CN108732869B - 一种调试关键尺寸均匀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调试关键尺寸均匀性的方法，运用于光刻工艺中，依据关键尺寸与光刻胶的厚度的关联波浪线选取目标厚度，根据目标厚度进行试验获取厚度分布曲线，获取尺寸分布图，对目标厚度进行调整直至尺寸差异量符合光刻工艺的要求，对的光刻胶的厚度分布进行优化处理以提高光刻胶的厚度均匀性。本发明的技术方案显著提升关键尺寸的均匀性，且工艺改进的风险较小，特别适用于光刻胶厚度比较厚，对于关键尺寸要求较高的高宽比大的工艺。

Description

一种调试关键尺寸均匀性的方法
技术领域
本发明涉及光刻工艺领域，尤其涉及一种调试关键尺寸均匀性的方法。
背景技术
在芯片制造业的光刻工艺中，关键尺寸的均匀性(CDU)是一个很重要的指标。现有的技术中，光刻胶的厚度选择是在满足离子注入或者刻蚀的前提下，根据光刻胶曝出的关键尺寸随光刻胶厚度变化的曲线(Swing curve)进行确认。但是现有的光刻工艺将整片晶圆的光刻胶厚度当作一个总的值进行设定。
但是当光刻胶厚度分布(range)范围太大就会带来硅片内部不同区域处在关键尺寸随光刻胶厚度变化的曲线的不同区间。同时，光刻工艺的一个显影液程式中，硅片处于高速旋转使得硅片的中心位置和边缘位置离心力不同，导致中心位置和边缘位置的显影分布的不均。上述因素均会导致曝出的关键尺寸的结果的存在显著的差异。且现有技术中，同时对光刻胶厚度分布和显影程式进行调整需要花费很长的时间并可能带来缺陷的产生。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种调试关键尺寸均匀性的方法。
具体技术方案如下：
一种调试关键尺寸均匀性的方法，运用于光刻工艺中，包括以下步骤：
步骤S1：依据关键尺寸与光刻胶的厚度的关联波浪线，结合所述关键尺寸的需求和所述光刻胶的厚度限制，选取所述关联波浪线中一波峰或一波谷的所述光刻胶的厚度作为目标厚度；
步骤S2：根据所述目标厚度于所述光刻工艺中进行试验，获取所述光刻胶于目标硅片上的厚度分布曲线；
步骤S3：根据所述厚度分布曲线和所述关联波浪线，获取尺寸分布图；
步骤S4：根据所述尺寸分布图获取尺寸差异量，判断所述尺寸差异量是否符合光刻工艺的要求；
若符合，则进入步骤S6；若否，则进入步骤S5；
步骤S5：根据所述厚度分布曲线和所述关联波浪线对所述目标厚度进行调整，将所述目标厚度偏离所述波峰或所述波谷，返回步骤S2；
步骤S6：以所述目标厚度为基准，对的所述光刻胶的厚度分布进行优化处理以提高所述光刻胶的厚度均匀性。
优选的，所述步骤S1中的所述关联波浪线采用如下方法获取：
步骤A1：采用相同的光刻工艺对不同厚度的光刻胶进行多组试验，获取第一试验数据，所述第一试验数据包括所述光刻胶的厚度的平均值和对应的所述关键尺寸的平均值；
步骤A2：根据所述第一试验数据建立第一坐标系，将所述第一试验数据转换为所述第一坐标系的第一数据点，所述第一坐标系的横轴代表所述光刻胶的厚度，所述第一坐标系的纵轴代表所述关键尺寸；
步骤A3：将每个所述第一数据点依次连接获取所述关联波浪线。
优选的，所述步骤A3还包括以下步骤：
判断所述关联波浪线是否存在至少2个所述波峰和2个所述波谷；
若是，则结束；若否，则返回步骤A1。
优选的，所述步骤S2包括以下步骤：
步骤B1：将所述目标厚度作为光刻工艺的所述光刻胶的涂抹厚度，采用涂胶器对硅片进行涂胶试验；
步骤B2：测量所述硅片上每个位置的所述光刻胶的厚度，获取第二试验数据，所述第二试验数据包括硅片半径和对应的所述光刻胶的厚度；
