專利名稱：調(diào)節(jié)基板溫度來改進關(guān)鍵尺寸(cd)的均勻性的制作方法
調(diào)節(jié)基板溫度來改進關(guān)鍵尺寸(CD)的均勻性
相關(guān)申請本申請根據(jù)U.S. C. § 119主張2009年12月15日提交的，美國臨時申請?zhí)枮镹o. 61/286, 653的優(yōu)先權(quán)，通過引用將該臨時申請的整體內(nèi)容并入本申請中。
背景技術(shù)：
隨著各種后續(xù)的半導(dǎo)體技術(shù)的產(chǎn)生，例如晶片等基板的直徑趨于增大而晶體管尺寸變小，導(dǎo)致在基板處理中需要更高程度的精度和可重復(fù)性。半導(dǎo)體基板材料，例如硅基板，由包括使用真空室在內(nèi)的技術(shù)來處理。這些技術(shù)既包括電子束沉積等非等離子體的應(yīng)用，也包括濺射沉積法、等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(PECVD)、抗蝕劑剝離和等離子體蝕刻等等離子體的應(yīng)用。
今天可用的等離子體蝕刻系統(tǒng)屬于那些對改進精度和可重復(fù)性有著日益增強的需求的半導(dǎo)體制造工具。用于等離子體蝕刻系統(tǒng)的ー個度量標準為均勻性的提高，其包括在半導(dǎo)體基板表面上的處理結(jié)果的均勻性以及通過額定相同輸入?yún)?shù)處理的一系列基板的處理結(jié)果的均勻性?；迳暇鶆蛐缘倪B續(xù)提高是可以期望的。除此之外，這還需要具有改進的均勻性、一致性和自我診斷的等離子體室。

發(fā)明內(nèi)容
此處公開的是ー種利用等離子體蝕刻系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括在等離子體蝕刻過程中支承基板的基板支承組件，該基板支承組件包括多個排列在基板上的器件管芯位置(device die locations)下的獨立可控加熱器區(qū)域和控制姆個加熱器區(qū)域的控制單元。該方法包括(a)在基板上的基板器件管芯位置測量先前已蝕刻的基板的蝕刻前或蝕刻后的關(guān)鍵器件參數(shù)；(b)將蝕刻前和蝕刻后的關(guān)鍵器件參數(shù)傳輸?shù)降入x子體蝕刻系統(tǒng)；(C)其后將基板支承在基板支承組件上；(d)將處理配方參數(shù)傳輸?shù)降入x子體蝕刻系統(tǒng)和/或?qū)⒋鎯ζ髦械奶幚砼浞絽?shù)載入等離子體蝕刻系統(tǒng)；(e)根據(jù)處理配方參數(shù)輸入基板的目標蝕刻后的關(guān)鍵器件參數(shù)數(shù)據(jù)和蝕刻前的關(guān)鍵器件參數(shù)，和/或者先前已蝕刻的基板的蝕刻后的關(guān)鍵器件參數(shù)來推斷在基板上預(yù)定位置上的目標蝕刻溫度；(f )通過應(yīng)用可控的加熱器區(qū)域，以預(yù)定位置上的目標蝕刻溫度為依據(jù)調(diào)節(jié)每ー預(yù)定位置的溫度；和(g)等離子體蝕刻基板。
具體實施例方式在半導(dǎo)體處理裝置中，控制徑向或方位角基板溫度以實現(xiàn)在基板上的目標關(guān)鍵尺寸(CD)均勻性正變得越來越需要。即使溫度的很小變化也會影響CD到不可接受的程度，特別當在半導(dǎo)體制造過程中⑶靠近亞_20nm (sub-20nm)時。在處理過程中，基板支承組件可以被配置成具有各種功能，例如支承基板、調(diào)整基板溫度、提供射頻功率?；逯С薪M件可以包括在處理過程中用來將基板通過靜電夾持到基板支承組件上的靜電夾頭(ESC)。該ESC可以是可調(diào)靜電夾頭(T-ESC)。T-ESC在共同受讓的美國專利號6，847，014和6，921，724中有描述，通過引用將這些專利并入本申請中?；逯С薪M件可以包括陶瓷基板支托器、流體冷卻散熱器(以下稱為冷卻板)以及多個同軸加熱區(qū)域以逐步實現(xiàn)徑向溫度控制。通常，冷卻板被保持在0°C到30°C之間。加熱器設(shè)置在冷卻板上，在它們之間具有隔熱層。加熱器可以將基板支承組件的支承表面維持在高于冷卻板溫度大約0°C到80°C的溫度。通過改變在多個加熱器區(qū)域內(nèi)的加熱功率，基板支承溫度輪廓分布可以在中心區(qū)變熱、中心區(qū)變冷和均勻之間發(fā)生變化。更進一歩，平均基板支承溫度在高于冷卻板溫度大約0°C到80°C的操作范圍內(nèi)逐漸地變化。當CD隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進步而下降時，小方位角溫度變量帶來日益加劇的更大的挑戰(zhàn)。由于各種原因，控制溫度不是容易的事情。