離子注入層光刻膠膜厚的優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路制造領域，特別涉及一種離子注入層光刻膠膜厚的優化方法。
【背景技術】
[0002]在半導體工藝中，光刻工藝是通過一系列生產步驟將掩模版圖案轉移到晶圓上的工藝。一般的光刻工藝要經歷在晶圓表面涂底膠、旋涂光刻膠、軟烘、對準、曝光、后烘、顯影、硬烘、檢測等工序。
[0003]光刻膠的厚度不同，曝光時光刻膠的反射率也就不同，從而影響到光刻分辨率，最終影響半導體器件制作工藝所能實現的關鍵尺寸。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。通常在工藝過程中選擇關鍵尺寸搖擺曲線的極小點或極大點(統稱為極點)，在選擇極點時，即使光刻工藝中光刻膠的厚度有輕微改變，關鍵尺寸的改變也不會太大，從而提高器件電學特性的均勻性。現有技術中，通常采用5片至10片晶圓旋涂不同厚度的光刻膠，測量不同厚度光刻膠所對應的關鍵尺寸，得到關鍵尺寸搖擺曲線，根據曲線上的極小點或極大點決定光刻工藝中光刻膠的膜厚。
[0004]離子注入層光刻工藝主要用于提供離子注入的掩蔽層，即:使用光刻膠作為離子注入層的掩蔽物，晶圓上不需要離子注入的區域使用光刻膠進行覆蓋掩蔽，需要離子注入的區域上的光刻膠則顯影去除掉。跨入高技術節點后，離子注入層光刻圖形線寬關鍵尺寸的縮小，要求實際工藝中采用更薄的光刻膠。然而，光刻膠層的厚度不同，對離子注入的阻擋能力是不同的，如果光刻膠層太薄，則很容易被離子擊穿，無法達到掩蔽的目的。如果光刻膠層太厚，對所述光刻膠進行曝光顯影時，很難控制關鍵尺寸。因此，選擇合適的光刻膠層厚度對注入的離子進行阻擋，控制半導體器件關鍵尺寸顯得尤為重要。
[0005]現有技術中，選擇能夠對注入的離子進行阻擋且具有合適厚度的光刻膠層的方法，包括以下步驟:首先在多片測試晶圓上涂布不同厚度的光刻膠層；接著，測量每個測試晶圓上光刻膠層的厚度；將確定能量的離子注入涂布有不同厚度光刻膠層的測試晶圓上；再對每個測試晶圓進行測試，得到各測試晶圓上含有的離子量；將測試得到的離子量與目標離子量進行比較，當某一測試晶圓上離子量在目標離子量允許范圍內時，則可確定該測試晶圓上所涂布的光刻膠層的厚度是合適的。所述合適厚度為既能對離子注入具有阻擋能力，又能保證在進行曝光顯影時，能很好的控制半導體器件的關鍵尺寸。
[0006]由此可知，通過關鍵尺寸搖擺曲線確定光刻工藝中光刻膠的膜厚的方法和能夠對注入的離子進行阻擋且具有合適厚度的光刻膠層的方法，都需要耗費大量的測試晶圓，且兩道工藝需分開進行，增加了工藝和測量的時間，從而使得成本大大增加。

【發明內容】

[0007]本發明提供一種離子注入層光刻膠膜厚的優化方法，能夠同時滿足光刻工藝對光刻膠膜厚的要求和對離子注入阻擋的要求，降低測試晶圓的制作成本的同時找到最合適的光刻膠膜厚。
[0008]為解決上述技術問題，本發明提供一種離子注入層光刻膠膜厚的優化方法，包括:步驟1:提供一測試晶圓；步驟2:在所述測試晶圓上形成光刻膠，光刻膠膜厚在所述測試晶圓上呈連續梯度分布；步驟3:測量測試晶圓上不同位置處的光刻膠膜厚；步驟4:將涂覆有光刻膠的測試晶圓劃分為曝光顯影區和離子注入測試區，對曝光顯影區進行曝光顯影并制作關鍵尺寸搖擺曲線；將預定能量的離子注入到離子注入測試區，并確定符合離子注入阻擋要求的光刻膠膜厚范圍；步驟5:根據離子注入阻擋要求的光刻膠膜厚范圍和關鍵尺寸搖擺曲線中的極點，確定離子注入層光刻膠的最佳膜厚。
[0009]作為優選，執行所述步驟2之前，還包括:調節光刻膠烘焙裝置中熱板的熱源，使熱板上的溫度成梯度分布。
[0010]作為優選，所述熱板上的溫度沿X向成梯度上升分布，沿Y向對稱分布。
