CN102566327B - 显影均匀性调试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种显影均匀性调试方法，至少包括如下步骤：片内线宽均匀性异常或新设备调试、设备或显影程序调整、涂胶E0曝光显影、聚光灯下宏观判断显影均匀性、涂胶线宽曝光显影及扫描电镜测试圆片线宽，其中，若聚光灯下宏观判断显影均匀性时发现显影均匀性不满足要求，则返回重新进行设备或显影程序调整。相较于现有技术，本发明所述的显影均匀性调试方法根据涂胶E0曝光显影后圆片各处衬底的颜色差异来判断圆片上残留的光刻胶厚度是否一致，进而判定圆片内的显影均匀性是否一致，使得显影均匀性的调试方法更为简单、快速及方便。

Description

显影均匀性调试方法
【技术领域】
本发明涉及一种显影均匀性调试方法，尤其涉及一种应用于半导体集成电路光刻工艺中的显影均匀性调试方法。
【背景技术】
显影(developing)是半导体集成电路光刻过程中的一项基本工艺，就是使用弱碱性溶液将圆片上曝光后不需要的光刻胶去除，只在圆片上留下需要的条、孔等电路图形。显影后形成的线宽分辨率、图形线宽均匀性、颗粒和缺陷、显影成本和时间等是评价显影工艺的重要要素。
光刻工艺中线宽均匀性对集成电路最终产品的电性参数和成品率有极大的影响，因此控制光刻显影线宽均匀性是光刻日常工作的一项主要内容，尤其是新安装的设备，显影均匀性只有调整控制到规范之内，设备才可以交付生产。
线宽均匀性是通过扫描电镜测试线宽，然后根据测试结果调整显影程序或者对设备硬件进行调整。扫描电镜测试线宽，需要占用大量扫描电镜机时，耗费时间也较长。因此在实际生产线上采用这种方式判断线宽均匀性的效率低下，同时扫描电镜也是生产中的关键设备，长时间用于非生产测试，会影响大生产流通。
在一般的正常的集成电路生产中，只有关键光刻层次的线宽才进行在线测试监控，对于一个典型0.18微米工艺的8英寸圆片，一般测试5-9个不同位置的1-3种线宽结构，所以每片圆片的测试点数为5-27个。当设备发生异常或显影程序进行优化时，通常需要测试整片圆片的线宽，根据结果再调试显影程序或设备，然后再曝光验证线宽均匀性，如果不符合规范还需要再次测试，重复几次直到显影均匀性满足规范，其流程如图1所示。
对于8英寸和12英寸圆片，当取光刻版上最大图形尺寸曝光时，圆片上需测量的点数分别为50和90多个，而生产线上典型显影设备的显影腔体一般都为4个，因此需要大量的扫描电镜机时。如果需多次调整设备/显影程序等，很多时间将浪费在等待测试结果。
鉴于上述问题，确有必要提供一种简易的快速判断显影均匀性的方法，当判断显影均匀性符合规范时，再用扫描电镜测试验证。
【发明内容】
本发明所解决的技术问题在于提供一种显影均匀性调试方法，其可简易、快速地判断显影均匀性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种显影均匀性调试方法，至少包括如下步骤：片内线宽均匀性异常或新设备调试、设备或显影程序调整、涂胶阈值能量曝光显影、聚光灯下宏观判断显影均匀性、涂胶线宽曝光显影及扫描电镜测试圆片线宽，其中，若聚光灯下宏观判断显影均匀性时发现显影均匀性不满足要求，则返回重新进行设备或显影程序调整。
进一步地，在所述扫描电镜测试圆片线宽时，若发现圆片线宽均匀性不满足规范，则返回重新进行设备或显影程序调整。
