1260046 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於用來製造半導體晶圓基材上的積體電 路之系統和方法，且特別是有關於一種系統和方法，藉由把 晶圓放置到熱烤板上後測量熱烤板的溫度改變，來感測晶圓 在熱烤板上的位置。 【先前技術】 許多各種固態元件的製造需要使用平面的基材或半導 體晶圓，而積體電路(1C)被製造於其上。在1C製造過程的結 束時，在一晶圓上有功能的積體電路的最後的數目或良率對 半導體製造者來說是最重要的，而且增加晶圓上電路的良率 是半導體製造的主要目標。在封裝之後，晶圓上的電路被測 試，其中非功能的（non-functional)晶粒（dies)係藉由使用油墨 製程而被做記號，而晶圓上有功能的晶粒被分開且賣出。1C 製造者藉由利用尺寸的節約（economies of scale)而增加一晶 圓上晶粒的良率。超過1000個晶粒可被形成在單一晶圓上， 其中此晶圓在直徑上是從6到12吋。 許多各種製程步驟被用來製造在一半導體晶圓上的積 體電路。這些步驟包括沉積一傳導層在此矽晶圓基材上；形 成一光阻或其他罩幕（例如氧化鈦或氧化矽），其形式為想要 的金屬内連線圖案，使用標準的微影或光微影技術；使此晶 圓基材經歷一乾餘刻製程’以去除未被罩幕所覆蓋的區域之 此傳導層，藉此將傳導層蝕刻成為有在基材上被遮罩的圖案 1260046 之形式·’典型地使用反應性電漿和氣氣以從此基材去除或剝 落此罩幕層’藉此曝露出此傳導性内連線層的上表面；以及 藉由施加水和氮氣到此晶圓基材以冷卻而且使此晶圓基材 乾燥。 藉由當此晶圓在一靜止固定的碗或塗佈杯（c〇ater Cup) 中以鬲速旋轉時，施加分配一光阻液體典型地在此晶圓的中 心上，以塗佈光阻材料到一晶圓的表面上。此塗佈杯會接住 在此光阻的塗佈期間從旋轉的晶圓喷出的額外過量的液體 和微塵。被施加分配在此晶圓的中心上的光阻液體朝向晶圓 的邊緣被向外塗散開，此係藉由旋轉的晶圓的離心力所產生 的表面張力而達成。這促進了液體光阻的均勻塗佈在晶圓的 整個表面上。 在半導體生產的光微影步驟期間，光能量被運用通過一 倍細光罩到達先前被沉積在晶圓上的光阻材料上，以定義出 電路圖案，其中這些電路圖案在一後續的製程步驟中將被蝕 刻出以定義出在此晶圓上的電路。一倍縮光罩是一透明的 板，其被圖案化而具有-電路影像，其中此電路影像是要被 形成在此晶圓上的光阻塗佈層中。一倍縮光罩所包含的電路 圖案影像是適用於只有-些在—晶圓上的晶粒，例如四 日日 粒’所以必祕此倍縮鮮錢且重覆躺此·的整個表 面。對比而言，-光罩或罩幕所包括的f路时影像是適用 於所有在-晶圓上的晶粒，而且f要只—次曝光以轉移所有 晶粒的電路圖案影像到此晶圓。 以上所概述的許多製程步驟被用來累積地把多個導電 1260046 的和絕緣的層塗到晶圓上以及圖案化這些層，以形成電路。 晶圓上有功能的電路之最後良率視在製程步驟期間每一層 的適當塗佈而定。依次，這些層的適當塗佈取決於以經濟的 和有效率的方式以均勻的速度塗佈材料在此晶圓的表面上。 形成一電路圖案在一晶圓上的一典型方法包括將晶圓 引進到自動的執徑系統（automated track system)，然後旋轉塗 佈一光阻層到此晶圓上。此光阻接著藉由進行一軟烤製程而 被固化。