CN105204294A - 氨气浓度侦测方法和控制光刻工艺中图形cd的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氨气浓度侦测方法，用于侦测光刻机机台内部的氨气浓度，至少包括：步骤S1，提供一晶圆，在晶圆上形成光阻；步骤S2，图形化光阻，形成光阻图形；其中，光阻图形具有至少一个受到光刻机机台内部的氨气影响的第一区域和至少一个未受到光刻机机台内部的氨气影响的第二区域，第一区域和第二区域均匀分布在晶圆上；步骤S3，选取至少一个第一区域和至少一个第二区域进行CD量测，得到至少一个第一CD和至少一个第二CD；步骤S4，根据第一CD和第二CD的尺寸差异，计算光刻机机台内部的氨气浓度。本发明采用量测CD的方法侦测光刻机机台内部的氨气浓度，对光刻机机台生产作业的影响降到了最低，可以经常进行侦测。

Description

氨气浓度侦测方法和控制光刻工艺中图形CD的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种氨气浓度侦测方法和控制光刻工艺中图形CD的方法。

背景技术

ASML(ASMLHoldingN.V.)是荷兰的半导体设备制造商。ASML的主要产品是用来生产大规模集成电路的核心设备步进式光刻机(Stepper)，以及用来制造37nm线宽集成电路的扫描式光刻机(Scanner)。对于ASML的Scanner，在光刻工艺(LithoProcess)中，需要严格控制晶圆在曝光之后从曝光单元到曝光后烘烤(PostExposureBake，PEB)单元的热板(HotPlate)的时间，一般会要求该时间控制在400秒之内，曝光单元和曝光后烘烤单元两者之间间隔的时间，被称为曝光后烘烤延迟(PEBDelay)。如果曝光后烘烤延迟的时间过长，将对光阻造成一定的影响，从而导致后续对晶圆进行缺陷扫描时，检测到晶圆出现线条剥离等缺陷。

但是，对于不同类型的光阻，PEBDelay所造成的影响是不一样的。在DUV(深紫外光)制程中，光阻的类型主要包括ESCAP类光阻(高温光阻)和Acetal类光阻(低温光阻)。ESCAP类光阻相对于Acetal类光阻，工艺更稳定，outgassing(出气)更少，EtchResistance(抗蚀刻性)更好，但Acetal类光阻对PEB欠敏感，而ESCAP类光阻对PEB比较敏感。在一定的环境状况下，相同的PEBDelay时间，ESCAP类光阻更容易受到影响，导致其进行后续CD量测时，CD(CriticalDimension，关键尺寸)Profile(轮廓)变形，CD变小，从而导致晶圆出现缺陷。

为了改善晶圆缺陷问题，减小ESCAP类光阻受到的影响，一种方法是对PEBDelay本身进行改善，优化工艺流程，减少晶圆在结束曝光后等待进入PEB单元的时间；另一种方法是对环境进行改善，在scanner的reticlestage(中间掩膜载台)和waferstage(晶圆载台)部分周围加装ChemicalFilter(化学过滤器)，过滤空气中的化学物质，包括氨气，SO₄ ^2-等，降低其浓度。通过实验发现，曝光后的ESCAP类光阻最容易受到光刻机机台内部及周围环境中氨气(Ammonia，NH₃)的浓度影响，在PEBDelay时间不变时，氨气浓度越高，CDProfile变形越严重，CD变化就越大，晶圆缺陷扫描时出现的缺陷就越多。因此，对光刻机机台内部的氨气浓度进行侦测是十分有必要的，但现有侦测方法测得的光刻机机台内部的氨气浓度精确度较低。

具体地说，光刻机机台内部的氨气浓度可以通过气体采样来进行侦测，但这种侦测方法(Monitor)需要暂停光刻机的生产作业才能对其内部进行气体采样，由于会影响光刻机生产作业，因此无法经常侦测光刻机机台内部的氨气浓度。为了不影响光刻机生产作业，可以通过对光刻机外部的氨气进行采样，但由于光刻机机台内部的气体是经过Filter过滤的，因此氨气浓度理论上比机台外要低，但受到Filter过滤效率的影响，光刻机机台外部的采样值只能作为一个参考，对于光刻机机台内部的氨气浓度，仅为估算值，因此，测得的光刻机机台内部的氨气浓度准确度较低。

另外，采用现有侦测方法测得的光刻机机台内部的氨气浓度精确度较低，还存在另一个原因。正常而言，PEBDelay的时间不会超过60秒，当光刻机机台发生问题导致PEBDelay时间延长时，往往会有三片晶圆在光刻机机台内部不同的三个module(单元)中停留。这三个单元分别是对准单元(P-Chuck)、曝光单元(E-Chuck)和外送单元(D-Chuck)，对准单元用于在机械手臂(Robot)将晶圆放到载台上时使晶圆位置对准，曝光单元用于对对准后的晶圆曝光，外送单元用于临时存放曝光后的晶圆并将其外送到PEB单元。晶圆在光刻机机台内部曝光流程如图1所示，晶圆从端口4(Port4)传送而来，机械手臂将晶圆送至对准单元对准；接着，将对准后的晶圆送至曝光单元曝光，然后将曝光后的晶圆送至外送单元临时存放一定时间，即PEBDelay；最后将曝光后的晶圆通过机械手臂送至端口3(Port3)后，从端口3送至PEB单元。如图2所示为光刻机机台内部各单元经过10minPEBDelay后的晶圆缺陷电镜扫描对比图，由此可见，PEBDelay时间相同时，在外送单元上的那片晶圆受到氨气的影响最大，究其原因是外送单元处于机台内部AirFlow(气流)的出风口，如果外部环境氨气浓度较高时，在机台内部外送单元周围的氨气浓度也是机台内部最高的。因此，光刻机机台内部的氨气浓度分布不均匀也是造成氨气浓度侦测准确度不高的原因。

