專利名稱：半導體晶片的多區(qū)域溫度控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝及設備。
背景技術：
半導體芯片制造工業(yè)一直為減少成本而努力，減少每個芯片的產(chǎn)品成本的其中一個主要策略是轉向使用較大直徑的半導體晶片。目前的半導體代工廠基本上使用200mm(8 英寸)和300(12英寸)的娃晶片(wafer)。通過轉向使用450mm的晶片，從每個晶片生產(chǎn)的管芯(die)(相同尺寸)的數(shù)量將大概以晶片面積增長的比例增加。因此，450mm晶片能夠生產(chǎn)的芯片是300mm晶片的2. 25倍。處理較大晶片引起了機械的挑戰(zhàn)。其中一個提供具有高產(chǎn)量的可靠處理的方法是嚴格控制處理條件。由于450mm晶片具有較大的直徑和表面面積，因此更難于在處理時達到并維持整個晶片一致的環(huán)境。例如，在特定溫度下執(zhí)行一些處理步驟。如果將加熱或冷卻施加到晶片上分離的位置，則加熱點或冷卻點可能出現(xiàn)在晶片上。此外，加熱和冷卻的次級來源(例如輻射熱轉化的或者來自室壁的)可能不均勻地影響晶片。如果晶片溫度在整個晶片上不一致，接著可能在各個處理步驟中發(fā)生局部變化，導致管芯內(nèi)部的變化以及晶片內(nèi)部的(管芯之間)變化，例如線寬變化。

發(fā)明內(nèi)容
在一些實施例中，一種設備包括配置用來執(zhí)行離子注入工藝的處理室。在處理室內(nèi)部提供有靜電盤被。靜電盤被配置用來支撐半導體晶片。該靜電盤具有多個溫度區(qū)。每個溫度區(qū)包括位于靜電盤內(nèi)部或者與靜電盤鄰近的至少一個流體管道。提供至少兩個冷卻劑源，每個冷卻劑源流體連接到對應的流體管道的一個上，并被配置在離子注入工藝過程中提供對應不同的冷卻劑到多個溫度區(qū)中對應的一個中。冷卻劑源分別包括不同的冷卻或冷凍單元。在一些實施例中，一種方法包括對由靜電盤支撐的半導體晶片上執(zhí)行離子注入工藝。將第一和第二不同冷卻劑流體提供到位于靜電盤中或者與靜電盤鄰近的對應第一和第二流體管道中，第一和第二流體管道對應靜電盤的第一和第二區(qū)域，從而在所述離子注入工藝中對鄰近靜電盤的第一和第二區(qū)域的所述晶片的第一和第二部分對應的晶片溫度進行獨立控制。在一些實施例中，一種方法包括在位于第一半導體襯底上的薄膜材料的第一薄膜中蝕刻電路圖案。在多個位置測量所述電路圖案的臨界尺寸?；谒鰷y量的臨界尺寸， 對形成第二半導體襯底上該薄膜材料的第二薄膜的單晶片室進行調(diào)整，從而局部調(diào)整所述第二薄膜的厚度。使用所述調(diào)整單晶片室在所述第二半導體襯底上形成所述第二薄膜。
在一些實施例中，一種設備包括處理器，所述處理器用于接收在電路圖案中各個位置的多個臨界尺寸測量，所述電路圖案通過對第一半導體襯底上包括薄膜材料的薄膜蝕刻而成。單晶片室被提供用于形成位于第二半導體襯底上的該薄膜材料的第二薄膜。所述單晶片室響應所述處理器輸出的控制信號，以基于所述臨界尺寸測量對所述第二薄膜的厚度進行局部調(diào)整。在一些實施例中，一種設備包括處理室，所述處理室被配置用于執(zhí)行襯底涂覆或光致抗蝕劑顯影的步驟。所述處理室具有用來支撐半導體襯底的加熱臺，所述加熱臺具有多個獨立可移動的加熱元件。提供控制器用于控制對所述可移動加熱元件位置的獨立調(diào)
難
iF. O在一些實施例中，一種方法包括測量加熱臺支撐的第一半導體襯底上多個位置的臨界尺寸。通過所述加熱臺上多個獨立可控加熱元件對提供熱量到第二襯底的位置進行調(diào)整。所述調(diào)整基于所述測量的臨界尺寸。在對所述第二襯底進行涂覆或者對所述第二襯底上光致抗蝕劑進行顯影的同時，在所述位置將熱量提供到所述第二襯底上。


圖I為半導體處理工具的不意圖2為圖I的冷卻滾筒的示意圖3為圖2的冷卻滾筒的側視示意圖4為圖3所示冷卻滾筒的變化；
圖5為具有薄膜淀積室的工具的示意圖6為圖5所示工具的處理示意圖，該圖顯示了前饋和反饋；
圖7為圖5的工具中執(zhí)行處理的流程圖8A為涂層機或顯影機中使用的熱板的平面圖8B為圖8A的熱板的示意圖，并具有加熱元件以及加熱元件的控制器
圖9為處理工藝流程線的方框圖10為用于圖9工藝的控制系統(tǒng)方框圖11為在涂層機中具有獨立溫度控制的處理流程圖12為在顯影機中具有獨立溫度控制的處理流程圖；以及
圖13為替代加熱裝置的示意圖。
