CN109143784A - 单衬底上包括三层光刻材料的晶圆及其表面颗粒监测方法 - Google Patents

单衬底上包括三层光刻材料的晶圆及其表面颗粒监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单衬底上包括三层光刻材料的晶圆，涉及半导体集成电路制造技术，包括：衬底；涂覆于所述衬底上的旋涂的碳，形成第一层光刻材料；涂覆于所述旋涂的碳上的抗反射涂层，形成第二层光刻材料；以及涂覆于所述抗反射涂层上的光刻胶，形成第三层光刻材料，以能在一片晶圆上完成监测三种光阻的工艺性能，更加快速、有效的监控了涂胶工艺的稳定性，且衬底可以重复利用，因此极大地节省了晶圆的使用成本。

Description

单衬底上包括三层光刻材料的晶圆及其表面颗粒监测方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造技术，尤其涉及一种单衬底上包括三层光刻材料的晶圆及其表面颗粒监测方法。
背景技术
在半导体集成电路制造技术中，光刻曝光是其关键步骤。光刻设备在正常的工作状态下，每天都可以完成成千上万片甚至更多的晶圆曝光，此时的匀胶显影机必须保有良好的工艺稳定性，而涂胶膜中的颗粒数恰恰是监测该涂胶工艺稳定性的最重要的工艺性能参数之一。
现有的检测光刻胶材料涂胶膜表面颗粒的方法是先在光片上测量表面颗粒数，然后通过在光片上涂覆一层光刻胶材料，再去测量涂覆过光刻胶材料的颗粒数，通过两次数据差值来确定光刻胶材料本身带来的颗粒数。如光刻胶材料为两层，则先在光片上测量表面颗粒数，然后通过在光片上涂覆一层光刻胶材料，再去测量涂覆过光刻胶材料的颗粒数，通过两次数据差值来确定涂覆光刻胶材料工艺带来的颗粒数；然后，再选取一片光片，在该光片上测量表面颗粒数，然后通过在光片上涂覆第二层光刻胶材料，再去测量涂覆过第二层光刻胶材料的颗粒数，通过两次数据差值来确定涂覆第二层光刻胶材料工艺带来的颗粒数。也就是一片晶圆只能监测一层光刻胶膜表面颗粒数，无异常后跑产品硅片进行涂胶/曝光作业。但是，当光刻胶材料为SiARC时，完成光刻胶膜表面颗粒数后就去做拔胶、清洗处理时，往往F离子的刻蚀也会对晶圆衬底带来极大的损伤。该种传统的监测胶膜表面颗粒数的方法的问题在于每一种光刻胶材料对应一次检测，工艺中若应用多种光刻胶材料就会用到多片晶圆光片来检测，不但会消耗大量的晶圆，而且还会增加工艺和量测的时间，从而极大提高了所需的工艺成本。
发明内容
本发明之一目的在于提供一种单衬底上包括三层光刻材料的晶圆，本发明提供的单衬底上包括三层光刻材料的晶圆，包括：衬底；涂覆于所述衬底上的旋涂的碳，形成第一层光刻材料；涂覆于所述旋涂的碳上的抗反射涂层，形成第二层光刻材料；以及涂覆于所述抗反射涂层上的光刻胶，形成第三层光刻材料。
更进一步的，所述第二层光刻材料为含硅的抗反射层。
更进一步的，相邻两层的光刻材料不相互溶解。
更进一步的，所述衬底上还包括一第四层光刻材料。
本发明之另一目的在于提供一种上述晶圆的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，本发明提供的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，包括：步骤S1：选取一片衬底，用表面颗粒探测系统检测衬底表面，记录衬底表面的颗粒数据信息；步骤S2：在衬底上涂覆旋涂的碳，使用表面颗粒探测系统检测旋涂的碳表面，记录旋涂的碳表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆旋涂的碳工艺引入的颗粒数；步骤S3：在旋涂的碳上涂覆抗反射涂层，使用表面颗粒探测系统检测抗反射涂层表面，记录抗反射涂层表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆抗反射涂层工艺引入的颗粒数；以及步骤S4：在抗反射涂层上涂覆光刻胶，使用表面颗粒探测系统检测光刻胶表面，记录光刻胶表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆光刻胶工艺引入的颗粒数。
更进一步的，所述颗粒数据信息包括颗粒总数量N以及每个颗粒的位置坐标(X,Y)。
更进一步的，所述叠图方法为按照坐标算法计算当层颗粒与前层颗粒之间的距离d，如果d小于等于设定的阈值，则探测系统认为该颗粒为前层工艺引入的颗粒，而将其滤掉，只显示d大于设定的阈值的颗粒，也即得到当层工艺引入的颗粒数。
更进一步的，步骤S2中得到旋涂的碳表面的颗粒数为通过将旋涂的碳表面的颗粒数据信息与衬底表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。
