[發明專利]采用一控片測試光刻薄膜不同烘焙條件的裝置及方法

有效

• 申請號: 200910195859.1
• 申請日: 2009-09-17
• 公開（公告）號: CN102023499A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 安輝
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: G03F7/38
• 分類號: G03F7/38;H01L21/66
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及半導體制造技術，特別涉及采用一控片測試光刻薄膜不同烘焙條件的裝置及方法。

背景技術

隨著半導體技術的發展，半導體器件的特征尺寸(CD)變得越來越小，光刻薄膜在光刻過程中所采用的烘焙條件對半導體器件制程的影響也越來越大。在這里，光刻薄膜可以包括底部抗反射層(BARC)和光阻膠層(PR)，有時還包括位于BARC下層的底層或/和頂部抗反射層(TARC)，它們在光刻過程都起著不同的作用。如圖1所示，在半導體器件的襯底上，依次涂敷底層、BARC、PR及TARC。其中，底層用于在光刻過程中使得半導體器件襯底平整，可以采用諸如氮化硅等物質；BARC用于在曝光過程中防止半導體器件襯底的光反射以及在后續刻蝕過程中作為硬掩膜(在BARC含有硅離子的情況下)；PR用于在光刻過程形成后續刻蝕或離子注入的光刻圖形；TARC用于在曝光過程中防止光反射。在具體制程過程中，TARC也可以替換為頂層(TOP?coating)，該頂層不溶于浸沒液，在浸沒式光刻工藝中保證下層的PR不會溶于浸沒液污染可接觸的曝光鏡頭。

光刻薄膜中的各層材料都是由不同的廠商提供，為了光刻過程最優化，在涂覆后的烘焙過程中，需要考慮各層材料性質，使得選取的烘焙條件綜合的滿足各層發揮光刻作用最優化。其中，條件條件中的溫度對光刻過程的最優化起著決定性作用，其可以影響最終得到的半導體器件的CD、剖面結構(profile)以及特征尺寸均勻性(CDU)。盡管提供光刻薄膜中各層材料的廠商都提供了光刻薄膜中的各層在烘焙過程中適用的溫度參數，但是在實際應用過程中，還需要由半導體器件制作者進行測試，得到使得本次光刻過程最優化的烘焙條件，從而得到使得本次光刻過程最優化的光刻薄膜在烘焙過程中所采用的溫度參數后，采用該烘焙條件進行本次光刻過程。

在這里，烘焙條件不僅可以指光刻薄膜中各層材料中的一層或多層在涂覆后進行烘焙所采用的條件，而且可以指在曝光后顯影前進行的曝光后烘(PEB)條件。以下主要以如何測試PEB條件為例說明如何測試烘焙條件，使得光刻過程的最優化。

具體地，圖2為現有技術進行光刻薄膜烘焙過程的反應腔剖視圖，該反應腔的底部為加熱器，用于對其上方的加熱板加熱；在加熱器的上方設置有加熱板，用于在其上平放控片，也就是測試用的半導體器件，將加熱器加熱的熱量均勻的傳導到控片上；該反應腔的外壁下半部對稱設置有兩個進氣口，用于通入反應氣體；該反應腔的外壁上半部設置有一個出氣口，用于將通入的反應氣體排除該反應腔。

該反應腔可以為圓柱形結構或立方體結構，該反應腔中的加熱板內還嵌有傳感器(圖2中未示出)和該反應腔的外部電連接，用于檢測加熱板上的溫度是否達到設置的溫度。

在對一個光刻過程的烘焙條件進行測試，以選擇最優化的光刻過程時，分別選取不同的控片，在涂覆光刻薄膜后，采用不同的烘焙條件，也就是同等時間不同溫度參數進行烘焙，分別檢測不同控片經過烘焙后得到的CD、profile及CDU，確定出哪一烘焙條件下可以使得該光刻過程最優化。

舉兩個例子說明一下。

第一個例子，取兩個控片，分別涂覆光刻薄膜中的底層和BARC后，對采用不同的烘焙條件進行后烘后，確定CD、profile及CDU。如圖3所示的對光刻薄膜烘焙后得到烘焙后的圖形俯視圖，得到的圖3左邊的圖形采用的烘焙條件為：溫度180攝氏度以及持續時間90秒；得到圖3右邊的圖形采用的烘焙條件為：溫度200攝氏度以及持續時間90秒。兩者相比較，可以得出，圖3左邊的圖形要優于圖2右邊的圖形(CDU更好)。

第二個例子，采用三個控片，首先分別涂覆光刻薄膜，然后分別進行相同掩膜圖形的曝光，再后采用不同的PEB條件進行PEB過程，最后進行顯影得到柵極圖形。如圖4所示不同PEB條件下得到的柵極圖形俯視圖，其中，最上面柵極圖形的PEB條件為溫度107攝氏度以及持續時間為60秒，得到的最終柵極圖形CD為93納米，比較大；中間柵極圖形的PEB條件為溫度110攝氏度以及持續時間為60秒，得到的最終柵極圖形CD為86.9納米，適中；最下面的柵極圖形的PEB條件為溫度113攝氏度及持續時間為60秒，得到的最終柵極圖形CD為84.2納米，比較小。所以在實際工作中，選取的PEB條件為110攝氏度以及持續時間為60秒。

從上面兩個例子可以看出，為了得到最優化的光刻過程，常常需要多個控片分別進行不同烘焙條件的測試，一般會選取3或5片控片進行，這會浪費許多控片、花費在控片上涂覆的光刻薄膜以及花費許多測試時間。

發明內容