CN105717748B - 一种背面曝光工艺优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种背面曝光工艺优化方法，其特征在于，包括：步骤一、建立光刻仿真工艺环境；步骤二，设定不同的正面曝光剂量和u因子，得到不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量组合下的曝光图形，其中u因子为正面曝光剂量和背面剂量之比；步骤三，确定目标CD的范围，得出正面曝光剂量与背面曝光剂量的范围；步骤四，在得出正面曝光剂量与背面曝光剂量的范围内均匀的选取采样点，组成不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合；步骤五，仿真每一个组合在不同焦面位置下的CD结果，得到CD随焦面位置变化的曲线并做拟合，计算可用焦深；步骤六，选取最优的正面曝光剂量以及u因子。

Description

一种背面曝光工艺优化方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种背面曝光工艺优化方法。

背景技术

在使用可透光基底的工艺中，可以使用背面曝光工艺增加可用焦深。例如在图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate, 以下简称PSS)工艺中，使用可透光的单拋面蓝宝石基底，使用背面曝光工艺后，可用焦深可以增加将近20%。背面曝光工艺的核心是对剂量的控制，即先将正面曝光的剂量减小一个合适的量，再在背面增加一个合适剂量的均匀曝光。正/背面曝光剂量的组合决定了可用焦深的增大幅度，同时背面曝光的剂量不能过大以致出现底部过曝现象。

在现有的背面曝光工艺中，对最优剂量组合的寻找是通过实验验证完成的，即按照初始设定曝光，测量关键尺寸(CD,Critical Dimension)后进行分析决定剂量优化方向，然后进行第二轮实验，如此类推。经过多轮实验后才能确定最优剂量组合。这种方法一次只能针对一种工艺条件确定最优剂量组合，条件更改后就需重新进行实验寻找最优剂量组合。如此将耗费大量的时间成本和材料成本。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种新的背面曝光工艺优化方法，结合光刻仿真手段优化工艺开发流程，利用仿真结果缩小最优剂量组合的寻找范围，大幅降低寻找最优剂量组合的时间成本和材料成本，提高工艺开发的效率。

优化为了实现上述发明目的，本发明公开一种背面曝光工艺优化方法，其特征在于，包括：

步骤一、建立光刻仿真工艺环境；

步骤二，设定不同的正面曝光剂量和u因子，得到不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量组合下的曝光图形，其中u因子为正面曝光剂量和背面剂量之比；

步骤三，确定目标CD的范围，得出正面曝光剂量与背面曝光剂量的范围；

步骤四，在得出正面曝光剂量与背面曝光剂量的范围内均匀的选取采样点，组成不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合；

步骤五，仿真每一个组合在不同焦面位置下的CD结果，得到CD随焦面位置变化的曲线并做拟合，计算可用焦深；

步骤六，选取最优的正面曝光剂量以及u因子；

其中，

所述步骤一包括标定光刻胶参数，标定光刻胶参数需满足：

（a）|仿真顶部CD – 测量顶部CD| <标定CD误差要求，

（b）|仿真底部CD – 测量底部CD| <标定CD误差要求，

（c）|仿真剂量 – 实际剂量| <标定剂量误差要求；

所述步骤六中最优的正面曝光剂量以及u因子的判断方法包括：

（a）可用焦深最大；

（b）底部CD仿真大于顶部CD仿真；

（c）底部CD仿真曲线与顶部CD仿真曲线尽可能接近，并且中部CD仿真曲线位于所述底部CD仿真曲线以及顶部CD仿真曲线的中间；

（d）顶部CD仿真曲线与底部CD仿真曲线开口方向相反。

更进一步地，还包括：和

步骤七，用选取的最优的正面曝光剂量加上剂量误差的得到的正面曝光剂量和不同的u因子组合，仿真不同焦面位置下的CD结果，得到CD随焦面位置变化的曲线并做拟合，并计算可用焦深；

步骤八，同时用选取的最优的正面曝光剂量减去剂量误差的得到的正面曝光剂量和不同的u因子组合，仿真不同焦面位置下的CD结果，得到CD随焦面位置变化的曲线并做拟合，并计算可用焦深；

