专利名称：半导体晶片的多区域温度控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺及设备。
背景技术：
半导体芯片制造工业一直为减少成本而努力，减少每个芯片的产品成本的其中一 个主要策略是转向使用较大直径的半导体晶片。目前的半导体代工厂基本上使用200mm(8 英寸)和300(12英寸)的硅晶片(wafer)。通过转向使用450mm的晶片，从每个晶片生产 的管芯(die)(相同尺寸)的数量将大概以晶片面积增长的比例增加。因此，450mm晶片能 够生产的芯片是300mm晶片的2. 25倍。处理较大晶片引起了机械的挑战。其中一个提供具有高产量的可靠处理的方法是 严格控制处理条件。由于450mm晶片具有较大的直径和表面面积，因此更难于在处理时达 到并维持整个晶片一致的环境。例如，在特定温度下执行一些处理步骤。如果将加热或冷 却施加到晶片上分离的位置，则加热点或冷却点可能出现在晶片上。此外，加热和冷却的次 级来源(例如辐射热转化的或者来自室壁的)可能不均勻地影响晶片。如果晶片温度在整 个晶片上不一致，接着可能在各个处理步骤中发生局部变化，导致管芯内部的变化以及晶 片内部的(管芯之间)变化，例如线宽变化。
发明内容
在一些实施例中，一种设备包括配置用来执行离子注入工艺的处理室。在处理室 内部提供有静电盘被。静电盘被配置用来支撑半导体晶片。该静电盘具有多个温度区。每 个温度区包括位于静电盘内部或者与静电盘邻近的至少一个流体管道。提供至少两个冷却 剂源，每个冷却剂源流体连接到对应的流体管道的一个上，并被配置在离子注入工艺过程 中提供对应不同的冷却剂到多个温度区中对应的一个中。冷却剂源分别包括不同的冷却或 冷冻单元。在一些实施例中，一种方法包括对由静电盘支撑的半导体晶片上执行离子注入 工艺。将第一和第二不同冷却剂流体提供到位于静电盘中或者与静电盘邻近的对应第一和 第二流体管道中，第一和第二流体管道对应静电盘的第一和第二区域，从而在所述离子注 入工艺中对邻近静电盘的第一和第二区域的所述晶片的第一和第二部分对应的晶片温度 进行独立控制。在一些实施例中，一种方法包括在位于第一半导体衬底上的薄膜材料的第一薄膜 中蚀刻电路图案。在多个位置测量所述电路图案的临界尺寸。基于所述测量的临界尺寸， 对形成第二半导体衬底上该薄膜材料的第二薄膜的单晶片室进行调整，从而局部调整所述 第二薄膜的厚度。使用所述调整单晶片室在所述第二半导体衬底上形成所述第二薄膜。在一些实施例中，一种设备包括处理器，所述处理器用于接收在电路图案中各个 位置的多个临界尺寸测量，所述电路图案通过对第一半导体衬底上包括薄膜材料的薄膜蚀 刻而成。单晶片室被提供用于形成位于第二半导体衬底上的该薄膜材料的第二薄膜。所述单晶片室响应所述处理器输出的控制信号，以基于所述临界尺寸测量对所述第二薄膜的厚 度进行局部调整。在一些实施例中，一种设备包括处理室，所述处理室被配置用于执行衬底涂覆或 光致抗蚀剂显影的步骤。所述处理室具有用来支撑半导体衬底的加热台，所述加热台具有 多个独立可移动的加热元件。提供控制器用于控制对所述可移动加热元件位置的独立调
iF. ο在一些实施例中，一种方法包括测量加热台支撑的第一半导体衬底上多个位置的 临界尺寸。通过所述加热台上多个独立可控加热元件对提供热量到第二衬底的位置进行调 整。所述调整基于所述测量的临界尺寸。在对所述第二衬底进行涂覆或者对所述第二衬底 上光致抗蚀剂进行显影的同时，在所述位置将热量提供到所述第二衬底上。
图1为半导体处理工具的示意图；图2为图1的冷却滚筒的示意图；图3为图2的冷却滚筒的侧视示意图；图4为图3所示冷却滚筒的变化；图5为具有薄膜淀积室的工具的示意图；图6为图5所示工具的处理示意图，该图显示了前馈和反馈；图7为图5的工具中执行处理的流程图；图8A为涂层机或显影机中使用的热板的平面图；图8B为图8A的热板的示意图，并具有加热元件以及加热元件的控制器；图9为处理工艺流程线的方框图；图10为用于图9工艺的控制系统方框图；图11为在涂层机中具有独立温度控制的处理流程图；图12为在显影机中具有独立温度控制的处理流程图；以及图13为替代加热装置的示意图。
