曝光能量的控制方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,特别涉及一种曝光能量的控制方法。
背景技术
随着半导体制造工艺的发展,半导体芯片的面积越来越小,因此半导体工艺的精度也变得更加重要。在半导体制造工艺中,其中一个重要的工艺就是光刻,光刻是将掩膜版图案转移为晶片上的光刻图案的工艺过程,因此光刻图案的质量会直接影响到最终形成的芯片的性能。
曝光能量是影响光刻图案质量的一个重要参数,如果曝光能量控制得不恰当,将会使得光刻图案的实际关键尺寸(CD)与标准CD之间存在比较大的差异,通常我们将实际CD与标准CD的差值称为CD偏差。
在现有技术中,为了尽可能地减小CD偏差,一般采用如下的曝光能量控制方法;
步骤一,预先确定曝光能量偏差与CD偏差的第一比例系数。
在实际应用中,曝光能量偏差与CD偏差具有线性比例关系,若ΔE表示曝光能量偏差,ΔCD表示CD偏差,a表示曝光能量偏差与CD偏差的线性比例系数,则ΔE=a*ΔCD。
为了确定第一比例系数a,可预先使用控片进行如下实验:A:每改变一次曝光能量后,在光阻(PR)上施加相同的掩膜版,然后进行曝光和显影,从而生成光刻图案,然后采用激光量测机台量测光刻图案中PR的实际CD,这样就获得了一组曝光能量和实际CD的数值;B:然后保持其他条件不变,仅改变曝光能量,再次重复步骤A,这样就可获得多组曝光能量和实际CD的数值;C:最后采用线性最小二乘拟合法进行直线拟合,直线上每一点的纵坐标为曝光能量的数值,横坐标为实际CD的数值,直线的斜率即为曝光能量偏差ΔE与CD偏差ΔCD的第一比例系数a。
步骤二,根据当前批次的上一批次晶片光刻图案的CD偏差和所确定的第一比例系数,确定当前批次的上一批次晶片的光刻图案的曝光能量偏差,将当前批次的上一批次晶片的光刻图案的曝光能量偏差作为当前批次晶片的曝光能量校正因子,以对当前批次晶片的预设曝光能量进行校正。
具体地说,在实际生产过程中,当需要对晶片进行光刻时,一般将晶片分为若干个组(lot)进行,一个组通常包括25个晶片。一个组又被分为两个批次依次进行光刻,一个组中的第一批次(也称子批)包括1个晶片,一个组的第二批次(也称母批)包括24个晶片,其中,需要说明的是,第二批次的24个晶片是同时进行光刻的,不按时间先后顺序进行,一个组中只有第一批次的1个晶片是先于其他24个晶片进行光刻的。
另外,预设曝光能量为预先设定的曝光能量的经验值,在实际生产中,对于每一批次晶片的光刻,都预设了曝光能量的经验值,但是,所设定的曝光能量的经验值不一定能够最大可能地克服CD偏差,因此还需根据实际情况进行修正,现有技术中采用曝光能量校正因子对预设曝光能量校正的过程即为修正的过程。
下面以两组(共四批)晶片为例对步骤二进行举例说明,为了方便起见,将第一组中的第一批次记为L1批,将第一组中的第二批次记为L2批,将第二组中的第一批次记为L3批,将第二组中第二批次记为L4批。
对于L1批,首先,按照L1批的预设曝光能量E1对L1批进行曝光和显影,生成光刻图案,然后采用激光量测机台量测光刻图案中PR的实际CD1,并计算实际CD1与标准CD的CD偏差,将L1批的CD偏差记为ΔCD1;然后,计算L1批的曝光能量偏差ΔE1=a*ΔCD1,将L1批的曝光能量偏差ΔE1作为L2批的曝光能量校正因子e2。
对于L2批,首先,按照L2批的校正后的曝光能量E2’对L2批进行曝光和显影,生成光刻图案,然后采用激光量测机台量测光刻图案中PR的实际CD2,并计算实际CD2与标准CD的CD偏差,将L2批的CD偏差记为ΔCD2,其中,L2批的校正后的曝光能量E2’=E2+e2,E2为L2批的预设曝光能量;然后,计算L2批的曝光能量偏差ΔE2=a*ΔCD2,将L2批的曝光能量偏差ΔE2作为L3批的曝光能量校正因子e3。
需要说明的是,L2批包括24个同时进行光刻的晶片,可选择任意一个晶片作为研究对象,也就是说,实际CD2为L2批中任意一个晶片的实际CD,E2为L2批中同一个任意晶片的预设曝光能量。在实际应用中,一般将一组中第一批次的一个晶片编号为1,将第二批次的24个晶片进行从2至25的编号,优选地,通常将编号为2的晶片作为第二批次的研究对象,也就是说,当获取L2批的实际CD2和E2时,通常以编号为2的晶片为研究对象。
