑終點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)的一種方法的流程圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種可替換實(shí)施例顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的簡化示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的裝置的簡化剖視圖。圖6a—6b是示出了晶片與本發(fā)明一種實(shí)施例之間產(chǎn)生靜電夾持力的簡 化示意圖。圖7是圖示了根據(jù)本發(fā)明的裝置一種實(shí)施例的操作的簡化時(shí)序圖。 圖8是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的裝置的簡化立體圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明，提供了與半導(dǎo)體處理設(shè)備領(lǐng)域有關(guān)的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明 的一種具體實(shí)施例涉及用光刻膠材料處理半導(dǎo)體工件。僅作為一種示例， 將該方法和裝置用于用光刻膠處理半導(dǎo)體工件。但是應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明具 有廣得多的應(yīng)用性。圖1是勻膠顯影(track)平板印刷機(jī)10 —種實(shí)施例的俯視圖，本發(fā) 明的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)可以用于該機(jī)器10中。如圖1所示，勻膠顯影 平板印刷機(jī)10的一種實(shí)施例包含前端模塊(有時(shí)稱為工廠接口) 50、中 央模塊150和后端模塊(有時(shí)稱為掃描器接口) 190。前端模塊50—般包 含一個(gè)或多個(gè)晶舟(pod)組件或FOUP 105 (例如物品105A—D)、前端 機(jī)械手108、以及前端處理架52。中央模塊150—般包含第一中央處理架 152、第二中央處理架154和中央機(jī)械手107。后端模塊190—般包含后端 處理架192和后端機(jī)械手109。在一種實(shí)施例中，勻膠顯影平板印刷機(jī)10 包含前端機(jī)械手108，適于訪問(access)前端處理架52中的處理模 塊；中央機(jī)械手107，適于訪問前端處理架52、第一中央處理架152以及 第二中央處理架154和/或后端處理架192中的處理模塊；以及后端機(jī)械手 109，適于訪問后端處理架192中的處理模塊并在某些情況下與步進(jìn)機(jī)/掃 描器5交換襯底。在一種實(shí)施例中，穿梭機(jī)械手適于在一個(gè)或多個(gè)處理架 (例如前端處理架52、第一中央處理架152等)中包含的兩個(gè)或更多個(gè)相 鄰處理模塊之間傳送襯底。在一種實(shí)施例中，用前端殼體104來控制前端 機(jī)械手108附近的環(huán)境以及晶盒組件105與前端處理架52之間的環(huán)境。圖1還包含本發(fā)明各個(gè)方面中可用的處理室構(gòu)造的更多具體情況。例 如，前端模塊50—般包含一個(gè)或多個(gè)晶舟組件或FOUP 105、前端機(jī)械手108和前端處理架52。這一個(gè)或多個(gè)晶舟組件105 —般適于接收一個(gè)或多 個(gè)晶盒(cassette) 106，晶盒106可以包含要在勻膠顯影平板印刷機(jī)10中 處理的一個(gè)或多個(gè)襯底"W"或晶片。前端處理架52包含多個(gè)處理模塊 (例如烘烤板90、冷卻板80等)，這些處理模塊適于執(zhí)行襯底處理工序 中的各種處理步驟。在一種實(shí)施例中，前端機(jī)械手108適于在安裝于晶舟 組件105中的晶盒之間傳送襯底，以及在前端處理架52中保持的一個(gè)或 多個(gè)處理模塊之間傳送襯底。中央模塊150 —般包含中央機(jī)械手107、第一中央處理架152和第二 中央處理架154。第一中央處理架152和第二中央處理架154包含各種處 理模塊(例如具有共用分配設(shè)備370的涂敷劑/顯影劑模塊、烘烤模塊 90、冷卻板80等)，這些處理模塊適于執(zhí)行襯底處理工序中的各種處理 步驟。在一種實(shí)施例中，中央機(jī)械手107適于在前端處理架52、第一中央 處理架152、第二中央處理架154和/或后端處理架192之間傳送襯底。在 一個(gè)方面，中央機(jī)械手107位于中央模塊150中第一中央處理架152與第 二中央處理架154之間的中央位置。后端模塊190 —般包含后端機(jī)械手109和后端處理架192。后端處理 架192 —般包含處理模塊(例如涂敷劑/顯影劑模塊60、烘烤模塊90、冷 卻板80等)，這些處理模塊適于執(zhí)行襯底處理工序中的各種處理步驟。 在一種實(shí)施例中，后端機(jī)械手109適于在后端處理架190與步進(jìn)機(jī)/掃描器 5之間傳送襯底。步進(jìn)機(jī)/掃描器5可以從San Jose, CA的Canon USA， Inc.、 Belmont CA的Nikon Precision Inc.或Tempe Arizona的ASML US, Inc. 買到，是例如集成電路(IC)制造中所用的平板印刷投影裝置。步進(jìn)機(jī)/掃 描器工具5將集群式機(jī)器中沉積在襯底上的光敏材料(光刻膠)曝光于某 種形式的電磁輻射以產(chǎn)生電路圖案，所述電路圖案對(duì)應(yīng)于要在襯底表面上 形成的集成電路(IC)器件的單獨(dú)層。在一種實(shí)施例中，用系統(tǒng)控制器101來控制集群式機(jī)器10中所有的 部件以及其中執(zhí)行的處理?？刂破?01 —般適于與步進(jìn)機(jī)/掃描器5通信、 對(duì)集群式機(jī)器10中所執(zhí)行的處理的各個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)視和控制，并適于對(duì) 完成襯底處理工序的所有方面進(jìn)行控制?？刂破?01通常是基于微處理器的控制器，它構(gòu)造成從用戶和/或處理室之一中的各種傳感器接收輸入并根 據(jù)所述各種輸入以及控制器的存儲(chǔ)器中保存的軟件指令來適當(dāng)?shù)乜刂铺幚?室部件?？刂破?01通常包含存儲(chǔ)器和CPU (未示出)，控制器用它們來 保存各種程序、對(duì)程序進(jìn)行處理、并在需要時(shí)執(zhí)行程序。存儲(chǔ)器(未示 出)連接到CPU，并可以是一種或多種易用的存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟盤、硬盤、或數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置的任 何其他形式(可以是本地的也可以是遠(yuǎn)程的)。可以在存儲(chǔ)器內(nèi)對(duì)軟件指 令和數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和儲(chǔ)存，用于對(duì)CPU進(jìn)行指令。輔助電路(未示出)也 連接到CPU，用于以常規(guī)方式輔助處理器。輔助電路可以包括本領(lǐng)域公知 的緩存器、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路、子系統(tǒng)等?？