[發明專利]可精細控制溫度的晶圓加熱系統

有效

• 申請號: 201410087925.4
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN104051298B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 張簡瑛雪;楊棋銘
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年3月14日提交的美國臨時申請第61/786290號的優先權。

技術領域

本發明涉及可精細控制溫度的晶圓加熱系統。

背景技術

半導體集成電路（IC）產業已經經歷了指數式增長。IC材料和設計中的技術進步已經產生了數代IC，其中，每代IC都比前一代IC具有更小和更復雜的電路。在IC發展的過程中，功能密度（即，每一芯片面積上互連器件的數量）已普遍增加，而幾何尺寸（即，使用制造工藝可以產生的最小部件（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。

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。

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（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。

另一個缺陷是由于直接加熱化學材料。化學材料被加熱達到的溫度受到化學材料的化學性質強加的溫度限制。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，材料從液態變為氣態。盡管持續施加熱能，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化學品（大多數化學反應最活躍地發生在這個狀態下）的損耗而降低反應速率，而且還導致圖案損壞或坍塌。此外，在高溫環境下，在溫度快速增加的化學品的蒸發階段，更難以為了最優反應速率和均勻性，根據期望的那樣精確地控制或精細調節晶圓上的溫度分布。

因此，為了防止由蒸發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反應速率的更精細調節的控制，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生確定最優反應速率的均勻的、任何期望的溫度分布的加熱晶圓的方法和系統。此外，也期望提供一種在溫和的溫度環境下（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。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，根據本發明的一個方面，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，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生局部不同的目標溫度分布。

在上述系統中，進一步包括：溫度傳感器，用于監測所述晶圓上的實際溫度分布。

在上述系統中，進一步包括：計算系統，電連接至所述溫度傳感器和所述第一加熱器以根據所述實際溫度分布控制所述目標溫度分布。

在上述系統中，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。

在上述系統中，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。

在上述系統中，進一步包括：旋轉機構，以在加熱所述晶圓時旋轉所述晶圓。

在上述系統中，其中，所述第一加熱器包括用于產生熱量的輻射源。

在上述系統中，其中，所述第一加熱器包括用于產生熱量的電線圈。

在上述系統中，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。