具體實施例方式應結合附圖閱讀示意性實施例說明，其中附圖被認為是整個說明書的一部分。在說明書中，例如“下面的”、“上面的”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“上部”、“底部”及其派生詞(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)等相關術語應當被構造用來參考下文中討論的附圖中描述或顯示的方位。這些相關術語僅為了方便描述，并不需要以特定的方向構造或操作設備。關于附著、連接等術語，例如“連接”以及“互連”，用來指示結構直接地或通過中間結構間接地固定或結合到另一個結構上的關系，以及指示活動性或固定附著或關聯(lián)，除非有其他的表述。圖I顯示了注入工具100。該工具100具有晶片轉移室102，晶片轉移室102將晶片保持在密封的真空環(huán)境中。多個預備室104可連接到晶片轉移室102。預備室104可通至大氣壓。配置預備室104以從四個裝載口大氣傳送模塊114，或者從其他機械裝置接收晶片105。然后對預備室104密封關閉并且將其抽空為真空壓力。接著，在不干擾晶片轉移室 102中真空或工藝流程的情況下，可將晶片105轉移到晶片轉移室102中。將晶片105從晶片轉移室102轉移到處理室112的處理冷卻滾筒(platen)或者靜電盤(e-chuck) 106中。 通過多個冷卻劑對處理冷卻滾筒platen或者靜電盤106進行冷卻，多個冷卻劑由用于冷卻到較低溫度的第一冷凍機(壓縮機)103、第二冷凍機113以及第三冷凍機123在冷卻線中提供。處理室112具有掃描馬達108，掃描馬達108產(chǎn)生用于注入工藝步驟的離子束110。通過用離子束轟擊晶片105來執(zhí)行注入工藝。由離子注入導致的襯底損傷可產(chǎn)生結漏。低溫的離子注入工藝將減少襯底損傷，從而消除射程末端(end-of-range,E0R)缺陷 (位于無定形層和晶體層之間的界面處)。離子的低溫注入轟擊在目標晶體中產(chǎn)生完整的無定形區(qū)域，即其中沒有特定晶體結構存在的區(qū)域。在低溫注入之后執(zhí)行的退火促進注入的區(qū)域7 ,即由轟擊離子穿透的深度7表示的層，再結晶到類似外延生長部份的層中，將這種技術命名為“固相外延”。低注入溫度應當在整個晶片上一致。本發(fā)明已確定，當傳統(tǒng)冷卻滾筒用于低溫離子注入時，晶片的溫度變化，并且其大概是晶片上徑向位置的函數(shù)。例如，如果在晶片的中心提供冷卻氣體，該中心將具有最低的溫度，并且晶片的周邊將具有最高的溫度。在這樣的配置中，隨著晶片半徑增加到450mm，晶片中心與周邊之間的潛在溫度差可能更大。這能夠?qū)е抡麄€晶片非均勻的晶體結構，從而導致不均勻的器件性能。圖2為示意性的處理室112的多區(qū)域冷卻滾筒或e_chuckl06的更詳細視圖。冷卻滾筒或e臺106適用于注入工藝過程中的晶片內(nèi)部溫度控制。通過在注入過程中對整個晶片提供均勻且期望的溫度，可能能夠改善臨界尺寸(⑶)的均勻性，這使得改善晶片內(nèi)部結漏性能以及閾值電壓均勻性成為可能，并且可能減少或消除鎳管道(piping)缺陷。處理室112內(nèi)部的冷卻滾筒或e_chuckl06被配置用來支撐半導體晶片。冷卻滾筒或e-chuckl06具有多個溫度區(qū)101、111、122以及124，其中區(qū)域122和124形成單個溫度控制區(qū)。每個溫度區(qū)101、111、122和124包括至少一個位于靜電盤內(nèi)部或者與靜電盤鄰近的流體管道，具體參考如圖3和圖4所示。冷卻滾筒或e-chuckl06具有至少兩個冷凍劑源103、113和123。每個冷凍劑源103、113、123液體連接到位于對應溫度控制區(qū)101、111 以及122和124中對應的一個流體管道上。每個冷凍劑源103、113、123被配置用來將對應不同的冷卻劑提供到多個溫度區(qū)中的一個對應溫度區(qū)中。在一些實施例中，至少兩個冷卻劑源包括對應不同的冷卻或冷凍單元103、113 和123，冷卻或冷凍單元103、113和123被配置用來對應地提供具有對應不同溫度的不同的冷卻劑。例如，冷卻劑可以為低溫流體，例如冷卻劑包括液體氫(20K，-253°C)、液體氦 (3K，-2700C )、液體氮(77K，-196。。)、液體氧(90K, -183。。)、液體甲烷(112K，-162。。)以及液體一氧化二氮(88K，-185°C )。因此，冷卻滾筒或e-chuckl06能夠被冷卻到從這些溫度中選擇的溫度?？蛇x擇地，冷凍的非低溫冷卻劑可以用來提供大約-50°C、0°C或者5°C。 