[0011]作為優選，所述熱板上的溫度范圍為80_150°C。
[0012]作為優選，步驟2中:在所述測試晶圓上形成光刻膠的步驟包括:在測試晶圓表面滴光刻膠溶液，旋轉測試晶圓使光刻膠溶液由中心向邊緣鋪開，同時甩掉多余的光刻膠溶液，去除光刻膠溶液中的多余溶劑以形成固態的光刻膠。
[0013]作為優選，步驟3中:將帶有光刻膠的測試晶圓置入厚度測量機臺中，以得到不同位置上光刻膠的厚度。
[0014]作為優選，所述光刻膠沿測試晶圓的X方向呈120nm?330nm厚度連續梯度分布。
[0015]作為優選，步驟4包括:步驟41:將涂覆有光刻膠的測試晶圓劃分為曝光顯影區和離子注入測試區，所述曝光顯影區和離子注入測試區的光刻膠膜厚呈連續梯度分布；步驟42:將曝光顯影區劃分成多個相同尺寸的曝光單元，對曝光單元進行曝光顯影，將掩模版上的圖案逐個復制到曝光單元的光刻膠上；步驟43:測量所述晶圓表面曝光顯影區每個曝光單元上相同圖案對應光刻膠膜厚的關鍵尺寸，制作光刻膠膜厚與關鍵尺寸的關系曲線即關鍵尺寸搖擺曲線；步驟44:將預定能量的離子注入所述離子注入測試區，測試所述離子注入測試區上不同位置處的離子量，將不同位置處的離子量與目標離子量進行比較，確定符合離子注入阻擋要求的光刻膠膜厚范圍。
[0016]作為優選，步驟44中，采用次級離子質譜法測試所述晶圓離子注入測試區上不同位置處的離子量。
[0017]與現有技術相比，本發明只需使用一片測試晶圓，便可以優選出離子注入層光刻膠的最佳厚度，同時滿足光刻工藝對光刻膠膜厚的要求和對離子注入阻擋的要求，將現有技術中的兩道工藝合而為一，減少了工藝步驟，降低了測試晶圓的制作成本，同時找到最合適的光刻膠厚度點。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的離子注入層光刻膠膜厚的優化方法的流程圖；
[0019]圖2為本發明的離子注入層光刻膠膜厚的優化方法中步驟4的流程圖；
[0020]圖3為本發明采用的測試晶圓上曝光顯影區和離子注入測試區的劃分示意圖；
[0021]圖4為本發明采用的光刻膠烘焙裝置中熱板的示意圖；
[0022]圖5為本發明采用的光刻膠烘焙裝置中熱板上熱源溫度的梯度圖；
[0023]圖6為本發明的測試晶圓上光刻膠膜厚分布示意圖；
[0024]圖7為本發明中離子注入層光刻膠的最佳膜厚選取示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。需說明的是，本發明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0026]如圖1所示，本發明提供的離子注入層光刻膠膜厚的優化方法，包括以下步驟:
[0027]步驟1:提供一測試晶圓，如圖3所示；
[0028]接著，調節光刻膠烘焙裝置中熱板的熱源，使熱板上的溫度呈梯度分布；具體如圖4所示，本實施例中，光刻膠烘焙裝置中熱板上有7個熱源，分別為HO、H1、H2、H3、H4、H5和H6，上述7個熱源在熱板上沿Y方向對稱分布，調節熱源的溫度，使熱板上的溫度在X方向上呈80-150°C的梯度上升分布，如圖4和圖5所示，本發明中的7個熱源HO?H6的溫度沿X方向呈80°C?120°C梯度上升，當然，每個熱源上的溫度均勻分布。
[0029]步驟2:在所述測試晶圓上形成光刻膠，光刻膠膜厚在所述測試晶圓上呈連續梯度分布；具體地，所述步驟2包括:在測試晶圓表面滴光刻膠溶液，旋轉測試晶圓使光刻膠溶液由中心向邊緣鋪開，同時甩掉多余的光刻膠溶液，去除光刻膠溶液中的多余溶劑以形成固態的光刻膠。
[0030]需要說明的是，由于上述光刻膠烘焙裝置中熱板上的溫度成梯度分布，又由于光刻膠的粘滯度(Viscosity)與烘焙的溫度(T)成反比，即當所述烘焙的溫度越高，所述光刻膠層