CN117894719A - 晶圆加热装置、套刻标记及装置控制方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种晶圆加热装置、套刻标记及装置控制方法，晶圆加热装置包括加热盘和控制器，加热盘的加热面包括同对称中心设置的圆形加热区域，以及沿背离对称中心的方向依次排布的至少三个环形加热区域；控制器与加热盘相连，被配置为：获取晶圆在光阻涂布后的位置‑光阻厚度变化关系及光阻厚度‑加热温度关联关系；根据位置‑光阻厚度变化关系、光阻厚度‑加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤。可以减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度，提高半导体器件的良率及整体性能。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，特别是涉及一种晶圆加热装置、套刻标记及装置控制方法。
背景技术
随着芯片性能的日益提升，光刻对准套刻精度是衡量光刻工艺的关键参数之一，套刻精度可以通过测量当层和前层的套刻标记(Overlay Mark)之间的偏移量来获取。如果套刻偏移量超过设计容忍度，半导体器件会出现漏电、断路、短路等问题，严重影响产品良率。
然而，在相关的厚胶光刻工艺中，由于套刻标记周边图案的密度不同，在曝光过程中产生的气体量也不同。在气体聚集和挥发的过程中，光阻不可避免地受到挤压发生变形，进而导致套刻标记的形貌不对称，产生测量误差。
发明内容
基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种晶圆加热装置、套刻标记及装置控制方法，避免产生因单一加热温度导致光阻变形而降低套刻精度的问题，提高量测精度，进而提高半导体器件的良率及整体性能。
为实现上述目的及其他相关目的，本公开的第一方面提供一种晶圆加热装置，包括加热盘和控制器，加热盘至少用于对其上承载的晶圆在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤；其中，加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域；至少四个加热区域包括圆形加热区域，以及沿背离对称中心的方向依次排布的至少三个环形加热区域；沿加热盘的径向相邻的加热区域无交叠的加热面积；控制器与加热盘相连，被配置为：获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；位置-光阻厚度变化关系包括在加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等；根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤。
上述实施例中的晶圆加热装置，通过加热盘对其上承载的晶圆在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤；其中，加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域；至少四个加热区域包括圆形加热区域，以及沿背离对称中心的方向依次排布的至少三个环形加热区域；沿加热盘的径向相邻的加热区域无交叠的加热面积；可以针对不同的光阻厚度进行分区加热，避免出现单一加热温度导致的光阻变形问题，从而避免产生因光阻变形导致套刻偏移量增加的技术问题；通过设置控制器在获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系之后；位置-光阻厚度变化关系包括在加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等；利用控制器根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度，然后经由控制器控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤，可以根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定不同区域的加热温度，实现分区加热，避免产生因单一加热温度导致光阻变形而降低套刻精度的问题，提高量测精度；目前相关的晶圆加热装置，采用单一温度加热，由于实际光阻涂布厚度不均匀，套刻标记周边图案的密度不同，在曝光过程中产生的气体量也不同，在气体聚集和挥发的过程中，光阻不可避免地受到挤压发生变形，进而导致套刻标记的形貌不对称，产生测量误差。本公开实施例中的晶圆加热装置，加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域，由控制器获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系，根据关联关系确定不同区域的加热温度后实现分区精准控温，至少可以增加厚光阻区域的溶剂挥发量，增强厚光阻抵抗曝光后烘烤释放气体的挤压能力，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度，进而提高半导体器件的良率及整体性能。
