CN102496586B - 检测光刻胶缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

一种检测光刻胶缺陷的方法，包括：提供半导体晶圆，涂覆光刻胶；对所述光刻胶进行前测，统计缺陷数量，得到前值；按照参照时间和参照温度参数烘烤所述涂覆好光刻胶的半导体晶圆；对所述光刻胶进行后测，统计缺陷数量，得到后值；比较前值和后值，判断所述光刻胶是否合格。所述参照时间和参照温度由参数确定实验确定。本发明的检测光刻胶缺陷的方法快捷有效，节省时间，并且大大的节省了整个工艺成本和缩短了工艺周期。

Description

检测光刻胶缺陷的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种检测光刻胶缺陷的方法。

背景技术

光刻工艺是制作半导体器件和集成电路为图形结构的关键性工艺，其工艺质量直接影响着器件的成品率、可靠性、器件性能以及使用寿命等参数指标的稳定和提高。

而造成影响这些性能参数的最直接、最重要的因素之一就是在整个光刻工艺中引入的各种缺陷。随着微电子加工工艺技术的不断发展，工艺设备的更新和工艺环境的改善，已经使现在的光刻工艺体质有了质的飞跃。但是由于其工艺过程和内容的特殊性，同时器件的掩模版图形越来越复杂，图形面积越做越大，线条要求越来越细，器件性能和精度要求越来越高，就目前的工艺条件来说，整个光刻工艺流程并不能摆脱或者完全摆脱人工的参与，同时还有工艺设备的稳定性、工艺原材料的影响等因素依然存在。因此，避免和消除工艺过程中造成的各种缺陷，进一步提高器件成品率和可靠性等性能参数，仍然是光刻工艺质量控制的工作重点。

在半导体器件特别是超大规模集成器件从单晶片衬底材料经过多次氧化、淀积、光刻、刻蚀等各项工艺到最后的中测、封装、末测的整个制作过程中，都有可能产生各种缺陷。尤其是重复次数最多的光刻工艺，它几乎贯穿至封装前的整个器件工艺制作过程。经有关的工艺分析资料表明，光刻引入的工艺缺陷几乎占整个工艺流程总缺陷的50％以上。有关研究表明芯片成品率随着缺陷密度的增加和芯片面积的增大而呈指数式下降。

每一次光刻需要经过涂覆光刻胶、软烘烤、曝光、曝光后烘烤、显影以及去水烘烤等多次步骤，循环周期长。工艺过程中由于人流、物流、环境气流以及原材料的质量、工艺设备的不稳定或者是卫生、清洗步骤的不确定等等因素都非常容易引入各种缺陷，其每一步骤都对质量有着直接的影响。

现在对于光刻工艺缺陷的检测通常是先进行完整的光刻工艺流程：涂覆光刻胶步骤、烘烤步骤、曝光步骤、曝光后烘烤步骤、显影步骤以及去水烘烤步骤，然后去检测缺陷的机台上面进行检测来找到缺陷。

而在光刻工艺中能尽早、尽快的发现缺陷产生的原因，对于节省工艺成本和工艺周期有着非常显著的作用。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供了一种检测光刻胶缺陷的方法，包括：

提供半导体晶圆；

在半导体晶圆上涂覆光刻胶；

对所述光刻胶进行前测，统计缺陷数量，得到前值；

按照参照时间和参照温度参数烘烤所述涂覆好光刻胶的半导体晶圆；

对所述光刻胶进行后测，统计缺陷数量，得到后值；

比较所述前值和后值之差，判断所述光刻胶是否合格。

可选的，所述参照时间和参照温度参数由参数确定实验确定。

可选的，所述参数确定实验包括：

在相同时间下，设定不同温度参数，测量其前值和后值；

比较所述前值和后值，选定所述前值和后值差别最大的温度参数作为参照温度；

在参照温度下，按不同时间参数，测量其前值和后值，

比较所述前值和后值，选定所述差别最大的时间参数作为参照时间。

可选的，所述前测和所述后测所用检测仪为美国科天(KLA-Tencor)公司的SurfscanSP1，检测方式为投射激光到晶圆表面，收集晶圆表面缺陷的散射光，通过分析散射光来确定缺陷的数量和大小。

