TWI390364B - 即時動態臨界尺寸控制方法 - Google Patents

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Description

即時動態臨界尺寸控制方法
本發明係關於一種處理晶圓的方法,尤其是關於一種熱處理塗布有光阻的晶圓之即時動態臨界尺寸(CD,critical dimension)控制及最佳化方法。
[交叉參考之相關申請案]
本申請案係關於同在審查中的美國專利申請案號XX/XXX,XXX,事務所案號TTCA-009B,案名"METHOD OF REAL TIME DYNAMIC CD CONTROL,",提申於同日。此等申請案的內容引入於此作為參考。
在製造半導體裝置及液晶顯示器(LCD,Liquid Crystal Display)的光微影處理中,在基板上對光阻進行塗布並且對生成的光阻塗佈膜進行曝光及顯影。在具有不連續加熱區(例如預烘烤單元及後烘烤單元)的塗佈/顯影處理系統中進行一連串的處理階段。每一加熱區包含具有一光阻加熱型內裝加熱器的加熱板。
半導體裝置電路的特徵部尺寸已減少到小於0.1微米。在典型的情形中,互相連接單一裝置電路的圖型配線是由次微米線寬所形成。為提供可再現及準確的特徵部尺寸及線寬,非常需要更準確地控制的曝光參數及光阻膜熱處理溫度。基板或晶圓通常以各包含例如25個晶圓之單位(也就是批量或批次)在相同配方(也就是個別的處理程式)下加以處理。個別處理配方規定進行預烘烤及後烘烤的熱處理條件。屬於同一批量的晶圓係在同樣狀況下加熱。
在光阻處理中,熱處理光阻扮演著重要角色且可具有許多目的,包括:從自光阻移除溶劑到在催化在光阻中的化學放大。在達到所要的結果之外,熱處理可能造成許多問題。舉例而言:光阻的光敏元件可能在移除溶劑的溫度下會進行分解,因為殘留溶劑成分對擴散及放大速率具有很大的影響而對化學放大光阻(CAR,Chemically amplified resist)造成很大的問題。此外,熱處理會影響光阻的溶解性質,因此會對被顯影的光阻分佈造成直接影響。CAR對熱處理過程中之溫度變異尤其敏感,而溫度變異可能造成橫越晶圓表面的臨界尺寸(CD,critical dimension)發生變異。
因此,為了在最佳化熱處理製程中晶圓表面的曝光參數及溫度輪廓,需要收集被處理的塗布有光阻之晶圓物理性質的即時量測資料。因此需要有提供控制及最佳化曝光及熱處理製程所需的高量測資料密度之新方法,同時容許高晶圓產量。
本發明之實施例提供塗布有光阻之晶圓之熱處理程序的即時動態臨界尺寸控制及最佳化方法。該方法提供控制及最佳化熱處理程序所需之高量測資料密度,同時容許高晶圓產量。
依據本發明之一實施例,該方法包括為一加熱板表面的建立一溫度輪廓,其中將加熱板表面分為複數個溫度控制區、並且循序地熱處理該加熱板上塗布有光阻之晶圓。該方法更包括從熱處理後的晶圓上的測試區域取得CD量測資料,其中針對二或多個熱處理後的晶圓選擇不同測試區域群組。由CD量測資料建構CD量測資料輿圖,並且利用該CD量測資料以建立調整後溫度輪廓。接著可熱處理其他晶圓。
依據本發明的另一實施例,該方法包括為複數個加熱板表面建立溫度輪廓,其中將每一加熱板表面分為複數個溫度控制區,並且熱處理複數個加熱板上塗布有光阻之晶圓。從熱處理後的晶圓上的測試區域取得CD量測資料,其中針對在相同加熱板上之二或多個熱處理後的晶圓選擇不同測試區域群組。由CD量測資料建構每一加熱板的CD量測資料輿圖,並且使用該CD量測資料輿圖以建立複數個加熱板表面的調整後溫度輪廓。接著可熱處理其他的晶圓。
本發明之一實施例提供一種在加熱板上熱處理塗布有光阻之晶圓的即時動態CD控制及最佳化方法。此方法提供CD控制及最佳化所需的高量測資料密度,同時可得到高晶圓產量。該方法包括建立加熱板表面的溫度輪廓,其中將加熱板表面分為複數個溫度控制區,並且接著在加熱板上熱處理塗布有光阻之晶圓。從熱處理後的晶圓上的測試區域取得CD量測資料以建構CD量測資料輿圖,其中為二或多個熱處理後的晶圓選擇不同的測試區域群組。使用CD量測資料輿圖以建立調整後溫度輪廓,以熱處理其他塗布有光阻之晶圓。
本發明的另一實施例提供一種關於微影圖形化塗布有光阻之晶圓之即時動態最佳化及控制方法。此方法提供CD控制及最佳化所需的高量測資料密度,同時可得到高晶圓產量。該方法包括:藉由使用預定曝光量及焦距設定以微影圖形化塗布有光阻之晶圓。藉由從圖形化晶圓上的測試區域取得的CD量測資料以建構CD量測資料輿圖,其中依二或多個圖形化晶圓選擇不同測試區域群組。由CD量測資料建構CD量測資料輿圖。藉由使用CD量測資料輿圖以建立調整後的曝光及焦距設定以圖形化其他塗布有光阻之晶圓。
名詞「晶圓」及「基板」可互換使用,以指在藉由例如各種材料之擴散、沈積及蝕刻而建構微電路時的材料薄片(例如矽晶或玻璃材料)。
參照圖1-3,塗佈/顯影處理系統1具有載入/卸載區10、處理區11及介面區12。載入/卸載區10具有晶圓匣盒平台20,各存放複數個(例如為25個)半導體晶圓(W)14的晶圓匣盒(CR)13係在該晶圓匣盒平台20上從處理系統1進行載入及卸載。處理區11具有各式的單一晶圓處理單元以依序逐一處理晶圓14。這些處理單元被配置於多階段的預定位置中,舉例而言,在第一(G1)、第二(G2)、第三(G3)、第四(G4)及第五(G5)的多階段處理單元群組31、32、33、34、35之內。介面區12介於處理區11及一或數個曝光系統(未顯示)之間,並且設計用來在處理區之間移轉塗布有光阻之晶圓。一或數個曝光系統可包括光阻圖案系統,例如可從光罩移轉電路或元件的影像到晶圓表面上的光阻之光微影工具。