刂破?01可讀 的程序(或計(jì)算機(jī)指令)確定一個(gè)或多個(gè)處理室中可執(zhí)行的任務(wù)。優(yōu)選 地，程序是控制器101可讀的軟件，并包括根據(jù)所限定的規(guī)則和輸入數(shù)據(jù) 來對(duì)處理進(jìn)行監(jiān)視和控制的指令。圖1還圖示了涂敷劑/顯影劑模塊，它具有安裝在第二中央處理架154 中的共用分配設(shè)備370，并可以適于在兩個(gè)處理室110和111中執(zhí)行光刻 膠涂敷步驟或顯影步驟。這種構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)在于它使兩個(gè)處理室110和111 中所用的一些相同部件能夠共用，從而降低了系統(tǒng)成本、復(fù)雜性和機(jī)器占 地。如圖l所示以及下文中更詳細(xì)的說明，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)卡盤130和131分別 設(shè)在處理室110和111中。共用的中央流體分配庫(bank) 112位于兩個(gè) 處理室之間，分配臂組件118能夠從中央流體分配庫中選擇噴嘴并為兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)卡盤服務(wù)。圖1所示中央機(jī)械手107能夠?qū)蓚€(gè)處理室110和111進(jìn) 行獨(dú)立訪問。圖2是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施例的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的簡化示意 圖。本發(fā)明的實(shí)施例提供的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)一般設(shè)在涂敷劑/顯影劑模 塊60內(nèi)或帶有共用分配設(shè)備370的涂敷劑/顯影劑模塊內(nèi)。如下所述，根 據(jù)本發(fā)明的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的元件位于顯影劑模塊內(nèi)襯底平面上方的 位置。僅作為示例，在一種具體實(shí)施例中，光學(xué)元件安裝在處理模塊或處 理室的相反上部角落。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)想到許多變更、修改 和替換形式。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白的，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)不一定每個(gè)元件都 位于顯影劑模塊內(nèi)或室內(nèi)，例如，可以通過光纖光纜將外部源產(chǎn)生的光輻 射連通到顯影劑模塊，或者連通到進(jìn)行終點(diǎn)檢測(cè)測(cè)量的其他室。另外，如 下面結(jié)合基線測(cè)量而更加詳細(xì)說明的，本發(fā)明的實(shí)施例所提供的顯影劑終 點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)可以包含在除了涂敷劑/顯影劑模塊之外的處理室中。此外，盡 管在一種具體實(shí)施例中，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)被用于與平板印刷顯影處理 有關(guān)的場(chǎng)合，但是本發(fā)明不限于這樣的應(yīng)用。在可替換的實(shí)施例中，本發(fā) 明的范圍內(nèi)也包括其他顯影處理。圖2提供了本發(fā)明一種實(shí)施例的側(cè)視圖，如圖2所示，設(shè)有支撐表面210，襯底212安裝在支撐表面上。盡管圖1未示出安裝在模塊60或370 中的襯底"W"，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白，在處理的各個(gè)階段，襯 底位于涂敷/顯影模塊中。通常，襯底是處于一個(gè)處理階段的半導(dǎo)體晶片。 在某些實(shí)施例中，支撐表面是耦合到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)的靜電卡盤，它 適于使襯底212垂直平移以及使襯底旋轉(zhuǎn)。在可替換的實(shí)施例中，支撐表 面210是真空卡盤。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)想到許多變更、修改和替換形如圖2所示，對(duì)襯底212進(jìn)行圖案化以形成分布在襯底表面上的若干 個(gè)器件特征214。通常，器件特征與襯底上制造的IC有關(guān)。如本領(lǐng)域技術(shù) 人員熟知的，制造IC的處理可以包括多于100個(gè)步驟，這些步驟中許多 是光刻處理。因此，盡管圖2簡單地圖示了襯底表面上單一的一組器件特 征214，但可以理解，該附示了這樣的處理階段，該階段中可能已在 襯底上對(duì)若干個(gè)層進(jìn)行了圖案化。另外，可能已經(jīng)在襯底表面上對(duì)額外的 層進(jìn)行了圖案化。圖2不是按比例繪制的，因?yàn)橥ǔＧ闆r下，與襯底上制 造的IC有關(guān)的器件特征在微米或亞微米量級(jí)尺度，在不用顯微技術(shù)的情 況下不能清楚地分辨。光源230產(chǎn)生光束232，光束232被導(dǎo)向襯底212的表面。在圖2 中，光束被圖示為準(zhǔn)直光束，某些實(shí)施例中使用光學(xué)系統(tǒng)(未示出)來提 供在襯底表面處所需的尺度。在一種實(shí)施例中，從激光器230發(fā)射的光束 投影在襯底表面上的面積被定義為檢測(cè)面積234。在一種實(shí)施例中，改變或控制檢測(cè)面積的大小，以使被檢測(cè)信號(hào)中包含的噪聲量最小化。檢測(cè)信 號(hào)中的噪聲可以是由于處理過程中檢測(cè)面積所看到的圖案輪廓變化而產(chǎn)生 的。因此，在一種實(shí)施例中，對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)直以對(duì)若干個(gè)不同的器 件特征進(jìn)行曝光。在其他實(shí)施例中，對(duì)光束進(jìn)行聚焦以減小直徑，然后進(jìn) 行準(zhǔn)直以使用光束232對(duì)較少數(shù)目的器件特征進(jìn)行曝光。當(dāng)然，所選擇的 具體光束尺度會(huì)依賴于不同的應(yīng)用情況。一般，光源230是可調(diào)諧單波長激光器，但這并不是本發(fā)明必須的。在可替換實(shí)施例中，光源是放電燈或者在輸出波長和光譜帶寬方面經(jīng)過選擇的其他窄帶光源。在可替換實(shí)施例中，光源230是一組單頻激光源，這 些激光源被組合以產(chǎn)生單一的多光譜光束。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)想到許 多變更、修改和替換形式。如下面更詳細(xì)地說明的，多光譜光束能夠增強(qiáng) 系統(tǒng)性能，無論該光束是用可調(diào)諧光源依次產(chǎn)生的還是用一個(gè)或多個(gè)激光 器同時(shí)產(chǎn)生的。如圖2所示，顯影劑池(puddle) 216被圖示于襯底表面上，并與器件 特征214混在一起。