此外，在光刻工艺中，图形的CD是一个重要的参数，而氨气浓度是影响CD的一个重要因素，如果CD出现变化，将导致晶圆产生缺陷，造成损失。现有技术中无法针对氨气浓度对CD的影响，来控制光刻工艺中图形的CD。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氨气浓度侦测方法和控制光刻工艺中图形CD的方法，用于解决现有技术中由于对光刻机机台内部的氨气浓度的侦测会影响光刻机生产作业，因而无法经常进行侦测的问题，以及解决了由于光刻机机台内部的氨气浓度分布不均匀，采用现有技术的侦测方法，得到光刻机机台内部的氨气浓度准确度较低的问题，此外还解决了现有技术中无法针对氨气浓度对CD的影响，来控制光刻工艺中图形的CD，致使光刻工艺中曝光后的光阻在曝光后烘烤延迟时，受到光刻机机台内部的氨气影响，从而导致CD产生变化、晶圆出现缺陷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氨气浓度侦测方法，用于侦测光刻机机台内部的氨气浓度，其中，所述气体浓度侦测方法至少包括：

步骤S1，提供一晶圆，在所述晶圆上形成光阻；

步骤S2，图形化所述光阻，形成光阻图形；其中，所述光阻图形具有至少一个受到所述光刻机机台内部的氨气影响的第一区域和至少一个未受到所述光刻机机台内部的氨气影响的第二区域，所述第一区域和所述第二区域均匀分布在所述晶圆上；

步骤S3，选取至少一个所述第一区域和至少一个所述第二区域进行CD量测，得到至少一个第一CD和至少一个第二CD；

步骤S4，根据所述第一CD和所述第二CD的尺寸差异，计算所述光刻机机台内部的氨气浓度。

优选地，所述步骤S2具体包括：

步骤S21，在所述光刻机机台内部，对所述光阻进行两次曝光工艺，以区分受到所述光刻机机台内部的氨气影响的第一次曝光后的图形和未受到所述光刻机机台内部的氨气影响的第二次曝光后的图形；

步骤S22，对两次曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，以形成所述光阻图形；其中，所述第一次曝光后的图形形成所述光阻图形的第一区域，所述第二次曝光后的图形形成所述光阻图形的第二区域。

优选地，所述步骤S21具体包括：

步骤S211，在所述光刻机机台内部的曝光单元，对所述光阻进行第一次曝光，得到第一次曝光后的图形；

步骤S212，预设反应时间，根据所述反应时间，控制所述第一次曝光后的图形在所述光刻机机台内部移动及滞留，以使所述第一次曝光后的图形与所述光刻机机台内部的氨气进行反应；

步骤S213，在所述光刻机机台内部的曝光单元，对所述光阻进行第二次曝光，得到第二次曝光后的图形；其中，所述第一次曝光后的图形和第二次曝光后的图形间隔交错排布。

优选地，所述步骤S212中，所述反应时间至少为3min，其对应的所述第一次曝光后的图形在所述光刻机机台内部移动及滞留的时间包括：将所述第一次曝光后的图形从所述光刻机机台内部的曝光单元移动到所述光刻机机台内部出风口的时间，将所述第一次曝光后的图形滞留在所述光刻机机台内部出风口的时间，以及将所述第一次曝光后的图形从所述光刻机机台内部出风口再移动回所述光刻机机台内部的曝光单元的时间。

优选地，将所述第一次曝光后的图形滞留在所述光刻机机台内部出风口的时间至少为1min，以使所述第一次曝光后的图形与所述光刻机机台内部的氨气充分反应。

优选地，所述步骤S4具体包括：

步骤S41，统计所述光刻机机台内部不同的氨气浓度及其所对应的光阻图形CD变化值，对所述氨气浓度数据和所述光阻图形CD变化值数据进行线性拟合，以得到氨气浓度计算公式；

步骤S42，根据所述第一CD和所述第二CD的尺寸差异，通过所述氨气浓度计算公式计算所述光刻机机台内部的氨气浓度。

优选地，所述步骤S41中，统计所述光刻机机台内部不同的氨气浓度及其所对应的光阻图形CD变化值，具体方法为：

暂停所述光刻机的生产作业，采样所述光刻机机台内部的氨气并测试其浓度；

恢复所述光刻机的生产作业，采用光刻工艺，分别得到受到所述光刻机机台内部的氨气影响的测试光阻图形和未受到所述光刻机机台内部的氨气影响的对比光阻图形；

分别对所述测试光阻图形和所述对比光阻图形进行CD量测，得到测试光阻图形CD和对比光阻图形CD；

计算所述测试光阻图形CD和所述对比光阻图形CD的尺寸差异，以得到所述光阻图形CD变化值；

多次重复上述方法，以得到所述光刻机机台内部不同的氨气浓度及其所对应的光阻图形CD变化值。

优选地，采用光刻工艺得到受到所述光刻机机台内部的氨气影响的测试光阻图形，具体方法为：提供一测试晶圆，在所述测试晶圆上形成光阻；在所述光刻机机台内部的曝光单元，对所述光阻进行曝光，得到曝光后的图形；预设曝光后烘烤时间，根据所述曝光后烘烤时间，控制曝光后的图形在所述光刻机机台内部移动及滞留，以使所述曝光后的图形与所述光刻机机台内部的氨气进行反应；继续对所述曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，得到所述测试光阻图形。

