可精細控制溫度的晶圓加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于在制造半導體器件中處理晶圓的方法和系統(tǒng)，其中，化學反應需要設置化學品和晶圓加熱。將晶圓放置在晶圓加熱器之上，從而使第二表面面對晶圓加熱器，并且從第二表面加熱晶圓。化學層形成在相對的第一表面上。設置晶圓加熱器的尺寸并且將晶圓加熱器配置為能夠加熱整個第二表面，并且如果需要，晶圓加熱器適合于產(chǎn)生局部不同的溫度分布。在加熱期間，可以監(jiān)測晶圓上的實際溫度分布且將實際溫度分布傳輸至計算系統(tǒng)，計算系統(tǒng)可以產(chǎn)生目標溫度分布并且根據(jù)目標溫度分布控制晶圓加熱器以調(diào)整晶圓上的局部溫度。用于加熱化學品的輔助加熱器可以用于更精細地控制晶圓溫度。
【專利說明】可精細控制溫度的晶圓加熱系統(tǒng)
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月14日提交的美國臨時申請第61/786290號的優(yōu)先權。

【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及可精細控制溫度的晶圓加熱系統(tǒng)。

【背景技術】
[0004]半導體集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了指數(shù)式增長。IC材料和設計中的技術進步已經(jīng)產(chǎn)生了數(shù)代1C，其中，每代IC都比前一代IC具有更小和更復雜的電路。在IC發(fā)展的過程中，功能密度(即，每一芯片面積上互連器件的數(shù)量)已普遍增加，而幾何尺寸(即，使用制造工藝可以產(chǎn)生的最小部件(或線))卻已減小。除了 IC部件變得更小和更復雜之外，在其上制造IC的晶圓變得越來越大。例如，當前的晶圓尺寸是300mm，而在未來5年可以進入450mm晶圓生產(chǎn)。
[0005]以多種方式處理晶圓，其中的一些方式是在將晶圓固定在晶圓處理裝置的加工室中的平坦的晶圓工作臺(例如，桌子、支持件或卡盤)上時進行。在晶圓處理的多個步驟中，諸如預清洗、后清洗或各個蝕刻步驟中，將諸如清洗劑或蝕刻劑的化學材料加入到晶圓的表面以在表面上形成材料層或修飾材料層。為促進工藝的化學反應，通常需要將晶圓加熱至合適的溫度。在本領域中實踐的傳統(tǒng)方法中，通過位于晶圓之上的高置加熱器將熱量直接供給至形成在晶圓上的層，并且從而供給至下面的晶圓。一些加熱器被配置為在晶圓表面上方移動，而一些加熱器被固定。
[0006]然而，本領域中實踐的當前方法具有若干缺陷。一個是由整個晶圓的不均勻的熱量分布所致。由于高置加熱器只局部地加熱化學層，該層和下面的晶圓在溫度上無法具有均勻性。即使加熱器配置為當加熱時在晶圓上方圍繞晶圓移動，可獲得的均勻性是有限的，并且無法完全消除不均勻性。增加的晶圓尺寸以及由當前使用的在晶圓上沉積化學材料的系統(tǒng)(其通常使用噴霧器)導致的化學層本身的任何不均勻性加重了溫度中的不均勻性。利用這種噴霧器，無論移動或固定，噴射在晶圓上的材料都將不會均勻。
[0007]另一個缺陷是由于直接加熱化學材料?；瘜W材料被加熱達到的溫度受到化學材料的化學性質(zhì)強加的溫度限制。例如，由于各種原因，可能需要將化學材料加熱至超過其沸點，在沸點時，材料從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。盡管持續(xù)施加熱能，由于在化學品的相變期間化學品的溫度不變，在這期間雖然消耗熱能但是晶圓的溫度卻不如所期望那樣增加。而且，在液-氣相變之后的化學氣體的突然的、劇烈的體積膨脹不僅由于可用的液態(tài)化學品(大多數(shù)化學反應最活躍地發(fā)生在這個狀態(tài)下)的損耗而降低反應速率，而且還導致圖案損壞或坍塌。此外，在高溫環(huán)境下，在溫度快速增加的化學品的蒸發(fā)階段，更難以為了最優(yōu)反應速率和均勻性，根據(jù)期望的那樣精確地控制或精細調(diào)節(jié)晶圓上的溫度分布。
