专利名称：涂覆方法和涂覆设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将材料涂覆到诸如半导体晶片或其它微电子装置的衬底上的旋涂(spin-coating)方法和设备。该方法和设备涉及旋涂过程各步骤的定时控制。
背景技术：
某些制造过程需要在各种商业上重要的衬底上涂覆薄膜材料。商业上使用的在衬底上涂覆材料的一种方法是利用旋涂器进行旋转或旋涂。旋涂器将大量材料放置在衬底上，然后可以绕其中轴以一种转速或一系列转速旋转衬底。离心力的作用使材料扩散在旋转衬底的表面上，例如形成均匀薄膜。
更一般的情况是，对各种商业上重要的衬底，例如诸如半导体晶片和集成电路的微电子装置进行处理要求某些处理步骤限制在衬底表面上清晰限定的区域内。例如，在为了实现电路设计而微电子装置进行处理时，的确需要将不同材料精确涂在半导体晶片上。这种处理过程的一个步骤是对必须被处理或者必须避免受到不适当材料和不适当处理步骤的影响的、衬底上的不同区域确定界限。处理这种材料的一种通用方法是采用光刻法和旋涂。
光刻法用于选择性地保护或裸露诸如微电子装置的衬底区域。在该装置上旋涂光敏光致抗蚀剂涂层作为薄膜层。通过图形光掩模，对电磁能暴露光致抗蚀剂层，从而导致在暴露光致抗蚀剂层内发生化学反应，而掩蔽区域(即未对电磁能暴露的区域)内的光致抗蚀剂不发生化学反应。稍后，将显影剂溶液(developer solution)涂覆或旋涂到整个光致抗蚀剂上。显影剂或者使暴露的、或者使非暴露光致抗蚀剂区域“显影”，并清除显影光致抗蚀剂或非显影光致抗蚀剂。如果该光致抗蚀剂是所谓负光致抗蚀剂，则可以显影并清除涂层的非暴露区域；如果该光致抗蚀剂是所谓正光致抗蚀剂，则可以显影并清除光致抗蚀剂涂层的暴露区域。在两种光刻法中，保留的光致抗蚀剂形成正片光掩模形式或负片光掩模形式的保护层，该保护层使得进一步对暴露区域进行处理，而保护光致抗蚀剂覆盖的区域。
光致抗蚀剂层的厚度(刚好在曝露之前)对制造最终产品微电子装置的质量、性能以及成本之一或多项具有显著影响。曝露并显影的光致抗蚀剂层的厚度可以对利用光致抗蚀剂层在衬底上构造的特征图形的尺寸和清晰度产生影响。根据特征图形的有效宽高比范围(即高度与宽度的比值)，较薄的光致抗蚀剂层允许更细的特征图形，并且具有更清晰的特征图形清晰度。此外，在利用单色光对光致抗蚀剂层进行曝露时，该单色光可以通过该层并被反射，从而导致相长干涉或破坏性干涉。可以设计要求薄膜厚度从而以最大或者最小薄膜干涉/摆线运行。
为了以均匀方式产生小特征图形，所以光致抗蚀剂层的均匀性也非常重要，即一个衬底上光致抗蚀剂薄膜的厚度均匀性(“晶片内的均匀性”)和对不同衬底涂覆的不同涂层之间的厚度(平均)均匀性(“晶片间的均匀性”)也非常重要。例如，晶片内的均匀性重要是因为它可以使设置在任何给定装置上的部件的特征图形尺寸均匀。例如，晶片间的均匀性重要是因为产生预定均匀厚度的涂层使得可以生产均匀、一致质量的装置。
如上所述，显影光致抗蚀剂层是包括涂覆光致抗蚀剂溶液和涂覆显影剂溶液(在曝露该光致抗蚀剂后)在内的多步处理的产品。处理步骤及其有关材料在产生具有均匀、预定厚度而且具有均匀特征图形尺寸的显影光致抗蚀剂层过程中非常重要。
通过密切监测和/或控制处理条件、材料和单独处理命令，从而以均匀、可重复方式实现旋涂处理步骤，旋涂处理方法试图实现均匀涂层。这通常是根据一组预编程事件，通过对计算机化过程控制系统进行编程从而以重复、预测、定时以及合用方式均匀执行单独处理步骤实现的。此外，由于涉及到非常小的尺寸和容差，所以可能被认为是不重要的、处理过程周围的因素对于旋涂材料的发生变化和不均匀的确具有令人讨厌的作用。这些因素包括处理溶液的粘度和温度、旋转速度和旋转加速度、处理延时、涂覆设备内的空气运动速度、环境湿度、环境温度、环境气压、化学扩散系统参数、小时间变化、涂覆处理溶液产生的机械冲击等。有些方法可以对其中一些参数进行监测并补偿以降低它们对旋涂材料厚度的影响。
旋涂过程通常利用计算机化过程控制系统来计算处理条件并对处理条件进行控制。通常用于控制旋涂过程的一种系统需要进行串行过程控制，例如“循环”(round-robin)式控制过程。在串行控制过程中，电子单元或计算机化单元利用顺序或串行算法监测并控制旋涂设备的各种部件。过程控制系统通常根据以不发生变化的预定顺序顺序寻址事先识别的设备各部件的、连续、串行(例如循环)通路运行(参考图1)。实际上，可以对计算机和中央处理单元(CPU)进行编程以顺序每次寻址一个子程序。在图1中，由从后面是CPU的通路出来的辐射状直线表示各子程序。通过校验条件或参数并执行指令动作，并在执行任何一个这种动作后，转移到下一个子程序，CPU寻址子程序、执行子程序的各指令。
利用采用过程控制方法以及对外部条件进行监测、控制或补偿的各种方法的旋涂过程获得的涂层均匀性程度仍受到限制。在微电子装置的特征图形尺寸越来越小，并且在对特征图形尺寸的变化容差要求更苛刻时，尤其是这样。
发明内容
本发明涉及旋涂过程，更具体地说，本发明涉及旋涂过程的方法和设备，其中利用中断串行过程控制以执行处理命令，从而降低或消除与串行过程控制有关的时间变化的过程控制系统控制旋涂过程。
传统计算机过程控制系统将明显足以使涂覆的光致抗蚀剂溶液的晶片内厚度和晶片间厚度以及显影光致抗蚀剂涂层的线宽度重复性产生显著变化的定时变化引入旋涂过程。
串行过程控制系统，例如循环过程控制系统产生定时变化，因为以预定、固定方式通过一系列子程序顺序寻址各过程参数。在每个子程序中，监测条件并采集、记录数据，然后根据监测的条件和采集、记录的数据进行动作(在需要时利用编程指令)，并将更新数据送到下一个子程序。图1示出简单循环算法的一个例子。该过程控制系统通过从一个子程序到下一个子程序的通路(所示的环形)移动。每个子程序寻址旋涂设备的一个或多个不同参数(例如利用传感器或寻址硬件)，例如，诸如夹盘温度、溶液温度或室温的各部件温度；询问过程步骤是否已经开始，或者是否已经完成，例如，开始或结束撒布；过程化学温度控制；定时器；旋转电机(检验转速和加速度)；泵；撒布线；撒布臂(位置)；以及旋涂设备内的一般情况。
为了提供此系统内固有时间可变性的例子，对过程控制系统要求在撒布臂结束撒布处理溶液时旋转转盘的过程进行研究。不能预测发生撒布结束的确切时刻，并且在计算机寻址与转盘或撒布臂有关的任何一个其它子程序时，可以发生撒布结束。参考图1，子程序1a检验是否发生了撒布结束，以及是否开始旋转转盘。如果例如在CPU寻址与撒布臂有关的子程序1f时，发生了撒布结束，则CPU不根据撒布结束信息动作，直到其余子程序被寻址，然而，根据特定机器、过程控制系统、不同中间子程序的长度以及在实际结束撒布后进入具有采取动作所依赖的信息的转盘子程序时CPU必须遍历的子程序数量，这可能要花费约几十毫秒的时间，例如至多30或50毫秒(例如位于Chaska MN的FSI国际公司制造的POLARIS旋涂设备)，甚或更长时间。
