专利名称：净化间环境检测方法
净化间环境检测方法
技术领域：
本发明涉及一种对净化间内空气杂质的检测方法，尤其涉及一种应用于半导体制程领域中的检测方法。
背景技术：
随着半导体技术的发展，先进工艺光刻用曝光波长也逐渐过渡到深紫外(DUV)，相应的光刻用设备和光刻胶对半导体生产的净化间环境要求也越来越高，其中的要求之一是净化间环境中的杂质污染成分氨氮类物质、硫酸根离子、氯离子等必须控制在PPBV(十亿分子一体积单位)的数量级，因为氨氮类和含硫/氯类杂质对光刻工艺产生较大的影响， 如对光刻机镜头的污染、使光刻胶形貌劣化等。光刻机镜头被污染后的主要后果是照明均勻性变差，同时镜头上吸附的杂质产生很多杂散光，导致不良的光学临近效应。为了监控环境中杂质污染成分的总量，确保其对光刻工艺的影响在可接受的范围内，以保证光刻工艺的质量，通常需采取严格的监控检测措施。如今，净化间环境空气中的杂质成分一般是利用采样仪进行富集采样，样品经处理后，利用液相色谱仪根据杂质的分子量/体积等进行吸附和分离，再使用淋洗液将将各类杂质自色谱柱分离后，最后使用质谱仪、电导仪等检测确定各类杂质的浓度。采样方法一般有两种，一种是设备外的实时监控或定时抽样；另一种方法是在设备内定时抽样。目前，适用DUV光刻工艺的净化间空气中的杂质污染成分的比例都很低，因此对分析方法和分析设备灵明度要求较高，无论是工厂采购设备自行分析或委托第三方分析， 费用昂贵；且如果检测采样点是在净化间内的设备外，不能真实反映设备内杂质含量，而如果检测采样点是在设备内，设备需要停止作业，而设备内杂质气体在停业和实际作业时是不一样的，且检测采样时间为数小时，设备停业的话会损失较多的产能。鉴于上述问题，本发明是要寻找一种低成本的检测方法，且检测结果能直接反映出净化间内空气杂质对光刻工艺的影响。

发明内容本发明所解决的技术问题在于提供一种净化间环境检测方法，其检测结果简单直观且检测成本低。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种净化间环境检测方法，至少包括如下步骤提供一化学放大光刻胶；然后，对所述化学放大光刻胶进行曝光及曝光后烘烤；待所述化学放大光刻胶上因曝光而产生的光酸与净化间内空气接触后，在所述化学放大光刻胶上形成T型结构；然后，再对所述T型结构进行数据测定。进一步地，所述T型结构形成于所述化学放大光刻胶上被曝光的部分。进一步地，对所述T型结构的数据测定包括测定其顶部宽度和底部宽度并计算出两者的差值，所述差值与所述净化间内空气杂质浓度成正比。进一步地，曝光时将聚焦位置设置于所述化学放大光刻胶表面偏下的位置，待从扫描电镜中观察到光刻胶两侧的白边随T型结构的形成而变窄或消失时，再测定白边的宽度来判断净化间内空气杂质浓度。相较于现有技术，本发明是通过直接测量光刻胶T型形貌来检测净化间内空气中杂质对DUV光刻工艺的影响，检测获得的数据简单直观，且检测成本较低。

图1为本发明所述的光刻胶在受曝光时的结构示意图。图2为本发明所述的光刻胶在碱性气体环境中时的结构示意图。图3为本发明所述的光刻胶表面受中和反应后的结构示意图。图4为本发明所述的光T型形貌的结构示意图。
具体实施方式本发明提供一种净化间环境检测方法，用于检测净化间内空气中杂质的浓度及其对DUV光刻工艺的影响，且检测成本较低。在先进光刻工艺中普遍采用化学放大光刻胶(CAR，Chemical Amplified Resist)，其涂胶、显影、曝光过程是在一整套环境封闭的设备(photo cluster)中完成的。 Photo Cluster—般包括曝光用的光刻机(exposure tool scanner/stepper)和涂胶显影使用的导轨设备(track)。一个完整的光刻工艺过程一般由以下几个步骤组成涂胶(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)。请参阅图1所示，CAR光刻胶的特点在于其化学放大，即在曝光时，受曝光的光刻胶A内的PAG(Photo-Acid Generator，光酸产生剂)吸收特定深紫外波长的能量，发生化学反应，产生一定量的光酸(H+)，而光刻胶未曝光部分B则不会产生光酸(H+)。曝光结束后进行烘烤，光酸(H+)和组成光刻胶的树脂发生反应，树脂分解成新的光酸(H+)和可以被显影液溶解的部分，新分解出的光酸(H+)继续和光刻胶树脂反应产生出更多的光酸(H+)。 因此，这是一种催化反应，由PAG产生的少量光酸(H+)在PEB过程中经催化反应产生大量光酸，最终被曝光的光刻胶分解成可以被显影液溶解的部分。请参阅图2所示，因PEB过程中大量的光酸是通过催化反应生成的，如果设备环境中为碱性气体，则曝光后在光刻胶靠近碱性气体的C区域内的光酸在PEB之前将被所述碱性气体中和掉，且中和反应后光刻胶表面C区域内的光酸量将变少，图示3所示为中和反应后光刻胶表面的光酸情况，此时，催化反应生成的光酸量也会减少，导致曝光部分的光刻胶在PEB过程中不能彻底分解，显影后形貌异常，会产生如图4所示的T型形貌，其中，虚线部分代表前述图1中遭曝光的部分 A0针对上述环境气体对DUV光刻工艺的影响，一般的室外大气都需预处理(水洗，过滤等)，再经过厂房化学过滤器吸附杂质，最终经过光刻clsuter设备端的过滤器，因此经过三重过滤吸附的空气才会和光刻胶接触。