CN104009021A - 一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片及制作方法，所述硅片的上表面具有内陷的围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升设置的若干层回转封闭式台阶，各层所述台阶具有竖直侧墙及水平台面，该硅片可通过建立按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行曝光的若干次曝光、显影的对应扫描程式来制作，将此硅片进行光刻胶涂布后，可以实现在一片测试硅片上采集多个具有不同厚度的光刻胶膜厚数据，只需数个硅片就可以完成建立光刻胶厚度摆动曲线所需的全部测试数据的采集。

Description

一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片及制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造光刻技术领域,更具体地，涉及一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片结构及其制作方法。

背景技术

在半导体技术中，光刻的本质是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。光刻使用光敏光刻胶材料和可控制的曝光，在硅片表面形成三维图形。光刻胶作为一种聚合可溶解物被涂在硅片表面，然后被烘焙除去其含有的溶剂，再将其用受控的光线曝光。光透过确定了所需图形的投影掩膜版。光刻胶是涂在硅片表面上的临时材料，仅是为了必要图形的转移，一旦图形经过刻蚀或离子注入，就要被去掉。

光刻在硅片上确定关键尺寸(CD)是传统的技术。由于关键尺寸是制造过程中最难控制的尺寸，所以，它也就成为其他工艺所需要达到的尺寸。减小关键尺寸可在单个硅片上布局更多芯片，这样将大大降低制造成本，提高利润。

光刻工艺是一个复杂过程，可以将光刻的图形形成过程分为8个步骤，这8个步骤包括气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙和显影检查。在成底膜处理后，硅片要立即采用旋转涂胶的方法涂上液相光刻胶材料。光刻胶应用的重要质量指标包括时间、速度、厚度、均匀性、颗粒沾污以及光刻胶缺陷。在硅片制造中光刻胶的作用是将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中，以及在后续工艺中，保护下面的材料(例如刻蚀或离子注入阻挡层)。

随着当今电路密度持续几代缩小了关键尺寸，为了将亚微米线宽图形转移到硅片表面，需要光刻胶具有更好的涂布均匀性。而旋转涂胶的目的之一，就是为了在硅片表面上得到均匀的胶膜覆盖层。硅片上光刻胶的厚度和均匀性是非常关键的质量参数，对于光刻胶厚度最关键的参数是涂胶时的转速和光刻胶粘度。因此，在半导体光刻工艺研发过程中，经常会涉及对新的膜层进行光刻胶厚度摆动曲线(Swing Curve)测试的情况。Swing Curve测试的目的是通过实验获得不同光刻胶厚度与CD之间的关系曲线，从而决定满足刻蚀或离子注入要求下对CD影响最小的光刻胶最佳厚度。

当前测试Swing Curve的方法是根据光刻胶厚度与涂胶转速的关系，建立不同转速下的涂胶程式(Track Recipe)，用控片测出这些转速下光刻胶的具体厚度，再对硅片涂胶、曝光、显影并量测每个厚度下的CD，这样，就可以得到光刻胶厚度与CD之间关系的Swing Curve。

在测试Swing Curve时，为了建立Swing Curve，需要采集不同的光刻胶厚度数据。现有测试Swing Curve时所采用的测试硅片，由于只具有单一的平面结构，因此，每个测试硅片只能涂布单一厚度的光刻胶。为了采集不同的光刻胶厚度数据，就需要用到多至几十片的测试硅片，这造成了光刻胶及硅片的浪费。并且，对于某些特殊的厚度，涂胶程式也不能按通常的方法建立，因而无法按厚度与转速的关系调整光刻胶的厚度，需要一个一个地试验，造成时间与精力的大量占用。还有某些厚度由于受到Track机台(光阻涂布机台)主转速的制约，无法满足测试所要求的厚度，造成测试数据采集的不完整。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有新结构的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片及制作方法，通过在普通测试用硅片的上表面向硅片下方内部加工出若干层回转封闭式台阶，使硅片的断面具有从中心底平面向外侧依次升高的若干层台阶平面结构，将此硅片进行光刻胶涂布后，可以实现在一片测试硅片上采集多个具有不同厚度的光刻胶膜厚数据，只需数个硅片就可以完成建立光刻胶厚度摆动曲线所需的全部测试数据的采集。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，其特征在于，所述硅片的上表面具有内陷的围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升设置的若干层回转封闭式台阶，各层所述台阶具有竖直侧墙及水平台面；其中，在所述硅片的上表面进行所述光刻胶涂布后，在所述硅片的上表面、中心底平面和各层所述台阶的所述台面上方形成具有对应不同厚度的所述光刻胶膜层，将具有此不同厚度的所述光刻胶膜层的所述硅片进行曝光、显影，并测量在各个光刻胶厚度膜层下的CD，得到光刻胶厚度与CD之间关系的摆动曲线。

