1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种快速选择最佳光刻胶膜厚的方法。
背景技术：2.半导体光刻工艺中，对于最佳光刻胶膜厚的选择一直是个重要的技术课题。单纯从光学角度出发，膜厚的选择直接影响了显影后关键尺寸的稳定性。
3.为了得到光刻胶和线宽直接关系，现有技术通常采用15片至25片晶圆(wafer1-wafer25)旋涂不同厚度的光刻胶(t1-t25)，测量不同厚度光刻胶所对应的关键尺寸(cd1-cd25)，以获取图形关键尺寸与光刻胶厚度之间的关系曲线，一般选取曲线的极大点或极小点作为最佳参考点。但是这种测量关键尺寸摇摆曲线(swing curve)的方法需要多个晶圆并在每个晶圆上形成不同厚度的光刻胶，既浪费光刻胶，又增加了工艺和测量的时间，导致成本大大增加的。
4.为解决上述问题，需要一种新型的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法。
技术实现要素：5.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快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，用于解决现有技术中测量关键尺寸摇摆曲线的方法需要多个晶圆并在每个晶圆上形成不同厚度的光刻胶，既浪费光刻胶，又增加了工艺和测量的时间，导致成本增加的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种快速选择最佳光刻胶膜厚的方法包括：
7.步骤一、提供设于加热装置上的晶圆，所述晶圆上形成有光刻胶层，利用所述加热装置设置梯度差的温度，使得所述晶圆上的所述光刻胶层的厚度为梯度分布；
8.步骤二、根据厚度为梯度分布的所述光刻胶层设计光罩，所述光罩对应每个厚度的所述光刻胶层均依次设有多个不同关键尺寸的量测图形以及膜厚量测图形；
9.步骤三、光刻将所述光罩的所述量测图形和所述膜厚量测图形转移至所述光刻胶层上，分别得到线宽量测结构和膜厚量测结构，之后根据每个所述线宽量测结构得到线宽，根据每个所述膜厚量测结构得到所述光刻胶层的厚度。
10.优选地，步骤一中利用所述加热装置设置梯度差的温度的方法包括：提供加热热板，固定所述加热热板的温度，所述加热热板上设有用于支撑所述晶圆的顶针；在所述晶圆与所述加热热板间通入冷却气体。
11.优选地，步骤一中所述冷却气体为惰性气体。
12.优选地，步骤一中所述冷却气体的通入方向为平行所述晶圆的方向。
13.优选地，步骤二中所述量测图形的类型包括线图形、孔图形和空白图形。
14.优选地，步骤二中所述光罩对应同一厚度的所述光刻胶层均依次设有多个不同关键尺寸，且等距分布的所述量测图形以及所述膜厚量测图形。
15.优选地，步骤二中所述光罩对应不同厚度的所述光刻胶层均依次设有关键尺寸相同，且等距分布的所述量测图形或所述膜厚量测图形。
16.优选地，步骤三中利用扫描电子显微镜或光学量测得到所述线宽和所述光刻胶层的厚度。
17.优选地，步骤三中根据同一关键尺寸的所述量测图形，在每个厚度的所述光刻胶层上光刻后得到的所述线宽获取拟合曲线。
18.优选地，步骤三中根据多个不同关键尺寸的所述量测图形，分别在每个厚度的所述光刻胶层上光刻后得到的所述线宽获取多个拟合曲线。
19.如上所述，本发明的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，具有以下有益效果：
20.本发明制备光刻胶膜厚梯度分布晶圆和特殊设计的光罩，可以只使用一片晶圆来得到不同的光刻胶厚度，节约成本和时间的同时，可以大幅增加取样点。
附图说明
21.图1显示为现有技术的光刻胶层厚度与温度关系示意图；
22.图2显示为本发明的加热装置示意图；
23.图3显示为本发明的光罩示意图；
24.图4显示为本发明的光罩局部示意图；
25.图5显示为本发明的晶圆上的光刻胶层的厚度为梯度分布示意图；
26.图6显示为本发明的光刻示意图；
27.图7显示为本发明的拟合曲线示意图；
28.图8显示为本发明的方法示意图。
具体实施方式
29.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。
