CN111900076A - 一种用于晶圆烘烤的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于晶圆烘烤的温度控制方法，该温度控制方法可以包括如下步骤：烘烤晶圆时，检测晶圆上多个区域的温度值，从而确定烘烤时晶圆各区域温度分布，利用翘曲量与烘烤时晶圆各区域温度分布之间的关系、当前烘烤时晶圆各区域温度分布确定晶圆的翘曲量，使用该翘曲量来控制用于烘烤晶圆的热板上的多个加热单元各自的发热功率，以使晶圆均匀受热。本公开能够在不改变烘烤装置产品结构的基础上使发生翘曲的晶圆各区域在烘烤过程中均匀受热，可以彻底地解决现有真空吸附晶圆方式带来的诸多问题，而且本公开还具有投入成本较低、可靠性高等突出优点，适于大面积地推广和应用。

Description

一种用于晶圆烘烤的温度控制方法

技术领域

本公开涉及晶圆烘烤技术领域，更为具体来说，本公开为一种用于晶圆烘烤的温度控制方法。

背景技术

在烘烤(Baking)晶圆的过程中，虽然晶圆烘烤装置的热板(Plate)可均匀地释放出热量，但由于在烘烤等加工过程中产生晶圆翘曲(Wafer warpage)问题而使晶圆无法均匀受热。为了解决晶圆翘曲导致的晶圆无法均匀受热问题，现有技术中采用了具有真空(Vacuum)吸附功能的热板，将放在热板中的晶圆各区域牢牢地贴在热板上，以避免晶圆在烘烤等加工过程中产生翘曲问题，进而能够使晶圆均匀地受热；但是，真空吸附系统往往会增大烘烤装置的体积、投入的成本比较高，而且真空吸附系统一般比较复杂、无法应用在所有的烘烤装置上，而且真空吸附的方式必然要将晶圆与热板直接接触，容易对晶圆造成污染，很可能会导致加工得到的半导体器件良率较低。

发明内容

为解决由于晶圆翘曲(Wafer warpage)问题而使晶圆无法均匀受热的问题，本公开的一个或多个实施例中提供了一种用于晶圆烘烤的温度控制方法，能够利用在先烘烤时晶圆各区域的温度确定晶圆因烘烤产生的翘曲量，并根据该翘曲量调节在后烘烤时热板的各加热单元的发热功率，从而达到使晶圆均匀受热的目的，从而彻底解决现有技术存在的问题。

根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种用于晶圆烘烤的温度控制方法，该温度控制方法可以包括如下步骤：烘烤晶圆时，检测晶圆上多个区域的温度值，从而确定烘烤时晶圆各区域温度分布，利用翘曲量与烘烤时晶圆各区域温度分布之间的关系、当前烘烤时晶圆各区域温度分布确定晶圆的翘曲量，使用该翘曲量来控制用于烘烤晶圆的热板上的多个加热单元各自的发热功率，以使晶圆均匀受热。

本公开的有益效果为：与现有的真空吸附方式相比，本公开能够在不改变烘烤装置产品结构的基础上使发生翘曲的晶圆各区域在烘烤过程中均匀受热(Tempuniformity)，可以避免因前期晶圆烘烤导致的翘曲而影响后期晶圆正常烘烤的问题，而且本公开还具有投入成本较低、可靠性高等突出优点，所以本公开适于应用在集成度较高的半导体器件加工工艺上，具有较高的推广价值，适于大面积的推广和应用。

