CN113777887A

CN113777887A - 一种光阻膜厚控制方法及系统

Info

Publication number: CN113777887A
Application number: CN202111329965.1A
Authority: CN
Inventors: 张润生
Original assignee: Jingxincheng Beijing Technology Co Ltd
Current assignee: Jingxincheng Beijing Technology Co Ltd
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2021-12-10

Abstract

本发明提供一种光阻膜厚控制方法及系统，所述光阻膜厚控制方法包括：通过气压监测装置检测大气压数据信息；设置目标大气压数据信息；根据获取的大气压数据信息，并结合所述目标大气压数据信息，获取大气压数据变化率；根据大气压数据信息与所述半导体设备转速数据信息的线性关系，获取转速调整系数；根据所述转速调整系数和大气压数据变化率，获取所述半导体设备的转速调整数据信息；根据所述转速调整数据信息，获取所述半导体设备调整后的转速，并传递至所述半导体设备；以及根据所述半导体设备的转速与光阻膜厚的线性关系，调整至所述半导体设备调整后的转速，控制所述光阻膜厚。通过本发明能够避免因光阻膜厚的变化导致产品良率的损失。

Description

一种光阻膜厚控制方法及系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种光阻膜厚控制方法及系统。

背景技术

在半导体光刻制程中，光阻膜厚的变化会直接影响光阻图形尺寸的大小。因此，光阻膜厚的稳定性至关重要。半导体制程种很多因素都会影响光阻膜厚例如涂布显影机设备的精准度，光阻黏度的稳定性，大气压力等。在这些因素中，大气压力的变化导致光阻膜厚变化是最常见的。通常大气压力伴随着季节交替做缓慢的变化，这种情况下可以根据膜厚日常测机结果来进行调整。但夏季的台风负压以及冬季的冷空气高压会在短时间内导致大气压力急剧下降和上升，这种情况下是无法及时调整光阻膜厚变化，反应在实际生产上看到的现象是大量产品图形尺寸偏移，导致芯片的电学性能受到影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光阻膜厚控制方法及系统，用于解决因为大气压力急剧的上升和下降，导致无法及时调整光阻膜厚的变化，从而影响芯片的电学性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光阻膜厚控制方法，其包括：