[0008]因此，為了防止由蒸發(fā)的化學氣體的突然體積膨脹引起的圖案坍塌，為了保證對晶圓的溫度并因此對最優(yōu)反應速率的更精細調(diào)節(jié)的控制，以及為了獲得整個晶圓的更好的溫度均勻性，期望提供一種可以在晶圓上產(chǎn)生確定最優(yōu)反應速率的均勻的、任何期望的溫度分布的加熱晶圓的方法和系統(tǒng)。此外，也期望提供一種在溫和的溫度環(huán)境下(不會由于化學品的相變而在晶圓表面上引起化學氣體的破壞性膨脹)可以對晶圓的溫度提供更緊密和更精細控制的加熱晶圓的方法和系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于處理具有相對的第一晶圓表面和第二晶圓表面的晶圓的系統(tǒng)，包括:化學品設置器，適合于將化學材料設置在所述第一晶圓表面上方以形成化學層；以及第一加熱器，當晶圓被放置在所述第一加熱器上方從而使得所述第二晶圓表面面對所述第一加熱器時，所述第一加熱器適合于從所述第二晶圓表面加熱所述晶圓，其中，所述第一加熱器進一步適合于在所述晶圓上產(chǎn)生局部不同的目標溫度分布。
[0010]在上述系統(tǒng)中，進一步包括:溫度傳感器，用于監(jiān)測所述晶圓上的實際溫度分布。
[0011]在上述系統(tǒng)中，進一步包括:計算系統(tǒng)，電連接至所述溫度傳感器和所述第一加熱器以根據(jù)所述實際溫度分布控制所述目標溫度分布。
[0012]在上述系統(tǒng)中，其中，設置所述第一加熱器的尺寸并且將所述第一加熱器配置為能夠基本上均勻地和同時地加熱整個所述第二晶圓表面。
[0013]在上述系統(tǒng)中，進一步包括:第二加熱器，被配置為用于在化學層形成之后加熱所述化學層。
[0014]在上述系統(tǒng)中，進一步包括:旋轉(zhuǎn)機構，以在加熱所述晶圓時旋轉(zhuǎn)所述晶圓。
[0015]在上述系統(tǒng)中，其中，所述第一加熱器包括用于產(chǎn)生熱量的輻射源。
[0016]在上述系統(tǒng)中，其中，所述第一加熱器包括用于產(chǎn)生熱量的電線圈。
[0017]在上述系統(tǒng)中，其中，所述第一加熱器包括能夠局部不同地加熱的多個加熱盤。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種在制造半導體器件中處理晶圓的方法，所述方法包括:提供適合于加熱晶圓的第一加熱器以在所述晶圓上產(chǎn)生局部不同的目標溫度分布；將具有相對的第一晶圓表面和第二晶圓表面的晶圓放置在所述第一加熱器上方，從而使所述第二晶圓表面面對所述第一加熱器；在所述第一晶圓表面上方設置化學材料以在所述第一晶圓表面上形成化學層；以及通過所述第一加熱器從所述第二晶圓表面加熱所述晶圓以在所述晶圓上產(chǎn)生目標溫度分布。
[0019]在上述方法中，進一步包括:通過溫度傳感器監(jiān)測所述晶圓上的實際溫度分布并根據(jù)所述實際溫度分布控制所述目標溫度分布。
[0020]在上述方法中，其中，設置所述第一加熱器的尺寸并且將所述第一加熱器配置為能夠基本上均勻地和同時地加熱整個所述第二晶圓表面。
[0021]在上述方法中，其中，所述晶圓被加熱至所述化學材料的沸點溫度以上的溫度。
[0022]在上述方法中，進一步包括:通過設置在所述化學層上方的第二加熱器加熱所述化學層。
[0023]在上述方法中，其中，所述化學層被加熱至所述化學材料的沸點溫度以下的溫度。
[0024]在上述方法中,進一步包括:當加熱所述晶圓時，旋轉(zhuǎn)所述晶圓。
[0025]在上述方法中，其中，所述第一加熱器從輻射源產(chǎn)生熱量。
[0026]在上述方法中，其中，所述第一加熱器從附接至所述第一加熱器的電線圈產(chǎn)生熱量。
