CN101435998B - 降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法，通过在同一曝光单元四周产生对称的光刻套刻图形，可测量出曝光单元上下左右各位置由于镜头畸变而产生的位置变化；然后，根据光刻机镜头畸变调整精度要求，选择合适的光刻套刻模型计算出镜头畸变量，并在每次曝光时通过光刻对准参数的补正来修正畸变量；从而实现了降低光刻机镜头畸变所引起的光刻对准偏差，提高光刻对准精度的目的；同时，该方法使得不同产品在不同光刻机上找到了一个简单的匹配标准，从而使得不同镜头表现的光刻机最终产出的产品能够保持统一性，从而大大提高了生产力；并且，这种方法易于实现，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低光刻对准偏差的方法，尤其涉及一种降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法。
背景技术
在半导体制造中，光刻对准精度是制约更小尺寸的工艺的关键因素之一。光刻对准精度一般受到硅片本身的变形程度、光刻机套刻对准精度及光刻套刻测量精度等因素的制约。但是，除上述因素之外，光刻机本身镜头畸变引起的光刻对准偏差在现有工艺中很难进行评价，尤其是对于特定的不同的产品进行评价，所以往往通过限制所有的关键层次在同一台光刻机曝光的方式，来消除镜头畸变引起的光刻对准偏差对产品的影响。但是这种方法存在如下不足之处：首先，一种产品只能在单一光刻机上曝光，由此极大制约了生产能力；其次，曝光单元本身会随着不同光刻机的不同镜头发生畸变，导致在不同的光刻机上生产的曝光单元之间具有差异，最终对产品的成品率和器件特性有影响。
在现有技术中，测量镜头畸变量的原理如图1a～图1d所表示，通常需使用专门的如图1a所示的掩模版图形来进行测量。在进行测量时，如图1b所示，需先曝光产生5个外框，并且不进行显影；然后，如图1c所示，只对掩模版中心的部分的内框进行曝光，在对内框进行曝光时，如图1d所示，需通过移动硅片平台，把内框分别曝到各个外框的位置；然后，就可通过测量各点的偏移量，来表征镜头畸变量了，这种方法是将镜头中心部分作为标准，并利用镜头其他各部分和镜头中心部分的差异来测量镜头畸变量。这种现有的镜头畸变测量方法存在着以下几点不足之处：第一，需要使用特殊的专用的测量掩模版，而且不能针对不同的产品分别进行测量；第二，需要停机进行测量，从而影响了正常的生产过程，成本较高；第三，只能对镜头畸变量进行测量，而不能在线对镜头畸变量进行矫正，而是需要由专门的厂家停机修正镜头。因此上述现有方法费用高，难度大，而且镜头调整具有非可逆转性，镜头质量会越调越差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法，不仅可在无需停机的状态下对光刻机镜头的畸变量进行测量，还可在线对镜头畸变量进行矫正，从而可起到在线降低光刻机镜头畸变所引起的光刻对准偏差，提高光刻对准精度的目的；另一方面，使不同产品在不同光刻机上可找到一个简单的匹配标准，从而使得不同镜头表现的光刻机最终产出的产品能够保持统一性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法，包括以下步骤：
在设计版图时，在曝光单元的上下左右四周共放置至少四组测量图形，其中每组测量图形包括一外框和一内框，所述外框和内框之间分别对称放置在所述曝光单元的上边、下边、左边和右边的两端；
通过分步重复光刻机对光刻曝光单元进行重复曝光，在一曝光单元四 周上、下、左、右四个边界的每边均至少形成两个外框套内框的光刻套刻测量图形；通过所述光刻套刻测量图形，测量出所述曝光单元上下左右各位置上的位置偏移量；
根据光刻机镜头畸变调整精度要求，选择光刻套刻模型，然后基于测量所得的上下左右各位置上的偏移量，计算出多个用于表示光刻机镜头畸变量的光刻对准参数的大小；
在每次曝光时，通过对所述光刻对准参数进行补正的方式，修正所述光刻机镜头的畸变量；