步骤九，分别在步骤七、八中选取最优的u因子；

步骤十，用步骤六和步骤九中选取的三组最佳的正面曝光剂量及u因子的组合，分别进行蛇形变焦面实际曝光；

步骤十一，测量三种组合下实际曝光的CD结果，拟合CD随焦面变化曲线并计算可用焦深；

步骤十二，选取可用焦深最大的组合作为为最优正面曝光剂量和背面曝光剂量组合；

其中，所述步骤九中判断最优的u因子的方法包括：

（a）可用焦深最大；

（b）底部CD仿真大于顶部CD仿真；

（c）底部CD仿真曲线与顶部CD仿真曲线尽可能接近，并且中部CD仿真曲线位于所述底部CD仿真曲线以及顶部CD仿真曲线的中间；

（d）顶部CD仿真曲线与底部CD仿真曲线开口方向相反。

与现有技术相比较，本发明所提供的工艺方法将工艺仿真流程融合进工艺开发流程中，在开发工艺仿真流程并验证了正确性的前提下，仿真预测最优正/背面剂量组合，将仿真预测结果设定为目标进行实验验证，减少工艺开发的时间和物料成本，并可以提出相关工艺指标。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是原始的PPS图形的示意图；

图2是本发明所提供的背面曝光工艺方法的流程图；

图3是仿真光刻胶图形示意图；

图4是仿真CD随焦面位置变化曲线示意图；

图5是蛇形变焦面实际曝光路径示意图；

图6是实测光刻胶曝光图形示例图；

图7是实测CD随焦面位置变化拟合示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的目的在于提供一种新的背面曝光工艺优化方法，结合光刻仿真手段优化工艺开发流程，利用仿真结果缩小最优剂量组合的寻找范围，大幅降低寻找最优剂量组合的时间成本和材料成本，提高工艺开发的效率。本发明所提供的技术方案分成两个部分，第一部分工艺流程仿真的开发，第二部分是对工艺流程开发的优化。

背面曝光工艺流程仿真开发要求首先根据前期实验数据（顶部CD和底部CD），和曝光系统的配置(例：波长，NA，光源形状，曝光剂量，显影时间等)，进行光刻胶参数标定，包括光刻胶光学参数：折射率，Dill A，Dill B，Dill C，和光刻胶显影参数：Rmax，Rmin，n，mth。光刻胶标定过程必须考虑真实工艺环境中各种因素的影响，例如波像差，以及基底磨砂面造成的漫反射等。光刻胶标定必须满足以下标准：

（a）：|仿真顶部CD – 测量顶部CD| <标定CD误差要求

（b）：|仿真底部CD – 测量底部CD| <标定CD误差要求

（c）：|仿真剂量 – 实际剂量| <标定剂量误差要求

标定剂量误差要求可以视作仿真剂量与实际剂量的误差值。完成光刻胶参数标定之后，引入正面曝光剂量与背面曝光剂量之比u，先仿真正面带掩模图形曝光过程，再仿真背面均匀曝光过程，两次仿真的叠加即可视为背面曝光工艺全流程仿真。

在对背面曝光工艺流程进行优化时，首先根据实际经验确认目标CD范围，选取不同的正面曝光剂量以及不同的正/背面剂量之比u，得到可以接受的正/背面曝光剂量范围；然后在可接受正/背面剂量范围内均匀取尽可能多的采样点，组成不同的正/背面曝光剂量组合，对每一个组合仿真不同焦面位置下的CD结果，得到CD随焦面位置变化的曲线并做拟合，计算可用焦深，选取最优的正面曝光剂量以及u因子，选取的判断标准包括：

1．可用焦深最大

2．底部CD大于顶部CD

3．两条曲线尽可能接近并将中部CD曲线夹在中间

4．顶/底部CD曲线开口方向相反

在仿真得到可用焦深最大的正/背面曝光剂量组合后，还需要将此时的正面曝光剂量分别加上和减去仿真剂量与实际剂量误差后，然后配以不同的u因子的背面曝光剂量，仿真不同焦面位置下的CD结果，拟合CD随焦面位置变化的曲线并计算可用焦深，根据上述判断标准选取加上和减去仿真剂量与实际剂量误差后分别对应的可用焦深最大的u因子。

在得到三组正/背面剂量组合后，以三组剂量组合进行蛇形变焦面实际曝光。测量三组剂量组合下、不同焦面下的CD，拟合实际CD随焦面变化曲线，计算可用焦深，可用焦深最大的即为最终优化剂量组合。