对于L3批,首先,按照L3批的校正后的曝光能量E3’对L3批进行曝光和显影,生成光刻图案,然后采用激光量测机台量测光刻图案中PR的实际CD3,并计算实际CD3与标准CD的CD偏差,将L3批的CD偏差记为ΔCD3,其中,L3批的校正后的曝光能量E3’=E3+e3,E3为L3批的预设曝光能量;然后,计算L3批的曝光能量偏差ΔE3=a*ΔCD3,将L3批的曝光能量偏差ΔE3作为L4批的曝光能量校正因子e4。
对于L4批,首先,按照L4批的校正后的曝光能量E4’对L4批进行曝光和显影,生成光刻图案,然后采用激光量测机台量测光刻图案中PR的实际CD4,并计算实际CD4与标准CD的CD偏差,将L4批的CD偏差记为ΔCD4,其中,L4批的校正后的曝光能量E4’=E4+e3,E4为L4批的预设曝光能量;然后,计算L4批的曝光能量偏差ΔE4=a*ΔCD4,将L4批的曝光能量偏差ΔE4作为下一批的曝光能量校正因子e5。
另外,还需要对步骤二进一步说明的是,上述说明是针对同一结构层来说的,也就是说,将当前批次的上一批次的同一结构层的光刻图案的曝光能量偏差作为当前批次的同一结构层的曝光能量校正因子。举例进行说明,例如,通常集成电路的制作包括八个金属互连层,可将这八个金属互连层记为M1、M2......M8,当确定校正因子时,将L1批的M2的曝光能量偏差作为L2批的M2的曝光能量校正因子,将L1批的M4的曝光能量偏差作为L2批的M4的曝光能量校正因子,其他金属互连层也是类似的。
至此,本流程结束。
可见,在现有技术所提供的曝光能量控制方法中,将当前批次晶片的上一批次的同一结构层的光刻图案的曝光能量偏差作为当前批次晶片的同一结构层的曝光能量校正因子,从而对每一批次晶片的每一结构层的曝光能量进行了控制,但是,CD偏差还会受到其他因素的影响,比如,CD偏差还会受到PR的厚度的影响,若当前批次晶片的PR的厚度与上一批次不同,但是依然按照现有技术的方法进行曝光能量控制,则不能有效地对CD偏差进行控制,总之,现有技术所提供的曝光能量控制方法对CD偏差的控制精度比较低。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种曝光能量的控制方法,能够提高CD偏差的控制精度。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是这样实现的:
一种曝光能量的控制方法,该方法包括:
A、预先确定曝光能量偏差与关键尺寸CD偏差的第一比例系数a;
获取第i批次晶片的第j结构层光刻图案的CD偏差ΔCDi,j,其中,i为大于等于1的正整数,j为大于等于1且小于等于结构层总层数的正整数;
根据ΔCDi,j和预先确定的第一比例系数a,确定第i批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量偏差ΔEi,j,将ΔEi,j与第一百分比系数a’的乘积作为第i批次之后的第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量校正因子ei+1,j,其中,第一百分比系数a’为大于0且小于1的常数;
B、预先确定曝光能量偏差与光阻PR厚度偏差的第二比例系数b;
获取第i 批次晶片的第j结构层光刻图案的PR厚度偏差ΔLi,j;
根据ΔLi,j和预先确定的第二比例系数b,确定第i批次晶片的第j结构层光刻图案的第二曝光能量偏差ΔFi,j,将ΔFi,j与第二百分比系数b’的乘积作为第i批次之后的第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的第二曝光能量校正因子fi+1,j,其中,第二百分比系数b’为大于0且小于1的常数;
C、计算第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的预设曝光能量Ei+1,j、第一曝光能量校正因子ei+1,j与第二曝光能量校正因子fi+1,j的和,将结果作为校正后的曝光能量,采用校正后的曝光能量进行曝光。
步骤A中所述确定曝光能量偏差与关键尺寸CD偏差的第一比例系数a的方法包括:
A1、在控片上旋涂PR;
A2、设置曝光能量的数值后,进行曝光和显影,生成光刻图案,然后测量光刻图案中PR的实际CD,获得一组曝光能量和实际CD的数值;