盡管圖2所示顯影劑池216處于比器件特征的上表面 低的水平，但這對(duì)本發(fā)明而言并非必要。如本領(lǐng)域技術(shù)人員明白的，可以 在顯影劑池比被顯影的器件特征更厚的情況下使用本發(fā)明的實(shí)施例。光束 232照射到器件特征和顯影劑池的表面上，并從限定了器件特征與顯影劑 池之間邊界的界面反射。另外，光束在進(jìn)入顯影劑池的時(shí)候發(fā)生折射，隨后從浸沒在顯影劑池 下方的器件特征反射并在顯影劑池/空氣界面處折射。此外，光束還被光束 波長量級(jí)的特征所衍射。對(duì)于許多亞微米級(jí)器件特征，會(huì)造成顯著的光束 衍射。在圖2中，這些復(fù)雜的光學(xué)過程由光束220、 222和224表示。本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員可以明白，根據(jù)鏡面反射和漫反射所占的比例，由于從表 面漫反射所造成的光束散射通常會(huì)造成散射輻射錐。另外，從層和界面的 多次反射還會(huì)產(chǎn)生干涉圖案和其他光學(xué)現(xiàn)象。為了圖示清楚，這些現(xiàn)象被 合并到簡單的光束220中，但是應(yīng)當(dāng)明白，通常利用光學(xué)系統(tǒng)(未示出) 把從襯底表面反射的輻射收集、準(zhǔn)直和/或成像到檢測(cè)器240、 242和244 上。在一種實(shí)施例中，檢測(cè)器240被定向?yàn)榻邮諄碜员砻娴闹鞣瓷洌虼伺c入射光束對(duì)準(zhǔn)(例如，相對(duì)于表面的入射角的絕對(duì)值與光束232相 同)。在曝光和顯影處理中，由于照射光束以及光刻膠中形成的圖案之間 的干涉，檢測(cè)器240處檢測(cè)到的輻射強(qiáng)度會(huì)隨著顯影步驟的前進(jìn)而變化。 在一種實(shí)施例中，在顯影處理期間顯影劑使光刻膠的可溶部分溶解時(shí)，產(chǎn) 生了檢測(cè)器240所檢測(cè)到的反射輻射的強(qiáng)度變化，由此產(chǎn)生了與"光柵" 式特征造成的圖案一樣的圖案，從而由照射光束產(chǎn)生了干涉。因此，與光 刻膠圖案的干涉造成了照射光束的散射，散射使得檢測(cè)器240處檢測(cè)到的 主反射減小。在一種實(shí)施例中，在檢測(cè)器240測(cè)得的反射強(qiáng)度改變漸近于 零時(shí)，檢測(cè)到顯影劑終點(diǎn)。盡管在某些實(shí)施例中，器件特征由于照射到襯底表面的光束232而形 成了 "光柵"式衍射圖案，但這并不是說本發(fā)明的實(shí)施例需要"衍射光 柵"，所述衍射光柵定義為衍射元件(無論是孔徑還是障礙物)的重復(fù)陣 列，所述陣列具有在發(fā)射波的相位、或者幅度、或者既在相位又在幅度方 面產(chǎn)生周期性變化的效果。在某些實(shí)施例中，可以在襯底表面上設(shè)置以光 刻方式限定的衍射光柵特征，在更廣泛的意義上，各種器件特征(例如亞 微米特征)的實(shí)際結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了光的衍射。因此，本發(fā)明的實(shí)施例既包括傳 統(tǒng)的衍射光柵，也包括由實(shí)際器件特征造成的衍射效果。在一種實(shí)施例中，用可調(diào)諧激光器代替單波長激光器來更容易地檢測(cè) 光刻膠圖案的銳度隨著顯影處理進(jìn)行而發(fā)生的改變。干涉量會(huì)取決于所形 成的"光柵"的尺寸以及入射輻射的波長。在另一種實(shí)施例中，用若干個(gè) 檢測(cè)器(例如240、 242和244)來檢測(cè)零級(jí)反射以及更高的衍射級(jí)次。如 圖2所示，檢測(cè)器242檢測(cè)波長^的一級(jí)衍射光束，檢測(cè)器244檢測(cè)波長 ^的一級(jí)衍射。盡管圖示了兩個(gè)檢測(cè)器242和244用于檢測(cè)一級(jí)衍射光 束，但是在可替換實(shí)施例中，利用一維或二維檢測(cè)器陣列來檢測(cè)一級(jí)光 束，所述陣列例如二維電荷耦合器件(CCD)陣列。終點(diǎn)檢測(cè)處理包括針 對(duì)不同衍射級(jí)次對(duì)反射輻射的散射/衍射和強(qiáng)度漂移進(jìn)行監(jiān)視。本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員會(huì)想到許多變更、修改和替換形式。為了防止顯影處理期間由來 自襯底表面上的顯影劑池所發(fā)射的輻射的反射產(chǎn)生噪聲，可以用狹縫來防止該層的鏡面反射到達(dá)檢測(cè)器。在上述說明中，用多個(gè)檢測(cè)器來檢測(cè)與多個(gè)波長有關(guān)的主(primary) 衍射級(jí)次。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過研究光柵方程可以理解，即使對(duì)于單色光 源，具有多個(gè)周期的圖案也會(huì)產(chǎn)生定向于多個(gè)角度的衍射光束。因此，在 本發(fā)明的某些實(shí)施例中，用檢測(cè)器242和244來檢測(cè)從襯底表面以兩個(gè)角 度衍射的光束。當(dāng)然也可以采用二維CCD陣列。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明 白，通常，檢測(cè)器平面中產(chǎn)生的衍射圖案會(huì)是入射輻射的光譜成分以及被 圖案化表面中所表現(xiàn)的周期性這二者的函數(shù)。因此在某些實(shí)施例中，會(huì)提 供包括了這些復(fù)雜情況在內(nèi)的分析函數(shù)。在某些實(shí)施例中，襯底在顯影處理期間旋轉(zhuǎn)(spin)。因此，在本發(fā) 明的一種具體實(shí)施例中，從檢測(cè)面積反射和衍射的光隨著襯底相對(duì)于光束 的旋轉(zhuǎn)而被進(jìn)行了時(shí)間平均。在這種具體實(shí)施例中，進(jìn)行了 "塊 (bulk)"測(cè)量或平均測(cè)量，這種測(cè)量對(duì)應(yīng)于襯底和器件特征的那些部分 作為時(shí)間的函數(shù)而掃過光束。圖3A的流程示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例用于半導(dǎo)體襯底的處 理工序。圖3A圖示了一系列方法步驟300的一種實(shí)施例，該方法歩驟可 以用于對(duì)襯底表面上形成的光刻膠材料層進(jìn)行沉積、曝光和顯影。平板印 刷處理通常可以包括下面的內(nèi)容將襯底傳送到涂敷模塊的歩驟310、底 部抗反射涂層(BARC)涂敷步驟312、后BARC烘烤步驟314、后BARC 冷卻步驟316、光刻膠涂敷步驟318、后光刻膠烘烤步驟320、后光刻膠冷 卻步驟322、光學(xué)邊緣球狀物去除(OEBR)步驟324、曝光步驟326、后 曝光烘烤(PEB)步驟328、后曝光烘烤冷卻步驟330、顯影步驟332、后 顯影冷卻步驟334、以及將襯底傳送到晶舟的步驟336。在其他實(shí)施例 中，在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下，方法步驟330的工序可以重新排 歹U、變更、可以除去一個(gè)或多個(gè)步驟、或者也可以將兩個(gè)或更多個(gè)步驟合 并成單一的步驟。在步驟310，將半導(dǎo)體襯底傳送到涂敷模塊。參考圖1，將襯底傳送 到涂敷模塊310的步驟通常定義為這樣的處理使前端機(jī)械手108從位于 晶舟組件105之一中的晶盒106除去襯底。