CN101510050B - 一种电子束曝光散射参数的提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子束曝光散射参数的提取方法。为了解决现有电子束曝光散射参数提取方法中操作繁琐且难以保证准确性的问题，本发明提供一种电子束曝光散射参数的提取方法，该方法根据所要进行参数提取的电子束抗蚀剂及衬底结构特性设计出合适的前散射参数α、背散射参数β以及背散射与前散射沉积能量之比η的提取版图；然后在待测的电子抗蚀剂及衬底结构上分别对三种设计的版图进行变剂量的电子束直写曝光；最后根据多组不同参数曝光、显影及剥离后的图形结构特征确定一组合适的散射参数。本发明无需进行大量烦琐的测量，因此不存在测量误差，并减少了由于数学处理带来的误差，使参数提取准确且简单易行。

Description

一种电子束曝光散射参数的提取方法

技术领域

本发明涉及电子束曝光技术领域，具体涉及一种电子束曝光散射参数的提取方法。

背景技术

电子束曝光技术(包括电子束直写曝光与投影式曝光)是现代微纳加工的重要手段，也是下一代光刻技术的有力候选者。由于电子射线的波长极短(加速电压15～20kv时，波长约为0.1～0.07埃)，所以不会象光学光刻那样受衍射效应的限制而可以达到较高的分辨率。但是由入射电子在抗蚀剂层和衬底中的散射所造成的曝光范围扩散制约了其分辨率的提高并影响了成像质量。例如造成图形轮廓向邻近区域扩展，边缘模糊，所有的尖角都变成圆角，细线条图形无法显现，胶层厚度不均匀、侧壁垂直度下降等，这种效应称为电子束曝光邻近效应。

通过邻近效应校正技术可以有效提高电子束曝光的分辨率及曝光成像质量。剂量校正方法是应用最广泛、效果最好的邻近效应校正方法。其基本原理是通过对图形不同部位赋以不同的曝光剂量而使最终的整体图形得到均匀一致的沉积能量密度分布。在邻近效应剂量校正等电子束曝光模拟技术中通常使用近似函数法，即用数学表达式概括抗蚀剂层中的沉积能量密度分布，实验证明双高斯分布近似函数能较好地近似沉积能量密度的分布。双高斯分布表达式如公式(1)所示。公式中除去比例系数，所含的两项分别代表前向散射和背向散射所造成的沉积能量密度分布。通常在进行剂量校正时，需要准确提取相关的散射参数，包括有前散射参数α、背散射参数β以及前散射与背散射沉积能量之比η等。

$f\left(r\right)=\frac{k}{(1+\mathrm{\η})\mathrm{\π}}\×\left\{\frac{1}{{\mathrm{\α}}^2}\exp \right[-{\left(\frac{r}{\mathrm{\α}}\right)}^2]+\frac{\mathrm{\η}}{{\mathrm{\β}}^2}\mathrm{xp}[-{\left(\frac{r}{\mathrm{\β}}\right)}^2\left]\right\}---\left(1\right)$

目前，电子束曝光散射参数的提取一般是通过将测量所得的曝光实验数据进行沉积能量密度的曲线拟合而获得。该方法需要进行大量的线宽测量及一系列复杂的数据预处理，所以不可避免地存在仪器误差、数学处理的理论误差和其他的人为误差，使得参数的提取不准确而且在操作上也较为困难。

发明内容

为了解决现有电子束曝光散射参数提取方法中操作繁琐且难以保证准确性的问题，本发明提供一种电子束曝光散射参数的提取方法，该方法无需进行大量繁琐的测量和数据预处理及数据拟合，因而不存在测量误差，并减少了由于数学处理带来的误差，使参数提取准确且简单易行。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电子束曝光散射参数的提取方法，该提取方法包括如下步骤：

(1)对衬底进行表面清洁及热处理；

(2)在衬底表面上涂敷电子束光刻抗蚀剂，并进行曝光前的预处理；

(3)根据多组预设电子散射参数所计算得到的相对应的剂量调制表格，在该待测的电子束光刻抗蚀剂及衬底结构上分别对前散射参数α、背散射参数β以及背散射与前散射沉积能量之比η的提取版图进行变剂量的电子束直写曝光；