[0027]在上述方法中，其中，所述第一加熱器從能夠不同地加熱的多個加熱盤產(chǎn)生熱量。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種在制造半導體器件中加熱晶圓的方法，所述方法包括:將具有相對的第一晶圓表面和第二晶圓表面的晶圓設置在第一加熱器上方，從而使所述第二晶圓表面面對所述第一加熱器；在所述第一晶圓表面上形成化學材料層；通過所述第一加熱器加熱所述晶圓，同時控制所述晶圓上的溫度分布，以在所述晶圓上實現(xiàn)最優(yōu)溫度分布；以及通過設置在化學層之上的第二加熱器加熱所述化學材料層；其中，所述晶圓被加熱至所述化學材料的沸點溫度以上的溫度，并且所述化學材料層被加熱至所述化學材料的沸點溫度以下的溫度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]當結合附圖進行閱讀時，從下面的詳細描述可以更好地理解本發(fā)明。應該強調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，圖中的各個部件未按比例繪制且僅用于說明的目的。實際上，為了清楚地論述,各個部件的尺寸可以任意地增大或縮小。
[0030]圖1示意性地示出了在本發(fā)明的方面中制造半導體器件時為處理晶圓、特別是加熱晶圓所實施的系統(tǒng)和方法；
[0031]圖2是在用于制造半導體器件的晶圓處理期間設置在晶圓上的化學材料的典型的相變圖；
[0032]圖3是在本發(fā)明的方面中制造半導體器件時為處理晶圓所實施的方法的示意圖；
[0033]圖4A至圖4C示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的方面制造半導體器件時在為處理晶圓所實施的系統(tǒng)和方法中使用的晶圓加熱器的實例；
[0034]圖5是在本發(fā)明的方面中制造半導體器件時為處理晶圓、特別是加熱晶圓所實施的系統(tǒng)和方法的部分的示意圖；以及
[0035]圖6是在本發(fā)明的方面中制造半導體器件時為處理晶圓、特別是加熱晶圓所實施的方法中的步驟的示意圖。

【具體實施方式】
[0036]下面的公開內(nèi)容提供了許多不同的實施例或?qū)嵗糜趯崿F(xiàn)本發(fā)明的不同特征。下面描述了部件和布置的具體實例以簡化本發(fā)明。當然，這些僅僅是實例而不旨在限制。例如，在下面的描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一和第二部件以直接接觸的方式形成的實施例，且也可以包括可以在第一和第二部件之間形成額外的部件，從而使得第一和第二部件可以不直接接觸的實施例。此外，在各個實例中，本發(fā)明可以重復參考標號和/或字符。這種重復是用于簡單和清楚的目的，且其本身不指示論述的各個實施例和/或配置之間的關系。
[0037]本發(fā)明針對在制造半導體器件的晶圓處理期間加熱晶圓的方法和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明提供了在溫和的溫度環(huán)境下以更好控制的、精細調(diào)節(jié)的方式加熱晶圓的一種方式，從而使得可以防止在高溫下由液-氣相轉(zhuǎn)變引發(fā)的化學氣體的爆發(fā)性膨脹導致的潛在的圖案坍塌的問題。此外，本發(fā)明中的方法和系統(tǒng)使得能夠以任何期望的溫度分布通過直接加熱晶圓來加熱晶圓，無論是均勻的或空間差異的，以便提高晶圓上的化學反應速率，并從而加速晶圓處理。
[0038]圖1示出了用于實施本發(fā)明的各個實施例的系統(tǒng)100。該系統(tǒng)包括加工室中的晶圓處理工作臺130，將晶圓110放置在晶圓處理工作臺130上，以用于各種晶圓處理。工作臺130可以是諸如光刻機(stepper)中的晶圓載物臺的平坦載物臺，設置工作臺130的尺寸且將其配置為在其上放置本領域的各種尺寸的晶圓110以進行處理。工作臺130可以具有用于固定晶圓110的合適的裝置，從而使得晶圓110在處理期間不能發(fā)生位移、動搖或方向偏離。在一些實施例中，工作臺可以配備有使晶圓110與預定的方向和位置超精細對準的合適的裝置，以用于高精度處理。下面將參考圖3的方法進一步論述這個系統(tǒng)。