附图说明

图1示出了本公开一些实施例中一种用于晶圆烘烤的温度控制方法的流程示意图。

图2示出了本公开一些实施例中增粘处理装置及烘烤时晶圆各区域温度随时间变化的示意图。

图3示出了本公开一些实施例中软烘装置及烘烤时晶圆各区域温度随时间变化的示意图。

图4示出了本公开一些实施例中曝光后烘烤装置及烘烤时晶圆各区域温度随时间变化的示意图。

图5示出了本公开一些实施例中热板的多个加热单元在热板上的分布状态示意图。

图6示出了现有具有真空装置的烘烤装置的结构示意图。

图中，

100、底座；

101、烤箱腔室；

102、晶圆；

103、排气装置；

104、冷却盘；

105、热板；

106、加热单元；

107、真空装置。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

在半导体的涂胶显影工艺中，晶圆烘烤(Baking)非常重要，但往往存在晶圆各区域受热不均匀的问题。晶圆受热不均匀很可能会导致缺陷、涂布不均匀、刻蚀速率不一致等问题，这些缺陷很可能导致半导体器件良率不高、甚至出现返工或报废的情况，进而导致半导体器件成本明显地增高。为解决翘曲导致晶圆受热不均的问题，本公开能够具体提供一种考虑晶圆翘曲(Wafer Warpage)的温度调整方法。本公开的一个或多个实施例中，具体提供了一种用于晶圆烘烤的温度控制方法。如图1所示，图1示出了本公开一些实施例中一种用于晶圆烘烤的温度控制方法的流程示意图，该温度控制方法能够使晶圆在后期加热过程中均匀受热，还有助于在后期加热晶圆的烘烤过程中能够改善在前期加热晶圆时产生的翘曲。例如可以改善在第一次烘烤晶圆的过程中产生的晶圆翘曲，比如减小翘曲的程度。具体地，本公开一个或多个实施例中的温度控制方法可包括下述的步骤。

如图2所示，示出了本公开一些实施例中增粘处理装置及烘烤时晶圆102各区域温度随时间变化的示意图。增粘处理装置可包括底座100、设置于底座100上方烤箱腔室101和冷却盘104，烤箱腔室101内具有排气装置103，烤箱腔室101内设置有热板105，晶圆102放置于热板105上。在第一次烘烤晶圆102时检测晶圆102上多个区域的温度值，本实施例中的翘曲量为第一次烘烤测得的翘曲量。在本公开的一个或多个实施例中，第一次烘烤晶圆102的过程为增粘处理(ADH，Adhensionbake)过程，晶圆的增粘处理过程的温度范围可以是130℃～180℃。在烘烤晶圆102时，检测晶圆102上多个区域的温度值，通过多区域的温度检测值确定出加热晶圆102时发生的晶圆102变化(本公开指的是晶圆102翘曲)。具体地，本公开的一些实施例中利用均匀设置的多个温度检测装置分别对应地检测晶圆102上多个区域的温度值，从而利用晶圆102中央区域的温度值和至少一个非中央区域的温度值确定晶圆102各区域温度分布，以得到当前烘烤时晶圆102各区域温度分布。其中，“非中央区域”可以包括晶圆的边缘区域以及晶圆边缘与中央之间的区域。本公开一些实施例中的温度检测装置例如可以包括温度传感器(Sensor)，温度传感器型号例如可以是PT100、PT1000等，温度传感器的温度检测周期可以为0.05秒～5秒。再利用翘曲量与烘烤时晶圆102各区域温度分布之间的关系、当前烘烤时晶圆102各区域温度分布确定晶圆102的翘曲量，翘曲量与烘烤时晶圆102各区域温度分布之间的关系例如可以通过大量的实验数据或其他方式获得，用于实现两者计算的关系函数可以通过可以用Program积分等方法实现。例如，当晶圆102发生凸起变形时，用于检测晶圆102中央区域温度的温度传感器的检测值变小；当晶圆102发生凸起变形的程度加大时，用于检测晶圆102中央区域温度的温度传感器的检测值会变得更小；当晶圆102发生凹陷变形时，用于检测晶圆102边缘区域温度的传感器的检测值变小。本公开一些实施例可以通过分析用于检测晶圆102中央区域和边缘区域的温度传感器的温度检测值确定晶圆102的变形量(翘曲量)，以得到的这些数据作为基础。在后续的烘烤过程中，能够在相应的区域控制加热补偿量(Offset)，改善因热膨胀系数导致的晶圆102翘曲产生的晶圆102受热不均的问题。本公开的当前烘烤时晶圆102各区域温度分布通过上述温度检测装置的检测获得，从而达到了获取晶圆102的翘曲量的目的。

在整个光刻加工工艺，第一次晶圆102烘烤后往往需进行旋涂(Coating)光刻胶(PR，photoresist)步骤、软烘(SoftBake)步骤、图形转移步骤、曝光后烘烤(PEB，PostExposureBake)、后烘(Hard Bake)等步骤。在后续的晶圆102烘烤过程中，根据得到的晶圆102上述的翘曲量，本公开能够通过控制热板的各加热单元106的工作方式(例如加热功率、加热量等)使晶圆102均匀受热，避免晶圆102翘曲导致的晶圆受热不均的问题，实现过程具体说明如下。