而常规的地检测一般是采样经厂房化学过滤器吸附的气体，其可能的两种结果是1.经厂房化学过滤器吸附的气体，即净化间内的空气， 杂质超标，但设备端的过滤器吸附能力较强，因此最终和光刻胶接触的气体不会影响光刻工艺；2.净化间内的空气中杂质含量符合规范，但由于设备端的过滤器使用时间过长，杂质吸附已经饱和，当过滤净化间的空气时，污染成分反而从过滤器中带出，和光刻胶接触后产生所述T型形貌。本发明是用以监控半导体光刻厂房和设备内空气中的氨氮类、含硫/含氯类等污染物的浓度，判断其对使用化学放大光刻胶的深紫外(DUV)光刻工艺的影响。具体来说，本发明所述的检测监控空气杂质浓度的方法是以通过获得光刻胶上T型形貌数据、测定光刻机照明均勻性及其漫反射光强度这两种方法来实现的。本发明根据光刻胶上T型形貌来判断，T型形貌主要决定于光刻胶和设备内空气接触的时间和空气内污染杂质的比例，通过测定T型顶部的线宽和底部线宽的差值来反映污染杂质的比例，在固定条件下，差值越大，说明污染杂质浓度越大；另外，本发明还可通过测定光刻机的照明均勻性和漫反射光强度来反映设备内部的空气中的污染物比例，同样在固定条件下，也是数值愈大，污染杂质浓度越大。关于获取光刻胶T型形貌数据的方法，本发明主要有如下两种(1)曝光显影后的晶圆片做断面分析，测量顶部线宽和底部线宽的差异，来表征不同的T型形貌，以反映空气中的不同的杂质污染浓度。(2)曝光时将聚焦位置设置于光刻胶表面偏下位置，正常情况下，光刻胶顶部偏圆，扫描电镜中观察到的自上而下(top-down)照片上可以看到光刻胶两侧有较多的白边， 若有T型形貌现象，则白边变窄或消失，由此根据白边的宽度判断杂质浓度。在正常情况下，环境中的污染物浓度低于规范，不会对光刻工艺产生影响，为及时发现问题(如过滤器吸附效率变低等)，在已知环境符合要求的情况下，可以将分别完成涂胶(coating)、前烘(SB soft bake)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(PEB :post exposure bake)等工艺的晶圆片放置于设备外部，或设备内部特定位置一段时间，延长光刻胶与外部环境得接触时间，以产生T型形貌，测试数据，获得基准数据。今后固定试验条件，测试T型形貌数据，以判断环境中杂质浓度或设备内部过滤器是否有效。关于通过检测光刻机照明均勻性和漫反射光强度来监控的方法，必须排除光刻胶内部有机物的挥发对光刻机镜头污染的影响，即必须收集基准数据。具体方法如下，将某一光刻cluster固定于作业特定的光刻层次，这些光刻层次所使用的光刻板具有较小的透光率，因此可以基本消除光刻胶的有机成分挥发对照明均勻性和漫反射光强度的影响，只有环境内的有机挥发污染物是造成镜头劣化的主要因素之一。更换新的设备内化学过滤器后，定期测定照明均勻性和漫反射光强度，作出其与时间的关系，由此可以判断设备内污染物浓度和化学过滤器的使用寿命。本发明是通过直接测量光刻胶T型形貌和光刻机的照明均勻性/漫反射光强度来监控净化间内空气中的氨氮类、含硫/含氯类杂质对DUV光刻工艺的影响，而无须采购专用设备或委托第三方分析净化间空气中的杂质成分，可以节约成本；由于检测获得的数据直接反映了环境对工艺的影响，可以据此作出简单直观的判断，相比现有技术中常规采样分析得到的数据无法直接反映出环境对工艺的具体影响，因为T型形貌或照明均勻性等与特定光刻胶性质、设备内过滤器的使用时间等相关。以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。
权利要求
1.一种净化间环境检测方法，至少包括如下步骤提供一化学放大光刻胶；然后，对所述化学放大光刻胶进行曝光及曝光后烘烤；待所述化学放大光刻胶上因曝光而产生的光酸与净化间内空气接触后，在所述化学放大光刻胶上形成T型结构；然后，再对所述T型结构进行数据测定。
2.如权利要求1所述的净化间环境检测方法，其特征在于所述T型结构形成于所述化学放大光刻胶上被曝光的部分。
3.如权利要求2中所述的净化间环境检测方法，其特征在于对所述T型结构的数据测定包括测定其顶部宽度和底部宽度并计算出两者的差值，所述差值与所述净化间内空气杂质浓度成正比。
4.如权利要求2中所述的净化间环境检测方法，其特征在于曝光时将聚焦位置设置于所述化学放大光刻胶表面偏下的位置，待从扫描电镜中观察到光刻胶两侧的白边随T型结构的形成而变窄或消失时，再测定白边的宽度来判断净化间内空气杂质浓度。
全文摘要
本发明提供了一种净化间环境检测方法，至少包括如下步骤提供一化学放大光刻胶；然后，对所述化学放大光刻胶进行曝光及曝光后烘烤；待所述化学放大光刻胶上因曝光而产生的光酸与净化间内空气接触后，在所述化学放大光刻胶上形成T型结构；然后，再对所述T型结构进行数据测定。相较于现有技术，本发明是通过直接测量光刻胶T型形貌来检测净化间内空气中杂质对DUV光刻工艺的影响，检测获得的数据简单直观，且检测成本较低。
文档编号G01N33/00GK102569112SQ20101057816
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者丁伟尧, 刘志成, 张贤识, 黄玮 申请人:无锡华润上华科技有限公司