具体实施例方式应结合附图阅读示意性实施例说明，其中附图被认为是整个说明书的一部分。在 说明书中，例如“下面的，，、“上面的，，、“水平，，、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下，，、“上 部”、“底部”及其派生词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)等相关术语应当被构造 用来参考下文中讨论的附图中描述或显示的方位。这些相关术语仅为了方便描述，并不需 要以特定的方向构造或操作设备。关于附着、连接等术语，例如“连接”以及“互连”，用来指 示结构直接地或通过中间结构间接地固定或结合到另一个结构上的关系，以及指示活动性 或固定附着或关联，除非有其他的表述。图1显示了注入工具100。该工具100具有晶片转移室102，晶片转移室102将晶 片保持在密封的真空环境中。多个预备室104可连接到晶片转移室102。预备室104可通 至大气压。配置预备室104以从四个装载口大气传送模块114，或者从其他机械装置接收晶 片105。然后对预备室104密封关闭并且将其抽空为真空压力。接着，在不干扰晶片转移室102中真空或工艺流程的情况下，可将晶片105转移到晶片转移室102中。将晶片105从晶 片转移室102转移到处理室112的处理冷却滚筒(platen)或者静电盘(e-chuck) 106中。 通过多个冷却剂对处理冷却滚筒platen或者静电盘106进行冷却，多个冷却剂由用于冷却 到较低温度的第一冷冻机(压缩机)103、第二冷冻机113以及第三冷冻机123在冷却线中 提供。处理室112具有扫描马达108，扫描马达108产生用于注入工艺步骤的离子束110。通过用离子束轰击晶片105来执行注入工艺。由离子注入导致的衬底损伤可产生 结漏。低温的离子注入工艺将减少衬底损伤，从而消除射程末端(end-of-rangejOR)缺陷 (位于无定形层和晶体层之间的界面处)。离子的低温注入轰击在目标晶体中产生完整的 无定形区域，即其中没有特定晶体结构存在的区域。在低温注入之后执行的退火促进注入 的区域1，即由轰击离子穿透的深度y表示的层，再结晶到类似外延生长部份的层中，将这 种技术命名为“固相外延”。低注入温度应当在整个晶片上一致。本发明已确定，当传统冷却滚筒用于低温离子注入时，晶片的温度变化，并且其大 概是晶片上径向位置的函数。例如，如果在晶片的中心提供冷却气体，该中心将具有最低的 温度，并且晶片的周边将具有最高的温度。在这样的配置中，随着晶片半径增加到450mm，晶 片中心与周边之间的潜在温度差可能更大。这能够导致整个晶片非均勻的晶体结构，从而 导致不均勻的器件性能。图2为示意性的处理室112的多区域冷却滚筒或e-chuckl06的更详细视图。冷 却滚筒或e台106适用于注入工艺过程中的晶片内部温度控制。通过在注入过程中对整个 晶片提供均勻且期望的温度，可能能够改善临界尺寸(⑶)的均勻性，这使得改善晶片内部 结漏性能以及阈值电压均勻性成为可能，并且可能减少或消除镍管道(piping)缺陷。处理室112内部的冷却滚筒或e-chuckl06被配置用来支撑半导体晶片。冷却滚 筒或e-chuckl06具有多个温度区101、111、122以及124，其中区域122和124形成单个温 度控制区。每个温度区101、111、122和124包括至少一个位于静电盘内部或者与静电盘邻 近的流体管道，具体参考如图3和图4所示。冷却滚筒或e-chuckl06具有至少两个冷冻剂 源103、113和123。每个冷冻剂源103、113、123液体连接到位于对应温度控制区101、111 以及122和124中对应的一个流体管道上。每个冷冻剂源103、113、123被配置用来将对应 不同的冷却剂提供到多个温度区中的一个对应温度区中。在一些实施例中，至少两个冷却剂源包括对应不同的冷却或冷冻单元103、113 和123，冷却或冷冻单元103、113和123被配置用来对应地提供具有对应不同温度的不同 的冷却剂。例如，冷却剂可以为低温流体，例如冷却剂包括液体氢(20K，-253°C)、液体氦 (3K，-2700C )、液体氮(77K，_196°C )、液体氧(90K, _183°C )、液体甲烷(112K，_162°C )以 及液体一氧化二氮(88K，-185°C )。因此，冷却滚筒或e-chuckl06能够被冷却到从这些温 度中选择的温度。可选择地，冷冻的非低温冷却剂可以用来提供大约-50°C、(TC或者5°C。 