包含有一個(gè)或多個(gè)襯底"W"的晶盒106被用戶或某種外部設(shè)備(未示出)置于晶舟組件105上，使襯 底可以在集群式機(jī)器10中通過用戶定義的襯底處理工序而受到處理，所 述工序由系統(tǒng)控制器101中保存的軟件來控制。BARC涂敷步驟310是用來在襯底表面上沉積有機(jī)材料的步驟。 BARC層通常是有機(jī)涂層，它在光刻膠層吸收光之前被涂敷到襯底上，否 則在步進(jìn)機(jī)/掃描器5中執(zhí)行的曝光步驟326期間，所述光會(huì)從襯底表面反 射回光刻膠中。如果不阻止這些反射，就會(huì)在光刻膠層中建立駐波，造成 特征尺寸取決于光刻膠層的局部厚度而在不同位置之間變化。還可以用 BARC層來使襯底表面輪廓變平(或平面化)，在完成多個(gè)電子器件制造 步驟之后通常都會(huì)存在所述表面輪廓。BARC材料填充在特征的周圍和上 方以產(chǎn)生用于涂敷光刻膠的平坦表面，并減小了光刻膠厚度的局部變化。 BARC涂敷步驟310通常是用傳統(tǒng)的旋涂光刻膠分配處理來執(zhí)行的，在該 處理中，在使襯底旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將一定量的BARC材料沉積在襯底表面上， 使BARC材料中的溶劑蒸發(fā)并從而使所沉積的BARC材料的材料特性改 變。通常對(duì)BARC處理室中的空氣流速和排氣流速進(jìn)行控制，以控制溶劑 蒸發(fā)處理以及襯底表面上所形成的層的特性。后BARC烘烤步驟314是這樣的步驟它用來確保從BARC涂敷歩驟 312中所沉積的BARC層中除去所有溶劑，并在某些情況下促進(jìn)BARC層 粘附到襯底表面。后BARC烘烤步驟314的溫度取決于襯底表面上沉積的 BARC材料的類型，但是通常小于約250°C。完成后BARC烘烤步驟314 所需的時(shí)間會(huì)取決于后BARC烘烤步驟期間的襯底溫度，但是通常小于約 60秒。后BARC冷卻步驟316是這樣的步驟它用來控制并確保襯底處于高 于環(huán)境溫度情況的時(shí)間恒定，以使每個(gè)襯底有相同的時(shí)間 一溫度曲線并從 而使處理變動(dòng)最小化。BARC處理時(shí)間一溫度曲線的變動(dòng)是襯底的晶片歷 史的組成部分，可能對(duì)所沉積的膜層特性造成影響，因此經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行控 制以使處理變動(dòng)最小化。后BARC冷卻步驟316通常用來在后BARC烘烤 步驟314之后將襯底冷卻到等于或接近環(huán)境溫度的溫度。完成后BARC冷 卻步驟316所需的時(shí)間會(huì)取決于從后BARC烘烤步驟出來的襯底溫度，但是通常小于約30秒。光刻膠涂敷步驟318是將光刻膠層涂敷在襯底表面上所用的步驟。在 光刻膠涂敷步驟318期間所沉積的光刻膠層通常是光敏有機(jī)物涂層，它們 被涂敷到襯底上并隨后在步進(jìn)機(jī)/掃描器5中受到曝光以在襯底表面上形成 圖案化特征。光刻膠涂敷步驟318通常用傳統(tǒng)的旋涂光刻膠分配處理來執(zhí) 行，在該處理中，在使襯底旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將一定量的光刻膠材料沉積在襯底 表面上，使得光刻膠材料中的溶劑蒸發(fā)并從而使所沉積的光刻膠層的材料 特性改變。對(duì)光刻膠處理室中的空氣流速和排氣流速進(jìn)行控制，以控制溶 劑蒸發(fā)處理和襯底上所形成的層的特性。在某些情況下，可能需要通過控 制排氣流速和/或通過注入襯底表面附近的溶劑，來對(duì)襯底上方的溶劑分壓 進(jìn)行控制，以在光刻膠涂敷步驟中控制溶劑從光刻膠的蒸發(fā)。參考圖1， 在一種示例性光刻膠涂敷處理中，首先將襯底置于涂敷劑/顯影劑模塊370 中的晶片卡盤131上。電動(dòng)機(jī)使晶片卡盤131和襯底旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將光刻膠 分配到襯底的中心上。旋轉(zhuǎn)對(duì)光刻膠造成了角轉(zhuǎn)矩，迫使光刻膠沿徑向出 去并最終覆蓋襯底。后光刻膠烘烤步驟320是這樣的歩驟它用來確保從光刻膠涂敷步驟 318中所沉積的光刻膠層中除去所有溶劑，并在某些情況下促進(jìn)光刻膠層 粘附到BARC層。后光刻膠烘烤步驟320的溫度取決于襯底表面上沉積的 光刻膠材料類型，但是通常會(huì)低于250°C。完成后光刻膠烘烤步驟320所 需的時(shí)間會(huì)取決于后光刻膠烘烤步驟期間的襯底溫度，但是通常會(huì)小于約 60秒。后光刻膠冷卻步驟322是這樣的步驟它用來控制襯底處于高于環(huán)境 溫度情況的時(shí)間，以使每個(gè)襯底有相同的時(shí)間一溫度分布并從而使處理變 動(dòng)最小化。時(shí)間一溫度分布的變動(dòng)可能對(duì)所沉積的膜層的特性造成影響， 因此經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行控制以使處理變動(dòng)最小化。因此，用后光刻膠冷卻步驟 322的溫度將后光刻膠烘烤步驟320之后的襯底冷卻到等于或接近環(huán)境溫 度的溫度。完成后光刻膠冷卻步驟322所需的時(shí)間會(huì)取決于從后光刻膠烘 烤步驟出來的襯底溫度，但是通常小于約30秒。光學(xué)邊緣球狀物去除(OEBR)步驟324是這樣的處理它用來將所沉積的一個(gè)或多個(gè)光敏光刻膠層(例如光刻膠涂敷步驟318期間形成的層以及BARC涂敷步驟312期間形成的BARC層)曝光于輻射源(未示 出)，以能夠從襯底邊緣除去任一種或兩種層并可以更均勻地控制所沉積 的層的邊緣排除(edge exclusion)。對(duì)襯底表面進(jìn)行曝光所用的輻射的波 長和強(qiáng)度會(huì)取決于襯底表面上沉積的BARC層和光刻膠層的類型。例如可 以從CA， Cypress的USHIO America, Inc.買到OEBR機(jī)器。曝光步驟326是由平板印刷投影裝置(例如步進(jìn)機(jī)掃描器5)應(yīng)用的 平板印刷投影步驟，用于形成制造集成電路(IC)所用的圖案。曝光步驟 326通過將光敏材料(例如光刻膠涂敷步驟318期間形成的光刻膠層以及 BARC涂敷步驟312期間形成的BARC層)曝光于某種形式的電磁輻射， 從而在襯底表面上形成與集成電路(IC)器件的單獨(dú)的層對(duì)應(yīng)的電路圖 案。后曝光烘烤(PEB)步驟328是這樣的歩驟它用來在曝光歩驟326 之后緊接著對(duì)襯底進(jìn)行加熱，以激勵(lì)一種或多種光敏化合物的擴(kuò)散并減小 光刻膠層中的駐波效果。對(duì)于化學(xué)放大的光刻膠，PEB步驟還造成使光刻 膠的可溶性改變的催化化學(xué)反應(yīng)。PEB期間的溫度控制通常對(duì)于臨界尺寸 (CD)控制很關(guān)鍵。PEB步驟328的溫度取決于襯底上沉積的光刻膠材料 的類型，但是通常小于約250°C。完成PEB步驟328所需的時(shí)間會(huì)取決于 PEB步驟期間的襯底溫度，但是通常小于約60秒。后曝光烘烤(PEB)冷卻步驟330是這樣的步驟它用來控制確保襯 底處于高于環(huán)境溫度的時(shí)間受到控制，使每個(gè)襯底有相同的時(shí)間一溫度分 布并從而使處理變動(dòng)最小化。PEB處理的時(shí)間一溫度分布變動(dòng)可能影響所 沉積的膜層特性，因此常常對(duì)其進(jìn)行控制以使處理變動(dòng)最小化。