CN103325709B - 一种无氮介质抗反射层的离线检测方法 - Google Patents

一种无氮介质抗反射层的离线检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无氮介质抗反射层的离线检测方法，包括在半导体衬底的表面沉积一层非晶碳薄膜，使得半导体衬底表面的光学性质和无氮介质抗反射层的光学性质不相同；在经非晶碳薄膜的表面沉积无氮介质抗反射层；将带有无氮介质抗反射层的半导体衬底置于测量机台进行测量。本发明的方法提高了对无氮介质抗反射层的离线检测的准确性和稳定性，从而进一步提高光刻工艺的稳定性。

Description

一种无氮介质抗反射层的离线检测方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种无氮介质抗反射层的离线检测方法。
背景技术
随着集成电路工艺技术的发展，45nm节点以下的光刻工艺开始使用先进掩膜(APF，advanced patterning film)，包括作为硬掩模的非晶碳薄膜和作为减反射层的无氮介质抗反射薄膜(N-free DARC)。N-free DARC作为一种无机抗反射薄膜，具有传统有机抗反射薄膜不可替代的优势，比如制备工艺简单、无污染、稳定性高等。N-free DARC的质量决定了光刻工艺的优劣，其中N-free DARC的厚度、折射率以及消光系数都是非常关键的参数，因此，在实际的工艺过程中，需要对N-free DARC的上述各个关键参数进行测量。
请参阅图1，图1是常规的对无氮介质抗反射层的离线检测方法的流程示意图，对N-free DARC的离线检测的常规方法是：
步骤S01：在空白半导体硅衬底上直接沉积N-free DARC；
步骤S02：将沉积有N-free DARC的半导体衬底置于光学仪器中进行光学测量，从而得到所需要的关键参数。
然而，实际工艺过程中，空白的半导体硅衬底上不可避免的会有一层10-15A左右的原生氧化层,该原生氧化层的折射率约为1.46，而N-free DARC的厚度一般为200-300A，折射率为1.7，并且该原生氧化层的光学性质与N-free DARC非常接近，导致光学量测仪器很难对这两种膜进行区分。通常将这两层膜视为一层对N-free DARC进行测量，这必然会导致量测结果与真实值存在很大偏差。
因此，急需改进对N-free DARC离线测量的方法，使其能够提高对N-freeDARC离线测量的准确性和稳定性。
发明内容
为了克服上述问题，本发明旨在消除半导体衬底上氧化层的影响，提高对N-free DARC离线测量的精准度，从而提高光刻工艺的效率。
本发明的一种无氮介质抗反射层的离线检测方法，包括：
步骤S01：在半导体衬底的表面沉积一层非晶碳薄膜；
步骤S02：在所述非晶碳薄膜的表面沉积所述无氮介质抗反射层；
步骤S03：将带有无氮介质抗反射层的半导体衬底置于测量机台进行测量。
优选地，所述的非晶碳薄膜的厚度大于等于
优选地，所述非晶碳薄膜的厚度为
优选地，所述非晶碳薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法形成。
优选地，所述非晶碳薄膜的沉积功率为1350W。
优选地，所述非晶碳薄膜的沉积时的压强为4500mTorr。
优选地，所述非晶碳薄膜沉积时所采用的气体为C2H2。
优选地，所述非晶碳薄膜沉积时所采用的气体流量为1500sccm。
优选地，所述的无氮介质抗反射薄膜的材料为SiOxCy。
优选地，所述的半导体衬底为硅衬底。
本发明的一种无氮介质抗反射层的离线检测方法，通过在半导体衬底上预先沉积一层非晶碳薄膜，利用该非晶碳薄膜与无氮介质抗反射层的光学性能的明显差异，从而避免了传统离线检测方法中半导体衬底上的原生氧化层对无氮介质抗反射层的干扰，可以准确区分出非晶碳薄膜和无氮介质抗反射层，提高了对无氮介质抗反射层的离线检测的准确度，从而进一步提高光刻工艺的效率。
附图说明
图1是常规的对无氮介质抗反射层的离线检测方法的流程示意图
图2是本发明的一个较佳实施例的对无氮介质抗反射层的离线检测方法的流程示意图
图3是采用本发明的对无氮介质抗反射层的离线检测方法所检测到的参数值与传统方法的对比数据
具体实施方式
体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。
无氮介质抗反射层主要应用于光刻工艺中，起到对光源的减反射作用，本发明的一种对无氮介质抗反射层的离线检测方法，可以应用于任何光刻工艺中。
以下结合附图2和3，通过具体实施例对本发明的一种对无氮介质抗反射层的离线检测方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本发明实施例的目的。
请参阅图2，图2是本发明的一个较佳实施例的对无氮介质抗反射层的离线检测方法的流程示意图。本发明的一种对无氮介质抗反射层的离线检测方法，包括：
步骤S01：在半导体衬底的表面沉积一层非晶碳薄膜，使得半导体衬底表面的光学性质和无氮介质抗反射层的光学性质不相同；具体的，在本发明的本实施例中，半导体衬底可以采用硅衬底，该非晶碳薄膜在光学性质上需与无氮介质抗反射层具有明显差异，之所以选择非晶碳薄膜，一是由于一般采用的半导体衬底为硅衬底，如前所述，硅衬底表面形成的氧化膜的化学成分类似于二氧化硅，由于二氧化硅与无氮介质抗反射层的成分相近，造成光学测量仪器无法区分这两种薄膜；二是由于无氮介质抗反射层通常是以非晶碳薄膜为基底进行生长的，这样保证离线检测的数值和在线检测的数值更加一致。