本发明由于采用了上述技术方案，具有这样的有益效果，即通过在同一曝光单元四周产生对称的光刻套刻图形，实现了可在无需停机的状态下，测量出曝光单元各位置由于镜头畸变所产生的位置变化；然后，通过光刻套刻模型计算出镜头畸变量，并在每次曝光时通过光刻对准参数的补正来在线修正光刻机镜头的畸变量；实现了降低光刻机镜头畸变所引起的光刻对准偏差，提高光刻对准精度的目的；同时，由于本发明所述方法可以使得每台光刻机都可以进行测量得到一组进行镜头畸变矫正的参数，因此通过这些参数的补正，可以基本使任意光刻机曝光得到的图形无畸变，使得不同产品在不同光刻机上都可找到一个简单的匹配标准，从而使得不同镜头表现的光刻机最终产出的产品能够保持统一性，从而大大提高了生产力；并且，这种方法易于实现，成本较低。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1a-1d为现有技术中测量镜头畸变量的原理示意图；
图2为根据本发明所述实施例的镜头畸变量测量图形；
图3为根据本发明对测量图形进行曝光后的图形；
图4a为光刻套刻测量图形为box-in-box时的放大示意图；
图4b为光刻套刻测量图形为box-in-bar时的放大示意图；
图4c为光刻套刻测量图形为bar-in-box时的放大示意图；
图4d为光刻套刻测量图形为bar-in-bar时的放大示意图；
图5为光刻机镜头发生畸变时曝光图形的一个实例的示意图；
图6为通过光刻套刻测量图形测量曝光单元由于光刻机镜头畸变所引起的位置偏移量的示意图。
具体实施方式
在设计版图时，如图2所示，在曝光单元21的上下左右四周共放置至少四组测量图形，每组测量图形包括一外框22和一内框23，且所述外框22和内框23分别对称放置在所述曝光单元21的上下或者左右的两边，以确保当曝光单元21被通过分步重复光刻机进行重复曝光时，外框22和内框23可以嵌套在一起，从而形成光刻套刻测量图形。为了能够准确测量出光刻机镜头在上下左右各个位置上的畸变量，重复曝光后应确保能够在一曝光单元四周上、下、左、右四个边界的每边均至少形成一个光刻套刻测量图形。
在实际曝光时，通过分步重复光刻机对光刻曝光单元进行重复曝光，由于各单元之间具有高度重复性，使得外框和内框嵌套在一起，以在同一曝光单元四周形成八个光刻套刻测量图形，具体如图3所示，通过重复曝 光在曝光单元C的四周形成了八个光刻套刻测量图形。所述光刻套刻测量图形与普通的光刻对准图形相同，可以设计成如图4a所示的box-in-box，或者设计成如图4b所示的box-in-bar，或者设计成如图4c所示的bar-in-box，还可以设计成如图4d所示的bar-in-bar等形式。从图3可知，每一个光刻套刻测量图形均是由对左右相邻或者上下相邻的两个重复单元进行的两次曝光最终形成的，其中一次曝光形成内框，另一次曝光形成外框。例如，对于图3中曝光单元C左上角的那个光刻套刻测量图形来说，它是通过对上面的曝光单元F进行一次曝光时形成了外框，然后在对曝光单元C进行另外一次曝光时形成了内框，从而最终形成了该光刻套刻测量图形。
如图5所示，为当光刻机镜头发生畸变时曝光图形的一个实例。因此，在本发明中，在同一曝光单元四周得到光刻套刻测量图形后，就可通过所述曝光单元四周的光刻套刻测量图形，测量出该曝光单元上下左右各位置上由于光刻机镜头畸变所引起的位置偏移量了。例如，如图6所示在同一曝光单元四周得到八个光刻套刻测量图形后(如图3所示的曝光单元C的四周)，就可通过测量各光刻套刻测量图形外框的上边框与内框的上边框之间的距离S1和该光刻套刻测量图形外框的下边框与内框的下边框之间的距离S2，并通过计算S1与S2之间的差，就可得到该光刻套刻测量图形所在位置Y方向上的偏移量；同理，通过测量各光刻套刻测量图形外框的左边框与内框的左边框之间的距离S3和外框的右边框与内框的右边框之间的距离S4，并通过计算S3与S4之间的差，就可得到该光刻套刻测量图形所在位置X方向上的偏移量。从而就得到了光刻曝光单元上下左 右四周八个位置分别在X方向和Y方向上的偏移量。在一个实施例中，在进行光刻套刻模型计算补正时，最少需要上下左右各位置在X和Y方向上的共四组数据。然后，根据光刻机镜头畸变调整精度要求，选择光刻套刻(overlay)模型，并基于测量所得的上下左右各位置分别在X、Y方向上的偏移量，计算出多个用于表示光刻机镜头畸变量的光刻对准参数的大小，如偏移(shift)、缩放比例(scaling)、旋转角度(rotation)和正交性(orthogonality)等参数。