首先，毫秒范围的时间延迟似乎不重要。但是，在处理与现代旋涂材料有关的小尺寸、小容差时，即使几毫秒也非常明显。此范围的时间延迟可以使涂覆或涂敷的处理溶液薄膜厚度和均匀性以及线宽度重复性产生可检测到的变化，相反，旋涂设备对此进行了处理。例如，在旋涂光致抗蚀剂材料的过程中，已经发现此范围内的时间变化会导致恰好在辐照之前测量的旋涂光致抗蚀剂层的厚度发生变化，每10毫秒的延迟接近1.3埃的厚度变化。在利用旋涂方法涂覆显影剂溶液时，已经发现毫秒范围的时间变化会导致图形光致抗蚀剂层的线宽度重复性发生变化，每10毫秒时间延迟产生约1埃的变化。
循环过程控制系统存在的更严重问题是，它们不仅仅是将时间可变性引入旋涂过程的一个步骤中，而且它们使可变性带入后续步骤，使得可变性产生累积。图2示出在先前处理步骤的时间变化向下游影响后续步骤时时间可变性如何通过处理过程累积。一个步骤的开始基于先前步骤的结束。在旋涂过程中，这通常发生在一系列步骤中。在图2中，典型旋涂过程通过包括步骤1(例如撒布)、步骤2(例如加速旋转)以及步骤3(例如移动撒布器)的各步骤进行。X轴示出该系列各步骤的时间，其每个步骤(从第二步开始)的开始均是由先前步骤的结束引发的。这样，在步骤1结束时，计算机识别该步骤结束，并启动执行步骤2的命令。同样，在步骤2结束时，计算机识别该步骤结束，并启动执行步骤3的命令。这样通过编程的串行连续处理步骤继续进行。
如图所示，在此程序顺序进行通过后续步骤时，每个处理步骤的时间可变性累积。具体地说，对步骤1结束进行检测，并在其实际发生后，在50毫秒(0.050s)内的某个时间动作。如果恰好在定时器开始计时之后的1.00秒实际发生此事件，则系统将在1.00至1.05秒期间内的某个时间检测并使用该信息。在检测到步骤1结束时，启动步骤1。步骤2将其自身的约50毫秒(0.050s)的时间可变性引入，并且如果程序控制步骤2在2.00秒的时间完成，则它将被完成并且在2.00至2.10秒范围内的某个时间被检测到。从第二步骤结束开始启动的第三步骤的结束包括了附加到头两个，例如达到0.15秒的可变性的又一层可变性。简而言之，象在标准串行过程控制系统中那样，如果后续事件的时间或旋涂过程的命令与先前事件的时间有关，则在通过连续步骤进行此过程时，每个步骤的时间可变性累积。
这些可变性的结果，特别是在通过一系列步骤合成时，会导致旋涂过程所涂覆材料的晶片内特性和晶片间特性发生变化。例如，在软烘干之后而在辐照之前进行测量时，采用串行或循环控制程序，利用光致抗蚀剂旋涂在衬底上的光致抗蚀剂薄膜厚度的变化至多为+/-25埃(3西格马(sigma))。在利用旋涂技术涂覆显影剂溶液时，此范围的时间变化会导致被显影光致抗蚀剂薄膜的线宽度重复性约8mm的晶片内变化和约10mm的晶片间变化(三倍标准偏差)。
在某种意义上，本发明涉及这样的想法，即诸如循环系统的串行旋涂过程控制系统具有可以对采用这种过程控制系统通过旋涂过程涂覆的材料的厚度和均匀性产生影响的时间变化。通过消除串行过程控制过程的各步骤之间的滞后时间，本发明降低了时间、薄膜涂层厚度以及线宽度重复性的可变性。具体地说，本发明可以消除在发生事件(例如触发事件)的时间与检测到该事件并利用该事件启动后续处理命令的时间之间产生的处理延迟。此外，本发明不会受到在结束先前步骤时引发后面步骤的影响。相反，利用计算各时长的单独定时器，可以并行，例如分别，独立定时执行各处理步骤。
通常，根据本发明的过程控制系统可以以串行过程控制方式运行，但是可以对本发明系统进行编程以根据触发事件被中断，在中断该系统时，将引发执行下一个处理命令，即不存在寻址串行过程的中间子程序产生的延迟。处理命令最好是其时间影响旋涂材料的均匀性的命令。涂覆旋涂材料的均匀性被改善，因为中断并引发执行处理命令避免了与串行过程控制有关的延迟。
作为不同优点，本发明方法可以避免基于先前步骤的后续处理步骤产生时间可变性累积问题，例如，过程控制系统可以中断串行控制过程以开始对旋涂处理事件与后续旋涂处理命令之间的多个时长进行计时。例如，过程控制系统执行含有两个或更多个定时器指令的中断服务程序(ISP)，在收到中断信号时该定时器被初始化为时间0，每一个独立的定时装置用于一个时长。在每个定时器到达时长终点时，过程控制过程再一次被中断以执行预定处理命令，并在此后恢复串行过程控制过程。在第二时长结束时，控制过程再一次被中断以执行第二处理命令，等等，定时器的数量与中断服务程序中包括的处理命令数量一样多。优势在于，可以单独对每个处理命令进行控制以在定时器精度范围内的某个时间执行。对时长的测量并行进行，而非串行，因此可变性不累积。
根据本发明的过程控制方法可以用于将显影剂溶液旋涂到衬底上的各过程，并且还可以用于在将显影剂溶液旋涂到衬底上之前将光致抗蚀剂溶液旋涂到衬底上的各过程。这样可以对每种旋涂材料实现改良涂层均匀性，这样尤其可以使显影后的图形光致抗蚀剂层具有均匀厚度。在以这种方式将显影溶液涂覆到旋涂光致抗蚀剂材料上时，并且其中每个旋涂过程均采用在此描述的中断定时方法，光致抗蚀剂层的均匀性(在软烘干之后而在辐照之前测量时)可以小至甚或低于15埃(3西格马)，最好小至甚或低于5埃(3西格马)(晶片内和晶片间均如此)。该过程还可以实现其线宽度重复性为晶片内9纳米(3西格马)和晶片间6纳米(3西格马)的光致抗蚀剂涂层，这是在硬烘干之后测量的。
本发明进一步对可以利用本发明过程控制方法运行、例如可以利用根据本发明方法的软件指令编程的旋涂设备进行了研究。在一个实施例中，最好采用多个并行定时器，利用中断定时至少控制部分旋涂过程。硬件中断最好使过程控制系统进入中断服务程序以执行一个或多个时间敏感命令，该中断服务程序指示系统采用利用并行定时器的中断定时控制过程。中断服务程序包括设置两个或更多个定时器的步骤，从而在中断服务程序期间并行运行各时长，各时长最好在触发事件时间一起开始。在每个时长结束时，执行不同处理命令(可以是也可以不是，但是可以最好是时间敏感处理命令)。
