CN112327581B - 用于获取最佳曝光剂量的设计版图的优化方法及电子束曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种用于获取最佳曝光剂量的设计版图的优化方法及电子束曝光方法，包括以下步骤：将设计版图分割成若干个曝光单元；在至少一个曝光单元内形成多组图形；在至少一组图形内形成多种不同尺寸的线条。本发明实施例通过优化设计版图，这样可以在一个曝光单元10里得到不同尺寸线条对应的曝光剂量，避免显影的不均匀性造成的测试结果不准确，此外还可以在一次切片即可得到不同曝光剂量的截面结果，方便查看切片结果。

Description

用于获取最佳曝光剂量的设计版图的优化方法及电子束曝光 方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种用于获取最佳曝光剂量的设计版图的优化方法及电子束曝光方法。

背景技术

电子束曝光工艺是先将晶圆表面涂覆一层电子束光刻胶，然后使用电子束光刻机在光刻胶上按照设计图形进行扫描曝光，使曝光后的电子束光刻胶产生性质改变，在后续的显影过程中，曝光后的电子束光刻胶会被显掉或者留下。

电子束光刻在具有分辨率高，不需要制备光刻版等优点。很容易达到20nm以下的图形，可以将软件画出的版图直接进行曝光，节省了光刻版制作的费用，且周期变短。但电子束光刻由于耗时很高，无法进行大面积曝光。因此电子束光刻不适用于产品生产，比较适合实验室进行图形实验。

对于电子束工艺来说，曝光剂量是其主要工艺参数，曝光剂量的大小将会直接影响图形的最终尺寸。因此需要经常对电子束进行剂量实验，来找到最佳的曝光剂量。

在传统的剂量实验中，如图1所示，通过改变不同单元的曝光剂量来寻找最佳剂量，但是会存在以下缺点：

1、由于不同剂量分布在晶圆上的不同位置，导致显影工艺的不均匀性会影响到测试结果；

2、同时，由于测试图形分布在晶圆的不同位置，对于切片确认图形侧壁形貌也会比较麻烦，需要切开不同位置来查看。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提出一种用于获取最佳曝光剂量的设计版图的优化方法及电子束曝光方法，旨在解决上述至少一个技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于获取最佳曝光剂量的设计版图的优化方法，包括以下步骤：

将设计版图分割成若干个曝光单元；

在至少一个曝光单元内形成多组图形；

在至少一组图形内形成多种不同尺寸的线条。

本发明还提供了一种电子束曝光方法，包括使用如上所述的优化方法优化得到的设计版图，包括以下步骤：

在待曝光的晶圆表面涂覆电子束光刻胶；

将多组图形设置在不同的图形层；

通过设置不同图层的曝光剂量来对设计版图进行电子束曝光；

对电子束曝光处理后的晶圆进行显影处理；

沉积金属；

去除电子束光刻胶；

根据实际量测结果拟合所述曝光剂量和所述测试图形的尺寸之间的函数关系，并根据所述函数关系得到实际待曝光设计版图的最佳曝光剂量；

使用最佳曝光剂量对所述实际待曝光设计版图进行电子束曝光。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为现有技术中设计版图的结构示意图；

图2为本申请实施例中设计版图以及单个曝光单元的结构示意图；

图3为本申请实施例中不同尺寸线条组的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

在传统的剂量实验中，会通过改变不同单元的曝光剂量来寻找最佳剂量。如图1所示，上图为一个四寸大小的设计版图，中间会分布很多曝光单元10，在曝光实验过程中，每个曝光单元10会使用不同的曝光剂量，例如逐个增加一定剂量；然后去量测每个曝光单元10曝光后的图形尺寸，得到曝光剂量和图形尺寸的关系，从而找出最佳的曝光剂量。但是上述方法存在如背景技术中所述的各种问题。

为了解决这个问题，本发明实施例提供了一种电子束曝光方法，包括如下步骤：

先对设计版图进行优化，具体地步骤包括：

如图2所示，将设计版图分割成若干个曝光单元10，其中，曝光单元10呈矩形；

在每个曝光单元10内形成10-20组图形11，每组图形设置成不同图层；

在每组图形11内形成5-10种不同尺寸的直线形线条组；具体地，如图3所示，每个线条组包括两根尺寸相同的线条12，本实施例中所提到的线条12的尺寸具体指的是线条宽度，线条12的总长度大于5mm，这样可以在切片时更容易切到，不需要使用FIB定点裂片设备也可以很容易切到。且每组线条组由长度为300微米，间隔50微米左右的线条12组成，每根线条12的间距可以根据具体实验要求来确定，比如，需要测试孤立线条可以设置为间距100微米以上，如果需要密集线条就设置为所需要的间距；每组线条长度为300微米左右是为了防止线条太长而出现线条倒塌的现象；同时，相同尺寸的线条设置为交错分布的两组，这样的设置可以防止裂片时正好从间隔区域穿过，导致未切到线条。

