CN108803260A - 曝光后烘焙装置及晶圆线宽优化方法 - Google Patents

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耿文练
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Abstract

本发明涉及一种曝光后烘焙装置，涉及集成电路制造技术，该曝光后烘焙装置包括：一晶圆、一热板以及一加热装置，所述热板位于所述晶圆下方，用于对所述晶圆进行加热，所述加热装置位于所述热板下方，用于对所述热板进行加热，所述加热装置包括一底盘和多个热探针，所述多个热探针设置于所述底盘上，且所述多个热探针的温度可控；以使热板的局部温度可调，进而调节晶圆上的线宽，达到较高的光刻线宽精度。

Description

曝光后烘焙装置及晶圆线宽优化方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路制造技术，尤其涉及一种烘焙装置。
背景技术
在半导体工艺中，光刻工艺是通过一系列生产步骤将掩模版上图形转移到晶圆上的工艺。一般的光刻工艺要经历在晶圆表面涂底胶、旋涂光刻胶、软烘、对准、曝光、曝光后烘焙、显影、硬烘、检测等工序。随着半导体技术的发展，半导体技术节点不断缩小，对光刻线宽精度提出了更高的要求，光刻线宽精度也是光刻工艺中的一个重要参数。目前的生产步骤中导致光刻线宽精度问题的因素较多，其中曝光后烘焙时热板温度的精度是影响光刻线宽精度问题的重要因素之一。
请参阅图1，图1为现有技术中用于曝光后烘焙装置的热板的示意图。如图1所示，热板200包括七个加热模块(H0到H6)对热板进行加热，以对曝光后的晶圆100进行烘焙，因热板200仅包括七个加热模块(H0到H6)，因此无法精确的对热板200进行局部加热，存在一定的加热局限性，且无法灵活控制热板200局部温度，而影响光刻线宽的精度。
因此在集成电路制造中，需要一种提高光刻线宽精度的曝光后烘焙装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曝光后烘焙装置，以得到较高的光刻线宽精度。
本发明提供的曝光后烘焙装置，包括：一晶圆、一热板以及一加热装置，所述热板位于所述晶圆下方，用于对所述晶圆进行加热，所述加热装置位于所述热板下方，用于对所述热板进行加热，所述加热装置包括一底盘和多个热探针，所述多个热探针设置于所述底盘上，且所述多个热探针的温度可控。
更进一步的，所述多个热探针的一端插设于所述底盘上，所述多个热探针的另一端朝向所述热板的方向。
更进一步的，所述多个热探针均匀设置于所述底板上。
更进一步的，所述热探针的个数为m，其中m≥50。
更进一步的，所述多个热探针朝向所述热板方向的一端的面积为s，其中0.01mm2≤s≤5mm2。
更进一步的，所述多个热探针加热的温度误差在±0.1℃以内。
更进一步的，所述多个热探针加热的温度误差在±0.01℃以内。
更进一步的，所述多个热探针并联连接。
更进一步的，曝光后烘焙装置还包括升降装置，所述升降装置连接所述热板，用于垂直方向移动所述热板。
更进一步的，曝光后烘焙装置还包括升降装置，所述升降装置连接所述加热装置，用于垂直方向移动所述加热装置。
更进一步的，曝光后烘焙装置还包括冷却装置，所述冷却装置用于对所述多个热探针进行散热。
更进一步的，所述冷却装置环绕在所述多个热探针的周围。
更进一步的，曝光后烘焙装置还包括线宽控制单元，用于检测所述晶圆表面多个坐标位置对应的图形的线宽，并输出一控制信号至所述加热装置。
更进一步的，所述线宽控制单元包括：检测单元，连接所述晶圆，用于检测所述晶圆表面多个坐标位置对应的图形的线宽；计算单元，连接所述检测单元，并接收所述检测单元输出的所述晶圆上多个坐标位置对应的图形的线宽，并输出一温度控制信号；以及温度控制单元，连接所述计算单元，以接收所述计算单元输出的所述温度控制信号，并根据所述温度控制信号输出所述控制信号至所述加热装置。
更进一步的，所述控制信号包括控制所述多个热探针的温度的控制信号。
本发明还提供一种晶圆线宽优化方法，包括：步骤S1，提供一线宽D与热板温度T之间的函数关系式D＝f(T)；步骤S2，提供一晶圆，对所述晶圆进行光刻工艺；步骤S3，提供一检测单元，检测所述晶圆表面多个坐标位置对应的图形的线宽，输出测试线宽信号；步骤S4，提供一计算单元，接收所述测试线宽信号，计算出所述晶圆表面上多个坐标位置对应的图形的目标线宽与所述测试线宽的线宽误差△Dn；步骤S5，若线宽误差△Dn大于或等于设定值，所述计算单元根据所述函数关系式D＝f(T)计算出对应线宽误差△Dn的一温度控制信号，并进入步骤S6；步骤S6，提供一温度控制单元，根据所述温度控制信号输出一控制信号至所述加热装置，并进入步骤S2；以及步骤S7，若线宽误差△Dn小于设定值，则以步骤S2中的所述光刻工艺中热板的温度参数进行量产晶圆的光刻工艺。