在其中一些实施例中，不同加热区域内光阻的形貌对称性表征量的绝对值与对准曝光后套刻偏移量的绝对值正相关，且加热区域对应的目标区域加热温度与加热区域内光阻厚度的平均值正相关。
在其中一些实施例中，至少三个环形加热区域包括沿靠近对称中心方向依次排布的第一环形加热区域、第二环形加热区域及第三环形加热区域；第三环形加热区域与圆形加热区域无间隔且与第二环形加热区域无间隔，第二环形加热区域与第一环形加热区域无间隔；其中，第一环形加热区域内光阻厚度的平均值大于圆形加热区域内光阻厚度的平均值，圆形加热区域内光阻厚度的平均值大于第三环形加热区域内光阻厚度的平均值，第三环形加热区域内光阻厚度的平均值大于第二环形加热区域内光阻厚度的平均值。
在其中一些实施例中，第一环形加热区域对应的目标区域加热温度大于圆形加热区域对应的目标区域加热温度，圆形加热区域对应的目标区域加热温度大于第三环形加热区域对应的目标区域加热温度，第三环形加热区域对应的目标区域加热温度大于第二环形加热区域对应的目标区域加热温度。
在其中一些实施例中，控制器还被配置为：在确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度之前，根据位置-光阻厚度变化关系，确定加热区域的数量及各加热区域的面积。
在其中一些实施例中，控制器还被配置为：在曝光后及显影前，控制加热盘以预设温度对晶圆执行后烘烤/加热步骤。
本公开的第二方面还提供一种套刻标记，套刻标记位于晶圆的切割道内，用于获取套刻精度，采用上述任一项实施例中的晶圆加热装置在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤。
上述实施例中的套刻标记，位于晶圆的切割道内，用于获取套刻精度，通过本公开实施例中晶圆加热装置在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤，由控制器根据关联关系确定不同区域的加热温度，可以实现晶圆的分区加热，从而避免光阻受到挤压导致变形，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度，进而提高半导体器件的良率及整体性能。
本公开的第三方面提供了一种晶圆加热装置控制方法，晶圆加热装置包括加热盘，加热盘至少用于对其上承载的晶圆在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤；其中，加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域；至少四个加热区域包括圆形加热区域，以及沿背离对称中心的方向依次排布的至少三个环形加热区域；沿加热盘的径向相邻的加热区域无交叠的加热面积；晶圆加热装置控制方法包括：
获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；位置-光阻厚度变化关系包括在加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等；
根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；
控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤。
上述实施例中的晶圆加热装置控制方法，首先通过获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；位置-光阻厚度变化关系包括在加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等，区分不同位置的光阻厚度；再根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；之后通过控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤，避免光阻受到挤压，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度。目前相关的晶圆加热控制方法采用单一温度进行加热，由于实际光阻涂布厚度不均匀，套刻标记周边图案的密度不同，在曝光过程中产生的气体量也不同，在气体聚集和挥发的过程中，光阻受到挤压发生变形，导致套刻标记的形貌不对称，产生测量误差。本公开实施例中的晶圆加热装置控制方法，通过设置加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域，并通过获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系，根据关联关系确定不同区域的加热温度，至少可以增加厚光阻区域的溶剂挥发量，增强厚光阻抵抗曝光后烘烤释放的气体的挤压能力，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度，进而提高半导体器件的良率及整体性能。