塗佈/顯影處理系統1亦包括CD量測系統,用以自圖形化晶圓上的測試區域取得CD量測資料。舉例而言,CD量測系統可位於處理系統1內,例如位於多階段處理單元群組31、32、33、34,35其中之一上。CD量測系統可為光散射系統,例如光學數位剖面(ODP, optical digital profilometry)系統。ODP系統可包括Therma-Wave,Inc.(1250 Reliance Way,Fremont,CA94539)或Nanometrics,Inc.(1550 Buckeye Drive,Milpitas,CA95035)市售的散射計,其包含束流剖面橢偏(橢偏儀,ellipsometer)及束流剖面反射計(反射儀)。ODP軟體係購自Timbre Technologies Inc.(2953 Bunker HillL ane,Santa Clara,CA95054)。
當進行光學量測(例如散射量測)之時,以電磁(EM,electromagnetic)輻射照射基板的構造(例如半導體晶圓或平板)並且利用自該構造接收的饒射信號以重建構造的剖面。構造可包括週期性構造或非週期性構造。另外,構造可包括基板上的操作構造(也就是,通孔或接觸孔、或互連線或溝渠、或形成於與其相關聯之光罩層中的特徵部),或構造可包括靠近形成於基板上之操作構造而形成的週期性光柵或非週期性光柵。舉例而言,週期性光柵可鄰近形成於基板上的電晶體。或者,週期性光柵可於不干擾電晶體運作的電晶體區域中形成。取得週期性的光柵的輪廓,以決定週期性光柵以及及週期性光柵相鄰之操作構造是否已依據規格擴大製造。
複數個突出部20a形成於晶圓匣盒平台20之上。複數個晶圓匣盒13各藉由這些突出部20相對於處理區而排定方向。每一個設置於晶圓匣盒平台20的晶圓匣盒13具有面對處理區11的載入/卸載開口9。
載入/卸載區10包括第一副臂機構21,用以載入/卸載晶圓W進入/自每一晶圓匣盒13。第一副臂機構21具有:支座部分,用以握住晶圓14;往返移動結構(未顯示),用以往返移動支座部分;X軸移動結構(未顯示),用以在X軸方向上移動支座部分;Z軸移動結構(未顯示),用以在Z軸方向上移動支座部分;及θ(theta)旋轉結構(未顯示),用以繞著Z軸旋轉支座部分。第一副臂機構21可接取屬於第三(G3)處理單元群組33的對準單元(ALIM)41及延伸單元(EXT)42,將如下述詳述。
特別參照圖3,主臂機構22係以可舉起之方式設置在處理區11的中央。處理單元G1-G5被設置在主臂機構22附近。主臂機構22被設置在圓柱形支撐體49內,並具有可舉起的晶圓輸送系統46。圓柱型支撐體49連接到馬達的驅動軸(未顯示)。驅動軸與晶圓輸送系統46可同步以θ角度繞Z軸旋轉。晶圓輸送系統46具有可在移轉底座平台47的前後方向移動之複數個支座部分48。
屬於第一(G1)及第二(G2)處理單元群組31、32的單元被配置在塗佈/顯影處理系統1的前面部分2。屬於第三(G3)處理單元群組33的單元被配置靠近載入/卸載區10。屬於第四(G4)處理單元群組34的單元被配置靠近介面區12。屬於第五(G5)處理單元群組35的單元被配置在處理系統1的後面部分3。
參照圖2,第一(G1)處理單元群組31具有二個旋轉器型處理單元,用以對設置於杯狀物(CP)38內之旋轉夾頭(未顯示)上的晶圓施加預定處理。在第一(G1)處理單元群組31之中,舉例而言,將光阻塗佈單元(COT)36及顯影單元(DEV)37自底部依序堆疊成兩層。在第二(G2)處理單元群組32中,兩個旋轉器型處理單元(例如光阻塗佈單元(COT)36及顯影單元(DEV)37)自底部依序堆疊成兩層。在實施例中,光阻塗佈單元(COT)36被設定在比顯影單元(DEV)37更低的階段,因為光阻廢液較顯影廢液更難以排放,因此期望光阻廢液的排放線(未顯示)短於顯影廢液者。然而,若有需要,可將光阻塗佈單元(COT)36配置於相對顯影單元(DEV)37的上層。
參照圖3,第三(G3)處理單元群組33具有:冷卻單元(COL)39、對準單元(ALIM)41、黏著黏著單元(AD)40、延伸單元(EXT)42、兩個預烘烤單元(PREBAKE)43及兩個後烘烤單元(POBAKE)44,上述為自底部依序堆疊。
同樣地,第四(G4)處理單元群組34具有:冷卻單元(COL)39、延伸冷卻單元(EXTCOL)45、延伸單元(EXT)42、另一冷卻單元(COL)39,兩個預烘烤單元43及兩個後烘烤單元44,上述為自底部依序堆疊。
在一例示實施例中,係將在低處理溫度下運作之冷卻單元(COL)39及延伸冷卻單元(EXTCOL)45因此被配置於較低區,而將欲在高溫下運作之預烘烤單元(預烘烤)43、後烘烤單元(POBAKE)44及黏著單元(AD)40配置於較上區。藉由這樣的配置,可以減少單元之間的熱干擾。或者,這些單元可以有不同的配置方式。
在介面區12的前側,將可移動的拾取晶圓匣盒(PCR)15及不可移動的緩衝晶圓匣盒(BR)16設置在兩層中。在介面區12的後側,放置周邊曝光系統23。周邊曝光系統23可包含微影工具。或者,微影工具及ODP系統可在塗佈/顯影處理系統1的遠端或與以相配合之方式與其耦接。在介面區12的中間部分具有第二副臂結構24,其可於X及Z軸方向上獨立移動且可接取晶圓匣盒(PCR)15、緩衝晶圓匣盒(BR)16兩者及周邊曝光系統23。此外,第二副臂結構24為可繞Z軸以θ度角旋轉,並且設計可取位於第四(G4)處理單元34延伸單元(EXT)42及靠近遠端曝光系統(未顯示)的晶圓移轉平台(未顯示)。
在處理系統1中,可將第五(G5)處理單元群組35配置於主臂機構22之後側的後部3。第五(G5)處理單元群組35可以沿著導軌25而於Y軸方向上以滑動方式移動。因為第五(G5)處理單元群組35可如前述般移動,故可以輕鬆地從後側施加主臂機構22的維修操作。