首先，許多因素可以影響熱傳遞，例如熱源和散熱器的位置，介質(zhì)的運動、材料和形狀。第二，熱傳遞是動態(tài)過程。除非相關(guān)系統(tǒng)處于熱平衡，否則將發(fā)生熱傳遞，并且溫度輪廓和熱傳遞將隨著時間變化。第三，非平衡現(xiàn)象，例如等離子體，其當然總是存在于等離子體處理過程中，使得任何實際等離子體處理裝置的熱傳遞性能的理論預(yù)期即使可能的話，也是非常困難的。在等離子體處理裝置中，基板溫度輪廓受到許多因素的影響，例如等離子體密度 輪廓、RF功率輪廓、在夾具中的各種加熱冷卻元件的細節(jié)結(jié)構(gòu)，因此基板溫度輪廓通常不是均勻的并且難以用少量的加熱或冷卻元件來控制。該缺陷轉(zhuǎn)變?yōu)樵诳邕^整個基板的處理速率方面的非均勻性和在基板上的器件管的關(guān)鍵尺寸方面的非均勻性。關(guān)鍵尺寸方面的非均勻性可以由上游的エ藝流程引起，例如，光刻。由于光刻的平行特征(例如在基板上所有器件管芯同時暴露)和因素很難控制，例如光源不均勻性，光掩膜上的衍射，溫度的不均勻性，光刻膠厚度的不均勻性等，使得光刻后和蝕刻前的基板在器件特征上通常有不均勻性。如果未經(jīng)檢查并讓其傳遞到下游的エ藝流程，這種不均勻性可以導(dǎo)致減少器件產(chǎn)量。在基板支承組件中設(shè)置多個獨立可控的加熱器區(qū)域以使得等離子體蝕刻系統(tǒng)能夠有效產(chǎn)生并且保持既定的空間和時間溫度輪廓，并且能夠補償影響CD均勻性的其他不利因素，這將是有利的和可取的。帶有獨立受控的加熱器區(qū)域的基板支承組件在2009年10月21日提交的美國專利申請?zhí)?2/582,991中被公開，通過引用將這些專利并入本申請中。本文描述的是運用等離子體蝕刻系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)有帶有多個獨立可控的加熱器區(qū)域的基板支承組件，該方法在蝕刻過程中，通過測量基板上多個器件管芯位置上的蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)或者先前已被蝕刻的基板的蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)，并且運用已測量的信息調(diào)節(jié)基板上預(yù)定位置上的溫度，從而補償將要蝕刻的基板的不均勻性。例如，在基板經(jīng)過平板印刷之后，在基板的抗蝕層上形成圖案?？刮g層上的圖案的關(guān)鍵尺寸處可能有不均勻性?；迳厦總€器件管芯上的抗蝕層內(nèi)的蝕刻前關(guān)鍵尺寸可以用合適的工具來測量。在下部的后續(xù)的基板的等離子體蝕刻中圖案化抗蝕層被用來作為掩膜。等離子體蝕刻過程的溫度可以影響基板上被蝕刻的圖案的關(guān)鍵尺寸(蝕刻后關(guān)鍵尺寸)。如果在器件管芯位置上的蝕刻前關(guān)鍵尺寸確定會下降到目標值的可容忍誤差之外，可以通過加熱器區(qū)域調(diào)整器件管芯位置上的蝕刻溫度以使得蝕刻后的關(guān)鍵尺寸在目標值可容忍誤差之內(nèi)。因此，經(jīng)過測量的蝕刻前關(guān)鍵尺寸可以用來調(diào)整每個器件管芯位置上的蝕刻溫度，以補償器件管芯位置上蝕刻前關(guān)鍵尺寸內(nèi)特定數(shù)量的誤差。
等離子體蝕刻系統(tǒng)可以有組裝在加熱板中的獨立的可控的加熱器區(qū)域以及控制每個加熱器區(qū)域的控制單元。在控制單元的控制下，通過調(diào)整每個加熱器區(qū)域的功率，處理過程中的溫度輪廓可以徑向和按方位角定型。該加熱器區(qū)域優(yōu)選地設(shè)置在限定圖案中，例如，矩形網(wǎng)格、六邊形網(wǎng)格或者其他圖案。加熱板的每個加熱器區(qū)域與基板上的單個器件管芯優(yōu)選有相似的尺寸(例如±10%)。在典型的裝置中，為了減少電線接頭的數(shù)量，電源供應(yīng)線和電源返回線設(shè)置為，每個電源供應(yīng)線連接到不同組的加熱器區(qū)域，并且每個電源返回線連接到不同組的加熱器區(qū)域，其中每個加熱器區(qū)域處于連接到特定電源供應(yīng)線的組中的一個中以及處于連接到特定電源返回線的組中的ー個中。兩個加熱器區(qū)域不連接到相同對的電源供應(yīng)線和電源返回線。因此，加熱器區(qū)域可以通過弓I導(dǎo)電流經(jīng)過ー對電源供應(yīng)線和電源返回線連接到特定的加熱器區(qū)域上來觸發(fā)。加熱器元件的功率優(yōu)選地小于20W，更優(yōu)選地為5W到10W。