根據(jù)冷卻滾筒或e-chucklOe的配置，以及其中材料的導熱性，晶片溫度可以一定程度地高于冷卻劑的溫度。在圖2的實施例中，多個溫度區(qū)包括多個同心環(huán)區(qū)101、111和122、124。環(huán)形溫度控制區(qū)通常適用于圓柱狀晶片，在這種晶片中，局部溫度通常為圓柱狀極坐標系統(tǒng)的徑向坐標的函數(shù)，其中圓柱狀極坐標系統(tǒng)的中心位于晶片中心。雖然圖2顯示了三個溫度控制區(qū)101、111和122、124，但是在可選擇的實施例中， 可以包括兩個或更多任意數(shù)量的溫度控制區(qū)。在一些配置中，溫度分布也可以隨著晶片的切線極化坐標變化(例如，如果冷卻滾筒或e-chuck 106位于一個具有不均勻分布熱量的軸向不對稱內(nèi)部結構的底座上)。在這樣的配置中，每個徑向溫度區(qū)可以被劃分為兩個、三個或者四個角形區(qū)域，從而在離子注入過程中提供更精確的溫度控制用于更好的溫度均勻性。溫度控制器130提供用于獨立控制來自冷凍機103、113、123的對應不同冷卻劑向具有多個溫度區(qū)的供應，多個溫度區(qū)在各自不同的溫度，從而在整個晶片上維持大體上均勻的晶片溫度。溫度反饋用來控制每個區(qū)域中的溫度。通過位于冷卻滾筒或e-chucklOe 上或者內(nèi)部的多個傳感器可以采集溫度反饋?？蛇x擇地，可以采集溫度分布的圖像。如果使用低溫冷卻劑，則以基本恒定的供應溫度提供每個冷卻劑?？梢酝ㄟ^改變冷卻劑流動(具有恒定流動速度)的工作周期，或者通過改變每個溫度區(qū)101、111以及 122,124中的冷卻劑體積流動速度來對從每個區(qū)域去除的熱量進行控制?？刂破?30可以具有顯示每個冷卻劑源的合適冷卻劑流動速度或工作周期的表格，作為由每個對應冷卻劑源控制的區(qū)域中平均溫度的函數(shù)。在其他實施例中(例如，如果使用非低溫冷卻劑)，冷凍機103、113和123中的一個或多個可以能夠提供在溫度范圍內(nèi)的單獨冷卻劑，因此可以通過改變對應那個(那些) 區(qū)域內(nèi)部的冷卻劑供應溫度對區(qū)域101、111和122、124中的一個或多個的溫度進行控制。通過在不同的徑向區(qū)域中提供不同的冷卻劑，可將晶片溫度的徑向變化降為最小或避免。例如，可以在冷卻滾筒或e-chuck 106的內(nèi)環(huán)形區(qū)122、124內(nèi)部或與內(nèi)環(huán)形區(qū)122、124相鄰提供第一冷卻劑流體(例如-162度的液態(tài)甲烷)，并且可以在冷卻滾筒或 e-chuckl06的外環(huán)形區(qū)111中提供第二冷卻劑流體(例如_196度的液態(tài)氮)，其中第二冷卻劑比第一冷卻劑具有更低的沸騰溫度。圖3和圖4顯示了冷卻滾筒或e-chuck的配置的兩個實施例。在圖3中，冷卻劑流體管道101、111和124為設置在冷卻滾筒106后表面上的管子?？梢酝ㄟ^將管子焊接或連接到后表面實現(xiàn)這種配置。圖4顯示了另一種配置，其中管道201、211和222、224形成在冷卻滾筒或e-chuck206內(nèi)部。與圖3的設備相比，圖4的配置在冷卻劑和冷卻滾筒或 e-chuck 106之間提供改善的熱連接。雖然圖1-4涉及離子注入工藝步驟，但是多區(qū)域溫度控制可以使用在半導體集成電路制造工藝的其他部分中。圖5-7涉及多區(qū)域溫度控制在薄膜淀積工藝，例如化學氣相淀積(CVD)、等離子體增強CVD(PECVD)或者物理氣相淀積(PVD)中的應用。圖6為金屬氧化半導體(MOS)工藝的處理示意圖。襯底600具有在其上的多晶硅柵極601。例如薄保形(conformal)氧化層的襯墊層602形成在多晶娃柵極601的側壁上以及襯底600上。保形氮化硅(SiN)層603形成在襯里(liner)層602的上方。執(zhí)行各向同性(干)蝕刻工藝，將多晶硅柵極601上的SiN層603蝕刻掉。因此，墊片(spacer)603 形成在襯里層602上的多晶硅柵極601的旁邊。在襯底600中形成輕摻雜漏極(LDD)區(qū) (圖中未顯示)的步驟中，墊片603是有用的。