在其中一些实施例中，不同加热区域内光阻的形貌对称性表征量的绝对值与对准曝光后套刻偏移量的绝对值正相关，且加热区域对应的目标区域加热温度与加热区域内光阻厚度的平均值正相关。
在其中一些实施例中，至少三个环形加热区域包括沿靠近对称中心方向依次排布的第一环形加热区域、第二环形加热区域及第三环形加热区域；第三环形加热区域与圆形加热区域无间隔且与第二环形加热区域无间隔，第二环形加热区域与第一环形加热区域无间隔；其中，第一环形加热区域内光阻厚度的平均值大于圆形加热区域内光阻厚度的平均值，圆形加热区域内光阻厚度的平均值大于第三环形加热区域内光阻厚度的平均值，第三环形加热区域内光阻厚度的平均值大于第二环形加热区域内光阻厚度的平均值；以及第一环形加热区域对应的目标区域加热温度大于圆形加热区域对应的目标区域加热温度，圆形加热区域对应的目标区域加热温度大于第三环形加热区域对应的目标区域加热温度，第三环形加热区域对应的目标区域加热温度大于第二环形加热区域对应的目标区域加热温度。
本公开能够产生的意想不到的技术效果：通过将加热盘的加热面设置为包括同对称中心设置的至少四个加热区域，由控制器获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系，根据关联关系确定不同区域的加热温度，实现分区控温加热，至少可以增加厚光阻区域的溶剂挥发量，增强厚光阻抵抗曝光后烘烤释放的气体的挤压能力，减小不同区域的套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度，提高半导体器件的良率及整体性能。
附图说明
为了更好地描述和说明这里公开的那些申请的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的申请、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些申请的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
图1显示为本公开一实施例中提供的光刻工艺中曝光处理的流程示意图；
图2显示为本公开一实施例中提供的在晶圆上不同位置设置套刻标记的俯视示意图；
图3显示为本公开一实施例中提供的图2中套刻标记位置Test1附近的光阻俯视示意图和纵截面示意图；
图4显示为本公开一实施例中提供的一种半导体结构的纵截面结构示意图；
图5显示为本公开另一实施例中提供的一种半导体结构的纵截面结构示意图；
图6显示为本公开一实施例中提供的相关技术中单一控温热盘的俯视示意图和光阻W状厚度剖面示意图；
图7显示为本公开一实施例中提供的一种晶圆加热装置的结构框图示意图；
图8显示为本公开一实施例中提供的晶圆加热装置中的加热盘的俯视示意图和光阻厚度剖面示意图；
图9显示为本公开一实施例中提供的晶圆加热装置的加热过程示意图；
图10显示为本公开一实施例中提供的套刻标记形貌不对称的截面示意图；
图11中的（a）图显示为本公开一实施例中提供的目标套刻标记图案形貌对称的示意图；
图11中的（b）图显示为本公开一实施例中提供的目标套刻标记图案形貌不对称的示意图；
图12显示为本公开一实施例中提供的判断套刻标记形貌对称性的波形示意图；
图13中的（a）图显示为本公开再一实施例中提供的一种半导体结构的纵截面结构示意图；
图13中的（b）图显示为本公开一实施例中提供的套刻偏差与波段关系的散点坐标示意图；
图14显示为本公开一实施例中提供的套刻标记形貌对称性表征量与套刻偏差关系的散点坐标图；
图15显示为本公开一实施例中提供的一种晶圆加热装置控制方法的流程示意图。
附图标记说明：
Test1/Test2/Test3/Test4/Test5、套刻标记位置；10、衬底； 11、套刻标记；12、光罩；131、第一厚光阻层；132、第二厚光阻层；200、晶圆加热装置；210、加热盘；220、控制器；C1/C2、光阻厚度；d1/d2、变形程度；Z1、第一环形加热区域；Z2、第二环形加热区域；Z3、第三环形加热区域；Z4、圆形加热区域；H1/H2/H3/H4、光阻厚度的平均值；T1/T2/T3/T4、加热温度。
具体实施方式