30.请参阅图8，本发明提供一种快速选择最佳光刻胶膜厚的方法包括：
31.步骤一，提供设于加热装置上的晶圆，晶圆上形成有光刻胶层，利用加热装置设置梯度差的温度，使得晶圆上的光刻胶层的厚度为梯度分布，形成如图5的结构，晶圆上光刻胶的厚度与温度的关系可参阅图1，可由实际测量得到光刻胶厚度与温度的对应关系；
32.在本发明的实施例中，请参阅图2，步骤一中利用加热装置设置梯度差的温度的方法包括：提供加热热板，固定加热热板的温度，加热热板上设有用于支撑晶圆的顶针，即加热热板与顶针间具有间隙；在晶圆与加热热板间通入冷却气体，沿着某一固定方向通入冷却气体，改变被加热晶圆的温度分布，从而改变光刻胶在晶圆上的膜厚分布，由于气体流动的特性，光刻胶膜厚会在晶圆上沿着冷却气体通入的方向有梯度分布。
33.在本发明的实施例中，步骤一中冷却气体为惰性气体，惰性气体是指元素周期表上所有0族元素对应的气体单质，也称为惰性气体。在常温常压下，它们都是无色无味的单原子气体，很难进行化学反应。稀有气体共有7种，它们是氦气(he)、氖气(ne)、氩气(ar)、氪
气(kr)、氙气(xe)、氡气(rn，放射性)、(气奥)(og，放射性，人造元素)，本发明中的惰性气体为一种或多种，不作具体限定。
34.在本发明的实施例中，步骤一中冷却气体的通入方向为平行晶圆的方向，应当理解的是，冷却气体的通入方向可也根据实际工艺进行方向调整。
35.步骤二，请参阅图3和图4，根据厚度为梯度分布的光刻胶层设计光罩，光罩对应每个厚度的光刻胶层均依次设有多个不同关键尺寸的量测图形以及膜厚量测图形，膜厚量测图形为一块单独的没有图像的光刻胶层，由于光刻胶层厚度很接近，需要一个光阻厚度的量测图形专门用来量测光刻胶层的膜厚。即沿着光罩一方向等分成n等分，每个小区间内重复设计了膜厚量测图形和量测线宽的量测图形。量测图形设计成不同大小尺寸，满足不同制程工艺的需求，其中每部分光罩(例如图4)对应同一厚度的光刻胶层；
36.在本发明的实施例中，步骤二中量测图形的类型包括线图形、孔图形和空白图形，需要说明的是，实际工艺中量测的图形也可能更加复杂，此处不限于其他类型的图形，也可以使不同关键尺寸或周期(pitch)图形的组合。
37.在本发明的实施例中，步骤二中光罩对应同一厚度的光刻胶层均依次设有多个不同关键尺寸，且等距分布的量测图形以及膜厚量测图形，即光罩上同一行的多个量测图形以及膜厚量测图形均依次等距分布。
38.在本发明的实施例中，步骤二中光罩对应不同厚度的光刻胶层均依次设有关键尺寸相同，且等距分布的量测图形或膜厚量测图形，即同一关键尺寸的量测图形或膜厚量测图形均处于同一列上。
39.在本发明的实施例中，在实际光罩设计中，步骤二中光罩对应同一厚度的光刻胶层均依次设有多个不同关键尺寸，且等距分布的量测图形以及膜厚量测图形，即光罩上同一行的多个量测图形以及膜厚量测图形均依次等距分布；光罩对应不同厚度的光刻胶层均依次设有关键尺寸相同，且等距分布的量测图形或膜厚量测图形，即同一关键尺寸的量测图形或膜厚量测图形均处于同一列上，即量测图形以及膜厚量测图形为矩阵分布。
40.步骤三，请参阅图6，光刻将光罩的量测图形和膜厚量测图形转移至光刻胶层上，即对胶层曝光、显影、竖膜、烘焙等步骤后，分别得到线宽量测结构和膜厚量测结构，之后根据每个线宽量测结构得到线宽，根据每个膜厚量测结构得到光刻胶层的厚度。
41.在本发明的实施例中，步骤三中利用扫描电子显微镜或光学量测得到线宽和光刻胶层的厚度。
42.在本发明的实施例中，步骤三中根据同一关键尺寸的量测图形，在每个厚度的光刻胶层上光刻后得到的线宽获取拟合曲线。
43.在本发明的实施例中，请参阅图7，步骤三中根据多个不同关键尺寸的量测图形，分别在每个厚度(tk)的光刻胶层上光刻后得到的线宽获取多个拟合曲线，例如选取多列的数据进行摇摆曲线拟合(l1,2,3)，得到光刻胶膜厚与线宽之间关系。多列量测较传统方法大大增加了采样率，帮助更好的选取最佳膜厚。
44.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。