通过气压监测装置检测大气压数据信息；

设置目标大气压数据信息；

根据获取的所述大气压数据信息，并结合所述目标大气压数据信息，获取大气压数据变化率；

根据所述大气压数据信息与半导体设备转速数据信息的线性关系，获取转速调整系数；

根据所述转速调整系数和所述大气压数据变化率，获取所述半导体设备的转速调整数据信息；

根据所述转速调整数据信息，获取所述半导体设备调整后的转速，并传递至所述半导体设备；以及

根据所述半导体设备的转速与光阻膜厚的线性关系，调整至所述半导体设备调整后的转速，控制所述光阻膜厚。

在本发明的一个实施例中，所述大气压数据变化率通过以下公式获取：

△P= P1-P0；

其中，△P表示为大气压数据变化率，P1表示为从数据库内获取的某一时刻的大气压数据信息，P0表示为目标大气压数据信息。

在本发明的一个实施例中，所述半导体设备的转速调整数据信息通过以下公式获取：

△S= K1/K2*△P；

其中，△S表示为转速调整数据信息，K1表示为光阻膜厚与大气压的比例系数，K2表示为光阻膜厚与涂布显影机转速的比例系数，△P表示为大气压数据变化率。

在本发明的一个实施例中，所述半导体设备调整后的转速通过下述公式获取：

S=S0+△S；

其中，S表示为所述半导体设备调整后的转速，S0表示为初始转速，△S表示为转速调整数据信息。

在本发明的一个实施例中，所述大气压数据变化率还通过以下公式获取：

h= P2 /P0；

其中，h表示为所述半导体设备的大气压数据变化率，P0为目标大气压数据信息，P2为所述半导体设备内部实时大气压数据信息。

在本发明的一个实施例中，通过所述光阻膜厚与大气压实时数据变化关系和所述光阻膜厚与所述半导体设备转速实时数据的变化关系，获取动态转速调整系数。

S=h*C*S0；

其中，S表示为所述半导体设备的转速数据信息，h表示为所述半导体设备的大气压数据变化率，C表示为所述半导体设备转速的动态转速调整系数。

本发明还提供一种光阻膜厚控制系统，所述光阻膜厚控制系统包括：

压传感器，设置在曝光机或涂布显影机内，用于检测大气压数据信息；

数据存储装置，用于存储获取的所述曝光机或所述涂布显影机内的大气压数据信息，并设置目标大气压数据信息；

数据处理装置，用于根据获取的所述大气压数据信息，并结合所述目标大气压数据信息，获取大气压数据变化率；根据所述大气压数据信息与所述涂布显影机转速数据信息的线性关系，获取涂布显影转速调整系数；根据所述转速调整系数和所述大气压数据变化率，获取所述涂布显影机的转速调整数据信息；根据所述转速调整数据信息，获取所述涂布显影机调整后的转速，并传递至所述涂布显影机内；以及

光阻膜厚控制装置，用于根据所述涂布显影机的转速与光阻膜厚的线性关系，调整至所述涂布显影机调整后的转速，控制所述光阻膜厚。

在本发明的一个实施例中，所述数据存储装置包括执行制造系统，所述执行制造系统用于存储获取的所述曝光机内的大气压数据信息，且通过所述执行制造系统向所述涂布显影机反馈所述涂布显影机的转速调整数据信息。

在本发明的一个实施例中，所述数据处理装置包括机台主机，所述机台主机用于获取所述涂布显影机调整后的转速，且所述机台主机还用于存储获取所述涂布显影机内的所述大气压数据信息，并设置目标大气压数据信息。

如上所述，本发明的一种光阻膜厚控制方法及系统，通过本发明可实现对光阻膜厚实时调整，避免因为光阻膜厚的变异而导致产品的良率损失，且降低了光阻膜厚的测机频率，节约机台产能，提高生产效率。并且本发明适用于的业界通用设备，对机台型号无特殊要求，应用范围广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1显示为光阻膜厚与图形尺寸之间的关系曲线示意图。

图2显示为光阻膜厚与大气压力线性相关的示意图。

图3显示为光阻膜厚与涂布显影机转速线性相关的示意图。

图4显示为大气压的波动曲线示意图。

图5显示为一种光阻膜厚控制方法的流程图。

图6显示为本发明一实施例的设备示意图。

图7显示为本发明另一实施例的设备示意图。

图8显示为未应用本发明时的光阻膜厚折线图。

图9显示为应用本发明方法后的光阻膜厚折线图。

图10显示为一种光阻膜厚控制系统的框图。

元件标号说明

制造执行系统10；曝光机20；涂布显影机30；数据处理装置40；气压传感器50；机台主机31；上管控线61；下管控线62；上规格线63；下规格线64；目标线60；数据存储装置710；光阻膜厚控制装置720。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1所示，在本发明的一个实施例中，在旋转光阻时，首先将在晶圆的中心喷涂光阻，然后以一定的转速旋转晶圆，从而在晶圆表面建立薄、均匀且没有缺陷的光阻膜。曝光是通过曝光灯或者其他辐射源将图形转移到光阻膜上。光阻的厚度不同，逛逛时光子的反射率也就不同，从而影响到光刻分辨率，最终影响光刻工艺形成的图形尺寸。在本实施例中，在相同曝光能量下，光阻厚度与图形尺寸呈现正玄波相关性，图形尺寸与光阻厚度之间的关系曲线，称为摇摆曲线。其中，X轴表示为光阻厚度，单位为nm，Y轴表示为图形尺寸，单位为nm。由图1所示，在一定的范围内，光阻厚度每变化1nm，其相应的图形尺寸变化越2nm。由此可见，光阻厚度稳定性的重要性。