进一步地，各层所述台阶在垂直投影方向为围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升设置的矩形回转封闭式台阶。

进一步地，各层所述台阶在垂直投影方向为围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升设置的圆形回转封闭式台阶。

进一步地，各层所述台阶具有等宽的台阶台面宽度。

进一步地，各层所述台阶具有等高的台阶侧墙高度。

本发明通过设计上述具有特殊结构的硅片，在硅片上根据工艺需要的不同光刻胶涂布厚度数据的数量，设有相应数目的具有不同高度差的台阶平面，硅片上各个台阶的高度尺寸可按不同的工艺要求加工成等高或不等高的高度，在硅片上形成中心底平面高度最低，并向边缘依次升高高度的围绕中心底平面的回转封闭式台阶结构。

一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：提供一块空掩膜版和一片具有平面上表面的硅片；

步骤二：建立按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行曝光的若干曝光程式；

步骤三：根据建立的曝光程式，首先采用具有最小曝光区域的曝光程式对涂好光刻胶的硅片的中心区域进行曝光，并进行显影、刻蚀及去胶；

步骤四：然后，分别采用建立的其他曝光程式，对步骤三得到的所述硅片进行涂胶，然后从中心向外侧方向逐次扩大曝光区域进行曝光，并在每次曝光后进行显影、刻蚀及去胶；

步骤五：完成曝光、显影扫描程式设定的工艺次数，得到上表面具有内陷的围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升的若干层回转封闭式台阶的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，各层所述台阶具有竖直侧墙及水平台面。

进一步地，对所述硅片按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行若干次曝光，各次的所述曝光区域为矩形。

进一步地，对所述硅片按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行若干次曝光，各次的所述曝光区域为圆形。

进一步地，对所述硅片按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行若干次曝光，各次的所述曝光区域按围绕所述硅片的中心依次对称扩大，各所述曝光区域之间的水平边界距离相等。

进一步地，对所述硅片按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行若干次曝光，每次曝光后进行显影、刻蚀及去胶，每次刻蚀在所述硅片竖直方向的刻蚀量相等。

本发明的硅片在用于光刻胶厚度摆动曲线的测试时，通过在上述硅片上涂胶可得到不同高度的光刻胶膜厚。涂胶时喷嘴在硅片的正中心，喷胶时硅片进行旋转以达到涂胶均匀，同时涂胶时需使用大的喷量，喷涂时间也尽量长，从而可以使涂胶更均匀。在曝光时要用尽量大的剂量以便曝光充分，显影时间也要加长以便没有残留。本发明设计的硅片中间光刻胶膜厚最高，依次向外光刻胶膜厚变低。通过膜厚机测量硅片各个位置的光刻胶高度可得到需要的光刻胶厚度数据。

进行Swing Curve测试时，只需使用四片这样的硅片就可以满足实验要求。先用两片硅片进行涂胶及膜厚测量，再用两片硅片做Swing Curve测试，进行涂胶、曝光、显影以及测量各个光刻胶厚度下的CD，即得到光刻胶厚度与CD之间关系的Swing Curve。最后将这些硅片进行去胶返工处理，本发明的测试用硅片就可以重复利用。

从上述技术方案可以看出，本发明通过在普通测试用硅片的上表面向硅片下方内部加工出若干层封闭式台阶，使硅片的断面具有从中心底平面向外侧依次升高的若干层台阶平面结构，将此硅片进行光刻胶涂布后，可以实现在一片测试硅片上采集多个具有不同厚度的光刻胶膜厚数据，只需数个硅片就可以完成建立光刻胶厚度摆动曲线所需的全部测试数据的采集。因此，本发明具有以下有益效果：

1、通过使用本发明的具有特殊结构的测试硅片，可将原来需从许多硅片采集数据以完成的Swing Curve试验，在几片硅片上就可实现，既省胶省硅片又省时间。

2、对某些特殊的涂胶程式，由于没法按转速与膜厚的常规公式进行计算，需要对光刻胶厚度一个个调整，因此，采用本发明的硅片，只要加工出对应高度的台阶，就可以很方便地获得需要的光刻胶厚度。

3、因为涂胶/显影机台(Track机台)对硅片的转速有一定的限制，在转速范围内使用某些光刻胶时，无法达到需要的厚度，通过采用本发明的硅片，可以很容易地实现对光刻胶厚度的选取。