为了便于理解本公开，下面将参考相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的首选实施例。但是，本公开可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本公开的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、 第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本公开的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述申请的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本公开的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本公开的范围。
请参阅图1-图15。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公开的基本构想，虽图示中仅显示与本公开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。
随着芯片性能的日益提升，对更多种类光刻图形的设计及制造需求也进一步提升，光刻的套刻精度是衡量光刻工艺的关键参数之一，其表示晶圆中相邻的两层叠加图形之间的偏移量。为了保证当层图形和前层图形的套刻精度，在当层的曝光过程中，会通过寻找前层的对准标记（Alignment Mark）来实现和前层的对准过程，并通过曝光显影以形成当层图形。在普遍的半导体器件的制造工艺中，都会先形成对准和套刻标记的光阻图形，然后通过刻蚀晶圆来形成最终的对准和套刻标记，最终的对准和套刻标记用于后续光刻步骤的对准和套刻测量。
作为示例，请参考图1，光刻工艺中，利用套刻标记进行对准曝光主要包括对晶圆进行去水烘烤处理、疏水处理、光阻涂布、软烘、对准曝光、后烘烤、显影和硬烘坚膜。去水烘烤有助于增强光刻胶与晶圆衬底的粘附性；使用增附剂例如六甲基二硅烷（HMDS）增加光刻胶与晶圆衬底的粘附性；软烘处理通过设置烘烤温度例如110℃，和烘烤时间例如60S，来去除光阻内残留的溶剂，使光阻由熔融状态变成固态，增强光阻侧壁对不对称力的耐受性，增强黏附性，释放光阻内应力以及防止光刻胶污染设备，但这个过程中仍会留有一定溶剂，特别是对于厚光阻而言，意味着附近的套刻标记更容易受到周围环境的影响；后烘烤可以减少驻波，加快光酸反应；硬烘坚膜通过加温烘烤使胶膜更加牢固地粘附在晶圆表面，并可以增加胶层的抗刻蚀能力，提高光刻胶的稳定性。
作为示例，请参考图2-图3，晶圆上不同套刻标记位置Test1、Test2、Test3、Test4和Test5的图案密度不同，经紫外灯曝光过程中产生的气体量也不同，在气体聚集和挥发的过程中，光阻不可避免地受到挤压发生变形，由于套刻标记位置Test1所处周围环境为曝光区，光阻受到挤压，导致套刻标记位置Test1上的套刻标记发生变形，套刻标记的形貌左右两侧不对称，所以套刻标记位置Test1的误差量测结果比套刻标记 Test2、Test3、Test4和Test5的误差量测结果大。
作为示例，请参考图4-图5，在相关技术中的厚胶光刻工艺中，衬底10上包括间隔排布的套刻标记11，套刻标记11上方设置有光罩12，相邻的套刻标记11之间设置有第一厚光阻层131，紫外线光基于光罩12对第一厚光阻层131进行曝光和烘烤，曝光和烘烤后气体膨胀释放，因套刻标记11周边图案密度不均匀，而光阻中含有大量溶剂，造成第一厚光阻层131的轮廓会向一侧倾斜，形成倾斜的第二厚光阻层132。第二厚光阻层132的倾斜的膨胀力会导致套刻标记11的形貌发生变化，形成不对称的形貌，采用不对称的套刻标记11进行套刻测量时量测得到的位置与实际的位置并不相同，进而会引入测量误差，影响测量数据的准确性，导致量测得到的测量精度较差，最终影响器件的良率。
作为示例，请参考图6，目前软烘热盘使用单一温度对晶圆进行加热，实际晶圆上的光阻涂布厚度不均匀，例如光阻厚度剖面呈现W状，厚光阻区域的溶剂累积相对较多，使其硬度差于薄光阻区域，厚光阻区更容易受周围环境不对称力的挤压而导致变形，最终导致不同区域的套刻标记对称不均，造成厚光阻区套刻标记的量测结果的严重失真。例如，厚光阻区域的光阻厚度为C1，薄光阻区域的光阻厚度为C2， d1为光阻厚度为C1的厚光阻受到挤压发生变形的程度，d2为光阻厚度为C2的薄光阻受到挤压发生变形的程度，当光阻厚度C1大于光阻厚度C2时，变形程度d1大于变形程度d2。
基于上述背景技术中的问题，提供一种晶圆加热装置、套刻标记及装置控制方法，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度，进而提高半导体器件的良率及整体性能。