在本发明的一个实施例中，在不调整制程设备的前提下，光阻膜厚和大气压力呈线性相关。如图2所示，X轴表示为大气压力值，单位为hpa，Y轴表示为光阻膜厚，单位为nm。以大气压力的波动范围在990hpa~1040hpa为例，在此压力区间光阻膜厚的变化范围为+10nm~-15nm，根据光阻膜厚与图形尺寸呈正玄波特性，当光阻膜厚的变化范围在+10nm~-15nm时，其相应的图形才尺寸变化为+20nm~-30nm之间，因此若不及时调整光阻膜厚，显然会影响芯片的生产质量。其中，y=-0.4916x+2698.5根据大气压数据信息与光阻膜厚的数据信息通过数据拟合获取的拟合公式。

在本发明的一个实施例中，对于光阻膜厚的变化，可以通过的调整涂布显影机的转速将其调整至目标的厚度。请参阅图3所示，其中X 轴表示为涂布显影机的转速，Y轴表示为光阻的膜厚，y=-0.778x+3290表示为根据涂布显影机转速的数据信息与光阻膜厚的数据信息通过数据拟合获取的拟合公式。从图中可以看出光阻的膜厚与涂布显影机的转速也呈线性相关的关系。但是这种方法的前提是必须预先知晓光阻的膜厚，才能有效对光阻膜厚的进行提前调整。

在本发明的一个实施例中，由于光阻膜厚数据信息必须通过测机才能知晓，在实际量产的工厂中，测机往往是每隔数周定期测试，无法在大气压力短期急剧变化时，有效对光阻膜厚进行调整。如请参阅图4所示，X轴表示为时间日期，Y轴表示为大气压力值，在夏季台风时期，即时间例如在8月16日至8月29日期间，大气压力数值在短时间内急剧变化。在冬季冷空气时期，即时间例如在12月7日和12月30日期间，大气压力数值在短时间内急剧变化。由上述内容可知，大气压力的变化会导致光阻膜厚也发生相应的变化，但是大气压的数值在短是时间内数值急剧的上升或者下降，这种情况的下的光阻膜厚相应的变化是无法调整的，从而影响版图尺寸便宜，导致产品的电学性能收到影响。

请参阅图5所示，在本发明的一个实施例中，本发明提供一种光阻膜厚控制方法，通过本发明能够实现对光阻膜厚进行调整，避免因光阻膜厚的变化导致产品的电学性能受到影响，造成产品的良率损失。同时，也降低了光阻膜厚的测机频率，节约了机台产能，且本发明可以应用在业界通用的设备上，对机型无特殊要求。所述光阻膜厚控制方法，具体包括以下步骤：

S100、通过气压监测装置检测大气压数据信息。

请参阅图6所示，在本发明的一实施例中，在所述光阻膜厚控制方法中的数据信息通过以下设备进行获取和处理，包括制造执行系统(MES，Manufacturing ExecutionSystem)10、曝光机20、涂布显影机30以及数据处理装置40。其中制造执行系统10为现代化工业制造执行的设备，能够帮助企业实现生产计划管理、生产过程控制、产品质量管理和车间库存管理等，提高企业制造执行能力。曝光机20内部设置有气压检测装置，通过所述气压检测装置，检测大气压数据信息，并将检测的大气数据信息实时上传至制造执行系统10内。

S200、设置目标大气压数据信息。

其中，目标大气压数据信息可依据实际情况设置，在本实施例中，目标大气压数据信息例如为100kpa，具体的，又例如为98 kpa~104 kpa。

S300、根据获取的所述大气压数据信息，并结合所述目标大气压数据信息，获取大气压数据变化率。

请参阅图5和图6所示，在本发明的一个实施例中，将通过曝光机20检测的大气压数据信息实时上传至制造执行系统10内，制造执行系统10内设置有一个数据库，所述数据库存储获取的大气压数据信息。数据处理装置40从所述数据库获取实时的大气压数据信息，即在每次涂布光阻前，制造执行系统10向数据处理装置40发出查询所述大气压数据信息的请求指令，数据处理装置40接收制造执行系统10的请求查询指令，并从制造执行系统10的数据库内读取的此时刻的大气压数据信息。其中，数据处理装置40例如为计算机等。根据获取的大气压数据信息，结合目标大气压数据信息，获取大气压数据变化率，其中，所述大气压数据变化率通过以下公式获取：