如图3所示，图3示出了本公开一些实施例中软烘装置及烘烤时晶圆102各区域温度随时间变化的示意图。软烘装置可包括底座100、设置于底座100上方烤箱腔室101和冷却盘104，烤箱腔室101内具有排气装置103，烤箱腔室101内设置有热板105，晶圆102放置于热板105上。如图4所示，图4与图3分别为不同的烘烤过程，一般需使用不同的烘烤装置，图4示出了本公开一些实施例中曝光后烘烤装置及烘烤时晶圆102各区域温度随时间变化的示意图。曝光后烘烤装置可包括底座100、设置于底座100上方烤箱腔室101和冷却盘104，烤箱腔室101内具有排气装置103，烤箱腔室101内设置有热板105，晶圆102放置于热板105上。在软烘过程和/或曝光后烘烤过程中，使用翘曲量来控制用于烘烤晶圆102的多个加热单元106各自的发热功率，即后续的烘烤过程控制加热单元106发热的补偿量(Offset)，从而通过翘曲量控制热板的各加热单元106的发热功率的方式使晶圆102均匀受热。需要指出的是，后续的烘烤过程(包括软烘和曝光后烘烤等)往往在不同的热板105进行，本公开可以在不对现有设备结构改造的情况下对晶圆102相应区域进行加热补偿，达到使晶圆102各区域均匀受热的目的，可彻底解决现有真空吸附方式存在的诸多问题。如图6所示，图6示出了现有具有真空装置107的烘烤装置的结构示意图；其中，软烘的温度范围可以是90℃～110℃，曝光后烘烤的温度范围可以是95℃～110℃。本公开的一些实施例中，例如可以增大晶圆102发生翘曲的部分对应的加热单元106的功率，和/或减小没有发生翘曲的部分对应的加热单元106的功率，或者在增大晶圆102发生翘曲的部分对应的加热单元106的功率的同时保持没有发生翘曲的部分对应的加热单元106的功率不变。本公开还能够通过控制热板的各加热单元106的工作方式对在第一次晶圆102烘烤过程中产生的翘曲进行补正，从而减弱甚至消除前期(例如第一次)加热晶圆102而产生的翘曲问题。本公开一些实施例中的多个加热单元106均匀地布置在被烘烤的晶圆102的上方或下方，本公开一些实施例中的多个加热单元106均匀地布置在可以嵌入在晶圆102烘烤装置的热板105中。加热单元106的数量例如可以为2个～50个，如15个加热单元106。如图5所示，图5示出了本公开一些实施例中多个加热单元106在热板105上的分布状态示意图，均匀分布的多个加热单元106或加热区域(Zone)能够提升加热的均匀性，加热单元106的加热温度范围可以是50℃～700℃。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (12)

1.一种用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，所述温度控制方法包括如下步骤：

获取晶圆的翘曲量；

使用所述翘曲量来控制用于烘烤所述晶圆的热板上的多个加热单元各自的发热功率，以使所述晶圆均匀受热。

2.根据权利要求1所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，获取晶圆的翘曲量的步骤包括：

烘烤所述晶圆时，检测晶圆上多个区域的温度值，以确定烘烤时晶圆各区域温度分布；

利用翘曲量与烘烤时晶圆各区域温度分布之间的关系、当前所述烘烤时晶圆各区域温度分布确定晶圆的翘曲量。

3.根据权利要求2所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，利用均匀设置的多个温度检测装置分别对应地检测晶圆上多个区域的温度值。

4.根据权利要求3所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，所述温度检测装置为温度传感器，所述温度传感器的温度检测周期为0.05秒～5秒。

5.根据权利要求4所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，利用所述晶圆中央区域的温度值和至少一个非中央区域的温度值确定所述晶圆各区域温度分布。

6.根据权利要求5所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，在第一次烘烤所述晶圆时检测晶圆上多个区域的温度值，所述翘曲量为第一次烘烤测得的翘曲量。

7.根据权利要求6所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，第一次烘烤所述晶圆的过程为晶圆的增粘处理过程。

8.根据权利要求1或7所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，在软烘过程和/或曝光后烘烤过程中，根据所述翘曲量控制热板的各加热单元的发热功率。

9.根据权利要求8所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，增大晶圆发生翘曲的部分对应的加热单元的功率。

10.根据权利要求9所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，所述多个加热单元均匀地布置在被烘烤的晶圆的上方或下方。

11.根据权利要求10所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，加热单元的数量为2个～50个。

12.根据权利要求11所述的用于晶圆烘烤的温度控制方法，其特征在于，加热单元的加热温度范围是50℃～700℃。

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