[0039]圖2是化學材料的典型的相變圖。在分別為從固態(tài)到液態(tài)以及從液態(tài)到氣態(tài)的兩相變化的時間間隔期間，溫度曲線形成平臺期，在這期間，盡管持續(xù)施加熱能，溫度保持固定不變。在相變期間，化學材料的溫度特性中的這種非線性、鎖死的情況使晶圓的溫度難以控制。直接加熱化學材料的傳統(tǒng)方式的更大的問題是，不可避免的液態(tài)到氣態(tài)的相變導致化學氣體的體積的突然和劇烈膨脹，這又可以引起形成在晶圓上的圖案的嚴重變形或坍塌。
[0040]圖3是在制造本發(fā)明的方面中的半導體器件中為處理晶圓所實施的方法300的示意圖。本文中將參考圖1、圖4A至圖4C、圖5和圖6來描述圖3中的方法300的步驟，圖1、圖4A至圖4C、圖5和圖6示意性地示出了方法300的選擇的步驟。
[0041]參考圖3，在步驟302中，提供晶圓加熱器。本文中，詞語‘提供’以廣義使用以涵蓋所有獲得方式，包括但不限于‘購買’、‘制備’、制造、‘布置’、‘按順序設置’或者‘引入使用’規(guī)定的對象，在本案中，其是晶圓處理工作臺。也參考圖1，在本發(fā)明的實施例中，第一晶圓加熱器120設置在加工室中的晶圓處理工作臺130上。對于一些實施例，第二加熱器122設置在工作臺130之上，且位于加工室中將設置晶圓110的位置之上。在一些實施例中，工作臺130可以裝備有使晶圓110與預定的方向和位置超精細對準的合適的裝置，以用于高精度處理。同樣，在一個實施例中，工作臺130可以進一步裝備有在化學層形成期間、加熱晶圓期間或其他晶圓處理步驟期間用于旋轉(zhuǎn)晶圓110的合適的裝置。這種用于固定、對準或旋轉(zhuǎn)晶圓110的裝置在本領域是眾所周知的，且在本文中不再進一步詳細描述。
[0042]類似于工作臺130，相應地設置第一晶圓加熱器120的尺寸且將其配置為覆蓋晶圓的整個表面，并且基本上均勻地和同時地加熱晶圓。在本發(fā)明的方法300中將要加熱的晶圓110可以是本領域中使用的任何典型的薄切晶圓，其由諸如硅晶體的合適的半導體材料制成且用作在晶圓中和晶圓上方將要構建的各個微電子器件的襯底，該微電子器件通過許多微制造工藝步驟(在一些情況下超過400個微制造工藝步驟)構建，諸如摻雜或離子注入、蝕刻、沉積各種材料以及光刻圖案化。晶圓110可以是任何標準尺寸，包括具有相應厚度的通常使用的400mm和450mm晶圓。隨著晶圓110的尺寸變化，第一晶圓加熱器120的尺寸相應地變化。此外，在一個實施例中，由于標準晶圓的典型的結構是薄圓盤，第一晶圓加熱器120也可以具有圓形結構。
[0043]在一個實施例中，第一晶圓加熱器120可以剛性連接至工作臺130的上表面，并且如果特定實施例要求在化學材料施加和/或加熱和/或其他晶圓處理期間旋轉(zhuǎn)晶圓110，則第一晶圓加熱器120被配置為與放置在晶圓加熱器120的上表面上的晶圓110 —起旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，第一晶圓加熱器120的上表面應該是平坦的且被合適地配置為牢固地支持其上方的晶圓110。在另一個實施例中，第一晶圓加熱器120可以稍微與工作臺130分隔開，但仍然設置在工作臺130之上。此外，在又一個實施例中，如圖1所示，晶圓110不能被直接放置在第一晶圓加熱器120的物理表面上，而是當晶圓110的下表面與第一晶圓加熱器120的表面平行面對時，與第一晶圓加熱器120的物理表面稍微分隔開。在這個特定實施例中，合適地確定晶圓110和加熱器120之間的距離，從而使得盡管存在距離仍然可以實施有效加熱。在一個實施例中，在這種情況下，在加熱期間、化學層形成期間或其他處理期間，可以有用于固定、對準或旋轉(zhuǎn)晶圓110的單獨的裝置，或者在另一個實施例中，可以有上述裝備至工作臺130的相同裝置。