預烘烤單元(PREBAKE)43、後烘烤單元(POBAKE)44及黏著單元(AD)40皆包括熱處理系統,可於其中加熱晶圓14到高於室溫的溫度。參照圖4及5,每一熱處理系統51包括處理室50,加熱板58及加熱板58內的光阻加熱器(未顯示)。
加熱板58具有複數個通孔60及複數個插入通孔60中的升降銷62。升降銷62連接至臂80,並由其加以支撐,臂80再連接至可抬起的直立缸筒84之桿84a並由其加以支撐。當桿84a被驅使突出直立缸筒84時,升降銷62自加熱板58突出,因此舉起晶圓14。
繼續參照圖4及5,處理室50係藉由側壁52、水平擋板55及罩蓋68加以定義。開口50A、50B分別形成於處理室50的前表面側(主臂機構22的走道側)及後面表面側。晶圓14經由開口50A、50B而載入處理室50及由處理室50卸載。圓形開口56形成於水平擋板55的中央。將加熱板58配置於開口56中。水平擋板55藉由支撐板76幫助以支撐加熱板58。
環形遮門66貼附至加熱板58的外側周邊。氣孔64沿著遮門66的週邊以中央角度2度的間隔形成。氣孔64與冷卻氣體供應源(未顯示)相通。
遮門66係由缸筒82透過遮門臂78以可舉起之方式支撐。遮門66在非運作時間時位於較加熱板58低的位置,然而在運作時間時,遮門66被舉起到高於加熱板58且介於加熱板58及罩蓋68之間的位置。當遮門66被舉起時,自氣孔64排出冷卻氣體(例如為氮氣或空氣)。
參照圖4,罩蓋68中間的排氣埠68a與排氣管70相通。在熱處理偵側溫度時間時,從晶圓14表面產生的氣體經由排氣埠68a排出,且從處理室50經由排氣管70排出到抽空單元(未顯示)。
參照圖4及5,隔間74係由水平擋板55、兩個側壁53及在水平擋板55之下的底板72加以定義。加熱板支撐板76、遮門臂78、升降銷臂80及可舉起的缸筒82、84被配置於隔間74之內。
參照圖5,複數個突出部86形成於加熱板58的上表面以精確定位晶圓14。此外,複數個較小的突出部(未顯示)形成於加熱板58的上表面。當晶圓14接合於加熱板58之上,這些較小突出部的頂部與晶圓14接觸而產生晶圓14及加熱板58之間的小間隔,其可避免晶圓14的下表面遭扭曲及破壞。
參照圖6,依據本發明實施例的熱處理系統600包括控制器610、通氣系統615及加熱板620。加熱板620包括加熱器625、感應器630及晶圓支持銷635。可藉由使用晶圓支持銷635以放置晶圓690於加熱板620上。
加熱板620可為圓形並且可包括數個區段(未顯示)。此外,加熱器625可包括數個加熱元件(未顯示)。舉例而言,加熱元件可被放置於加熱板620的每一區段內。在另一個實施例中,加熱板620可包含冷卻元件或/及聯合加熱/冷卻元件而非加熱元件。
加熱板620可包括感應器630,可為物理感應器或/及虛擬感應器。舉例而言,感應器630可為位於每一加熱板區段中的溫度感應器。此外,感應器630可包括至少一壓力感應器。控制器610可與加熱器625及感應器630結合。可以使用許多種類的物理溫度感應器630。舉例而言,感應器630可包括熱電偶、溫度顯示光阻器、輻射型溫度感應器及其相似物。其他的物理感應器630包括接觸型感應器及非接觸型感應器。
熱處理系統600可與處理系統控制器680結合,處理系統控制器680可提供進入晶圓的資料到熱處理系統600。資料可包括晶圓資訊、層資訊、處理資訊及量測資訊。晶圓資訊可包括組成資料、大小資料、厚度資料及溫度資料。層資訊可包括層數、各層的組成及厚度。處理資訊可包括關於前一步驟及現行步驟的資料。量測資訊可包括光學數位剖面資料,例如臨界尺寸(CD,critical dimension)資料、剖面資料及一致性資料及光學資料,例如折射率(n)資料及消光係數(k)資料。舉例而言,CD資料及剖面資料可包括在一或數個層之裝置及開收區域的資訊以及也可包括一致性資料。
控制器610可控制數個加熱板的每一區段(溫度控制區)溫度以建立加熱板表面的溫度輪廓。控制器610可自CD最佳化系統1300(圖13中所描述)收取指示,依據自熱處理後的晶圓所接收的量測資料以調整數個加熱板區段溫度。CD最佳化系統1300可包含於處理系統中控制器680中,或CD最佳化系統1300可包含於控制器610中。調整數個加熱板區段的溫度可建立加熱板表面的調整後溫度輪廓以熱處理其他的塗布有光阻之製造晶圓。
控制器610可包括微處理器、記憶體(例如,可變的或/及不可變的記憶體)及數位I/O埠。使用儲存於記憶體的程序以控制前述依據處理配方的熱處理系統元件。控制器610可設計用來分析處理資料、比較處理資料及處理資料及利用比較結果改變處理或/及控制處理系統元件。
延著加熱板620具有通氣系統615。可藉由通氣系統615以提供空氣或氮氣到加熱板620的一或數個表面。舉例而言,可使用遮門66及氣孔64(圖5)。通氣系統615可與氣體供應源(未顯示)在上游相通。控制器610可控制自通氣系統615流動氣體之流動速率。在另一個實施例中,熱處理系統600可包括允許晶圓之光學監測之監測裝置(未顯示)。
圖7A及7B顯示依據本發明實施例之加熱板的範例示意圖。圖7A中,圓形加熱板620具有圓形區段710及複數個環形區段720、730、740、750及760。加熱板620可包括任意數目的區段,可具有任何適當的幾何形狀配置或/及大小。舉例而言,環形區段可具有相對於加熱板中央線之不同的半徑方向尺寸。如在所說明之實施例中,每一區段710、720、730、740、750及760包括相對應的其中之一個複數個加熱元件715、725、735、745、755及765,其每一者可獨立地加以控制。