步骤B3：根据所述第二试验数据建立第二坐标系，将所述第二试验数据转换为所述第二坐标系的第二数据点，所述第二坐标系的横轴代表所述硅片半径，所述第二坐标系的纵轴代表所述光刻胶的厚度；
步骤B4：将每个所述第二数据点依次连接获取所述厚度分布曲线。
优选的，所述步骤S3包括以下步骤：
步骤C1：将每个所述第二数据点的所述光刻胶的厚度代入至所述关联波浪线获取对应的所述关键尺寸；
步骤C2：将每个所述第二数据点对应的所述关键尺寸根据所述硅片半径进行排列组合，获取尺寸分布图。
优选的，以所述目标厚度作为界限将所述厚度分布曲线划分为中心区域和边缘区域，所述步骤S5包括以下步骤：
步骤D1：根据所述关联波浪线进行判断；
若所述目标厚度靠近所述波峰，则进入步骤D2；
若所述目标厚度靠近所述波谷，则进入步骤D3；
步骤D2：判断所述中心区域的平均厚度是否大于所述边缘区域的平均厚度；
若否，则进入步骤D5；若是，则进入步骤D4；
步骤D3：判断所述中心区域的平均厚度是否大于所述边缘区域的平均厚度；
若是，则进入步骤D4；若否，则进入步骤D5；
步骤D4：增大所述目标厚度；
步骤D5：减小所述目标厚度。
优选的，所述步骤D4和所述步骤D5中，对于所述目标厚度的调整范围为所述波峰至相邻的波谷之间的厚度或波谷至相邻的波峰的之间的厚度。
优选的，所述步骤S4中，所述尺寸差异量包括关键尺寸的平均值、关键尺寸的最大值与最小值的差值、关键尺寸的标准差、所述中心区域的所述关键尺寸的平均值与所述边缘区域的所述关键尺寸的平均值的差值。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
针对关键尺寸随光刻胶厚度变化较敏感的情况，将对于关键尺寸与光刻胶的厚度的关联波浪线(Swing curve)的选择细化到硅片内部的分布进行选取。通过改变光刻胶厚度分布以及厚度平均值，去补偿显影带来的关键尺寸的均匀性不佳的问题。本发明的技术方案显著提升关键尺寸的均匀性，且工艺改进的风险较小，特别适用于光刻胶厚度比较厚，对于关键尺寸要求较高的高宽比大的工艺。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明一种调试关键尺寸均匀性的方法实施例的流程图；
图2为本发明实施例中获取关联波浪线的流程图；
图3为本发明实施例中获取厚度分布曲线的流程图；
图4为本发明实施例中获取尺寸分布图的流程图；
图5为本发明实施例中对目标厚度进行调整的流程图；
图6为本发明实施例中关联波浪线的示意图；
图7为本发明实施例中厚度分布曲线的示意图；
图8为本发明实施例中目标厚度为30150A时的尺寸分布图；
图9为本发明实施例中目标厚度为30250A时的尺寸分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明一种较佳的实施例中，根据图1所示，一种调试关键尺寸均匀性的方法，运用于光刻工艺中，包括以下步骤：
步骤S1：依据关键尺寸与光刻胶的厚度的关联波浪线，结合关键尺寸的需求和光刻胶的厚度限制，选取关联波浪线中一波峰或一波谷的光刻胶的厚度作为目标厚度；
步骤S2：根据目标厚度于光刻工艺中进行试验，获取光刻胶于目标硅片上的厚度分布曲线；
步骤S3：根据厚度分布曲线和关联波浪线，获取尺寸分布图；
步骤S4：根据尺寸分布图获取尺寸差异量，判断尺寸差异量是否符合光刻工艺的要求；
若符合，则进入步骤S6；若否，则进入步骤S5；
步骤S5：根据厚度分布曲线和关联波浪线对目标厚度进行调整，将目标厚度偏离波峰或波谷，返回步骤S2；
步骤S6：以目标厚度为基准，对的光刻胶的厚度分布进行优化处理以提高光刻胶的厚度均匀性。