附图说明

图1是本发明一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片的结构示意图；

图2是本发明一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片的结构剖视图；

图3是利用本发明得到的光刻胶厚度与CD之间关系的摆动曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，为便于对本发明的结构进行细致地说明，对下述实施例中公开的附图图形的结构比例关系作了非对应处理。

实施例一

本实施例公开了本发明一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片的结构。在本实施例中，请参阅图1，图1是本发明一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片的结构示意图。如图所示，在本发明的硅片的上表面2向硅片下方的内部加工出围绕中心底平面3向外侧依次上升设置的五层台阶1，最上面一层台阶的台面与硅片的上表面2平齐。这五层台阶1围绕中心底平面3在垂直投影方向构成回转封闭的矩形台阶。根据工艺的需要，各层台阶所围成的形状也可以加工成圆形或其他形状。

为进一步说明本发明硅片的结构，请参阅图2，图2是本发明一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片的结构剖视图。如图所示，本发明硅片的五层台阶围绕中心底平面3向外侧依次上升对称地设置，各层台阶具有竖直侧墙5及水平台面4，最上面一层台阶的台面与硅片的上表面2平齐。各层台阶的台面4可以加工成具有等宽的台阶宽度，也可以根据工艺需要加工成不等宽的台阶宽度。各层台阶的侧墙高度(台阶高度)可以加工成具有等高的台阶高度，也可以根据工艺需要加工成不等高的台阶高度。

本发明通过设计上述具有特殊结构的硅片，在硅片上可根据工艺需要的不同光刻胶涂布厚度数据的数量，设有相应数目的具有不同高度差的台阶平面，硅片上各个台阶的高度尺寸可按不同的工艺要求加工成等高或不等高的高度，在硅片上形成中心底平面高度最低，并向边缘依次升高高度的围绕中心底平面的回转封闭式台阶结构。

实施例二

本实施例公开了本发明一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片的制作方法。请结合参阅图1、2来进行理解。本发明的硅片的制作方法包括以下步骤：

步骤一：提供一块空掩膜版和一具有平面上表面的硅片；

步骤二：建立按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行曝光的5个曝光程式(scanner job)，曝光程式的曝光面积分别是20×20mm、40×40mm、60×60mm、80×80mm、100×100mm；

步骤三：根据建立的曝光程式，首先采用具有20×20mm的最小曝光区域的程式曝所述硅片的中心区域(即在所有的曝光完成后，形成的中心底平面3的区域)，并进行显影、刻蚀及去胶；刻蚀时在所述硅片竖直方向的刻蚀量为10nm；

步骤四：然后，分别采用具有依次扩大的40×40mm、60×60mm、80×80mm、100×100mm曝光区域的4个曝光程式，对步骤三得到的所述硅片从中心向外侧方向逐次扩大曝光区域，分4次进行扩大曝光区域的曝光，并在每次曝光后进行显影、刻蚀及去胶；每次刻蚀时在所述硅片竖直方向的刻蚀量都是10nm；

步骤五：完成5次曝光程式设定的工艺，得到上表面具有内陷的围绕所述硅片的中心底平面3向外侧依次上升的5层回转封闭式矩形台阶的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，各层所述台阶具有10nm等高的竖直侧墙及10mm等宽的水平台面(最上层台阶的台面与硅片的上表面2平齐重面，中心底平面3的边长为20mm)。

上述工艺中，可根据工艺需要，选择曝光区域的不同形状例如圆形或其他形状，来依次进行若干次曝光，在硅片上得到对应的回转封闭式台阶形状；各层台阶的台面4的宽度也可以不同，由曝光程序的曝光区域决定；各层台阶的侧墙5的高度也可以不同，由每次刻蚀时在所述硅片竖直方向的刻蚀量来决定。

本发明的硅片在用于光刻胶厚度摆动曲线的测试时，通过在上述硅片上涂胶可得到不同高度的光刻胶膜厚。涂胶时喷嘴在硅片的正中心，喷胶时硅片进行旋转以达到涂胶均匀，同时涂胶时需使用大的喷量，喷涂时间也尽量长，从而可以使涂胶更均匀。在曝光时要用尽量大的剂量以便曝光充分，显影时间也要加长以便没有残留。本发明设计的硅片中间光刻胶膜厚最高，依次向外光刻胶膜厚变低。通过膜厚机测量硅片各个位置的光刻胶高度可得到需要的光刻胶厚度数据。

