CN105097594B - 离子注入层光刻胶膜厚的优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，包括：提供一测试晶圆；在所述测试晶圆上形成光刻胶，光刻胶膜厚在所述测试晶圆上呈连续梯度分布；测量测试晶圆上不同位置处的光刻胶膜厚；将涂覆有光刻胶的测试晶圆划分为曝光显影区和离子注入测试区，对曝光显影区进行曝光显影并制作关键尺寸摇摆曲线；将预定能量的离子注入到离子注入测试区，并确定符合离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围；根据离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围和关键尺寸摇摆曲线中的极点，确定离子注入层光刻胶的最佳膜厚。本发明降低了测量晶圆的使用量，减少了工艺步骤，降低了测试晶圆的制作成本，同时找到最合适的光刻胶厚度点。

Description

离子注入层光刻胶膜厚的优化方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种离子注入层光刻胶膜厚的优化方法。
背景技术
在半导体工艺中，光刻工艺是通过一系列生产步骤将掩模版图案转移到晶圆上的工艺。一般的光刻工艺要经历在晶圆表面涂底胶、旋涂光刻胶、软烘、对准、曝光、后烘、显影、硬烘、检测等工序。
光刻胶的厚度不同，曝光时光刻胶的反射率也就不同，从而影响到光刻分辨率，最终影响半导体器件制作工艺所能实现的关键尺寸。关键尺寸与光刻胶厚度之间的关系曲线称为关键尺寸摇摆曲线。通常在工艺过程中选择关键尺寸摇摆曲线的极小点或极大点(统称为极点)，在选择极点时，即使光刻工艺中光刻胶的厚度有轻微改变，关键尺寸的改变也不会太大，从而提高器件电学特性的均匀性。现有技术中，通常采用5片至10片晶圆旋涂不同厚度的光刻胶，测量不同厚度光刻胶所对应的关键尺寸，得到关键尺寸摇摆曲线，根据曲线上的极小点或极大点决定光刻工艺中光刻胶的膜厚。
离子注入层光刻工艺主要用于提供离子注入的掩蔽层，即：使用光刻胶作为离子注入层的掩蔽物，晶圆上不需要离子注入的区域使用光刻胶进行覆盖掩蔽，需要离子注入的区域上的光刻胶则显影去除掉。跨入高技术节点后，离子注入层光刻图形线宽关键尺寸的缩小，要求实际工艺中采用更薄的光刻胶。然而，光刻胶层的厚度不同，对离子注入的阻挡能力是不同的，如果光刻胶层太薄，则很容易被离子击穿，无法达到掩蔽的目的。如果光刻胶层太厚，对所述光刻胶进行曝光显影时，很难控制关键尺寸。因此，选择合适的光刻胶层厚度对注入的离子进行阻挡，控制半导体器件关键尺寸显得尤为重要。
现有技术中，选择能够对注入的离子进行阻挡且具有合适厚度的光刻胶层的方法，包括以下步骤：首先在多片测试晶圆上涂布不同厚度的光刻胶层；接着，测量每个测试晶圆上光刻胶层的厚度；将确定能量的离子注入涂布有不同厚度光刻胶层的测试晶圆上；再对每个测试晶圆进行测试，得到各测试晶圆上含有的离子量；将测试得到的离子量与目标离子量进行比较，当某一测试晶圆上离子量在目标离子量允许范围内时，则可确定该测试晶圆上所涂布的光刻胶层的厚度是合适的。所述合适厚度为既能对离子注入具有阻挡能力，又能保证在进行曝光显影时，能很好的控制半导体器件的关键尺寸。
由此可知，通过关键尺寸摇摆曲线确定光刻工艺中光刻胶的膜厚的方法和能够对注入的离子进行阻挡且具有合适厚度的光刻胶层的方法，都需要耗费大量的测试晶圆，且两道工艺需分开进行，增加了工艺和测量的时间，从而使得成本大大增加。
发明内容
本发明提供一种离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，能够同时满足光刻工艺对光刻胶膜厚的要求和对离子注入阻挡的要求，降低测试晶圆的制作成本的同时找到最合适的光刻胶膜厚。