优选地，所述曝光后烘烤时间至少为3min，其对应的所述曝光后的图形在所述光刻机机台内部移动及滞留的时间包括：将所述曝光后的图形从所述光刻机机台内部的曝光单元移动到所述光刻机机台内部出风口的时间，将所述曝光后的图形滞留在所述光刻机机台内部出风口的时间，以及将所述曝光后的图形从所述光刻机机台内部出风口再移动到所述光刻机机台内部的曝光后烘烤单元的时间。

优选地，将所述曝光后的图形滞留在所述光刻机机台内部出风口的时间至少为1min，以使所述曝光后的图形与所述光刻机机台内部的氨气充分反应。

优选地，所述曝光后烘烤延迟时间与所述反应时间相同。

优选地，采用光刻工艺得到未受到所述光刻机机台内部的氨气影响的对比光阻图形，具体方法为：提供一对比晶圆，在所述对比晶圆上形成光阻，在所述光刻机机台内部的曝光单元，对所述光阻进行曝光，得到曝光后的图形；继续对所述曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，得到所述对比光阻图形。

优选地，所述步骤S41中，所述氨气浓度计算公式为一次函数方程式，其通过对至少五组所述氨气浓度数据及其所对应的所述光阻图形CD变化值数据进行线性拟合而成。

优选地，所述步骤S3中，选取相同数量的所述第二区域和所述第一区域进行CD量测，所述第二CD为各第二区域CD的均值，所述第一CD为各第一区域CD的均值。

优选地，所述光阻为ESCAP类光阻。

本发明还提供一种控制光刻工艺中图形CD的方法，其中，所述控制光刻工艺中图形CD的方法至少包括如下步骤：

采用上述的氨气浓度侦测方法，以预定的时间间隔，侦测光刻机机台内部的氨气浓度；

在侦测得到的所述光刻机机台内部的氨气浓度超过预设的氨气浓度时，调节所述光刻机机台内部的氨气浓度，以在对下一批次的晶圆进行光刻工艺时，减小所述光刻机机台内部的氨气对曝光后的光阻的影响，从而控制光刻工艺中的图形CD。

优选地，所述预定的时间间隔为前一批次的晶圆完成光刻工艺后，后一批次的晶圆进行光刻工艺前。

如上所述，本发明的氨气浓度侦测方法和控制光刻工艺中图形CD的方法，具有以下有益效果：

首先，本发明的氨气浓度侦测方法采用量测CD的方法侦测光刻机机台内部的氨气浓度，结合现有的CD量测方法，考量了光刻机机台内部的氨气浓度的分布情况，同时减少了其他干扰因素，从而使测得的光刻机机台内部的氨气浓度值更为准确；另外，本发明的氨气浓度侦测方法可以通过设计JOB直接进入光刻机机台进行作业，在FAB正常的生产过程中便可进行，无需暂停光刻机机台的生产作业，对光刻机机台生产作业的影响降到了最低，可以经常进行侦测。

其次，本发明的控制光刻工艺中图形CD的方法，以预定的时间间隔，采用上述的氨气浓度侦测方法侦测光刻机机台内部的氨气浓度，侦测结果较为精确，根据该侦测结果，能够更好地控制光刻机机台内部的氨气浓度，避免进行光刻工艺时曝光后的光阻受其影响，从而控制图形CD的变化，避免晶圆缺陷的产生。

再次，本发明操作简单，易于实现，且普遍性较强，可应用于其他相同类型的机台。

附图说明

图1显示为本发明现有技术中晶圆在光刻机机台内部曝光的流程示意图。

图2显示为本发明现有技术中的晶圆缺陷电镜扫描对比图。

图3显示为本发明实施例中的氨气浓度侦测方法的流程示意图。

图4显示为本发明实施例中形成的光阻图形示意图。

图5显示为本发明实施例中两次曝光后的图形的移动过程示意图。

图6显示为本发明实施例中氨气浓度及其对CD影响的示例性图像。

元件标号说明

1晶圆

11第一区域

12第二区域

S1～S4步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3，本发明的实施例涉及一种氨气浓度侦测方法，用于侦测光刻机机台内部的氨气浓度。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例的气体浓度侦测方法至少包括：

步骤S1，提供一晶圆，在晶圆上形成光阻。

步骤S2，图形化光阻，形成光阻图形；其中，光阻图形具有至少一个受到光刻机机台内部的氨气影响的第一区域和至少一个未受到光刻机机台内部的氨气影响的第二区域，第一区域和第二区域均匀分布在晶圆上。

步骤S3，选取至少一个第一区域和至少一个第二区域进行CD量测，得到至少一个第一CD和至少一个第二CD。

步骤S4，根据第一CD和第二CD的尺寸差异，计算光刻机机台内部的氨气浓度。

其中，第二CD是通过量测未受到光刻机机台内部的氨气影响的第二区域(或称第二shot)得到的，量测第二区域也即量测CDU(CDUniformity，线宽均匀性CD)；而第一CD由于是通过量测受到光刻机机台内部的氨气影响的第一区域(或称第一shot)得到的，因此，其与CDU之间是存在尺寸差异的。