简而言之，串行过程控制系统可以引起一系列处理命令中的各步骤产生、例如从发生事件之后但是在检测到发生此事件并根据此事件动作之前的时间开始的30至50毫秒(0.030至0.050s)的延迟。单此可变性就非常大足以影响旋涂材料的均匀性，但是由于因为基于结束先前步骤开始后续步骤而使可变性累积，所以可变性变得更显著。根据本发明的中断驱动过程控制方法可以使任何一个步骤内，无论是较早步骤还是较晚步骤的时间变化不超过5毫秒，从而消除了各处理步骤的时间可变性。此外，由于并行定时处理过程的一个或多个时长，所以可以消除通过一系列处理步骤产生的这些甚至被降低的可变性的累积。
本发明的一个方面涉及一种对利用旋涂设备将显影剂溶液涂覆到衬底上的过程进行控制的方法。该方法包括利用串行过程控制控制该过程，其中通过顺序执行一系列子程序控制该过程；以及利用中断信号中断串行过程控制过程以执行处理命令。
本发明的另一个方面涉及一种在衬底上涂覆光致抗蚀剂涂层的方法。该方法包括将光致抗蚀剂溶液旋涂到衬底上。利用包括如下步骤的方法控制旋涂过程采用串行过程控制控制该过程，其中通过顺序执行一系列子程序来控制此过程；以及利用中断信号中断此串行过程控制以执行处理命令。该方法进一步包括利用旋涂设备将显影剂溶液涂覆到旋涂光致抗蚀剂上，其中利用顺序执行一系列子程序的串行过程控制控制旋涂设备；以及利用中断信号中断此串行过程控制以执行处理命令。
本发明的又一个方面涉及一种将显影溶液旋涂到微电子装置上的方法。该方法包括以从先前处理事件开始并行测量的时长执行处理命令的过程。
根据本发明的又一个方面涉及一种用于控制显影剂溶液旋涂过程的方法。该方法包括利用中断服务程序使用被编程的过程控制系统，其中在发生触发事件后，将硬件中断送到过程控制系统。收到硬件中断后，过程控制系统执行中断服务程序。中断服务程序包括步骤设置两个或更多个定时器以对各时长并行运行；以及在每个时长结束时，发送软件中断以中断过程控制系统并执行处理命令。
本发明的另一个方面涉及一种对旋涂显影剂溶液的过程进行控制的方法。该方法包括以从一个或多个先前处理事件开始并行测量的时长开始执行两个或更多个单独处理命令以避免串行定时方法产生的时间可变性问题。
本发明的又一个方面涉及一种旋涂设备，该旋涂设备包括用于控制显影剂溶液的旋涂步骤的被编程过程控制系统，旋涂步骤包括以从一个或多个先前处理事件开始并行测量的时长开始执行处理命令。
本发明的又一个方面涉及一种旋涂设备，该旋涂设备包括转盘，其支持并旋转衬底；撒布臂，其可以在撒布位置和非撒布位置移动；显影剂溶液液源，其与撒布器流体连通；以及过程控制系统，对将显影剂溶液涂覆到衬底上的过程进行控制，该过程控制系统被编程以中断串行控制过程，从而执行处理命令。
本发明的又一个方面涉及一种旋涂装置，该旋涂装置包括被编程以执行显影剂溶液旋涂步骤的过程控制系统，旋涂步骤包括利用两个或更多个定时器并行定时不同处理命令以避免串行定时方法产生的各后续处理命令时间可变性累积问题。
图1是示出典型循环控制算法的示意图；图2是示出在利用串行过程控制控制的一系列旋涂过程步骤中引入定时变化的示意图。
图3是旋涂设备典型实施例的方框图。
图4是利用旋涂设备将光致抗蚀剂溶液旋涂到衬底上的各步骤的示意图。
图5是利用旋涂设备将显影溶液涂覆到衬底上的各各种的示意图。
图6示出图4所示部分步骤的中断控制过程。
图7示出图5所示部分步骤的中断控制过程。
图8示出利用中断定时，特别是利用采用多个定时器并行控制不同时长的中断定时控制的各过程步骤的时线(timeline)。
图9示出将引入本发明的过程控制方法与未引入本发明的过程控制方法进行比较的数据曲线图。
具体实施例方式
旋涂过程是一种将处理溶液涂覆到衬底上形成均匀薄膜或涂层的方法。
众所周知，利用旋涂技术易于对各种衬底的表面涂覆材料。它们包括诸如集成半导体电路(例如半导体晶片)的微电子装置、包括液晶的显示屏幕、合成材料板上的电路(电路板)以及其它在商业上重要的材料和产品。
处理溶液可以是已知的利用旋涂技术和旋涂设备用于涂敷或涂覆的任何材料。其例子有光刻法中使用的光致抗蚀剂材料和显影剂溶液，如下所述。本发明还试图利用旋涂方法涂敷或涂覆其它材料，例如涂敷旋转介质、旋转玻璃、旋转掺杂物，或低k介质，其中这种处理溶液要求顺序涂敷显影剂溶液。例如，本发明方法可以用于涂覆诸如聚酰亚胺的光定旋转介质材料，然后涂覆显影剂溶液。这样，尽管针对半导体晶片和光刻法对处理过程，尤其对利用旋涂方法在涂覆显影剂溶液之前旋涂光致抗蚀剂溶液进行说明，但是本发明并不局限于这种具体应用。
利用旋涂方法中的一个或多个步骤，例如可以与光刻法和光刻材料结合对半导体晶片进行旋转处理。将图形光致抗蚀剂材料沉积在衬底上的处理过程中的各典型步骤可以包括清洁或准备好表面；加热或冷却(通过更大处理过程中的一系列步骤加热或冷却一次或多次)；将光致抗蚀剂溶液涂覆到衬底上；例如，利用掩模或辐照暴露光致抗蚀剂材料；辅助加热和冷却步骤；利用旋涂技术涂覆显影剂溶液，并洗净显影剂溶液和光致抗蚀剂区域以留下图形光致抗蚀剂；以及如果要求，进行最后加热和冷却。以下是这些步骤的一种变换例的典型顺序步骤。
首先，制备衬底以在表面上沉积光敏光致抗蚀剂涂层。制备过程可以包括清洗过程，而且通常还包括利用高温和减压进行脱水，以及利用有助于粘合衬底表面与光致抗蚀剂材料的材料准备好表面，例如六甲基二硅胺烷(HMDS)。
下一步可以包括例如通过利用传统方法和诸如冷却板的设备冷却晶片使晶片温度恢复室温。
接着，可以将光致抗蚀剂材料涂覆到衬底上，最好涂覆为均匀薄膜。利用各种已知的实用技术涂覆光致抗蚀剂，这些实用技术包括层叠挤压技术、喷涂技术、化学汽相沉积技术，或者如实际上本发明采用的旋涂技术，最好采用的在此描述的过程控制方法。可以将旋涂光致抗蚀剂层涂覆为根据采用该衬底的装置的需要选择的要求厚度。通常，该层相当薄，例如范围在50微米至0.5微米，甚或更薄的薄膜。以下提供与采用根据本发明过程控制的光致抗蚀剂溶液旋涂过程的优选细节有关的附加信息。
在以旋涂涂层形式涂覆光致抗蚀剂溶液后，下一个典型步骤是例如通过进行烘干从光致抗蚀剂溶液驱出溶剂。有时将该步骤称为“软烘干”或“后涂覆烘干”。曝露时间和温度可以是从光致抗蚀剂溶液内有效驱出溶剂的任何时间和温度。
在进行后涂覆烘干之后，任选采用冷却板可以将衬底温度降低到例如室温。
可以通过掩模选择性地对能源暴露有效消除了溶剂的光致抗蚀剂材料以使部分光致抗蚀剂发生反应，正如硅晶片处理技术领域众所周知的那样。掩模可以是已知用于选择的衬底、光致抗蚀剂以及处理过程的任何类型的掩模。可以采用众所周知的任何一种掩模、掩蔽技术和设备。辐照线可以是任何形式或波长的辐照线，并且应该根据光致抗蚀剂溶液的组成和化学性质选择辐照线。优选辐照线通常是单波长的，即单色的，因为利用单色可以作用于许多优选光致抗蚀剂材料。