控制圖6所示的臨界尺寸⑶，以控制LDD區(qū)的大小。發(fā)明人確定可以通過控制SiN 層603的厚度來控制⑶，并且可以通過控制SiN層603的厚度均勻性控制⑶的均勻性。此外，可以通過獨立控制多個獨立可控區(qū)中晶片的局部溫度來控制SiN層603的厚度均勻性和CDU (臨界尺寸均勻性)。在一些實施例中，單晶片淀積室用來調(diào)整使用多個用于薄膜淀積和蝕刻匹配的加熱器區(qū)域的特定厚度分布。發(fā)明人確定單晶片室提供基本軸向?qū)ΨQ的晶片溫度分布。能夠更容易地由多個環(huán)形加熱區(qū)對軸向?qū)ΨQ溫度分布補償。圖5為用于通過CVD或者PECVE工藝(或者其他各向同性淀積工藝)淀積薄膜的單個晶片淀積室500的示意圖。提供滾筒506用于支撐半導體晶片。滾筒506具有多個獨立可控的溫度區(qū)501、511、521和531。雖然圖5顯示了四個溫度控制區(qū)501、511、521和 531，但是可以使用兩個或更多等任意期望數(shù)量的溫度控制區(qū)。溫度控制區(qū)的數(shù)量越大，維持薄膜602和603的厚度控制的能力就越強，并因而控制CDU的能力越強。在加熱區(qū)501、511、521和531的每個中提供至少一個加熱元件540。雖然圖5顯示了 13個十字配置的加熱元件540，但是可以提供任意數(shù)量的加熱元件，并且加熱元件可以以任意希望的配置進行排列。加熱元件540的數(shù)量越大，維持薄膜602和603的厚度控制的能力越強，并因而控制CDU的能力越強。圖6顯示了控制步驟的示意圖。示意性的系統(tǒng)提供從該工藝和溫度控制形成的器件實際臨界尺寸的反饋，以控制薄膜層602、603的厚度。在蝕刻工具(例如干法蝕刻工具) 中執(zhí)行蝕刻步驟之后，在晶片上電路圖案中多個位置進行CD測量?？梢允褂美鐠呙桦娮语@微鏡(SEM)執(zhí)行測量。優(yōu)選地，自動地將CD測量提供給控制器550，或者提供給與控制器 550連接的處理器。提供處理器(例如自動處理控制器550)用于接收來自第一半導體襯底上各個位置的多個CD測量，其中從氧化膜和SiN膜蝕刻該各個位置。如果第一薄膜(位于第一晶片上相同位置)的臨界尺寸小于理想的尺寸，就配置處理器以控制加熱元件以增加第二薄膜 (位于第二晶片上)的局部厚度，并且如果第一薄膜的臨界尺寸大于理性尺寸，則減少第二薄膜的厚度。在例如CVD或者PECVD的薄膜淀積工藝中，隨著晶片溫度的增加(同時保持其他工藝參數(shù)恒定)，淀積層的厚度也增加?？刂破?50決定即將提供到每個溫度區(qū)501、511、521、531的加熱修正，以實現(xiàn)即將提供的薄膜的厚度均勻性。例如，控制器550可以具有表格，該表格規(guī)定將要施加到給定溫度控制區(qū)中的每個加熱元件540的加熱能量的增加，該增加與那個區(qū)域的平均臨界尺寸和理想臨界尺寸之間的偏差成比例。雖然圖5顯示了一個控制器550，但是控制功能可以由多個處理器執(zhí)行。例如，處理控制器可以直接與加熱元件連接，并且通用處理器可以提供用于控制所使用算法和數(shù)據(jù)的應用程序軟件，其中該算法和數(shù)據(jù)用于執(zhí)行CD測量與提供到加熱元件540的能量之間的反饋。接著在第二或后續(xù)晶片上執(zhí)行薄膜淀積時，將從第一晶片的SEM CD測量確定的新的加熱能量級提供到加熱元件540上。雖然上述實施例描述氧化膜和SiN膜形成在晶片上，并且對SiN墊片的寬度進行控制，但是在其他例子中，可以淀積其他材料的薄膜，并且可以使用多個獨立控制的溫度區(qū)域?qū)Φ矸e層的厚度進行控制，從而用于控制其他結構的臨界尺寸。
圖7為顯示根據(jù)圖6的方法示例的流程圖。在步驟700中，將晶片提供到單個晶片淀積室500中，用于通過各向同性工藝例如 CVD或PECVD進行保形膜淀積。在步驟702中，在單晶片淀積室內(nèi)將保形膜淀積到襯底600上。如果處理的是第一晶片，則可將在淀積過程中提供到每個溫度控制區(qū)的加熱元件540的能量設定為默認值。在步驟704中，將晶片轉移到蝕刻工具處，例如等離子體蝕刻反應室。在第一半導體襯底上第一薄膜中蝕刻有電路圖案。例如，如圖6所示，可以使用干法蝕刻步驟來形成位于多晶娃柵極601旁邊的SiN墊片。在步驟706中，在多個位置測量電路圖案的臨界尺寸。例如，可以使用掃描電子顯微鏡。該多個位置應當包括在每個溫度控制區(qū)中的至少一個(優(yōu)選地多于一個)的位置。 例如，在圖6中，所測量的臨界尺寸是SiN墊片的寬度。通過采集在所有溫度控制區(qū)中的臨界尺寸的測量值，則測得CDU。在步驟708中，基于SEM數(shù)據(jù)的⑶U反饋，處理器或者控制器550判斷單個晶片淀積室500中哪個溫度控制區(qū)應當具有增加或減少的厚度，從而獲得理想的⑶U。在一些實施例中，在進入到調(diào)整步驟708之前，重復執(zhí)行步驟700到706 (例如重復2次或3次，或更多的次數(shù))。