进一步地，涂胶阈值能量曝光显影时，先进行阈值能量测试，求得特定厚度的特定光刻胶的阈值能量。
进一步地，选用一固定的比阈值能量略小的能量对圆片进行曝光显影。
进一步地，所述涂胶阈值能量曝光显影后，是根据圆片衬底上残留光刻胶的厚度不同所引起的颜色变化来判断显影是否均匀。
进一步地，涂胶阈值能量曝光显影时选用衬底干净的圆片，且圆片内光刻胶厚度的差异小于3纳米。
进一步地，光刻胶包括正性光刻胶和负性光刻胶。
进一步地，所述涂胶线宽曝光显影时采用光刻板曝光图形。
相较于现有技术，本发明所述的显影均匀性调试方法根据涂胶阈值能量曝光显影后圆片各处衬底的颜色差异来判断圆片上残留的光刻胶厚度是否一致，进而判定圆片内的显影均匀性是否一致，使得显影均匀性的调试方法更为简单、快速及方便。
【附图说明】
图1为现有技术中的显影均匀性调试方法。
图2为本发明所述的显影均匀性调试方法。
图3为本发明所述的圆片曝光后形成的图像。
图4为本发明所述的聚光灯下圆片内光刻胶分布的示意图。
图5为本发明所述的显影均匀时圆片表面的示意图。
图6为本发明所述的显影均匀性异常时圆片表面的示意图。
图7为本发明所述的间隔曝光时圆片表面的示意图。
【具体实施方式】
请参阅图2至图7所示，本发明提供一种显影均匀性调试方法，用于对光刻显影后圆片上的显影均匀性进行调试，其包括如下流程：开始、片内线宽均匀性异常或新设备调试、设备/显影程序等调整、涂胶曝光(E0)显影、聚光灯下宏观判断显影均匀性、判断显影均匀性是否可以接受、涂胶曝光(线宽)显影、扫描电镜测试正片圆片线宽、判断线宽均匀性是否在线宽范围内、结束。
请参阅图2所示，在判断显影均匀性是否可以接受时，若判断结果为否，则返回设备/显影程序等调整步骤。在判断线宽均匀性是否在线宽范围内时，若判断结果为否，则也返回设备/显影程序等调整步骤，如此，重复几次直至显影均匀性满足规范。
如图3所示，图中圆片上的每一个小方格表示光刻版曝光形成的图像，称为shot。进行E0阈值能量测试时，光刻版是不使用的，曝光能量从shot1至shot41依次递增。E0阈值能量测试是光刻工艺中的一种监控项目。
如图4所示，对于正性光刻胶，当曝光能量小于光刻胶显影反应所需的E0阈值能量时，shot1至shot24上的光刻胶将仍保留在圆片上；当曝光能量接近于E0阈值能量时，shot25至shot30上的部分光刻胶发生反应，被显影掉，此时shot25至shot30上光刻胶膜厚偏薄(颜色深度递减表示光刻胶膜厚递减，实际情况是颜色的不同)；当曝光能量为E0阈值能量或大于E0阈值能量时，shot31至shot41上的光刻胶完全发生反应，显影后，光刻胶被完全去除，衬底为裸硅片的颜色。
在一般聚光灯下，光刻胶膜厚的变化，可以引起衬底颜色的差异，肉眼可以很容易判断。
对于负性光刻胶，正好相反，曝光能量小于E0阈值能量，光刻胶则被去除；曝光能量大于E0阈值能量，光刻胶被保留。
本发明中，先采用上述方法，确认光刻胶的E0阈值能量，然后选择一个比E0阈值能量略小的能量，即示例中介于shot30和shot31之间的能量。然后使用该能量对整片圆片进行曝光显影，并在聚光灯下作宏观检查，如果显影均匀，则整片圆片上残留的光刻胶厚度应该近似，无明显差异，如图5所示；如果显影均匀性异常，则部分区域无光刻胶，或部分区域光刻胶偏厚，两者都可以从衬底颜色直观反映出来，如图6所示A区域光刻胶偏厚。
当完成上述曝光显影，宏观检查表明显影均匀时，可以用光刻版曝光图形，然后测量线宽，进行验证；如果宏观检查显影不均匀时，继续调节设备或显影程序进行检查。