△P= P1-P0；

S400、根据所述大气压数据信息与所述半导体设备转速数据信息的线性关系，获取转速调整系数。

在本实施例中，转速调整系数表示大气压力和涂布显影机转速的相关系数，所述转速调整系数通过以下公式获取：

K=K1/K2；

K1=△光阻厚度变化/△大气压数据变化；

K2=△光阻厚度变化/△涂布显影机转速变化；

其中，K表示为转速调整系数，K1表示为光阻膜厚与大气压的比例系数，K2表示为光阻膜厚与涂布显影机转速的比例系数。通过K1和K2获取转速调整系数K，其中K1中的光阻膜厚随着大气压力数据的变化而变化，例如参考图2所示，光阻膜厚与大气压数据呈线性相关， K2中的光阻膜厚随着涂布显影机转速的变化而变化例如参考图3所示，光阻膜厚与涂布显影机转速的转速也线性相关，K1和K2的数据信息为根据实际生产数据测机值获取。

S500、根据所述转速调整系数和所述大气压数据变化率，获取所述半导体设备的转速调整数据信息。

所述转速调整数据信息通过以下公式获取：

△S=K*（P1-P0）；

其中，△S表示为转速调整数据信息，K表示为转速调整系数，P1表示为从数据库内获取的某一时刻的大气压数据信息，P0表示为目标大气压数据信息。

S600、根据所述转速调整数据信息，获取所述半导体设备调整后的转速，并传递至所述半导体设备。

其中调整后的转速通过以下公式获取：

S=S0+△S；

其中，S表示为所述半导体设备调整后的转速，S0表示为初始转速，△S表示为转速调整数据信息。S0具体表示为大气数据例如在100kpa时，对应的转速。将在数据处理装置40中数据处理完成的所述半导体设备调整后的转速，在每次光阻涂布前，将所述半导体设备调整后的转速反馈至制造执行系统10内，通过制造执行系统10，将所述半导体设备调整后的转速反馈至的涂布显影机30。S600中的所述半导体设备例如为涂布显影机30

S700、根据所述半导体设备的转速与光阻膜厚的线性关系，调整至所述半导体设备调整后的转速，控制所述光阻膜厚。

请参阅图5和图6所示，在本实施例中的，曝光机20其自身带有的气压监测装置，进而检测大气压数据信息，将获取的大气压数据实时上传至制造执行系统10中，再通过数据处理装置40进行数据信息转化，再反馈至的制造执行系统10，再通过制造执行系统10反馈至涂布显影机30内，从而通过其转速控制光阻的膜厚。在本实施例中，大气压数据信息通过曝光机20获取，且转速调整系数K是根据测机数据获取，既不能灵活的进行调整，因此本发明还提供另一实施例。

请参阅图5和图7所示，在本发明的另一实施例中，通过以下设备进行获取和处理数据信息，包括涂布显影机30、气压传感器50和机台主机31。其中，机台主机31为涂布显影机30的终端处理装置。在步骤S100中，在涂布显影机30中通过添加气压传感器50，用以实时检测大气压数据信息，并将获取的大气压数据信息上传至机台主机31中。