A3、保持其他条件不变,仅改变曝光能量的数值,然后多次重复执行步骤A1和A2,获得多组曝光能量和实际CD的数值;
A4、采用线性最小二乘拟合法进行直线拟合,直线上每一点的纵坐标为曝光能量的数值,横坐标为实际CD的数值,将直线的斜率作为曝光能量偏差与CD偏差的第一比例系数a。
步骤A中所述确定第i批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量偏差ΔEi,j的方法包括:
计算ΔCDi,j和预先确定的第一比例系数a的乘积,将结果作为第i批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量偏差ΔEi,j。
第一百分比系数a’的取值范围为10%-70%。
步骤B中所述确定曝光能量偏差与光阻PR厚度偏差的第二比例系数b的方法包括:
B1、在控片上旋涂PR,并测量PR的实际厚度;
B2、设置曝光能量的数值后,进行曝光和显影,生成光刻图案,获得一组曝光能量和实际PR厚度的数值;
B3、保持其他条件不变,改变在控片上旋涂的PR的厚度,并相应地调整曝光能量的数值,使实际CD与步骤B2的光刻图案中PR的实际CD相同,然后多次重复执行步骤B1和B2,获得多组曝光能量和实际PR厚度的数值;
B4、采用线性最小二乘拟合法进行直线拟合,直线上每一点的纵坐标为曝光能量的数值,横坐标为实际PR厚度的数值,将直线的斜率作为曝光能量偏差与PR厚度偏差的第二比例系数b。
步骤B中所述确定第i批次晶片的第j结构层光刻图案的第二曝光能量偏差ΔFi,j的方法包括:
计算ΔLi,j和预先确定的第二比例系数b的乘积,将结果作为第i批次晶片的第j结构层光刻图案的第二曝光能量偏差ΔFi,j。
第二百分比系数b’的取值范围为10%-50%。
步骤C之前进一步包括:
C1、按照从下到上的顺序,预先将结构层中的第k1层至第k2层设置为相似结构层,其中,k1为大于等于1且小于k2的正整数,k2为大于1且小于等于结构层总层数的正整数;
若第i+1批次晶片的第j结构层为按照从下到上顺序的相似结构层中的第一层相似结构层,则计算第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量偏差ΔEi+1,j与第三百分比系数c’的乘积,将乘积作为第i+1批次晶片的第j+1结构层至第j+k2-k1结构层中每一层光刻图案的第三曝光能量校正因子gi+1,其中,第三百分比系数c’为大于0且小于1的常数;否则,结束流程;
步骤C进一步包括:计算第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的预设曝光能量Ei+1,j、第一曝光能量校正因子ei+1,j、第二曝光能量校正因子fi+1,j与第三曝光能量校正因子gi+1的和,将结果作为校正后的曝光能量。
第三百分比系数c’的取值范围为10%-80%。
根据本发明所提供的技术方案,根据当前批次的上一批次的同一结构层的光刻图案的CD偏差和第一比例系数a确定当前批次的同一结构层的第一曝光能量偏差,将第一曝光能量偏差与第一百分比系数a’的乘积作为第一曝光能量校正因子,还根据当前批次的上一批次的同一结构层的光刻图案的PR厚度偏差和第二比例系数b确定当前批次的同一结构层的第二曝光能量偏差,将第二曝光能量偏差与第二百分比系数b’的乘积作为第一曝光能量校正因子,采用第一曝光能量校正因子和第二曝光能量校正因子对预设曝光能量进行校正,能够精确地控制曝光能量,提高CD偏差的控制精度。
附图说明
图1为本发明所提供的一种曝光能量的控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本发明所述方案作进一步地详细说明。
图1为本发明所提供的一种曝光能量的控制方法的流程图。如图1所示,该方法包括以下步骤:
步骤101,预先确定曝光能量偏差与CD偏差的第一比例系数a。
步骤102,获取第i批次晶片的第j结构层光刻图案的CD偏差ΔCDi,j,其中,i为大于等于1的正整数,j为大于等于1且小于等于结构层总层数的正整数。
步骤103,根据ΔCDi,j和预先确定的第一比例系数a,确定第i批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量偏差ΔEi,j,将ΔEi,j与第一百分比系数a’的乘积作为第i批次之后的第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量校正因子ei+1,j,其中,第一百分比系数a’为大于0且小于1的常数。