作为示例，请参考图7，提供一种晶圆加热装置200，包括加热盘210和控制器220，加热盘210至少用于对其上承载的晶圆在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤；其中，加热盘210的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域；至少四个加热区域包括圆形加热区域，以及沿背离对称中心的方向依次排布的至少三个环形加热区域；沿加热盘的径向相邻的加热区域无交叠的加热面积；控制器220与加热盘210相连，被配置为：获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；位置-光阻厚度变化关系包括在加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等；根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤。
作为示例，请继续参考图7，晶圆加热装置200通过加热盘210对其上承载的晶圆在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤；其中，加热盘210的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域；至少四个加热区域包括圆形加热区域，以及沿背离对称中心的方向依次排布的至少三个环形加热区域；沿加热盘的径向相邻的加热区域无交叠的加热面积；可以针对不同的光阻厚度进行分区加热，避免出现单一加热温度导致的光阻变形问题；通过与加热盘210相连的控制器220，被配置为：获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；位置-光阻厚度变化关系包括在加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等；根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤，可以根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定不同区域的加热温度，实现分区加热，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度；目前相关的晶圆加热装置，采用单一温度加热，由于实际光阻涂布厚度不均匀，套刻标记周边图案的密度不同，在曝光过程中产生的气体量也不同，在气体聚集和挥发的过程中，光阻不可避免地受到挤压发生变形，进而导致套刻标记的形貌不对称，产生测量误差。本公开实施例中的晶圆加热装置200，加热盘210的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域，由控制器220获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系，根据关联关系确定不同区域的加热温度，至少可以增加厚光阻区域的溶剂挥发量，增强厚光阻抵抗曝光后烘烤释放的气体的挤压能力，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度，进而提高半导体器件的良率及整体性能。
作为示例，请参考图8，至少三个环形加热区域包括沿靠近对称中心方向依次排布的第一环形加热区域Z1、第二环形加热区域Z2及第三环形加热区域Z3；第三环形加热区域Z3与圆形加热区域Z4无间隔且与第二环形加热区域Z2无间隔，第二环形加热区域Z2与第一环形加热区域Z1无间隔。不同的加热区域对应不同的光阻厚度，实现分区加热，可以避免加热时由于光阻厚度不均导致的形貌不对称问题，提高测量精度。
作为示例，请继续参考图8，第一环形加热区域Z1内光阻厚度的平均值H1大于圆形加热区域Z4内光阻厚度的平均值H4，圆形加热区域Z4内光阻厚度的平均值H4大于第三环形加热区域Z3内光阻厚度的平均值H3，第三环形加热区域Z3内光阻厚度的平均值H3大于第二环形加热区域Z2内光阻厚度的平均值H2。
作为示例，请参考图8-图9，第一环形加热区域Z1对应的目标区域加热温度T1大于圆形加热区域Z4对应的目标区域加热温度T4，圆形加热区域Z4对应的目标区域加热温度T4大于第三环形加热区域Z3对应的目标区域加热温度T3，第三环形加热区域Z3对应的目标区域加热温度T3大于第二环形加热区域Z2对应的目标区域加热温度T2。控制器根据不同区域内的光阻厚度的平均值进行分析将最佳温度组合反馈给加热盘进行加热，例如，可以设置第一环形加热区域Z1对应的目标区域加热温度T1为110℃，设置圆形加热区域Z4对应的目标区域加热温度T4为105℃，设置第三环形加热区域Z3对应的目标区域加热温度T3为100℃，设置第二环形加热区域Z2对应的目标区域加热温度T2为95℃，通过对晶圆上各区域的光阻厚度进行测量，由控制器对不同区域的套刻标记光阻图形的形貌对称性表征量（Qmerit）进行分析，将最佳温度组合反馈给加热盘，对晶圆进行加热，并重复上述步骤直至各区域的套刻标记光阻图形的形貌对称性表征量趋近相等且很小，以减小测量误差，提高测量精度。