请参阅图5和图7所示，在本发明的另一实施例中，在步骤S200中，所述的目标大气压数据信息例如为100kpa。

请参阅图5和图7所示，在本发明的另一实施例中，在步骤S300中，通过以下公式，获取大气压数据变化率：

h= P2 /P0；

其中，h表示为涂布显影机的大气压数据变化率，P0为目标大气压数据信息，P2为所述涂布显影机内部实时大气压数据信息。

请参阅图5和图7所示，在本发明的另一实施例中，在步骤S400中，根据大气压数据信息与所述半导体设备转速数据信息的线性关系，获取转速调整系数，此时获取的转速调整系数为一个动态的转速调整系数，所述动态转速调整系数例如用以C表示。因为的涂布显影机内的转速浮动的范围较大，故需要一个动态转速调整系数C对涂布显影机内的转速进行实时调整和修正。动态转速调整系数C获取的方式同转速调整系数K一致，区别在于动态转速调整系数C为一个变量值，且动态转速调整系数C与涂布显影机内的转速呈现一定的规律，动态转速调整系数C随涂布显影机内的转速增大而减小，当涂布显影机内的转速每增加例如200RPM，动态转速调整系数C降低例如1%。具体的，当涂布显影机内的转速例如为1000RPM时，动态转速调整系数C例如为0.63，当涂布显影机内的转速例如为2000 RPM时，动态转速调整系数C例如为0.59。

请参阅图5和图7所示，在本发明的另一实施例中，在步骤S500中，获取所述半导体设备的转速调整数据信息，通过以下公式获取：

S=h*C*S0；

其中，S表示为涂布显影机的转速数据信息，h表示为涂布显影机的大气压数据变化率，C表示为涂布显影机转速的动态转速调整系数，S0表示为初始转速数据信息。S0具体表示为大气数据在100kpa时，对应的转速。

请参阅图5和图7所示，在本发明的另一实施例中，在步骤S600中，因为气压监测装置直接设置在涂布显影机30中，转速调整系数也根据其涂布显影机30转速变化而变化，为一个变量值，故所述半导体设备调整后的转速即为涂布显影机的转速数据信息S。又因为机台主机31为涂布显影机30的终端装置，故的不再需要其他设备再反馈至的所述半导体设备中，即涂布显影机30中。

请参阅图5和图7所示，在本发明的另一实施例中，在步骤S700中，根据获取的半导体设备的转速与光阻膜厚的线性关系，通过获取的半导体设备的转速调整数据信息，控制所述光阻膜厚。

请参阅图5和图7所示，在本发明的另一实施例中，在涂布显影机30内加装一个气压监测装置，获取的大气压数据信息，根据其大气压与光阻膜厚线性相关和光阻的膜厚与涂布显影机转速的线性相关，获取的大气压与涂布显影机转速的关系，因此通过获取的大气压数据信息，调整涂布显影机转速，通过的调整涂布显影机转速抵消大气压变化对光阻膜厚的影响，从而保证光阻膜厚的稳定。

请参阅图8所示，在本发明的一实施中，在未应用本发明前，光阻膜厚的折线图，光阻膜厚的折线图并不稳定，部分光阻处于了上管控线63和上规格线61之间以及下管控线64和下规格线62之间。当光阻的膜厚超过的上规格线61和下规格线62时，需要暂停的生产线，当光阻的膜厚超过上管控线63和下管控线64时，则需要对设备进行调整，以控制光阻的膜厚。而目标线60为自定义线，期望光阻的膜厚无限靠近目标线60。

请参阅图9所示，在本发明的一实施中，通过本发明改进后，此时的光阻膜厚的折线图，折线平缓，光阻膜厚的折线靠近目标线60，明显改善了光阻膜厚的稳定性，保证了产品质量的稳定性。

请参阅图10所示，本发明还提供一种光阻膜厚控制系统，所述光阻膜厚控制系统包括气压传感器50、数据存储装置710、数据处理装置40和光阻膜厚控制装置720。气压传感器50设置在曝光机20或涂布显影机30内，用于检测大气压数据信息。数据存储装置710用于存储获取的所述曝光机20或所述涂布显影机30内的大气压数据信息，并设置目标大气压数据信息。数据处理装置40用于根据获取的所述大气压数据信息，并结合所述目标大气压数据信息，获取大气压数据变化率，根据所述大气压数据信息与所述涂布显影机转速数据信息的线性关系，获取涂布显影转速调整系数；根据所述转速调整系数和所述大气压数据变化率，获取所述涂布显影机的转速调整数据信息；根据所述转速调整数据信息，获取所述半导体设备调整后的转速，并传递至所述涂布显影机内。光阻膜厚控制装置720用于根据所述涂布显影机的转速与光阻膜厚的线性关系，调整至所述涂布显影机调整后的转速，控制所述光阻膜厚。