在其他實施例中，每當在步驟700-706中處理另一個晶片時，則執(zhí)行步驟708。 可以基于多個因素決定多久執(zhí)行一次調(diào)整步驟，例如工藝的穩(wěn)定性，將冷卻滾筒區(qū)溫度調(diào)整至加熱器能量變化所花費的時間的長度，或者根據(jù)更多數(shù)據(jù)采樣進行基本調(diào)整的期望。在步驟710中，基于測量的臨界尺寸，控制器550對提供到單晶片室500的溫度控制區(qū)中每個加熱元件540的能量進行調(diào)整，從而局部調(diào)整第二薄膜的厚度?？煞謩e調(diào)整每個溫度控制區(qū)，從而區(qū)別地調(diào)整厚度以改善⑶U。如果第一晶片的臨界尺寸小于預期的尺寸，則增加提供到溫度控制區(qū)的加熱能量以增加薄膜的厚度。如果第一晶片的臨界尺寸大于預期的尺寸，則減少提供到溫度控制區(qū)的加熱能量以減少該薄膜的厚度。在步驟710完成之后，重復從步驟700到步驟710的循環(huán)，從而使用調(diào)整單晶片室在第二半導體襯底上形成該薄膜材料的第二薄膜。多溫度區(qū)系統(tǒng)的另一個實施例如圖8A到圖12所示。通過經(jīng)由可變的位置加熱元件在加熱臺或者e-chuck中的靈活溫度控制，圖8A-12增強了本發(fā)明設備和方法的處理控制能力。通過移動單個的加熱元件840，加熱臺801對將熱量提供到襯底的位置進行獨立調(diào)整。圖8A顯示了適用于在光刻工藝采用的加熱臺801。加熱臺801可以被包含在涂層機902 (見圖9)或者顯影機906 (見圖9)中。圖8A的加熱臺801具有多個加熱元件，這些加熱元件可以以任意希望的數(shù)量提供，并且可以設置在任意希望的位置。如圖所示，每個加熱元件840可以在XY平面中在X范圍Rx和Y范圍Ry內(nèi)移動?？蓪⒖梢苿釉?40沿著徑向和/或切線方向移動?？梢苿釉?40可以移動到一定位置，從而形成對稱或非對稱的加熱元件設置。因此，可移動加熱元件可以用于消除增加或減少溫度的非對稱形狀區(qū)。除了可以移動之外，提供給每個加熱元件的能量是可以改變的，以消除局部加熱點或冷卻點。此外，如果一個加熱元件840失敗，則可對剩余的加熱元件840重新布置，從而至少部分地補償失去的加熱元件。除了可移動之外，還可以改變提供給每個加熱元件的能量， 從而增加剩余加熱元件中與失敗的加熱元件最近的加熱元件的加熱能量。
圖8B顯示了其中加熱元件840中的一個的控制示意圖。圖8B僅顯示了一個加熱元件840,但是本領域普通技術人員應當理解,剩余的加熱元件840也可以以如圖8B所示的相同方法進行控制。對應的驅(qū)動單元842與每個對應的可移動加熱元件840連接，以驅(qū)動和加熱臺801 的晶片捏合(wafer-engaging)表面平行的平面內(nèi)的加熱元件?？梢允褂酶鞣N電可控XY臺， 例如但不限于適用于分檔器的XY臺。驅(qū)動單元842提供沿兩個垂直方向Rx和Ry的移動范圍。控制器850包括XY驅(qū)動馬達控制器852，XY驅(qū)動馬達控制器852是用來控制獨立調(diào)整至可移動加熱元件840位置的處理(或模塊)。XY控制器850還包括用來控制提供到每個加熱元件840的能量的第二處理(或模塊)854。控制器850還可以包括處理器，處理器接收反饋信號并計算每個可移動加熱元件 840的理想位置和加熱能量。位置調(diào)整是受限的，這樣可移動加熱元件840不會互相碰撞。 例如，每個元件840從其默認位置(其移動范圍的中心)的移動可以被限制為小于兩個相鄰XY臺842的最靠近表面之間距離的一半(當兩個相鄰XY臺842在默認位置時)。在其他實施例中，控制器850具有一個或更多的表格,該表格用來提供加熱兀件位置的預定配置以及多個反饋場合的能量等級。圖9為光刻系統(tǒng)的方框圖，在該系統(tǒng)中可以使用加熱臺801。該系統(tǒng)包括涂層機 902 (例如加拿大Santa Clara, Site Services Inc.銷售的商標為Tractrix的旋涂工具)， 該涂層機902用于將光致抗蝕劑提供到襯底上。掃描器904穿過掩模將光致抗蝕劑進行曝光，以形成預期的圖案。在曝光后，顯影機906提供溶液以將光致抗蝕劑的期望部分進行硬化。掃描電子顯微鏡908測量在晶片上多個位置的圖案臨界尺寸，并確定臨界尺寸均勻性。 可將SEM 908集成到顯影機中?？刮g劑910將光致抗蝕劑上不想要的部分以及襯底中的下層膜除去。如圖9所示，可以以兩種不同的方法或者兩種方法之一調(diào)整該工藝。