專利名稱：凈化間環(huán)境檢測方法
凈化間環(huán)境檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對凈化間內(nèi)空氣雜質(zhì)的檢測方法，尤其涉及一種應(yīng)用于半導體制程領(lǐng)域中的檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，先進工藝光刻用曝光波長也逐漸過渡到深紫外(DUV)，相應(yīng)的光刻用設(shè)備和光刻膠對半導體生產(chǎn)的凈化間環(huán)境要求也越來越高，其中的要求之一是凈化間環(huán)境中的雜質(zhì)污染成分氨氮類物質(zhì)、硫酸根離子、氯離子等必須控制在PPBV(十億分子一體積單位)的數(shù)量級，因為氨氮類和含硫/氯類雜質(zhì)對光刻工藝產(chǎn)生較大的影響， 如對光刻機鏡頭的污染、使光刻膠形貌劣化等。光刻機鏡頭被污染后的主要后果是照明均勻性變差，同時鏡頭上吸附的雜質(zhì)產(chǎn)生很多雜散光，導致不良的光學臨近效應(yīng)。為了監(jiān)控環(huán)境中雜質(zhì)污染成分的總量，確保其對光刻工藝的影響在可接受的范圍內(nèi)，以保證光刻工藝的質(zhì)量，通常需采取嚴格的監(jiān)控檢測措施。如今，凈化間環(huán)境空氣中的雜質(zhì)成分一般是利用采樣儀進行富集采樣，樣品經(jīng)處理后，利用液相色譜儀根據(jù)雜質(zhì)的分子量/體積等進行吸附和分離，再使用淋洗液將將各類雜質(zhì)自色譜柱分離后，最后使用質(zhì)譜儀、電導儀等檢測確定各類雜質(zhì)的濃度。采樣方法一般有兩種，一種是設(shè)備外的實時監(jiān)控或定時抽樣；另一種方法是在設(shè)備內(nèi)定時抽樣。目前，適用DUV光刻工藝的凈化間空氣中的雜質(zhì)污染成分的比例都很低，因此對分析方法和分析設(shè)備靈明度要求較高，無論是工廠采購設(shè)備自行分析或委托第三方分析， 費用昂貴；且如果檢測采樣點是在凈化間內(nèi)的設(shè)備外，不能真實反映設(shè)備內(nèi)雜質(zhì)含量，而如果檢測采樣點是在設(shè)備內(nèi)，設(shè)備需要停止作業(yè)，而設(shè)備內(nèi)雜質(zhì)氣體在停業(yè)和實際作業(yè)時是不一樣的，且檢測采樣時間為數(shù)小時，設(shè)備停業(yè)的話會損失較多的產(chǎn)能。鑒于上述問題，本發(fā)明是要尋找一種低成本的檢測方法，且檢測結(jié)果能直接反映出凈化間內(nèi)空氣雜質(zhì)對光刻工藝的影響。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種凈化間環(huán)境檢測方法，其檢測結(jié)果簡單直觀且檢測成本低。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種凈化間環(huán)境檢測方法，至少包括如下步驟提供一化學放大光刻膠；然后，對所述化學放大光刻膠進行曝光及曝光后烘烤；待所述化學放大光刻膠上因曝光而產(chǎn)生的光酸與凈化間內(nèi)空氣接觸后，在所述化學放大光刻膠上形成T型結(jié)構(gòu)；然后，再對所述T型結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)測定。進一步地，所述T型結(jié)構(gòu)形成于所述化學放大光刻膠上被曝光的部分。進一步地，對所述T型結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)測定包括測定其頂部寬度和底部寬度并計算出兩者的差值，所述差值與所述凈化間內(nèi)空氣雜質(zhì)濃度成正比。進一步地，曝光時將聚焦位置設(shè)置于所述化學放大光刻膠表面偏下的位置，待從掃描電鏡中觀察到光刻膠兩側(cè)的白邊隨T型結(jié)構(gòu)的形成而變窄或消失時，再測定白邊的寬度來判斷凈化間內(nèi)空氣雜質(zhì)濃度。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明是通過直接測量光刻膠T型形貌來檢測凈化間內(nèi)空氣中雜質(zhì)對DUV光刻工藝的影響，檢測獲得的數(shù)據(jù)簡單直觀，且檢測成本較低。