为解决上述技术问题，本发明提供一种离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，包括：步骤1：提供一测试晶圆；步骤2：在所述测试晶圆上形成光刻胶，光刻胶膜厚在所述测试晶圆上呈连续梯度分布；步骤3：测量测试晶圆上不同位置处的光刻胶膜厚；步骤4：将涂覆有光刻胶的测试晶圆划分为曝光显影区和离子注入测试区，对曝光显影区进行曝光显影并制作关键尺寸摇摆曲线；将预定能量的离子注入到离子注入测试区，并确定符合离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围；步骤5：根据离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围和关键尺寸摇摆曲线中的极点，确定离子注入层光刻胶的最佳膜厚。
作为优选，执行所述步骤2之前，还包括：调节光刻胶烘焙装置中热板的热源，使热板上的温度成梯度分布。
作为优选，所述热板上的温度沿X向成梯度上升分布，沿Y向对称分布。
作为优选，所述热板上的温度范围为80-150℃。
作为优选，步骤2中：在所述测试晶圆上形成光刻胶的步骤包括：在测试晶圆表面滴光刻胶溶液，旋转测试晶圆使光刻胶溶液由中心向边缘铺开，同时甩掉多余的光刻胶溶液，去除光刻胶溶液中的多余溶剂以形成固态的光刻胶。
作为优选，步骤3中：将带有光刻胶的测试晶圆置入厚度测量机台中，以得到不同位置上光刻胶的厚度。
作为优选，所述光刻胶沿测试晶圆的X方向呈120nm～330nm厚度连续梯度分布。
作为优选，步骤4包括：步骤41：将涂覆有光刻胶的测试晶圆划分为曝光显影区和离子注入测试区，所述曝光显影区和离子注入测试区的光刻胶膜厚呈连续梯度分布；步骤42：将曝光显影区划分成多个相同尺寸的曝光单元，对曝光单元进行曝光显影，将掩模版上的图案逐个复制到曝光单元的光刻胶上；步骤43：测量所述晶圆表面曝光显影区每个曝光单元上相同图案对应光刻胶膜厚的关键尺寸，制作光刻胶膜厚与关键尺寸的关系曲线即关键尺寸摇摆曲线；步骤44：将预定能量的离子注入所述离子注入测试区，测试所述离子注入测试区上不同位置处的离子量，将不同位置处的离子量与目标离子量进行比较，确定符合离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围。
作为优选，步骤44中，采用次级离子质谱法测试所述晶圆离子注入测试区上不同位置处的离子量。
与现有技术相比，本发明只需使用一片测试晶圆，便可以优选出离子注入层光刻胶的最佳厚度，同时满足光刻工艺对光刻胶膜厚的要求和对离子注入阻挡的要求，将现有技术中的两道工艺合而为一，减少了工艺步骤，降低了测试晶圆的制作成本，同时找到最合适的光刻胶厚度点。
附图说明
图1为本发明的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法的流程图；
图2为本发明的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法中步骤4的流程图；
图3为本发明采用的测试晶圆上曝光显影区和离子注入测试区的划分示意图；
图4为本发明采用的光刻胶烘焙装置中热板的示意图；
图5为本发明采用的光刻胶烘焙装置中热板上热源温度的梯度图；
图6为本发明的测试晶圆上光刻胶膜厚分布示意图；
图7为本发明中离子注入层光刻胶的最佳膜厚选取示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，包括以下步骤：
步骤1：提供一测试晶圆，如图3所示；
接着，调节光刻胶烘焙装置中热板的热源，使热板上的温度呈梯度分布；具体如图4所示，本实施例中，光刻胶烘焙装置中热板上有7个热源，分别为H0、H1、H2、H3、H4、H5和H6，上述7个热源在热板上沿Y方向对称分布，调节热源的温度，使热板上的温度在X方向上呈80-150℃的梯度上升分布，如图4和图5所示，本发明中的7个热源H0～H6的温度沿X方向呈80℃～120℃梯度上升，当然，每个热源上的温度均匀分布。