更进一步的，步骤S3中得到抗反射涂层表面的颗粒数为通过将抗反射涂层表面的颗粒数据信息与旋涂的碳表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。
更进一步的，步骤S4中得到光刻胶表面的颗粒数为通过将光刻胶表面的颗粒数据信息与抗反射涂层表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。
更进一步的，还包括步骤S5：使用溶剂去除光刻胶，含氟(F)等离子体去除抗反射涂层，含氧(O)等离子体去除旋涂的碳。
更进一步的，所述衬底上还包括一第四层光刻材料。
本发明一实施例，通过在单片衬底上涂覆三层光刻材料，并通过探测系统检测衬底及涂覆每层光刻材料引入的颗粒数据信息，根据该颗粒数据信息通过叠图方法得到衬底及涂覆每层光刻材料引入的颗粒数，以在一片晶圆上完成监测三种光阻的工艺性能，更加快速、有效的监控了涂胶工艺的稳定性，且衬底可以重复利用，因此极大地节省了晶圆的使用成本。
附图说明
图1为本发明一实施例的单衬底上包括三层光刻材料的晶圆示意图。
图2为本发明一实施例的在单片晶圆上完成监测三层光刻材料表面颗粒的方法。
图中主要元件附图标记说明如下：
110、衬底；120、第一层光刻材料；130、第二层光刻材料；140、第三层光刻材料。
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。
本发明一实施例中，提供一种单衬底上包括三层光刻材料的晶圆，包括：衬底；涂覆于衬底上的旋涂的碳(SOC)，形成第一层光刻材料；涂覆于旋涂的碳(SOC)上的抗反射涂层(SiARC)，形成第二层光刻材料；涂覆于抗反射涂层(SiARC)上的光刻胶(Resist)，形成第三层光刻材料。
具体的，请参阅图1，图1为本发明一实施例的单衬底上包括三层光刻材料的晶圆示意图。如图1所示，该晶圆结构包括衬底110，第一层光刻材料120位于衬底110上，第二层光刻材料130位于第一层光刻材料120上；第三层光刻材料140位于第二层光刻材料130上。其中，第一层光刻材料120为旋涂的碳(SOC)，第二层光刻材料130为抗反射涂层(SiARC)，第三层光刻材料140为光刻胶(Resist)。
旋涂的碳(SOC)可将衬底110表面的结构抹平；抗反射层(SiARC)可以提供更好的抗反射性能、填充性能以及刻蚀性能，使得光刻胶上的图形更好的转移到抗反射涂层(SiARC)上，不仅能够较好的控制曝光过程中的衬底反射，且还可以提供较高的刻蚀选择性，从而更好的完成光刻胶上的图形向衬底的转移。另旋涂碳涂层(SOC)有着较好的填充衬底的作用，且其氧离子刻蚀速率为抗反射涂层(SiARC)的20～30倍，SOC与SiARC的结合使用，不仅能够更好的控制反射率，减弱驻波效应，而且还能够很好的实现光刻胶图形向衬底的转移。另外，在衬底表面涂覆的第一层光刻材料SOC，可以防止衬底在拔胶、清洗处理抗反射涂层(SiARC)时使用的F等离子对衬底的刻蚀，从而起到保护衬底的作用。因此在完成一次光刻曝光工艺之后，使用溶剂(Solvent)去除光刻胶，含氟(F)等离子体去除抗反射涂层(SiARC)，含氧(O)等离子体去除旋涂的碳(SOC)，不会破坏衬底的刻蚀，因此本发明提供的单衬底上包括三层光刻材料的晶圆可以通过返工流程进行再利用，极大地节省了晶圆的使用成本。
在本发明一实施例中，含硅的抗反射层(SiARC)可以提供更好的抗反射性能、填充性能以及刻蚀性能，使得光刻胶上的图形更好的转移到含硅的抗反射层(SiARC)上。
在本发明一实施例中，相邻两层的光刻材料不相互溶解。具体的为，涂布第二层或者第三层光刻材料时，当层光刻材料溶剂不溶解晶圆上已经涂布的光刻材料，以保证每层光刻材料的厚度，及光刻曝光效果。
上述的单衬底上包括三层光刻材料的晶圆的制造流程为：首先，选取一片干净的衬底；然后，在衬底上制备第一层光刻材料(旋涂的碳(SOC))；然后，在旋涂的碳(SOC)上制备第二层光刻材料(抗反射涂层(SiARC))；然后，在抗反射涂层(SiARC)上制备第三层光刻材料(光刻胶(Resist))。上述每步工艺都会引入颗粒，而涂覆光刻材料中的颗粒数恰恰是监测该涂胶工艺稳定性的最重要的工艺性能参数之一。
因此，更进一步的，在本发明一实施例中，提供一种在单片晶圆上完成监测三层光刻材料表面颗粒的方法，具体的，可参阅图2，图2为本发明一实施例的在单片晶圆上完成监测三层光刻材料表面颗粒的方法的流程图。如图2所示，该方法包括：
步骤S1：选取一片衬底，用表面颗粒探测系统检测衬底表面，记录衬底表面的颗粒数据信息；