在辐照线辐照后，下一个典型步骤可以是再升高衬底和所辐照的光致抗蚀剂的温度。进行此次加热是为了解决辐照区域对非辐照区域扩散过程产生的驻波现象并且/或者使光致抗蚀剂材料完成化学反应，从而例如利用化学方法增强光致抗蚀剂。这通常是利用“后辐照”烘干实现的，此后使衬底恢复室温。
利用旋涂技术将显影剂溶液涂覆到涂覆了光致抗蚀剂的衬底上。根据本发明，利用在此描述的采用间歇驱动方法的过程控制实现此步骤。显影剂“显影”光致抗蚀剂材料的辐照部分或非辐照部分，例如与光致抗蚀剂材料的辐照部分或非辐照部分发生反应、分解或溶解光致抗蚀剂材料的辐照部分或非辐照部分，从而使辐照的或非辐照的光致抗蚀剂材料之一或另一个被清洗掉，而留下图形光致抗蚀剂。
显影剂溶液众所周知，而且根据本发明，显影剂溶液可以是可以选择性地与事先涂覆到衬底上的材料，例如光致抗蚀剂有效发生化学反应，并选择性地有效分解或溶解事先涂覆到衬底上的材料，例如光致抗蚀剂的任何一种成分。在显影光致抗蚀剂时，这样可以选择清除光致抗蚀剂区域，留下图形光致抗蚀剂层。这种显影剂溶液在半导体晶片处理技术领域内众所周知。某些显影剂溶液被认为适用于某些类型的光致抗蚀剂材料，并且可以与这些光致抗蚀剂匹配使用。适用显影剂溶液的例子包括基于水的材料，例如诸如含水氢氧化四甲铵(TMAH)的苛性碱液成分。其它显影剂成分包括氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，例如含水氢氧化钠或含水氢氧化钾。显影剂溶液还可以包括有助于显影或有助于清除光致抗蚀剂的其它材料，例如表面活化剂。
在涂覆显影溶液后，可以选择对衬底进行烘干(“硬烘干”)并再一次冷却。
执行这些处理步骤中的一步或多步的设备在光刻和半导体处理技术领域内众所周知，并且包括旋涂设备、冷却板、加热板、烘箱等。这些设备是市售的，并且为了在不同设备之间有效处理多个步骤，通常以“集群”方式一起销售使用这些设备。用于涂覆光致抗蚀剂和/或显影剂溶液的优选旋涂设备是位于Chaska，MN的FSI国际公司销售的商标为POLARIS的设备。
图3是示出诸如POLARIS 2500的旋涂设备实施例的方框图。设备10适于将一种或多种处理溶液涂覆到衬底上。设备10包括用于放置可旋转支持部件14的室12，可旋转支持部件14包括与电机18相连的夹盘16。例如，利用真空吸力等(未示出)将衬底S安装到夹盘16。在旋涂过程的各步骤，电机18旋转衬底S和夹盘16。
设备10内包括撒布器20，用于将一种或多种处理溶液(例如光致抗蚀剂、去离子水、显影剂溶液、诸如边缘球清除溶剂的溶剂等)分布到衬底S上。撒布器(dispenser)20可以是能够将处理溶液涂覆到衬底S上的任何设计。(通常，不使用同一个旋涂设备既涂覆光致抗蚀剂又涂覆显影剂溶液)。例如设置在撒布臂上的撒布器可以任选、最好具有多个撒布嘴从而从同一个撒布器或撒布臂撒布两种或更多种不同处理溶液。
撒布器20可以包括可以在不同位置之间运动从而便于将处理溶液撒布到衬底S上的撒布臂或操纵器。撒布臂可以在撒布位置和非撒布位置之间运动，撒布位置即撒布臂通常位于衬底S表面上方的位置，非撒布位置即撒布臂离开衬底S表面上方的位置。作为另一个例子，尤其是在撒布显影剂溶液时，撒布臂可以在旋转衬底上方移动同时进行撒布从而以螺旋形涂覆显影剂溶液。在其它实施例中，撒布器或撒布臂可以包括用于一种处理溶液(例如显影剂溶液)的多歧撒布点，而且不需要通过移动来以圆环形或螺旋形涂覆显影剂溶液。
撒布器20至少与提供处理溶液的一个供给系统相连，最好与设备内使用的每种处理溶液的供给系统相连。典型示意图3示出具有两个供给系统22和23的设备10。撒布器20和供给系统22和23可以是传统设计，并且适于采用传统技术使处理溶液保持适宜通过撒布器20撒布到衬底S上。例如，图3示出与用于使一种或多种处理溶液保持要求温度的加热器50相连的撒布器20。在位于Chaska，Minnesota的FSI国际公司制造的POLARISMicrolithography Cluster内，可以找到在诸如图3所示的系统内使用的适当撒布器和供给系统。
诸如供给系统22或23的供给系统可以包括各种部件，包括泵、温控机构、可选过滤器、诸如温度传感器、体积流量传感器等的传感器。此外，供给系统22或23还可以与控制器33以及过程控制系统30相连。
图3示出过程控制系统30，过程控制系统30包括部件系统，例如硬件、软件或它们二者的组合，其与传感器、监视器、控制器以及硬件的特征组合，用电子方法控制旋涂设备和利用该旋涂设备实现的旋涂过程。室12包括传感器34和36，传感器34和36将与供给系统22和23提供的处理溶液的温度有关的输入信号送到过程控制系统。设备10进一步包括与室12流体连通的气氛处理机(atmospherehandler)40，气氛处理机40适于将室12内的气氛处理成要求温度和湿度，而且可选地在该室内提供要求的空气流以在衬底上保持要求的空气流(例如层流)。气氛处理机40包括用于检测室12内的温度、湿度以及气流的传感器(未示出)。
室12封闭该设备，因此可以保持和/或可控调节适于将处理溶液涂覆到衬底S上的要求环境条件。环境室12允许将环境室12的温度和湿度设置到特定程度以进行处理。通过使这些因素保持稳定，可以降低或消除会导致对衬底涂覆处理溶液产生变化的温度和湿度变化。环境室12还用作微粒或其它污物的屏障，并且还可以用于控制室内的气流从而便于清除微粒。特别是相对于可旋转支持部件14，室12和设备10通常适于允许接入室12的内部，以便将衬底S安装到夹盘16上，或者从夹盘16上取下衬底S。
室12内的适当气氛可以基于涂覆过程的方式和涂覆过程所使用的处理溶液的类型。气氛可以是真空、空气、或诸如He、Ar、N2等的惰性气体，或者它们的组合。可以设计远程气氛处理机40，从而通过首先对要循环到室12内的气氛进行冷却，来实现要求的室内温度和湿度以干燥气氛。一旦被干燥，将气氛加热、加湿到要求温度和湿度。然后，将处理气氛送到室12。作为一种选择，还可以使用再循环回路从而将部分气氛从室12再循环到远程气氛处理机40。
气压传感器24可以任选并最好位于设备10内或者靠近设备10从而最好以这样的方式测量表示室12内的气压的某个参数，即所测量参数表示靠近衬底S的气压。例如，在使用POLARISMicrolithographyCluster时，其适当位置在位于非湍流、覆盖位置的涂覆器模块内，从而消除气流对传感器24的影响。在优选实施例中，气压传感器24可以是Vaisala Oy，Helsinki Finland制造的PTB 100系列模拟气压表。在该受让人在1999年9月16日提交的第09/397,714号美国未决专利申请中，对在旋涂过程使用气压传感器进行了描述，在此引用其内容供参考。