因此在 PEB步驟328之后用PEB冷卻步驟330的溫度將襯底冷卻到等于或接近環(huán) 境溫度的溫度。完成PEB冷卻步驟330所需的時(shí)間會(huì)取決于從PEB步驟 出來的襯底溫度，但是通常小于約30秒。顯影步驟332是這樣的處理其中，用溶劑給曝光的或未曝光的光刻 膠層和BARC層造成化學(xué)的或物理的改變，以暴露出曝光處理步驟326期 間形成的圖案。顯影處理可以是用來分配顯影劑溶液的噴霧處理、浸沒處理或顯影劑池處理。在某些顯影處理中，在涂敷顯影劑溶液之前給襯底涂 敷流體層(通常是去離子水)并在顯影處理中使之旋轉(zhuǎn)。隨后涂敷顯影劑 溶液使得顯影劑均勻地涂敷在襯底表面上。在步驟334，向襯底表面提供 清洗溶液來結(jié)束顯影處理。僅作為示例，清洗溶液可以是去離子水。在可 替換實(shí)施例中，提供由去離子水和表面活性劑組合成的清洗溶液。本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員可以想到許多變更、修改和替換形式。在顯影步驟332和清洗步驟334之后，在步驟336對(duì)襯底進(jìn)行冷卻。 在步驟338，將襯底傳送到晶舟，然后完成該處理工序。在步驟338將襯 底傳送到晶舟通常需要使前端機(jī)械手108將襯底送回晶盒106的處理，晶 盒106位于晶舟組件105之一中。在對(duì)上述處理工序的討論中，為清楚起見， 一般都略去了從勻膠顯影 平板印刷機(jī)10的不同室向其他室傳送襯底的情況。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明 白使用若干傳送機(jī)械手來完成合適室之間的各種傳送。圖3B的流程示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例，對(duì)顯影劑終點(diǎn)進(jìn)行檢 測(cè)的方法345。在步驟350，用第一光束照明襯底的器件區(qū)域。在本發(fā)明 的某些實(shí)施例中，步驟350是在當(dāng)前的顯影處理階段之前發(fā)生的。因此， 對(duì)于某些產(chǎn)品襯底，器件上會(huì)存在來自此前步驟的圖案。對(duì)于帶有此前顯 影的圖案的襯底，步驟350是在對(duì)新曝光的圖案進(jìn)行顯影開始之前發(fā)生 的。在步驟352，通過收集從襯底表面散射的輻射來檢測(cè)基線光學(xué)信號(hào)。 如前所述，與IC特征有關(guān)并存在于器件表面上的亞微米級(jí)圖案會(huì)使光反 射和衍射。另外，存在于表面上的流體與器件特征之間的界面處會(huì)發(fā)生光 的折射，并產(chǎn)生反射測(cè)量方面和/或散射測(cè)量方面的輪廓。在本發(fā)明的實(shí)施例中，步驟352中檢測(cè)的基線光學(xué)信號(hào)是在圖3A所 示處理工序300的幾個(gè)階段中任何一個(gè)處收集的。在這些實(shí)施例的一些 中，在對(duì)被顯影的特定層開始步驟332中的顯影處理之前的處理階段檢測(cè) 基線光學(xué)信號(hào)。此外，在某些實(shí)施例中，在幾個(gè)處理室之一中檢測(cè)基線光 學(xué)信號(hào)。例如，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和裝置可以設(shè)在涂敷室、烘烤室 等中。僅作為示例，可以在下述情況下收集基線光學(xué)信號(hào)光刻膠前的情況——在步驟318中用光刻膠涂敷襯底之前。由此前處理步驟造成的下方圖案會(huì)確定基線信號(hào)。在采用PR涂敷步驟318之前收 集基線光學(xué)信號(hào)的實(shí)施例中，可以將襯底傳送的顯影模塊中，顯影模塊中 有根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)?；蛘撸景l(fā)明的其他實(shí)施例也可以在執(zhí)行PR涂敷處理的涂敷模塊中提供一部分顯影劑終點(diǎn)檢測(cè) 系統(tǒng)或者完整的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)。由此在PR涂敷處理318之前收集 基線光學(xué)信號(hào)。后曝光的情況——在步驟326中在掃描器中對(duì)光刻膠圖案曝光之后。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明在曝光后存在潛像，從而產(chǎn)生了與光刻膠涂敷步驟之后收集的信號(hào)不同的基線信號(hào)。對(duì)存在潛像的一種解釋是存在此前的處理步驟 中產(chǎn)生的下方的層。對(duì)潛像的另一種解釋是曝光光子與光刻膠之間的反應(yīng) 造成了光刻膠的組成隨著曝光劑量而不同。盡管這些理論為描述本發(fā)明的 實(shí)驗(yàn)提供了支持，但是本發(fā)明并不受這些解釋限制。因此，在某些實(shí)施例中，在步驟326中的曝光之后，通過將襯底傳送到模塊中來收集基線光學(xué) 信號(hào)，所述模塊包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的一部分或 者是完整的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)。后曝光烘烤后的情況一一在步驟328中對(duì)經(jīng)曝光的襯底進(jìn)行烘烤之 后，以激活所曝光的光刻膠層的化學(xué)增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，在后曝光烘烤 (PEB)歩驟之后存在潛像，從而產(chǎn)生了與光刻膠涂敷步驟之后收集的信 號(hào)不同的基線信號(hào)。如結(jié)合曝光步驟后進(jìn)行的測(cè)量所討論的，曝光光子與 受到光學(xué)激活的光刻膠進(jìn)行的反應(yīng)受到PEB步驟的增強(qiáng)。經(jīng)曝光的光刻膠 與未曝光的光刻膠之間的成分差異被烘烤步驟放大，給潛像帶來了額外的 對(duì)比度。襯底涂敷后的情況一一在某些顯影處理中，在涂敷顯影劑溶液之前， 用流體層(通常是去離子水)涂敷襯底。在襯底涂敷之后收集基線信號(hào)的實(shí)施例中，在顯影劑模塊中進(jìn)行測(cè) 量，因而在基線測(cè)量與終點(diǎn)測(cè)量之間襯底不必被移動(dòng)。在步驟354，用第二光束照明襯底的器件區(qū)域。在某些實(shí)施例中，第 一光束和第二光束是由同一激光器產(chǎn)生的。在此情況下，第一光束和第二 光束通常是共線的，并且依次被投射到相同的檢測(cè)區(qū)域。在襯底涂敷之后測(cè)量基線光學(xué)信號(hào)的實(shí)施例中，在基線測(cè)量和終點(diǎn)測(cè)量這二者的過程中， 襯底通常位于相同位置。在曝光和顯影處理之前的階段進(jìn)行基線測(cè)量的實(shí) 施例中，提供了在照明之前對(duì)襯底進(jìn)行定向的方法和系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)操 作員能夠產(chǎn)生可重復(fù)的結(jié)果。在步驟356，從襯底的器件區(qū)域檢測(cè)終點(diǎn)光學(xué)信號(hào)。如結(jié)合圖2所 述，在本發(fā)明的不同實(shí)施例中可以采用一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器來檢測(cè)從襯底表 面反射、衍射和散射的一個(gè)或多個(gè)衍射級(jí)次。