參照圖7B,圓形加熱板620a具有圓形中央區段769及複數個分部770、775、780、785。於圖7B中顯示相同的半徑方向尺寸區段A、B、C、D,但對本發明而言並非必要。加熱板620可包括任意數目的分部及區段,可具有任何適當的幾何形狀配置或/及大小。在例示之實施例中,在分部770、775、780、785及中央區段769的個別區段A、B、C及D。每一者至少包括一個可各自獨立加以控制的複數個加熱元件771。
圖8為顯示依據本發明一實施例之另一加熱板620b之示意圖,其具有複數個(例如,25個)方形區段810。加熱板620b可包括不同數目的區段810且區段810可具有不同形狀,例如可使用長方形。在所例示之實施例中,加熱板620b的每一區段810包括加熱元件820,且每一加熱元件820可獨立地加以控制。
或者,所有的加熱板620及620a-b均可以具有至少一空洞及至少一凹處的夾套形式加以建構。晶圓690(圖6)可藉由循環熱媒質至凹處來加熱,例如藉由加入加熱器或熱管(未顯示)進入一或數個含有液體(熱媒質)的凹處。或者,可藉由使至少一空洞填滿蒸氣而將加熱板加熱至預定熱處理溫度,其中該蒸氣係藉由在一或數個凹處施加熱能到熱媒質而由熱媒質所產生。
圖9為依據本發明實施例之塗布有光阻之製造晶圓的圖形化方法之簡化處理流程圖。圖形化處理產生以光阻覆蓋部分晶圓的圖形。舉例而言,在微影技術製程中,藉由微影工具以成形像複雜電路圖形至光敏光阻材料上,以當進一步晶圓處理期間提供形成半導體裝置的物理屏障。在進一步處理過程中,可藉由蝕刻製程(例如電漿蝕刻處理)以移轉微影圖形到其下的晶圓或晶圓層,其中蝕刻處理包括選擇性的移除未被光阻覆蓋的晶圓材料。
方法900代表可應用本發明之實施例的典型處理。亦參照圖1至3及13,於910啟動,將晶圓設置於圖1至3所示的塗佈/顯影處理系統1中。
在920中,將光阻施加到晶圓。舉例而言,當吾人將晶圓設置於具有杯狀物(未顯示)之旋轉夾頭(未顯示)時,可藉由將含有光阻材料的液體分配至晶圓上而施加光阻到晶圓。舉例而言,光阻可為化學放大光阻(CAR,Chemically amplified resist)。CAR之特徵為酸成份、抑止成份及抑制淬滅劑。在一例子中,在施加光阻材料之前,在晶圓表面上可具有黏著層或表面活性劑層。
因為深紫外線(DUV,deep ultraviolet)輻射的低光譜能量,CAR被顯影以增強曝光處理。CAR包含一或數個不溶於顯影液的成份,這些成分可包括化學保護劑。CAR也可包含光酸產生器(PAG,photoacid generator)。在一輻射曝光步驟中,PAG產生用於圖形化製程的酸分子。所期望的情況中,酸性分子維持非活性,直到施行後曝光烘烤(PEB)為止。PEB提前驅動其中熱能造成酸與化學保護劑發生反應之去保護(de-protection)反應。
在930中,可在塗佈/顯影處理系統1中進行塗佈後烘烤(PAB,post application bake)以使所施加之光阻固化。在另一實施例中,不需要固化步驟。此外,可在PAB後進行冷卻步驟。在PAB加熱單元中,可加熱光阻到至少高於室溫的溫度;及在冷卻單元中,可冷卻光阻到室溫以下的溫度。
在940中,藉由使用光照射或是帶電粒子(例如電子)以在微影工具23中圖形化光阻。舉例而言,可藉由使用高能電子束或雷射光束陣列及定義圖形之大小及形狀的光罩,以在光阻上創造所期望的圖形。舉例而言,可以使用深紫外線(DUV, deep ultraviolet)。DUV微影技術為可用於生產具有0.25微米(微米=10-6 m)或更小特徵部的半導體裝置的重要達成技術。
在其他例子中,極短紫外光(EUV,extreme ultraviolet)來源可用於小於0.05微米之臨界尺寸。EUV微影利用波長範圍為約5nm到50nm的光,其中13nm為最普遍。
在940中,將光阻圖案曝光在光照射或帶電粒子一段預定時間以達到所期望的曝光量。曝光量指的是光阻在藉由微影工具23A曝光時所經歷的每單位面積的能量大小。以光學微影而言,曝光量等於光的強度乘上曝光時間。在光阻圖案化中,解析度為可在充分品質下加以印出之最小特徵部(例如就一既定程序及處理系統而言)。通常會使用焦距及曝光量作為處理變數,使得可以定義解析度為可以特定焦距深度印出之既定類型的最小特徵部。特徵部的焦距深度通常定義為在一特定曝光範圍中將既定特徵部的光阻輪廓維持於之全部規格內(例如,線寬、側壁角、光阻損失)的焦距範圍。
微影工具23A可包含用以控制跨越待圖形化的晶圓的曝光量及焦距的控制器(未顯示)。控制器可自CD最佳化系統1300接受指示,以基於自圖形化的晶圓所接收的CD量測資料而調整曝光量及焦距。調整微影工具23A的曝光量及焦距建立調整後的晶圓表面曝光量及焦距設定,以圖形化其他的塗布有光阻之製造晶圓。
在950中,可在塗佈/顯影處理系統1中進行PEB處理以驅動「去保護」反應發生。「去保護」反應為酸驅動並且發生於曝光在輻射或帶電粒子的區域。此外,可在PEB後進行冷卻步驟。在PEB處理中,可加熱光阻到至少高於室溫的溫度,以及在冷卻單元中可以冷卻溫度到室溫或低於室溫的溫度。
PEB處理在處理900中扮演重要角色。熱處理光阻可包含許多目的,包括從光阻材料移除溶劑到催化化學放大。此外,為達到所要的結果,熱處理可能會造成許多的問題。舉例而言,光或帶電粒子敏感的光阻元件會在典型用來移除溶劑的溫度進行分解,溶劑會造成化學放大光阻很大的問題,因為殘留溶劑成分對擴散及放大速率有很大的影響。此外,熱處理會影響光阻的溶解性質,因此在被顯影光阻剖面上具有直接的影響。
在960中,光阻係藉由選擇性地溶解光阻的曝光區域而顯影於塗佈/顯影處理系統1中。舉例而言,可使用顯影溶液-例如為2.3%重量百分濃度溶液的四甲基氫氧化銨溶液(TMAH,tetramethyl ammonium hydroxide)。此外,亦可進行沖洗步驟。舉例而言,可以藉由將晶圓設置於杯狀物(未顯示)內的旋轉夾頭(未顯示)上,以施加顯影溶液或/及沖洗溶液。