过程控制系统30利用处理设备的各不同部件，例如传感器、控制器、硬件部件等输出的信号控制该设备和在该设备内实现的处理过程。过程控制系统30从这些部件接收输入信号并根据输入信号产生输出信号，输出信号指示并控制处理过程，从而最好实现将处理溶液涂覆到衬底上的要求的最佳旋涂处理过程。该设备还包含用于对衬底撒布均匀处理溶液涂层的其它装置和方法，例如第4,932,353号、第5,066,616号、第5,127,362号、第5,532,192号美国专利描述的那样，在此引用上述每个专利的内容供参考。
过程控制系统30可以是用于监测和控制诸如旋涂设备的系统的任何电子可编程过程控制系统。过程控制系统30可以包括诸如中央处理单元(CPU)的电子计算机化处理器或可编程逻辑控制器(PLC)等，它们最好含有内部时钟。根据本发明，可以最好利用随机存取存储器(RAM)存储含有指令的软件程序。可以将一个或多个计时程序编程到RAM内以通过参考处理器的内部定时器计算时长。可以任选将诸如软磁盘驱动器、CD ROM等的外部存储装置电连接到处理器以在单向或双向传送信息。将该过程控制系统电连接到旋涂设备，例如连接到其硬件或控制器。
图4示出将光致抗蚀剂溶液旋涂到衬底上的各典型步骤。线60表示处理过程中旋转电机的转速。线62表示撒布臂的位置。线66表示在衬底上撒布处理溶液。叉线68识别“时间敏感部分”，这意味着它包括一个或多个“时间敏感步骤”，其时间显示对旋涂光致抗蚀剂的厚度和/或均匀性的可测量影响。
通常以如下方式进行处理过程。一旦将衬底安装到设备内，旋涂光致抗蚀剂的过程包括3个一般部分将适量光致抗蚀剂撒布到衬底上(撒布部分-A-)(有时将撒布部分-A-的前期部分称为“预撒布”)，浇注光致抗蚀剂以形成均匀薄膜(-B-)以及清除边缘球/背面清洗(-C-)(这些部分是大致确定的，它们没有确切的界限)。
在撒布部分-A-，将光致抗蚀剂溶液涂覆到衬底表面。在该过程的前期，通过加速到平直部分61所示的撒布速度，所示转盘开始旋转。撒布旋转速度可以是使光致抗蚀剂溶液撒布到衬底上以在适当有效时间内在整个衬底表面上形成薄膜或层的任何速度。转盘速度将依赖于诸如晶片尺寸的各因素，但是对于直径为200mm的晶片，通常撒布速度在约1000至约2000rpm范围内，例如约为1500rpm。
可以以允许浇注均匀薄膜的任何方式涂覆光致抗蚀剂溶液。在实现均匀光致抗蚀剂薄膜过程中，光致抗蚀剂溶液的涂覆数量非常重要(在整个衬底区域内形成薄膜至少需要的最少量)。这样，通过对实际撒布量和撒布时间进行研究，可以最好根据撒布的材料数量监测撒布过程。
可以最好(并且如图所示)但不一定在本发明的所有实施例中，通过旋转衬底来将光致抗蚀剂溶液撒布到衬底表面。在优选实施例中，在衬底以撒布速度旋转时，可以将光致抗蚀剂溶液撒布到衬底上，其撒布数量足以使整个衬底表面区域被撒布，即其撒布数量至少足以在整个衬底区域上产生完整光致抗蚀剂溶液层。在涂覆足够光致抗蚀剂溶液以覆盖衬底表面时，这时是停止撒布光致抗蚀剂溶液并加速到浇注或最终旋转速度的良好时间。(如下所述，最好首先将撒布臂从衬底上的位置移开。)撒布步骤通常包括在实际进行撒布前、中、后移动撒布臂。具体地说，在撒布部分-A-期间，如图所示，撒布臂从非撒布位置移动到平直部分64所示的撒布位置。在转盘以撒布速度旋转时，并且在撒布臂处于撒布位置时，将光致抗蚀剂溶液涂覆到衬底上，如平直部分69所示，在点59结束涂覆。
结束撒布光致抗蚀剂溶液是一个重要时刻，因为在它前面有许多时间敏感命令或过程步骤要执行。此外，还可能因为包括先前步骤的时间或涉及撒布的处理过程不完善(例如泵和流体性质或过滤器堵塞)等原因，结束撒布的时刻改变。因此，但不一定是这样，而且在还可以使用其它触发事件，结束撒布光致抗蚀剂溶液可以是光致抗蚀剂旋涂过程的特别方便的触发事件(如下所述)。
在结束撒布光致抗蚀剂溶液时，撒布臂移开并回到非撒布位置。图4示出如何最好在最短时间内实现从结束撒布光致抗蚀剂溶液转变到旋转速度(加速到浇注速度)。撒布臂首先充分移出到例如衬底的边缘以使衬底加速到浇注旋转速度。衬底然后尽可能快地被加速到最终旋转速度。(线段65示出旋转电机从撒布速度到浇注速度的加速度。)在加速和/或实现最终旋转速度后，撒布臂移到完全非撒布位置(线段67)。(撒布臂的此移动过程是时间敏感步骤。)在将要求数量的光致抗蚀剂溶液涂覆到衬底上后，将衬底加速到最终或浇注旋转速度(参考部分-B-，包括线段65)。此步骤的时间对旋涂光致抗蚀剂的最终厚度具有重要影响，如上所述，最好利用中断控制方法实现转盘开始从撒布速度加速和结束从撒布速度加速。浇注速度段的最终速度和时长应该用于实现要求薄膜厚度。通常，要求至多约50微米的厚度，下至不到5、1或0.5微米的厚度。最好以非常小的厚度容差和厚度均匀性容差涂覆涂层，利用在此描述的、采用处理命令执行过程的中断定时控制的过程控制，可以在晶片内和晶片间实现低于15埃(3西格马)，最好低于5埃(3西格马)的均匀性。这些值是在进行软烘干后而在掩蔽和辐照光致抗蚀剂之前测量的。
或者，在集群处理设备内采用多个旋涂设备或旋涂筒，例如，该集群内包括的其它设备有用于涂覆显影溶液的旋涂设备、加热板以及冷却板等。在同样设置和控制所有参数的条件下，其中用于旋涂光致抗蚀剂的多个旋涂筒中的每个旋涂筒具有各自特性，可能包括相对于群设备内的其它旋涂筒的涂层厚度(平均)变化。通过延长或缩短在最终或浇注旋转步骤中旋转衬底的时间长度(图4内的平直部分71)，可以对这些厚度变化进行补偿。这可以最好通过稍早或稍晚开始加速到浇注旋转速度实现(可以稍早或稍晚执行图4所示的点73)。
在浇注部分-B-是边缘球清除和背面清洗部分时，被标记为部分-C-。此部分包括以接近撒布速度的速度旋转，如图所示将撒布臂移动到衬底边缘，并由撒布臂将边缘球清除溶剂撒布到衬底边缘以清除在边缘成球的光致抗蚀剂材料。在此过程中，例如，利用边缘球清除溶剂流清洗衬底的背面。
通常通过掩模利用辐照线辐照光致抗蚀剂层，可以进一步对衬底进行处理(也许是一个或多个诸如烘干和/或冷却步骤的其它步骤)。
将显影剂溶液涂覆衬底上的暴露的光致抗蚀剂。图5示出利用旋涂技术涂覆显影剂溶液的一些步骤。这些步骤包括其中将显影剂涂覆到衬底表面的第一部分(“撒布”或“成桨”部分-D-)。此后是“成桨时间”部分-E-，在该部分，使显影剂溶液与光致抗蚀剂区域发生化学反应并分解光致抗蚀剂区域。成桨时间部分之后是清洗和旋转干燥部分-F-。在清洗部分，将诸如去离子水或显影剂溶液的辅助处理溶液撒布到衬底上以清除分解的光致抗蚀剂。在需要时，可以利用高温、向心能量和/或减压进行最后干燥过程。