具体地，本实施例中，首先根据关联波浪线初步选取目标厚度，进一步对目标厚度的进行厚度分布测试，目标厚度的光刻胶在硅片上的得到厚度分布曲线。厚度分布曲线再结合关联波浪线分析获取到硅片上各处的曝光后的关键尺寸值，曝光后的关键尺寸值组成尺寸分布图，进一步分析关键尺寸是否符合光刻要求。若不符合，则对目标厚度进行调整直至关键尺寸的分布满足光刻工艺的要求。
采用选取选择关联波浪线的波峰或者波谷可以避免关键尺寸的分布随着光刻胶厚度变化太过敏感。根据光刻胶于目标硅片上的厚度分布曲线，得到硅片上各处的曝光后的关键尺寸值，由于目标厚度的关键尺寸并非同一的状态，因此需要对目标厚度进行调整，使得关键尺寸的分布满足光刻工艺的要求。在确定好目标厚度，对光刻胶的厚度分布进行优化，采用现有的光刻胶厚度优化工艺进行处理，本发明并不以此为限制。
本发明一种较佳的实施例中，根据图2所示，步骤S1中的关联波浪线采用如下方法获取：
步骤A1：采用相同的光刻工艺对不同厚度的光刻胶进行多组试验，获取第一试验数据，第一试验数据包括光刻胶的厚度的平均值和对应的关键尺寸的平均值；
步骤A2：根据第一试验数据建立第一坐标系，将第一试验数据转换为第一坐标系的第一数据点，第一坐标系的横轴代表光刻胶的厚度，第一坐标系的纵轴代表关键尺寸；
步骤A3：将每个第一数据点依次连接获取关联波浪线。
具体地，本实施例中，通过上述实验得到的数据，进行数据整合得到关联波浪线，关联波浪线的影响因素包括光刻设备、光刻胶种类、显影液、设备环境。因此，对于不同的光刻工艺都需要预选进行相同环境的测试，来获取对应的关联波浪线。
本发明一种较佳的实施例中，步骤A3还包括以下步骤：
判断关联波浪线是否存在至少2个波峰和2个波谷；
若是，则结束；若否，则返回步骤A1。
具体地，本实施例中，上述方法有效控制关联波浪线具有多个波峰和多个波谷，使得关联波浪线具有实际的使用意义。避免由于前期数据偏少，导致关联波浪线无法使用的问题。
本发明一种较佳的实施例中，根据图3所示，步骤S2包括以下步骤：
步骤B1：将目标厚度作为光刻工艺的光刻胶的涂抹厚度，采用涂胶器对硅片进行涂胶试验；
步骤B2：测量硅片上每个位置的光刻胶的厚度，获取第二试验数据，第二试验数据包括硅片半径和对应的光刻胶的厚度；
步骤B3：根据第二试验数据建立第二坐标系，将第二试验数据转换为第二坐标系的第二数据点，第二坐标系的横轴代表硅片半径，第二坐标系的纵轴代表光刻胶的厚度；
步骤B4：将每个第二数据点依次连接获取厚度分布曲线。
具体地，本实施例中，第二试验数据中的数据均匀的分布在硅片各个半径的位置，从而使得得到的厚度分布曲线能够准确的反应出硅片各处的光刻胶的厚度分布。
本发明一种较佳的实施例中，根据图4所示，步骤S3包括以下步骤：
步骤C1：将每个第二数据点的光刻胶的厚度代入至关联波浪线获取对应的关键尺寸；
步骤C2：将每个第二数据点对应的关键尺寸根据硅片半径进行排列组合，获取尺寸分布图。
本发明一种较佳的实施例中，尺寸分布图为一数据表，通过对数据表内的数据进行分析计算，实现判断尺寸差异量是否符合光刻工艺的要求。
本发明一种较佳的实施例中，以目标厚度作为界限将厚度分布曲线划分为中心区域和边缘区域，根据图5所示，步骤S5包括以下步骤：
步骤D1：根据关联波浪线进行判断；
若目标厚度靠近波峰，则进入步骤D2；
若目标厚度靠近波谷，则进入步骤D3；
步骤D2：判断中心区域的平均厚度是否大于边缘区域的平均厚度；
若否，则进入步骤D5；若是，则进入步骤D4；
步骤D3：判断中心区域的平均厚度是否大于边缘区域的平均厚度；
若是，则进入步骤D4；若否，则进入步骤D5；
步骤D4：增大目标厚度；
步骤D5：减小目标厚度。
具体地，本实施例中，将厚度分布曲线划分为中心区域和边缘区域，根据中心区域和边缘区域的的光刻胶厚度的不同情况和选取的目标厚度在关联波浪线中的位置，判断目标厚度调整方向。
本发明一种较佳的实施例中，步骤D4和步骤D5中，对于目标厚度的调整范围为波峰至相邻的波谷之间的厚度或波谷至相邻的波峰的之间的厚度。
本发明一种较佳的实施例中，步骤S4中，尺寸差异量包括关键尺寸的平均值、关键尺寸的最大值与最小值的差值、关键尺寸的标准差、中心区域的关键尺寸的平均值与边缘区域的关键尺寸的平均值的差值。
本发明一种较佳的实施例中，根据图6所示，在一光刻工艺中对光刻工艺进行测试，得到一关联波浪线L1。选取关联波浪线L1的波峰或者波谷作为目标厚度，在波峰或者波谷时，光刻胶厚度发送变化所引起的关键尺寸的变化最小，通常关联波浪线L1的一个周期内从波峰到波谷的厚度变化为250A至400A。本实施例选取目标厚度为30150A，即图中N1的位置。
根据图7所示，目标晶圆采用300mm尺寸，进行试验后得到厚度分布曲线L2。光刻胶的覆盖采用的高速旋涂的方式，晶圆的中心N2和边缘N3位置存在厚度的差异(range)，光刻胶越厚则光刻胶厚度的差异就越大，光刻胶厚度的差异大约为厚度平均值的0.5％至3％。厚度分布曲线L2的光刻胶厚度差异为280A，结合图1所示的关联波浪线L1，对应的关键尺寸的差异将接近45nm，这个差异量45nm对应关联波浪线L1的关键尺寸平均值270nm远远超过了10％的偏移，不符合光刻工艺的要求。因此，可以得出晶圆上分别处于光刻胶厚度偏厚位置和光刻胶厚度偏薄位置的地方的关键尺寸差异就会比较显著，从而引起关键尺寸分布不佳的问题。
根据图8所示，结合厚度分布曲线L2的数据和关联波浪线L1数据，得到在目标厚度为30150A时的尺寸分布图M1。M1的数据分布式的差异由于产品图形设计、显影程式不够优化、光刻胶与显影液的亲水性等因素导致的。本实施例的尺寸分布图M1的中心区域的关键尺寸偏小。在光刻工艺中也存在中心区域的关键尺寸偏大的情况。通过对尺寸分布图M1的计算得到：最大值与最小值的差值为87.4；标准差为22.74；中心区域的平均值与边缘区域的平均值的差值-37.6。
将目标厚度从30150A更改到30250A，目标厚度将不再处于关联波浪线L1的波谷位置，这样晶圆中心位置的关键尺寸因为光刻胶厚度变厚使得晶圆中心位置的关键尺寸更大，同样晶圆边缘位置关键尺寸将更小。
根据图9在目标厚度为30250A进行试验获取到的尺寸分布图M2。通过对尺寸分布图M2的计算得到：最大值与最小值的差值为47.75；标准差为11.51；中心区域的平均值与边缘区域的平均值的差值为-13.2。
比对尺寸分布图M1和尺寸分布图M2的最大值与最小值的差值、标准差、中心区域的平均值与边缘区域的平均值的差值，得到关键尺寸分布不均匀的问题得到改善。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种调试关键尺寸均匀性的方法，其特征在于，运用于光刻工艺中，包括以下步骤：
步骤S1：依据关键尺寸与光刻胶的厚度的关联波浪线，结合所述关键尺寸的需求和所述光刻胶的厚度限制，选取所述关联波浪线中一波峰或一波谷的所述光刻胶的厚度作为目标厚度；
步骤S2：根据所述目标厚度于所述光刻工艺中进行试验，获取所述光刻胶于目标硅片上的厚度分布曲线；
步骤S3：根据所述厚度分布曲线和所述关联波浪线，获取尺寸分布图；
步骤S4：根据所述尺寸分布图获取尺寸差异量，判断所述尺寸差异量是否符合光刻工艺的要求；
若符合，则进入步骤S6；若否，则进入步骤S5；
步骤S5：根据所述厚度分布曲线和所述关联波浪线对所述目标厚度进行调整，将所述目标厚度偏离所述波峰或所述波谷，返回步骤S2；
步骤S6：以所述目标厚度为基准，对所述光刻胶的厚度分布进行优化处理以提高所述光刻胶的厚度均匀性。
2.根据权利要求1所述的调试关键尺寸均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述关联波浪线采用如下方法获取：
步骤A1：采用相同的光刻工艺对不同厚度的光刻胶进行多组试验，获取第一试验数据，所述第一试验数据包括所述光刻胶的厚度的平均值和对应的所述关键尺寸的平均值；
步骤A2：根据所述第一试验数据建立第一坐标系，将所述第一试验数据转换为所述第一坐标系的第一数据点，所述第一坐标系的横轴代表所述光刻胶的厚度，所述第一坐标系的纵轴代表所述关键尺寸；
步骤A3：将每个所述第一数据点依次连接获取所述关联波浪线。
3.根据权利要求2所述的调试关键尺寸均匀性的方法，其特征在于，所述步骤A3还包括以下步骤：
判断所述关联波浪线是否存在至少2个所述波峰和2个所述波谷；
若是，则结束；若否，则返回步骤A1。
4.根据权利要求1所述的调试关键尺寸均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
步骤B1：将所述目标厚度作为光刻工艺的所述光刻胶的涂抹厚度，采用涂胶器对硅片进行涂胶试验；
步骤B2：测量所述硅片上每个位置的所述光刻胶的厚度，获取第二试验数据，所述第二试验数据包括硅片半径和对应的所述光刻胶的厚度；
步骤B3：根据所述第二试验数据建立第二坐标系，将所述第二试验数据转换为所述第二坐标系的第二数据点，所述第二坐标系的横轴代表所述硅片半径，所述第二坐标系的纵轴代表所述光刻胶的厚度；
步骤B4：将每个所述第二数据点依次连接获取所述厚度分布曲线。
5.根据权利要求4所述的调试关键尺寸均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
步骤C1：将每个所述第二数据点的所述光刻胶的厚度代入至所述关联波浪线获取对应的所述关键尺寸；
步骤C2：将每个所述第二数据点对应的所述关键尺寸根据所述硅片半径进行排列组合，获取尺寸分布图。
6.根据权利要求1所述的调试关键尺寸均匀性的方法，其特征在于，以所述目标厚度作为界限将所述厚度分布曲线划分为中心区域和边缘区域，所述步骤S5包括以下步骤：
步骤D1：根据所述关联波浪线进行判断；
若所述目标厚度靠近所述波峰，则进入步骤D2；
若所述目标厚度靠近所述波谷，则进入步骤D3；
步骤D2：判断所述中心区域的平均厚度是否大于所述边缘区域的平均厚度；
若否，则进入步骤D5；若是，则进入步骤D4；
步骤D3：判断所述中心区域的平均厚度是否大于所述边缘区域的平均厚度；
若是，则进入步骤D4；若否，则进入步骤D5；
步骤D4：增大所述目标厚度；
步骤D5：减小所述目标厚度。
7.根据权利要求6所述的调试关键尺寸均匀性的方法，其特征在于，所述步骤D4和所述步骤D5中，对于所述目标厚度的调整范围为所述波峰至相邻的波谷之间的厚度或波谷至相邻的波峰的之间的厚度。
8.根据权利要求6所述的调试关键尺寸均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述尺寸差异量包括各关键尺寸和关键尺寸的平均值的差值、关键尺寸的最大值与最小值的差值、关键尺寸的标准差、所述中心区域的所述关键尺寸的平均值与所述边缘区域的所述关键尺寸的平均值的差值。
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