上述曝光检查时，整片圆片都曝光，所有光刻胶基本都在显影后被去除，而实际产品的光刻版透光率大多数在20-80％之间(孔层次和个别层次例外)，为使测试更接近于真实情况，可以在曝光时减小shot尺寸大小，采用部分曝光的方式来检查显影均匀性，如图7所示，黑色表示不曝光区域，灰白色表示曝光部分，这种间隔曝光的模式类似于50％的光刻板透光率。
本发明所述显影均匀性调试方法中主要通过实现如下关键步骤实现：
1)使用E0阈值能量测试，求得特定厚度的特定光刻胶的E0阈值能量。
2)选用一固定的比E0阈值能量略小的能量进行曝光显影，曝光中不使用光刻版。
3)根据衬底残留的光刻胶来判断显影的均匀性。
为减少其它因素的干扰，本发明中应运用衬底干净的圆片，圆片内光刻胶厚度的差异应小于3纳米。
为减少负载效应的影响，可以将曝光时的shot变小，在整片圆片上选择一部分shot曝光。这些被曝光的shot应等密度均匀分布在圆片上。
本发明适用于各种类型的光刻胶：g-line、i-line、KrF、ArF，包括正性光刻胶和负性光刻胶。
本发明可用于各种直径的圆片尺寸，包括4、5、6、8、12英寸和其它更大尺寸的圆片。
曝光中可以使用裸硅片，也可以在硅片上涂布底部抗反射层。该底部抗反射层为有机抗反射层，圆片内厚度均匀性应小于2纳米。光刻胶上表面可以同时涂布水溶性抗反射层，圆片内的厚度均匀性应小于2纳米。
本发明是一种不测量线宽而根据衬底残留光刻胶厚度引起的颜色变化来判断圆片内显影均匀性的方法。具体来讲，本发明采用比E0阈值能量略小的能量，而不使用光刻版进行曝光，经正常后烘显影后，圆片表面保留一薄层光刻胶，根据各处衬底的颜色的差异可以判断残留的光刻胶厚度是否一致，进而判定圆片内的显影均匀性是否一致，本方法具有快速及时方便的特点，且最后使用线宽测量进行验证，保证了结果的准确性。
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。

Claims (6)

1.一种显影均匀性调试方法，至少包括如下步骤：片内线宽均匀性异常或新设备调试、设备或显影程序调整、涂胶阈值能量曝光显影、聚光灯下宏观判断显影均匀性、涂胶线宽曝光显影及扫描电镜测试圆片线宽，其中，若聚光灯下宏观判断显影均匀性时发现显影均匀性不满足要求，则返回重新进行设备或显影程序调整，涂胶阈值能量曝光显影时，选用一固定的比阈值能量略小的能量对圆片进行曝光显影，所述涂胶阈值能量曝光显影后，是根据圆片衬底上残留光刻胶的厚度不同所引起的颜色变化来判断显影是否均匀。
2.如权利要求1所述的显影均匀性调试方法，其特征在于：在所述扫描电镜测试圆片线宽时，若发现圆片线宽均匀性不满足规范，则返回重新进行设备或显影程序调整。
3.如权利要求2中所述的显影均匀性调试方法，其特征在于：涂胶阈值能量曝光显影时，先进行阈值能量测试，求得特定厚度的特定光刻胶的阈值能量。
4.如权利要求1中所述的显影均匀性调试方法，其特征在于：涂胶阈值能量曝光显影时选用衬底干净的圆片，且圆片内光刻胶厚度的差异小于3纳米。
5.如权利要求4中所述的显影均匀性调试方法，其特征在于：光刻胶包括正性光刻胶或负性光刻胶。
6.如权利要求5中所述的显影均匀性调试方法，其特征在于：所述涂胶线宽曝光显影时采用光刻板曝光图形。
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