根据冷却滚筒或e-chucklOe的配置，以及其中材料的导热性，晶片温度可以一定程度地高 于冷却剂的温度。在图2的实施例中，多个温度区包括多个同心环区101、111和122、124。环形温度控制区通常适用于圆柱状晶片，在这种晶片中，局部温度通常为圆柱状极坐标系统的径向 坐标的函数，其中圆柱状极坐标系统的中心位于晶片中心。虽然图2显示了三个温度控制区101、111和122、124，但是在可选择的实施例中，可以包括两个或更多任意数量的温度控制区。在一些配置中，温度分布也可以随着晶片的切线极化坐标变化(例如，如果冷却 滚筒或e-chuck 106位于一个具有不均勻分布热量的轴向不对称内部结构的底座上)。在 这样的配置中，每个径向温度区可以被划分为两个、三个或者四个角形区域，从而在离子注 入过程中提供更精确的温度控制用于更好的温度均勻性。温度控制器130提供用于独立控制来自冷冻机103、113、123的对应不同冷却剂向 具有多个温度区的供应，多个温度区在各自不同的温度，从而在整个晶片上维持大体上均 勻的晶片温度。温度反馈用来控制每个区域中的温度。通过位于冷却滚筒或e-chucklOe 上或者内部的多个传感器可以采集温度反馈。可选择地，可以采集温度分布的图像。如果使用低温冷却剂，则以基本恒定的供应温度提供每个冷却剂。可以通过改变 冷却剂流动(具有恒定流动速度)的工作周期，或者通过改变每个温度区101、111以及 122,124中的冷却剂体积流动速度来对从每个区域去除的热量进行控制。控制器130可以 具有显示每个冷却剂源的合适冷却剂流动速度或工作周期的表格，作为由每个对应冷却剂 源控制的区域中平均温度的函数。在其他实施例中(例如，如果使用非低温冷却剂)，冷冻机103、113和123中的一 个或多个可以能够提供在温度范围内的单独冷却剂，因此可以通过改变对应那个(那些) 区域内部的冷却剂供应温度对区域101、111和122、124中的一个或多个的温度进行控制。通过在不同的径向区域中提供不同的冷却剂，可将晶片温度的径向变化降为最 小或避免。例如，可以在冷却滚筒或e-chuck 106的内环形区122、124内部或与内环形 区122、124相邻提供第一冷却剂流体(例如-162度的液态甲烷)，并且可以在冷却滚筒或 e-chuckl06的外环形区111中提供第二冷却剂流体(例如_196度的液态氮)，其中第二冷 却剂比第一冷却剂具有更低的沸腾温度。图3和图4显示了冷却滚筒或e-chuck的配置的两个实施例。在图3中，冷却剂 流体管道101、111和124为设置在冷却滚筒106后表面上的管子。可以通过将管子焊接 或连接到后表面实现这种配置。图4显示了另一种配置，其中管道201、211和222、224形 成在冷却滚筒或e-chuck206内部。与图3的设备相比，图4的配置在冷却剂和冷却滚筒或 e-chuckl06之间提供改善的热连接。虽然图1-4涉及离子注入工艺步骤，但是多区域温度控制可以使用在半导体集成 电路制造工艺的其他部分中。图5-7涉及多区域温度控制在薄膜淀积工艺，例如化学气相 淀积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)或者物理气相淀积(PVD)中的应用。图6为金属氧化半导体(MOS)工艺的处理示意图。衬底600具有在其上的多晶硅 栅极601。例如薄保形(conformal)氧化层的衬垫层602形成在多晶硅栅极601的侧壁上 以及衬底600上。保形氮化硅(SiN)层603形成在衬里(liner)层602的上方。执行各向 同性(干)蚀刻工艺，将多晶硅栅极601上的SiN层603蚀刻掉。因此，垫片(spaCer)603 形成在衬里层602上的多晶硅栅极601的旁边。在衬底600中形成轻掺杂漏极(LDD)区 (图中未显示)的步骤中，垫片603是有用的。控制图6所示的临界尺寸⑶，以控制LDD区的大小。发明人确定可以通过控制SiN 层603的厚度来控制⑶，并且可以通过控制SiN层603的厚度均勻性控制⑶的均勻性。此 夕卜，可以通过独立控制多个独立可控区中晶片的局部温度来控制SiN层603的厚度均勻性和CDU (临界尺寸均勻性)。在一些实施例中，单晶片淀积室用来调整使用多个用于薄膜淀积和蚀刻匹配的加热器区域的特定厚度分布。发明人确定单晶片室提供基本轴向对称的晶片温度分布。