请参阅图3，图3是利用本发明得到的光刻胶厚度与CD之间关系的摆动曲线图。进行Swing Curve测试时，只需使用4片这样的硅片就可以满足实验要求。例如，先用两片硅片，一片涂1400nm厚度的光刻胶，另一片涂1460nm厚度的光刻胶，通过膜厚机量测硅片的中心底平面、各层台阶台面及硅片上表面各个区域上方光刻胶的膜厚，这样在2片硅片上就得到从1400nm到1510nm、厚度间隔10nm的12个光刻胶厚度数据。然后，再用两片这样的硅片，进行涂胶、曝光、显影以及测量各个台阶平面对应的光刻胶厚度下的CD，也得到对应的12个CD数据。根据光刻胶厚度与CD的数据对应关系绘图，就可以得到如图3所示的Swing Curve曲线。图中横坐标代表光刻胶厚度，纵坐标代表CD。根据图形，一般选位于波峰或波谷位置的光刻胶厚度用于实际的工艺制程，因位于波峰或波谷位置的光刻胶厚度对CD的影响最小。此外，最终将本发明的4个硅片去胶，就可以重复使用。

通过使用本发明的具有特殊结构的测试硅片，可将原来需从许多硅片采集数据以完成的Swing Curve试验，在几片硅片上就可实现，既省胶省硅片又省时间；对某些特殊的涂胶程式，由于没法按转速与膜厚的常规公式进行计算，需要对光刻胶厚度一个个调整，因此，采用本发明的硅片，只要加工出对应高度的台阶，就可以很方便地获得需要的光刻胶厚度；另外，因为涂胶/显影机台(Track机台)对硅片的转速有一定的限制，在转速范围内使用某些光刻胶时，无法达到需要的厚度，通过采用本发明的硅片，可以很容易地实现对光刻胶厚度的选取。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，其特征在于，所述硅片的上表面具有内陷的围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升设置的若干层回转封闭式台阶，各层所述台阶具有竖直侧墙及水平台面；其中，在所述硅片的上表面进行所述光刻胶涂布后，在所述硅片的上表面、中心底平面和各层所述台阶的所述台面上方形成具有对应不同厚度的所述光刻胶膜层，将具有此不同厚度的所述光刻胶膜层的所述硅片进行曝光、显影，并测量在各个光刻胶厚度膜层下的CD，得到光刻胶厚度与CD之间关系的摆动曲线。

2.如权利要求1所述的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，其特征在于，各层所述台阶在垂直投影方向为围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升设置的矩形回转封闭式台阶。

3.如权利要求1所述的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，其特征在于，各层所述台阶在垂直投影方向为围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升设置的圆形回转封闭式台阶。

4.如权利要求1～3任意一项所述的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，其特征在于，各层所述台阶具有等宽的台阶台面宽度。

5.如权利要求1～3任意一项所述的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，其特征在于，各层所述台阶具有等高的台阶侧墙高度。

6.一种如权利要求1所述的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：提供一块空掩膜版和一片具有平面上表面的硅片；

步骤二：建立按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行曝光的若干曝光程式；

步骤三：根据建立的曝光程式，首先采用具有最小曝光区域的曝光程式对涂好光刻胶的硅片的中心区域进行曝光，并进行显影、刻蚀及去胶；

步骤四：然后，分别采用建立的其他曝光程式，对步骤三得到的所述硅片进行涂胶，然后从中心向外侧方向逐次扩大曝光区域进行曝光，并在每次曝光后进行显影、刻蚀及去胶；

步骤五：完成曝光、显影、刻蚀程式设定的工艺次数，得到上表面具有内陷的围绕所述硅片的中心底平面向外侧依次上升的若干层回转封闭式台阶的用于光刻胶厚度摆动曲线测试的硅片，各层所述台阶具有竖直侧墙及水平台面。

7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，对所述硅片按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行若干次曝光，各次的所述曝光区域为矩形。

8.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，对所述硅片按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行若干次曝光，各次的所述曝光区域为圆形。

9.如权利要求6～8任意一项所述的制作方法，其特征在于，对所述硅片按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行若干次曝光，各次的所述曝光区域按围绕所述硅片的中心依次对称扩大，各所述曝光区域之间的水平边界距离相等。

10.如权利要求6～8任意一项所述的制作方法，其特征在于，对所述硅片按从所述硅片的中心向外侧逐次扩大曝光区域来依次进行若干次曝光，每次曝光后进行显影、刻蚀及去胶，每次刻蚀在所述硅片竖直方向的刻蚀量相等。