本发明提供的曝光后烘焙装置，通过增加一个加热装置，且加热装置包括多个温度可控的热探针以对热板进行加热，使热板的局部温度可调，进而调节晶圆上的线宽，达到较高的光刻线宽精度。
附图说明
图1为现有技术中用于曝光后烘焙装置的热板的示意图。
图2为本发明一实施例的曝光后烘焙装置示意图。
图3为本发明一实施例的晶圆线宽优化方法流程图。
图中主要元件附图标记说明如下：
100、晶圆；200、热板；300、加热装置；310、底盘；320、热探针；500、升降装置；600、冷却装置；400、线宽控制单元；410、检测单元；420、计算单元；430、温度控制单元。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“向上”、“向下”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图2，图2为本发明一实施例的曝光后烘焙装置示意图。如图2所示，本发明的曝光后烘焙装置包括：晶圆100；热板200，位于晶圆100下方，用于对晶圆100进行加热；加热装置300，位于热板200下方，用于对热板200进行加热，更具体的，加热装置300包括底盘310和多个热探针320，多个热探针320设置于底盘310上，且多个热探针320的温度可控。
如此构成的曝光后烘焙装置，通过增加一个加热装置，且加热装置包括多个温度可控的热探针以对热板进行加热，使热板的局部温度可调，进而调节晶圆上的线宽，达到较高的光刻线宽精度。
在本发明一实施例中，多个热探针320的一端插设于底盘310上，多个热探针320的另一端朝向热板200的方向，并对应热板200上的一个位置，如热板200包括一X方向和一Y方向，则每一个热探针320对应一个坐标位置(Xn，Yn)，以对热板200上的坐标位置(Xn，Yn)进行加热并控制该位置的温度。在本发明一实施例中，多个热探针320均匀设置于底板310上，如此热板200上温度可调的位置均匀分布，提高了晶圆100上线宽可调区域的面积。在本发明一实施例中，底盘310上设置的热探针320的个数为m，其中m≥50；更进一步的，50≤m≤1000。在本发明一实施例中，热探针320朝向热板200方向的一端的面积为s，0.01mm2≤s≤5mm2。在本发明一实施例中，热探针320加热的温度误差在±0.1℃以内。在本发明一优选实施例中，热探针320加热的温度误差在±0.01℃以内。如在本发明一实施例中，热板200的目标加热温度为80℃至150℃，则每个热探针320的目标加热温度为80℃±0.1℃至150℃±0.1℃；更优的，每个热探针320的目标加热温度为80℃±0.01℃至150℃±0.01℃。
更进一步的，图2所示的曝光后烘焙装置还包括一线宽控制单元400，用于检测晶圆100表面多个坐标位置，如坐标位置(Xn，Yn)，对应的图形的线宽，并输出一控制信号至加热装置300，加热装置300根据该控制信号调节底盘310相应坐标位置(Xn，Yn)上的热探针320的温度，以调整热板坐标位置(Xn，Yn)上温度，进而调节晶圆上对应坐标位置(Xn，Yn)上的线宽。更具体的，线宽控制单元400包括检测单元410、计算单元420和温度控制单元430，检测单元410连接晶圆100，用于检测晶圆100表面多个坐标位置对应的图形的线宽。同样的晶圆100可包括一X方向和一Y方向，则检测单元410可检测晶圆100表面坐标位置(Xn，Yn)对应的图形的线宽Dn。计算单元420连接检测单元410，并接收晶圆100上多个坐标位置，如坐标位置(Xn，Yn)，对应的图形的线宽Dn，计算出晶圆100表面坐标位置(Xn，Yn)对应的图形的目标线宽Dn’和测试线宽Dn的差△Dn，即晶圆100表面坐标位置(Xn，Yn)的线宽误差△Dn，并根据线宽D与热板温度T之间函数关系式D＝f(T),计算修正线宽误差量△Dn对应需要补偿的温度偏移量△Tn，或计算出目标线宽Dn’对应的目标温度T’,即输出一温度控制信号。温度控制单元430连接计算单元420，以接收计算单元420输出的温度控制信号，并根据该温度控制信号输出一控制信号至加热装置300，加热装置300根据该控制信号调节加热装置300上相应坐标位置(Xn，Yn)上的热探针320的温度，以调整热板坐标位置(Xn，Yn)上温度，进而调节晶圆上对应坐标位置(Xn，Yn)上的线宽，以达到较高的光刻线宽精度。在本发明一实施例中，控制信号包括控制多个热探针320的温度的控制信号。
坐标位置(Xn，Yn)的具体位置及数量可根据实际产品的需求进行设置。在本发明一实施例中，坐标位置(Xn，Yn)和热探针320的位置及个数对应。