加熱器元件可以是佩爾蒂埃(Peltier)器件和/或電阻加熱器，例如聚酰亞胺加熱器、硅橡膠加熱器、云母加熱器、金屬加熱器(例如，W、Ni/Cr合金、Mo或Ta)、陶瓷加熱器(例如，WC)、半導(dǎo)體加熱器或碳加熱器。加熱器元件可以是網(wǎng)印、線繞或蝕刻箔加熱器。加熱器元件的厚度范圍可以為2微米到I毫米，優(yōu)選為5-80微米。為了提供在加熱器區(qū)域和/或電源供應(yīng)線與電源返回線之間的空間，加熱器區(qū)域的總面積可以上至基板支承組件的上表面面積的90%，例如該面積的50-90%。電源供應(yīng)線或電源返回線(總稱電源線)可以設(shè)置在加熱器區(qū)域之間的范圍從I到IOmm的間隙里，或者設(shè)置在通過電絕緣層與加熱器區(qū)域隔離的分離平面中。電源供應(yīng)線和電源返回線優(yōu)選地制作為與空間容許的一樣寬，以便輸送大的電流并且減少焦耳熱。電源線可以處于與加熱器區(qū)域相同的平面中，也可以處于與加熱器區(qū)域不同的平面中。電源供應(yīng)線和電源返回線的材料可以與加熱器元件的材料相同或不同。優(yōu)選地，電源供應(yīng)線和電源返回線的材料是具有低阻抗的材料，例如Cu、Al、W、Ineonel 或Mo。基板支承組件可操作以控制基板溫度，并且因此控制每ー器件管芯位置上的等離子體蝕刻過程，從而使基板上的器件產(chǎn)量達到最大化。等離子體蝕刻系統(tǒng)優(yōu)選有9個加熱器區(qū)域。在一個實施例中，等離子體蝕刻系統(tǒng)可以從例如人類使用者、機載測量工具、主機網(wǎng)絡(luò)(在處理線內(nèi)的處理工具間分享數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò))等源頭，接收在將在系統(tǒng)中處理的基板上的多個器件管芯位置(優(yōu)選在每個器件管芯位置上的至少ー個位置)測得的關(guān)鍵器件參數(shù)(例如蝕刻前關(guān)鍵尺寸)。優(yōu)選地，等離子體蝕刻系統(tǒng)可以通過主機通訊網(wǎng)絡(luò)從脫機(off-board)檢查工具接收批量的將被處理的基板的蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)。這種脫機檢查工具可以是光的和/或者電子束檢查工具。等離子體蝕刻系統(tǒng)可以有軟件和/或硬件接ロ來接收蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)。等離子體蝕刻系統(tǒng)可以有合適的軟件來處理蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)。等離子體蝕刻系統(tǒng)也可以通過硬件和/或軟件接ロ接收和/或通過存儲器載入處理配方參數(shù)，該處理配方參數(shù)定義了目標蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)與已測量的蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)和蝕刻溫度的相關(guān)性；并且根據(jù)處理配方參數(shù)、目標蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)和測得的蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)來推斷在基板上預(yù)定的位置上的目標蝕刻溫度。優(yōu)選地，對于每ー處理配方階段，等離子體蝕刻系統(tǒng)可以接收這樣的處理配方參數(shù)。優(yōu)選地，等離子體蝕刻系統(tǒng)可以基于每個器件管芯位置的目標蝕刻溫度，進ー步計算用于每ー個加熱器區(qū)域的目標控制參數(shù)(可以直接被控制的參數(shù)，例如功率，電壓，電流等)，以便為每ー個器件管芯獲得目標關(guān)鍵器件參數(shù)。在基板支承組件生產(chǎn)過程中，通過測量基板支承組件的表面溫度對應(yīng)用到其上的不同控制參數(shù)的響應(yīng)，可以獲得目標控制參數(shù)?？商娲?，目標控制參數(shù)可以運用例如熱轉(zhuǎn)移理論或者有限元分析等理論的或者經(jīng)驗的模型來確定。優(yōu)選地，通過每個器件管芯位置對適用于底部加熱器區(qū)域的可控參數(shù)的直接響應(yīng)以及通過所述器件管芯對適用于其他加熱器區(qū)域可控參數(shù)的間接響應(yīng)(串擾)，穩(wěn)態(tài)增益矩陣可以被用來計算目標控制參數(shù)。運用G. Golub等人的《矩陣計算》(約翰斯 霍普金斯大學(xué)出版，波士頓，1996)中描述的方法可以計算出穩(wěn)態(tài)增益矩陣，通過引用將該整體內(nèi)容并入本申請中。在一個實施例中，假設(shè)等離子體蝕刻系統(tǒng)有n獨立的加熱器區(qū)域。它們各自的控制參數(shù)為Xi (i = l，2，...，n)。所有的控制參數(shù)Xi可以寫成以下矢量