在970中,可在塗佈/顯影處理系統1中進行顯影後烘烤(PDB)以硬化光阻圖案,準備將後續圖形移轉到其下的晶圓或晶圓層。舉例而言,後顯影烘烤可增加在電漿蝕刻其下晶圓過程中圖形化光阻的蝕刻抗性。
在圖形化光阻形成之後,可藉由光散射系統23B在晶圓上之複數個測試區域檢視圖形化光阻的CD,以決定其是否已正確地製造。CD通常指的是形成於光阻中的特徵部大小(寬度)。晶圓處理的關鍵需求為在晶圓內及晶圓到晶圓間兩者的嚴格CD控制、嚴格分佈控制及嚴格一致性控制。舉例而言,造成CD測量、輪廓測量及一致性測量的變異的原因通常是:跨越晶圓的溫度輪廓變異、晶圓到晶圓間的熱應答變異及加熱板間的溫度輪廓變異。
所取得的CD量測資料包含在跨越晶圓之檢視後測試區域之圖形化光阻的CD及CD一致性的重要資訊。可利用由檢視程序所得的CD量測資料,以減少由於在曝光步驟期間之曝光及焦距設定變異及熱處理步驟(例如PEB步驟)期間之溫度相關變異所造成之CD變異。
可以將來自光散射系統23B的量測資料傳遞到CD最佳化系統1300。CD最佳化系統1300可為待曝光於微影工具23A中之晶圓提供調整後曝光量及焦距設定,以及為待於塗佈/顯影處理系統1中進行熱處理之晶圓提供調整後溫度輪廓,以減少在隨後之熱處理後的晶圓中的CD變異。CD最佳化器可利用即時修正用的曝光模型,以調整跨越晶圓的微影工具23的曝光量及焦距設定,而改善CD一致性及即時修正用的熱模型,以調整加熱板表面溫度輪廓,以增加因為跨越晶圓的溫度輪廓變異所引起的CD一致性。可使用具有數個溫度控制區(加熱板區段)的加熱板施行熱處理,且加熱板系統具有迴饋及前饋控制器,以調整加熱板溫度場及跨越晶圓的溫度輪廓。
當檢視在圖形化/熱處理後的晶圓上的複數個測試區域之CD時所遭遇的共同問題,係肇因於需求或/及希望檢視晶圓上的大量測試區域以獲得跨越晶圓的高CD量測資料密度而用於進行良好的CD最佳化。然而,為獲得在每一圖形化晶圓上的高CD量測資料密度所需之相對長檢視時間會直接地限制塗佈/顯影處理系統1的晶圓產量。在一個例子中,每小時120片晶圓(wph,wafer per hour)之期望晶圓產量僅允許在每一圖形化/熱處理後的晶圓上獲取5個不同測試區域之CD量測資料。然而,吾人可能需要或/及期望在更多的測試區域取得CD量測資料以進行良好的CD最佳化。因此,如果在每一片晶圓上獲得超過5個不同測試區域之CD量測資料,便無法達到120wph的晶圓產量。
本發明實施例提供一種取得高CD量測資料密度同時可得到高晶圓產量的方法。本發明實施例提供即時動態CD控制,用以提供進行CD控制及最佳化的高CD量測資料密度,以減少特徵部輪廓差異及減少晶圓上跨越圖形化光阻的一致性差異。CD及輪廓的測量可以運用於溝渠、通孔及其他特徵部。
依據本發明之一實施例,係由在每一處理後的晶圓上的複數個測試區域取得CD量測資料,其中針對二或多個進行處理的晶圓選擇不同測試區域群組。就晶圓上的一或多個測試區域而言,不同測試區域群組相對於其他處理後的晶圓具有不同位置。將自每一處理後的晶圓所取得的CD量測資料重疊,以建構具有跨越晶圓之高CD量測資料密度之CD量測資料輿圖,用以獲得良好CD最佳化。如此可取得所期望的晶圓表面CD量測資料密度,同時可達到塗佈/顯影處理系統1的期望晶圓產量。
依據本發明之一實施例,可從在"N"數量的處理後的晶圓的每一個上"m"數量的測試區域取得CD量測資料,其中m跟N為整數。處理後的晶圓上的每一測試區域位置可由相對晶圓標記(例如在晶圓邊緣的對準凹痕)所決定。可由從mxN測試區域的CD量測資料建構CD量測資料輿圖。如果具有"y"個全數重複測試數目(也就是,在不同處理後的晶圓上的相同測試位置(例如晶圓中央)所取得的CD量測資料),那麼在CD量測資料輿圖上不同測試區域(mmap )的數目可以這樣表示:mmap =mN-y (1)。
對於具有複數個加熱板的熱處理系統而言,方程式(1)可寫為:mi(map) =mNi -yi ,i=1,2,3,...(2)其中i為加熱板索引號,Ni 為加熱板i所處理晶圓的數目以及yi 為加熱板i所處理的晶圓所進行的重複測試全部數目。
為達到CD量測資料輿圖上測試區域的mmap 不同的數目,可以用方程式(1)及(2)組合數種m、N及y來決定。再者,塗佈塗佈/顯影處理系統1的產量可以由不同m、N及y組合以決定,並可以與期望的產量比較。若m、N及y的預定組合沒有產生期望的晶圓產量,則可以改變一或多個m、N及y以達到期望的晶圓產量。
圖10A至10D圖示顯示取得CD量測資料的不同測試區域群組,以及圖10E圖示依據本發明之實施例依圖10A至10D不同測試區域群組所建構的CD量測資料輿圖。在一實施例的例子中,建構10x10方格的測試區域而使用100測試區域的級數展開以4個處理後的晶圓的每一個為選擇5個測試區域,如空心圓所示。重複測試的全部數目"y"在圖10E以空心方塊指示,並且在本例中,y=3。使用方程式(1)其中m=5,N=4及y=3,圖10E中CD量測輿圖具有mmap =17。
在另一個例子中,期望具有33個或更多不同測試區域的CD量測資料輿圖以進行良好的CD最佳化。可以藉由選擇m、N及y分別為5、8及7以達到具有mmap =33的CD量測資料輿圖。在本例中,在8個處理後的晶圓上檢視5個測試區域,作全部7次重複測試。
在還有另一個例子中,可以藉由選擇m、N及y為別為5、7及0以達到具有mmap =35的CD量測資料輿圖。在本例中,在7個進行處理的晶圓上檢視5個測試區域,作0次重複測試。