实施流程如图2中所示包括：

S201、配置仿真工艺环境，包括：在考虑各种工艺因素的前提下标定所用光刻胶参数，标定标准包括

（a)|仿真顶部CD–测量顶部CD|<标定CD误差要求

（b)|仿真底部CD–测量底部CD|<标定CD误差要求

（c)|仿真剂量–实际剂量|<标定剂量误差要求，标定剂量误差要求可以视作仿真剂量与实际剂量的误差值；

将掩模图形信息、光刻设备参数、标定的光刻胶参数输入光刻仿真软件。

S202、引入正面曝光剂量与背面曝光剂量之比u，按照先仿真正面带掩模图形曝光过程，再仿真背面均匀曝光过程的顺序，建立背面曝光工艺全流程仿真。

S203、设定不同的正面曝光剂量和u因子，得到不同剂量组合下的曝光图形。

S204、根据经验确定目标CD范围，得到可接受的正面曝光剂量范围和背面曝光剂量范围，其中，可接受的正面曝光剂量范围和背面曝光剂量范围是指：满足CDU要求的剂量范围，例如目标CD为1um，CDU要求为+-5%，则剂量可接受范围是令CD在950nm~1050nm范围内的剂量值。

S205、在可接受正/背面剂量范围内均匀选取采样点，组成正/背面剂量组合。

S206、仿真不同正/背面剂量组合下、不同焦面位置下的CD结果，拟合CD随焦面位置变化曲线并计算可用焦深。

S207、选取仿真最佳的正面曝光剂量及u因子，选取标准包括：

（a)可用焦深最大；

（b)底部CD大于顶部CD；

（c)两条曲线尽可能接近并将中部CD曲线夹在中间；

（d)顶/底部CD曲线开口方向相反。

S208、在选取的最佳正面曝光剂量上分别加上仿真剂量与实际剂量误差。或者进入S211、在选取的最佳正面曝光剂量上分别减去仿真剂量与实际剂量误差。

S209/S212、加上和减去剂量误差的正面曝光剂量分别组合不同的u因子仿真不同焦面位置下的CD结果，拟合CD随焦面位置曲线，并计算可用焦深。

S210/S213、按S207的选取标准选取加上和减去剂量误差的正面曝光剂量分别对应的最佳u因子。

S214、将最佳正/背面曝光剂量组合，(最佳正面曝光剂量+剂量误差)与对应的最佳u因子组合，(最佳正面曝光剂量-剂量误差)与对应的最佳u因子组合，分别进行蛇形变焦面实际曝光。图5是蛇形变焦面实际曝光路径示意图。

S215、测量三种组合下实际曝光的CD结果，拟合CD随焦面变化曲线并计算可用焦深。

S216、选取可用焦深最大的组合为最优正/背面曝光剂量组合。

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的计算公式，并将省略对公知原理的描述。

实施例一

以如图1所示PSS掩模图形为例说明，基底上Target CD可以取2um~100um，光源σ可以取0.01~1，NA可以取0.01~0.5，选择一款可透光基底，透光率可以取1%~99%，在可透光基底上均匀涂胶，涂胶厚度可以取0.1um~100um。

取得涂胶后的可透光基底后，对基底上的光刻胶的光学和化学参数进行标定。标定的判断标准为：

1．|仿真顶部CD – 测量顶部CD| <标定CD误差要求

2．|仿真底部CD – 测量底部CD| <标定CD误差要求

3．|仿真剂量 – 实际剂量| <标定剂量误差要求

标定CD误差要求可以取1~10000nm，标定剂量误差要求可以取0.1~10000mJ/cm2。

将标定后的光刻胶参数、掩模图形（图形可以为线条，孔，或其他任意图形）、光刻设备参数（σ，NA）输入仿真平台，然后以背面曝光剂量与正面曝光剂量之比u因子的形式将背面曝光过程引入仿真平台，建立背面曝光全流程仿真，u因子取值范围为0~10000均可。

设定不同的正面曝光剂量以及以u因子的形式设定不同的背面曝光剂量，得到不同的正/背面曝光剂量下的基底上光刻胶形状的仿真结果：先施加正面有掩模曝光，曝光剂量为0.1mJ/cm2 ~ 10000mJ/cm2；正面曝光结束后，再施加背面均匀曝光，曝光剂量为0.1mJ/cm2 ~ 10000mJ/cm2，最后显影。根据实际经验确定CD可接受范围，进而确认可接受范围内的CD对应的正面曝光剂量和背面曝光剂量。