權(quán)利要求
1.一種運用等離子體蝕刻系統(tǒng)的方法，所述等離子體蝕刻系統(tǒng)包括在等離子體蝕刻過程中支承基板的基板支承組件，該基板支承組件包括多個排列在所述基板上的器件管芯位置下的獨立可控加熱器區(qū)域和控制每個加熱器區(qū)域的控制單元；所述方法包括 在所述基板上的多個器件管芯位置上測量蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)； 將來自先前被蝕刻的基板上的所述蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)和蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)中的至少ー個傳輸?shù)剿龅入x子體蝕刻系統(tǒng)； 隨后將所述基板支承在所述基板支承組件上； 將處理配方參數(shù)傳輸?shù)剿龅入x子體蝕刻系統(tǒng)和/或者將來自存儲器的處理配方參數(shù)傳輸?shù)剿龅入x子體蝕刻系統(tǒng)； 通過所述處理配方參數(shù)、目標蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)，所述蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)和所述蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)中的至少ー個推斷出所述基板上預(yù)定位置的目標蝕刻溫度； 運用所述可控的加熱器區(qū)域?qū)⒚總€器件管芯位置的溫度調(diào)節(jié)到其目標蝕刻溫度；和 等離子體蝕刻所述基板。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括針對蝕刻處理方案的每ー步將處理配方參數(shù)傳輸?shù)剿龅入x子體蝕刻系統(tǒng)和/或?qū)碜源鎯ζ魈幚砼浞絽?shù)載入到所述等離子體蝕刻系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括基于所述基板上的所述預(yù)定位置的所述目標蝕刻溫度，傳輸和/或計算每個加熱器區(qū)域的目標控制參數(shù)。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中當所述加熱器區(qū)域的數(shù)量和所述器件管芯位置的數(shù)量相等時，運用所述可控制的加熱器區(qū)域調(diào)節(jié)溫度的步驟包括 通過將描述所述加熱器區(qū)域的所述目標控制參數(shù)和所述器件管芯位置的所述目標蝕刻溫度之間的關(guān)系的逆矩陣乘以其元素為所述器件管芯位置的所述目標蝕刻溫度的矢量來確定所述加熱器區(qū)域的加熱器功率設(shè)定值。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述等離子體蝕刻系統(tǒng)包括被配置用來測量每個加熱器區(qū)域位置的蝕刻溫度的一個或者更多個的溫度感應(yīng)器，所述方法還包括基于溫度感應(yīng)器的輸出計算每個加熱器區(qū)域的目標控制參數(shù)。
6.實施如權(quán)利要求I所述方法的等離子體蝕刻系統(tǒng)，包括在等離子體蝕刻過程中用來支承基板的基板支承組件，該基板支承組件包括排列在所述基板下的多個獨立可控加熱器區(qū)域和控制每個加熱器區(qū)域的控制單元。
7.如權(quán)利要求6所述的實施所述方法的所述等離子體蝕刻系統(tǒng)，包括通過主機通訊網(wǎng)絡(luò)的脫機檢查工具接收所述蝕刻前或所述蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)的接ロ。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中當所述加熱器區(qū)域的數(shù)量和所述器件管芯位置的數(shù)量不相等時，運用所述可控制的加熱器區(qū)域調(diào)節(jié)溫度的步驟包括 基于描述所述加熱器區(qū)域的所述目標控制參數(shù)和所述基板上的所述預(yù)定位置的預(yù)定蝕刻溫度之間的關(guān)系的矩陣，來確定所述加熱器區(qū)域的加熱器功率設(shè)定值， 其中所述器件管芯位置的所述預(yù)定蝕刻溫度和所述器件管芯位置的所述目標蝕刻溫度之間的差異通過優(yōu)化技術(shù)被減到最小。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述優(yōu)化技術(shù)是最小ニ乘優(yōu)化。