作为示例，请参考表1，不同加热区域内光阻的形貌对称性表征量（Qmerit）的绝对值与对准曝光后套刻偏移量的绝对值正相关，且加热区域对应的目标区域加热温度与加热区域内光阻厚度的平均值正相关，可以得到光阻厚度的平均值与光阻的形貌对称性表征量的绝对值正相关。
表1
在其中一些实施例中，控制器还被配置为：在确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度之前，根据位置-光阻厚度变化关系，确定加热区域的数量及各加热区域的面积。从而根据具体工艺需求确定加热区域的数量、位置及面积。
在其中一些实施例中，控制器还被配置为：
在曝光后及显影前，控制加热盘以预设温度对晶圆执行后烘烤/加热步骤，能够减少显影期间的驻波，加快光酸反应，提高显影的效率及质量。
作为示例，请参考图10-图11，在相关技术中，衬底上设置有间隔排布的套刻标记11，当经过曝光及烘烤工艺后，由于收到光阻中气体膨胀不平衡的影响，导致套刻标记11的形貌是不对称的。对于形貌对称性表征量（Qmerit）的测量，根据实际需要进行计算，如图11中的（a）图所示，在理想状态下，完美的目标图案经过多次测量之后得到的套刻精度是相同的，套刻标记的形貌是对称的；如图11中的（b）图所示，不完美的目标图案在经过多次测量之后套刻精度是不相同的，套刻对准位置存在偏移，套刻标记的形貌是不对称的。形貌对称性表征量（Qmerit）等于两次测量的套刻精度之差的绝对值，形貌对称性表征量（Qmerit）反应了套刻标记的不对称性，套刻标记不对称会降低套刻误差，因此形貌对称性表征量（Qmerit）越接近零越好。
作为示例，请参考图12，还可以建立图像对比度和图层工具噪声模型，基于此模型计算测量静态对比精度（Contrast Precision），此模型中的波谷越低越好，表明套刻标记的形貌对称性较高，如图12中实线波形表明图案的轮廓更清晰，并且套刻标记形貌对称性较高；虚线波形表明图案的轮廓相对模糊，套刻标记形貌对称性较低。
作为示例，请参考图13中的（a）图和（b）图，当经过曝光及烘烤工艺后，由于受到光阻中气体膨胀不平衡的影响，套刻标记的形貌是不对称的。示例地，套刻标记截面中的其中一侧上方的角度α为90°，另一侧上方的角度β大于90°。基于图13中的（b）图的套刻偏差测量与波段的关系坐标图可以看出，套刻标记的形貌不对称时的套刻偏差明显大于套刻标记的形貌对称时的套刻偏差，且形貌不对称性越高，套刻偏差越大。示例地，β=106°时的套刻偏差大于β=98°时的套刻偏差，两者均大于β=90°时的套刻偏差。测量精度和套刻标记在烘烤工艺后的形貌对称性之间的关系为正相关，即套刻标记在烘烤工艺后的形貌对称性越好，当层图形的测量精度越优；同样地，套刻标记在烘烤工艺后的形貌对称性越差，当层图形的测量精度越差。
作为示例，请参考图14，套刻标记在烘烤工艺后的形貌对称性表征量（Qmerit）的绝对值与套刻偏差的绝对值之间的关系为正相关。其中，套刻标记的形貌对称性表征量表示套刻标识的形貌对称性，可通过量测得到，套刻标记的形貌对称性表征量的期望值为0，表示形貌对称性为100%。
在其中一些实施例中，提供了一种套刻标记，套刻标记位于晶圆的切割道内，用于获取套刻精度，采用上述任一项实施例中的晶圆加热装置在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤。由控制器根据关联关系确定不同区域的加热温度，可以实现晶圆的分区加热，从而避免光阻受到挤压导致变形，避免产生因单一加热温度导致光阻变形而降低套刻精度的问题，提高量测精度，进而提高半导体器件的良率及整体性能。
作为示例，请参考图15，提供了一种晶圆加热装置控制方法，包括：
步骤S1502：获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；位置-光阻厚度变化关系包括在加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等；
步骤S1504：根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；
步骤S1506：控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤。
