CN102445855B - 双层曝光补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种双层曝光补偿方法，本发明所提供的双层曝光补偿方法，将目标图案分为第一目标图案与第二目标图案，并分别转移至第一光罩、第二光罩，并计算第一光罩、第二光罩之间由于第一光罩、第二光罩的差异所引起的对准误差补偿值，在根据第二光罩在包含第四转移图案的衬底上形成第五转移图案时，充分考虑了由第一光罩和第二光罩的差异所引起的第四转移图案与第五转移图案之间的对准误差，在设置曝光参数时进行有效补偿，从而有效减小第四转移图案与第五转移图案之间的对准误差，满足对准规格的要求。其中，第四转移图案与第五转移图案合成目标图案。

Description

双层曝光补偿方法

技术领域

本发明涉及一种光刻工艺，特别是双层曝光过程中的双层曝光补偿方法。

背景技术

光刻是通过对准、曝光等一系列步骤将目标图案转移到衬底上的工艺过程。单层曝光指的是使用一个光罩在衬底表面进行曝光得到转移图案。转移图案与衬底之间的对准误差指的是衬底上形成的转移图案与衬底之间的位置对准的误差。图1是曝光流程示意图，在单层曝光情况下，首先通过曝光机台设置曝光参数进行曝光；然后利用关键尺寸电子扫描显微镜测量样品关键尺寸；再通过套刻检测装置测量对准误差；并判断对准误差是否满足对准规格，如果满足对准规格，利用刻蚀机对样品进行刻蚀；如果不满足对准规格，将套刻检测装置测量得到的结果输入APC系统，由APC系统计算补偿参数，并根据APC系统计算得到的补偿参数重新调节曝光参数进行曝光，直至得到符合对准规格的样品。在公开号为CN1983032A的中国发明申请专利可以找到有关测量光刻对准误差的方法的信息。

但随着集成电路制造技术的不断发展，半导体器件的特征尺寸越来越小，单层曝光已不能满足对分辨率的要求，双层曝光能很好的解决分辨率的要求。双层曝光是利用两个光罩分两次进行曝光以得到所需要的转移图案的技术。双层曝光虽然能很好的解决分辨率的要求，但引入两个新的问题：如何分别补偿两次曝光得到的转移图案与衬底图案之间的对准误差；如何补偿两次曝光得到的转移图案之间的对准误差？现有技术中常用的办法是，以第一光罩对准衬底进行第一层曝光，形成与第一目标图案对应的转移图案，利用由APC系统计算得到的补偿参数对机台曝光参数进行调节，得到满足对准规格的转移图案。然后，以第二光罩对准衬底进行第二层曝光，在包含与第一目标图案对应的转移图案的衬底上形成与第二目标图案对应的转移图案，同样利用APC系统可以调节第二次曝光的参数，使得与第二目标图案对应的转移图案与衬底的对准满足对准规格的要求。但是对两次曝光得到的转移图案之间的对准误差没有很好的补偿方法。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种双层曝光补偿方法，对两次曝光得到的转移图案之间的对准误差进行补偿，以满足对准规格。本发明提供的双层曝光补偿方法包含以下步骤：提供衬底和目标图案，将目标图案分成第一目标图案和第二目标图案；将所述第一目标图案和第二目标图案分别转移至第一光罩和第二光罩上；获取第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值；设置第二曝光参数，根据第二曝光参数和第一光罩在衬底表面形成第三转移图案，获得第三补偿参数；根据第三补偿参数修正第二曝光参数，得到第三曝光参数；根据第三曝光参数和第一光罩在衬底表面形成第四转移图案；根据第三补偿参数，第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值，获得第四补偿参数；以第四补偿参数修正第二曝光参数，得到第四曝光参数；根据第四曝光参数和第二光罩，在包含第四转移图案的衬底上形成第五转移图案，第四转移图案与第五转移图案合成目标图案。获取第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值的步骤包括：

优选地，第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值仅与第一光罩、第二光罩的差异相关。

优选地，所述第一光罩、第二光罩的差异包括第一光罩、第二光罩所选用材料、制作过程、制作工艺。

优选地，所述获取第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值的步骤包括：设置第一曝光参数，根据第一曝光参数和第一光罩获得第一补偿参数;根据第一曝光参数和第二光罩获得第二补偿参数；根据第一补偿参数和第二补偿参数获得第一光罩和第二光罩的对准误差补偿值。

优选地，第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值为第一补偿参数和第二补偿参数之差。

优选地，第一目标图案、第二目标图案分别与第一光罩、第二光罩相对应。

与现有技术相比，本发明所提供的双层曝光补偿方法，在根据第二光罩在包含第四转移图案的衬底上形成第五转移图案时，充分考虑了由第一光罩和第二光罩的差异所引起的第四转移图案与第五转移图案之间的对准误差，在设置曝光参数时进行有效补偿，从而有效减小第四转移图案与第五转移图案之间的对准误差，满足对准规格的要求。其中，第四转移图案与第五转移图案合成目标图案。