可选的，所述半导体晶圆为裸硅片。

可选的，所述烘烤为在真空热板上加热、红外线加热、微波加热和对流加热中的一种。

可选的，所述判断所述光刻胶是否合格的标准由具体生产标准确定。

本发明与现有技术相比，操作简便，利用现有的技术和设备就能完成，并且快捷有效，节省时间，同时，它直接检测光刻胶的情况，避免了使用不好的光刻胶继续后续工艺，由于光刻工艺在整个半导体工艺的频繁，所以，它大大的节省了工艺成本和缩短了工艺周期。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为光刻胶中微气泡在显影之后的产生的缺陷示意图。

图2为现有技术检测光刻胶缺陷的示意图。

图3为光刻胶在刚刚涂覆在半导体晶圆上的缺陷示意图。

图4为参照温度和参照时间下烘烤后的半导体晶圆上的光刻胶的缺陷示意图。

图5为执行本发明的测试的流程图。

具体实施方式

光刻的工艺过程中，任何一个步骤都有可能产生缺陷。其中，在生产传送设备中光刻胶会掺入气体，再经过过滤器，经过喷嘴的喷射等过程中都会导致原本合格的光刻胶内融入微气泡。而微气泡在后续工艺直至到显影后中会产生如图1所示的缺陷：相邻几块应该各自分离开的光刻胶区域被连接到一起。

显而易见，若带着这样的缺陷继续后续工艺，给器件性能带来的影响是致命的。而现有的检测方式，要经过整个光刻工艺：涂覆光刻胶、烘烤、曝光、曝光后烘烤、显影以及去水烘烤等步骤再进行检测才能发现这样的缺陷，不仅增加工艺成本，而且也浪费时间。一般而言，这样的检测方法，从涂光刻胶开始要等3到4小时才能检测出来。检测结果如图2所示。

本发明通过在参照时间和参照温度下，对涂在半导体晶圆上的光刻胶层进行烘烤，来测试光刻胶是否符合生产要求。

操作方式为测试硅片(裸片)上涂需要检测的光刻胶，软烘烤之后送到检测仪器去检测，可以见到此时硅片上的如图3所示。因为，光刻胶中总是不可避免的会有少部分缺陷，所以，图3中硅片表面的光刻胶中有部分缺陷。

在参照时间和参照温度下烘烤硅片，再进行检测，如果光刻胶的微气泡含量比较高，可以在此时看到，硅片表面的光刻胶中的缺陷数量明显的增加，如图4所示。这是因为光刻胶中的微气泡在烘烤中破裂了，产生容易被测试仪器所测试到的缺陷。若，烘烤后测试比烘烤前测试的缺陷数增加得太多，则说明所测试的光刻胶中的微气泡含量较多，若超过了生产所限定的标准，则此光刻胶不能投入后续的生产工艺中。

这样的方式，只需要涂胶、烘烤、检测，总共只需要30分钟左右的时间。大大提高了检测速度，并且省去了曝光、曝光后烘烤、显影以及去水烘烤等工艺中的消耗，也节省了生产成本。其中，参照时间和参照温度，对于不同的光刻胶是不同的。具体的，先设定时间或温度中的一个参数做为变量。在变量的不同情况，但其它条件一样的情况下进行多次实验，得到此参数的标准值。然后在此标准值的情况下，以另一个参数为变量进行多次实验，得到另一个参数的标准值。

具体的，本发明的参照时间和参照温度参数的设置可以按照以下方式进行，需要说明的是，以下说明只是一个较佳的实现方式，本领域的专业人士应该可以容易推及到不脱离本实施方式本质的别的实施方式。

一、在某一确定时间参数下，按不同温度参数烘烤不同的涂有所述光刻胶的所述半导体晶圆；

二、比较所述前测和后测的缺陷数量，选定所述缺陷数量差别最大的温度参数作为参照温度；

三、在参照温度参数下，按不同时间参数烘烤不同涂有所述光刻胶的所述半导体晶圆；

四、比较所述前测和后测的缺陷数量，选定所述缺陷数量差别最大的时间参数作为参照时间。

得到参照时间和参照温度参数后，可以执行本发明的测试，如图5所示，可以以下步骤进行：

步骤S1：提供半导体晶圆，涂覆需要检测的光刻胶；

步骤S2：进行前测，统计晶圆表面光刻胶缺陷数量，得到前值；

步骤S3：按照参照时间和参照温度参数烘烤所述涂覆好光刻胶的晶圆；

步骤S4：进行后测，统计晶圆表面光刻胶缺陷数量，得到后值；

步骤S5：比较所述前值和后值之差，根据工厂内具体SPEC(生产标准)判断所述光刻胶是否合格。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