涂層機902 中加熱臺801的加熱元件840可以被調(diào)整來增加或減少局部溫度，從而調(diào)整提供的光致抗蝕劑膜的均勻性。對涂層機902中晶片局部溫度的調(diào)整導致涂層機中淀積的光致抗蝕劑厚度的局部調(diào)整?？蛇x擇地，可以調(diào)整顯影機906中加熱臺801的加熱元件840。在曝光后烘烤 (PEB)過程中，已被曝光的正光致抗蝕劑部分變得可溶。通過調(diào)整PEB過程中晶片上的局部溫度，光致抗蝕劑的期望部分更均勻地呈現(xiàn)可溶性，從而有利于臨界尺寸的均勻性。圖10為圖9的系統(tǒng)的控制示意圖。對于進入的晶片，可以在將光致蝕刻劑提供到襯底上之前，由SEM測量提供初始值。例如，襯底可以已經(jīng)具有通過之前處理步驟形成的圖案?？梢詼y量這些圖案的臨界尺寸，并且能夠識別這些臨界尺寸中的任何變化。在此步驟中能夠識別晶片中的任何結構特征。初始的SEM測量被用作用于該工藝的前饋信息。在節(jié)點912處，將前饋信息與目標臨界尺寸數(shù)據(jù)進行比較，以判斷該工藝的初始期望偏差。該信息用于初步限定輸入到溫度區(qū)的理想熱量。這個輸入由控制器850執(zhí)行?？刂破?50利用上述參考圖8A和圖8B描述的方式操作加熱元件840。這些熱量輸入對圖9所示的處理設備的運行產(chǎn)生影響?？刂破骺梢园ㄇ度胧奖壤e分微分(PID)控制裝置，該嵌入式比例積分微分(PID)控制裝置根據(jù)目標臨界尺寸與輸入到控制器的臨界尺寸之間的偏差改變加熱器的能量。在節(jié)點914處，將晶片從顯影機輸出，并且SEM臨界尺寸數(shù)據(jù)被饋送到模塊916 中。模塊916接收來自多個位置的臨界尺寸數(shù)據(jù)，并且確定一系列加熱元件位置以及加熱能量等級，以改善光致抗蝕劑的厚度和/或CDU。例如，模塊916可以(根據(jù)臨界尺寸數(shù)據(jù))確定晶片中的冷卻點，并且設定每個加熱元件840盡可能地向最近的冷卻點移動。然后，估計即將提供到每個加熱元件840的加熱能量。位于模塊916中的熱組件(圖中未顯示)能夠根據(jù)熱量輸入值對分布在整個晶片上的溫度進行計算。然后可將溫度分布輸入到臨界尺寸組件(圖中未顯示)，臨界尺寸組件根據(jù)估計的溫度分布來預測晶片上多個位置的臨界尺寸。如果預測的臨界尺寸均勻性位于收斂性判別標準中，則該模塊能向控制器850輸出該系列的加熱元件位置以及能量等級， 用于下一工藝運行中采用。如果沒有滿足收斂性判別標準，則接著通過使用不同系列的加熱器輸出能量等級重新運行溫度分布預測和臨界尺寸分布方案，模塊916可以執(zhí)行額外的重復。在多次重復之后，如果這些系列的加熱器位置和能量等級中沒有一個滿足模塊的收斂性判別標準，則可以選擇提供最好預測臨界尺寸的系列位置和加熱能量。在一些實施例中，自動處理控制器將根據(jù)從節(jié)點914和912的輸入計算預測臨界尺寸。臨界尺寸平均值可以通過使用分檔器調(diào)整曝光射線劑量來進行補償，并且可以通過具有該靈活溫度控制單元的加熱臺控制臨界尺寸均勻性(CDU)。圖11為使用圖8A和8B所示設備的方法流程圖，圖11描述該工藝為只要提供晶片就重復執(zhí)行的當前工藝。在步驟1100中，提供有第N個半導體襯底(晶片)，其中N為整數(shù)。由加熱臺支撐該第N個晶片。該第N個半導體晶片可以已經(jīng)經(jīng)歷先前的制造工藝，并可以具有形成在上面的圖案。在步驟1102中，可以進行第N個晶片的初始SEM測量，以向處理進行前反饋。步驟1104和1106均在涂層機902的加熱臺中執(zhí)行。在步驟1104中，獨立調(diào)整加熱臺801的各個加熱元件840的位置。如果是執(zhí)行第一工藝(第一晶片)，則可以使用一系列的默認位置(例如，每個加熱元件840移動范圍的中心)。如果第N個晶片為第二個或者后續(xù)的晶片，則根據(jù)第N-I個晶片的計量(SEM) 1116輸出的臨界尺寸反饋數(shù)據(jù)調(diào)整用于第 N個晶片的位置。(在可選擇的實施例中，如果每次處理預定數(shù)量的晶片后，或者每當固定周期時間過去后進行調(diào)整，則該調(diào)整可以基于從另一個最近的先前處理的晶片的臨界尺寸反饋。)在步驟1106中，對提供到加熱臺801每個單獨加熱元件840的加熱能量進行調(diào)整。如果是第一次工藝運行(第一晶片)，則可以使用一系列的默認能量等級(例如平均預期的加熱能量)。如果第N個半導體晶片為第二個或者后續(xù)的晶片，則根據(jù)第N-I個半導體晶片(或者用于決定位置調(diào)整的其他最近的先前晶片)的計量(SEM)1116輸出的臨界尺寸反饋數(shù)據(jù)調(diào)整用于第N個晶片的加熱能量。在步驟1108中，當加熱器840以預期能量等級將熱量提供到預期位置時，將第N 個半導體晶片涂覆光致抗蝕劑。在步驟1110中，將第N個半導體晶片在掃描器中曝光。