附图说明

图1是现有曝光流程示意图；

图2是现有双层曝光对准示意图；

图3是本发明所提供的双层曝光补偿方法的流程示意图；

图4是本发明的一个实施例中在衬底表面形成第一转移图案的示意图；

图5是本发明的一个实施例中在衬底表面形成第二转移图案的示意图；

图6是本发明的一个实施例中在衬底表面形成第四转移图案的示意图；

图7是本发明的一个实施例中在衬底表面形成第五转移图案的示意图。

具体实施方式

请参考图2，由背景技术得知，在现有的双层曝光工艺中，对根据第一光罩曝光得到的与第一目标图案对应的转移图案002与衬底001之间的对准、根据第二光罩曝光得到的与第二目标图案对应的转移图案003与衬底001之间的对准可以进行有效补偿，从而使其符合对准规格的要求。但是，对根据第一光罩曝光得到的与第一目标图案对应的转移图案002与根据第二光罩曝光得到的与第二目标图案对应的转移图案003之间的对准没有进行补偿，然而在实际中，对与第一目标图案对应的转移图案002和与第二目标图案对应的转移图案003之间的对准规格的要求又是最严格的。

本发明的发明人经过研究发现，在双层曝光工艺中，对根据第一光罩曝光得到的转移图案与根据第二光罩曝光得到的转移图案之间的对准误差主要与第一光罩与第二光罩的差异相关。具体地，这些差异包括形成第一光罩与第二光罩的材料、形成第一光罩与第二光罩的工艺、以及形成第一光罩与第二光罩的过程等。本发明的发明人通过进一步研究，提供一种双层曝光补偿方法。

图3为本发明所提供的双层曝光补偿方法的流程示意图。本发明所提供的双层曝光补偿方法包括以下步骤:

步骤S101，提供衬底和目标图案，将目标图案分成第一目标图案和第二目标图案。

步骤S102，将所述第一目标图案和第二目标图案分别转移至第一光罩和第二光罩。

步骤S103，获取第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值。步骤S104，设置第二曝光参数，根据第二曝光参数和第一光罩在衬底表面形成第三转移图案，获得第三补偿参数。

步骤S105，根据第三补偿参数修正第二曝光参数，得到第三曝光参数。

步骤S106，根据第三曝光参数和第一光罩在衬底表面形成第四转移图案。

步骤S107，根据第三补偿参数，第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值，获得第四补偿参数。

步骤S108，以第四补偿参数修正第二曝光参数，得到第四曝光参数。

步骤S109，根据第四曝光参数和第二光罩，在包含第四转移图案的衬底上形成第五转移图案，第四转移图案与第五转移图案合成目标图案。

利用本发明所提供的双层曝光补偿方法，根据第二光罩在已形成第四转移图案的衬底上形成第五转移图案时，充分考虑了由第一光罩和第二光罩的差异所引起的第四转移图案与第五转移图案之间的对准误差，从而在设置曝光参数时，进行有效补偿，从而有效减小第四转移图案与第五转移图案之间的对准误差，满足对准规格的要求。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

提供衬底和目标图案，将目标图案分成第一目标图案和第二目标图案。所述衬底为N型硅衬底、P型硅衬底、绝缘层上的硅（SOI）等衬底，所述目标图案为待形成于衬底上的器件的图形。

所述目标图案可以形成于掩膜版上或者采用制图软件存储于计算机内，然后，根据目标图案的临界尺寸以及曝光工艺比如曝光的灵敏度将目标图案分解成第一目标图案和第二目标图案，以便通过将第一目标图案和第二目标图案转移至所述衬底上，在衬底上共同形成所需要的目标图形。通常，分解的基本要求是分解后的第一目标图案和第二目标图案能够在衬底上合成为目标图案，而且分解的第一目标图案和第二目标图案的临界尺寸在实际的光刻工艺能够达到。有关将目标图案进行分解的技术为本领域技术人员公知技术，在此不再详述。

接着，将第一目标图案和第二目标图案分别转移至第一光罩和第二光罩上，由于本发明会在后续的方法中会采用补偿技术排除这些因素对于将第一目标图案和第二目标图案转移至衬底上引起的对准误差的问题，故所述第一光罩和第二光罩的材质、制作工艺等因素均可以不同或者相同，而对于现有技术，若无此补偿方法，需要第一光罩和第二光罩的上述特征尽量相同，即材质、制作工艺等因素要尽量相同。