将可接受范围内的正面曝光剂量和背面曝光剂量分别均匀取样，然后两两组合，取样个数根据实际仿真计算能力确定。对每一个组合，仿真不同焦面位置下的CD结果，如图3所示示例，拟合CD随焦面位置变化曲线，如图4所示示例，以一定的CDU(CD Uniformity,CD一致性)要求计算可用焦深。根据仿真出的不同正/背面曝光剂量组合下的CD结果，选取仿真最佳的正面曝光剂量以及u因子，选取标准包括：

a) 可用焦深最大；

b) 底部CD大于顶部CD；

c) 两条曲线尽可能接近并将中部CD曲线夹在中间；

d) 顶/底部CD曲线开口方向相反；

在选取出的仿真最佳正面曝光剂量的基础上，分别加上和减去仿真剂量与实际剂量的误差，得到新的两个正面曝光剂量，对这两个正面曝光剂量分别取不同的u因子组合，形成新的正面曝光剂量与u因子组合。对这些新的剂量组合，分别仿真不同焦面位置下的CD结果，拟合CD随焦面位置变化曲线，计算可用焦深，对加上和减去剂量误差形成的正面曝光剂量，分别选取各自对应的可用焦深最大的u因子，形成各自的可用焦深最大的组合。

在三组组合都得到之后，以这三组剂量组合进行蛇形变焦面实际曝光，如图5所示路径，测量实际曝光得到的CD，如图6所示示例，拟合实测CD随焦面位置变化曲线并计算可用焦深，如图7所示示例，可用焦深最大的就是最终最优的正/背面曝光剂量组合。由此只需要三片曝光，测量就可以确定最优的剂量工艺条件。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种背面曝光工艺优化方法，其特征在于，包括：

步骤一、建立光刻仿真工艺环境；

步骤二，设定不同的正面曝光剂量和u因子，得到不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量组合下的曝光图形，其中u因子为正面曝光剂量和背面剂量之比；

步骤三，确定目标CD的范围，得出正面曝光剂量与背面曝光剂量的范围；

步骤四，在得出正面曝光剂量与背面曝光剂量的范围内均匀的选取采样点，组成不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合；

步骤五，仿真每一个组合在不同焦面位置下的CD结果，得到CD随焦面位置变化的曲线并做拟合，计算可用焦深；

步骤六，选取最优的正面曝光剂量以及u因子；

其中，

所述步骤一包括标定光刻胶参数，标定光刻胶参数需满足：

(a)|仿真顶部CD–测量顶部CD|<标定CD误差要求，

(b)|仿真底部CD–测量底部CD|<标定CD误差要求，

(c)|仿真剂量–实际剂量|<标定剂量误差要求；

所述步骤六中最优的正面曝光剂量以及u因子的判断方法包括：

(a)可用焦深最大；

(b)底部CD仿真大于顶部CD仿真；

(c)底部CD仿真曲线与顶部CD仿真曲线尽可能接近，并且中部CD仿真曲线位于所述底部CD仿真曲线以及顶部CD仿真曲线的中间；

(d)顶部CD仿真曲线与底部CD仿真曲线开口方向相反。

2.如权利要求1所述的背面曝光工艺优化方法，其特征在于，还包括：和

步骤七，用选取的最优的正面曝光剂量加上剂量误差得到的正面曝光剂量和不同的u因子组合，仿真不同焦面位置下的CD结果，得到CD随焦面位置变化的曲线并做拟合，并计算可用焦深；

步骤八，同时用选取的最优的正面曝光剂量减去剂量误差得到的正面曝光剂量和不同的u因子组合，仿真不同焦面位置下的CD结果，得到CD随焦面位置变化的曲线并做拟合，并计算可用焦深；

步骤九，分别在步骤七、八中选取最优的u因子；

步骤十，用步骤六和步骤九中选取的三组最佳的正面曝光剂量及u因子的组合，分别进行蛇形变焦面实际曝光；

步骤十一，测量三种组合下实际曝光的CD结果，拟合CD随焦面变化曲线并计算可用焦深；

步骤十二，选取可用焦深最大的组合作为为最优正面曝光剂量和背面曝光剂量组合；

其中，所述步骤九中判断最优的u因子的方法包括：

(a)可用焦深最大；

(b)底部CD仿真大于顶部CD仿真；

(c)底部CD仿真曲线与顶部CD仿真曲线尽可能接近，并且中部CD仿真曲线位于所述底部CD仿真曲线以及顶部CD仿真曲线的中间；

(d)顶部CD仿真曲线与底部CD仿真曲线开口方向相反。