对于本实施例的步骤S2，其具体包括如下步骤：

步骤S21，在光刻机机台内部，对光阻进行两次曝光工艺，以区分受到光刻机机台内部的氨气影响的第一次曝光后的图形和未受到光刻机机台内部的氨气影响的第二次曝光后的图形。

步骤S22，对两次曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，以形成如图4所示的光阻图形；其中，第一次曝光后的图形形成光阻图形的第一区域11，第二次曝光后的图形形成光阻图形的第二区域12，第一区域11和第二区域12均至少为一个，各第一区域11和各第二区域12均匀分布在晶圆1上。

在本实施例中，每个第一区域11和每个第二区域12的大小按照正常光刻工艺过程中曝光区域的大小来曝光，也就是说，一片8寸的晶圆上具有间隔交错排布的如图4所示的27个第一区域11和27个第二区域12。如此一来，在侦测光刻机机台内部的氨气浓度时，就无须调整光刻工艺中的曝光制程，直接按照现有曝光制程进行操作即可，操作更为便捷。此外，各第一区域11和各第二区域12均匀分布在晶圆1上，能够保证各第一区域11受到光刻机机台内部氨气的影响能够均匀体现在晶圆1上；在步骤S3中，选取位置均匀分布的五个第一区域和五个第二区域进行CD量测，得到五个第一CD和五个第二CD，分别取这五个第一CD和五个第二CD的均值；而步骤S4中所根据的尺寸差异，则采用五个第一CD的均值和五个第二CD的均值之间的尺寸差异，来计算光刻机机台内部的氨气浓度，能够使得侦测得到的氨气浓度更加精确。

当然，在其他的实施例中，也可以选择其他大小的曝光区域进行曝光，从而得到其他数量的相同大小的第一区域和第二区域，只需保证各第一区域和各第二区域均匀分布在晶圆上即可。

而对于上述的步骤S21，其具体包括如下步骤：

步骤S211，在光刻机机台内部的曝光单元，对光阻进行第一次曝光，得到第一次曝光后的图形。

步骤S212，预设反应时间，根据反应时间，控制第一次曝光后的图形在光刻机机台内部移动及滞留，以使第一次曝光后的图形与光刻机机台内部的氨气进行反应。

步骤S213，在光刻机机台内部的曝光单元，对光阻进行第二次曝光，得到第二次曝光后的图形；其中，第一次曝光后的图形和第二次曝光后的图形间隔交错排布。

由于第一曝光后的图形与光刻机机台内部的氨气进行了充分反应，第一曝光后的图形所对应的一部分光阻受到了氨气的影响，之后，将第二次曝光后的图形直接送入曝光后烘烤单元，第二次曝光后的图形所对应的另一部分光阻未受到氨气的影响(氨气只会影响曝光过的一部分光阻)，再经过显影，由此得到光阻图形，该光阻图形具有受到光刻机机台内部的氨气影响的第一区域和未受到光刻机机台内部的氨气影响的第二区域。

本实施例的步骤S212中，反应时间至少为3min，其对应的第一次曝光后的图形在光刻机机台内部移动及滞留的时间包括：将第一次曝光后的图形从光刻机机台内部的曝光单元移动到光刻机机台内部出风口的时间，将第一次曝光后的图形滞留在光刻机机台内部出风口的时间，以及将第一次曝光后的图形从光刻机机台内部出风口再移动回光刻机机台内部的曝光单元的时间。由于外送单元处于机台内部的出风口处，将第一次曝光后的图形滞留在光刻机机台内部的出风口，也就是将第一次曝光后的图形滞留在外送单元中。进一步地，将第一次曝光后的图形滞留在光刻机机台内部出风口的时间至少为1min，以使第一次曝光后的图形与光刻机机台内部的氨气充分反应。如此一来，虽然光刻机机台内部的氨气浓度分布不均匀，但将第一次曝光后的图形在机台内部各处均移动一圈(包括将第一次曝光后的图形从光刻机机台内部的曝光单元移动到光刻机机台内部出风口，再将第一次曝光后的图形从光刻机机台内部出风口再移动回光刻机机台内部的曝光单元)，约耗时2min，并在氨气浓度最高的出风口处，也就是外送单元内，滞留至少1min，从而使第一次曝光后的图形与光刻机机台内部各浓度的氨气充分进行了反应，因此得到的光刻机机台内部的氨气浓度准确度也较高。

如图5所示，将第一次曝光后的图形从光刻机机台内部的曝光单元移动到光刻机机台内部出风口为箭头①指示的过程，将第一次曝光后的图形从光刻机机台内部出风口再移动回光刻机机台内部的曝光单元为箭头②指示的过程，将两次曝光后的图形直接送入曝光后烘烤单元为箭头③指示的过程。

当然，在其他的实施例中，不考虑光刻机机台内部的氨气浓度的均匀性，反应时间对应的第一次曝光后的图形在光刻机机台内部移动及滞留的时间，也可以仅包括将第一次曝光后的图形在光刻机机台内部的曝光单元内移动及滞留的时间。

进一步地，本实施例的步骤S4具体包括：

步骤S41，统计光刻机机台内部不同的氨气浓度C及其所对应的光阻图形CD变化值ΔCD，对氨气浓度数据和光阻图形CD变化值数据进行线性拟合，以得到氨气浓度C-ΔCD计算公式。