[0044]在本發(fā)明的實施例中，第一晶圓加熱器120適合于加熱晶圓110以產(chǎn)生如期望的或定向的任何不同的溫度分布。根據(jù)晶圓處理步驟的特定類型，有時可能需要均勻地加熱晶圓110，從而使得晶圓110可以在其整個區(qū)域具有相同的溫度。在其他時候，可能需要不同地加熱晶圓110，從而使得根據(jù)一些預定溫度分布，晶圓110上的不同區(qū)域可以具有不同的溫度。因此，在提及的特定實施例中，第一晶圓加熱器120被配置為能夠?qū)⒚鎸訜崞?20的晶圓110的任何特定部分(與加熱器120接觸或者與加熱器120稍微分隔開)加熱至任何特定預設的溫度。為此，第一晶圓加熱器120可以具有符合目的的各種不同的結構和模式。
[0045]在一個實施例中，圖4A中示意性地示出，第一晶圓加熱器120可以具有作為熱源的多個輻射源或燈422，其附接至由陶瓷或其他合適的材料制成的底座的一面。每個輻射源422都電連接至溫度控制單元(未示出)，從而使得可以單獨地控制供給至每個輻射源422的功率或從每個輻射源422輻射的熱能。通過控制單個輻射源422的功率或熱能，第一晶圓加熱器120可以產(chǎn)生如期望的任何不同的溫度分布且相應地加熱晶圓110。
[0046]在另一個實施例中，現(xiàn)在圖4B中示意性地示出，第一晶圓加熱器120可以具有作為熱源的多個熱線圈424，多個熱線圈424同中心地布置且附接至也由陶瓷或其他合適的材料制成的底座的一面。此外，線圈424可以電連接至溫度控制單元(未示出)，從而使得可以單獨地控制供給至直徑不同的線圈或單線圈中半徑相同但周向位置不同的部分的功率、或者從直徑不同的線圈或單線圈中半徑相同但周向位置不同的部分輻射的熱能。然后，通過控制單個線圈424的功率或熱能，可以根據(jù)任何預定的不同溫度分布將晶圓110加熱為在不同位置處具有不同的溫度。
[0047]在又一個實施例中，如圖4C中所示意性地示出的，第一晶圓加熱器120可以具有形成在由陶瓷或其他合適的材料制成的底座的一面上的多個加熱盤或板426。在實施例中，加熱盤426可以具有環(huán)形結構且如圖4C所示圓周地布置，但是在其他實施例中，它們可以具有，并且被布置為任何其他合適的幾何結構，例如，以網(wǎng)狀或階梯狀形式布置的正方形或矩形加熱盤。根據(jù)不同的設計需要，也可以合適地調(diào)整加熱盤426的數(shù)量、個體尺寸或結構。不管單個加熱盤426的數(shù)量、尺寸、結構或布置如何，加熱盤426可以電連接至溫度控制單元(未示出)，從而使得可以單獨地控制特定位置處的特定加熱盤426產(chǎn)生的熱能，正如上述其他實施例中一樣。然后，通過控制供給至第一晶圓加熱器120的每個單個加熱盤426的功率，可以再次將晶圓110加熱至期望的任何溫度分布。
[0048]再次參考圖3，在步驟304中，將晶圓放置在晶圓加熱器上方。在本發(fā)明的實施例中，圖1示意性地示出了如何相對于第一晶圓加熱器120設置晶圓110。本文中使用的晶圓110是本領域中使用的任何典型的薄切晶圓，其由諸如硅晶體的合適的半導體材料制成且用作在晶圓中和晶圓上方將要通過數(shù)百個微制造工藝步驟構建的各種微電子器件的襯底。如圖1所不，晶圓110具有兩個相對的表面(第一晶圓表面102和第二晶圓表面104)且放置在第一晶圓加熱器120上方，從而使得第二晶圓表面104以平行的方式面對第一加熱器120。適當?shù)卦O置第一晶圓加熱器120的尺寸和配置第一晶圓加熱器120，從而使得如果期望均勻的溫度分布，第一晶圓加熱器120能夠均勻地和同時地將熱量施加至整個第二晶圓表面104。在一個實施例中，如圖5所示，晶圓110可以放置在第一晶圓加熱器120上且與第一晶圓加熱器120直接接觸。如果在加熱工藝期間需要旋轉(zhuǎn)晶圓110以用于更均勻和更均衡的熱量分布(由圖1中的箭頭所示)，在一個實施例中，晶圓110可以被配置為與第一晶圓加熱器120 —起旋轉(zhuǎn)或者通過單獨的合適的旋轉(zhuǎn)機構(未示出)在固定的加熱器120上單獨地旋轉(zhuǎn)。