圖1為本發(fā)明所述的光刻膠在受曝光時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述的光刻膠在堿性氣體環(huán)境中時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述的光刻膠表面受中和反應(yīng)后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明所述的光T型形貌的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式本發(fā)明提供一種凈化間環(huán)境檢測方法，用于檢測凈化間內(nèi)空氣中雜質(zhì)的濃度及其對DUV光刻工藝的影響，且檢測成本較低。在先進光刻工藝中普遍采用化學放大光刻膠(CAR，Chemical Amplified Resist)，其涂膠、顯影、曝光過程是在一整套環(huán)境封閉的設(shè)備(photo cluster)中完成的。 Photo Cluster—般包括曝光用的光刻機(exposure tool scanner/stepper)和涂膠顯影使用的導軌設(shè)備(track)。一個完整的光刻工藝過程一般由以下幾個步驟組成涂膠(coating)、前 (SB :soft bake)、Bi 光(exposure)、Bi 光后；I共烤(PEB :post exposure bake)、M B
(developing) > jp^ft (HB :hard bake)。請參閱圖1所示，CAR光刻膠的特點在于其化學放大，即在曝光時，受曝光的光刻膠A內(nèi)的PAG(Photo-Acid Generator，光酸產(chǎn)生劑)吸收特定深紫外波長的能量，發(fā)生化學反應(yīng)，產(chǎn)生一定量的光酸(H+)，而光刻膠未曝光部分B則不會產(chǎn)生光酸(H+)。曝光結(jié)束后進行烘烤，光酸(H+)和組成光刻膠的樹脂發(fā)生反應(yīng)，樹脂分解成新的光酸(H+)和可以被顯影液溶解的部分，新分解出的光酸(H+)繼續(xù)和光刻膠樹脂反應(yīng)產(chǎn)生出更多的光酸(H+)。 因此，這是一種催化反應(yīng)，由PAG產(chǎn)生的少量光酸(H+)在PEB過程中經(jīng)催化反應(yīng)產(chǎn)生大量光酸，最終被曝光的光刻膠分解成可以被顯影液溶解的部分。請參閱圖2所示，因PEB過程中大量的光酸是通過催化反應(yīng)生成的，如果設(shè)備環(huán)境中為堿性氣體，則曝光后在光刻膠靠近堿性氣體的C區(qū)域內(nèi)的光酸在PEB之前將被所述堿性氣體中和掉，且中和反應(yīng)后光刻膠表面C區(qū)域內(nèi)的光酸量將變少，圖示3所示為中和反應(yīng)后光刻膠表面的光酸情況，此時，催化反應(yīng)生成的光酸量也會減少，導致曝光部分的光刻膠在PEB過程中不能徹底分解，顯影后形貌異常，會產(chǎn)生如圖4所示的T型形貌，其中，虛線部分代表前述圖1中遭曝光的部分 A0針對上述環(huán)境氣體對DUV光刻工藝的影響，一般的室外大氣都需預(yù)處理(水洗，過濾等)，再經(jīng)過廠房化學過濾器吸附雜質(zhì)，最終經(jīng)過光刻clsuter設(shè)備端的過濾器，因此經(jīng)過三重過濾吸附的空氣才會和光刻膠接觸。而常規(guī)的地檢測一般是采樣經(jīng)廠房化學過濾器吸附的氣體，其可能的兩種結(jié)果是1.經(jīng)廠房化學過濾器吸附的氣體，即凈化間內(nèi)的空氣， 雜質(zhì)超標，但設(shè)備端的過濾器吸附能力較強，因此最終和光刻膠接觸的氣體不會影響光刻工藝；2.凈化間內(nèi)的空氣中雜質(zhì)含量符合規(guī)范，但由于設(shè)備端的過濾器使用時間過長，雜質(zhì)吸附已經(jīng)飽和，當過濾凈化間的空氣時，污染成分反而從過濾器中帶出，和光刻膠接觸后產(chǎn)生所述T型形貌。本發(fā)明是用以監(jiān)控半導體光刻廠房和設(shè)備內(nèi)空氣中的氨氮類、含硫/含氯類等污染物的濃度，判斷其對使用化學放大光刻膠的深紫外(DUV)光刻工藝的影響。具體來說，本發(fā)明所述的檢測監(jiān)控空氣雜質(zhì)濃度的方法是以通過獲得光刻膠上T型形貌數(shù)據(jù)、測定光刻機照明均勻性及其漫反射光強度這兩種方法來實現(xiàn)的。本發(fā)明根據(jù)光刻膠上T型形貌來判斷，T型形貌主要決定于光刻膠和設(shè)備內(nèi)空氣接觸的時間和空氣內(nèi)污染雜質(zhì)的比例，通過測定T型頂部的線寬和底部線寬的差值來反映污染雜質(zhì)的比例，在固定條件下，差值越大，說明污染雜質(zhì)濃度越大；另外，本發(fā)明還可通過測定光刻機的照明均勻性和漫反射光強度來反映設(shè)備內(nèi)部的空氣中的污染物比例，同樣在固定條件下，也是數(shù)值愈大，污染雜質(zhì)濃度越大。關(guān)于獲取光刻膠T型形貌數(shù)據(jù)的方法，本發(fā)明主要有如下兩種(1)曝光顯影后的晶圓片做斷面分析，測量頂部線寬和底部線寬的差異，來表征不同的T型形貌，以反映空氣中的不同的雜質(zhì)污染濃度。(2)曝光時將聚焦位置設(shè)置于光刻膠表面偏下位置，正常情況下，光刻膠頂部偏圓，掃描電鏡中觀察到的自上而下(top-down)照片上可以看到光刻膠兩側(cè)有較多的白邊， 若有T型形貌現(xiàn)象，則白邊變窄或消失，由此根據(jù)白邊的寬度判斷雜質(zhì)濃度。