上述步骤101至103用于获取第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量校正因子ei+1,j,其中,确定第一曝光能量偏差ΔEi,j的方法与现有技术相同,此处不予赘述。
第一百分比系数a’的取值范围为10%-70%。
步骤201,预先确定曝光能量偏差与PR厚度偏差的第二比例系数b。
在实际应用中,曝光能量偏差与PR厚度偏差也具有线性比例关系,若ΔE表示曝光能量偏差,ΔL表示PR厚度偏差,PR厚度偏差为实际PR厚度与标准PR厚度的差值,b表示曝光能量偏差与PR厚度偏差的线性比例系数,则ΔE=b*ΔL。
为了确定第二比例系数b,可预先使用控片进行如下实验:A:每改变一次PR厚度后,保持实际CD基本不变的前提下,调整曝光能量,这样就获得了一组曝光能量和实际PR厚度的数值;B:然后保持实际CD基本不变,改变PR厚度,并调整曝光能量,再次重复步骤A,这样就可获得多组曝光能量和实际PR厚度的数值;C:最后采用线性最小二乘拟合法进行直线拟合,直线上每一点的横坐标为PR厚度偏差的数值,纵坐标为曝光能量偏差的数值,直线的斜率即为曝光能量偏差ΔE与PR厚度偏差ΔL的第二比例系数b。
步骤202,获取第i批次晶片的第j结构层光刻图案的PR厚度偏差ΔLi,j。
可采用激光量测机台量测光刻图案中实际PR厚度,并计算实际PR厚度与标准PR厚度的差值,将结果作为光刻图案的PR厚度偏差。
步骤203,根据ΔLi,j和预先确定的第二比例系数b,确定第i批次晶片的第j结构层光刻图案的第二曝光能量偏差ΔFi,j,将ΔFi,j与第二百分比系数b’的乘积作为第i批次之后的第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的第二曝光能量校正因子fi+1,j,其中,第二百分比系数b’为大于0且小于1的常数。
上述步骤用于获取第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的第二曝光能量校正因子fi+1,j。
其中,ΔFi,j=b*ΔLi,j。
第二百分比系数b’的取值范围为10%-50%。
步骤301,按照从下到上的顺序,预先将结构层中的第k1层至第k2层设置为相似结构层,其中,k1为大于等于1且小于k2的正整数,k2为大于1且小于等于结构层总层数的正整数。
相似结构层为基本相似的结构层,按照从下到上的顺序,若将相似结构层依次记为第一相似结构层、第二相似结构层......第k2-k1+1相似结构层,可根据第一相似结构层的曝光能量偏差对其他相似结构层的曝光能量进行修正。
其中,相似结构层的设置视具体结构而定,例如,由于八个金属互连层M1、M2......M8中的M2至M7具有相似的结构,因此将M2至M7设置为相似结构层,可依据M2的曝光能量偏差对M3至M7的曝光能量进行修正。
步骤302,若第i+1批次晶片的第j结构层为按照从下到上顺序的相似结构层中的第一层相似结构层,则计算第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的第一曝光能量偏差ΔEi+1,j与第三百分比系数c’的乘积,将乘积作为第i+1批次晶片的第j+1结构层至第j+k2-k1结构层中每一层光刻图案的第三曝光能量校正因子gi+1,其中,第三百分比系数c’为大于0且小于1的常数;否则,结束流程。
第三百分比系数c’的取值范围为10%-80%。
步骤401,计算第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的预设曝光能量Ei+1,j、第一曝光能量校正因子ei+1,j、第二曝光能量校正因子fi+1,j与第三曝光能量校正因子gi+1的和,将结果作为校正后的曝光能量,采用校正后的曝光能量进行曝光。
需要说明的是,上述步骤101至103、步骤201至203、步骤301至302的执行顺序仅为举例说明,优选地,上述步骤101至103、步骤201至203、步骤301至302并行执行。