待完成对设计版图的优化后，将多组图形设置在不同的图层，这样就可以在电子束曝光时对每组图形使用不同的曝光剂量。

值得一提的是，本实施例对曝光单元10、图形的组数11、线条12的尺寸种类、线条12的形状不做限定，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。

使用不同的曝光剂量对每组图形进行电子束曝光，以在晶圆的不同位置形成多个测试图形；

拟合曝光剂量和测试图形的尺寸之间的函数关系，并根据函数关系得到实际待曝光设计版图所需的最佳曝光剂量；在待曝光的晶圆表面涂覆电子束光刻胶；在本发明实施例中，在晶圆表面旋涂电子束光刻胶，其中，旋涂中的转速为2000转/分钟至5000转/分钟，并使用160摄氏度至190摄氏度的热板烘胶2分钟至5分钟，电子束光刻胶可以为PMMA。

通过设置不同图层的曝光剂量来对设计版图进行电子束曝光，具体曝光条件为：电子束加速电压为80kV，加速电压会影响到曝光剂量以及曝光线条的最小分辨率，随着加速电压的增大，所需要的曝光剂量也会随之增加，但同过提高加速电压，可以获得更小的线条。电子束束流设置为1nA，电子束束流主要会影响电子束曝光的时间以及最小分辨率，为了得到更小的分辨率，需要将电子束束流设置的比较小，但随之而来的问题是曝光时间也会大幅增加，在兼顾电子束分辨率以及曝光时间的情况下，将电子束束流设置为1nA。具体的曝光剂量变化可以根据实际情况来设置，可以设置为每个图层的剂量变化为10％。

对电子束曝光处理后的晶圆进行显影处理；

在本发明实施例中，使用异丙醇与水的混合液对电子束曝光处理后的晶圆显影60秒至200秒，并使用去离子水对显影后的晶圆定影20秒至40秒，最后，使用氮气吹干基片，完成电子束光刻。

之后进行金属沉积，沉积的金属可以是金，钛，钨或者其他金属，沉积厚度为100nm。可以采用蒸发的方法沉积或者使用PVD的方法溅射。

去除掉电子束光刻胶。

在本发明实施例中，通过剥离工艺剥离电子束光刻胶，具体的，将基片放入丙酮中进行加热、浸泡处理后，放入超声设备进行超声。值得注意的是，基片需要正面朝下防止，这样防止的好处是可以避免剥离掉的金属重新落在基片上，脱落的金属会直接落入容器底部。

与现有技术相比，本发明实施例通过优化设计版图，这样可以在一个曝光单元10里得到不同尺寸线条对应的曝光剂量，避免显影的不均匀性造成的测试结果不准确，此外还可以在一次切片即可得到不同曝光剂量的截面结果，方便查看切片结果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于获取最佳曝光剂量的设计版图的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

将设计版图分割成若干个曝光单元；

在至少一个曝光单元内形成多组图形；

在至少一组图形内形成多种不同尺寸的线条；其中，每个所述图形内形成5-10种不同尺寸的线条组，每个线条组包括两根尺寸相同的线条，且每个线条组中的线条交错分布。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述曝光单元呈矩形。

3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述多组图形包括10-20组。

4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述线条呈直线形。

5.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述线条由300微米长，间隔50微米的线段组成。

6.根据权利要求1所述优化方法，所述线条的总长度大于5毫米。

7.一种电子束曝光方法，其特征在于，包括使用如权利要求1-6任一项所述的优化方法优化得到的设计版图，包括以下步骤：

在待曝光的晶圆表面涂覆电子束光刻胶；

将多组图形设置在不同的图形层；

通过设置不同图层的曝光剂量来对设计版图进行电子束曝光；

对电子束曝光处理后的晶圆进行显影处理；

沉积金属；

去除电子束光刻胶；

根据实际结果拟合所述曝光剂量和测试图形的尺寸之间的函数关系，并根据所述函数关系得到实际待曝光设计版图的最佳曝光剂量；

使用最佳曝光剂量对所述实际待曝光设计版图进行电子束曝光。