能够 更容易地由多个环形加热区对轴向对称温度分布补偿。图5为用于通过CVD或者PECVE工艺(或者其他各向同性淀积工艺)淀积薄膜的 单个晶片淀积室500的示意图。提供滚筒506用于支撑半导体晶片。滚筒506具有多个 独立可控的温度区501、511、521和531。虽然图5显示了四个温度控制区501、511、521和 531，但是可以使用两个或更多等任意期望数量的温度控制区。温度控制区的数量越大，维 持薄膜602和603的厚度控制的能力就越强，并因而控制CDU的能力越强。在加热区501、511、521和531的每个中提供至少一个加热元件540。虽然图5显 示了 13个十字配置的加热元件540，但是可以提供任意数量的加热元件，并且加热元件可 以以任意希望的配置进行排列。加热元件540的数量越大，维持薄膜602和603的厚度控 制的能力越强，并因而控制CDU的能力越强。图6显示了控制步骤的示意图。示意性的系统提供从该工艺和温度控制形成的器 件实际临界尺寸的反馈，以控制薄膜层602、603的厚度。在蚀刻工具(例如干法蚀刻工具) 中执行蚀刻步骤之后，在晶片上电路图案中多个位置进行CD测量。可以使用例如扫描电子 显微镜(SEM)执行测量。优选地，自动地将CD测量提供给控制器550，或者提供给与控制器 550连接的处理器。提供处理器(例如自动处理控制器550)用于接收来自第一半导体衬底上各个位 置的多个CD测量，其中从氧化膜和SiN膜蚀刻该各个位置。如果第一薄膜(位于第一晶片 上相同位置)的临界尺寸小于理想的尺寸，就配置处理器以控制加热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临界尺寸大于理性尺寸，则减少第二 薄膜的厚度。在例如CVD或者PECVD的薄膜淀积工艺中，随着晶片温度的增加(同时保持 其他工艺参数恒定)，淀积层的厚度也增加。控制器550决定即将提供到每个温度区501、511、521、531的加热修正，以实现即 将提供的薄膜的厚度均勻性。例如，控制器550可以具有表格，该表格规定将要施加到给定 温度控制区中的每个加热元件540的加热能量的增加，该增加与那个区域的平均临界尺寸 和理想临界尺寸之间的偏差成比例。虽然图5显示了一个控制器550，但是控制功能可以由多个处理器执行。例如，处 理控制器可以直接与加热元件连接，并且通用处理器可以提供用于控制所使用算法和数据 的应用程序软件，其中该算法和数据用于执行CD测量与提供到加热元件540的能量之间的 反馈。接着在第二或后续晶片上执行薄膜淀积时，将从第一晶片的SEM CD测量确定的新的 加热能量级提供到加热元件540上。虽然上述实施例描述氧化膜和SiN膜形成在晶片上，并且对SiN垫片的宽度进行 控制，但是在其他例子中，可以淀积其他材料的薄膜，并且可以使用多个独立控制的温度区 域对淀积层的厚度进行控制，从而用于控制其他结构的临界尺寸。图7为显示根据图6的方法示例的流程图。在步骤700中，将晶片提供到单个晶片淀积室500中，用于通过各向同性工艺例如 CVD或PECVD进行保形膜淀积。
在步骤702中，在单晶片淀积室内将保形膜淀积到衬底600上。如果处理的是第一 晶片，则可将在淀积过程中提供到每个温度控制区的加热元件540的能量设定为默认值。在步骤704中，将晶片转移到蚀刻工具处，例如等离子体蚀刻反应室。在第一半导 体衬底上第一薄膜中蚀刻有电路图案。例如，如图6所示，可以使用干法蚀刻步骤来形成位 于多晶硅栅极601旁边的SiN垫片。在步骤706中，在多个位置测量电路图案的临界尺寸。例如，可以使用扫描电子显 微镜。该多个位置应当包括在每个温度控制区中的至少一个(优选地多于一个)的位置。 例如，在图6中，所测量的临界尺寸是SiN垫片的宽度。通过采集在所有温度控制区中的临 界尺寸的测量值，则测得CDU。