例如，简单地说，在计算光刻机镜头的畸变量时，若只需考虑scaling、rotation两个光刻对准参数就可以满足精度要求了，则所选用的光刻套刻(overlay)模型可用如下拟合公式来表示：任意点(x，y)在X方向偏移量X(x，y)＝scaling x*x+rotation*y，任意点在Y方向的偏移量Y(x，y)＝scaling y*y+rotation*x。但是在实际情况下，一般对光刻机镜头畸变的调整精度要求较高，因此通常需使用可拟合计算出如偏移、缩放比例、旋转角度和正交性等4～10个参数的光刻套刻(overlay)模型。具体如何根据实际使用中对调整精度要求来选择合适的光刻套刻模型，应该是为本领域的一般技术人员所熟悉的，因此这里并不作详细的介绍。在每次曝光时，通过对所得到的多个光刻对准参数进行补正的方式，来修正所述光刻机镜头的畸变量，从而实现了降低光刻机镜头畸变所引起的光刻对准偏差，提高光刻对准精度的目的。
使用了上述方法后，可以比较精确的测量光刻机镜头畸变量，并通过在曝光时的补偿，低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差，从而提高光刻的套刻对准精度。另外，通过本发明的方法，可以使得每台光刻机都可以 进行测量得到一组进行镜头畸变矫正的参数，通过这些参数的补正，可以基本使任意光刻机曝光得到的图形无畸变，因此可以测出同一产品由于不同机器中镜头表现不同引起的光刻对准偏差，然后通过不同的机器分别补正的方法，从而使多个不同的光刻机可以实现混用，大大提高了生产能力。
Claims (5)
1.一种降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在设计版图时，在曝光单元(21)的上下左右四周共放置至少四组测量图形，其中每组测量图形包括一外框(22)和一内框(23)，每组测量图形的外框(22)和内框(23)相对于所述曝光单元(21)上下对称或左右对称放置；
通过分步重复光刻机对光刻曝光单元进行重复曝光，在一曝光单元四周上、下、左、右四个边界的每边均至少形成两个外框套内框的光刻套刻测量图形；
通过所述光刻套刻测量图形，测量出所述曝光单元上下左右各位置分别在X、Y方向上的偏移量；
根据光刻机镜头畸变调整精度要求，选择光刻套刻模型，然后基于所述各个偏移量，计算出多个用于表示光刻机镜头畸变量的光刻对准参数的大小；
在每次曝光时，通过对所述光刻对准参数进行补正的方式，修正所述光刻机镜头的畸变量。
2.根据权利要求1所述的降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法，其特征在于，每一个光刻套刻测量图形均是由对左右相邻或者上下相邻的两个重复单元进行的两次曝光最终形成的，其中一次曝光形成内框，其中另一次曝光形成外框。
3.根据权利要求2所述的降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法，其特征在于，所述曝光单元上下各位置在X方向上的偏移量的测量方法如下：通过测量光刻套刻测量图形外框的上边框与内框的上边框之间的距离S1和该光刻套刻测量图形外框的下边框与内框的下边框之间的距离S2，并通过计算S1与S2之间的差，得到所述曝光单元在该光刻套刻测量图形所在位置X方向上的偏移量。
4.根据权利要求2所述的降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法，其特征在于，所述曝光单元左右各位置在Y方向上的偏移量的测量方法如下：通过测量光刻套刻测量图形外框的左边框与内框的左边框之间的距离S3和该光刻套刻测量图形外框的右边框与内框的右边框之间的距离S4，并通过计算S3与S4之间的差，得到所述曝光单元在该光刻套刻测量图形所在位置Y方向上的偏移量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的降低光刻机镜头畸变引起的光刻对准偏差的方法，其特征在于，所述光刻套刻测量图形为box-in-box，或者box-in-bar，或者bar-in-box，或者bar-in-bar的形式。
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