步骤S42，根据第二CD和第一CD的尺寸差异，通过氨气浓度C-ΔCD计算公式计算光刻机机台内部的氨气浓度。

对于上述的步骤S41中，统计光刻机机台内部不同的氨气浓度及其所对应的光阻图形CD变化值，具体方法为：暂停光刻机的生产作业，采样光刻机机台内部的氨气并测试其浓度C；恢复光刻机的生产作业，采用光刻工艺，分别得到受到光刻机机台内部的氨气影响的测试光阻图形和未受到光刻机机台内部的氨气影响的对比光阻图形；分别对测试光阻图形和对比光阻图形进行CD量测，得到测试光阻图形CD和对比光阻图形CD；计算测试光阻图形CD和对比光阻图形CD的尺寸差异，以得到光阻图形CD变化值ΔCD；多次重复上述方法，以得到光刻机机台内部不同的氨气浓度C及其所对应的光阻图形CD变化值ΔCD。

当然，每次采样光刻机机台内部的氨气并测试其浓度C时，可以通过过滤器的过滤速度等进行调节，控制氨气浓度C适量增大或减小，以使得侦测得到的光刻机机台内部不同的氨气浓度C及其所对应的光阻图形CD变化值ΔCD，从而使侦测值范围更全面、准确度更高。

此外，采用光刻工艺得到受到光刻机机台内部的氨气影响的测试光阻图形，具体方法为：提供一测试晶圆，在测试晶圆上形成光阻；在光刻机机台内部的曝光单元，对光阻进行曝光，得到曝光后的图形；预设曝光后烘烤延迟时间，根据曝光后烘烤延迟时间，控制曝光后的图形在光刻机机台内部移动及滞留，以使曝光后的图形与光刻机机台内部的氨气进行反应；继续对曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，得到测试光阻图形。

其中，由于曝光后烘烤延迟时间为3min及以上时，其对于CD的影响是呈线性的，因此曝光后烘烤延迟时间至少为3min，其对应的曝光后的图形在光刻机机台内部移动及滞留的时间包括：将曝光后的图形从光刻机机台内部的曝光单元移动到光刻机机台内部出风口的时间，将曝光后的图形滞留在光刻机机台内部出风口的时间，以及将曝光后的图形从光刻机机台内部出风口再移动到光刻机机台内部的曝光后烘烤单元的时间。由于外送单元处于机台内部的出风口处，将曝光后的图形滞留在光刻机机台内部的出风口，也就是将曝光后的图形滞留在外送单元中。将曝光后的图形滞留在光刻机机台内部出风口的时间至少为1min，以使曝光后的图形与光刻机机台内部的氨气充分反应。

当然，在其他的实施例中，不考虑光刻机机台内部的氨气浓度的均匀性，曝光后烘烤延迟时间对应的曝光后的图形在光刻机机台内部移动及滞留的时间，也可以仅包括将曝光后的图形在光刻机机台内部的曝光单元移动及滞留的时间。

特别需要指出的是，曝光后烘烤延迟时间与反应时间相同，才能在同一条件下应用本实施例中的氨气浓度C-△CD计算公式，从而计算得出光刻机机台内部的氨气浓度，例如，预设曝光后烘烤延迟时间为3min，那么预设的反应时间必然也为3min。

另外，采用光刻工艺得到未受到光刻机机台内部的氨气影响的对比光阻图形，具体方法为：提供一对比晶圆，在对比晶圆上形成光阻，在光刻机机台内部的曝光单元，对光阻进行曝光，得到曝光后的图形；继续对曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，得到对比光阻图形。

另外，步骤S41中，氨气浓度C-ΔCD计算公式为一次函数方程式，其通过对至少五组氨气浓度数据及其所对应的光阻图形CD变化值数据进行线性拟合而成。

此外，本实施例的步骤S3中，需要选取相同数量的第二区域和第一区域进行CD量测，可以是各一个，也可以是各N个，N为自然数；第二区域和第一区域各N个时，第二CD为各第二区域CD的均值，第一CD为各第一区域CD的均值。

还需要指出的是，经过实验发现，ESCAP类光阻最容易受氨气浓度的影响，其他类型的光阻受到的影响不明显，也就是说ESCAP类光阻对于氨气浓度是最为敏感的，而其他类型的光阻，如Acetal类光阻对曝光后烘烤欠敏感，因此本实施例采用的光阻为ESCAP类光阻。

具体地说，由于在光阻光化学链式(裂解)反应完成之前，如果光刻机机台内部环境中存在氨气，则会与光阻表面的曝光中产生的H+发生反应而消耗掉酸根离子(因为氨气存在于空气环境中，所以反应发生在光阻表面部分)，从而导致光阻表面的光酸缺乏，最终导致顶部的光阻(未曝光部分)不能在显影阶段与显影液发生反应时被去除，反而变成多余的图像，从而造成晶圆缺陷。

对于Acetal类光阻来说，之所以对曝光后烘烤相对欠敏感，是因为它的光化学链式(裂解)反应是在室温下以及在曝光单元就已经完成了，因此即使曝光后烘烤延迟，氨气也不会影响Acetal类光阻表面的光酸分布。