另外,计算第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的预设曝光能量Ei+1,j、第一曝光能量校正因子ei+1,j、第二曝光能量校正因子fi+1,j与第三曝光能量校正因子gi+1的和,将结果作为校正后的曝光能量为最优实施方式。
在实际应用中,也可仅计算第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的预设曝光能量Ei+1,j、第一曝光能量校正因子ei+1,j和第二曝光能量校正因子fi+1,j的和,将结果作为校正后的曝光能量,也可仅计算第i+1批次晶片的第j结构层光刻图案的预设曝光能量Ei+1,j、第一曝光能量校正因子ei+1,j和第三曝光能量校正因子gi+1的和,将结果作为校正后的曝光能量。与现有技术相比,以上两种实施方式也可提高CD偏差的控制精度。
至此,本流程结束。
下面通过一个实施例对本发明进行详细说明。
在本实施例中,不妨假设需进行光刻的晶片为两批,晶片包括两个结构层,其中,按照从下到上的顺序,这两个结构层分别为第一结构层和第二结构层,第一结构层和第二结构层为相似结构层,本发明所提供的一种曝光能量的控制方法的实施例包括以下步骤:
步骤一,预先确定曝光能量偏差与CD偏差的第一比例系数a。
步骤二,获取第一批次晶片的第一结构层光刻图案的CD偏差ΔCD1,1。
步骤三,计算第一批次晶片的第一结构层光刻图案的第一曝光能量偏差ΔE1,1=a*ΔCD1,1,则第二批次晶片的第一结构层光刻图案的第一曝光能量校正因子e2,1=a’*ΔE1,1。
步骤四,预先确定曝光能量偏差与PR厚度偏差的第二比例系数b。
步骤五,获取第一批次晶片的第一结构层光刻图案的PR厚度偏差ΔL1,1。
步骤六,计算第一批次晶片的第一结构层光刻图案的第二曝光能量偏差ΔF1,1=b*ΔL1,1,则第二批次晶片的第一结构层光刻图案的第二曝光能量校正因子f2,1=b’*ΔF1,1。
步骤七,第二批次晶片的第一结构层光刻图案的校正后曝光能量E2,1correct=E2,1+e2,1+f2,1,其中,E2,1为第二批次晶片的第一结构层光刻图案的预设曝光能量。
至此,对第二批次晶片的第一结构层光刻图案的曝光能量校正完毕。
步骤八,获取第一批次晶片的第二结构层光刻图案的CD偏差ΔCD1,2。
步骤九,计算第一批次晶片的第二结构层光刻图案的第一曝光能量偏差ΔE1,2=a*ΔCD1,2,则第二批次晶片的第二结构层光刻图案的第一曝光能量校正因子e2,2=a’*ΔE1,1。
步骤十,获取第一批次晶片的第二结构层光刻图案的PR厚度偏差ΔL1,2。
步骤十一,计算第一批次晶片的第二结构层光刻图案的第二曝光能量偏、差ΔF1,2=b*ΔL1,2,则第二批次晶片的第二结构层光刻图案的第二曝光能量校正因子f2,2=b’*ΔF1,2。
步骤十二,计算第二批次晶片的第二结构层光刻图案的第三曝光能量校正因子g2=c’*ΔE2,1=c’*(a*ΔCD2,1)。
步骤十三,第二批次晶片的第二结构层光刻图案的校正后曝光能量E2,2correct=E2,2+e2,2+f2,2+g2,其中,E2,2为第二批次晶片的第二结构层光刻图案的预设曝光能量。
至此,对第二批次晶片的第二结构层光刻图案的曝光能量校正完毕。
至此,对本实施例介绍完毕。
可见,在本发明所提供的一种曝光能量的控制方法中,根据当前批次的上一批次的同一结构层的光刻图案的CD偏差和第一比例系数a确定当前批次的同一结构层的第一曝光能量偏差,将第一曝光能量偏差与第一百分比系数a’的乘积作为第一曝光能量校正因子,还根据当前批次的上一批次的同一结构层的光刻图案的PR厚度偏差和第二比例系数b确定当前批次的同一结构层的第二曝光能量偏差,将第二曝光能量偏差与第二百分比系数b’的乘积作为第一曝光能量校正因子,采用第一曝光能量校正因子和第二曝光能量校正因子对预设曝光能量进行校正,能够精确地控制曝光能量,提高了CD偏差的控制精度。
另外,还可计算第一结构层的第一曝光能量偏差与第三百分比系数c’的乘积,将乘积作为相似结构层中除第一结构层之外的其他相似结构层的每一层光刻图案的第三曝光能量校正因子,以对其他相似结构层的曝光能量进一步进行校正,进一步提高了CD偏差的控制精度。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。