CN102566284A

CN102566284A - 热板温度均匀性测试方法

Info

Publication number: CN102566284A
Application number: CN2010105781216A
Authority: CN
Inventors: 黄玮
Original assignee: CSMC Technologies Corp
Current assignee: CSMC Technologies Corp
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供了一种热板温度均匀性测试方法，其包括步骤：提供两个非对称图形并放置于光刻版上，该两个非对称图形之间具有距离D1及两个非对称图形各自中心线之间具有距离L1；设定曝光后烘烤(PEB)温度；将曝光后的放置有两个非对称图形的圆片进行曝光后烘烤，形成潜像图形，两个非对称图形之间的距离变化为D2且两个非对称图形各自中心线之间的距离变化为L2；上述两个非对称图形组成光刻机的对位标记或特定测试结构，利用光刻机的对位系统测定各对位标记或特定测试结构的坐标/距离，并比较测试值和理论数值的差异以定量反映热板温度的均匀性。本发明利用非对称图形经过PEB后最终形成的潜像图像的中心发生偏移的特性，定量反应热板温度的均匀性。

Description

热板温度均匀性测试方法

【技术领域】

本发明涉及热板温度均匀性测试方法，尤其涉及一种应用于半导体光刻工艺中的热板的温度均匀性测试方法。

【背景技术】

随着集成电路半导体技术的发展，器件的特征尺寸越来越小，相应的，在线工艺波动也被要求减小。即，各单项工艺结果的均匀性和重复性的控制规范变得更加严格。

现有半导体光刻工艺中，广泛采用深紫外(DUV)光刻工艺，其使用特定的化学增幅放大光刻胶(CAR：Chemically Amplified Photoresist)。该深紫外光刻工艺的特点是在光刻机曝光结束后，必须经过烘烤，才能结束一个完整的曝光过程，然后进行随后的显影。因此，光刻的线宽形貌和尺寸受曝光后烘烤(PEB：Post Exposure Bake)的影响很大，因此用作PEB的烘烤热板的温度均匀性必须精确控制才能提供稳定的深紫外光刻工艺。

目前，测定热板温度均匀性的方法主要有以下三种：

一、手持式温度测试装置直接测试热板的温度：其不足之处在于热板烘烤圆片是在一个相对封闭的环境中，即烘烤时，用于传输圆片的隔板(shutter)必须关闭，而测试时，必须打开隔板，以便热电偶通过隔板和热板接触测试温度。隔板关闭与否，对温度影响很大。另外热板加热圆片采用的是辐射加热，圆片不与热板直接接触，而是保持很小的一定距离，这在手动测试时是无法控制的。因此手动热电偶测试不能真实反应PEB热板烘烤圆片时的温度均匀性。

二、利用热板烘烤电阻式温度检测(RTD：Resistance Temperature Detectors)圆片的方法：其原理为将热敏元件固定在RTD圆片的不同部位，再将RTD圆片放置在热板上，通过有线或无线蓝牙的方式，将热敏元件的信号转化为温度，得到热板温度均匀性测试的结果。该方法的不足之处在于：有线方式测试时，热板的隔板必须开启，影响温度均匀性的测试；采用蓝牙方式测试时，测试环境较真实，但是圆片有一定的使用寿命，需要定期更换。同时圆片上放置的温度传感器的数目有限，不能如实反应热板温度的分布，而且圆片价格昂贵且使用过程中极易损坏，因此本方法的综合使用成本较高。

三、曝光显影测试线宽，根据线宽的变化来反映热板均匀性程度。该方法的不足之处在于：线宽的变化除了受到热板均匀性的影响外，还增加了受到显影工艺的影响，因此无法准确分析数据判断热板均匀性。

因此，需要提供一种快速简便准确地测定热板温度均匀性的方法以提供可靠的光刻工艺。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种热板温度均匀性测试方法，其测试快速准确且成本低。

为实现上述目的，本发明是关于一种热板温度均匀性测试方法，其包括步骤：

步骤一：提供两个非对称图形并放置于光刻版上，该两个非对称图形之间具有距离D1及两个非对称图形各自中心线之间具有距离L1；

步骤二：设定曝光后烘烤(PEB)温度；

步骤三：将曝光后有两个非对称图形的圆片进行曝光后烘烤，形成潜像图形，两个非对称图形之间的距离变化为D2且两个非对称图形各自中心线之间的距离变化为L2；

步骤四：上述两个非对称图形组成光刻机的对位标记或特定测试结构，利用光刻机的对位系统测定各对位标记或特定测试结构的坐标/距离，并比较测试值和理论数值的差异以定量反映热板温度的均匀性。