而ESCAP类光阻对曝光后烘烤更敏感，它是先在曝光阶段产生少量光酸，然后光化学链式(裂解)反应必须是在高温环境下(也就是在曝光后烘烤阶段才能完成)，所以，由于曝光后烘烤延迟，晶圆长时间暴露在高氨气的环境中，会导致光刻机机台内部环境中的氨气与ESCAP类光阻表面的H+发生反应而造成晶圆缺陷(例如T-TOP现象)。ESCAP类光阻在反应阶段，反应所需能量比较高，需要在高温下进行，曝光阶段只产生少量的酸根离子，而要到曝光后烘烤单元中在高温下才能完成所有后续的化学反应。

以在测试晶圆上形成ESCAP6119光阻为例，CD量测对象、测试条件及氨气浓度C-ΔCD计算公式如下表1所示：

表1

在PEBDelay时间分别为2min和3min时，按照本实施例中上述方法统计光刻机机台内部不同的氨气浓度及其所对应的光阻图形CD变化值，各得到六组氨气浓度数据及其所对应的光阻图形CD变化值数据，如下表2所示：

表2

通过对上表2中PEBDelay为3min时的六组氨气浓度数据及其所对应的光阻图形CD变化值数据进行线性拟合，得到的一次函数方程式即为氨气浓度C-ΔCD计算公式，该一次函数图像以及PEBDelay为2min时的图像如图6所示，可以看出，当PEBDelay为2min时氨气浓度C对于CD基本没有影响，而当PEBDelay为3min时氨气浓度C对于CD的影响基本是呈线性的。PEBDelay为3min时，一次函数y＝4.4x-3.9，即氨气浓度C-ΔCD计算公式为：△CD＝4.4C-3.9，考虑到公差d约为0.6，最后得出氨气浓度C-ΔCD计算公式：C(NH₃％)＝(△CD+4.5)/4.4。

其中，光刻机机台内部的氨气浓度C对应的光阻图形CD变化值ΔCD，是指受到氨气浓度C影响的测试光阻图形CD与未受到氨气浓度C影响的对比光阻图形CD(对比光阻图形CD相当于CDU的量测)之间的尺寸差异，也就是说，光阻图形CD变化值ΔCD是指受到氨气影响和未受到氨气影响的两个光阻图形CD之间的尺寸差异。因此，本实施例中未受到氨气影响的第二CD和受到氨气影响第一CD的尺寸差异，可以直接代入氨气浓度C-ΔCD计算公式中的光阻图形CD变化值△CD中，从而计算得出光刻机机台内部的氨气浓度C。

然而，需要特别指出的是，上述示例性氨气浓度C-ΔCD计算公式是在PEBDelay时间为3min时通过线性拟合而成的，对于其他的PEBDelay时间并不适用，在其他的实施例中，也可以在PEBDelay为大于3min的其他时间时，利用上述方法线性拟合出其他的氨气浓度C-ΔCD计算公式。当然，为了操作更为简便，在得到上述示例性氨气浓度C-ΔCD计算公式后，后续每次侦测光刻机机台内部的氨气浓度时，均将步骤S212中反应时间预设为与PEBDelay时间相同的3min；或者在其他实施例中，将反应时间预设为与PEBDelay时间相同的其他大于3min的时间；如此一来，每次侦测光刻机机台内部的氨气浓度只需通过相同的氨气浓度C-ΔCD计算公式计算即可，操作便捷，侦测速度快。

再有，也可以选择其他光阻、其他CD量测对象和其他量测位置，在本实施例中，为了保证侦测得到的氨气浓度的均匀性，选择氨气浓度最高的外送单元D-Chuck，在其他实施例中，也可以选择氨气浓度相对较低的曝光单元，或者选择外送单元和曝光单元的结合，可以根据需要获得的氨气浓度的精确度来进行选择，在此不作赘述。

另外，采用本实施例将氨气浓度的侦测结合CD的侦测方法，更有利于实现同时减少其他干扰CD的因素。具体地说，由于影响CD的除了氨气浓度外，还有曝光时机台的状态，光阻的厚度，晶圆本身的差异等，都是影响CD的因素，而本实施例中两次曝光工艺采用相同的曝光条件对同一光阻进行两次曝光，即使是存在其他干扰CD的因素，两次曝光后的图形中均存在同样的干扰因素，而将具有同样干扰因素的第二CD和第一CD直接进行尺寸对比，相当于忽略了其他干扰因素带来的尺寸差异，因此，本实施例在排除其他干扰CD的因素的情况下，能够测得更为准确的氨气浓度值。而对于其他影响CD的因素，在CDU的量测中可以直接发现，对于其他干扰CD的因素的分析均属于现有技术，在此不作赘述。

另外，在背景技术中提到过，如果增加了一个氨气浓度的侦测方法，对于机台的生产作业也是有影响的。而本实施例的方法可以通过设计JOB(作业)，在FAB的正常生产过程中进行。由于光刻机机台是按照一个个JOB运作的，例如，某个JOB是对25片晶圆进行光刻工艺，另一个JOB是对2片测试晶圆进行光刻工艺测试等。本实施例的方法只需通过设计JOB插入正常生产过程中的JOB即可进行，无需暂停机台，通过量测CD的方法就可以侦测光刻机机台内部的氨气浓度，对于光刻机机台生产作业的影响降到了最低，可以经常侦测光刻机机台内部的氨气浓度，从而更好地控制光刻机机台内部的氨气浓度，避免光阻受其影响，从而避免CD的变化和晶圆缺陷的产生。