获取第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值。

具体地，所述第一光罩上的图案与第一目标图案相对应，所述第二光罩上的图案与第二目标图案相对应，第一目标图案与第二目标图案组成目标图案。

所述对准误差补偿值用于补偿由于第一光罩和第二光罩的差异而引起的转移图案之间的对准误差。

所述获取第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值的步骤包括：

设置第一曝光参数，所述第一曝光参数包括：曝光能量、数值孔径、焦距等，所述第一曝光参数可以根据已有的实验数据、曝光机台状况、待曝光图案特征等进行设置。

如图4所示，根据第一曝光参数和第一光罩在衬底001表面形成第一转移图案004，并根据利用套刻检测装置测量获得对准误差，由APC系统根据所述对准误差计算获得第一补偿参数。所述对准误差指在衬底上形成的转移图案与设计的目标图案的位置对准的误差，所述第一补偿参数是指APC系统根据对准误差对曝光设备的工艺参数要进行的调整量，所述获得对准误差以及获得第一补偿参数技术为本领域技术人员公知技术，在此不再详述。

如图5所示，根据第一曝光参数和第二光罩在衬底001表面形成第二转移图案005，并根据利用套刻检测装置测量获得对准误差，并由APC系统根据对准误差计算获得第二补偿参数。具体的获得第二补偿参数方法请参照获得第一补偿参数的方法。

根据第一补偿参数和第二补偿参数获得第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值。

所述第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值等于第一补偿参数和第二补偿参数对应之差。

需要说明的是，上述步骤描述的图案转移过程中的曝光过程中，曝光参数完全相同，曝光机台状态完全相同，改变的只是光罩，所以第一补偿参数与第二补偿参数之差是由第一光罩与第二光罩的差异造成的，即第一光罩与第二光罩确定后，第一补偿参数、第二补偿参数之差是仅与第一光罩与第二光罩的差异相关的固定值。利用第一光罩与第二光罩采用相同的条件进行双层曝光的情况下，转移图案之间的对准误差主要由第一光罩与第二光罩的差异造成，所以可以利用第一光罩与第二光罩之间的对准误差补偿值调整分别利用第一光罩、第二光罩形成的转移图案之间的对准误差。为了表达简单，用OVL_offset表示第一光罩与第二光罩之间的对准误差补偿值。

OVL_offset的值由第一光罩与第二光罩的本身的材料，形成工艺等特征变化。

设置第二曝光参数，根据第二曝光参数和第一光罩在衬底表面形成第三转移图案，获得第三补偿参数。

为了表述方便，用OVL_R1a0表示第三补偿参数。

所述设置第二曝光参数的步骤包括：根据前述步骤得到的第一补偿参数调整第一曝光参数，得到第二曝光参数；设置第二曝光参数。

其中，利用第一补偿参数修正第一曝光参数可以由APC系统自动实现，其方法就是把第一补偿参数逐一对应项分别加到第一曝光参数各项中。

第二曝光参数充分考虑了以第一曝光参数在衬底表面形成第一转移图案所引起的对准误差，利用第一补偿参数进行相应补偿，所以根据第二曝光参数和第一光罩在衬底表面形成的第三转移图案与衬底基本满足对准规格。

获得所述OVL_R1a0的步骤包括：套刻检测装置13测量第三转移图案与衬底的对准误差；将上述测量得到的第三转移图案与衬底的对准误差结果输入APC系统；APC系统计算得到OVL_R1a0。

根据第三补偿参数修正第二曝光参数，得到第三曝光参数。

根据OVL_R1a0修正第二曝光参数由APC系统自动实现，其方法就是把是第三补偿参数逐一对应项分别加到第二曝光参数各项中，修正套刻曝光参数是本领域技术人员熟知的技术。

请参考图6，根据第三曝光参数和第一光罩在衬底001表面形成第四转移图案006。

正如上文所述，第二曝光参数充分考虑了以第一曝光参数在衬底表面形成第一转移图案004所引起的对准误差，并利用第一补偿参数进行相应补偿，所以根据第二曝光参数和第一光罩在衬底表面形成的转移图案基本满足对准规格。但是考虑到光刻机台会受外部环境的影响而产生漂移，光刻机台产生的漂移可能导致根据第二曝光参数和第一光罩在衬底表面形成的转移图案与衬底不满足对准规格，所以需要周期性调整曝光参数，本领域技术人员知晓会根据实际情况进行调整机台。

利用APC系统实时自动计算补偿参数，调整曝光参数已是本领域技术人员熟知的技术，在此不再赘述。

根据第三补偿参数，第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值，获得第四补偿参数。

为了表述方便，用OVL_R1b0表示第四补偿参数。

具体计算公式为：

OVL_R1b0=OVL_R1a0+OVL_offset。

具体计算由APC系统实现。根据第三补偿参数，第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值，获得第四补偿参数的方法是第三补偿参数与对准误差补偿值对应项相加。