在步骤708中，基于SEM数据的⑶U反馈，处理器或者控制器550判断单个晶片淀 积室500中哪个温度控制区应当具有增加或减少的厚度，从而获得理想的⑶U。在一些实 施例中，在进入到调整步骤708之前，重复执行步骤700到706 (例如重复2次或3次，或更 多的次数)。在其他实施例中，每当在步骤700-706中处理另一个晶片时，则执行步骤708。 可以基于多个因素决定多久执行一次调整步骤，例如工艺的稳定性，将冷却滚筒区温度调 整至加热器能量变化所花费的时间的长度，或者根据更多数据采样进行基本调整的期望。在步骤710中，基于测量的临界尺寸，控制器550对提供到单晶片室500的温度控 制区中每个加热元件540的能量进行调整，从而局部调整第二薄膜的厚度。可分别调整每 个温度控制区，从而区别地调整厚度以改善⑶U。如果第一晶片的临界尺寸小于预期的尺 寸，则增加提供到温度控制区的加热能量以增加薄膜的厚度。如果第一晶片的临界尺寸大 于预期的尺寸，则减少提供到温度控制区的加热能量以减少该薄膜的厚度。在步骤710完成之后，重复从步骤700到步骤710的循环，从而使用调整单晶片室 在第二半导体衬底上形成该薄膜材料的第二薄膜。多温度区系统的另一个实施例如图8A到图12所示。通过经由可变的位置加热元 件在加热台或者e-chuck中的灵活温度控制，图8A-12增强了本发明设备和方法的处理控 制能力。通过移动单个的加热元件840，加热台801对将热量提供到衬底的位置进行独立调
iF. ο图8A显示了适用于在光刻工艺采用的加热台801。加热台801可以被包含在涂层 机902 (见图9)或者显影机906 (见图9)中。图8A的加热台801具有多个加热元件，这些 加热元件可以以任意希望的数量提供，并且可以设置在任意希望的位置。如图所示，每个加 热元件840可以在XY平面中在X范围Rx和Y范围Ry内移动。可将可移动元件840沿着径 向和/或切线方向移动。可移动元件840可以移动到一定位置，从而形成对称或非对称的 加热元件设置。因此，可移动加热元件可以用于消除增加或减少温度的非对称形状区。除 了可以移动之外，提供给每个加热元件的能量是可以改变的，以消除局部加热点或冷却点。此外，如果一个加热元件840失败，则可对剩余的加热元件840重新布置，从而至 少部分地补偿失去的加热元件。除了可移动之外，还可以改变提供给每个加热元件的能量， 从而增加剩余加热元件中与失败的加热元件最近的加热元件的加热能量。 图8B显示了其中加热元件840中的一个的控制示意图。图8B仅显示了 一个加热 元件840，但是本领域普通技术人员应当理解，剩余的加热元件840也可以以如图8B所示的 相同方法进行控制。
对应的驱动单元842与每个对应的可移动加热元件840连接，以驱动和加热台801 的晶片捏合(wafer-engaging)表面平行的平面内的加热元件。可以使用各种电可控XY台， 例如但不限于适用于分档器的XY台。驱动单元842提供沿两个垂直方向Rx和Ry的移动范围。控制器850包括XY驱动马达控制器852，XY驱动马达控制器852是用来控制独立 调整至可移动加热元件840位置的处理(或模块)。XY控制器850还包括用来控制提供到 每个加热元件840的能量的第二处理(或模块)854。控制器850还可以包括处理器，处理器接收反馈信号并计算每个可移动加热元件 840的理想位置和加热能量。位置调整是受限的，这样可移动加热元件840不会互相碰撞。 例如，每个元件840从其默认位置(其移动范围的中心)的移动可以被限制为小于两个相 邻XY台842的最靠近表面之间距离的一半(当两个相邻XY台842在默认位置时)。在其他实施例中，控制器850具有一个或更多的表格，该表格用来提供加热元件 位置的预定配置以及多个反馈场合的能量等级。图9为光刻系统的方框图，在该系统中可以使用加热台801。该系统包括涂层机 902 (例如加拿大Santa Clara,Site Services Inc.销售的商标为Tractrix的旋涂工具)， 该涂层机902用于将光致抗蚀剂提供到衬底上。扫描器904穿过掩模将光致抗蚀剂进行曝 光，以形成预期的图案。在曝光后，显影机906提供溶液以将光致抗蚀剂的期望部分进行硬 化。扫描电子显微镜908测量在晶片上多个位置的图案临界尺寸，并确定临界尺寸均勻性。 可将SEM 908集成到显影机中。抗蚀剂910将光致抗蚀剂上不想要的部分以及衬底中的下 层膜除去。如图9所示，可以以两种不同的方法或者两种方法之一调整该工艺。涂层机902 中加热台801的加热元件840可以被调整来增加或减少局部温度，从而调整提供的光致抗 蚀剂膜的均勻性。对涂层机902中晶片局部温度的调整导致涂层机中淀积的光致抗蚀剂厚 度的局部调整。可选择地，可以调整显影机906中加热台801的加热元件840。在曝光后烘烤 (PEB)过程中，已被曝光的正光致抗蚀剂部分变得可溶。