[0049]如圖1所示，在又一個實施例中，晶圓110可以放置在晶圓加熱器120上方并與晶圓加熱器120稍微分隔開。在加熱或化學材料施加的工藝(將在隨后步驟中描述)期間，晶圓110需要通過單獨的旋轉(zhuǎn)裝置相對于第一晶圓加熱器120獨立地旋轉(zhuǎn)的情況下，這個實施例可以良好地工作。在這個情況下，第一晶圓加熱器120和晶圓110之間的距離需要足夠近以便不降低加熱效率。同樣，在這個特定實施例中，晶圓110可以通過單獨的固定裝置(未示出)保持在第一晶圓加熱器120之上。此外，也可以有單獨的對準裝置以用于晶圓110的精細對準。
[0050]再次參考圖3，現(xiàn)在在步驟306中，在第一晶圓表面102上方設置化學材料以形成化學層140。化學材料可以是在晶圓處理期間施加至晶圓的任何化學品，其中，期望化學品和晶圓之間的化學反應且加熱晶圓以促進化學反應。在一個實施例中，這種晶圓處理可以是預清洗、后清洗或蝕刻工藝，在該情況下，化學材料可以是適當?shù)那逑磩┗蛭g刻劑。根據(jù)需要的化學反應類型，化學材料可以包括一種或混合的多種化學品。在一個實施例中，化學材料處于液態(tài)形式且通過高置噴霧器145噴射在晶圓110上以形成薄化學層140。在化學層形成期間，為了實現(xiàn)相等、均勻的厚度，可以旋轉(zhuǎn)晶圓110。當噴射化學材料140時，如果期望進一步的均勻性，高置噴霧器145可以以常規(guī)的速度在晶圓110上方圍繞晶圓110移動以覆蓋整個第一晶圓表面102。然而，一些晶圓處理可能要求形成厚度局部地變化的化學層140。為此，噴霧器145可以被配置為通過連接至計算機控制單元而在晶圓110之上的不同位置處噴射不同量的化學材料。圖5示意性地示出形成在晶圓110的第一晶圓表面102上的化學層140。在示出的特定實施例中，晶圓被放置為使第二晶圓表面104與第一晶圓加熱器120的上表面直接接觸。但是在另一個實施例中，如以上所述，晶圓110可以被放置在第一晶圓加熱器120之上的小距離處。
[0051]最后，在步驟308中，通過第一晶圓加熱器120加熱晶圓110以在晶圓110上生成目標溫度分布。如從圖1至圖5可以看出，在本發(fā)明中，通過加熱器120從第二晶圓表面104直接加熱晶圓110。熱流從與形成化學層的表面相對的晶圓表面流向形成化學層的晶圓表面。在那個布置中，僅通過加熱晶圓110間接地加熱化學材料。相比于本領域中通過直接加熱化學材料加熱晶圓的傳統(tǒng)方式相比，這種直接加熱晶圓的益處是顯而易見的。本發(fā)明中的方法由于直接加熱晶圓，使得更易于精細控制晶圓的溫度。如下面將描述的，精細控制加熱晶圓的能力進一步使得能夠在加熱工藝期間通過精密監(jiān)測晶圓上的溫度分布根據(jù)晶圓上的任何不同溫度分布加熱晶圓，以及隨時通過即時反饋系統(tǒng)調(diào)整晶圓加熱器的局部功率。此外，可以避免由于直接加熱化學品導致其經(jīng)歷液-氣相變而產(chǎn)生的化學氣體的突然和劇烈膨脹并損壞形成在晶圓上的圖案的問題。進一步地，在本方法中，通過將晶圓加熱至甚至高于化學材料的沸點溫度的溫度，可以增大化學反應速率，而同時仍限制化學品經(jīng)歷快速相變。
[0052]基于將要實施的特定類型的晶圓處理的各種工藝需求，確定晶圓110上將要實現(xiàn)的目標溫度分布。在一個工藝中，可以優(yōu)選均勻的溫度分布。在另一個工藝中，可以期望局部不同的溫度分布。在一個實施例中，在開始加熱晶圓I1之前，可以預定目標溫度分布。在另一個實施例中，可以獲得目標溫度分布，同時在加熱工藝期間持續(xù)調(diào)整該目標溫度分布，從而使晶圓110在其他類型的晶圓處理中可以具有將產(chǎn)生最高化學反應速率或最佳性能的最優(yōu)溫度分布。