作为示例，请继续参考图15，晶圆加热装置控制方法首先通过获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；位置-光阻厚度变化关系包括在加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等，区分不同位置的光阻厚度；再根据位置-光阻厚度变化关系、光阻厚度-加热温度关联关系确定至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；之后通过控制至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行提高套刻精度的加热步骤，避免光阻受到挤压，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度。目前相关的晶圆加热控制方法采用单一温度进行加热，由于实际光阻涂布厚度不均匀，套刻标记周边图案的密度不同，在曝光过程中产生的气体量也不同，在气体聚集和挥发的过程中，光阻受到挤压发生变形，导致套刻标记的形貌不对称，产生测量误差。本公开实施例中的晶圆加热装置控制方法，通过设置加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域，并通过获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系，根据关联关系确定不同区域的加热温度，至少可以增加厚光阻区域的溶剂挥发量，增强厚光阻抵抗曝光后烘烤释放的气体的挤压能力，减小套刻标记形貌对称性表征量，提高量测精度，进而提高半导体器件的良率及整体性能。
在一些实施例中，不同加热区域内光阻的形貌对称性表征量的绝对值与对准曝光后套刻偏移量的绝对值正相关，且加热区域对应的目标区域加热温度与加热区域内光阻厚度的平均值正相关。
在一些实施例中，至少三个环形加热区域包括沿靠近对称中心方向依次排布的第一环形加热区域、第二环形加热区域及第三环形加热区域；第三环形加热区域与圆形加热区域无间隔且与第二环形加热区域无间隔，第二环形加热区域与第一环形加热区域无间隔，不同的加热区域对应不同的光阻厚度，实现分区加热，可以避免加热时由于光阻厚度不均导致的测量误差，提高测量精度。
在一些实施例中，第一环形加热区域内光阻厚度的平均值大于圆形加热区域内光阻厚度的平均值，圆形加热区域内光阻厚度的平均值大于第三环形加热区域内光阻厚度的平均值，第三环形加热区域内光阻厚度的平均值大于第二环形加热区域内光阻厚度的平均值。
在一些实施例中，第一环形加热区域对应的目标区域加热温度大于圆形加热区域对应的目标区域加热温度，圆形加热区域对应的目标区域加热温度大于第三环形加热区域对应的目标区域加热温度，第三环形加热区域对应的目标区域加热温度大于第二环形加热区域对应的目标区域加热温度，控制器根据不同区域内的光阻厚度的平均值进行分析将最佳温度组合反馈给加热盘进行加热，避免出现套刻标记形貌不对称的情况，减小测量误差，提高测量精度。
本公开能够产生的意想不到的技术效果：通过设置加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域，由控制器获取晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系，根据关联关系确定不同区域的加热温度，实现分区控温加热，至少可以增加厚光阻区域的溶剂挥发量，增强厚光阻抵抗曝光后烘烤释放的气体的挤压能力，减小不同区域的套刻标记的形貌对称性表征量差值，提高量测精度，提高半导体器件的良率及整体性能。
请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本公开的限制。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本公开的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本公开的保护范围。
Claims (10)
1.一种晶圆加热装置，其特征在于，包括：
加热盘，至少用于对其上承载的晶圆在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤；其中，所述加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域；所述至少四个加热区域包括圆形加热区域，以及沿背离所述对称中心的方向依次排布的至少三个环形加热区域；沿所述加热盘的径向相邻的加热区域无交叠的加热面积；
控制器，与所述加热盘相连，被配置为：
获取所述晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；所述位置-光阻厚度变化关系包括在所述加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；所述光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在所述曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等；
根据所述位置-光阻厚度变化关系、所述光阻厚度-加热温度关联关系确定所述至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；
控制所述至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行所述提高套刻精度的加热步骤。