作为本发明的进一步改进，所述非对称图形为具有尖端部分的三角形，其中两个非对称图形的尖端部分相对。

作为本发明的进一步改进，所述非对称图形为两侧不对称，其中一侧为小尺寸的间距或条的图形，其中小尺寸的间距或条相对放置在光刻版上。

作为本发明的进一步改进，所述非对称图形透光或者不透光。

作为本发明的进一步改进，所述化学增幅放大光刻胶为深紫外化学增幅放大光刻胶。

作为本发明的进一步改进，所述化学增幅放大光刻胶为ESCAP(环境安定化学放大)光刻胶。

作为本发明的进一步改进，所述非对称图形的尺寸长宽为2-10微米，由其组成光刻机对位标记或两组非对称图形间的距离。

作为本发明的进一步改进，所述非对称图形组成的对位标记的测试图形放置在光刻版中央。

作为本发明的进一步改进，所述非对称图形中的最小图形介于可分辨和不能分辨之间。

作为本发明的进一步改进，所述非对称图形不同边界之间的光酸浓度可以通过改变曝光焦距的方法调整。

本发明的有益效果是：通过非对称图形经过PEB后最终形成的潜像图像的中心发生偏移的特性，定量反应热板温度的均匀性。

【附图说明】

图1是本发明热板温度均匀性测试方法中非对称图形曝光后光生酸剂(PAG，photoacid generator)产生的光酸的分布示意图；

图2是本发明热板温度均匀性测试方法中非对称图形进行曝光后烘烤(PEB)后形成的潜像图形的示意图；

图3是热板温度均匀性测试方法中用于测试的非对称图形一在不同的PEB温度下生成潜像图形的示意图；

图4是本发明热板温度均匀性测试方法中用于测试的非对称图形二在不同的PEB温度下生成潜像图形的示意图；

图5是本发明热板温度均匀性测试方法中可用作测试的非对称图形三的示意图。

【具体实施方式】

本发明热板均匀性测试方法通过监控曝光后烘烤(PEB，Post ExposureBake)热板温度差异对特殊设计图形的形貌的影响，来反映热板温度均匀性。这些特殊设计的图形为非对称结构，该图形的非对称部分对温度的敏感程度不同。请参阅图1及图2，其示出了非对称结构的图形在PEB过程中对温度敏感程度的不同。

图1中，光刻版100上放置有非对称结构的图形1，圆片上涂有正性光刻胶。于本发明的优选实施方式中，该正性光刻胶为正性深紫外化学增幅放大(DUV CAR，DUV Chemically Amplified Photoresist)光刻胶。优选地，该正性光刻胶为丁酯类树脂(T-Butylester)，被称为环境安定化学放大光刻胶(ESCAP：Environmentally Stable Chemically Amplified Photo Resist)。该正性DUV CAR光刻胶特性为：曝光时，其组份内的光生酸剂分解出光酸(H+)，此时圆片温度较低，光酸不能和光刻胶树脂反应或者完全彻底反应，只有在曝光后烘烤(PEB，Post Exposure Bake)过程中，反应活化能满足要求，光酸和树脂反应生成可溶于显影剂的组分，同时产生副产物光酸，光酸继续和树脂发生反应。因此，光生酸剂相当于催化剂，在曝光过程中产生光酸，但是主要反应是在PEB过程中完成的。因此，采用正性DUV CAR光刻胶形成潜像的形貌受到PEB热板的温度均匀性的影响。

上述非对称结构的图形1为呈黑色阴影的三角形，其具有位于右侧的尖端部分11及渐宽的左侧端部12。该图形不透光，曝光后尖端部分11周围的光生酸剂(PAG，photoacid generator)产生的光酸200浓度较高。请参阅图2，为曝光后的光刻版100经过PEB过程后的示意图。经过PEB后，圆片温度升高，因此正性光刻胶的光酸200和树脂反应被催化，产生了更多的光酸，并向非曝光部分扩散。由于图形1的尖端部分11扩散的光酸200较多，因此形成于圆片上的潜像图形13是不对称的(图2中虚线部分)。