(4)对曝光完毕的电子束光刻抗蚀剂和衬底进行显影、定影并蒸发金属进行剥离处理；

(5)根据剥离处理后的得到图形结构特征确定一组合适的散射参数。

上述步骤(1)中的衬底是以硅片或其他半导体、导体为主体结构的衬底。

上述步骤(2)中的涂敷是采用匀胶机涂敷方法进行，并用烘箱或热板对电子抗蚀剂及衬底进行烘烤。

上述步骤(3)中的提取版图需根据该电子束抗蚀剂的分辨率及对一定能量入射高能电子的散射特性来设计。

上述步骤(5)中所述变剂量的电子束直写曝光应有较大的变化范围，剂量的变化范围应根据所测试的抗蚀剂的灵敏度及具体图形尺寸而定。

上述步骤(7)中散射参数确定的标准分别为：α参数确定的标准是宽细不同的线条从同一剂量开始显现；β参数确定的标准是不同间距的两方块间的细线条从同一剂量开始显现；η参数确定的标准不同间距的两方块间的细线条从同一剂量开始显现，同时从两方块间延伸出来的长线也在该剂量下达到同一长度。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明较常规的方法而言，无需进行大量烦琐的测量，因而不存在测量误差的影响；无需进行烦琐的数据预处理和数据拟合，进一步减少了由于数学处理所带来的误差，使参数提取准确且简单易行。

2、本发明所提供的电子束曝光散射参数提取方法对于抗蚀剂层厚度较大的剥离工艺尤为有益，剥离工艺成功与否很大程度上取决于抗蚀剂层剖面的形状，本发明实际上将剥离工艺考虑在电子束邻近效应校正曝光中。

附图说明

图1为本发明提供的电子束曝光散射参数提取方法的实现流程图；

图2为本发明实施例中对电子束抗蚀剂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)散射参数提取的方法流程图；

图3为本发明实施例中前散射参数α的提取版图；

图4为本发明实施例中背散射参数β的提取版图；

图5为背散射参数β的提取版图中第1组图形的放大图；

图6为背散射参数β的提取版图中第12组图形的放大图；

图7为本发明实施例中背散射与前散射沉积能量之比η的提取版图；

图8为图7的A部放大图；

图9为图7的B部方法图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1为本发明提供的电子束曝光散射参数提取方法的实现流程图，该方法包括以下步骤：

(1)对预在其上制作微图形的衬底进行表面清洁及热处理；

(2)在衬底表面上涂敷需要提取散射参数的电子束光刻抗蚀剂层，并进行曝光前的预处理；

(3)根据所要进行参数提取的电子束光刻抗蚀剂及衬底结构特性设计出合适的前散射参数α、背散射参数β、背散射与前散射沉积能量之比η的提取版图；

(4)预设多组电子散射参数，并输入邻近效应校正软件以获取对应的剂量调制表格；

(5)根据预设预设多组电子散射参数及对应的剂量调制表格在该待测的电子光刻抗蚀剂及衬底结构上分别对三种设计的版图进行变剂量的电子束直写曝光；

(6)对曝光完毕的电子束光刻抗蚀剂和衬底进行显影、定影并蒸发金属进行剥离处理；

(7)根据剥离处理后得到的图形结构特征确定一组合适的散射参数；

(8)用确定好的散射参数，再次进行曝光实验以检验所提取的参数；如果曝光显影后所得图形与设计版图较为吻合，则说明所提取的参数可用于该曝光显影条件下的邻近效应校正。

所述步骤(1)中的衬底可以是以为硅片或其他半导体、导体为主体结构的衬底。

所述步骤(2)中的涂敷是采用匀胶机涂敷方法进行，并用烘箱或热板对电子抗蚀剂及衬底进行一定时间和一定温度的烘烤。

所述步骤(3)中的提取版图需根据该电子束抗蚀剂的分辨率及对一定能量入射高能电子的散射特性来设计。

所述步骤(4)中的电子束曝光邻近效应校正软件可以是CAPROX、LayoutBeamer等，所得调制表格的格式视具体软件而定。

所述步骤(5)中所述变剂量曝光应有较大的变化范围，剂量的变化范围应根据所测试的抗蚀剂的灵敏度及具体图形尺寸而定。

所述步骤(7)中散射参数确定的标准分别是：

α参数确定的标准：宽细不同的线条从同一剂量开始显现；

β参数确定的标准：不同间距的两方块间的细线条从同一剂量开始显现；

η参数确定的标准：不同间距的两方块间的细线条从同一剂量开始显现，同时从两方块间延伸出来的长线也在该剂量下达到同一长度。

实施例

在本实施例中，以采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA正性电子抗蚀剂为例，结合附图进一步说明本发明提供的电子束曝光散射参数提取的方法。

步骤201：对两寸硅片衬底进行表面清洁及热处理；

本步骤中先将一批(20片)新硅片用去离子水冲淋，然后放置于盛有浓硫酸的专用容器中在300℃左右加热40分钟，待冷却将硅片取出，用去离子水冲淋干净，并置于烘箱中，在180℃下烘烤2小时，待水气完全蒸发。

步骤202：在Si衬底表面上旋转涂敷PMMA电子束光刻抗蚀剂层，在180℃热板上进行2分钟的前烘处理，让有机溶剂充分挥发，用台阶仪测出抗蚀剂层厚度为450nm左右。