在步驟1112中，執(zhí)行PEB以活化在光致抗蝕劑(resisit)曝光過程中產(chǎn)生的光酸。光酸攻擊在自催化序列中光致抗蝕劑的鍵，使得它們在顯影溶液中可溶解。將熱量提供到在步驟1104中確定的位置。在步驟1114中，提供有顯影化學劑。將光致抗蝕劑中呈現(xiàn)可溶性的部分除去。在步驟1116中，SEM對由加熱臺支撐的第N個半導體晶片上的多個位置進行臨界尺寸測量。將第N個晶片的掃描電子顯微鏡輸出的臨界尺寸反饋提供給模塊用于處理第 N+1個晶片，其中該模塊生成步驟1104和1106下一次重復中即將使用的一系列新的加熱元件位置和能量等級。圖12為圖11所示方法的變化流程圖，其中在PEB步驟中被控制和調(diào)整加熱臺溫度。在步驟1200中，提供有第N個半導體襯底(晶片)，其中N為整數(shù)。第N個晶片由加熱臺支撐。第N個晶片可以已經(jīng)經(jīng)歷先前的制造工藝，且其上面可以形成有圖案。在步驟1202中，可以對第N個晶片進行初始SEM測量，以向處理進行前反饋。在步驟1204中，利用光致抗蝕劑涂覆第N個晶片。在步驟1206中，在掃描機中曝光第N個晶片。步驟1208和1210均在PEB之前和過程中，并在顯影機902的加熱臺中執(zhí)行。在步驟1208中，獨立調(diào)整加熱臺801的各個加熱元件840的位置。如果是第一次工藝運行(第一晶片)，則可以使用一系列的默認位置(例如，每個加熱元件840移動范圍的中心)。如果第N個晶片為第二個或者后續(xù)的晶片，則根據(jù)第N-I個晶片的計量(SEM) 1216輸出的臨界尺寸反饋數(shù)據(jù)調(diào)整用于第N個晶片的位置。(在可選擇的實施例中，如果每次處理預定數(shù)量的晶片后，或者每當固定周期時間過去后進行調(diào)整，則該調(diào)整可以基于另一個最近的先前處理的晶片的臨界尺寸反饋。)在步驟1210中，調(diào)整提供到加熱臺801的每個單獨加熱元件840的加熱能量。如果是第一次工藝運行(第一晶片)，則可以使用一系列的默認能量等級(例如平均預期的加熱能量)。如果第N個晶片為第二個或者后續(xù)的晶片，則根據(jù)第N-I個晶片(或者用于決定位置調(diào)整的其他最近的先前晶片)的計量(SEM) 1116輸出的臨界尺寸反饋數(shù)據(jù)調(diào)整用于第 N個晶片的加熱能量。在步驟1212中，執(zhí)行PEB以活化在光阻曝光過程中產(chǎn)生的光酸。由加熱器840以預期的位置和能量等級將熱量提供到在步驟1208中確定的位置。在步驟1214中，提供有顯影化學劑。將光致抗蝕劑中呈現(xiàn)可溶性的部分除去。在步驟1216中，SEM對由加熱臺支撐的第N個晶片上的多個位置的臨界尺寸進行測量。將第N個晶片的SEM輸出的臨界尺寸反饋提供給模塊用于處理第N+1個晶片，其中模塊產(chǎn)生在步驟1208和1210下一次重復中即將使用的一系列新的加熱元件位置和能量等級。圖13為具有不同加熱結構的可選擇的加熱臺的示意圖。該實施例中提供了大量獨立控制的加熱元件1340，以代替提供可移動的加熱元件840 (如結合圖8B所描述的)。 加熱元件1340可以是位置固定的電阻元件。加熱元件1340的大小可以充分小，并且加熱元件的數(shù)量足夠大，從而可以電學地進行加熱調(diào)整，來代替機械地加熱調(diào)整。通過選擇和取消選擇任意子集的加熱元件1340，加熱臺1301對熱量提供到襯底的位置進行獨立地調(diào)整。能夠改變提供到每個有源加熱元件的能量以調(diào)整溫度，如上文結合圖8B的描述。使用圖8A-13的設備使得能夠?qū)崿F(xiàn)晶片工藝中控制，并且改善了涂覆和PEB步驟， 從而改善光致抗蝕劑的厚度均勻性和CDU。上文已描述本發(fā)明的設備和方法關于從第一次工藝運行的晶片上不同位置采集數(shù)據(jù)，通過自動處理控制對用于各個位置的合適裝置或工藝的設置進行計算，并且在另一個晶片上執(zhí)行調(diào)整的工藝。雖然結合上述實施例對本發(fā)明進行描述，但是本發(fā)明不局限于該具體實施例。確切地，所附權利要求應當被廣泛構造來包含本發(fā)明的其他變化和實施例，這些變化和實施例可以由本領域的普通技術人員在不脫離本發(fā)明等同保護范圍的前提下實現(xiàn)。