请参阅图3，其示出了如何利用非对称结构的图形进行实际测试热板的温度均匀性。由图2可知，图形1的尖端部分11对于PEB温度更为敏感，当温度升高时尖端部分11的潜像图形收缩较非尖端部分明显，因此整个图形左右边界的中心会发生偏移。图3是将两个图形1放置在光刻版100上，并且两个图形1的尖端部分11彼此相对。两个图形1的中心线之间具有距离L1，两个尖端部分11之间具有距离D1。PEB过程中，形成于圆片上的潜像图形的图形中心线之间的间距及尖端部分11之间的间距会随着温度的不同而产生变化。例如，温度1的情形下，尖端部分11之间的距离由D1变为D2，两个图形1的中心线之间的距离由L1变为L2。温度2的情形下，尖端部分11之间的距离变化为D3，图形1的中心线之间的距离变化为L3。此时，用上述非对称图形组成光刻机的对位标记或特定测试结构，并利用光刻机的对位系统测定各对对位标记或特定测试结构的坐标/距离，通过比对坐标/距离测试值和理论数值的差异，就可以定量反映热板温度的均匀性了。其原理为：光刻版上图形经曝光，PEB后在圆片上形成潜像。因此光刻版上全部放置测试图形，在圆片上经曝光PEB后，整片圆片全部是测试图形，若热板上各点的温度为理想值，则各个测试图形的L2＝L3＝Ln，D2＝D3＝Dn，可以通过计算L或D值的分布，方差，来定量反应热板均匀性。

请参阅图4，其示出了利用两侧不对称且一侧的图形为小尺寸的间距或条的图形2来进行实际测试。该测试中，同样使用正性光刻胶，网格部分表示光刻版透光的部分。当温度升高时，细小的间距就会在圆片上形成潜像，因此单个图形的中心位置会发生偏移，两个图形间的距离也会发生变化。如图4中所示，圆片上PEB温度1的情形下，两个图形2之间的距离由D4变化为D5，两个图形2中心线之间的距离由L4变化为L5。圆片上PEB温度2的情形下，两个图形2之间的距离由D4变化为D6，两个图形2中心线之间的距离由L4变化为L6。通过上述方法监控这两个变量，也可以定量反映温度的变化。

图形2还可以进一步演变为图5所示的图形3，温度变化时，同样产生潜像。

综上所述，本发明热板温度均匀性测试方法中采用的图形为透光或者不透光的非对称图形，尺寸长宽为2-10微米之间。非对称图形组成的对位标记等测试图形需要放置在光刻版中央以消除光刻机镜头畸变引起的图形突变。曝光过程中，光刻机的曝光能量应准确控制，在设定PEB温度下，图4中2/3的非对称图形2中的最小图形应介于可分辨和不能分辨之间。本发明还可以通过改变曝光焦距的方法，增大非对称图形不同边界之间的光酸浓度，进而影响PEB后潜像的中心点的偏移，提高测试灵敏度。

特别需要指出的是，本发明具体实施方式中仅以该热板温度均匀性测试方法作为示例，在实际应用中任何类型的热板温度均匀性测试方法均适用本发明揭示的原理。对于本领域的普通技术人员来说，在本发明的教导下所作的针对本发明的等效变化，仍应包含在本发明权利要求所主张的范围中。

Claims

1.一种热板温度均匀性测试方法，其特征在于：其包括步骤：

步骤二：设定曝光后烘烤(PEB)温度；

2.如权利要求1所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述非对称图形为具有尖端部分的三角形，其中两个非对称图形的尖端部分相对。

3.如权利要求1所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述非对称图形为两侧不对称，其中一侧为小尺寸的间距或条的图形，其中小尺寸的间距或条相对放置在光刻版上。

4.如权利要求1所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述非对称图形透光或者不透光。

5.如权利要求1所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述化学增幅放大光刻胶为深紫外化学增幅放大光刻胶。

6.如权利要求1所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述化学增幅放大光刻胶为ESCAP(环境安定化学放大)光刻胶。

7.如权利要求1所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述非对称图形的尺寸长宽为2-10微米，由其组成光刻机对位标记或两组非对称图形间的距离。

8.如权利要求1所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述非对称图形组成的对位标记的测试图形放置在光刻版中央。

9.如权利要求1所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述非对称图形中的最小图形介于可分辨和不能分辨之间。

10.如权利要求9所述的热板温度均匀性测试方法，其特征在于，所述非对称图形不同边界之间的光酸浓度可以通过改变曝光焦距的方法调整。