依據本發明之實施例,可以使用任意組合的m、N及y以達到期望的晶圓產量。一般而言,較高的期望晶圓產量中,在每一處理後晶圓檢視較少的測試區域。以實務而言,在每一晶圓上作大量測試數目所花的時間可能會太長以致於無法達到塗佈/顯影處理系統的期望產量。
依據本發明之一實施例,CD量測資料輿圖可被建構為從全部檢視的處理後晶圓所得之CD量測資料的累計重疊。舉例而言,在每個測試區域的累計重疊可由所取得的CD量測資料的平均或以加權平均而產生。舉例而言,加權平均可偏重最近處理的晶圓超過較早處理的晶圓。
依據本發明的另一實施例,CD量測資料輿圖可被建構為所取得的CD量測資料的時間變異平均或時間變異加權平均。舉例而言,CD量測資料輿圖可建構為預定數目的最近處理晶圓的時間變異平均或時間變異加權平均,其中預定數目可選擇為:為進行良好CD最佳化而建構CD量測資料輿圖所需的跨越晶圓的CD量測資料密度。舉例而言,時間變異加權平均可偏重最近處理的晶圓超過較早處理的晶圓。
圖11為簡化流程圖說明依據本發明實施例的一種動態CD控制及最佳化的方法。處理流程1100包括,在1110中,為加熱板表面建立溫度輪廓。可以將加熱板表面分為複數個溫度控制區,並且為全部溫度控制區建立實質上相同溫度。或者,可以為一或多個溫度控制區建立不同溫度。依據本發明之一實施例,建立溫度輪廓可包括為數個溫度控制區的每一個建立已知溫度。舉例而言,可基於此類型的晶圓及光阻的過去資料建立溫度輪廓。
在一實施例中,可在每一溫度控制區之內放置一或多個加熱器元件。或者,具有冷卻元件。此外,可在每一溫度控制區內放置一或多個溫度感應器。或者,可以用光學技術測量溫度。
在1120,在加熱板上依序熱處理塗布有光阻之晶圓。舉例而言,熱處理可包括PEB處理或PDB處理。PEB處理為熱活化處理並且在光阻處理方面提供數個目的。首先,提高烘烤的溫度驅使光產物擴散。小量的擴散可幫助將駐波的效果最小化,駐波為由入射及反射輻射的干擾所造成的貫穿膜厚度的曝光量週期性變異。PEB的另一個主要目的為驅動改變許多化學放大光阻中的聚合物溶解度的酸催化反應。
化學放大的重要性在於使單一光產物造成許多溶解度轉換反應,因此增加這些光阻系統的敏感度。部分數量的酸輸送為必要而使得單酸移到許多反應聚合物之處。然而,從名義上已曝光到未曝光區域的酸輸送會使光阻特徵部大小的控制變複雜。就機械角度而言,通過這些反應系統的酸輸送是複雜的。測量已經顯示在啟動材料(對酸為有反應的)及產品材料(不再有反應的)之間具有很大的酸移動性差別。
可以將CAR反應結合到熱模型中以決定在PEB處理過程中晶圓中不同位置的熱劑量。劑量計算可包括:包括爆衝、穩定化、處理及熱軌道的冷卻部分,而這些會比簡單的"以溫度(at-temperature)"量測來得精確。
在1130中,從熱處理後的晶圓上的測試區域取得CD量測資料。依據本發明實施例,依二或多個熱處理後的晶圓所選擇不同測試區域群組。每個晶圓的全部測試區域數目可為相同。或者,每一晶圓的全部測試區域數目可為不同。依據本發明之實施例,測試區域可在方格上形成隨機圖形,如圖10所示之例。依據本發明的另一實施例,測試區域可形成以從晶圓到晶圓之間一個預定角度旋轉的圖形。舉例而言,在每一晶圓上檢視依據晶圓上預定圖形分布的5個測試區域,其中5個測試區域圖形以從晶圓到晶圓之間預定之角度旋轉。一般而言,CD量測資料輿圖可具有可提供跨越晶圓的期望資料密度的任何適當幾何排列。
依據本發明之一實施例,CD量測資料之取得可藉由選擇熱處理後的晶圓的期望產量及基於選定的熱處理後的晶圓的產量選擇熱處理後的晶圓上的測試區域的數目。
在1140中,由CD量測資料建構CD量測資料輿圖。CD量測資料輿圖的建構可藉由將不同測試區域的CD量測資料加以重疊。依據本發明之一實施例,CD量測資料輿圖可建構為由預定數目的熱處理後晶圓的CD量測資料的累計平均或加權平均。依據本發明的另一實施例,CD量測資料輿圖可建構為由預定數目的持續熱處理的晶圓的CD量測資料的累計平均或加權平均。
在1150中,使用CD量測資料輿圖以為加熱板表面建立調整後溫度輪廓。依據本發明之一實施例,建立調整後溫度輪廓之步驟可包括為複數個溫度控制區中之每一者建立第二已知溫度。可將CD量測資料輿圖傳送到CD最佳化系統,並且可基於CD最佳化的輸出以調整溫度輪廓。CD最佳化系統可利用即時矯正的熱模型以調整加熱板表面溫度輪廓以增加由跨越晶圓的溫度輪廓變異所影響的CD一致性。CD最佳化系統係設計藉由使用控制跨越加熱板表面的加熱板溫度場及溫度輪廓的能量控制器及溫度感應器以調整溫度輪廓。
在1160中,當已為加熱板表面建立調整後的溫度輪廓之時,可在加熱板上熱處理其他的塗布有光阻之晶圓。依據本發明之一實施例,可在加熱板上待進行熱處理的每一晶圓之間調整跨越加熱板的溫度輪廓。或者,可在加熱板上在預定數目的待進行熱處理的晶圓之間調整跨越加熱板的溫度輪廓。
除了使用單一加熱板熱處理塗布有光阻之晶圓之外,本發明之實施例可運用到使用複數個加熱板熱處理的塗布有光阻之晶圓。當使用複數個加熱板之時,可觀察不同加熱板的溫度波動位準不同。依據本發明之一實施例,提供一種對顯現高波動的加熱板溫度輪廓的高密度CD控制及最佳化方法,以及對顯現低波動的加熱板溫度輪廓的低密度CD控制及最佳化方法。同樣地,對於在顯現較高加熱板溫度輪廓波動的加熱板上進行熱處理的晶圓較使用顯現較低加熱板溫度輪廓波動的加熱板進行熱處理的晶圓,在較多測試區域進行檢視。
因此,對於使用複數個加熱板的塗佈/顯影處理系統,該方法包括為複數個加熱板表面建立溫度輪廓,其中將每一加熱板分為複數個溫度控制區。在數個加熱板上熱處理塗布有光阻之晶圓。從熱處理後的晶圓上的測試區域取得CD量測資料,其中依同一加熱板上進行熱處理的二或多個晶圓選擇不同測試區域群組。由CD量測資料建構每一加熱板的CD量測資料輿圖,以及藉由使用CD量測資料輿圖為數個加熱板表面建立調整後的溫度輪廓。