2.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，不同加热区域内所述光阻的形貌对称性表征量的绝对值与对准曝光后套刻偏移量的绝对值正相关，且所述加热区域对应的目标区域加热温度与所述加热区域内所述光阻厚度的平均值正相关。
3.根据权利要求2所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述至少三个环形加热区域包括沿靠近所述对称中心方向依次排布的第一环形加热区域、第二环形加热区域及第三环形加热区域；所述第三环形加热区域与所述圆形加热区域无间隔且与所述第二环形加热区域无间隔，所述第二环形加热区域与所述第一环形加热区域无间隔；
其中，所述第一环形加热区域内所述光阻厚度的平均值大于所述圆形加热区域内所述光阻厚度的平均值，所述圆形加热区域内所述光阻厚度的平均值大于所述第三环形加热区域内所述光阻厚度的平均值，所述第三环形加热区域内所述光阻厚度的平均值大于所述第二环形加热区域内所述光阻厚度的平均值。
4.根据权利要求3所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述第一环形加热区域对应的目标区域加热温度大于所述圆形加热区域对应的目标区域加热温度，所述圆形加热区域对应的目标区域加热温度大于所述第三环形加热区域对应的目标区域加热温度，所述第三环形加热区域对应的目标区域加热温度大于所述第二环形加热区域对应的目标区域加热温度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述控制器还被配置为：
在确定所述至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度之前，根据所述位置-光阻厚度变化关系，确定所述加热区域的数量及各所述加热区域的面积。
6.根据权利要求1-4任一项所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述控制器还被配置为：
在曝光后及显影前，控制所述加热盘以预设温度对所述晶圆执行后烘烤/加热步骤。
7.一种套刻标记，其特征在于，位于所述晶圆的切割道内，用于获取套刻精度，采用权利要求1-6任一项所述的晶圆加热装置在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤。
8.一种晶圆加热装置控制方法，其特征在于，所述晶圆加热装置包括加热盘，所述加热盘至少用于对其上承载的晶圆在光阻涂布后及曝光前，执行用于提高套刻精度的加热步骤；其中，所述加热盘的加热面包括同对称中心设置的至少四个加热区域；所述至少四个加热区域包括圆形加热区域，以及沿背离所述对称中心的方向依次排布的至少三个环形加热区域；沿所述加热盘的径向相邻的加热区域无交叠的加热面积；所述晶圆加热装置控制方法包括：
获取所述晶圆在光阻涂布后的位置-光阻厚度变化关系及光阻厚度-加热温度关联关系；所述位置-光阻厚度变化关系包括在所述加热盘的直径方向上不同位置与对应光阻厚度之间的关联关系；所述光阻厚度-加热温度关联关系包括不同加热区域内光阻厚度对应的目标区域加热温度，不同加热区域在所述曝光前以对应的目标区域加热温度进行加热后光阻的形貌对称性表征量相等；
根据所述位置-光阻厚度变化关系、所述光阻厚度-加热温度关联关系确定所述至少四个加热区域分别对应的目标区域加热温度；
控制所述至少四个加热区域分别以各自对应的目标区域加热温度执行所述提高套刻精度的加热步骤。
9.根据权利要求8所述的晶圆加热装置控制方法，其特征在于，不同加热区域内所述光阻的形貌对称性表征量的绝对值与对准曝光后套刻偏移量的绝对值正相关，且所述加热区域对应的目标区域加热温度与所述加热区域内所述光阻厚度的平均值正相关。
10.根据权利要求9所述的晶圆加热装置控制方法，其特征在于，所述至少三个环形加热区域包括沿靠近所述对称中心方向依次排布的第一环形加热区域、第二环形加热区域及第三环形加热区域；所述第三环形加热区域与所述圆形加热区域无间隔且与所述第二环形加热区域无间隔，所述第二环形加热区域与所述第一环形加热区域无间隔；
其中，所述第一环形加热区域内所述光阻厚度的平均值大于所述圆形加热区域内所述光阻厚度的平均值，所述圆形加热区域内所述光阻厚度的平均值大于所述第三环形加热区域内所述光阻厚度的平均值，所述第三环形加热区域内所述光阻厚度的平均值大于所述第二环形加热区域内所述光阻厚度的平均值；以及所述第一环形加热区域对应的目标区域加热温度大于所述圆形加热区域对应的目标区域加热温度，所述圆形加热区域对应的目标区域加热温度大于所述第三环形加热区域对应的目标区域加热温度，所述第三环形加热区域对应的目标区域加热温度大于所述第二环形加热区域对应的目标区域加热温度。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |