[發(fā)明專利]獲得光刻工藝關鍵尺寸搖擺曲線的方法

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• 申請日: 2021-11-25
• 公開（公告）號: CN114077166A
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 詹海嬌;高松;胡丹丹
• 申請（專利權）人: 上海華力集成電路制造有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 郭立

本發(fā)明公開了一種獲得光刻工藝關鍵尺寸搖擺曲線的方法包括以下步驟，準備第一掩膜版，所述第一掩膜版在制備過程中被劃分為多個列，每列具有不同的透光率，透光率沿寬度方向呈現(xiàn)出遞增趨勢；準備一片測試晶圓，將所述測試晶圓劃分為多個曝光區(qū)域，每個所述曝光區(qū)域為一個獨立的曝光單元；光刻、曝光、顯影、測量，將測量所得的光刻膠膜厚和測量所得的關鍵尺寸繪制成光刻工藝關鍵尺寸搖擺曲線。本發(fā)明在單個曝光單元獲得光刻膠膜厚與關鍵尺寸的關系曲線，降低了測試時間和成本，并且可以通過搖擺曲線的極值點確定光刻工藝的最佳膜厚。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體集成電路制造領域，特別涉及一種獲得光刻工藝關鍵尺寸搖擺曲線的方法。

背景技術

半導體制造的一系列工藝中，光刻是集成電路制造中的一道關鍵工藝。光刻是利用光化學反應，通過晶圓表面涂底膠、旋涂光刻膠、軟烘、對準、曝光、后烘、顯影、硬烘、檢測等工序將事先制備在掩模版上的圖形轉移到光刻膠膜上，使后續(xù)的選擇性刻蝕和離子注入成為可能。隨著半導體技術節(jié)點的不斷更新，芯片的集成度越來越高，器件的關鍵線寬越來越小，這就對光刻的設備、材料和工藝提出了更高的要求，光刻工藝中形成的關鍵線寬對器件性能產生至關重要的影響。

光刻膠的膜厚不同，曝光時光刻膠的反射率也就不同，從而影響到光刻膠圖形的關鍵線寬和邊緣粗糙度，最終影響到半導體器件的工作性能。因此，在光刻領域將光刻圖形的關鍵尺寸與光刻膠厚度之間的關系曲線稱為關鍵尺寸搖擺曲線。關鍵尺寸搖擺曲線如圖1所示，通常在光刻工藝過程中會選擇關鍵尺寸搖擺曲線極大值或極小值點處的光刻膠厚度作為該光刻層對應的光刻膠膜厚，由圖1的關鍵尺寸搖擺曲線的極值點處可知，即使光刻工藝中光刻膠的厚度在一定范圍內波動，對關鍵尺寸的影響也不會太大，從而提高光刻工藝的穩(wěn)定性，保證了器件電學特性的均勻性。

目前的工藝技術中，通常需要10片至20片的測試晶圓，每片晶圓分別旋涂有一定厚度的光刻膠，對晶圓進行曝光、顯影，測量不同晶圓所對應的關鍵尺寸，得到關鍵尺寸搖擺曲線，根據(jù)曲線上的極值點決定光刻工藝中光刻膠的膜厚。這一工藝技術所需的測試晶圓數(shù)量較多，且光刻膠用量較大，增加了測試時間和成本。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是，通過使用雙重曝光技術在單片晶圓的單個曝光單元得到不同的光刻膠膜厚，獲得光刻膠膜厚與圖形關鍵尺寸的關系曲線，即關鍵尺寸搖擺曲線，從而實現(xiàn)對光刻膠膜厚的優(yōu)化。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種獲得光刻工藝關鍵尺寸搖擺曲線的方法，包括

步驟S1，準備第一掩膜版，所述第一掩膜版在制備過程中被劃分為多個列，每列具有不同的透光率，透光率沿寬度方向呈現(xiàn)出遞增趨勢；

步驟S2，準備一片測試晶圓，將所述測試晶圓劃分為多個曝光區(qū)域，每個所述曝光區(qū)域為一個獨立的曝光單元；

步驟S3，在所述測試晶圓上涂敷預設厚度的光刻膠，

步驟S4，使用光刻機對所述測試晶圓進行第一次曝光，曝光用掩模版為所述第一掩膜版，；

步驟S5，對第一次曝光后的所述測試晶圓進行顯影，顯影后所述測試晶圓在每個曝光單元均形成厚度漸變的光刻膠膜；

步驟S6，使用膜厚測量儀對所述測試晶圓的光刻膠膜厚進行測量，分別測量每個所述曝光單元中，所述第一掩膜版的不同透光率曝光區(qū)域對應的光刻膠膜厚；

步驟S7，準備第二掩膜版，所述第二掩膜版被劃分為多行，每行擺放不同光刻圖形，所述光刻圖形覆蓋于所述第一掩膜版的不同透光率的多個列。

步驟S8，使用光刻機對所述測試晶圓進行第二次曝光，曝光用掩模版為所述第二掩膜版；

步驟S9，對第二次曝光后的所述測試晶圓進行顯影，顯影后可在每個所述曝光單元的厚度漸變的光刻膠膜上均形成重復但關鍵尺寸不一的光刻圖形；