首先，需要确定好参照温度和时间参数，按照以下描述的方式来实施。

需要说明的是，在发明人自己实施的过程中，选用了同种，但气泡含量不同的光刻胶一起做实验，证明了本发明的有效性。本申请文件在以下的详细说明中，也提供两种光刻胶的实验数据，以更好的表现本发明的有效和可实施。其中，为了把整个过程阐述得更清楚，两种光刻胶分别用W、B表示。

1.提供用于测试的半导体晶圆和光刻胶W、B。

本领域技术人员容易推想到的，用于测试半导体晶圆为裸晶片，可以是裸硅片，或裸硅锗片，或者裸SOI衬底等。本实施例采用常见的裸硅片，七片一组，共两组，分别涂上光刻胶W和光刻胶B。

涂有光刻胶W的半导体晶圆分别为W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7。

涂有光刻胶B的半导体晶圆分别为B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7。

2.进行前测，得到前值。

利用美国科天(KLA-Tencor)公司的SurfscanSP1检测此时半导体晶圆表面的光刻胶的缺陷数，检测方式为投射激光到晶圆表面，收集晶圆表面缺陷的散射光，通过分析散射光来确定缺陷的数量和大小。

测试得到涂有光刻胶W的半导体晶圆的缺陷数量分别是W1为7、W2为4、W3为7、W4为2、W5为3、W6为8、W7为2。

测试得到涂有光刻胶B的半导体晶圆的缺陷数量分别是B1为6、B2为25、B3为31、B4为20、B5为9、B6为22、B7为16。

3.在某一确定时间参数下，按不同温度参数烘烤两组半导体晶圆；

设定时间参数为60s，选择温度参数为120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃。

即，烘烤温度120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃分别对应半导体晶圆W1/B1、W2/B2、W3/B3、W4/B4、W5/B5、W6/B6、W7/B7，烘烤时间为60s。

4.进行后测，得到后值。

将按照不同温度参数的半导体晶圆烘烤好后，进行后测，得到：

测试得到涂有光刻胶W的半导体晶圆的缺陷数量分别是W1为12、W2为8、W3为9、W4为2、W5为6、W6为12、W7为17。

测试得到涂有光刻胶B的半导体晶圆的缺陷数量分别是B1为36、B2为138、B3为106、B4为30、B5为11、B6为70、B7为479。

5.比较所述前值和后值，选定参照温度。

分析两组涂不同光刻胶的半导体晶圆在前测和后测的缺陷数量。选定所述缺陷数量差别最大的温度参数作为参照温度。

比较两组光刻胶的前测和后测得到的缺陷数，可以发现：

温度180℃时，光刻胶缺陷数量在烘烤前后变化最快，并且从温度180℃开始，与前面较低温度参数相比烘烤前后的增长非常显著。

此处，还可以包括，再设定180℃及180℃以上的温度(但保持光刻胶在此温度下不会被烤糊)进行前述实验，可以发现超过180℃后，后测的缺陷数量不会明显的增加。

则设定180℃为参照温度。

并且，在此已经可以发现光刻胶W和光刻胶B的缺陷数量，在烘烤之前，并没有显著性的差异。在烘烤之后，光刻胶W带来的缺陷数远远少于光刻胶B，则可以判断，光刻胶W的气泡含量远少于光刻胶B。

6.提供用于测试的半导体晶圆和光刻胶W、B。

半导体晶圆采用裸硅片，五片一组，共两组，分别涂上光刻胶W和光刻胶B。

涂有光刻胶W的半导体晶圆分别为W1’、W2’、W3’、W4’、W5’。

涂有光刻胶B的半导体晶圆分别为B1’、B2’、B3’、B4’、B5’。

7.进行前测，记录此时半导体晶圆表面的光刻胶的缺陷数得到前值。

测试得到涂有光刻胶W的半导体晶圆的缺陷数量分别是W1’为18、W2’为9、W3’为4、W4’为6、W5’为10。

测试得到涂有光刻胶B的半导体晶圆的缺陷数量分别是B1’为25、B2’为18、B3’为17、B4’为24、B5’为14。

8.在参照温度参数下，按不同时间参数烘烤不同涂有所述光刻胶的所述半导体晶圆；

即在温度180℃条件下，时间参数为60s、120s、180s、240s、300s分别对应W1’/B1’、W2’/B2’、W3’/B3’、W4’/B4’、W5’/B5’。