步骤S2：在衬底上涂覆旋涂的碳(SOC)，使用表面颗粒探测系统检测旋涂的碳(SOC)表面，记录旋涂的碳(SOC)表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆旋涂的碳(SOC)工艺引入的颗粒数；
步骤S3：在旋涂的碳(SOC)上涂覆抗反射涂层(SiARC)，使用表面颗粒探测系统检测抗反射涂层(SiARC)表面，记录抗反射涂层(SiARC)表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆抗反射涂层(SiARC)工艺引入的颗粒数；以及
步骤S4：在抗反射涂层(SiARC)上涂覆光刻胶(Resist)，使用表面颗粒探测系统检测光刻胶(Resist)表面，记录光刻胶(Resist)表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆光刻胶(Resist)工艺引入的颗粒数。
在本发明一实施例中，颗粒数据信息包括颗粒总数量N以及每个颗粒的位置坐标(X,Y)。具体的，步骤S1中记录衬底表面的颗粒数据信息，为记录衬底表面的颗粒总数量N0，衬底表面每个颗粒的位置坐标(X0,Y0)。步骤S2中记录旋涂的碳(SOC)表面的颗粒数据信息，为记录旋涂的碳(SOC)表面的颗粒总数量N1，旋涂的碳(SOC)表面每个颗粒的位置坐标(X1,Y1)。步骤S3中记录抗反射涂层(SiARC)表面的颗粒数据信息，为记录抗反射涂层(SiARC)表面的颗粒总数量N2，抗反射涂层(SiARC)表面每个颗粒的位置坐标(X2,Y2)。步骤S4中记录光刻胶(Resist)表面的颗粒数据信息，为记录光刻胶(Resist)表面的颗粒总数量N3，光刻胶(Resist)表面每个颗粒的位置坐标(X3,Y3)。
在本发明一实施例中，叠图方法为按照坐标算法计算当层颗粒与前层颗粒之间的距离d，如果d小于等于设定的阈值，则探测系统认为该颗粒为前层工艺引入的颗粒，而将其滤掉，只显示d大于设定的阈值的颗粒，也即得到当层工艺引入的颗粒数。其中，步骤S2中得到旋涂的碳(SOC)表面的颗粒数为通过将旋涂的碳(SOC)表面的颗粒数据信息与衬底表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。步骤S3中得到抗反射涂层(SiARC)表面的颗粒数为通过将抗反射涂层(SiARC)表面的颗粒数据信息与旋涂的碳(SOC)表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。步骤S4中得到光刻胶(Resist)表面的颗粒数为通过将光刻胶(Resist)表面的颗粒数据信息与抗反射涂层(SiARC)表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。具体的，步骤S2中探测系统检测旋涂的碳(SOC)表面，记录旋涂的碳(SOC)表面的颗粒总数量N1，旋涂的碳(SOC)表面每个颗粒的位置坐标(X1,Y1)，然后叠图方法按照坐标算法计算旋涂的碳(SOC)表面颗粒与衬底表面颗粒之间的距离d，如果d小于等于设定的阈值，则探测系统认为该颗粒为衬底表面的颗粒，而将其滤掉，只显示d大于设定的阈值的颗粒，也即得到涂覆旋涂的碳(SOC)工艺引入的颗粒数。同样的，步骤S3中探测系统检测抗反射涂层(SiARC)表面，记录抗反射涂层(SiARC)表面的颗粒总数量N2，抗反射涂层(SiARC)表面每个颗粒的位置坐标(X2,Y2)，然后叠图方法按照坐标算法计算抗反射涂层(SiARC)表面颗粒与覆旋涂的碳(SOC)表面颗粒之间的距离d，如果d小于等于设定的阈值，则探测系统认为该颗粒为旋涂的碳(SOC)表面的颗粒，而将其滤掉，只显示d大于设定的阈值的颗粒，也即得到涂覆抗反射涂层(SiARC)工艺引入的颗粒数。得到涂覆光刻胶(Resist)工艺引入的颗粒数的方法与得到涂覆旋涂的碳(SOC)工艺引入的颗粒数及涂覆抗反射涂层(SiARC)工艺引入的颗粒数的方法相同，在此不再赘述。
也即，通过仅使用一片晶圆就能够同时监测三种光阻的工艺性能，极大地节省了晶圆的使用成本，也更加快速、有效的监控了涂胶工艺的稳定性。
在本发明一实施例中，所述设定的阈值可根据实际工艺需求设定，本发明对此不作限定。
在本发明一实施例中，上述在单片晶圆上完成监测三层光刻材料表面颗粒的方法还进一步的包括步骤S5：使用溶剂(Solvent)去除光刻胶，含氟(F)等离子体去除抗反射涂层(SiARC)，含氧(O)等离子体去除旋涂的碳(SOC)。因旋涂的碳(SOC)为三层光刻材料中最靠近衬底的一层，因此可以防止在拔胶、清洗处理抗反射涂层(SiARC)时使用的F等离子对衬底刻蚀，而使衬底可以重复利用，因此极大地节省了晶圆的使用成本。