步骤2：在所述测试晶圆上形成光刻胶，光刻胶膜厚在所述测试晶圆上呈连续梯度分布；具体地，所述步骤2包括：在测试晶圆表面滴光刻胶溶液，旋转测试晶圆使光刻胶溶液由中心向边缘铺开，同时甩掉多余的光刻胶溶液，去除光刻胶溶液中的多余溶剂以形成固态的光刻胶。
需要说明的是，由于上述光刻胶烘焙装置中热板上的温度成梯度分布，又由于光刻胶的粘滞度(Viscosity)与烘焙的温度(T)成反比，即当所述烘焙的温度越高，所述光刻胶层的粘滞度越小，那么光刻胶流动的趋势就较大，相应地，所述光刻胶的膜厚越小；而当所述烘焙的温度越低，所述光刻胶的粘滞度越大，那么光刻胶流动的趋势就较小，相应地，所述光刻胶的膜厚越大。因此，在所述测试晶圆上温度较高的区域，形成的光刻胶层较薄；反之，在所述测试晶圆上温度较低的区域，形成的光刻胶层较厚。进一步的，测试晶圆置入烘焙装置中的方向与热板的方向一致，即测试晶圆的X方向与热板的X方向一致，也即是说，光刻胶膜厚在X方向，沿测试晶圆的直径的一端到另一端呈由厚到薄连续梯度变化。
步骤3：测量测试晶圆上不同位置处的光刻胶膜厚；具体地，本实施例中将带有光刻胶的测试晶圆置入厚度测量机台进行厚度测量，以得到不同位置上光刻胶的准确厚度，具体地，测量所得到测试晶圆上光刻胶的膜厚如图6所示，沿测试晶圆X方向呈120nm～330nm厚度连续梯度分布。
步骤4：将涂覆有光刻胶的测试晶圆划分为曝光显影区和离子注入测试区，对曝光显影区进行曝光显影并制作关键尺寸摇摆曲线；将预定能量的离子注入到离子注入测试区，并确定符合离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围；
如图2所示，所述步骤4具体包括：
步骤41：将涂覆有光刻胶的测试晶圆划分为曝光显影区和离子注入测试区，所述曝光显影区和离子注入测试区的光刻胶膜厚呈连续梯度分布，换句话说，所述曝光显影区和离子注入测试区由X方向上的测试晶圆直径划分，即，所述曝光显影区和离子注入测试区沿X轴对称。
步骤42：将曝光显影区划分成多个相同尺寸的曝光单元，对曝光单元进行曝光显影，将掩模版上的图案逐个复制到曝光单元的光刻胶上；
步骤43：测量所述晶圆表面曝光显影区每个曝光单元上相同图案对应光刻胶膜厚的关键尺寸，制作光刻胶膜厚与关键尺寸的关系曲线即关键尺寸摇摆曲线；
步骤44：将预定能量的离子注入所述离子注入测试区，采用次级离子质谱法测试所述离子注入测试区上不同位置处的离子量，将不同位置处的离子量与目标离子量进行比较，确定符合离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围。需要说明的是，所述预定能量是一个确定值，可以根据不同的半导体器件对所述离子注入的要求来设定。所述光刻胶厚度范围为大于符合离子注入阻挡要求的最低光刻胶膜厚。
步骤5：根据离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围和关键尺寸摇摆曲线中的极点，确定离子注入层光刻胶的最佳膜厚。如图7所示，符合离子注入阻挡要求的最低光刻胶膜厚是TKion，则高于TKion的区域定义为离子注入光刻胶安全膜厚区即光刻胶膜厚范围，即此区域的光刻胶对离子注入具有阻挡能力，结合关键尺寸摇摆曲线中的极点a、b、c、d、e点，本实施例中可以优选出d点对应的光刻胶厚度为离子注入层光刻胶的最佳膜厚。
综上所述，本发明公开了一种离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，包括：步骤1：提供一测试晶圆；步骤2：在所述测试晶圆上形成光刻胶，光刻胶膜厚在所述测试晶圆上呈连续梯度分布；步骤3：测量测试晶圆上不同位置处的光刻胶膜厚；步骤4：将涂覆有光刻胶的测试晶圆划分为曝光显影区和离子注入测试区，对曝光显影区进行曝光显影并制作关键尺寸摇摆曲线；将预定能量的离子注入到离子注入测试区，并确定符合离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围；步骤5：根据离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围和关键尺寸摇摆曲线中的极点，确定离子注入层光刻胶的最佳膜厚。