通过调整PEB过程中晶片上的局部 温度，光致抗蚀剂的期望部分更均勻地呈现可溶性，从而有利于临界尺寸的均勻性。图10为图9的系统的控制示意图。对于进入的晶片，可以在将光致蚀刻剂提供到衬底上之前，由SEM测量提供初始 值。例如，衬底可以已经具有通过之前处理步骤形成的图案。可以测量这些图案的临界尺 寸，并且能够识别这些临界尺寸中的任何变化。在此步骤中能够识别晶片中的任何结构特 征。初始的SEM测量被用作用于该工艺的前馈信息。在节点912处，将前馈信息与目标临界尺寸数据进行比较，以判断该工艺的初始 期望偏差。该信息用于初步限定输入到温度区的理想热量。这个输入由控制器850执行。控制器850利用上述参考图8A和图8B描述的方式操作加热元件840。这些热量 输入对图9所示的处理设备的运行产生影响。控制器可以包括嵌入式比例积分微分(PID) 控制装置，该嵌入式比例积分微分(PID)控制装置根据目标临界尺寸与输入到控制器的临 界尺寸之间的偏差改变加热器的能量。在节点914处，将晶片从显影机输出，并且SEM临界尺寸数据被馈送到模块916中。模块916接收来自多个位置的临界尺寸数据，并且确定一系列加热元件位置以及加热能量等级，以改善光致抗蚀剂的厚度和/或CDU。例如，模块916可以(根据临界尺寸数据)确定晶片中的冷却点，并且设定每个加 热元件840尽可能地向最近的冷却点移动。然后，估计即将提供到每个加热元件840的加 热能量。位于模块916中的热组件(图中未显示)能够根据热量输入值对分布在整个晶片 上的温度进行计算。然后可将温度分布输入到临界尺寸组件(图中未显示)，临界尺寸组件 根据估计的温度分布来预测晶片上多个位置的临界尺寸。如果预测的临界尺寸均勻性位于 收敛性判别标准中，则该模块能向控制器850输出该系列的加热元件位置以及能量等级， 用于下一工艺运行中采用。如果没有满足收敛性判别标准，则接着通过使用不同系列的加 热器输出能量等级重新运行温度分布预测和临界尺寸分布方案，模块916可以执行额外的 重复。在多次重复之后，如果这些系列的加热器位置和能量等级中没有一个满足模块的收 敛性判别标准，则可以选择提供最好预测临界尺寸的系列位置和加热能量。在一些实施例 中，自动处理控制器将根据从节点914和912的输入计算预测临界尺寸。临界尺寸平均值 可以通过使用分档器调整曝光射线剂量来进行补偿，并且可以通过具有该灵活温度控制单 元的加热台控制临界尺寸均勻性(CDU)。图11为使用图8A和8B所示设备的方法流程图，图11描述该工艺为只要提供晶 片就重复执行的当前工艺。在步骤1100中，提供有第N个半导体衬底(晶片)，其中N为整数。由加热台支撑 该第N个晶片。该第N个半导体晶片可以已经经历先前的制造工艺，并可以具有形成在上 面的图案。在步骤1102中，可以进行第N个晶片的初始SEM测量，以向处理进行前反馈。步骤1104和1106均在涂层机902的加热台中执行。在步骤1104中，独立调整加 热台801的各个加热元件840的位置。如果是执行第一工艺(第一晶片)，则可以使用一系 列的默认位置(例如，每个加热元件840移动范围的中心)。如果第N个晶片为第二个或者 后续的晶片，则根据第N-I个晶片的计量(SEM) 1116输出的临界尺寸反馈数据调整用于第 N个晶片的位置。(在可选择的实施例中，如果每次处理预定数量的晶片后，或者每当固定 周期时间过去后进行调整，则该调整可以基于从另一个最近的先前处理的晶片的临界尺寸 反馈。)在步骤1106中，对提供到加热台801每个单独加热元件840的加热能量进行调 整。如果是第一次工艺运行(第一晶片)，则可以使用一系列的默认能量等级(例如平均预 期的加热能量)。如果第N个半导体晶片为第二个或者后续的晶片，则根据第N-I个半导体 晶片(或者用于决定位置调整的其他最近的先前晶片)的计量(SEM)1116输出的临界尺寸 反馈数据调整用于第N个晶片的加热能量。在步骤1108中，当加热器840以预期能量等级将热量提供到预期位置时，将第N 个半导体晶片涂覆光致抗蚀剂。在步骤1110中，将第N个半导体晶片在扫描器中曝光。在步骤1112中，执行PEB以活化在光致抗蚀剂(resisit)曝光过程中产生的光 酸。光酸攻击在自催化序列中光致抗蚀剂的键，使得它们在显影溶液中可溶解。将热量提 供到在步骤1104中确定的位置。