因此,對於複數個加熱板而言,可以改變熱處理後的晶圓上所檢視的測試區域數目,取決於用以熱處理晶圓之加熱板。依據一實施例,可藉由改變熱處理後的晶圓上檢視的測試區域數目以達到期望晶圓產量。依據另一實施例,可以減少晶圓產量以取得提供顯現較高波動的加熱板溫度輪廓的加熱板的較佳CD控制及最佳化所需的較高CD量測資料密度。換另一種說法,較高的CD量測資料密度可以較佳的CD控制及最佳化交換。
圖12為簡化的處理流程圖以說明依據本發明之一實施例的一種動態CD控制及最佳化方法。處理流程1200包括:在1210中,使用預定曝光量及焦距設定以微影圖形化的塗布有光阻之晶圓。可基於晶圓及光阻類型所得的先前資料以設定預定的曝光及焦距。
在1220中,從在圖形化的晶圓上的測試區域取得CD量測資料。依據本發明之實施例,針對二或多個圖形化晶圓選擇不同測試區域群組。每一晶圓的測試區域總數可為相同。或者,每一晶圓的測試區域總數可為不同。依據本發明之一實施例,測試區域可在格線上形成隨機圖形,如圖10所示之例。依據本發明之另一實施例,測試區域可形成從晶圓到晶圓以一預定角度旋轉的圖形。舉例而言,每一晶圓可在依據晶圓上之預定圖形分布的5個測試區域加以檢視,其中5個測試區域圖形從晶圓到晶圓以該預定角度旋轉。一般而言,CD量測資料輿圖可具有提供跨越晶圓的期望資料密度的任何適當幾何排列。
依據本發明之一實施例,CD量測資料可藉由選擇處理後晶圓的期望產量、及基於所選擇之處理後晶圓的產量而選擇在處理後晶圓上的測試區域數目而取得。
在1240中,由CD量測資料建構CD量測資料輿圖。可藉由將不同測試區域的CD量測資料重疊以建構CD量測資料輿圖。依據本發明之一實施例,CD量測資料輿圖可建構為由預定數目的處理後晶圓的CD量測資料的累計平均或加權平均。依據本發明的另一實施例,CD量測資料輿圖可建構為由預定數目的持續處理的晶圓的CD量測資料的累計平均或加權平均。
在1240中,使用CD量測資料輿圖以建立調整後的曝光量及焦距設定。可傳送CD量測資料輿圖到CD最佳化系統,並且基於CD最佳化的輸出以調整跨越晶圓的曝光量及焦距設定。CD最佳化系統可利用曝光模型以改善由跨越晶圓的曝光量及焦距變異所影響的CD一致性。
當吾人已針對微影工具建立調整後的曝光量及焦距設定時,可以在1250中曝光其他的塗布有光阻之晶圓。依據本發明之一實施例,可在待曝光的每一晶圓之間作曝光量及焦距的調整。或者,可在待曝光之預定數目的晶圓之間作曝光量及焦距的調整。
雖然本發明以藉由各種實施例加以說明且這些實例已經相當詳細地加以敘述,但申請者並無意以這些細節來限制隨附申請範圍。熟悉本項技術者將可輕易地了解本發明的其他的優點及修改例,因此本發明的其他較廣泛的樣態不限於所顯示及所述的特定細節、代表系統及方法及說明例子。同樣地,在不悖離申請者的一般發明觀念的範圍下,可對這些細節進行修改。
1...塗佈/顯影處理系統
2...前部
3...後部
10...載入/卸載區
11...處理區
12...介面區
13...晶圓匣盒(CR)
14...半導體晶圓(W)
15...拾起晶圓匣盒(PCR)
16...緩衝晶圓匣盒(BR)
20a...突出部
20...晶圓匣盒平台
21...第一副臂機構
22...主臂機構
23A...蝕刻工具
23B...光散射系統
23...周邊曝光系統
24...第二副臂結構
25...引導軌
31、32、33、34、35...處理單元群組
36...光阻塗佈單元(COT)
37...顯影單元(DEV)
38...杯狀物(CP)
39...冷卻單元(COL)
40...黏著單元(AD)
41...對準單元(ALIM)
42...延伸單元(EXT)
43...預烘烤單元(PREBAKE)
44...後烘烤單元(POBAKE)
45...延伸冷卻單元(EXTCOL)
46...晶圓輸送系統
47...移轉底座平台
48...支座部分
49...圓柱型支撐體
50A、50B...開口
50...處理室
51...熱處理系統
52...側壁
53...側壁
55...水平擋板
56...圓形開口
58...加熱板
60...通孔
62...升降銷
64...氣孔
66...遮門
66...環形遮門
68a...排氣埠
68...蓋子
690...晶圓
70...排氣管
72...底板
74...隔間
76...加熱板支撐板
78...遮門臂
80...升降銷臂
80...臂
82...缸筒
84a...桿
84...直立缸筒
86...突出部
600...熱處理系統
610...控制器
615...通氣系統
620a...圓形加熱板
620b...加熱板
620...加熱板
625...加熱器
630...感應器
635...晶圓支持銷
680...處理系統控制器
690...晶圓
710...圓形區段
715、725、735、745、755及765...加熱元件
720、730、740、750及760...環形區段
770、775、780、785...分部
769...圓形中央區段
771...加熱元件
810...區段
820...加熱元件
1300 CD...最佳化系統