在本发明一实施例中，多个热探针320并联连接，如此多个热探针320的温度可单独控制，则可单独控制热板200上与每个热探针320对应位置的温度，即根据目标线宽Dn’灵活调节热板200上对应位置的温度。在本发明一实施例中，热探针320为发热的电阻，则温度控制单元430通过精确控制流过每个热探针320的电流值而精确控制热探针320的温度。但本发明对热探针的材质并不做限定，只要温度可控的发热装置均适用于本发明。
在本发明一实施例中，线宽D与热板温度T之间函数关系式D＝f(T)可通过有限的多次试验得到。具体地，选择一批曝光后的晶圆，在不同温度的热板上对其进行烘焙，然后采样晶圆上的线宽，如此不同的热板温度对应不同的晶圆上的线宽，经过有限的多次试验即可得到线宽D与热板温度T之间函数关系式D＝f(T)。本发明不限定线宽D与热板温度T之间函数关系式D＝f(T)，不同产品及应用的不同的光刻胶材料等因素的影响，其线宽D与热板温度T之间函数关系式D＝f(T)可能不同。因此对于特定的产品可通过上述方式进行有限的多次试验以得到线宽D与热板温度T之间函数关系式D＝f(T)。
更进一步的，图2所示的曝光后烘焙装置还包括升降装置500。在本发明一实施例中，升降装置500连接热板200，用于垂直方向移动热板200，如向上或向下移动热板，以使热板200与加热探针320脱离或接触。在本发明一实施例中，升降装置500也可连接加热装置300，用于垂直方向移动加热装置300，如向上或向下移动加热装置300，同样的以使热板200与加热探针320接触或脱离。在本发明一实施例中，当加热装置300与热板200接触时，通过热探针320对热板进行加热并根据晶圆上的目标线宽控制热板200对应位置的温度。在本发明一实施例中，当加热装置300与热板200脱离时，热板200不需要加热，或热板200通过自身的加热模块(H0到H6)进行加热。热探针320接触还是脱离热板200可根据晶圆上线宽误差决定，若坐标位置(Xn，Yn)的线宽误差大于设定值，则可使热探针320接触热板200，以通过控制坐标位置(Xn，Yn)的热探针320的温度调节晶圆上坐标位置(Xn，Yn)的线宽误差，达到较高的线宽精度。在本发明一实施例中，升降装置500为一马达，但本发明对此并不做限定，只要能上下移动热板200或加热装置300即可。
更进一步的，图2所示的曝光后烘焙装置还包括冷却装置600，用于对多个热探针320进行散热。在本发明一优选实施例中，冷却装置600环绕在多个热探针320的周围，以使多个热探针320同时快速散热。在本发明一实施例中，冷却装置600为风控装置。在本发明一实施例中，冷却装置600设置于光刻曝光机台上，但本发明对冷却装置600的固定方式并不做限定，只要其能对热探针320散热即可。
本发明一实施例中，还提供一晶圆线宽优化方法。具体的，请参阅图3，图3为本发明一实施例的晶圆线宽优化方法流程图。并请参阅图2，如图3所示，本发明的晶圆线宽优化方法包括：步骤S1，提供一线宽D与热板温度T之间函数关系式D＝f(T)，函数关系式D＝f(T)可根据上述描述的有限的多次试验得到，其具体做法与上述相同，在此不再赘述。步骤S2，提供一晶圆100，对其进行光刻工艺。步骤S3，提供一检测单元410，检测晶圆表面多个坐标位置，如(Xn，Yn)，对应的图形的线宽，输出测试线宽信号Dn。步骤S4，提供一计算单元420，接收检测单元410输出的测试线宽信号Dn，计算出晶圆100表面上多个坐标位置，如(Xn，Yn)，对应的图形的目标线宽Dn’与测试线宽Dn的差△Dn，即晶圆100表面多个坐标位置(Xn，Yn)的线宽误差△Dn。若线宽误差△Dn大于或等于设定值，则进入步骤S5和步骤S6，其中步骤S5，计算单元420根据函数关系式D＝f(T)计算出对应线宽误差△Dn的一温度控制信号，具体地，计算单元420根据线宽D与热板温度T之间函数关系式D＝f(T),计算修正误差量△Dn对应需要补偿的温度偏移量△Tn，或计算出目标线宽Dn’对应的目标温度T。其中步骤S6，提供一温度控制单元430，根据计算单元420输出的温度控制信号输出一控制信号至加热装置300，并进入步骤S2，具体的，加热装置300根据该控制信号调节加热装置300上对应坐标位置(Xn，Yn)上的热探针320的温度，以调整热板坐标位置(Xn，Yn)上温度，进而以调整后的热板的温度参数进行步骤S2中晶圆的光刻工艺。若线宽误差△Dn小于设定值，则进入步骤S7，则以步骤S2中的光刻工艺中热板的温度参数进行量产晶圆的光刻工艺。如此根据晶圆表面图形的线宽误差循环调整对应位置的热板温度，以补偿晶圆表面图形的线宽误差，达到较高的光刻线宽精度。