此光阻被冷卻之後，此晶圓被放置在一曝光裝置 中，例如一步進機，而此曝光裝置將此晶圓與一陣列的晶粒 圖案對準，其中這些晶粒圖案係被蝕刻在典型地塗佈鉻的石 英倍縮光罩上。當適當地對準且聚焦時，此步進機將此晶圓 的一小區域曝光，然後改變位置或走到下一個區域，且重覆 這種過程直到整個晶圓表面已經被曝露於倍縮光罩上的晶 粒圖案之下。此光阻通過此倍縮光罩以電路影像圖案之形式 被曝露於光中。此光阻的曝露於此影像圖案會以此電路圖案 的形式交鏈(cross-link)及硬化（harden)此光阻。在此對準和曝 光步驟之後，此晶圓被曝露於曝光後的熱烤，且然後被顯影 及硬烤以顯影此光阻圖案。 由被顯影和硬化的光阻所定義的電路圖案然後被轉移 到位於下面的金屬傳導層，此係藉由使用一金屬#刻製程， 其中在此晶圓的整個表面上且不被交鏈的光阻所覆蓋的金 屬從晶圓被蝕刻去掉，並且在定義此電路圖案之交鏈的光阻 下面的金屬被保護不受蝕刻劑的影響。結果是，金屬的微電 子電路之一良好地被定義的圖案留存在此金屬層中，其中此 1260046 圖案接近地近似於此交鏈的光阻電路圖案。 光阻之被旋轉塗佈到晶圓上，以及在光微影製程的其他 步驟，是典型地在自動的塗佈裝置/顯影裝置執徑系統 (automated coater/developer track system)中被進行，此系統 使用晶圓操縱設備（wafer handling equipment)，而此操縱設 備把晶圓在各種不同的光微影操作機台之間運送，例如氣相 塗底（vapor prime)光阻旋轉塗佈、顯影、熱烤以及冷卻機台。 晶圓的機器性操縱使微塵的產生和晶圓損傷降至最低程 度。自動的晶圓執徑機使各種不同的製程操作能被同時地進 行。在工業中被廣為使用的兩種類型的自動執徑系統是 TEL(Tokyo Electron Limited)軌徑機和 SVG(Silicon Valley Group)執徑機。 在光微影的硬烤步驟，一晶圓轉移手臂把晶圓轉移到一 熱烤板(bake plate)上，而此熱烤板加熱此晶圓到一溫度，就 正光阻而言典型地約攝氏120到140度。此硬烤步驟蒸發了 剩下的光阻溶劑且增進了光阻對晶圓表面的附著性。此硬烤 步驟穩定了在餘刻或植入製程之後的光阻。熱烤板的目標溫 度和晶圓在熱烤板上被適當地定位對於從熱烤板到晶圓之 均勻的熱傳導都是關鍵的。一晶圓的被適當地定位在一熱烤 板上對於0.13微米科技應用和對於具有12吋直徑的晶圓而 言是尤其重要的。 為了確保晶圓被適當地定位在熱烤板上，此晶圓被轉移 到此熱烤板上的位置必須典型地被在每一 PM週期由製程工 程師來加以驗證。然而在製程中，微塵會從晶圓掉落到熱烤 1260046 板上，而使晶圓被不正常的定位在熱烤板上。這樣的不正常 定位能夠是難以驗證的，而且經常會出現破損或凹凸不平的 晶圓或在元件中異常的關鍵尺寸偏差或均勻度。因此，需要 有一即時的晶圓位置偵測系統和方法，以準確地顯示是否一 晶圓，在半導體光微影中一熱烤製程開始之前，被適當地定 位在一熱烤板上。 【發明内容】 本發明的一方面是在提供一種新的即時晶圓位置偵測 系統，其能被用來判定晶圓是否被適當地定位在熱烤板上。 本發明另一方面是在提供一種新的晶圓位置偵測系 統，其可適用於光微影和其他半導體製程。 本發明又一方面是在提供一種新的溫度感測晶圓位置 债測系統。 