[0053]圖6示意性地示出在實施例中如何可以確定最優(yōu)溫度分布。在示出的特定實施例中，溫度傳感器610設置在化學層630或晶圓600 (通過第一晶圓加熱器620加熱)之上，或者鄰近化學層630或晶圓600 (通過第一晶圓加熱器620加熱)。溫度傳感器610可以持續(xù)監(jiān)測晶圓600的表面上的實際的局部溫度分布且將溫度分布傳輸至計算系統(tǒng)640。另一方面，與計算系統(tǒng)640電連接的另一個計算系統(tǒng)650可以獨立地接收晶圓600和實施的晶圓處理的各個階段上的實時在線數(shù)據(jù)，諸如形成的化學層630的局部厚度、晶圓600上發(fā)生的當前化學反應速率、實施的特定晶圓處理的進展水平等。基于實際的局部溫度分布和實時在線數(shù)據(jù)，計算系統(tǒng)650可以確定將要實現(xiàn)的即時目標溫度分布且將其轉(zhuǎn)達至溫度控制單元，溫度控制單元可以作為單獨的計算機或計算系統(tǒng)650的部分存在。根據(jù)接收的即時目標溫度分布，溫度控制單元可以調(diào)整第一晶圓加熱器620中的各種類型的單個加熱元件(圖4A、圖4B和圖4C中示出)的功率輸出以控制晶圓600上的局部溫度。因此，本發(fā)明中的方法300可以進一步包括通過溫度傳感器監(jiān)測晶圓上的實際溫度分布和根據(jù)實際溫度分布控制目標溫度分布的步驟。
[0054]在本發(fā)明的一個實施例中，方法300可以進一步包括通過如圖1所示的設置在化學層140之上的第二加熱器122加熱形成在晶圓110上的化學層140，以用于晶圓溫度的輔助控制。輔助加熱器122可以采取圖4A、圖4B和圖4C中示出的本領域中使用的各種形式。例如，在一個實施例中，輔助加熱器可以是覆蓋整個化學層的固定的加熱器。在另一個實施例中，它可以位于形成在旋轉(zhuǎn)的晶圓上的化學層的一側。在另一個實施例中，可以將蒸汽加熱系統(tǒng)用作輔助加熱器。本發(fā)明中使用的輔助加熱器在用途和功能上不同于傳統(tǒng)加熱系統(tǒng)中使用的加熱器。在傳統(tǒng)的方法中，設置在化學層上方的加熱器是主要的，實際上，是用于加熱晶圓的唯一的加熱器。因此，經(jīng)常需要將化學材料加熱至甚至超過化學品的沸點溫度以將晶圓溫度增大至足夠用于期望的化學反應速率的程度，這涉及上述的由化學品的相變引起的許多問題。相比之下，本發(fā)明的方法中使用的各種類型的加熱器僅用于加熱化學材料的輔助目的，即，用于與位于晶圓下方的晶圓加熱器(實施主要加熱)結合，以超精細控制晶圓溫度。同樣地，本發(fā)明中的輔助加熱器從不需要將化學品加熱至沸點溫度以上而導致上述圖案坍塌問題。
[0055]與直接加熱化學材料并從而間接加熱晶圓的本領域中使用的傳統(tǒng)方法相比，在制造半導體器件中的各個晶圓處理步驟期間直接加熱晶圓的本發(fā)明的新方法提供了許多益處。由于直接加熱晶圓，本發(fā)明的方法使得更易于精細控制晶圓的溫度。如果期望，能夠以更均勻的溫度分布加熱晶圓。此外，精細控制晶圓的加熱的能力進一步使得能夠根據(jù)期望的晶圓上的任何不同的溫度分布加熱晶圓。在加熱工藝期間可以監(jiān)測晶圓上的實際溫度分布，且使用計算系統(tǒng)，可以容易地將當前溫度分布調(diào)整為新的目標溫度分布，可以通過能夠根據(jù)期望局部不同地加熱晶圓的晶圓加熱器在晶圓上立即實施該新的目標溫度分布。此夕卜，本方法可以避免通常存在于直接加熱化學品的傳統(tǒng)方法中的、由于其經(jīng)歷液-氣相變，化學氣體在短時間內(nèi)突然和劇烈膨脹(其嚴重損壞形成在晶圓上的圖案)的問題。進一步，由于消除了來自化學性質(zhì)的溫度限制，本方法通過將晶圓加熱至甚至高于化學材料的沸點溫度的溫度而可以獲得更高的化學反應速率，同時仍限制化學品經(jīng)歷快速相變。