综上所述，通过增加一个加热装置，且加热装置包括多个温度可控的热探针以对热板进行加热，使热板的局部温度可调，进而调节晶圆上的线宽，达到较高的光刻线宽精度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种曝光后烘焙装置，其特征在于，包括：一晶圆、一热板以及一加热装置，所述热板位于所述晶圆下方，用于对所述晶圆进行加热，所述加热装置位于所述热板下方，用于对所述热板进行加热，所述加热装置包括一底盘和多个热探针，所述多个热探针设置于所述底盘上，且所述多个热探针的温度可控。
2.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述多个热探针的一端插设于所述底盘上，所述多个热探针的另一端朝向所述热板的方向。
3.根据权利要求1或2任一项所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述多个热探针均匀设置于所述底板上。
4.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述热探针的个数为m，其中m≥50。
5.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述多个热探针朝向所述热板方向的一端的面积为s，其中0.01mm2≤s≤5mm2。
6.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述多个热探针加热的温度误差在±0.1℃以内。
7.根据权利要求6所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述多个热探针加热的温度误差在±0.01℃以内。
8.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述多个热探针并联连接。
9.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，曝光后烘焙装置还包括升降装置，所述升降装置连接所述热板，用于垂直方向移动所述热板。
10.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，曝光后烘焙装置还包括升降装置，所述升降装置连接所述加热装置，用于垂直方向移动所述加热装置。
11.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，曝光后烘焙装置还包括冷却装置，所述冷却装置用于对所述多个热探针进行散热。
12.根据权利要求11所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述冷却装置环绕在所述多个热探针的周围。
13.根据权利要求1所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，曝光后烘焙装置还包括线宽控制单元，用于检测所述晶圆表面多个坐标位置对应的图形的线宽，并输出一控制信号至所述加热装置。
14.根据权利要求13所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述线宽控制单元包括：
检测单元，连接所述晶圆，用于检测所述晶圆表面多个坐标位置对应的图形的线宽；
计算单元，连接所述检测单元，并接收所述检测单元输出的所述晶圆上多个坐标位置对应的图形的线宽，并输出一温度控制信号；以及
温度控制单元，连接所述计算单元，以接收所述计算单元输出的所述温度控制信号，并根据所述温度控制信号输出所述控制信号至所述加热装置。
15.根据权利要求14所述的曝光后烘焙装置，其特征在于，所述控制信号包括控制所述多个热探针的温度的控制信号。
16.一种晶圆线宽优化方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供一线宽D与热板温度T之间的函数关系式D＝f(T)；
步骤S2，提供一晶圆，对所述晶圆进行光刻工艺；
步骤S3，提供一检测单元，检测所述晶圆表面多个坐标位置对应的图形的线宽，输出测试线宽信号；
步骤S4，提供一计算单元，接收所述测试线宽信号，计算出所述晶圆表面上多个坐标位置对应的图形的目标线宽与所述测试线宽的线宽误差△Dn；
步骤S5，若线宽误差△Dn大于或等于设定值，所述计算单元根据所述函数关系式D＝f(T)计算出对应线宽误差△Dn的一温度控制信号，并进入步骤S6；
步骤S6，提供一温度控制单元，根据所述温度控制信号输出一控制信号至所述加热装置，并进入步骤S2；以及
步骤S7，若线宽误差△Dn小于设定值，则以步骤S2中的所述光刻工艺中热板的温度参数进行量产晶圆的光刻工艺。
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