根据本发明，利用在此描述的中断定时方法至少对部分显影溶液涂覆过程进行控制。利用此控制方法进行控制的优选部分是与显影剂溶液撒布过程有关的部分-D-，以下做更详细说明。
可以以能够与显影光致抗蚀剂区域有效发生化学反应并有效清除显影光致抗蚀剂区域的任何方式，将显影剂溶液涂覆到衬底表面。通常，以这样的方式将显影剂溶液涂覆到光致抗蚀剂层，即显影剂溶液与光致抗蚀剂材料层均匀互相作用并显影光致抗蚀剂材料层，从而使暴露区域或非暴露区域分解，并使该部分被清洗掉以留下掩模正片或负片。为了将机械冲击降低到最小，或者为了使对衬底表面的冲击均匀，并且还为了使光致抗蚀剂表面接触显影剂溶液的时间尽可能均匀，最好能够涂覆显影剂溶液。理想是，以同样时间，将显影剂同样涂覆到光致抗蚀剂表面上的所有区域，并与光致抗蚀剂表面的所有区域同样接触，从而均匀显影光致抗蚀剂。在旋涂方法中，这大致可以近似于例如通过旋转衬底以及或者通过移动撒布器形成螺旋形，或者利用多歧撒布点形成多个环形从而以环形或螺旋形涂覆显影剂溶液。
通过对被显影光致抗蚀剂的均匀性进行研究，可以测量在均匀涂覆的光致抗蚀剂上涂覆显影剂溶液的均匀程度和一致性程度，例如通过对显影和清除光致抗蚀剂部分后保留的特征图形的尺寸(通常为宽度)和均匀性进行研究可以测量被被显影光致抗蚀剂的均匀性。在显影并清除光致抗蚀剂区域之后烘干衬底后，测量此值。这通常意味着利用被称为线宽度重复性的测试过程对保留特征图形的线宽度进行研究。利用本发明方法，可以产生晶片间9纳米(3西格马)以及晶片间6纳米(3西格马)的线宽度重复性的光致抗蚀剂层。
通常，可以将约30至50毫升范围内的，最好为约40毫升的显影剂溶液(例如对于直径为200mm的衬底)以大致均匀一致的层的形式涂覆到整个光致抗蚀剂表面上。当然，因为任何原因，在需要时，还可以使用更多或更少的显影剂溶液。还可以任选在撒布光致抗蚀剂溶液之前，或者与光致抗蚀剂溶液组合在一起将另一种处理溶液，例如去离子水撒布到衬底上以预湿衬底并改善涂覆光致抗蚀剂与显影剂溶液之间的互相作用。
图5示出在光致抗蚀剂暴露层上将显影剂溶液涂覆到衬底表面的方法所采用的各典型步骤。(最好但不是必须利用旋涂方法涂覆光致抗蚀剂)。线80表示旋转电机的转速。细线82表示撒布显影剂溶液。线84表示撒布去离子水。线86表示撒布臂的位置。线88标记显影剂撒布过程的时间敏感部分。
参考图5，转盘旋转速度首先加速到平直部分85所示的第一速度用于撒布显影剂溶液。撒布臂移动到位于衬底中心的撒布位置，然后通过撒布去离子水开始预湿衬底表面，如线84所示。撒布显影溶液(平直部分90)，然后撒布臂从衬底中心移动到衬底边缘(线段83)。在撒布臂在衬底上稍许暂停时，继续撒布显影溶液，但是此时转盘转速降低(线段102)。然后，撒布臂返回(线104)到衬底中心(点111)，在衬底中心，转盘转速再一次降低(线段106)，然后回到衬底边缘(线段108)。此时，结束撒布显影剂溶液(点115)并停止转盘旋转。
根据本发明，利用中断过程控制系统对旋涂过程进行控制，其中利用中断信号中断该过程的串行控制过程，于是过程控制系统执行预编程处理命令，然后返回串行控制。中断信号可以是内部信号也可以是外部信号(由过程控制系统输出，以软件中断形式)。例如，中断信号可以是被编程到过程控制系统内、待在程序控制时间或者在发生软件程序检测到的事件时传送的软件信号；或者中断信号可以是例如诸如传感器、控制器、泵、撒布器、转盘、定时器等的旋涂设备部件输出的离散信号的硬件中断。硬件中断是一个硬件输出的中断信号，并且最好是例如通过硬线连接直接传送到CPU的离散信号。
中断后执行的处理命令通常可以是作为旋涂过程一部分的任何命令。该方法尤其可以用于控制时间敏感命令的时间。时间敏感命令是涉及其例如毫秒量级的时间可以对涂覆或涂敷的处理材料均匀性具有显著影响的过程步骤的处理命令，尤其包括可以或者对光致抗蚀剂厚度或者对线宽度重复性产生影响的命令。时间敏感命令的例子有诸如转盘运动(例如加速或减速)的硬件部件的运动、撒布器运动以及开始或结束撒布器撒布溶液。转盘运动的时间对于旋涂薄膜的厚度非常重要，因为将处理溶液(特别是光致抗蚀剂溶液)分布为均匀薄膜的转盘速度、时长以及加速度将对所产生的薄膜的最终厚度和均匀性产生影响。
在出现“处理事件”(也称为“触发事件”)时，可以将中断信号送到CPU。术语“处理事件”和“触发事件”可以互换，它们均指在旋涂过程中发生的或在旋涂过程中程序控制发生的事件以及每当系统发送中断信号时可以被过程控制系统内的CPU检测或识别的事件。触发事件最好与稍许先于时间敏感命令的事件、或者稍许先于时间敏感周期或者启动时间敏感周期(包括一个或多个时间敏感命令的处理部分)的事件有关。
对于不同类型的处理过程，例如对于光致抗蚀剂旋涂过程与显影剂溶液涂覆过程，优选触发事件可以不同。因为在结束溶液撒布过程后，光致抗蚀剂旋涂过程包括时间敏感命令，并且因为对于给定数量溶液，溶液撒布结束时间可以改变，所以光致抗蚀剂旋涂过程的方便触发事件可以是光致抗蚀剂溶液撒布过程的结束(图4中的点59)。对于显影剂溶液涂覆过程，开始进行溶液撒布后紧接着的一些步骤可以是时间敏感的，因此显影剂溶液涂覆过程的方便触发事件可以是撒布过程开始(图5中的点110)。
收到中断信号后，根据与该中断信号有关的一组预编程指令，例如通过执行中断服务程序(“ISR”)，CPU执行一个或多个命令。中断服务程序可以包括仅执行一个处理命令的指令，或者可以包括执行多个处理命令的指令。在这两种情况下，一个处理命令或多个处理命令中的一个或多个处理命令可以延迟于触发事件，或可以在发生触发事件时被执行。利用过程控制系统内的一个或多个定时器可以计算一个或多个延迟的时长。在每个时长结束时，ISR将发出另一个将被过程控制系统识别的中断信号，而过程控制系统将根据ISR执行延迟处理命令。
在一个实施例中，触发事件使过程控制系统执行中断服务程序，该中断服务程序含有多个用于计算多个延迟时长的定时器。中断服务程序对于每个延迟启动一个定时器运行，并且在每个延迟结束后，中断服务程序将另一个中断信号发送到处理器，该处理器识别该中断信号并执行相应的(预编程)处理命令。执行处理命令后，过程控制系统返回串行控制过程，直到再一次被在另一个定时器到达计算时长终点时或者在收到另一个诸如硬件中断的中断信号后发送的另一个中断信号中断。尽管便于从同一个起点，例如触发事件或中断信号，开始计算每个时长，但是不需要从同一个起点计算ISR的所有不同时长。中断会使CPU离开一般控制模式约10至100毫秒的时间，此后，过程控制系统返回串行控制过程，直到它收到另一个中断信号。