以第四补偿参数修正第二曝光参数，得到第四曝光参数。

根据OVL_R1b0修正第二曝光参数是本领域技术人员熟知的技术，由APC系统实现，在此不再赘述。

请参考图7，根据第四曝光参数和第二光罩，在包含第四转移图案006的衬底001上形成第五转移图案007。第四转移图案006与第五转移图案007在衬底表面合成目标图案。

OVL_offset仅与第一光罩与第二光罩的差异相关，所以在第一光罩与第二光罩不改变的情况下，利用第四曝光参数进行曝光形成第五转移图案007的工艺中，充分考虑了由于光罩的差异而引起的第四转移图案006与第五转移图案007之间的对准误差，并进行有效补偿，从而可以有效改进由于光罩不同而引起的第四转移图案006与第五转移图案007之间的对准不符合对准规格的问题。综上，本发明对第四转移图案006与第五转移图案007之间的对准误差进行了有效补偿。

在工艺界，有不同的衡量对准误差是否满足对准规格的参数。比如，x方向的偏移量、y方向的偏移量、x方向与y方向的偏移量之和等。在本发明的一个实施例中，利用︱mean︱+3sigma（nm）来衡量对准误差是否满足对准规格。其中︱mean︱对应的是以同样曝光参数进行曝光处理的多批样品的对准偏移量的平均值的绝对值，sigma对应的是同一样品中各曝光点对准偏移量分布的离散情况。︱mean︱值和sigma值都可以由APC系统获得。一般而言，第四转移图案与衬底在x方向的︱mean︱+3sigma（nm）与y方向的︱mean︱+3sigma（nm）之和小于25nm则满足对准规格，第五转移图案与衬底在x方向的︱mean︱+3sigma（nm）与y方向的︱mean︱+3sigma（nm）之和小于25nm则满足对准规格，第四转移图案与第五转移图案在x方向的︱mean︱+3sigma（nm）与y方向的︱mean︱+3sigma（nm）之和小于15nm则满足对准规格。

在本发明的一个实施例中，第四转移图案与衬底在x方向的︱mean︱+3sigma（nm）与y方向的︱mean︱+3sigma（nm）之和是16.5nm，小于25nm，满足对准规格的要求；第五转移图案与衬底在x方向的︱mean︱+3sigma（nm）与y方向的︱mean︱+3sigma（nm）之和是18.1nm，小于25nm，满足对准规格的要求；第四转移图案与第五转移图案在x方向的︱mean︱+3sigma（nm）与y方向的︱mean︱+3sigma（nm）之和是10.2nm，小于15nm，满足对准规格的要求。

综上，采用本发明所提供的双层曝光补偿方法得到的产品满足对准规格的要求。

利用本发明所提供的双层曝光补偿方法，在根据第二光罩在包含第四转移图案的衬底表面形成第五转移图案时，充分考虑了由第一光罩和第二光罩的差异所引起的，第四转移图案与第五转移图案之间的对准误差，从而在设置曝光参数时，进行有效补偿，从而有效减小第四转移图案与第五转移图案之间的对准误差，满足对准规格的要求。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更换和修改，因此本发明的保护范围应当以权力要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种双层曝光补偿方法，其特征在于，包括：

提供衬底和目标图案，将目标图案分成第一目标图案和第二目标图案；

将所述第一目标图案和第二目标图案分别转移至第一光罩和第二光罩上；

获取第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值；

设置第二曝光参数，根据第二曝光参数和第一光罩在衬底表面形成第三转移图案，获得第三补偿参数；

根据第三补偿参数修正第二曝光参数，获得第三曝光参数；

根据第三曝光参数和第一光罩在衬底表面形成第四转移图案；

根据第三补偿参数、第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值，获得第四补偿参数；

根据第四补偿参数修正第二曝光参数，获得第四曝光参数；

根据第四曝光参数和第二光罩，在包含第四转移图案的衬底上形成第五转移图案，第四转移图案与第五转移图案合成目标图案。

2.依据权利要求1的双层曝光补偿方法，其特征在于，第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值仅与第一光罩、第二光罩的差异相关。

3.依据权利要求2的双层曝光补偿方法，其特征在于，所述第一光罩、第二光罩的差异包括第一光罩、第二光罩所选用材料、制作过程、制作工艺。

4.依据权利要求1的双层曝光补偿方法，其特征在于，所述获取第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值的步骤包括：

设置第一曝光参数，根据第一曝光参数和第一光罩获得第一补偿参数；

根据第一曝光参数和第二光罩获得第二补偿参数；

根据第一补偿参数和第二补偿参数获得第一光罩和第二光罩的对准误差补偿值。

5.依据权利要求4的双层曝光补偿方法，其特征在于，第一光罩和第二光罩之间的对准误差补偿值为第一补偿参数和第二补偿参数之差。

6.依据权利要求1的双层曝光补偿方法，其特征在于，第一目标图案、第二目标图案分别与第一光罩、第二光罩相对应。

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