本发明另一实施例涉及一种控制光刻工艺中图形CD的方法，其中，控制光刻工艺中图形CD的方法至少包括如下步骤：

采用本发明上述实施例的氨气浓度侦测方法，以预定的时间间隔，侦测光刻机机台内部的氨气浓度；

在侦测得到的光刻机机台内部的氨气浓度超过预设的氨气浓度时，调节光刻机机台内部的氨气浓度，以在对下一批次的晶圆进行光刻工艺时，减小光刻机机台内部的氨气对曝光后的光阻的影响，从而控制光刻工艺中的图形CD。

由于在Fab(晶圆厂)光刻区域内，很多环节可能产生氨气，如HMDS(六甲基二硅胺)的反应会产氨气，空气中本身会存在氨气，人为活动也可能产生氨气，显影液中含有氨；机台PM管路端拆请过程中释放的氨气等等。随着光刻工艺中各作业的进行，光刻机机台内部的氨气浓度也会逐步升高，而现有侦测方法不能经常对其侦测，也就无法及时对其进行控制；即使采用现有侦测方法侦测，得到的侦测结果也并不准确，如果按照该侦测结果对光刻机机台内部的氨气浓度进行控制，控制后，实际上的光刻机机台内部的氨气浓度依然可能偏高。在光刻工艺中，曝光后的光阻将会受到浓度过高的光刻机机台内部的氨气影响，致使图形CD变化，从而导致晶圆缺陷的产生。

因此，本实施例先预定一个时间间隔和预设一个氨气浓度，该预设的氨气浓度是一个在光刻工艺中对曝光后的光阻影响最低的值；然后以预定的时间间隔，侦测光刻机机台内部的氨气浓度，从而能够在光刻机机台内部的氨气浓度超过预设的氨气浓度时，及时对其进行调节，使其低于预设的氨气浓度，从而减小光刻机机台内部的氨气对曝光后的光阻的影响。

当然，在本实施例中，预定的时间间隔可以为前一批次的晶圆完成光刻工艺后，后一批次的晶圆进行光刻工艺前；也可以根据实际工艺需要预定时间间隔，但较佳地是将侦测光刻机机台内部的氨气浓度安排某批次晶圆进行光刻工艺前。由于本发明上述实施例的氨气浓度侦测方法，侦测结果较为精确，根据该侦测结果，在该批次晶圆进行光刻工艺前，能够更好地控制光刻机机台内部的氨气浓度。如此一来，针对即将进行光刻工艺的这一批次晶圆，能够更好地避免其在进行光刻工艺时，曝光后的光阻受到光刻机机台内部的氨气影响，从而能够有效控制图形CD的变化，避免晶圆缺陷的产生。

另外，本发明各实施例的普遍性较强，可应用于其他相同类型的机台，如Stepper机台等。

综上所述，首先，本发明的氨气浓度侦测方法采用量测CD的方法侦测光刻机机台内部的氨气浓度，结合现有的CD量测方法，考量了光刻机机台内部的氨气浓度的分布情况，同时减少了其他干扰因素，从而使测得的光刻机机台内部的氨气浓度值更为准确；另外，本发明的氨气浓度侦测方法可以通过设计JOB直接进入光刻机机台进行作业，在FAB正常的生产过程中便可进行，无需暂停光刻机机台的生产作业，对光刻机机台生产作业的影响降到了最低，可以经常进行侦测，从而更好地控制光刻机机台内部的氨气浓度，避免光阻受其影响，从而避免CD的变化和晶圆缺陷的产生。

其次，本发明的控制光刻工艺中图形CD的方法，以预定的时间间隔，采用上述的氨气浓度侦测方法侦测光刻机机台内部的氨气浓度，侦测结果较为精确，根据该侦测结果，能够更好地控制光刻机机台内部的氨气浓度，避免进行光刻工艺时曝光后的光阻受其影响，从而控制图形CD的变化，避免晶圆缺陷的产生。

再次，本发明操作简单，易于实现，且普遍性较强，可应用于其他相同类型的机台。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种氨气浓度侦测方法，用于侦测光刻机机台内部的氨气浓度，其特征在于，所述气体浓度侦测方法至少包括：

步骤S1，提供一晶圆，在所述晶圆上形成光阻；

步骤S2，图形化所述光阻，形成光阻图形；其中，所述光阻图形具有至少一个受到所述光刻机机台内部的氨气影响的第一区域和至少一个未受到所述光刻机机台内部的氨气影响的第二区域，所述第一区域和所述第二区域均匀分布在所述晶圆上；

步骤S3，选取至少一个所述第一区域和至少一个所述第二区域进行CD量测，得到至少一个第一CD和至少一个第二CD；

步骤S4，根据所述第一CD和所述第二CD的尺寸差异，计算所述光刻机机台内部的氨气浓度。

2.根据权利要求1所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

步骤S21，在所述光刻机机台内部，对所述光阻进行两次曝光工艺，以区分受到所述光刻机机台内部的氨气影响的第一次曝光后的图形和未受到所述光刻机机台内部的氨气影响的第二次曝光后的图形；

步骤S22，对两次曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，以形成所述光阻图形；其中，所述第一次曝光后的图形形成所述光阻图形的第一区域，所述第二次曝光后的图形形成所述光阻图形的第二区域。

3.根据权利要求2所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述步骤S21具体包括：

步骤S211，在所述光刻机机台内部的曝光单元，对所述光阻进行第一次曝光，得到第一次曝光后的图形；

步骤S212，预设反应时间，根据所述反应时间，控制所述第一次曝光后的图形在所述光刻机机台内部移动及滞留，以使所述第一次曝光后的图形与所述光刻机机台内部的氨气进行反应；