步骤203：根据所要进行参数提取的电子束抗蚀剂及衬底结构特性设计出合适的前散射参数α、背散射参数β、背散射与前散射沉积能量之比η的提取版图，分别见图3、图4、图7；

图3为前散射参数α的提取版图，共13组图形，细线宽度由50nm增加至650nm，变化步长为50nm；

图4为背散射参数β的提取版图，共12组图形，图形的中间细线与两侧的间距尺寸由100nm增加至700nm，变化步长为50nm；图5是第1组图形，图形的中间细线与两侧的间距尺寸为100nm，图6是第12组图形，图形的中间细线与两侧的间距尺寸为700nm；

图7为背散射与前散射沉积能量之比η的提取版图，共12组图形，图形的中间细线尺寸由50nm增加至270nm，变化步长为20nm，并且所有从两方块延伸出来部分的线条长度都为10μm；图8是第1组图形的局部放大图，图形中间的细线宽度尺寸为50nm，图9为第12组图形的局部放大图，图形中间的细线宽度尺寸为270nm。

步骤204：预设多组电子散射参数，并输入邻近效应校正软件CAPROX以获取对应的剂量调制表格；

测试前散射参数α的版图的邻近效应校正曝光参数：β固定设为10μm，η固定设为0.8，α从20nm变化至140nm，变化步距为10nm。

测试背散射参数β的版图的邻近效应校正曝光参数：α固定设为80nm，η固定设为0.8，β从1μm变化至10μm，变化步距为1μm。

测试背散射与前散射沉积能量之比η的版图的邻近效应校正曝光参数：α固定设为80nm，β固定设为10μm，η从0.5变化至3，变化步距为0.5。

步骤205：根据预设的邻近参数及对应的剂量调制表格在该待测的电子抗蚀剂及衬底结构上分别对三种设计的版图进行变剂量的电子束直写曝光；

测试前散射参数α的版图的邻近效应校正曝光，曝光剂量从200μC/cm²变化至2000μC/cm²，变化步距为100μC/cm²。

测试背散射参数β的版图的邻近效应校正曝光，曝光剂量从-100μC/cm²变化至900μC/cm²，变化步距为50μC/cm²。

测试背散射与前散射沉积能量之比η的版图的邻近效应校正曝光，曝光剂量从100μC/cm²变化至900μC/cm²，变化步距为50μC/cm²。

步骤206：对曝光完毕的片子进行显影、定影并蒸发金属进行剥离处理；

本步骤中所用显影液为MIBK与IPA以体积比1∶3的混和溶液，定影液为IPA，清洗液为去离子水，并用氮气吹干。用电子束蒸发方法在已有图形结构的片子表面分别沉积5nm的铬层和200nm金层，然后将片子置于丙酮溶液进行剥离处理。

步骤207：根据上述剥离处理所得结果的图形结构特征确定一组合适的散射参数；

步骤208：再次进行曝光实验以检验所提取的参数。

在本发明所举这个实施例中，进行参数提取验证的电子抗蚀剂是PMMA正性电子抗蚀剂。在实际应用中，本发明可以适用于大部分电子抗蚀剂，如ZEP520A、SAL601或HSQ电子抗蚀剂等。本实施例中所使用的邻近效应校正软件为CAPROX，本发明同样适用于其他邻近效应校正软件。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电子束曝光散射参数的提取方法，其特征在于：该提取方法包括如下步骤：

(1)对衬底进行表面清洁及热处理；

(2)在衬底表面上涂敷电子束光刻抗蚀剂，并进行曝光前的预处理；

(3)根据多组预设电子散射参数所计算得到的相对应的剂量调制表格，在该待测的电子束光刻抗蚀剂及衬底结构上分别对前散射参数α、背散射参数β以及背散射与前散射沉积能量之比η的提取版图进行变剂量的电子束直写曝光；

(4)对曝光完毕的电子束光刻抗蚀剂和衬底进行显影、定影并蒸发金属进行剥离处理；

(5)根据剥离处理后的得到图形结构特征确定一组散射参数，所述散射参数确定的标准分别为：α参数确定的标准是宽细不同的线条从同一剂量开始显现；β参数确定的标准是不同间距的两方块间的细线条从同一剂量开始显现；η参数确定的标准是不同间距的两方块间的细线条从同一剂量开始显现，同时从两方块间延伸出来的长线也在该剂量下达到同一长度。

2.如权利要求1所述的电子束曝光散射参数的提取方法，其特征在于：所述步骤(1)中的衬底是以硅片或其他半导体、导体为主体结构的衬底。

3.如权利要求1所述的电子束曝光散射参数的提取方法，其特征在于：所述步骤(2)中的涂敷是采用匀胶机涂敷方法进行，并用烘箱或热板对电子抗蚀剂及衬底进行烘烤。

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