在某些實(shí)施例中，第一光束和第二光束可以是含有若干個(gè)不同波長分 量的多光譜光束。在其他實(shí)施例中，用可調(diào)諧激光器來產(chǎn)生光束，所述光 束產(chǎn)生隨著時(shí)間而變化的不同波長。在可調(diào)諧激光器的情況下，可以用圖2所示不同檢測(cè)器來隨著時(shí)間變化收集多個(gè)基線光學(xué)信號(hào)和多個(gè)終點(diǎn)光學(xué) 信號(hào)。利用可調(diào)諧光源、隨波長而變化的衍射效果以及二維CCD陣列的 組合，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)想到許多變更、修改和替換形式。在步驟358，采用適于比較工作的算法來對(duì)基線光學(xué)信號(hào)和終點(diǎn)光學(xué) 信號(hào)進(jìn)行比較。根據(jù)該比較步驟，在步驟360確定顯影劑終點(diǎn)。在一種實(shí) 施例中，例如，在顯影處理期間測(cè)量檢測(cè)器240處的光束220強(qiáng)度，并將 其與用檢測(cè)器240進(jìn)行的基線測(cè)量進(jìn)行比較。隨著顯影處理的進(jìn)行，終點(diǎn) 信號(hào)會(huì)發(fā)生改變。在某些實(shí)施例中，終點(diǎn)信號(hào)會(huì)在顯影處理期間改變并隨 著到達(dá)顯影劑終點(diǎn)而穩(wěn)定。在某些實(shí)施例中，對(duì)檢測(cè)信號(hào)的分析包括對(duì)檢 測(cè)器處接收到的光譜成分進(jìn)行檢驗(yàn)，而在其他實(shí)施例中，用單一波長來確 定顯影劑終點(diǎn)。在檢測(cè)到顯影劑終點(diǎn)時(shí)，控制系統(tǒng)(未示出)向顯影室提供反饋，使 得將清洗溶液釋放到襯底表面上。在一種具體實(shí)施例中，向襯底提供去離 子水的清洗溶液來結(jié)束顯影步驟。在可替換實(shí)施例中，提供由去離子水與 表面活性劑組合成的清洗溶液。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以想到許多變更、 修改和替換形式。圖4是根據(jù)本發(fā)明一種可替換實(shí)施例的顯影劑終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的簡化示 意圖。圖4與圖2具有某些相似之處，因此為了簡潔起見，參考圖2所進(jìn) 行的說明足以描述圖4的元件。在圖4中，光源430可以是單頻激光器或可調(diào)諧激光器，并產(chǎn)生光束432，光束432被導(dǎo)向襯底412的表面。襯底 被支撐在卡盤410上。如圖4所示，所示的顯影劑池416在襯底表面上并與器件特征414混 合。盡管圖4所示顯影劑池416處于比器件特征的上表面低的平面，但是 這并非本發(fā)明必須的。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，可以在顯影劑池比 正被顯影的器件特征更厚的情況下采用本發(fā)明的實(shí)施例。光束432照射到 器件特征和顯影劑池的表面上，并從界面反射，所述界面劃分了器件特征 與顯影劑池的邊界。另外，光束在進(jìn)入顯影劑池的時(shí)候發(fā)生折射，隨后從浸沒在顯影劑池 下方的器件特征反射并在顯影劑池/空氣界面處折射。此外，光束還被光束 波長量級(jí)的特征所衍射。對(duì)于許多亞微米級(jí)器件特征，會(huì)造成顯著的光束 衍射。在圖4中，這些復(fù)雜的光學(xué)處理由光束420、 422和424表示。本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員可以明白，根據(jù)鏡面反射和漫反射所占的比例，由于從表 面漫反射所造成的光束散射通常會(huì)造成散射輻射錐。另外，從層和界面的 多次反射還會(huì)產(chǎn)生干涉圖案和其他光學(xué)現(xiàn)象。為了圖示清楚，這些現(xiàn)象被 合并到簡單的光束420中，但是應(yīng)當(dāng)明白，通常利用光學(xué)系統(tǒng)(未示出) 把從襯底表面反射的輻射收集、準(zhǔn)直和/或成像到檢測(cè)器440、 442和444 上。圖4還圖示了第二激光器460、分束器462和檢測(cè)器464。在某些實(shí) 施例中，第二激光器460產(chǎn)生光束，所述光束沿著與襯底412的表面垂直 的線傳播，照射到檢測(cè)器區(qū)域470上。如下所述，第二激光器、分束器和 檢測(cè)器464用于對(duì)顯影劑流體表面的變動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制。在某些實(shí)施例 中，外部振動(dòng)和其他影響在顯影劑溶液的表面引入擾動(dòng)，使顯影劑的表面 局部地從所需的與襯底表面平行的平表面發(fā)生改變。使用圖4所示的系 統(tǒng)，顯影劑流體表面的變動(dòng)會(huì)造成沿路徑466反射的光束從與來自激光器 460的入射激光束共線的直線偏離。例如，如果顯影劑表面向右傾斜，則 反射光束會(huì)向與顯影劑表面正交的線右側(cè)偏轉(zhuǎn)，在分束器462與檢測(cè)器 464之間畫出的線上方產(chǎn)生檢測(cè)斑。對(duì)這種光束偏轉(zhuǎn)的測(cè)量將被用來如下 所述對(duì)主動(dòng)反射鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。主動(dòng)反射鏡450、 452和454設(shè)在圖4所示系統(tǒng)中，并用于對(duì)顯影劑流 體表面的局部改變進(jìn)行校正。隨著在檢測(cè)器464處以光束偏轉(zhuǎn)的形式測(cè)量 顯影劑表面的變動(dòng)，控制系統(tǒng)(未示出)提供收入，并致動(dòng)主動(dòng)反射鏡 450、 452和454，從而抵消光束420、 422和424由于顯影劑表面的局部改 變所造成的傾斜。在一種具體實(shí)施例中，檢測(cè)器464是二維CCD陣列，它對(duì)處于襯底 平面內(nèi)方向的光束偏轉(zhuǎn)進(jìn)行監(jiān)視。主動(dòng)反射鏡可以較小和緊湊，例如可以 從Dallas, Texas的Texas Instruments, Inc.買到的微反射鏡芯片所用的反射 鏡。為了清楚起見，圖4中將主動(dòng)反射鏡表示為分開較遠(yuǎn)，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員會(huì)明白，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以使用與檢測(cè)器陣列耦合的反射 鏡陣列。在可替換實(shí)施例中，在襯底表面與檢測(cè)器440、 442和444之間的光 路中利用菲涅耳透鏡(未示出)。在某些實(shí)施例中，選擇菲涅耳透鏡是因 為與相同直徑的球透鏡相比，菲涅耳透鏡通常聚光力強(qiáng)(fast，焦距與直 徑之比較小)并較薄。在該光路中使用透鏡可以將光聚焦到檢測(cè)器上，增 加了系統(tǒng)的光學(xué)能力并增強(qiáng)了系統(tǒng)性能。<用于半導(dǎo)體工件的卡盤>如上所述，勻膠顯影機(jī)器可以包括烘烤模塊90。該烘烤模塊90可以 用來執(zhí)行對(duì)正被處理的工件進(jìn)行加熱的一個(gè)或多個(gè)步驟。