步骤S213，在所述光刻机机台内部的曝光单元，对所述光阻进行第二次曝光，得到第二次曝光后的图形；其中，所述第一次曝光后的图形和所述第二次曝光后的图形间隔交错排布。

4.根据权利要求3所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述步骤S212中，所述反应时间至少为3min，其对应的所述第一次曝光后的图形在所述光刻机机台内部移动及滞留的时间包括：将所述第一次曝光后的图形从所述光刻机机台内部的曝光单元移动到所述光刻机机台内部出风口的时间，将所述第一次曝光后的图形滞留在所述光刻机机台内部出风口的时间，以及将所述第一次曝光后的图形从所述光刻机机台内部出风口再移动回所述光刻机机台内部的曝光单元的时间。

5.根据权利要求4所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，将所述第一次曝光后的图形滞留在所述光刻机机台内部出风口的时间至少为1min，以使所述第一次曝光后的图形与所述光刻机机台内部的氨气充分反应。

6.根据权利要求1-5任一项所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S41，统计所述光刻机机台内部不同的氨气浓度及其所对应的光阻图形CD变化值，对所述氨气浓度数据和所述光阻图形CD变化值数据进行线性拟合，以得到氨气浓度计算公式；

步骤S42，根据所述第一CD和所述第二CD的尺寸差异，通过所述氨气浓度计算公式计算所述光刻机机台内部的氨气浓度。

7.根据权利要求6所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述步骤S41中，统计所述光刻机机台内部不同的氨气浓度及其所对应的光阻图形CD变化值，具体方法为：

暂停所述光刻机的生产作业，采样所述光刻机机台内部的氨气并测试其浓度；

恢复所述光刻机的生产作业，采用光刻工艺，分别得到受到所述光刻机机台内部的氨气影响的测试光阻图形和未受到所述光刻机机台内部的氨气影响的对比光阻图形；

分别对所述测试光阻图形和所述对比光阻图形进行CD量测，得到测试光阻图形CD和对比光阻图形CD；

计算所述测试光阻图形CD和所述对比光阻图形CD的尺寸差异，以得到所述光阻图形CD变化值；

多次重复上述方法，以得到所述光刻机机台内部不同的氨气浓度及其所对应的光阻图形CD变化值。

8.根据权利要求7所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，采用光刻工艺得到受到所述光刻机机台内部的氨气影响的测试光阻图形，具体方法为：提供一测试晶圆，在所述测试晶圆上形成光阻；在所述光刻机机台内部的曝光单元，对所述光阻进行曝光，得到曝光后的图形；预设曝光后烘烤延迟时间，根据所述曝光后烘烤延迟时间，控制曝光后的图形在所述光刻机机台内部移动及滞留，以使所述曝光后的图形与所述光刻机机台内部的氨气进行反应；继续对所述曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，得到所述测试光阻图形。

9.根据权利要求8所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述曝光后烘烤延迟时间至少为3min，其对应的所述曝光后的图形在所述光刻机机台内部移动及滞留的时间包括：将所述曝光后的图形从所述光刻机机台内部的曝光单元移动到所述光刻机机台内部出风口的时间，将所述曝光后的图形滞留在所述光刻机机台内部出风口的时间，以及将所述曝光后的图形从所述光刻机机台内部出风口再移动到所述光刻机机台内部的曝光后烘烤单元的时间。

10.根据权利要求9所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，将所述曝光后的图形滞留在所述光刻机机台内部出风口的时间至少为1min，以使所述曝光后的图形与所述光刻机机台内部的氨气充分反应。

11.根据权利要求8所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述曝光后烘烤延迟时间与所述反应时间相同。

12.根据权利要求7所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，采用光刻工艺得到未受到所述光刻机机台内部的氨气影响的对比光阻图形，具体方法为：提供一对比晶圆，在所述对比晶圆上形成光阻，在所述光刻机机台内部的曝光单元，对所述光阻进行曝光，得到曝光后的图形；继续对所述曝光后的图形进行曝光后烘烤和显影，得到所述对比光阻图形。

13.根据权利要求6所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述步骤S41中，所述氨气浓度计算公式为一次函数方程式，其通过对至少五组所述氨气浓度数据及其所对应的所述光阻图形CD变化值数据进行线性拟合而成。

14.根据权利要求1所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述步骤S3中，选取相同数量的所述第一区域和所述第二区域进行CD量测，所述第一CD为各第一区域CD的均值，所述第二CD为各第二区域CD的均值。

15.根据权利要求1所述的氨气浓度侦测方法，其特征在于，所述光阻为ESCAP类光阻。

16.一种控制光刻工艺中图形CD的方法，其特征在于，所述控制光刻工艺中图形CD的方法至少包括如下步骤：

采用如权利要求1-5任一项所述氨气浓度侦测方法，以预定的时间间隔，侦测光刻机机台内部的氨气浓度；

在侦测得到的所述光刻机机台内部的氨气浓度超过预设的氨气浓度时，调节所述光刻机机台内部的氨气浓度，以在对下一批次的晶圆进行光刻工艺时，减小所述光刻机机台内部的氨气对曝光后的光阻的影响，从而控制光刻工艺中的图形CD。

17.根据权利要求16所述的控制光刻工艺中图形CD的方法，其特征在于，所述预定的时间间隔为前一批次的晶圆完成光刻工艺后，后一批次的晶圆进行光刻工艺前。