[发明专利]检测半导体晶圆表面涂层的涂布情况的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种检测半导体晶圆表面涂层的涂布情况的方法及装置。

背景技术

光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上所规定的特定区域的基本操作。该工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形的工艺过程。该工艺过程的目标有两个：首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则所要求尺寸的图形；第二个目标是在晶圆表面正确定位图形。整个电路图形必须被正确地定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的。半导体器件最终的图形是由多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。

在光刻工艺之前，首先要在掩膜版上形成所需的图形，之后通过光刻工艺把所需要的图形转移到晶圆表面的每一层。图形转移是通过两步来完成的。首先，图形被转移到光刻胶层。光刻胶是一种感光物质，在曝光后会导致其自身性质和结构的变化。被曝光的部分由非溶性物质变为可溶性物质(正胶)或者由可溶性物质变为非溶性物质(负胶)。通过显影剂可以把可溶性物质去掉，从而在光刻胶层留下所需要的图形。第二次图形转移是从光刻胶层到晶圆表面层的转移。当通过刻蚀方法将晶圆表面层没有被光刻胶覆盖的部分去掉的时候，图形转移就发生了。

光刻工艺通过包括涂胶、曝光和显影等主要工序。其中，涂胶包括打底胶和旋涂光刻胶。打底胶的目的是为了增强光刻胶在晶圆表面的附着力。旋涂光刻胶时，首先在晶圆的中心喷洒光刻胶，然后以一定的转速旋转晶圆，从而在晶圆表面建立薄、均匀并且没有缺陷的光刻胶涂层。旋涂过程中胶量的控制精度直接影响生产企业的经济效益，也是影响胶膜质量的重要因素。胶量不够会导致涂胶不足，如图2所示。光刻胶涂胶不足会导致无法正确地进行图形转移。虽然在显影后检视中能够检测到这些问题，但是如果对所有的晶圆进行一一检视，则会严重影响产量。

曝光是通过曝光灯或者其它辐射源作为曝光光源照射光刻胶层，从而将图形转移到光刻胶涂层上。曝光能量照射到光刻胶上时，使光刻胶曝光，但同时也在光刻胶层的上下表面产生反射，从而产生切口效应和驻波效应，使得不希望曝光的光刻胶被曝光，或者在光刻胶的侧壁产生波浪状的不平整。为了减少曝光时能量在光刻胶层上表面的反射，尽可能地增加光刻胶层对曝光能量的吸收，避免切口效应和驻波效应，在旋涂光刻胶之后会在光刻胶表面旋涂形成顶部抗反射涂层(TARC，Top Anti-Reflective Coating)。该涂层并不会吸收光，而是通过光线之间的相位相消来消除反射。如果在旋涂该涂层时发生涂胶不足的现象，则会影响后续的曝光过程，从而影响图形的正确转移。

显影是对曝光后未聚合的光刻胶进行化学分解，从而将图形转移到光刻胶。在显影步骤之后，顶部抗反射涂层会被去掉，如果在旋涂该涂层的过程中发生了涂胶不足，则在显影后检视中很难发现。

由以上所述可知，在光刻工艺中形成各种涂层的过程都可能由于胶量不足、喷嘴回吸的胶液结晶等等问题而随时发生涂胶不足的现象，不仅会导致图形不能正确地转移，影响光刻工艺的良品率，而且对涂胶不足的晶圆进行后续处理还会浪费设备资源和材料。

发明内容

本发明提供一种检测半导体晶圆表面涂层的涂布情况的方法及装置，提高光刻工艺的良品率，减少设备资源和材料的浪费。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种检测半导体晶圆表面涂层的涂布情况的方法，包括：在半导体晶圆的表面上旋涂涂层；在对所述半导体晶圆显影之前检测所述涂层的厚度变化；将所检测的厚度变化与预定的阈值进行比较；如果所述厚度变化小于预定的阈值，则对所述半导体晶圆进行下一工艺步骤的处理；否则拒绝对所述半导体晶圆进行下一工艺步骤的处理。

优选地，在对所述半导体晶圆显影之前检测所述涂层的厚度变化为：在对所述半导体晶圆曝光之后检测所述涂层的厚度变化；所述下一工艺步骤为显影。

优选地，在对所述半导体晶圆显影之前检测所述涂层的厚度变化为：在对所述半导体晶圆曝光之前检测所述涂层的厚度变化；所述下一工艺步骤为曝光。

在对所述半导体晶圆曝光之前检测所述半导体晶圆表面涂层的厚度变化为：在对所述半导体晶圆进行晶圆边缘曝光WEE的同时检测所述涂层的厚度变化。

进一步地，在所述半导体晶圆上所述晶圆边缘曝光的路径内侧0.2至50毫米的位置检测所述涂层的厚度变化。

其中，所述涂层是光刻胶涂层PR、顶部抗反射涂层TARC、底部抗反射涂层BARC或顶面涂层TC。当所述涂层是底部抗反射涂层时，在旋涂光刻胶涂层之前检测所述底部抗反射涂层的厚度变化。