专利名称：采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的装置及方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术，特别涉及采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件 的装置及方法。
背景技术：
随着半导体技术的发展，半导体器件的特征尺寸(CD)变得越来越小，光刻薄膜 在光刻过程中所采用的烘焙条件对半导体器件制程的影响也越来越大。在这里，光刻薄 膜可以包括底部抗反射层(BARC)和光阻胶层(PR)，有时还包括位于BARC下层的底层 或/和顶部抗反射层(TARC)，它们在光刻过程都起着不同的作用。如图1所示，在半 导体器件的衬底上，依次涂敷底层、BARC、PR及TARC。其中，底层用于在光刻过程 中使得半导体器件衬底平整，可以采用诸如氮化硅等物质；BARC用于在曝光过程中防 止半导体器件衬底的光反射以及在后续刻蚀过程中作为硬掩膜(在BARC含有硅离子的情 况下)；PR用于在光刻过程形成后续刻蚀或离子注入的光刻图形；TARC用于在曝光过 程中防止光反射。在具体制程过程中，TARC也可以替换为顶层(TOP coating)，该顶层 不溶于浸没液，在浸没式光刻工艺中保证下层的PR不会溶于浸没液污染可接触的曝光镜 头。
光刻薄膜中的各层材料都是由不同的厂商提供，为了光刻过程最优化，在涂覆 后的烘焙过程中，需要考虑各层材料性质，使得选取的烘焙条件综合的满足各层发挥光 刻作用最优化。其中，条件条件中的温度对光刻过程的最优化起着决定性作用，其可以 影响最终得到的半导体器件的CD、剖面结构(profile)以及特征尺寸均勻性(CDU)。尽 管提供光刻薄膜中各层材料的厂商都提供了光刻薄膜中的各层在烘焙过程中适用的温度 参数，但是在实际应用过程中，还需要由半导体器件制作者进行测试，得到使得本次光 刻过程最优化的烘焙条件，从而得到使得本次光刻过程最优化的光刻薄膜在烘焙过程中 所采用的温度参数后，采用该烘焙条件进行本次光刻过程。
在这里，烘焙条件不仅可以指光刻薄膜中各层材料中的一层或多层在涂覆后进 行烘焙所采用的条件，而且可以指在曝光后显影前进行的曝光后烘(PEB)条件。以下主 要以如何测试PEB条件为例说明如何测试烘焙条件，使得光刻过程的最优化。
具体地，图2为现有技术进行光刻薄膜烘焙过程的反应腔剖视图，该反应腔的 底部为加热器，用于对其上方的加热板加热；在加热器的上方设置有加热板，用于在其 上平放控片，也就是测试用的半导体器件，将加热器加热的热量均勻的传导到控片上； 该反应腔的外壁下半部对称设置有两个进气口，用于通入反应气体；该反应腔的外壁上 半部设置有一个出气口，用于将通入的反应气体排除该反应腔。
该反应腔可以为圆柱形结构或立方体结构，该反应腔中的加热板内还嵌有传感 器(图2中未示出)和该反应腔的外部电连接，用于检测加热板上的温度是否达到设置的温度。
在对一个光刻过程的烘焙条件进行测试，以选择最优化的光刻过程时，分别选取不同的控片，在涂覆光刻薄膜后，采用不同的烘焙条件，也就是同等时间不同温度参 数进行烘焙，分别检测不同控片经过烘焙后得到的CD、profile及CDU，确定出哪一烘焙 条件下可以使得该光刻过程最优化。
举两个例子说明一下。
第一个例子，取两个控片，分别涂覆光刻薄膜中的底层和BARC后，对采用不 同的烘焙条件进行后烘后，确定CD、profile及CDU。如图3所示的对光刻薄膜烘焙后得 到烘焙后的图形俯视图，得到的图3左边的图形采用的烘焙条件为温度180摄氏度以及 持续时间90秒；得到图3右边的图形采用的烘焙条件为温度200摄氏度以及持续时间 90秒。两者相比较，可以得出，图3左边的图形要优于图2右边的图形(CDU更好)。
第二个例子，采用三个控片，首先分别涂覆光刻薄膜，然后分别进行相同掩膜 图形的曝光，再后采用不同的PEB条件进行PEB过程，最后进行显影得到栅极图形。如 图4所示不同PEB条件下得到的栅极图形俯视图，其中，最上面栅极图形的PEB条件为 温度107摄氏度以及持续时间为60秒，得到的最终栅极图形CD为93纳米，比较大； 中间栅极图形的PEB条件为温度110摄氏度以及持续时间为60秒，得到的最终栅极图形 CD为86.9纳米，适中；最下面的栅极图形的PEB条件为温度113摄氏度及持续时间为 60秒，得到的最终栅极图形CD为84.2纳米，比较小。所以在实际工作中，选取的PEB 条件为110摄氏度以及持续时间为60秒。
从上面两个例子可以看出，为了得到最优化的光刻过程，常常需要多个控片分 别进行不同烘焙条件的测试，一般会选取3或5片控片进行，这会浪费许多控片、花费在 控片上涂覆的光刻薄膜以及花费许多测试时间。发明内容
有鉴于此，本发明提供一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的装置，该 装置在节省控片、涂覆在控片的光刻薄膜以及测试时间的基础上测试得到最优化的光刻 过程。
本发明还提供一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的方法，该方法在节 省控片、涂覆在控片的光刻薄膜及测试时间的基础上测试得到最优化的光刻过程。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的
一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的加热板，包括加热板以及在加 热板的边缘区域具有至少一个可升降的突起物，控片放置在该突起物和加热板的表面构 成的平面上。
所述可升降的突起物的升降高度为0 10毫米，放置的控片与加热板之间存在 的角度为0 2度。
所述可升降的突起物沿着圆周方向或/和径向方向上排列，其中，
在径向方向上，相邻两个突起物之间的高度差与该相邻两个突起物之间的距离 等于屯(放置的控片与加热板之间存在的角度)；
在圆周方向上，相邻两个突起物之间的高度差与该相邻两个突起物之间在径向 上的距离等于tg (放置的控片与加热板之间存在的角度)。
所述沿着圆周方向排列的所述可升降的突起物成等角度分布；
所述沿着径向方向排列的所述可升降的突起物成等间隔分布。
一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的反应腔，该反应腔的底部为加热 器，用于对上方的加热板加热；在加热器的上方设置有加热板；该反应腔的外壁下半 部对称设置有两个进气口，用于通入反应气体；该反应腔的外壁上半部设置有一个出气 口，用于将通入的反应气体排除该反应腔，其特征在于，
在该加热板的边缘区域具有至少一个可升降的突起物，控片放置在该突起物和 加热板的表面构成的平面上。
还包括有控制器，用于控制加热板上的突起物的可调节升降。
一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的方法，将具有光刻薄膜的控片放 置在加热板上，具有光刻薄膜的控片和加热板之间存在倾斜角度，采用设置的烘焙条件 对加热板进行加热，测试在加热板上的涂覆有光刻薄膜的控片不同区域的烘焙条件，得 到涂覆有光刻薄膜的控片不同区域和烘焙条件之间的对应关系，该方法还包括
对一控片涂覆光刻薄膜，置入所述加热板上，和所述加热板之间存在倾斜角 度；
采用设置的烘焙条件对加热板进行加热，对所述控片进行烘焙过程；
对所述进行烘焙过程后的控片进行测量，测量得到控片各个区域当前的特征尺 寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性后，选取最优特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均 勻性的区域，根据对应关系确定该区域对应的烘焙条件，将该烘焙条件作为批量生产晶 圆时进行对应烘焙过程所使用的烘焙条件。
所述光刻薄膜为底层、底部抗反射层、光刻胶层、顶部抗反射层和顶层中的 一种或多种组合。
所述倾斜角度为0 2度。
所述选取最优特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性的区域的过程为
将测量得到控片各个区域当前的特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性分 别与设定的标准特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性比较，找到其中区别最小的 特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性的区域，作为所选取的最优特征尺寸或/和特 征尺寸均勻性的区域。
由上述技术方案可见，本发明重新设置了承载控片的加热板，加热板的一端边 缘设置有至少一个可升降的突起物，用于使得控片成倾斜角度放置。由于控片成倾斜角 度放置，所以在加热板采用设置的烘焙条件对具有光刻薄膜的控片进行烘焙时，该控片 的不同部位的受热不同，也就是采用的烘焙条件不同，从而可以在同一控片上进行不同 烘焙条件的烘焙过程，然后确定光刻过程最优化的控片区域，得到对应该控片区域的烘 焙条件，将得到的对应该控片区域的烘焙条件作为进行批量生产晶圆时进行相应烘焙过 程所采用的烘焙条件。因此，本发明提供的装置及方法可以采用一个控片进行多个不同 烘焙条件的烘焙过程，完成不同烘焙条件下的光刻过程测试，得到最优化的光刻过程， 而不像现有技术那样需要采用多片控片完成，在节省控片、涂覆在控片的光刻薄膜以及 测试时间的基础上测试得到最优化的光刻过程。
图1为现有技术具有光刻薄膜的半导体器件的剖视结构图2为现有技术进行光刻薄膜烘焙过程的反应腔剖视图3为采用现有技术对光刻薄膜烘焙后得到烘焙后的图形俯视图4为采用现有技术的不同PEB条件下得到的栅极图形俯视图5为本发明提供的采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的加热板示意图6为本发明提供的采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的反应腔示意图7为本发明提供的采用一控片测试不同PEB条件的方法实施例流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施 例，对本发明作进一步详细说明。
在现有技术中，对一光刻过程中的光刻薄膜的同一层材料要进行多次烘焙条件 测试，以得到最优化的光刻过程，需要使用多个控片的原因为对于每一个控片，由于 在烘焙过程中加热板加热均勻，所以只能测试一个烘焙条件下的光刻过程得到的半导体 器件CD、profile或/和CDU，也就是控片的数量和要进行烘焙条件测试的数量为一一 对应关系。本发明为了在同一控片上进行不同烘焙条件的光刻过程最优化测试，对加热 板进行改进在加热板的一端边缘设置有至少一个可升降的突起物，用于使得控片成倾 斜角度放置。由于控片成倾斜角度放置，所以在加热板均勻对具有光刻薄膜的控片加热 时，该控片的不同部位的受热温度不同，也就是采用的烘焙条件不同，从而可以在同一 控片上进行不同烘焙条件的同一烘焙过程，然后确定光刻过程最优化的控片区域，得到 对应该控片区域的烘焙条件，将得到的对应该控片区域的烘焙条件作为进行批量生产晶 圆时进行同一烘焙过程所采用的烘焙条件。
这样，本发明提供的加热板及反应腔可以采用一个控片进行多个不同烘焙条件 的同一烘焙过程，完成不同烘焙条件下的光刻过程测试，得到最优化的光刻过程，而不 像现有技术那样需要采用多片控片完成，在节省控片、涂覆在控片的光刻薄膜以及测试 时间的基础上测试得到最优化的光刻条件。
在本发明中，烘焙条件不仅可以指光刻薄膜中各层材料在涂覆后进行烘焙所采 用的条件，而且可以指在曝光后显影前进行的曝光后烘(PEB)条件。
在本发明中，同一烘焙过程指的是对晶圆的光刻薄膜的同一层材料进行烘焙， 但是所采用的烘焙条件有差异。
图5为本发明提供的采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的加热板示意图， 该加热板和现有技术相同，采用加热器对其加热。在该加热板的边缘区域具有至少一个 可升降的突起物，控片放置在该突起物和加热板的表面构成的平面上。也就是说，放置 的控片与加热板之间存在角度，该角度由该突起物的升起高度确定。
在本发明实施例中，该突起物的升降高度为0 10毫米，放置的控片与加热板 之间存在的角度为O 2度。适用于12寸制程或8寸制程的控片。
在本发明实施例中，在该加热盘的突起物可以只有一个，在该加热板的边缘区 域设置；也可以有多个，沿着圆周方向或/和径向方向上排列，其中，在径向方向上的多个突起物中，相邻两个突起物之间的高度差与该相邻两个突起物之间的距离等于屯(放 置的控片与加热板之间存在的角度)，在圆周方向上的多个突起物中，相邻两个突起物之 间的高度差与该相邻两个突起物之间在径向上的距离等于屯(放置的控片与加热板之间存 在的角度)。
在本发明实施例中，沿着圆周方向排列的多个突起物可以成等角度分布，沿着 径向方向排列的多个突起物可以成等间隔分布。
在本发明实施例中，该突起物的升高和降低是由在反应腔外部的控制器进行调 节的。
这样，当具有光刻薄膜的控片放置在该加热板上时，由于该控片和该加热板之 间具有倾斜角度，使得该控片的不同区域和该加热板之间的距离不同，在进行同一烘焙 过程中，对加热板均勻加热，但是对于该控片来说，得到的烘焙条件(主要为温度参数) 则不同，得到的烘焙条件围绕着设置的烘焙条件。本发明测试得到该控片不同区域和烘 焙条件之间的对应关系，对该控片进行烘焙过程后，然后分别在该控片不同区域测量， 确定光刻薄膜的CD、profile或/和CDU最优的该控片区域后，根据测试得到的对应关 系，确定对应的烘焙条件。在进行批量生产时，采用该烘焙条件对批量生产的晶圆进行 对应的烘焙过程。
图6为本发明提供的采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的反应腔示意图， 该反应腔的底部为加热器，用于对其上方的加热板加热；在加热器的上方设置有加热 板；该反应腔的外壁下半部对称设置有两个进气口，用于通入反应气体；该反应腔的外 壁上半部设置有一个出气口，用于将通入的反应气体排除该反应腔。其中，在该加热板 的边缘区域具有至少一个可升降的突起物，控片放置在该突起物和加热板的表面构成的 平面上。也就是说，放置的控片与加热板之间存在角度，该角度由该突起物的升起高度确 定，用于将加热器加热的热量传导到控片上，控片上不同区域所传导到的温度不相同。
该反应腔可以为圆柱形结构或立方体结构，该反应腔中的加热板内还嵌有传感 器(图中未示出)和该反应腔的外部电连接，用于检测加热板上的温度是否达到设置的温 度。
在本发明实施例中，在外部还设置有控制器(图中未示出)，用于控制加热板上 的突起物的可调节升降。
在本发明中，还提供了一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的方法，具 体地说将具有光刻薄膜的控片放置在加热板上，具有光刻薄膜的控片和加热板之间存 在倾斜角度，采用设置的烘焙条件对加热板进行加热，测试在加热板上的涂覆有光刻薄 膜的控片不同区域的烘焙条件，得到涂覆有光刻薄膜的控片不同区域和烘焙条件之间的 对应关系。
然后，就可以进行测试过程了
对一控片涂覆光刻薄膜，置入所述加热板上，和所述加热板之间存在倾斜角 度；
采用设置的烘焙条件对加热板进行加热，对所述控片进行烘焙过程；
对所述进行烘焙过程后的控片进行测量，测量得到控片各个区域当前的特征尺 寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性后，选取最优特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性的区域，根据对应关系确定该区域对应的烘焙条件，将该烘焙条件作为批量生产晶 圆时进行对应烘焙过程所使用的烘焙条件。
在本发明中，控片涂覆的光刻薄膜为底层、底部抗反射层、光刻胶层、顶部抗 反射层和顶层中的一种或多种组合。进行的烘焙过程可以为对底层、底部抗反射层、光 刻胶层、顶部抗反射层和顶层中的一种或多种组合的烘焙，或者是PEB过程。
采用一控片测试不同PEB条件的方法对本发明提供的方法进行举例说明。
图7为本发明提供的采用一控片测试不同PEB条件的方法流程图，将具有光刻 薄膜的控片放置在加热板上，该控片和加热板之间存在角度，其具体步骤为
步骤701、设置PEB条件，包括温度和时长后，采用该PEB条件对加热板进行 加热，测试在加热板上的涂覆有光刻薄膜的控片不同区域的PEB条件，得到控片不同区 域和PEB条件之间的对应关系；
在本步骤中，由于控片和该加热板之间具有倾斜角度，使得该控片的不同区域 和该加热板之间的距离不同，在进行PEB过程中，对加热板采用设置的PEB条件加热， 但是对于该控片来说，测试得到的PEB条件(主要为温度参数)则不同，测试得到的PEB 条件围绕着设置的PEB条件；
步骤702、取一个控片，涂覆光刻薄膜；
在本步骤中，光刻胶薄膜至少包括BARC和PR，有时还包括位于BARC下层的 底层或/和位于PR上层的TARC (不同的光刻工艺采用不同的光刻薄膜)，在涂覆时分别 进行涂覆；
在本步骤中，在控片中涂覆的光刻薄膜和步骤701中测试得到对应关系时在控 片中涂覆的光刻薄膜相同；
步骤703、对涂覆光刻薄膜完成的控片进行光刻图形的曝光；
步骤704、在将进行曝光后的该控片放置到反应腔中的加热板上，和加热板成倾 斜角度放置；
步骤705、在反应腔中采用设置的PEB条件进行PEB过程；
在该步骤中，也就是采用步骤701设置的PEB条件通过加热器对加热板进行加 热，进行PEB过程；
步骤706、将进行了 PEB过程的控片从反应腔取出后，显影；
步骤707、测量显影后得到的图形，确定显影后的控片上各个区域的CD和/或 CDU ；
步骤708、选取CD和/或CDU最趋近于设置的CD和/或CDU标准的控片区 域后，根据步骤701设置的对应关系确定该控片区域对应的PEB条件；
在本步骤中，也可以选取光刻最优的CD或/和CDU的控片区域，而不设置标 准的CD和/或CDU ；
步骤709、将确定的PEB条件作为进行批量生产晶圆时进行PEB所采用的PEB 条件。
在图7所述的过程中，执行完步骤701后得到的对应关系可以给多个控片使用， 并不是进行一次控片的最优化光刻工艺测试就重新执行步骤701，在使用步骤701得到的 对应关系时，需要注意控片的光刻薄膜和在步骤701测试得到对应关系时使用的光刻薄膜相同，且采用的设置PEB条件和步骤701的条件相同。
在现有技术中，由于具有光刻薄膜的控片平放在加热板上，所以其在进行烘焙 时不同区域的烘焙条件是基本相同的，经过测试得到，在采用烘焙条件为114摄氏度对 加热板进行加热时，该具有光刻薄膜的控片的不同区域的温度范围为0. 摄氏度，在 113.96摄氏度 114.M摄氏度之间，所以在进行测试时，一个控片只能对一个烘焙条件 进行烘焙过程测试；而采用本发明提供的方法，由于具有光刻胶薄膜的控片在放置到加 热板上时，和加热板之间成一定的角度，所以在进行烘焙时不同区域的烘焙条件是不相 同的，经过测试得到，在采用烘焙条件为114摄氏度对加热板进行加热时，该具有光刻 薄膜的控片的不同区域的温度范围为2.55摄氏度，在111.74摄氏度 114. 摄氏度之 间，所以在进行测试时，一个控片可以同时对多个烘焙条件进行烘焙过程测试，得到对 应于具有最优CD、profile或/和CDU的光刻图形区域的烘焙条件。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1.一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的加热板，包括加热板以及在加热 板的边缘区域具有至少一个可升降的突起物，控片放置在该突起物和加热板的表面构成 的平面上。
2.如权利要求1所述的加热板，其特征在于，所述可升降的突起物的升降高度为O 10毫米，放置的控片与加热板之间存在的角度为0 2度。
3.如权利要求1或2所述的加热板，其特征在于，所述可升降的突起物沿着圆周方向 或/和径向方向上排列，其中，在径向方向上，相邻两个突起物之间的高度差与该相邻两个突起物之间的距离等于 tg(放置的控片与加热板之间存在的角度)；在圆周方向上，相邻两个突起物之间的高度差与该相邻两个突起物之间在径向上的 距离等于tg(放置的控片与加热板之间存在的角度)。
4.如权利要求3所述的加热板，其特征在于，所述沿着圆周方向排列的所述可升降的 突起物成等角度分布；所述沿着径向方向排列的所述可升降的突起物成等间隔分布。
5.一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的反应腔，该反应腔的底部为加热 器，用于对上方的加热板加热；在加热器的上方设置有加热板；该反应腔的外壁下半 部对称设置有两个进气口，用于通入反应气体；该反应腔的外壁上半部设置有一个出气 口，用于将通入的反应气体排除该反应腔，其特征在于，在该加热板的边缘区域具有至少一个可升降的突起物，控片放置在该突起物和加热 板的表面构成的平面上。
6.如权利要求5所述的反应腔，其特征在于，还包括有控制器，用于控制加热板上的 突起物的可调节升降。
7.一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的方法，将具有光刻薄膜的控片放置 在加热板上，具有光刻薄膜的控片和加热板之间存在倾斜角度，采用设置的烘焙条件对 加热板进行加热，测试在加热板上的涂覆有光刻薄膜的控片不同区域的烘焙条件，得到 涂覆有光刻薄膜的控片不同区域和烘焙条件之间的对应关系，该方法还包括对一控片涂覆光刻薄膜，置入所述加热板上，和所述加热板之间存在倾斜角度；采用设置的烘焙条件对加热板进行加热，对所述控片进行烘焙过程；对所述进行烘焙过程后的控片进行测量，测量得到控片各个区域当前的特征尺寸、 剖面结构或/和特征尺寸均勻性后，选取最优特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性 的区域，根据对应关系确定该区域对应的烘焙条件，将该烘焙条件作为批量生产晶圆时 进行对应烘焙过程所使用的烘焙条件。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光刻薄膜为底层、底部抗反射 层、光刻胶层、顶部抗反射层和顶层中的一种或多种组合。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述倾斜角度为0 2度。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述选取最优特征尺寸、剖面结构或/ 和特征尺寸均勻性的区域的过程为将测量得到控片各个区域当前的特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性分别与 设定的标准特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性比较，找到其中区别最小的特征尺寸、剖面结构或/和特征尺寸均勻性的区域，作为所选取的最优特征尺寸或/和特征尺 寸均勻性的区域。
全文摘要
本发明公开了一种采用一控片测试光刻薄膜不同烘焙条件的装置及方法，其中，加热板包括加热板以及在加热板的边缘区域具有至少一个可升降的突起物，控片放置在该突起物和加热板的表面构成的平面上。因此，本发明提供的装置及方法可以采用一个控片进行多个不同烘焙条件的烘焙过程，完成不同烘焙条件下的光刻过程测试，得到最优化的光刻过程。
文档编号H01L21/66GK102023499SQ200910195859
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者安辉 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司