本發明再一方面是在提供一種新的晶圓位置偵測系 統，其包括一熱烤板和一溫度感測裝置，而此溫度感測裝置 銜接此熱烤板且測量在一段被指定的時間此熱烤板的溫度 上的改變（△ τ )，以判定是否此晶圓被適當地或不適當地定位 在此熱烤板上。 本發明更一方面是在提供一種即時晶圓位置偵測方 法，其包括設定一熱烤板於一溫度設定點，放置一晶圓到此 熱烤板上，測量在一段被指定的時間此熱烤板的溫度上的改 變（ΔΤ)，基於此溫度上的改變判定是否此晶圓被不適當地定 位在此熱烤板上，以及若此晶圓被不適當地定位在此熱烤板 1260046 上則中止一熱烤製程。 依據這些和其他方面與優點，本發明一般來說係為一種 新的溫度感測晶圓位置偵測系統，其使用溫度來判定是否一 晶圓，例如在一微影熱烤製程開始之前，被適當地定位在一 熱烤板上。此系統包括一熱烤板和一溫度感測裝置，而此溫 度感測裝置銜接此熱烤板且測量在一段被指定的時間此熱 烤板的溫度上的改變（ΛΤ)，以判定是否此晶圓被適當地或不 適當地定位在此熱烤板上。若此熱烤板的溫度上的改變（△ Τ)等於或大於一給定的被指定的時間（例如10秒）内之溫度 改變臨界值（例如適合此熱烤板的溫度設定點的1%)，這顯示 出此晶圓就製程來說被適當地定位。若此熱烤板的溫度上的 改變（ΛΤ)低於此給定的被指定的時間内之温度改變臨界 值，這顯示出此晶圓就製程來說被不適當地定位，且此熱烤 製程被中止。 本發明一般來說係為一種新的即時晶圓位置偵測方 法，其包括設定一熱烤板於一溫度設定點，放置一晶圓在此 熱烤板上，測量在一段被指定的時間此熱烤板的溫度上的改 變（ΛΤ)，基於在此段被指定的時間溫度上的此改變判定是否 此晶圓被適當地定位在此熱烤板上，以及若此晶圓被不適當 地定位在此熱烤板上則中止一熱烤製程。本發明的系統與方 法確保了此晶圓被適當地定位在此熱烤板上，為了例如在一 光微影熱烤製程期間從此熱板到此晶圓有最佳的熱轉移。 【實施方式】 12 1260046 本發明係為一種新的溫度感測晶圓位置债測糸統’其使 用在一段被指定的時間溫度上的改變，以判定是否一晶圓， 例如在一光微影光阻熱烤製程開始之前，被適當地定位在一 熱烤板上。此系統包括一熱烤板和一溫度感測裝置，而此溫 度感測裝置銜接此熱烤板且測量當晶圓被轉移到此熱烤板 上之後在一段被指定的時間此熱烤板的溫度上的改變（△ τ)。一微處理器或計算機被可操作地連接到此溫度感測裝 置，以基於在此段被指定的時間此熱烤板的溫度上的改變（△ τ)而判定是否此晶圓被適當地或不適當地定位在此支撐物 上。此微處理器可以被可操作地連接到一系統控制器，而此 控制器控制此熱烤製程，目的在於若此晶圓被不適當地定位 在此熱烤板上則中止此製程。 若此晶圓被置放於此熱烤板上一正常的位置，此正常的 置放位置將被此熱烤板的一ΔΤ所顯露出，其中此ΛΤ等於 或大於一給定的、在此段被指定的時間之溫度改變臨界值。 因此，此晶圓的製程能夠繼續進行。對比而言，此晶圓之被 置放於此熱烤板上一不正常或不適當的位置將被此熱烤板 的一ΛΤ所顯露出，其中此ΛΤ少於此給定的、在此段被指 定的時間之溫度改變臨界值。此熱烤製程然後被中止而且矯 正的措施辦法被採取以確保後續的晶圓被適當地定位在此 熱烤板上。 本發明係為一種新的即時晶圓位置偵測方法，其包括設 定一熱烤板於一溫度設定點，轉移一晶圓到此熱烤板上5測 量在一段被指定的時間此熱烤板的溫度上的改變，基於此溫 13 1260046 度上的改變判定是否此晶圓被適當地定位在此熱烤板上，以 及若此晶圓被不適當地定位在此熱烤板上則中止一熱烤製 程。 此熱烤板的被測量的溫度改變（ΔΤ)被與在一段被指定 的時間之溫度改變臨界值作比較，以判定是否此晶圓被適當 地定位在此熱烤板上。較佳地是，此溫度改變臨界值是在1 秒鐘至整個製程長度之間一最適值的一段時間之設定點溫 度的1%至99%之間的一最適值。 舉例來說，此晶圓之被正常地定位在此熱烤板上是由以 下的演算法所表示： 在晶圓被轉移到此熱烤板上之後在10秒鐘期間此熱烤 板的溫度改變ΛΤ >=溫度設定點X 1% 因此，在晶圓被轉移到此熱烤板上之後在第一個10秒 鐘期間如果此熱烤板的溫度上升至少此設定點溫度的1%， 則此晶圓就製程來說是被適當地定位。 此晶圓之被不正常地定位在此熱烤板上是由以下的演 算法所表示： 在晶圓被轉移到此熱烤板上之後在10秒鐘期間此熱烤 板的溫度改變ATc溫度設定點X 1% 因此’在晶圓被轉移到此熱烤板上之後在弟一個10秒 鐘期間如果此熱烤板的溫度未能上升至少此設定點溫度的 1%，這顯示出此晶圓為了開始熱烤製程而言是被不適當地定 位在此熱烤板上。此熱烤製程然後被中止而且矯正的措施辦 法被採取以確保後續的晶圓被適當地定位在此熱烤板上。 14 1260046 本發明的溫度感測晶圓位置偵測系統，後面被稱為此系 統，之一說明性的實施例被第2圖中的參考號碼1〇 一般地 顯示出。此系統10包括一熱烤板12,其支撐和熱烤在一半 導體晶圓42上的一光阻層（未顯示），以在一光微影製程中硬 化和顯影此光阻。此熱烤板12包括一溫度感測裝置26。在 此系統10的運作中，其將在後面加以敘述，此溫度感測裝 置26測量當晶圓42被置放在此熱烤板12上之後此熱烤板 12的溫度上的改變。此溫度上的改變顯示出是否此晶圓42 為了貝施熱烤製程而言被適當地定位在此熱烤板1 2上。 一微處理器34被可操作地連接到此溫度感測裝置26， 以基於在一段被選定的時間此熱烤板12的溫度上的改變， 如後面所敘述的，而判定此晶圓42是否被適當地定位在此 熱烤板12上以開始此熱烤製程。一執徑機系統控制器3 6控 制晶圓的轉移和此熱烤製程。此軌徑機系統控制器36被可 操作地連接到此微處理器34，為了若此晶圓42被不適當地 定位在此熱烤板12上則中止此熱烤製程，且回應來自此微 處理器34的輸入。 一晶圓轉移手臂38包括一機器臂40以承載此晶圓42。 此晶圓轉移手臂38被可操作地連接到此執徑機系統控制器 36 ’以轉移此晶圓42到此熱烤板12上，且回應來自此執徑 機系統控制器36的輸入。 此熱烤板12的結構上的細節被顯示於第1圖。此熱烤 板 12 包括一熱烤板體（thermally-conductive plate body)14。 被提供在此熱烤板體14中的内部加熱元件（未顯示）被此軌 15 1260046 徑機系統控制器36可操作地銜接，為了典型地以傳統的方 式加熱此熱烤板體14到一被選定的設定點溫度。此熱烤板 體14具有一上加熱表面16，而在此熱烤板12的運作期間， 熱從此上加熱表面16藉由對流而發出。一環形的晶圓承載 定位裝置20從一環形的晶圓承載定位底座22延伸，其中此 晶圓承載定位底座22在此加熱表面16的周圍劃出界線。 此溫度感測裝置26包括一高溫計晶圓承載傳送裝置 (pyrometer support)28，其中一個或多個高溫計30從此晶圓 承載傳送裝置28延伸。這些高溫計30延伸通過分別的高溫 計晶圓承載傳送腳座32，而這些晶圓承載傳送腳座32延伸 通過此熱烤板體14。這些高溫計30通向加熱表面16而且與 加熱空間（heating space) 18聯繫溝通。典型地，此溫度感測 裝置26包括至少三個高溫計30,且這些高溫計30實質上均 勻地被分散於此加熱表面16上，以準碟地測量此加熱表面 16的溫度，如後面所敘述的。 如在第1圖中更顯示出的，在此熱烤板12的運作中， 其將在後面進一步敘述，一晶圓42(以想像的方式）正常地倚 靠在此晶圓承載定位底座22上，且在此晶圓承載定位裝置 20中。一加熱空間18被定義在此晶圓42和此熱烤板體14 的此上加熱表面16之間。當此晶圓42位於此晶圓承載定位 底座22上的正常位置時，熱從此加熱表面16向上地發出且 藉由對流通過此加熱空間18而加熱此晶圓42。此晶圓42、 晶圓承載定位裝置20以及晶圓承載定位底座22防止了大部 分的熱逃脫此加熱空間18，以至於此晶圓42被加熱到此設 16 1260046 定點溫度，而此溫度係典型地使用此執徑機系統控制器36 而被選定。 再參照第2-4圖，此系統10的典型運作是如下所述。首 先，如在第4圖的步驟1中所顯示的，此熱烤板12之被選 定的設定點溫度最初被安排典型地到此執徑機系統控制器 36中。因此，此軌徑機系統控制器36開始加熱此熱烤板12 到此設定點溫度。然而’只有在晶圓42以適當的方式隨後 被定位在此晶圓承載定位底座22上以封閉且防止過多的熱 逃脫此加熱空間18之情況下，此熱烤板12才能被維持在此 設定點溫度。所以，此熱烤板12的溫度典型地穩定在低於 此設定點溫度一些度數的溫度。 一旦此熱烤板12的溫度穩定在低於此設定點溫度，此 執徑機系統控制器36發動此晶圓轉移手臂38以轉移此晶圓 42到此熱烤板12上，如在第4圖的步驟2中所顯示的。然 後，如在步驟3中所顯示的，此溫度感測裝置26測量當晶 圓42被置放在此熱烤板12上之後在一段被指定的時間（典型 為10秒）期間此加熱表面16的溫度上的改變（ΛΤ)。在此段 被指定的時間的期間，此加熱表面16的ΔΤ被連續地從此溫 度感測裝置26傳送到此微處理器34，作為一溫度資料信號 44。此段時間一結束，此執徑機系統控制器36傳送一「轉 移完成」觸發信號46給此微處理器34，以告知此微處理器 34轉移動作已被完成。 如在第4圖的步驟4中所顯示的，此微處理器34使用 在此段被指定的時間從溫度資料信號44所獲得的ΔΤ資 17 1260046 料，以判定是否此晶圓42被適當地定位在此熱烤板12上。 如果此晶圓42被適當地定位在此熱烤板12上，如在第3 A 圖中所顯示的，則此晶圓42被定位在此晶圓承載定位底座 22上且完全封閉此加熱空間18。因此，熱從此加熱表面16 藉由對流向上發出，通過此加熱空間18而到達此晶圓42。 因為熱被防止逃脫此加熱空間18，此加熱表面16的溫 度升高達到此設定點溫度。因此，晶圓42最初被置放在此 熱烤板12上之後在此段被指定的時間的期間，此加熱表面 16的溫度升高了至少此設定點溫度的1%至99%之間一最 適值。所以，在此段被指定的時間等於或大於1%的一熱烤 板AT會被此微處理器34解釋為此晶圓42被正常地定位在 此熱烤板12上。（舉例來說，就攝氏150度的設定點溫度而 言，在此段被指定的時間此熱烤板ΔΤ必須至少為攝氏1.5 度，以顯示出此晶圓42的一正常位置）。