10.運用等離子體蝕刻系統(tǒng)的方法，所述等離子體蝕刻系統(tǒng)包括在等離子體蝕刻過程中用干支承基板的基板支承組件，所述基板支承組件包括多個排列在基板上的器件管芯位置下的獨立可控加熱器區(qū)域和控制每個加熱器區(qū)域的控制單元；所述方法包括 在所述基板上第一組預(yù)定位置上測量蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)； 將來自先前被蝕刻的基板上的所述蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)和蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)中的至少ー個傳輸?shù)剿龅入x子體蝕刻系統(tǒng)； 隨后將所述基板支承在所述基板支承組件上； 傳輸處理配方參數(shù)中的至少ー個到所述等離子體蝕刻系統(tǒng)和將來自存儲器的處理配方參數(shù)載入到所述等離子體蝕刻系統(tǒng)； 基于所述處理配方參數(shù)、目標蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)、所述蝕刻前關(guān)鍵器件參數(shù)和所述蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)中的至少ー個來推斷所述基板上的第二組預(yù)定位置的目標蝕刻溫度； 基于用于所述加熱器區(qū)域中的每個的加熱器功率和所述第二組預(yù)定位置的預(yù)定蝕刻溫度之間的關(guān)系來確定所述可控加熱器區(qū)域的加熱器功率設(shè)定值，其中確定所述加熱器功率設(shè)定值，以便通過最優(yōu)技術(shù)使所述預(yù)定蝕刻溫度和所述目標蝕刻溫度之間的差異被減到最小； 等離子體蝕刻所述基板。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述優(yōu)化技術(shù)是最小ニ乘優(yōu)化。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中推斷出目標蝕刻溫度包括基于所述第一組預(yù)定位置的所述蝕刻前或者蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)的數(shù)據(jù)估測所述第二組預(yù)定位置的蝕刻前或者蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)的數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述估測包括基于所述第二組預(yù)定位置的所述蝕刻前或者蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)的數(shù)據(jù)，插入所述第二組預(yù)定位置的所述蝕刻前或者蝕刻后關(guān)鍵器件參數(shù)的所述數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述加熱器區(qū)域中的每個的加熱器功率與所述第ニ組預(yù)定位置的所述預(yù)定蝕刻溫度之間的關(guān)系通過矩陣進行描述。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述插入是線性插入。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述插入是非線性插入。
全文摘要
一種具有帶有多個獨立可控加熱器區(qū)域的基板支承組件的等離子體蝕刻系統(tǒng)。該等離子體蝕刻系統(tǒng)被配置用來控制預(yù)定位置的蝕刻溫度，以便可以補償關(guān)鍵器件參數(shù)蝕刻前和蝕刻后的不均勻性。
文檔編號H01L21/3065GK102652352SQ201080055995
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者哈米特·辛格, 基思·威廉·加夫, 基思·科門丹特, 瓦希德·瓦赫迪 申請人:朗姆研究公司