本发明仅需使用一片测试晶圆，降低了测试晶圆的使用量，减少了工艺步骤，降低了测试晶圆的制作成本；本发明通过制作光刻胶关键尺寸摇摆曲线和测试得到离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围；并根据离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚和关键尺寸摇摆曲线中的极点，确定了离子注入层光刻胶的最佳膜厚。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，包括：
步骤1：提供一测试晶圆；
步骤2：在所述测试晶圆上形成光刻胶，光刻胶膜厚在所述测试晶圆上呈连续梯度分布；
步骤3：测量测试晶圆上不同位置处的光刻胶膜厚；
步骤4：将涂覆有光刻胶的测试晶圆划分为曝光显影区和离子注入测试区，对曝光显影区进行曝光显影并制作关键尺寸摇摆曲线；将预定能量的离子注入到离子注入测试区，并确定符合离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围；
步骤4包括：
步骤41：将涂覆有光刻胶的测试晶圆划分为曝光显影区和离子注入测试区，所述曝光显影区和离子注入测试区的光刻胶膜厚呈连续梯度分布；
步骤42：将曝光显影区划分成多个相同尺寸的曝光单元，对曝光单元进行曝光显影，将掩模版上的图案逐个复制到曝光单元的光刻胶上；
步骤43：测量所述晶圆表面曝光显影区每个曝光单元上相同图案对应光刻胶膜厚的关键尺寸，制作光刻胶膜厚与关键尺寸的关系曲线；
步骤44：将预定能量的离子注入所述离子注入测试区，测试所述离子注入测试区上不同位置处的离子量，将不同位置处的离子量与目标离子量进行比较，确定符合离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围；
步骤5：根据离子注入阻挡要求的光刻胶膜厚范围和关键尺寸摇摆曲线中的极点，确定离子注入层光刻胶的最佳膜厚。
2.如权利要求1所述的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，其特征在于，执行所述步骤2之前，还包括：调节光刻胶烘焙装置中热板的热源，使热板上的温度成梯度分布。
3.如权利要求2所述的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，其特征在于，所述热板上的温度沿X向成梯度上升分布，沿Y向对称分布。
4.如权利要求3所述的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，其特征在于，所述热板上的温度范围为80-150℃。
5.如权利要求1所述的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，其特征在于，步骤2中：在所述测试晶圆上形成光刻胶的步骤包括：在测试晶圆表面滴光刻胶溶液，旋转测试晶圆使光刻胶溶液由中心向边缘铺开，同时甩掉多余的光刻胶溶液，去除光刻胶溶液中的多余溶剂以形成固态的光刻胶。
6.如权利要求1所述的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，其特征在于，步骤3中：将带有光刻胶的测试晶圆置入厚度测量机台中，以得到不同位置上光刻胶的厚度。
7.如权利要求1所述的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，其特征在于，所述光刻胶沿测试晶圆的X方向呈120nm～330nm厚度连续梯度分布。
8.如权利要求1所述的离子注入层光刻胶膜厚的优化方法，其特征在于，步骤44中，采用次级离子质谱法测试所述晶圆离子注入测试区上不同位置处的离子量。
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