可以对过程控制系统进行编程或预编程(例如通过在运行旋涂设备之前，将例如包括ISR的程序预扫描或预编程到过程控制系统内)以识别一个或多个不同中断信号。预扫描还可以包括对对应于每个不同中断信号的ISR进行编程。在接收每个中断信号时，过程控制系统均通过执行对应于所收到的特定中断信号的ISR做出响应。
图6示出利用中断定时控制过程和对从一个触发事件开始的处理时长计时的并行定时器控制的、图4所示部分旋涂过程。图6示出旋涂过程发生的触发事件。在光致抗蚀剂溶液撒布过程结束时，可以最好选择此触发事件。在检测(利用任何机制，例如通过供给系统、撒布器或其它机制)到撒布过程结束时，将离散信号送到CPU。在图6中用被表示为t＝0的垂直线表示触发事件。分别是预置时长从时间0开始和预置时长从触发事件开始的一个或多个定时器(该图中的T1和T2)开始运行。
根据本发明的此实施例，在每个时长结束时执行一个处理命令。在最短时长(图6内的时长D1)之后，执行最早的处理命令。在到达时长终点后，中断服务程序将另一个中断信号(发出时长D1结束的信号)送到中央处理单元。在收到与时长D1结束有关的信号后CPU将按其被编程的那样动作，并将执行正确处理命令。在此，例如，处理命令可以是撒布臂从衬底中心到边缘的运动(图4中的线段95)。执行处理命令后，恢复串行控制过程。在到达时长D2终点后，发送另一个中断信号，中断串行控制过程以执行另一个处理命令。在此例情况下，开始执行将转盘加速到浇注速度的第二处理命令。(图4中的点73)。
图7示出利用中断定时控制过程和对从一个触发事件开始的处理时长计时的并行定时器控制的、图5所示部分旋涂过程。图7示出在涂覆显影剂溶液的旋涂过程发生的触发事件之后的事件。最好选择此触发事件为撒布显影剂溶液的起点(图5中的点110)，以便从撒布开始对紧接在撒布起点之后的时间敏感命令进行定时。
在检测到撒布过程开始时，将离散信号送到CPU(例如供给系统控制器33将离散信号送到CPU30(参考图3))。在图7中用被表示为t＝0的垂直线表示触发事件。每个均为预置时长从时间0开始的各定时器(该图中的T4、T5、T6、T7、T8和T8)开始运行。
在时长D4结束时(图5中的点101)，中断服务程序将信号送到CPU以中断串行处理过程，并执行使撒布臂从衬底中心上方位置移动到其边缘上方位置的命令(图5中的线段83)。
在时长D5结束时(图5中的点103)，中断服务程序将信号发送到CPU以中断串行处理过程并执行使转盘以给定速率减速到减速速度的命令(图5中的线段102)。
在时长D6结束时(图5中的点105)，中断服务程序将信号发送到CPU以中断串行处理过程并执行使撒布臂从衬底边缘上方位置移动到其中心上方位置的命令(图5中的线段104)。
在时长D7结束时(图5中的点107)，中断服务程序将信号发送到CPU以中断串行处理过程并执行使转盘以给定速率度减速到减速速度的命令(图5中的线段106)。
在时长D8结束时(图5中的点111)，中断服务程序将信号发送到CPU以中断串行处理过程并执行使撒布臂从衬底中心上方位置移动到其边缘上方位置的命令(图5中的线段108)。
在时长D9结束时(图5中的点115)，中断服务程序将信号发送到CPU以中断串行处理过程并执行停止撒布显影溶液的命令。
通过执行旋涂过程的所有步骤，过程控制系统根据其预编程指令，例如软件指令，来动作。预编程指令包括涉及串行控制、软件中断信号、中断服务程序等的指令。可以对过程控制系统进行编程以根据最好权执行指令，这样就可以使系统在执行较低最好权命令时被中断以执行较高最好权命令(例如中断服务程序产生的命令)。对过程控制系统进行编程或预编程以识别诸如中断信号的信号，并通过执行诸如ISR的正确命令进行响应。
本发明的过程控制方法降低或消除了串行控制方法中存在的时间可变性。可以执行处理命令，并且可以以计算该时长的定时装置的精度计算延迟时长，对于当代计算机，该精度可以在约5毫秒范围内，甚或可以达到1毫秒或者更短的精度。此外，由于可以单独，例如以并行方式测量处理命令，因此对较早执行的命令的时间可变性不会传播并累加到后序处理命令中。
图8通常通过示出根据本发明在利用中断时间、最好是中断并行时间控制的一个或多个步骤中存在的可变性，示出本发明的此方面。图8示出在约1.000至1.005秒范围内的时间，根据中断执行的第一步骤。在约2.000至2.005秒范围内的时间，执行利用并行定时器定时的第二步骤，在约3.000至3.005秒范围内的时间，执行第三步骤。参考图2，图2示出将与本发明方法有关的可变性与与串行控制方法有关的可变性所做的有利比较。
以下是将利用和不利用在此描述的中断驱动串行过程控制方法将显影剂溶液涂覆到光致抗蚀剂层上制备的旋涂光致抗蚀剂层的线宽度进行比较的数据总结，光致抗蚀剂层是利用旋涂过程和中断驱动串行过程控制方法涂覆的。更具体地说，数据将同样涂覆光致抗蚀剂层的各晶片组进行比较，并且其中有一组利用标准串行过程控制方法涂覆显影剂溶液(“NON-SYNC”即非同步处理过程)，并且其中另外两个组利用根据本发明的过程控制方法涂覆显影剂溶液(“SYNC和SYNC#2)。
采用根据本发明的中断驱动串行过程控制方法，利用光致抗蚀剂溶液旋涂25个硅晶片(200mm直径)，然后利用旋涂方法和循环串行控制(非中断)方法涂覆显影剂溶液。利用均匀分布在每个晶片上的55个不同现场位置的扫描电子显微镜测量每个光致抗蚀剂的关键尺寸。(“关键尺寸”是指装置的性能特性特征图形的线宽度)。目标关键尺寸(CD)是140纳米。图9所示的Y轴示出在55个位置中的每个位置测量的25个测量线宽度的平均值(平均CD(nm))与55个现场位置(X轴)的关系。对NON-SYNC晶片的55个现场位置中的每个现场位置的测量值计算平均值获得的25个测量值的平均线宽度为138.9纳米。图9还示出在55个现场位置中的每个现场位置测量的25晶片中每个晶片与平均值的三倍标准偏差(three-standarddeviation)。55个现场位置的三倍标准偏差的平均值为11.71。