请参阅图6、图7和图10所示，在本发明的一实施例中，在曝光机20中内置有气压传感器50，通过内部的气压传感器50检测大气压数据信息。涂布显影机30内无气压传感器50，故为了检测大气压数据信息，在涂布显影机内安装了气压传感器50。当数据存储装置710获取为曝光机20内的大气压数据信息时，制造执行系统10例如为数据存储装置710，通过在制造执行系统10中建立的数据库，所述数据库存储获取的大气压数据信息。数据处理装置40例如为一个计算机，又例如为安装在计算机内的一个数据处理系统。数据处理装置40将从数据存储装置710中获取大气压数据信息，并将大气压数据信息转化为涂布显影机30的调整转速数据信息，再次反馈给数据存储装置710，并通过数据存储装置710最终反馈至涂布显影机30，通过其涂布显影机的转速控制器光阻膜厚。涂布显影机30例如为光阻膜厚控制装置720，通过反馈的涂布显影机调整转速数据信息，对涂布显影机的内部参数微调，以补偿大气压数据变化时，保证光阻的膜厚的稳定。当数据存储装置710获取的为涂布显影机30内的大气压数据信息时，此时机台主机31例如为数据存储装置710，具体的，机台主机31例如为涂布显影机30的机台主机，期内设置有关于涂布显影机30的机台内部参数。因为数据存储装置710为机台主机31，且气压传感器50也设置在涂布显影机30内，故数据处理装置40和光阻膜厚控制装置720也无需其他设备，机台主机31又例如为数据处理装置40，又还例如为光阻膜厚控制装置720，通过机台主机31，控制光阻膜厚。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种光阻膜厚控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过气压监测装置检测大气压数据信息；

设置目标大气压数据信息；

2.根据权利要求1所述的光阻膜厚控制方法，其特征在于，所述大气压数据变化率通过以下公式获取：

△P= P1-P0；

3.根据权利要求2所述的光阻膜厚控制方法，其特征在于，所述半导体设备的转速调整数据信息通过以下公式获取：

△S= K1/K2*△P；

其中，△S表示为转速调整数据信息， K1表示为光阻膜厚与大气压的比例系数，K2表示为光阻膜厚与涂布显影机转速的比例系数，△P表示为大气压数据变化率。

4.根据权利要求3所述的光阻膜厚控制方法，其特征在于，所述半导体设备调整后的转速通过下述公式获取：

S=S0+△S；

5.根据权利要求1所述的光阻膜厚控制方法，其特征在于，所述大气压数据变化率还通过以下公式获取：

h= P2 /P0；

6.根据权利要求5所述的光阻膜厚控制方法，其特征在于，通过所述光阻膜厚与大气压实时数据变化关系和所述光阻膜厚与所述半导体设备转速实时数据的变化关系，获取动态转速调整系数。

7.根据权利要求6所述的光阻膜厚控制方法，其特征在于，所述半导体设备调整后的转速通过下述公式获取：

S=h*C*S0；

8.一种光阻膜厚控制系统，其特征在于，包括：

气压传感器，设置在曝光机或涂布显影机内，用于检测大气压数据信息；

9.根据权利要求8所述的光阻膜厚控制系统，其特征在于，所述数据存储装置包括执行制造系统，所述执行制造系统用于存储获取的所述曝光机内的大气压数据信息，且通过所述执行制造系统向所述涂布显影机反馈所述涂布显影机的转速调整数据信息。

10.根据权利要求8所述的光阻膜厚控制系统，其特征在于，所述数据处理装置包括机台主机，所述机台主机用于获取所述涂布显影机调整后的转速，且所述机台主机还用于存储获取所述涂布显影机内的所述大气压数据信息，并设置目标大气压数据信息。