在步骤1114中，提供有显影化学剂。将光致抗蚀剂中呈现可溶性的部分除去。在步骤1116中，SEM对由加热台支撑的第N个半导体晶片上的多个位置进行临界 尺寸测量。将第N个晶片的扫描电子显微镜输出的临界尺寸反馈提供给模块用于处理第 N+1个晶片，其中该模块生成步骤1104和1106下一次重复中即将使用的一系列新的加热元 件位置和能量等级。图12为图11所示方法的变化流程图，其中在PEB步骤中被控制和调整加热台温度。在步骤1200中，提供有第N个半导体衬底(晶片)，其中N为整数。第N个晶片由 加热台支撑。第N个晶片可以已经经历先前的制造工艺，且其上面可以形成有图案。在步骤1202中，可以对第N个晶片进行初始SEM测量，以向处理进行前反馈。在步骤1204中，利用光致抗蚀剂涂覆第N个晶片。在步骤1206中，在扫描机中曝光第N个晶片。步骤1208和1210均在PEB之前和过程中，并在显影机902的加热台中执行。在步 骤1208中，独立调整加热台801的各个加热元件840的位置。如果是第一次工艺运行(第 一晶片)，则可以使用一系列的默认位置(例如，每个加热元件840移动范围的中心)。如 果第N个晶片为第二个或者后续的晶片，则根据第N-1个晶片的计量(SEM) 1216输出的临 界尺寸反馈数据调整用于第N个晶片的位置。(在可选择的实施例中，如果每次处理预定数 量的晶片后，或者每当固定周期时间过去后进行调整，则该调整可以基于另一个最近的先 前处理的晶片的临界尺寸反馈。)在步骤1210中，调整提供到加热台801的每个单独加热元件840的加热能量。如 果是第一次工艺运行(第一晶片)，则可以使用一系列的默认能量等级(例如平均预期的加 热能量)。如果第N个晶片为第二个或者后续的晶片，则根据第N-1个晶片(或者用于决定 位置调整的其他最近的先前晶片)的计量(SEM) 1116输出的临界尺寸反馈数据调整用于第 N个晶片的加热能量。在步骤1212中，执行PEB以活化在光阻曝光过程中产生的光酸。由加热器840以 预期的位置和能量等级将热量提供到在步骤1208中确定的位置。在步骤1214中，提供有显影化学剂。将光致抗蚀剂中呈现可溶性的部分除去。在步骤1216中，SEM对由加热台支撑的第N个晶片上的多个位置的临界尺寸进行 测量。将第N个晶片的SEM输出的临界尺寸反馈提供给模块用于处理第N+1个晶片，其中 模块产生在步骤1208和1210下一次重复中即将使用的一系列新的加热元件位置和能量等 级。图13为具有不同加热结构的可选择的加热台的示意图。该实施例中提供了大量 独立控制的加热元件1340，以代替提供可移动的加热元件840 (如结合图8B所描述的)。 加热元件1340可以是位置固定的电阻元件。加热元件1340的大小可以充分小，并且加热 元件的数量足够大，从而可以电学地进行加热调整，来代替机械地加热调整。通过选择和取 消选择任意子集的加热元件1340，加热台1301对热量提供到衬底的位置进行独立地调整。 能够改变提供到每个有源加热元件的能量以调整温度，如上文结合图8B的描述。使用图8A-13的设备使得能够实现晶片工艺中控制，并且改善了涂覆和PEB步骤， 从而改善光致抗蚀剂的厚度均勻性和CDU。
上文已描述本发明的设备和方法关于从第一次工艺运行的晶片上不同位置采集 数据，通过自动处理控制对用于各个位置的合适装置或工艺的设置进行计算，并且在另一 个晶片上执行调整的工艺。虽然结合上述实施例对本发明进行描述，但是本发明不局限于该具体实施例。确 切地，所附权利要求应当被广泛构造来包含本发明的其他变化和实施例，这些变化和实施 例可以由本领域的普通技术人员在不脱离本发明等同保护范围的前提下实现。
权利要求
一种方法，包括在位于第一半导体衬底上的薄膜材料的第一薄膜中蚀刻电路图案；在多个位置对所述电路图案的临界尺寸(CD)进行测量；基于所述测量的临界尺寸，对形成在第二半导体衬底上所述薄膜材料的第二薄膜的单晶片室进行调整，从而局部地调整所述第二薄膜的厚度；以及使用所述调整单晶片室在所述第二半导体衬底上形成所述第二薄膜。