采用中断过程控制方法和串行定时器，利用光致抗蚀剂溶液涂覆与NON-SYNC晶片相同的另一批25个晶片(SYNC)。通过利用也采用中断过程控制和串行定时器的旋涂方法涂覆显影剂溶液选择性地显影并清除光致抗蚀剂层。在对应于NON-SYNC晶片的各现场位置的55个现场位置测量关键尺寸，图9示出在55个现场位置中的每个现场位置测量的这25个测量值的每个测量值的平均值。平均关键尺寸测量值的平均值为136.3。图9还示出在55个现场位置中的每个现场位置测量的25个测量值与平均值的三倍标准偏差。55个现场位置的三倍标准偏差的平均值为7.12。
与制备和分析25个SYNC晶片的同样方式对又一批25个晶片(SYNC#2)进行处理和分析。图9示出25个CD测量值(每个晶片一个测量值)的平均值与55个现场位置的关系。并且，图9还示出在55个现场位置中的每个现场位置测量的25个测量值与平均值的标准偏差。
数据显示利用根据本发明的中断过程控制方法可以降低与平均关键尺寸测量值的标准偏差。
权利要求
1.一种对利用旋涂设备将显影剂溶液涂覆到衬底上的过程进行控制的方法，该方法包括利用串行过程控制控制该过程，其中通过顺序执行一系列子程序控制该过程；利用中断信号中断串行过程控制过程以执行处理命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将中断信号送到过程控制系统的中央处理单元，并且其中收到中断信号后，中央处理单元执行中断服务程序。
3.根据权利要求2所述的方法，其中中断服务程序启动多个定时器，每个定时器测量不同时长，并且在每个时长结束时，中断服务程序将中断信号送到中央处理单元，然后中央处理单元执行处理命令。
4.根据权利要求1所述的方法，其中执行处理命令后，过程控制系统返回串行过程控制过程，直到它收到另一个中断信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中中断信号是软件中断信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其中中断信号是硬件中断。
7.根据权利要求6所述的方法，其中当溶液撒布开始时，或者当溶液撒布结束时，或者在它们二者发生时，供给系统控制器发出硬件中断信号。
8.根据权利要求1所述的方法，其中从转盘开始加速或减速以及撒布器开始移动选择处理命令。
9.一种在衬底上涂覆光致抗蚀剂涂层的方法，该方法包括将光致抗蚀剂溶液旋涂到衬底上，其中利用包括如下步骤的方法控制旋涂过程利用顺序执行一系列子程序的串行过程控制控制该过程；利用中断信号中断此串行过程控制以执行处理命令；以及利用旋涂设备将显影剂溶液涂覆到旋涂光致抗蚀剂上，其中利用包括如下步骤的方法控制该旋涂设备利用顺序执行一系列子程序的串行过程控制控制该过程；以及利用中断信号中断此串行过程控制以执行处理命令。
10.一种将显影溶液旋涂到微电子装置上的方法，该方法包括以从先前处理事件开始并行测量的时长执行处理命令的过程。
11.根据权利要求10所述的方法，其中从一个处理事件开始测量两个或更多个时长以对两个或更多个处理命令的时间进行控制。
12.根据权利要求10所述的方法，其中将每个时长控制在5毫秒范围内。
13.根据权利要求10所述的方法，其中将每个时长控制在1毫秒范围内。
14.根据权利要求10所述的方法，其中从时间t0开始测量时长D4；在时长D4结束时，执行第一处理命令；以及从时间t0开始与D1并行测量时长D5；以及在时长D5结束时，执行第二处理命令。
15.根据权利要求10所述的方法，其中处理事件包括硬件中断。
16.根据权利要求15所述的方法，其中硬件中断涉及从包括如下事件的组中选择的处理事件撒布器开始移动到撒布位置；撒布器结束移动到撒布位置；开始撒布溶液；结束撒布溶液；撒布器开始移开撒布位置；以及撒布器结束移开撒布位置。
17.根据权利要求10所述的方法，其中从包括如下处理命令的组中至少选择一个处理命令撒布器开始移动；开始撒布显影剂溶液；结束撒布显影剂溶液；改变转盘的旋转加速度或减速度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中利用两个不同定时器测量时长D4和D5。
19.根据权利要求18所述的方法，其中定时器精确到5毫秒范围内。
20.根据权利要求18所述的方法，其中定时器精确到1毫秒范围内。
21.一种用于控制显影剂溶液旋涂过程的方法，该方法包括利用中断服务程序使用被编程的过程控制系统，其中在发生触发事件后，将硬件中断送到过程控制系统，收到硬件中断后，过程控制系统执行中断服务程序，并且其中中断服务程序包括步骤设置两个或更多个定时器以对各时长并行运行，以及在每个时长结束时，发送软件中断以中断过程控制系统并执行处理命令。
22.一种处理微电子装置的方法，该方法包括步骤将处理溶液旋涂到微电子装置的衬底上；以及将显影溶液旋涂到微电子装置上，该旋涂方法包括中断串行过程控制过程以执行处理命令。
23.根据权利要求22所述的方法，其中旋涂处理溶液的过程包括利用中断过程控制执行处理命令。
24.根据权利要求22所述的方法，其中利用中断信号中断串行过程控制，该中继信号使得中断服务程序开始执行。
25.根据权利要求24所述的方法，其中中断服务程序启动多个定时器，每个定时器测量不同时长，并且在每个时长结束时，中断服务程序将中断信号送到执行处理命令的过程控制系统。
26.根据权利要求22所述的方法，其中该方法避免了串行定时方法引起的各处理命令时间可变性累积问题。
27.一种对旋涂显影剂溶液的过程进行控制的方法，该方法包括以从一个或多个先前处理事件开始并行测量的时长开始执行两个或更多个处理命令以避免串行定时方法产生的时间可变性问题。
28.一种旋涂设备，该旋涂设备包括用于控制显影剂溶液的旋涂步骤的过程控制系统，旋涂步骤包括以从一个或多个先前处理事件开始并行测量的时长开始执行处理命令。
29.一种旋涂设备，该旋涂设备包括转盘，其支持并旋转衬底；撒布器，其可以在撒布位置和非撒布位置移动；显影剂溶液供给系统，其与撒布器流体连通；过程控制系统，对将显影剂溶液涂覆到衬底上的过程进行控制，该过程控制系统被编程以中断串行控制过程，从而执行处理命令。
30.一种旋涂装置，该旋涂装置包括被编程以执行显影剂溶液旋涂处理步骤的过程控制系统，旋涂处理步骤包括利用两个或更多个定时器并行定时不同处理命令以避免串行定时方法产生的各处理命令时间可变性累积问题。
全文摘要
本发明描述了旋涂过程的过程控制方法以及用于该过程控制方法的设备和装置。
文档编号B05C11/08GK1441923SQ01811806
公开日2003年9月10日 申请日期2001年5月22日 优先权日2000年5月31日
发明者塞缪尔·A·库珀, 约瑟夫·W·达格特 申请人:Fsi国际公司