藉由參照上列詳述,尤其是相關附圖將可讓本發明的及許多上述優點變得清楚明白,其中:圖1為頂視圖顯示依據本發明之實施例所使用的塗佈/顯影系統;圖2為圖1中的塗佈/顯影系統的前視圖;圖3為圖中的塗佈/顯影系統部分地剖視背面圖,圖式為沿著線3-3所視;圖4為圖3單一熱處理系統的的剖面圖;圖5為圖4熱處理系統的平面圖,圖式為沿著線5-5所視;圖6為依據本發明之一實施例之熱處理系統的加熱板的示意圖;圖7A及7B為依據本發明之一實施例之加熱板的示意圖;圖8為依據本發明另一實施例之加熱板的示意圖;圖9為簡化處理流程圖顯示一種依據本發明實施例之塗布有光阻之製造晶圓的圖形化方法;圖10A至10D圖式顯示依據本發明之一實施例之取得CD量測資料的不同測試區域群組;圖10E圖式顯示依據本發明之一實施例之由圖10A至10D圖式中不同測試區域群組所建構的CD量測資料輿圖;圖11為簡化處理流程圖顯示一種依據本發明實施例之動態CD控制及最佳化方法;圖12為簡化處理流程圖顯示一種依據本發明另一實施例之動態CD控制及最佳化方法;及圖13顯示依據本發明實施例之一CD最佳化系統連結塗佈/顯影處理系統、微影工具及光散射系統。
1100...處理流程
1110...為加熱板表面建立溫度輪廓
1120...在加熱板上逐一對熱處理塗布有光阻之基板
1130...從熱處理後的晶圓上的測試區域取得CD量測資料,其中依二或多個熱處理後的晶圓選擇不同測試區域群組
1140...由CD量測資料建構CD量測資料輿圖
1150...使用該CD量測資料輿圖以建立調整後的溫度輪廓
1160...熱處理其他的晶圓

Claims (15)

  1. 一種加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,該方法包括:為加熱板表面建立溫度輪廓,其中將該加熱板表面分為複數個溫度控制區;循序地熱處理該加熱板上之塗布有光阻之晶圓;從在熱處理後的晶圓上的測試區域取得CD量測資料,其中針對二或多個熱處理後的晶圓選擇不同測試區域群組;由該CD量測資料建構CD量測資料輿圖;以及使用該CD量測資料輿圖,為該加熱板表面建立調整後溫度輪廓。
  2. 如申請專利範圍第1項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該建立溫度輪廓之步驟包括:為該複數個溫度控制區中之每一者建立已知溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該循序地熱處理之步驟包括:圖形化該塗布有光阻之晶圓;在後曝光烘烤(PEB,post exposure bake)中循序地熱處理圖形化晶圓;且顯影該熱處理後的晶圓。
  4. 如申請專利範圍第3項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,更包括:在後顯影烘烤中(PDB,post development bake)循序地熱處理顯影後的晶圓。
  5. 如申請專利範圍第1項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該取得CD量測資料之步驟更包括:選擇該熱處理後的晶圓的產量;及依據所選擇之該熱處理後的晶圓的該產量,選擇在每一熱處理後的晶圓上測試區域數目。
  6. 如申請專利範圍第1項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該取得CD量測資料之步驟更包括:利用下列方程式而選擇在每一熱處理後的晶圓上的測試區域數目:m(map) =mN-y,其中m(map) 為在該熱處理後的晶圓上之不同測試區域的數目,m為在每一熱處理後的晶圓上之測試區域總數,N為熱處理後之晶圓的數目,且y為在熱處理後的晶圓上具有相同位置的重複測試區域的累計數目。
  7. 如申請專利範圍第1項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該不同測試區域群組具有相同數目之測試區域,但具有不同位置之一或多個該測試區域。
  8. 如申請專利範圍第1項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該不同測試區域群組具有不同數目之測試區域、或不同位置之一或多個該測試區域、或兩者。
  9. 如申請專利範圍第1項之熱處理塗布有光阻之晶圓的方法,其中該CD量測資料係利用光學數位剖面(ODP,optical digital profilometry)技術而取得。
  10. 如申請專利範圍第1項之熱處理塗布有光阻之晶圓的方法,其中該建構CD量測資料輿圖之步驟包括:重疊來自每一測試區域的該CD量測資料。
  11. 如申請專利範圍第10項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的 熱處理方法,其中該重疊步驟包括:計算每一測試區域的該CD量測資料之平均,作為預定數目之熱處理後的晶圓的累計平均或加權累計平均。
  12. 如申請專利範圍第10項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該重疊步驟包括:計算在每一測試區域的該CD量測資料之平均,作為預定數目的連續熱處理後的晶圓的累計平均或加權累計平均。
  13. 如申請專利範圍第1項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該建立調整後溫度輪廓之步驟包括:將該CD量測輿圖傳送至CD最佳化系統;及基於該CD最佳化系統的輸出,以調整該溫度輪廓。
  14. 如申請專利範圍第13項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,其中該調整步驟包括:為該數個溫度控制區中之每一者建立第二已知溫度。
  15. 如申請專利範圍第1項之加熱板上塗布有光阻之晶圓的熱處理方法,更包括:在為該加熱板表面建立該調整後溫度輪廓之後,熱處理其他塗布有光阻之晶圓。
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