在正常情況下，環(huán)境中的污染物濃度低于規(guī)范，不會對光刻工藝產(chǎn)生影響，為及時發(fā)現(xiàn)問題(如過濾器吸附效率變低等)，在已知環(huán)境符合要求的情況下，可以將分別完成涂膠(coating)、前烘(SB soft bake)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(PEB :post exposure bake)等工藝的晶圓片放置于設(shè)備外部，或設(shè)備內(nèi)部特定位置一段時間，延長光刻膠與外部環(huán)境得接觸時間，以產(chǎn)生T型形貌，測試數(shù)據(jù)，獲得基準數(shù)據(jù)。今后固定試驗條件，測試T型形貌數(shù)據(jù)，以判斷環(huán)境中雜質(zhì)濃度或設(shè)備內(nèi)部過濾器是否有效。關(guān)于通過檢測光刻機照明均勻性和漫反射光強度來監(jiān)控的方法，必須排除光刻膠內(nèi)部有機物的揮發(fā)對光刻機鏡頭污染的影響，即必須收集基準數(shù)據(jù)。具體方法如下，將某一光刻cluster固定于作業(yè)特定的光刻層次，這些光刻層次所使用的光刻板具有較小的透光率，因此可以基本消除光刻膠的有機成分揮發(fā)對照明均勻性和漫反射光強度的影響，只有環(huán)境內(nèi)的有機揮發(fā)污染物是造成鏡頭劣化的主要因素之一。更換新的設(shè)備內(nèi)化學過濾器后，定期測定照明均勻性和漫反射光強度，作出其與時間的關(guān)系，由此可以判斷設(shè)備內(nèi)污染物濃度和化學過濾器的使用壽命。本發(fā)明是通過直接測量光刻膠T型形貌和光刻機的照明均勻性/漫反射光強度來監(jiān)控凈化間內(nèi)空氣中的氨氮類、含硫/含氯類雜質(zhì)對DUV光刻工藝的影響，而無須采購專用設(shè)備或委托第三方分析凈化間空氣中的雜質(zhì)成分，可以節(jié)約成本；由于檢測獲得的數(shù)據(jù)直接反映了環(huán)境對工藝的影響，可以據(jù)此作出簡單直觀的判斷，相比現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)采樣分析得到的數(shù)據(jù)無法直接反映出環(huán)境對工藝的具體影響，因為T型形貌或照明均勻性等與特定光刻膠性質(zhì)、設(shè)備內(nèi)過濾器的使用時間等相關(guān)。以上所述，僅是本發(fā)明的最佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，利用上述揭示的方法內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，均屬于權(quán)利要求書保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種凈化間環(huán)境檢測方法，至少包括如下步驟提供一化學放大光刻膠；然后，對所述化學放大光刻膠進行曝光及曝光后烘烤；待所述化學放大光刻膠上因曝光而產(chǎn)生的光酸與凈化間內(nèi)空氣接觸后，在所述化學放大光刻膠上形成T型結(jié)構(gòu)；然后，再對所述T型結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)測定。
2.如權(quán)利要求1所述的凈化間環(huán)境檢測方法，其特征在于所述T型結(jié)構(gòu)形成于所述化學放大光刻膠上被曝光的部分。
3.如權(quán)利要求2中所述的凈化間環(huán)境檢測方法，其特征在于對所述T型結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)測定包括測定其頂部寬度和底部寬度并計算出兩者的差值，所述差值與所述凈化間內(nèi)空氣雜質(zhì)濃度成正比。
4.如權(quán)利要求2中所述的凈化間環(huán)境檢測方法，其特征在于曝光時將聚焦位置設(shè)置于所述化學放大光刻膠表面偏下的位置，待從掃描電鏡中觀察到光刻膠兩側(cè)的白邊隨T型結(jié)構(gòu)的形成而變窄或消失時，再測定白邊的寬度來判斷凈化間內(nèi)空氣雜質(zhì)濃度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種凈化間環(huán)境檢測方法，至少包括如下步驟提供一化學放大光刻膠；然后，對所述化學放大光刻膠進行曝光及曝光后烘烤；待所述化學放大光刻膠上因曝光而產(chǎn)生的光酸與凈化間內(nèi)空氣接觸后，在所述化學放大光刻膠上形成T型結(jié)構(gòu)；然后，再對所述T型結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)測定。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明是通過直接測量光刻膠T型形貌來檢測凈化間內(nèi)空氣中雜質(zhì)對DUV光刻工藝的影響，檢測獲得的數(shù)據(jù)簡單直觀，且檢測成本較低。
文檔編號G01N33/00GK102569112SQ20101057816
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者丁偉堯, 劉志成, 張賢識, 黃瑋 申請人:無錫華潤上華科技有限公司