加热方法以及加热装置与流程

本发明实施例涉及半导体技术领域，特别涉及一种加热方法以及加热装置。

背景技术：

晶圆(wafer)是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状通常为圆形，故称为晶圆。可进行集成电路制作工艺，在晶圆上加工制作成各种电路元件结构，从而成为有特定电性功能的ic产品。

进行图形转移是集成电路制作工艺中的重要环节之一。图形转移的步骤主要包括：在晶圆上形成具有设计图形的光刻胶层，该光刻胶层具有特定的线宽(linewidth)；然后将该设计图形传递至晶圆。

然而，在实际制程工艺中，晶圆在经历了一系列的制程工艺以后会出现晶圆翘曲的问题。比如热的烘焙工艺以及晶圆表面生成高应力膜工艺都会使得晶圆出现不同程度的翘曲问题。这些翘曲导致涂覆在晶圆上的光刻胶层线宽均匀性差，使得制造的半导体器件的性能低下。

技术实现要素：

本发明实施例解决的技术问题为提供一种加热方法以及加热装置，改善光刻胶层的光刻图形线宽尺寸均匀性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种加热方法，用于对晶圆以及位于所述晶圆上的具有光刻图形的光刻胶层进行加热处理，且在所述加热处理后所述光刻图形具有期望线宽尺寸，所述晶圆为翘曲变形的晶圆，包括：获取距离温度关系式，所述距离温度关系式表征，将所述晶圆置于加热盘上进行加热以对所述光刻胶层进行加热处理之后，在所述光刻图形具有不同的实际线宽尺寸下，所述晶圆的翘曲高度值与所述加热盘的加热温度之间的对应关系；基于所述距离温度关系式以及所述期望线宽尺寸，设置所述加热装置向所述晶圆的不同翘曲高度处对应提供的设定加热温度值，对所述光刻胶层进行加热处理。

本发明实施例还提供一种应用于上述加热方法的加热装置，包括：承载盘，用于承载晶圆；多个加热部，所述多个加热部设置于所述承载盘表面，用于对置于所述承载盘上的晶圆进行加热；翘曲高度测量模块，用于量测置于所述承载盘上的晶圆的不同翘曲高度处对应的翘曲高度值；温度设定模块，与所述加热部以及所述翘曲高度测量模块连接，所述温度设定模块用于，基于所述距离温度关系式以及所述期望线宽尺寸，设置所述晶圆的不同翘曲高度处对应的加热部的设定加热温度。

与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：

本发明实施例提供的加热方法的技术方案中，获取距离温度关系式，所述距离温度关系式反映在对光刻胶层进行加热处理之后，光刻图形具有不同的实际线宽尺寸下，晶圆的翘曲高度值与加热盘的加热温度之间的对应关系；在获知对光刻胶层进行加热处理后具有的期望线宽尺寸后，基于期望线宽尺寸以及距离温度关系式，设置加热装置向晶圆的不同翘曲高度处对应提供的设定加热温度值，对光刻胶层进行加热处理。由于晶圆的不同翘曲高度值对于光刻图形的线宽尺寸变化的影响不同，本发明实施例中不同翘曲高度处对应的设定加热温度值不同，以减小或者抵消不同翘曲高度值对于光刻图形线宽尺寸变化带来的影响，从而改善加热处理后光刻图形线宽尺寸的均匀性。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为一种晶圆加热过程的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例中获取距离温度关系式的流程示意图；

图3为获取第一对应关系式的方法对应的一种剖面结构示意图；

图4为获取第一对应关系式的方法对应的另一种剖面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一对应关系式的曲线图；

图6为本发明实施例提供的第二对应关系式的曲线图；

图7为本发明实施例提供的距离温度关系式的曲线图；

图8为本发明实施例提供的加热装置的结构框图；

图9为本发明实施例提供的加热装置的俯视结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中存在晶圆翘曲导致光刻胶层的线宽均匀性差的问题。

分析发现，在将设计图形传递至晶圆之前，晶圆通常需要经历至少一道的加热处理步骤，这些加热处理步骤使得晶圆产生微小的变形，导致后续光刻工艺中涂覆在晶圆上光刻胶层的图形线宽会有不同程度变化。例如离子注入后的热退火工艺，抗反射涂覆的热烘焙工艺。

前面制程导致的晶圆翘曲造成光刻工艺中光刻胶层的线宽均匀性差，量测晶圆翘曲高度并经由温度和高度的修正曲线实现补偿，实现线宽均匀性一致的目的。现结合附图进行分析，参考图1，图1为一种晶圆加热过程的剖面结构示意图，在加热盘10上放置晶圆11，对晶圆11进行加热处理步骤。

晶圆11表面各处与加热盘10之间的距离不同，为便于图示和说明，图中以第一距离l1、第二距离l2、第三距离l3、第四距离l4以及第五距离l5为例示出。由于加热盘10各处的加热温度一致，且晶圆11表面各处与加热盘10之间的距离不同，造成晶圆11表面各处的实际受热温度不一致，因而出现了光刻胶层烘烤温度不均匀的问题，导致光刻胶层各处的图形变化不一致，进而造成光刻胶层的线宽不均匀。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种加热方法，考虑到在对光刻胶层进行加热处理过程中，晶圆不同翘曲处对于光刻图形的线宽尺寸变化的影响不同，因此在设定加热温度时将不同翘曲高度对光刻图形的线宽尺寸变化的影响考虑进去，加热装置在不同翘曲高度值对应的设定温度不同，从而减小甚至抵消不同翘曲高度值对于光刻图形线宽尺寸变化带来的影响，进而改善加热处理后的光刻图形线宽尺寸均匀性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明实施例提供的加热方法，用于采用加热装置对晶圆以及位于所述晶圆上的具有光刻图形的光刻胶层进行加热处理，且在所述加热处理后所述光刻图形具有期望线宽尺寸，所述晶圆为翘曲变形的晶圆。

其中，晶圆具有正面和与所述相对的背面，且所述光刻胶层位于所述晶圆正面，在加热处理过程中，所述晶圆背面置于所述加热装置上。

晶圆会经历至少一道半导体工艺制程，由于受热不均匀或者由于受力不均匀，晶圆通常会发生翘曲变形，因而在形成具有光刻图形的光刻胶层之后，所述晶圆为翘曲变形的晶圆。翘曲变形可以为：晶圆正面相对于背面朝上放置时，晶圆具有晶圆正面边缘区域高于晶圆正面中心区域的翘曲变形，或者，晶圆背面相对于正面朝上时，晶圆具有晶圆背面边缘区域高于晶圆背面中心区域的翘曲变形。

所述加热处理可以为对光刻胶层的硬烘(hardbaking)处理，提高光刻胶层的硬度，且提高光刻胶层与晶圆之间的粘附性。或者，加热处理还可以为基于其他目的的工艺步骤。

所述光刻胶层具有的多个光刻图形，且在进行加热处理之前，通常的每一光刻图形具有的线宽尺寸相同，且期望在进行加热处理之后，每一光刻图形的线宽尺寸也均相同，将加热处理后期望的光刻图形的线宽尺寸称为期望线宽尺寸。

然而，在进行加热处理之前，所述光刻胶层一定的变形，且某一区域的光刻胶层变形量与对应区域光刻胶层实际受热温度有关，通常的，实际受热温度越高光刻胶层变形量越大。当光刻胶层的光刻图形由光刻胶层所在区域定义时，光刻胶层受热温度越高，加热处理后光刻图形的线宽尺寸越大；当光刻胶层的光刻图形由光刻胶层露出区域定义时，光刻胶层受热温度越高，加热处理后光刻图形的线宽尺寸越小。

由于晶圆为翘曲变形的晶圆，因而晶圆正面各处至加热装置的垂直距离不完全相同，由前述分析可知，若加热装置向晶圆各区域提供的加热温度均相同，则会带来光刻胶层各区域实际受热温度不均匀的问题，造成光刻胶层各区域变形量不一致，进而影响加热处理后的光刻图形的线宽尺寸均匀性。

为此，本实施例中，预先获取距离温度关系式，所述距离温度关系式表征，将所述晶圆置于加热盘上进行加热以对所述光刻胶层进行加热处理之后，在所述光刻图形具有不同的实际线宽尺寸下，所述晶圆的翘曲高度值与所述加热盘的加热温度之间的对应关系。

所述距离温度关系式，实际反映了当加热处理后在晶圆的不同翘曲处的各光刻图形均具有固定的期望线宽尺寸时，加热装置在晶圆的不同翘曲处对应提供的加热温度。根据该距离温度关系式，加热装置在具有不同翘曲高度值的翘曲处对应具有设定加热温度值，因而加热装置对应晶圆各区域的加热温度不相同，使得在加热处理后，晶圆不同翘曲处的光刻图形的线宽尺寸均为固定的期望线宽尺寸，从而提高了光刻胶层的线宽尺寸均匀性。

以下将结合附图对获取距离温度关系式进行详细说明，图2为本发明实施例中获取距离温度关系式的流程示意图。

参考图2，预先获取距离温度关系式的步骤包括：

步骤s1、获取第一对应关系式，所述第一对应关系式表征，在所述加热盘的不同加热温度下，所述实际线宽尺寸与所述晶圆的翘曲高度值之间的关系。

参考图3，图3为获取第一对应关系式的方法对应的一种剖面结构示意图，获取第一对应关系式的方法为：提供加热盘101、多片测试晶圆102以及位于所述测试晶圆102上的测试光刻胶层(未图示)，所述测试光刻胶层具有测试图形，且所述测试晶圆102置于所述加热盘101上。

具体地，所述测试晶圆102背面置于所述加热盘101上。测试晶圆102为具有翘曲变形的测试晶圆102，本实施例中，测试晶圆102发生的翘曲变形为：从测试晶圆102边缘区域指向中心区域方向上，测试晶圆102背面与加热盘101之间的距离逐渐增加。以测试晶圆102发生的翘曲变形呈相对于中心区域对称的变形为例。

在其他实施例中，如图4所示，图4为获取第一对应关系式的方法对应的另一种剖面结构示意图，测试晶圆102发生的翘曲变形还可以为：从测试晶圆102边缘区域指向中心区域方向上，测试晶圆102背面与加热盘101之间的距离逐渐减小。

分别对多片测试晶圆102进行第一测试加热处理，且每次第一测试加热处理中加热盘101的加热温度各不相同，在第一测试加热处理后，测试图形具有第一测试实际线宽尺寸。需要说明的是，为了减小测试误差，在同一次第一测试加热处理过程中，加热盘101向同一测试晶圆101各区域提供的加热温度均相同。

本实施例中，以测试晶圆102的数量为5片作为示例，相应的，需要进行5次第一测试加热处理，且加热温度也为5个不同的温度值。一般而言，测试晶圆102的数量越多，获得的距离温度关系式越能反映实际工艺影响，然而也会带来测试耗时长的问题，因此，可以合理选择测试晶圆102的数量。

在进行第一测试加热处理之前，预先量测测试晶圆102的不同翘曲高度处对应的翘曲高度值。本实施例中，量测测试晶圆102的五处不同翘曲高度处，分别获取第一翘曲高度值h1、第二翘曲高度值h2、第三翘曲高度值h3、第四翘曲高度值h4以及第五翘曲高度值h5。

在每一次第一测试加热处理后，分别量测不同翘曲高度处对应的测试光刻图形的测试实际线宽尺寸。具体地，第一翘曲高度值h1对应具有第一实际线宽尺寸cd1，第二翘曲高度值h2对应具有第二实际线宽尺寸cd2，第三翘曲高度值h3对应具有第三实际线宽尺寸cd3，第四翘曲高度值h4对应具有第四实际线宽尺寸cd4，第五翘曲高度值h5对应具有第五实际线宽尺寸cd5。

基于所述第一测试加热处理结果，获取第一对应关系式。如图5所示，图5为本发明实施例提供的第一对应关系式的曲线图，第一对应关系式以在第一坐标系中的多条曲线表示，其中，每一条曲线对应为在加热盘的一个加热温度下，实际线宽尺寸与晶圆的翘曲高度值之间的曲线。

本实施例中，第一测试加热处理的次数为5次，相应第一对应关系式以5条曲线表示，每一条曲线分别代表第一加热温度tepm1、第二加热温度temp2、第三加热温度temp3、第四加热温度temp4以及第五加热温度temp5下的实际线宽尺寸与晶圆的翘曲高度值之间的曲线。

所述第一坐标系中的横坐标表征所述晶圆的翘曲高度值h，所述第一坐标系中的纵坐标表征所述光刻图形的实际线宽尺寸cd。

需要说明的是，通常的，当量测的实际线宽尺寸为测试光刻胶层所在区域的尺寸时，第一关系式中的曲线变化趋势为翘曲高度值h越大实际线宽尺寸cd越大；当量测的实际线宽尺寸为测试光刻胶层露出区域的尺寸时考第一关系式中的曲线变化趋势为翘曲高度值h越大实际线宽尺寸cd越小。

步骤s2、获取第二对应关系式，所述第二对应关系式表征，在所述晶圆不同翘曲高度处具有的不同翘曲高度值下，所述实际线宽尺寸与所述加热盘的加热温度之间的关系。

获取第二对应关系式的方法可参考前述获取第一对应关系式的方法。

具体地，结合参考图3，获取第二对应关系式的方法包括：分别对多片测试晶圆102进行第二测试加热处理，且每次所述第二测试加热处理中所述加热盘101的加热温度各不相同，在所述第二测试加热处理后，所述测试图形具有第二测试实际线宽尺寸，获取所述第二对应关系式。

在同一所述第二测试加热处理过程中，加热盘101向同一所述测试晶圆102各区域提供的加热温度均相同。

在进行第二测试加热处理之前，预先量测测试晶圆的不同翘曲高度处对应的翘曲高度值。本实施例中，量测测试晶圆102的五处不同翘曲高度处的翘曲高度值，分别获取第一翘曲高度值h1、第二翘曲高度值h2、第三翘曲高度值h3、第四翘曲高度值h4以及第五翘曲高度值h5。

在每一次第二测试加热处理后，分别量测不同翘曲高度处对应的测试光刻图形的测试实际线宽尺寸。具体地，第一翘曲高度值h1对应具有第一实际线宽尺寸cd1，第二翘曲高度值h2对应具有第二实际线宽尺寸cd2，第三翘曲高度值h3对应具有第三实际线宽尺寸cd3，第四翘曲高度值h4对应具有第四测试实际线宽尺寸cd4，第五翘曲高度值h5对应具有第五实际线宽尺寸cd5。

基于第二测试加热处理结果，获取第二对应关系式。如图6所示，图6为本发明实施例提供的第二对应关系式的曲线图，第二对应关系式以在同一第二坐标系中的多条曲线表示，其中，每一条曲线对应为所述晶圆的一个翘曲高度值下，所述实际线宽尺寸与所述加热盘的加热温度之间的曲线。

本实施例中，量测测试晶圆102的5个不同翘曲高度处的翘曲高度值，相应第二对应关系式以5条曲线表示，每一条曲线分别表征第一翘曲高度值h1、第二翘曲高度值h2、第三翘曲高度值h3、第四翘曲高度值h4以及第五翘曲高度值h5下的实际线宽尺寸与加热盘的加热温度之间的曲线。

第二对应关系式中，第二坐标系中的横坐标表征加热盘的加热温度temp，第二坐标系中的纵坐标表征光刻图形的实际线宽尺寸cd。

步骤s3.基于所述第一对应关系式与所述第二对应关系式，获取所述距离温度关系式。

如图7所示，图7为本发明实施例提供的距离温度关系式的曲线图，距离温度关系式以在同一坐标系中的多条曲线的形式表示，其中，每一条曲线对应为光刻图形具有的一个实际线宽尺寸下，晶圆的翘曲高度值与加热盘的加热温度之间的曲线。

由前述的图5中的曲线以及图6中的曲线，可以获知如图7所示的曲线图。在图6所示的坐标系中，横坐标表征晶圆的翘曲高度值h，纵坐标表征加热盘的加热温度temp。

本实施例中，由于前述实际线宽尺寸的数量为5个，相应表征距离温度关系式的曲线为5条。在其他实施例中，前述实际线宽尺寸的数量还可以为其他数量个，相应表征距离温度关系式的曲线数量与实际线宽尺寸的数量一致。

每一条曲线分别表征在第一实际线宽尺寸cd1、第二实际线宽尺寸cd2、第三实际线宽尺寸cd3、第四实际线宽尺寸cd4以及第五实际线宽尺寸cd5下，晶圆的翘曲高度值h与加热盘的加热温度temp之间的关系曲线。

需要说明的是，图7中的曲线示意图仅是为了便于图示和说明，实际距离温度关系式的曲线变化趋势应为根据实际情况相应绘制。

步骤s3、量测所述晶圆的不同翘曲高度处对应的翘曲高度值，基于所述翘曲高度值、所述距离温度关系式以及所述期望线宽尺寸，设置所述加热装置向所述晶圆的不同翘曲高度处对应提供的设定加热温度值，对所述光刻胶层进行加热处理。

其中，期望线宽尺寸可以为上述的不同的实际线宽尺寸中的任一个。

基于所述距离温度关系式以及所述期望线宽尺寸，设置所述加热装置向所述晶圆的不同翘曲高度处对应提供的设定加热温度值，方法包括：量测所述晶圆的不同翘曲高度处对应的翘曲高度值；在所述期望线宽尺寸对应的曲线所在的坐标系中，确定不同的翘曲高度值对应的加热温度，所述加热温度作为所述加热装置向所述晶圆的不同翘曲高度处对应提供的设定加热温度值。

采用相位式激光测距法，获取晶圆的不同翘曲高度处对应的翘曲高度值。

例如，量测晶圆的6处不同翘曲高度处的翘曲高度值，分别为第一翘曲高度值h1、第二翘曲高度值h2、第三翘曲高度值h3、第四翘曲高度值h4、第五翘曲高度值h5、第六翘曲高度值h6，且期望线宽尺寸为第二实际线宽尺寸cd2；相应在坐标系中，找到第一翘曲高度值h1对应的第一加热温度temp1、第一翘曲高度值h1对应的第一加热温度temp1、第二翘曲高度值h2对应的第二加热温度temp2、第三翘曲高度值h3对应的第三加热温度temp3、第四翘曲高度值h4对应的第四加热温度temp4、第五翘曲高度值h5对应的第五加热温度temp5、第六翘曲高度值h6对应的第六加热温度temp6。

然后，设置加热装置向该6处翘曲高度处对应提供的设定加热温度值分别为上述6个加热温度。

本实施例中，以量测6处翘曲高度处为例，在其他实施例中，也可以量测任意数量个翘曲高度处。

本实施例提供的加热方法，在量测晶圆不同的翘曲处的翘曲高度值后，反馈设定加热装置向相应翘曲高度处对应提供的设定加热温度值，从而减小或抵消翘曲高度不一致对于光刻图形线宽尺寸变化带来的影响，改善光刻图形的线宽尺寸均匀性。

具体地，当某一翘曲高度处的翘曲高度值较大时，则加热装置提供的热量损失较大，因此增加该翘曲高度处对应的加热装置提供的加热温度值，从而减小或抵消由于热量损失，使得晶圆上各区域的光刻胶层实际受热温度之间的差异小，因而各区域的光刻胶层发生的体积变化区域一致，进而使得在加热处理后的光刻图形的线宽尺寸差异小。

相应的，本发明实施例还提供一种应用于上述加热方法的加热装置，以下将结合附图进行详细说明。

图8为本发明实施例提供的加热装置的结构框图，图9为本发明实施例提供的加热装置的俯视结构示意图。

参考图8及图9，本发明实施例提供的加热装置包括：承载盘200，用于承载晶圆；多个加热部201，所述多个加热部201设置于所述承载盘200表面，用于对置于所述承载盘200上的晶圆进行加热；翘曲高度测量模块202，用于量测置于所述承载盘200上的晶圆的不同翘曲高度处对应的翘曲高度值；温度设定模块203，与所述加热部201以及所述翘曲高度测量模块202连接，所述温度设定模块203用于，基于距离温度关系式以及期望线宽尺寸，设置晶圆的不同翘曲高度处对应的加热部201的设定加热温度。

以下将结合附图进行详细说明。

本实施例中，所述承载盘200的表面形状为圆形。在其他实施例中，承载盘的表面形状还可以椭圆形、方形或者不规则形状。

本实施例中，所述加热部201为环形加热线圈，且多个环形加热线圈同心设置于承载盘200表面。

温度设定模块203包括：存储单元213，用于存储所述距离温度关系式；获取单元223，用于获取所述翘曲高度测量模块202量测的翘曲高度值；与所述存储单元213、所述获取单元223以及所述多个加热部201连接的反馈控制单元233，所述反馈控制单元233用于，基于所述翘曲高度值与所述距离温度关系式，调节不同翘曲高度处对应的所述加热部201的设定加热温度。

本实施例中，翘曲高度测量模块202用于，量测相邻所述环形加热圈之间的中心区域对应的晶圆翘曲处的翘曲高度值，且还量测最内环的环形加热圈的中心区域对应的晶圆翘曲处的翘曲高度值。

在其他实施例中，翘曲高度测量模块还可以用于，量测每一环形加热圈对应的晶圆翘曲处的翘曲高度值。

本实施例中，翘曲高度测量模块202包括多个相位式激光测距器。采用相位式激光测距器量测晶圆翘曲高度值，具有测量精度高的优势。

本实施例提供的加热装置中，温度设定模块203可以分开控制各加热部201，因而能够向晶圆的不同翘曲高度处提供不同的设定加热温度值，对光刻胶层进行加热处理，从而改善加热处理后的光刻胶层的线宽尺寸均匀性。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。