權利要求
1.一種方法，包括對由滾筒或靜電盤支撐的半導體晶片上執(zhí)行離子注入工藝；以及將第一和第二不同的冷卻劑流體提供到位于所述滾筒或靜電盤中或者與所述滾筒或靜電盤鄰近的對應第一和第二流體管道中，所述第一和第二流體管道對應所述滾筒或靜電盤的第一和第二區(qū)域，從而在所述離子注入工藝中對鄰近所述滾筒或靜電盤的第一和第二區(qū)域的所述晶片的第一和第二部分的對應晶片溫度進行獨立控制。
2.如權利要求I所述的方法，所述提供步驟包括對應地提供來自對應不同的冷卻或冷凍單元的選自由液體氫、液體氦、液體氮、液體氧、液體甲烷以及液體一氧化二氮組成的組的不同的冷卻劑。
3.如權利要求I所述的方法，還進一步包括對以對應不同的溫度向所述第一和第二區(qū)域的所述第一和第二冷卻劑的供應進行獨立控制，以在整個晶片上維持大體上均勻的晶片溫度。
4.如權利要求I所述的方法，進一步包括使用位于所述滾筒或靜電盤上或者內(nèi)部的多個傳感器采集溫度反饋數(shù)據(jù)；以及使用所述溫度反饋數(shù)據(jù)來控制每個區(qū)域的溫度。
5.如權利要求I所述的方法，其中，提供第一和第二不同的冷卻劑流體的步驟包括以對應的基本恒定的供應溫度在每個區(qū)域中供應所述冷卻劑流體；以及改變每個區(qū)域中的冷卻劑流體的體積流動速度。
6.如權利要求I所述的方法，其中，提供第一和第二不同的冷卻劑流體的步驟包括以對應的基本恒定的供應溫度在每個區(qū)域中供應所述冷卻劑流體；以及改變每個區(qū)域中的冷卻劑流體的工作周期。
7.如權利要求I所述的方法，進一步包括改變供應到所述區(qū)域中的至少一個區(qū)域的至少一種冷卻劑流體的溫度。
8.一種方法，包括對由滾筒或靜電盤支撐的半導體晶片上執(zhí)行離子注入工藝；以及在對應不同的冷卻或冷凍單元中冷卻第一和第二冷卻劑；將第一和第二不同的冷卻劑流體提供到位于所述滾筒或靜電盤中或者與所述滾筒或靜電盤鄰近的對應第一和第二流體管道中，所述第一和第二流體管道對應所述滾筒或靜電盤的第一和第二同心環(huán)區(qū)域，其中，所述提供步驟包括對應地提供來自對應不同的冷卻或冷凍單元的選自由液體氫、液體氦、液體氮、液體氧、液體甲烷以及液體一氧化二氮組成的組的不同的冷卻劑，以在整個晶片上維持大體上均勻的晶片溫度；以及在所述離子注入工藝中對鄰近所述滾筒或靜電盤的第一和第二區(qū)域的所述晶片的第一和第二部分的對應晶片溫度進行獨立控制，從而在所述晶片上形成無定形區(qū)域，包括使用位于所述滾筒或靜電盤上或者內(nèi)部的多個傳感器采集溫度反饋數(shù)據(jù)；以及使用所述溫度反饋數(shù)據(jù)來控制每個區(qū)域的溫度；以及在所述離子注入后對所述晶片進行退火。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述第一和第二環(huán)區(qū)均分成多個環(huán)區(qū)，所述方法進一步包括在多個環(huán)區(qū)中獨立地控制所述溫度。
10.如權利要求8所述的方法，其中，提供第一和第二不同的冷卻劑流體的步驟包括以對應的基本恒定的供應溫度在每個區(qū)域中供應所述冷卻劑流體；以及改變每個區(qū)域中的冷卻劑流體的體積流動速度或冷卻劑流體的工作周期。
全文摘要
本發(fā)明公開一種半導體晶片的多區(qū)域溫度控制。本發(fā)明還公開一種設備，其包括配置用來執(zhí)行離子注入工藝的處理室。在處理室內(nèi)部提供冷卻滾筒或靜電盤被。冷卻滾筒或靜電盤被配置用來支撐半導體晶片。冷卻滾筒或靜電盤具有多個溫度區(qū)。每個溫度區(qū)包括位于冷卻滾筒或靜電盤內(nèi)部或者與冷卻滾筒或靜電盤鄰近的至少一個流體管道。提供至少兩個冷卻劑源，每個冷卻劑源流體連接到對應的流體管道的一個上，并被配置以在離子注入工藝過程提供對應不同的冷卻劑到多個溫度區(qū)中一個對應的區(qū)域中。冷卻劑源分別包括不同的冷卻或冷凍單元。
文檔編號H01L21/67GK102593025SQ20121002205
公開日2012年7月18日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權日2009年2月13日
發(fā)明者葉俊林, 吳欣賢, 張鈞琳, 楊棋銘, 林日澤, 牟忠一, 王若飛, 范明煜, 陳其賢, 魏正泉 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司