9.进行后测，比较所述前测和后测的缺陷数量，选定所述缺陷数量差别最大的时间参数作为参照时间；

将按照不同时间参数的半导体晶圆烘烤好后，进行后测，得到：

测试得到涂有光刻胶W的半导体晶圆的缺陷数量分别是W1’为34、W2’为15、W3’为14、W4’为11、W5’为16。

测试得到涂有光刻胶B的半导体晶圆的缺陷数量分别是B1’为475、B2’为705、B3’为608、B4’为489、B5’为416。

10.分析前值和后值，选定参照时间。

所述前测和后测的缺陷数量，选定所述缺陷数量差别最大的时间参数作为参照时间。

比较前测和后测的实验数据，可发现在烘烤时间为120s时，烘烤后的缺陷数增长得最多。

于是设定120s为参照时间。

另外，可以发现，在参照温度下，烘烤时间和最后产生的缺陷数量没有显著的相关性。但是，为了得到最好的检测效果，相对的，还是选择前值和后值差异最大的时间参数作为参照时间。

由上面的测试实验，可以得到参照温度参数为180℃，参照时间参数为120s。

接下来，就可以在生产实用过程中进行本发明的测试，具体的可以以下步骤进行：

执行步骤S1：提供半导体晶圆，涂光刻胶。

所述半导体晶圆一般情况下为裸硅片。

在涂布光阻剂之前，硅片一般要进行处理，需要经过脱水烘培蒸发掉硅片表面的水分。

涂光刻胶可以采用静止滴胶或者动态滴胶的方式，在实施过程中，保证其均匀覆盖在硅片表面。在本实施例中，采用动态滴胶的方式。

进行光刻胶软烘烤，去除光刻胶中的溶剂，同时保持光刻胶粘附在硅片表面，并且缓和在涂胶的旋转过程中光刻胶胶膜内产生的应力。

具体的，本实施例中的用于测试的光刻胶，软烘烤的温度为110℃，进行时间为60s。

执行步骤S2：进行前测，统计所述光刻胶缺陷数量，得到前测数据；

所用检测仪器和检测方式和参数确定试验所用的一样。均是为美国科天美国科天KLA-Tencor公司生产的缺陷检测机台SurfscanSP1，检测方式为投射激光到晶圆表面，收集晶圆表面缺陷的散射光，通过分析散射光来确定缺陷的数量和大小。

执行步骤S3：按照参照时间和参照温度参数烘烤所述半导体晶圆；

按照之前参数确定实验确定的参照时间120s、参照温度180℃，烘烤涂有待检测光刻胶的硅片。

执行步骤S4：进行后测，得到后值。

按照前测的方式检测硅片表面的缺陷，记录后值数据。

执行步骤S5：分析检测步骤中得到的前值和后值。

比较烘烤前晶圆表面的光刻胶的缺陷，根据SPEC判断所述光刻胶是否合格。

后测得到的缺陷数量与前测的缺陷数量相比，若超过了100，可以判断此份光刻胶里气泡太多，不能进入生产阶段。其中，SPEC的规定，可以按照生产的具体要求来确定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种检测光刻胶缺陷的方法，其特征在于，包括：

提供半导体晶圆；

在半导体晶圆上涂覆光刻胶；

对所述光刻胶进行前测，统计缺陷数量，得到前值；

按照参照时间和参照温度参数烘烤所述涂覆好光刻胶的半导体晶圆；

对所述光刻胶进行后测，统计缺陷数量，得到后值；

比较所述前值和后值之差，判断所述光刻胶是否合格；

所述参照时间和参照温度参数由参数确定实验确定；

所述参数确定实验包括：

在相同时间下，设定不同温度参数，测量其前值和后值；

比较所述前值和后值，选定所述前值和后值差别最大的温度参数作为参照温度；

在参照温度下，按不同时间参数，测量其前值和后值；

比较所述前值和后值，选定所述差别最大的时间参数作为参照时间。

2.如权利要求1所述的检测光刻胶缺陷的方法，其特征在于，所述前测和所述后测所用检测仪为美国科天(KLA-Tencor)公司的SurfscanSP1，检测方式为投射激光到晶圆表面，收集晶圆表面缺陷的散射光，通过分析散射光来确定缺陷的数量和大小。

3.如权利要求1所述的检测光刻胶缺陷的方法，其特征在于，所述半导体晶圆为裸硅片。

4.如权利要求1所述的检测光刻胶缺陷的方法，其特征在于，所述烘烤为在真空热板上加热、红外线加热、微波加热和对流加热中的一种。

5.如权利要求1所述的检测光刻胶缺陷的方法，其特征在于，所述判断所述光刻胶是否合格的标准由具体生产标准确定。