2.如权利要求1所述的方法，还包括对加热滚筒的多个温度区进行单独控制，所述加热滚筒支撑位于所述单晶片室中的所 述第二半导体衬底，所述第二半导体衬底中淀积有所述第二薄膜。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述多个温度区具有各自不同的加热元件，并且所 述控制步骤包括分别控制向所述加热元件提供的能量。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述调整步骤包括如果所述第一薄膜的临界尺寸小于预期尺寸，则增加所述衬底温度区中的加热能量， 以增加所述第二薄膜的厚度；以及如果所述第一薄膜的临界尺寸大于所述预期尺寸，则减少所述温度区中的加热能量， 以减少所述第二薄膜的厚度。
5.一种设备，包括控制器，所述控制器用于接收第一半导体衬底上在电路图案中各个位置的多个临界尺 寸测量，所述电路图案是由蚀刻包含薄膜材料的薄膜得到的；单晶片室，所述单晶片室用于在第二半导体衬底上形成所述薄膜材料的第二薄膜，所 述单晶片室响应来自所述控制器的控制信号，以根据所述临界尺寸测量对所述第二薄膜的 厚度进行局部调整。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述单晶片室具有支撑所述第二半导体衬底的滚 筒，所述滚筒具有多个独立可控的温度区。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述滚筒的每个温度区上具有至少一个加热元件， 且所述处理器被配置用来控制所述加热元件执行以下操作，如果所述第一薄膜的临界尺寸小于预期尺寸，则增加所述温度区中的加热能量，以增 加所述第二薄膜的厚度；以及如果所述第一薄膜的临界尺寸大于所述预期尺寸，则减少所述温度区中的加热能量， 以减少所述第二薄膜的厚度。
8.一种设备，包括处理室，所述处理室被配置用于执行衬底涂覆或光致抗蚀剂显影的步骤，所述处理室 具有用来支撑半导体衬底的加热台，所述加热台具有多个独立可移动的加热元件；控制器，所述控制器用于控制对所述可移动加热元件位置的独立调整。
9.如权利要求8所述的设备，还包括与每个对应可移动加热元件连接的对应驱动单 元，以驱动位于和所述加热台晶片捏合表面平行的平面内的加热元件。
10.如权利要求9所述的设备，其中，每个对应驱动单元被配置用于沿着两个垂直的方 向移动其对应的加热元件。
11.如权利要求8所述的设备，其中，所述控制器对在所述衬底上多个位置测量的临界尺寸测量响应，以基于所述反馈信号进行初步独立调整。
12.一种方法，包括测量由加热台支撑的第一半导体衬底上多个位置的临界尺寸； 基于所述测量临界尺寸，通过所述加热台上多个独立可控加热元件独立地调整提供热 量到第二衬底的位置；以及在对所述第二衬底进行涂覆或者对所述第二衬底上光致抗蚀剂进行显影的同时，在所 述位置将热量提供到所述第二衬底。
13.如权利要求12所述的方法，还包括对提供到每个所述加热元件的能量进行独立调整。
14.一种方法，包括对由滚筒或静电盘支撑的半导体晶片上执行离子注入工艺；以及 将第一和第二不同的冷却剂流体提供到位于所述滚筒或静电盘中或者与所述滚筒或 静电盘邻近的对应第一和第二流体管道中，所述第一和第二流体管道对应所述滚筒或静电 盘的第一和第二区域，从而在所述离子注入工艺中对邻近所述滚筒或静电盘的第一和第二 区域的所述晶片的第一和第二部分的对应晶片温度进行独立控制。
15.如权利要求14所述的方法，还包括对以对应不同的温度向所述第一和第二区域的 所述第一和第二冷却剂的供应进行独立控制。
全文摘要
一种设备包括配置用来执行离子注入工艺的处理室。在处理室内部提供冷却滚筒或静电盘被。冷却滚筒或静电盘被配置用来支撑半导体晶片。冷却滚筒或静电盘具有多个温度区。每个温度区包括位于冷却滚筒或静电盘内部或者与冷却滚筒或静电盘邻近的至少一个流体管道。提供至少两个冷却剂源，每个冷却剂源流体连接到对应的流体管道的一个上，并被配置以在离子注入工艺过程提供对应不同的冷却剂到多个温度区中一个对应的区域中。冷却剂源分别包括不同的冷却或冷冻单元。
文档编号H01L21/265GK101807512SQ200910252738
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年2月13日
发明者叶俊林, 吴欣贤, 张钧琳, 杨棋铭, 林日泽, 牟忠一, 王若飞, 范明煜, 陈其贤, 魏正泉 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司