所以，此微處理器 34允許此軌徑機系統控制器36開始此熱烤製程，如在第4 圖的步驟5中所顯示的。此熱烤製程完成以後，繼續進行半 導體製造製程，如在步驟6中所顯示的。 如在第3B圖中所顯示的，由於微塵或破損的晶圓片段 48存在於例如此加熱表面16上，此晶圓42可能藉由此晶圓 轉移手臂38被不正常地或不適當地定位在此熱烤板12上。 因此，此晶圓42不完全地位於此晶圓承載定位底座22上， 而且一缺口（gap)50會因此形成於此晶圓承載定位底座22和 此晶圓42的邊緣之間。因而，熱52從此加熱表面16藉由 對流向上發出，而且通過此缺口 50而逃脫此加熱空間18。 18 1260046 所以，比起當此晶圓42被適當地定位在此熱烤板12上而 言，此加熱表面16的溫度以一較慢的速度升高趨向此設定 點溫度，如關於第3A圖所顯示且在此之前所敘述的。 晶圓42最初被置放在此熱烤板12上之後在此段被指定 的時間的期間，此加熱表面16的溫度升高了少於此設定點 溫度的1%。所以，在此段被指定的時間少於1%的一熱烤板 △ T會被此微處理器34解釋為此晶圓42被不正常地或不適 當地定位在此熱烤板12上。（舉例來說，就攝氏150度的設 定點溫度而言，在此段被指定的時間此熱烤板ΔΤ必須少於 攝氏1.5度，以顯示出此晶圓42的不正常或不適當的位置）。 此微處理器34所以傳送一回授信號54到此執徑機系統 控制器36。如在第4圖的步驟5a中所顯示的，此執徑機系 統控制器36接著中斷或中止此熱烤製程，以致於矯正的措 施辦法能被進行以確保後續的晶圓被適當地定位在此熱烤 板12上，如在步驟6a中所顯示的。在橋正的措施辦法完成 之後，程序會回到步驟2,其中每一晶圓42從此晶圓轉移手 臂38被轉移到此熱烤板12上，如在步驟7a中所顯示的。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範 圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當 視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能 19 一熱烤
1260046 更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖是本發明的溫度感測晶圓位置偵測系統的 板件之一部分截面示意圖。 、 第2圖是本發明的晶圓位置偵測系統之一 赞 不思圖〇 A圖是第1圖的熱烤板之-部分截面示意圖，-干 =在本發明的晶圓位置偵測系統係處於運作中熱烤板二一 晶圓的一正常的位置。 第3B圖是第i圖的熱烤板之一部分截面示意圖，怜示 f在本發明的晶圓位置偵測系統係處於運作中熱烤板丄一 晶圓的一不正常的位置。 、第4圖是-流程圖，繪示出依據本發明的晶圓位置债測 方法之循序的製程步驟。 【主要元件符號說明】 10:溫度感測晶圓位置偵測系12:熱烤板 統 26 :溫度感測裝置 34 :微處理器 38 :晶圓轉移手臂 14 :熱烤板體 20 :晶圓承載定位裝置 28 :晶圓承載傳送裝置 32 :晶圓承載傳送腳座 44 :溫度資料信號 42 半導體晶圓 36 控制器 40 機器臂 16 加熱表面 22 晶圓承載定位底座 30 向溫計 18 加熱空間 46 ·· 觸發信號 20 1260046 48 :微塵或破損的晶圓片段 50 :缺口 52 :熱 54 ·•回授信號 21