上述实施例中以三层光刻材料为例说明本发明原理，但本发明并不限定光刻材料仅有三层。在本发明一实施例中，光刻材料大于等于三层，也即在上述三层光刻材料的基础上，衬底上还可再包括至少一层光刻材料，如第四层光刻材料。
如此，在本发明一实施例中，通过在单片衬底上涂覆三层光刻材料，并通过探测系统检测衬底及涂覆每层光刻材料引入的颗粒数据信息，根据该颗粒数据信息通过叠图方法得到衬底及涂覆每层光刻材料引入的颗粒数，以在一片晶圆上完成监测三种光阻的工艺性能，更加快速、有效的监控了涂胶工艺的稳定性，且衬底可以重复利用，因此极大地节省了晶圆的使用成本。
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 (12)

1.一种单衬底上包括三层光刻材料的晶圆，其特征在于，包括：衬底；涂覆于所述衬底上的旋涂的碳，形成第一层光刻材料；涂覆于所述旋涂的碳上的抗反射涂层，形成第二层光刻材料；以及涂覆于所述抗反射涂层上的光刻胶，形成第三层光刻材料。
2.根据权利要求1所述的单衬底上包括三层光刻材料的晶圆，其特征在于，所述第二层光刻材料为含硅的抗反射层。
3.根据权利要求1所述的单衬底上包括三层光刻材料的晶圆，其特征在于，相邻两层的光刻材料不相互溶解。
4.根据权利要求1所述的单衬底上包括三层光刻材料的晶圆，其特征在于，所述衬底上还包括一第四层光刻材料。
5.一种如权利要求1所述的晶圆的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，其特征在于，包括：
步骤S1：选取一片衬底，用表面颗粒探测系统检测衬底表面，记录衬底表面的颗粒数据信息；
步骤S2：在衬底上涂覆旋涂的碳，使用表面颗粒探测系统检测旋涂的碳表面，记录旋涂的碳表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆旋涂的碳工艺引入的颗粒数；
步骤S3：在旋涂的碳上涂覆抗反射涂层，使用表面颗粒探测系统检测抗反射涂层表面，记录抗反射涂层表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆抗反射涂层工艺引入的颗粒数；以及
步骤S4：在抗反射涂层上涂覆光刻胶，使用表面颗粒探测系统检测光刻胶表面，记录光刻胶表面的颗粒数据信息，通过叠图方法得到涂覆光刻胶工艺引入的颗粒数。
6.根据权利要求5所述的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，其特征在于，所述颗粒数据信息包括颗粒总数量N以及每个颗粒的位置坐标(X,Y)。
7.根据权利要求5所述的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，其特征在于，所述叠图方法为按照坐标算法计算当层颗粒与前层颗粒之间的距离d，如果d小于等于设定的阈值，则探测系统认为该颗粒为前层工艺引入的颗粒，而将其滤掉，只显示d大于设定的阈值的颗粒，也即得到当层工艺引入的颗粒数。
8.根据权利要求7所述的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，其特征在于，步骤S2中得到旋涂的碳表面的颗粒数为通过将旋涂的碳表面的颗粒数据信息与衬底表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。
9.根据权利要求7所述的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，其特征在于，步骤S3中得到抗反射涂层表面的颗粒数为通过将抗反射涂层表面的颗粒数据信息与旋涂的碳表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。
10.根据权利要求7所述的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，其特征在于，步骤S4中得到光刻胶表面的颗粒数为通过将光刻胶表面的颗粒数据信息与抗反射涂层表面的颗粒数据信息之间进行叠图方法运算。
11.根据权利要求5所述的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，其特征在于，更进一步的还包括步骤S5：使用溶剂去除光刻胶，含氟(F)等离子体去除抗反射涂层，含氧(O)等离子体去除旋涂的碳。
12.根据权利要求5所述的三层光刻材料表面颗粒的监测方法，其特征在于，所述衬底上还包括一第四层光刻材料。
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