45.综上所述，本发明制备光刻胶膜厚梯度分布晶圆和特殊设计的光罩，可以只使用一片晶圆来得到不同的光刻胶厚度，节约成本和时间的同时，可以大幅增加取样点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
46.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。
技术特征：1.一种快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于，至少包括：步骤一、提供设于加热装置上的晶圆，所述晶圆上形成有光刻胶层，利用所述加热装置设置梯度差的温度，使得所述晶圆上的所述光刻胶层的厚度为梯度分布；步骤二、根据厚度为梯度分布的所述光刻胶层设计光罩，所述光罩对应每个厚度的所述光刻胶层均依次设有多个不同关键尺寸的量测图形以及膜厚量测图形；步骤三、光刻将所述光罩的所述量测图形和所述膜厚量测图形转移至所述光刻胶层上，分别得到线宽量测结构和膜厚量测结构，之后根据每个所述线宽量测结构得到线宽，根据每个所述膜厚量测结构得到所述光刻胶层的厚度。2.根据权利要求1所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤一中利用所述加热装置设置梯度差的温度的方法包括：提供加热热板，固定所述加热热板的温度，所述加热热板上设有用于支撑所述晶圆的顶针；在所述晶圆与所述加热热板间通入冷却气体。3.根据权利要求2所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤一中所述冷却气体为惰性气体。4.根据权利要求2所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤一中所述冷却气体的通入方向为平行所述晶圆的方向。5.根据权利要求1所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤二中所述量测图形的类型包括线图形、孔图形和空白图形。6.根据权利要求1所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤二中所述光罩对应同一厚度的所述光刻胶层均依次设有多个不同关键尺寸，且等距分布的所述量测图形以及所述膜厚量测图形。7.根据权利要求1所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤二中所述光罩对应不同厚度的所述光刻胶层均依次设有关键尺寸相同，且等距分布的所述量测图形或所述膜厚量测图形。8.根据权利要求1所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤三中利用扫描电子显微镜或光学量测得到所述线宽和所述光刻胶层的厚度。9.根据权利要求1所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤三中根据同一关键尺寸的所述量测图形，在每个厚度的所述光刻胶层上光刻后得到的所述线宽获取拟合曲线。10.根据权利要求1所述的快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，其特征在于：步骤三中根据多个不同关键尺寸的所述量测图形，分别在每个厚度的所述光刻胶层上光刻后得到的所述线宽获取多个拟合曲线。
技术总结本发明提供一种快速选择最佳光刻胶膜厚的方法，提供设于加热装置上的晶圆，晶圆上形成有光刻胶层，利用加热装置设置梯度差的温度，使得晶圆上的光刻胶层的厚度为梯度分布；根据厚度为梯度分布的光刻胶层设计光罩，光罩对应每个厚度的光刻胶层均依次设有多个不同关键尺寸的量测图形以及膜厚量测图形；光刻将光罩的量测图形和膜厚量测图形转移至光刻胶层上，分别得到线宽量测结构和膜厚量测结构，之后根据每个线宽量测结构得到线宽，根据每个膜厚量测结构得到光刻胶层的厚度。本发明制备光刻胶膜厚梯度分布晶圆和特殊设计的光罩，可以只使用一片晶圆来得到不同的光刻胶厚度，节约成本和时间的同时，可以大幅增加取样点。可以大幅增加取样点。可以大幅增加取样点。
技术研发人员：钱睿 郭晓波 张聪
受保护的技术使用者：上海华力集成电路制造有限公司
技术研发日：2022.07.12
技术公布日：2022/11/1