例如，可以在 "后BARC烘烤"、"后PR烘烤"或后曝光烘烤(PEB)步驟中使用該 烘烤模塊。為了防止烘烤和后烘烤冷卻造成的溫度過渡期間在晶片或工件上發(fā)生 顯著的溫度不均勻，應(yīng)當(dāng)使將晶片與下方加熱器分開的熱氣體間隙的厚度 保持得特別均勻。因此，本發(fā)明的實(shí)施例采用的卡盤，其特征是在熱基座上設(shè)有集成的 電阻加熱和靜電夾持元件。這些集成加熱和夾持元件保持了晶片平坦度以 及其下方工件與卡盤之間容納熱氣體的間隙的均勻性。根據(jù)本發(fā)明的一種 實(shí)施例，層疊有KAOPTON 晶片加熱器安裝到晶片下方、熱表面的頂 部加熱器中隔離出至少兩個(gè)電壓區(qū)域，以在加熱器元件與晶片之間產(chǎn)生夾持力而不使晶片與電導(dǎo)體接觸?？梢酝ㄟ^使用分開的導(dǎo)電元件并向包括 電阻加熱元件的區(qū)域施加DC偏壓，來產(chǎn)生這些電壓區(qū)域。圖5是根據(jù)本發(fā)明的裝置一種實(shí)施例的簡化剖視圖。具體地說，用靜電卡盤500來緊固工件W用于在室502內(nèi)進(jìn)行處理。靜電卡盤500包括由 絕緣體或電介質(zhì)層508覆蓋的電極504和506。根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí) 施例，電極504和506可以包括銅金屬，電介質(zhì)層508可以包括 KAPTONTM。如圖5所示，卡盤500的上表面還包括突起的支架特征510，支架特 征510設(shè)置來將工件W保持在由熱氣體間隙512隔開的卡盤500上方。通 常，熱氣體間隙512具有約100nm或更小的寬度，該寬度足以使晶片下方 的熱氣體能夠循環(huán)以將熱能均勻地向著下方的卡盤或者從該卡盤進(jìn)行傳 遞。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，已經(jīng)通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，用約十七 (17)個(gè)支架支撐件來將工件支撐在卡盤表面上方是最佳的。在使卡盤500的電極504與506彼此相對(duì)偏壓時(shí)，產(chǎn)生了使工件連接 到卡盤的靜電吸引力。具體地說圖6a—6b圖示了經(jīng)過大大簡化的示意圖， 圖示了通過在工件支撐件的雙極性電極之間施加電位差而產(chǎn)生的靜電吸引 力。圖6a示出了在未向電極504與506之間施加電位差的情況下位于卡盤 500上的工件W。電荷均勻分布在工件W上，工件W與下方的卡盤500 之間不存在靜電吸引力。圖6b圖示了隨后從電源520向電極504與506之間施加電位差的情 況。由于施加這種電位差，電極504與506受到相反的充電。此外，工件 W中存在的電荷在經(jīng)過充電的電極504和506影響下重新分布。具體地 說，相反類型的電荷被吸引到與相應(yīng)電極相近的工件區(qū)域。這些電荷差異 接著造成了工件W與卡盤500之間的靜電吸引。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施 例，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)向一對(duì)銅電極施加約800 —1200V之間的電位差提供了足以 將直徑300mm的工件緊固到卡盤的靜電吸引力，將熱氣體間隙維持在 100nm的均勻精確距離。參考圖6b，重要的是注意到在靜電夾持處理期間，工件W作為一個(gè) 整體仍然是電中性的。因此，在夾持期間不需要使工件與電導(dǎo)體接觸以維持電中性。參考圖5,靜電卡盤500還在電極504和506下方包括電阻加熱元件 522。加熱元件522是由導(dǎo)電材料形成的，并設(shè)置成響應(yīng)于電流通過而產(chǎn) 生熱量。這種電流是通過使電阻加熱元件的端子522a和522b與電勢(shì)差的 源524電連通而引起的。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，加熱元件522可以由 高電阻材料(例如INCONELTm)組成。靜電加熱元件被嵌入電介質(zhì)材料508內(nèi)，并由其與下方的電極分開。 根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，電極和電阻加熱元件可以彼此電隔離開，并具 有分開的端子用于在不同(或相同)的電位差影響下工作。通過將靜電夾 持功能完全與加熱分開，這樣的實(shí)施例具有靈活性更大的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)半導(dǎo)體工件W的冷卻是通過將卡盤500支撐在熱基座526的表面上 來實(shí)現(xiàn)的，熱基座526限定了內(nèi)部通道528。通道528與傳熱循環(huán)器532 處于流體連通，并設(shè)置成使熱控制流體530 (例如空氣、水或氦)經(jīng)過基 座526循環(huán)。流體530從基座526吸收熱量，然后其循環(huán)可以用較涼的流 體來代替。下面將結(jié)合圖7的簡化時(shí)序圖來說明卡盤500的操作。在將工件引入 室中的第一周期700期間，使熱控制流體經(jīng)過熱基座的通道主動(dòng)循環(huán)。此 時(shí)沒有電流流經(jīng)電阻加熱元件。因此，基座和卡盤保持在恒定溫度下。在時(shí)刻Tl，機(jī)械手臂(未示出)將工件傳送到室中。抬升指(lift finger)組件具有抬升指，氣動(dòng)抬升機(jī)構(gòu)通過卡盤使抬升指升高。機(jī)械手臂 將襯底放在抬升指的尖端上，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下的氣動(dòng)抬升機(jī)構(gòu)將工件降 低到卡盤上。此時(shí)，工件與突起的支架特征接觸，并由熱氣體間隙與卡盤 表面分開。一旦將工件置于卡盤上，則通過卡盤電壓源使卡盤的那些電極彼此有 電偏壓，以通過靜電方式緊固工件。在時(shí)刻T1，熱控制流體經(jīng)過基座的循 環(huán)也中止。由此，被夾持的晶片以及卡盤處于大體相同的溫度。一旦在時(shí)刻Tl晶片被緊固到卡盤，則在隨后的時(shí)刻T2，使電流流經(jīng) 加熱元件以造成電阻加熱。如圖5所示，室包括溫度傳感器590，溫度傳 感器590位于卡盤表面上方以監(jiān)視溫度。可以采用多種溫度傳感器設(shè)計(jì)。公開的美國專利申請(qǐng)No.2003/0209773詳細(xì)描述了一種溫度傳感器設(shè)計(jì)， 該申請(qǐng)是與本申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓的，并通過引用而為任何目的結(jié)合于此。向電阻加熱元件施加電能一直持續(xù)到達(dá)到目標(biāo)溫度。在時(shí)刻T3，停止 向加熱元件供應(yīng)電能，也停止向夾持元件供應(yīng)電能。然后可以將經(jīng)過處理 的工件從卡盤和室取出。圖7示出了本發(fā)明一種應(yīng)用實(shí)施例的事件序列的經(jīng)過大大簡化的示意 圖，可以想到各種變更。例如，在將晶片從室中取出之前，可以將晶片和 卡盤的溫度保持在目標(biāo)溫度一段時(shí)間。這種溫度調(diào)節(jié)例如可以通過反饋機(jī) 構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，所述反饋機(jī)構(gòu)利用加熱元件來施加熱能，并利用流體經(jīng)過熱基 座中通道的循環(huán)來帶走熱能。