由于沉积工艺过程的特性，可能导致形成的非晶碳薄膜不能够形成连续且均匀的薄膜，所以，非晶碳薄膜的厚度不应该过小，本实施例中，该层非晶碳薄膜的厚度大于等于较佳的，该层非晶碳薄膜的厚度为非晶碳薄膜的沉积方法可以但不限于为化学气相沉积法，较佳的，采用等离子体增强化学气相沉积法来沉积非晶碳薄膜。本实施例中，在沉积非晶碳薄膜的过程中，所采用的沉积功率可以为1350W，沉积压强可以为4500mTorr，反应时采用的气体可以为C2H2，气体的流量可以为1500sccm。
步骤S02：在非晶碳薄膜的表面沉积无氮介质抗反射层；具体的，本发明的本实施例中，可以但不限于采用化学气相沉积法在上述非晶碳薄膜上沉积无氮介质抗反射层，该无氮介质抗反射层可以为SiOxCy，该无氮介质抗反射层的厚度可以为
步骤S03：将上述带有无氮介质抗反射层的半导体衬底置于测量机台进行测量。在本实施例中，可以采用光学测量仪器对上述带有无氮介质抗反射层的半导体衬底进行测量，由于在半导体衬底上沉积有一层非晶碳薄膜，如前所述，该非晶碳薄膜的光学性质与无氮介质抗反射层的明显不同，因此，在测量过程中，可以区分出非晶碳薄膜和无氮介质抗反射层，从而更加准确的定位到无氮介质抗反射层，提高测量的精确度。
此外，在检测完毕后，需对用于监测的带有无氮介质抗反射层的半导体衬底进行清洗和回收，清洗的过程包括：首先，可以但不限于采用氢氟酸、双氧水和水的混合溶液去除无氮介质抗反射层，然后，可以但不限于采用氧等离子体灰化工艺去除非晶碳薄膜。
请参阅图3，图3是采用本发明的对无氮介质抗反射层的离线检测方法所检测到的参数值与传统方法的对比数据，采用本发明的本实施例的离线检测方法得到的带有非晶碳薄膜的半导体衬底上的无氮介质抗反射层的厚度明显小于传统方法的厚度；本发明的本实施例的离线检测方法得到的折射率和消光系数均明显高于传统方法的；相比于本发明的离线检测方法，传统检测方法显现出明显的差异，且各个参数的差值均较大，一方面表明传统检测方法的不准确，如果应用于实际的光刻工艺中将导致工艺效率的下降；另一方面表明本发明的检测方法提高了对无氮介质抗反射层的检测的准确度，更有利于提高实际光刻工艺的效率。
综上，本发明的对无氮介质抗反射层的离线检测方法，通过采用在半导体衬底表面沉积一层非晶碳薄膜，利用该非晶碳薄膜与无氮介质抗反射层的光学性能的明显差异，从而准确测量出无氮介质抗反射层的光学参数值，提高了光刻工艺的效率。
以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，包括：
步骤S01：采用光学测量仪器对所述无氮介质抗反射层进行光学测量之前，在半导体衬底的表面沉积一层非晶碳薄膜；
步骤S02：在所述非晶碳薄膜的表面沉积所述无氮介质抗反射层；
步骤S03：将带有所述无氮介质抗反射层的半导体衬底置于测量机台对采用光学测量仪器所述无氮介质抗反射层进行光学测量；其中，所述非晶碳薄膜与所述无氮介质抗反射层的光学性质不同，从而避免所述半导体衬底表面的氧化膜由于与所述无氮介质抗反射层的成分相近而使所述测量机台无法区分所述半导体衬底表面的氧化膜和所述无氮介质抗反射层。
2.根据权利要求1所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述的非晶碳薄膜的厚度大于等于
3.根据权利要求2所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述非晶碳薄膜的厚度为
4.根据权利要求1所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述非晶碳薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法形成。
5.根据权利要求1所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述非晶碳薄膜的沉积功率为1350W。
6.根据权利要求1所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述非晶碳薄膜的沉积时的压强为4500mTorr。
7.根据权利要求1所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述非晶碳薄膜沉积时所采用的气体为C2H2。
8.根据权利要求1或7所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述非晶碳薄膜沉积时所采用的气体流量为1500sccm。
9.根据权利要求1所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述的无氮介质抗反射薄膜的材料为SiOxCy。
10.根据权利要求1所述的无氮介质抗反射层的离线检测方法，其特征在于，所述的半导体衬底为硅衬底。
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