[0056] 上面概述了若干實施例的特征，從而使得本領域技術人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領域的技術人員應該理解，它們可以容易地將本發(fā)明用作基礎，來設計或更改用于與本文中介紹的實施例執(zhí)行相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同的優(yōu)勢的其他工藝和結構。本領域技術人員也應該意識到，這種等效構造不背離本發(fā)明的精神和范圍，且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，他們可以對本發(fā)明做出各種變化、替換和修改。
【權利要求】
1.一種用于處理具有相對的第一晶圓表面和第二晶圓表面的晶圓的系統(tǒng)，包括: 化學品設置器，適合于將化學材料設置在所述第一晶圓表面上方以形成化學層；以及 第一加熱器，當晶圓被放置在所述第一加熱器上方從而使得所述第二晶圓表面面對所述第一加熱器時，所述第一加熱器適合于從所述第二晶圓表面加熱所述晶圓，其中，所述第一加熱器進一步適合于在所述晶圓上產(chǎn)生局部不同的目標溫度分布。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括: 溫度傳感器，用于監(jiān)測所述晶圓上的實際溫度分布。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，進一步包括: 計算系統(tǒng)，電連接至所述溫度傳感器和所述第一加熱器以根據(jù)所述實際溫度分布控制所述目標溫度分布。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，設置所述第一加熱器的尺寸并且將所述第一加熱器配置為能夠基本上均勻地和同時地加熱整個所述第二晶圓表面。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，進一步包括: 第二加熱器，被配置為用于在化學層形成之后加熱所述化學層。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括: 旋轉(zhuǎn)機構，以在加熱所述晶圓時旋轉(zhuǎn)所述晶圓。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一加熱器包括用于產(chǎn)生熱量的輻射源。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一加熱器包括用于產(chǎn)生熱量的電線圈。
9.一種在制造半導體器件中處理晶圓的方法，所述方法包括: 提供適合于加熱晶圓的第一加熱器以在所述晶圓上產(chǎn)生局部不同的目標溫度分布； 將具有相對的第一晶圓表面和第二晶圓表面的晶圓放置在所述第一加熱器上方，從而使所述第二晶圓表面面對所述第一加熱器； 在所述第一晶圓表面上方設置化學材料以在所述第一晶圓表面上形成化學層；以及通過所述第一加熱器從所述第二晶圓表面加熱所述晶圓以在所述晶圓上產(chǎn)生目標溫度分布。
10.一種在制造半導體器件中加熱晶圓的方法，所述方法包括: 將具有相對的第一晶圓表面和第二晶圓表面的晶圓設置在第一加熱器上方，從而使所述第二晶圓表面面對所述第一加熱器； 在所述第一晶圓表面上形成化學材料層； 通過所述第一加熱器加熱所述晶圓，同時控制所述晶圓上的溫度分布，以在所述晶圓上實現(xiàn)最優(yōu)溫度分布；以及 通過設置在化學層之上的第二加熱器加熱所述化學材料層； 其中，所述晶圓被加熱至所述化學材料的沸點溫度以上的溫度，并且所述化學材料層被加熱至所述化學材料的沸點溫度以下的溫度。
【文檔編號】H01L21/67GK104051298SQ201410087925
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權日:2013年3月14日
【發(fā)明者】張簡瑛雪, 楊棋銘 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司