根據(jù)另一種途徑，在從室中取出之前，可以 允許經(jīng)過處理的工件在卡盤上冷卻一段時(shí)間。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的卡盤裝置一種實(shí)施例的詳細(xì)立體圖?？ūP 800包括上部電介質(zhì)表面802，該表面的直徑d略大于期望工件的直徑。 上部電介質(zhì)表面802承擔(dān)多個(gè)突起支架特征804，這些突起支架特征通常 具有10(Vm或更小的高度。雙極性電極對(duì)806a和806b位于電介質(zhì)表面 802之下。電阻加熱元件808接著位于雙極性電極對(duì)806a和806b之下?？ūP800還包括周邊部分810，周邊部分810包括輔助加熱元件 812。輔助加熱元件812可以受到單獨(dú)控制，以抵消晶片邊緣處發(fā)生的熱 效應(yīng)，從而確保晶片整個(gè)直徑上的溫度均勻性。這里所述的示例和實(shí)施例只是為了說明目的。按照它們進(jìn)行的各種修 改或變動(dòng)會(huì)被本領(lǐng)域技術(shù)人員想到，并被包括在本申請(qǐng)的精神和范圍以及 權(quán)利要求的范圍內(nèi)。除了權(quán)利要求所示之外，本發(fā)明不受其他限制。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體工件卡盤，包括上表面，包括電介質(zhì)材料；多個(gè)突起的支架特征，延伸到所述上表面上方一段高度；至少兩個(gè)電極，嵌入所述電介質(zhì)材料內(nèi)，所述至少兩個(gè)電極設(shè)置成與電壓源的相反極電連接；和電阻加熱元件，與所述電極由電介質(zhì)隔離開，所述電阻加熱元件設(shè)置成與第二電壓源電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡盤，其中，所述電極包括銅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡盤，其中，所述加熱元件包括 INCONEL 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡盤，其中，所述卡盤呈約300毫米直徑， 并且所述突起的支架特征數(shù)目約為17。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡盤，其中，所述突起的支架特征的高度約 為IOO微米或更小。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡盤，還包括周邊區(qū)域，所述周邊區(qū)域包括 附加的加熱元件。
7. —種對(duì)半導(dǎo)體工件進(jìn)行處理的裝置，包括處理室，包括容納了熱基座的壁，所述熱基座包括使循環(huán)傳熱流體流 動(dòng)所用的通道；卡盤，設(shè)置成位于所述熱基座上，所述卡盤包括， 上表面，包括電介質(zhì)材料；多個(gè)突起的支架特征，延伸到所述上表面上方一段高度； 多個(gè)電極，嵌入所述電介質(zhì)材料內(nèi)，并設(shè)置成與電壓源的相反極 電連接；和電阻加熱元件，與所述電極由電介質(zhì)隔離開，所述電阻加熱元件 設(shè)置成與第二電壓源電連接；以及溫度傳感器，位于所述卡盤的所述上表面上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述電極包括銅。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述加熱元件包括 INCONELTM。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述卡盤呈約300毫米直 徑，并且所述突起的支架特征數(shù)目約為17。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述突起的支架特征的高度 約為100微米或更小。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述卡盤還包括周邊區(qū)域， 所述周邊區(qū)域包括附加的加熱元件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述處理室包括用于光刻膠 處理機(jī)器的烘烤模塊。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述傳熱流體選自由水、空 氣和氦組成的組。
15. —種對(duì)半導(dǎo)體工件進(jìn)行處理的方法，所述方法包括 將半導(dǎo)體工件放置在多個(gè)突起的支架特征上，所述突起的支架特征從卡盤的電介質(zhì)材料上表面凸起；向嵌入所述電介質(zhì)材料中的一對(duì)雙極電極施加第一電位差，以在所述 工件與所述卡盤之間產(chǎn)生吸引夾持力；向所述卡盤內(nèi)的電阻加熱元件施加第二電位差，以加熱所述工件；檢測(cè)所述工件的溫度；以及當(dāng)檢測(cè)到目標(biāo)溫度時(shí)中斷施加所述第二電位差。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括 將所述卡盤放置在限定了通道的熱基座上；在將所述工件放置在所述卡盤上之前，使熱控制流體經(jīng)過所述通道循 環(huán)，以穩(wěn)定所述卡盤的溫度；和在將所述工件放置在所述卡盤上時(shí)，中斷所述熱控制流體經(jīng)所述通道 的循環(huán)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，使所述熱控制流體循環(huán)包括 使水、空氣和氦中至少一者循環(huán)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，布置所述半導(dǎo)體工件的步驟 包括布置包括光刻膠層的半導(dǎo)體工件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，加熱所述工件的步驟包括后BARC烘烤步驟、后PR烘烤步驟和后曝光烘烤步驟中的一項(xiàng)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述工件由所述突起的支架 特征支撐到所述卡盤的上表面上方約100微米或更小的距離。
全文摘要
一種用于半導(dǎo)體工件的卡盤，其特征在于熱基座上集成了電阻加熱元件和靜電雙極夾持元件。這些集成的加熱元件和夾持元件保持了晶片平坦度以及工件與卡盤之間容納熱氣體的下方間隙的均勻度。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，層疊Kapton的晶片加熱器被安裝到晶片之下熱表面頂部。加熱器內(nèi)隔離出至少兩個(gè)電壓區(qū)域，以在不使晶片接觸到電導(dǎo)體的情況下，在加熱器元件與晶片之間產(chǎn)生夾持力。這些電壓區(qū)域可以用單獨(dú)的導(dǎo)電元件來產(chǎn)生，也可以通過在包括電阻加熱元件的區(qū)域上施加DC偏壓來產(chǎn)生。
文檔編號(hào)B23Q3/154GK101238568SQ200680022501
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者布萊恩·魯, 石川徹夜 申請(qǐng)人:測(cè)度有限公司