CN102566288B - 曝光方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种曝光方法，包括：提供第一批次晶片，该批次晶片被依次分为一个或多个部分；对所述第一批次晶片中的第一晶片进行曝光，得出该批次晶片曝光能量的基准值；根据预先存储的膜层的厚度，依次查询出各部分晶片对应的膜层厚度；根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值；按照各部分晶片的曝光能量修正值，依次对各部分晶片进行曝光。本发明通过预先设置曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，使曝光能量修正值的计算更加精确，从而使器件的CD满足目标CD的需求，避免了不必要的返工，缩短了产品的生产周期。

Description

曝光方法和系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种曝光方法和系统。

背景技术

随着超大规模集成电路(ULSI，Ultra Large Scale Integration)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细，对曝光效果的要求也越来越严格。对于目前0.16和0.18技术节点的光刻工艺来说，薄膜的厚度的波动会导致光刻曝光能力的极大波动，从而影响到器件CD(关键尺寸)，使得器件CD超出规格(简称OOS)或超出控制线(简称OOC)，从而造成不必要的返工，延长了器件的生产周期。

为了解决上述问题，现有技术中一般都采用手动更新曝光能量的方法来维护光刻过程曝光能量的稳定，但由于生产过程中产品太多，操作非常繁琐，增加了工作人员的工作量，同时也增加了产生错误的几率。下面以位于金属前介质层与有源区之间的氮化硅层(以下简称S-D-G SIN层)为例，对现有技术的方法进行详细说明。

在局部互连工艺中，形成金属前介质层之前，往往会在有源区表面上淀积一层氮化硅作为阻挡层，将有源区保护起来，避免后续掺杂的金属前介质层对有源区产生污染，这层氮化硅层的厚度在1625

左右，各批产品之间的氮化硅层厚度都会有一定的波动。

现有技术在进行光刻之前，都会先采用能量反馈系统自动收集并存储S-D-G SIN层的厚度，在光刻过程中按照以下步骤对每批次产品进行曝光。

步骤1：提供第一批次晶片，该批次晶片被依次分为多个部分，所述晶片包括S-D-G SIN层和金属前介质层；

步骤2：对所述第一批次晶片中的第一晶片进行曝光，得出该批次晶片曝光能量的基准值；

步骤3：根据预先存储的S-D-G SIN层的厚度，依次查询出各部分晶片S-D-G SIN层的厚度；

步骤4：根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对照表格，如下表所示，计算得出每部分晶片的曝光能量修正值；

表一  曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系

步骤5：按照各部分晶片的曝光能量修正值，依次对各部分晶片进行曝光，直至完成该批次晶片的曝光。

上述方法虽然在一定程度上能够调整光刻的曝光能量，但实际上，采用上述方式进行曝光之后的器件的CD仍然会出现误差，造成不必要的返工，延长了产品的生产周期。

发明内容

本发明实施例提供一种曝光方法和系统，避免了因曝光能量修正值的误差而导致的器件CD超出规格或超出控制线，从而缩短了产品的生产周期。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种曝光方法，包括：

提供第一批次晶片，该批次晶片被依次分为一个或多个部分；

对所述第一批次晶片中的第一晶片进行曝光，得出该批次晶片曝光能量的基准值；

根据预先存储的膜层的厚度，依次查询出各部分晶片对应的膜层厚度；

根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值；

按照各部分晶片的曝光能量修正值，依次对各部分晶片进行曝光。

优选的，所述曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式的设置过程为：

根据预先存储的曝光能量调整值与膜层厚度的对照关系表，对所述对照关系表进行线性模拟，并对模拟结果进行优化处理，使模拟结果与实际光刻结果相适配，得出所述对应关系表达式。

优选的，所述曝光能量的调整值为在不同的膜层厚度的情况下，使产品的CD满足目标CD的要求所需增加或减少的曝光能量。

优选的，所述曝光能量的修正值为在不同的膜层厚度的情况下，使产品的CD满足目标CD的要求的曝光能量。

优选的，所述曝光膜层为位于金属前介质层与有源区之间的阻挡层。

优选的，所述阻挡层材料为氮化硅和氮氧化硅中的至少一种。

优选的，所述曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式具体为：

阻挡层厚度小于或等于1590时，所述对应关系表达式为：y＝-0.02x+32.8；

阻挡层厚度大于1590

时，所述对应关系表达式为：y＝-0.05x+80.5；

其中，y表示曝光能量的调整值，x表示膜层厚度。

优选的，进行光刻之前，采用光刻设备的能量反馈系统收集并存储各批次的各个部分的膜层厚度。

本发明实施例还公开了一种曝光系统，包括：

查询单元，用于根据预先存储的膜层的厚度，依次查询出各部分晶片对应的膜层厚度；

计算单元，用于根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值；

控制单元，用于根据计算结果，控制各部分晶片依次按照各自部分的曝光能量修正值进行曝光。

优选的，该系统还包括：

存储单元，用于存储预先收集的各部分的膜层厚度、曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式、各批次晶片曝光能量的基准值和各部分晶片的曝光能量修正值中的至少一个。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例提供的曝光方法和系统，通过预先设置曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，使曝光能量修正值的计算更加精确，避免了现有技术中曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表的区间跨度过大带来的曝光能量修正值的计算误差，从而使器件的CD满足目标CD的需求，避免了不必要的返工，缩短了产品的生产周期。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例一公开的曝光方法的流程图；

图2为本发明实施例一公开的曝光能量调整值与S-D-G SIN层的厚度的对应关系曲线；

图3为本发明实施例一公开的曝光能量调整值与S-D-G SIN层的厚度的对应关系曲线；

图4为本发明实施例二公开的曝光系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

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，但是本发明还可以采用其他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例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，采用现有技术中的曝光方法，不仅工作量大，而且最后曝光后得出的器件CD往往会出现误差，发明人研究发现，出现上述问题的原因是预先存储的曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系中，S-D-G SIN层厚度的跨度过大，进而使得对曝光能量进行修正时，曝光能量调整值不够精确，导致曝光能量修正值不准确，从而导致曝光后器件CD的误差。

举例说来，从表一中可以看出S-D-G SIN层厚度区间的跨度为20

，在这种厚度跨度范围内，均认为使用相同的能量值，但实际上，对于某个跨度区间的首尾两个S-D-G SIN层厚度来说，其曝光能量是有差别的；并且，对于实际曝光能量几乎相同的S-D-G SIN层厚度来说，按照上述表格计算出的曝光能量修正值却大有不同，如1619

和1621

，这两个厚度曝光能量基本相同，但在上述表格中却位于两个区间，因此造成曝光能量的误差较大，进而影响到器件的CD。

实施例一

基于此，本实施例提供了一种曝光方法，该方法的流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：提供第一批次晶片，该批次晶片被依次分为一个或多个部分；

需要说明的是，曝光过程中的每批次晶片多被均匀的分为多个部分，以便于曝光过程的控制，避免因曝光过程的失误导致更多晶片需返工。每批次晶片的分割方式可与前层形成膜层的过程相结合，根据膜层厚度的特点对曝光过程的每批次晶片进行分割。

一般情况下，每批次晶片分割的结果都是每部分内的晶片的膜层厚度相近，或者每部分内的晶片膜层厚度所需的曝光能量基本相同，这样在加快生产速度的前提下，进一步减小了曝光误差。

当然，根据上述分割要求，每批次晶片可以平均分，也可以不平均分，只要分割后的每部分晶片满足上述要求即可。另外，每批次晶片分为几个部分也可根据实际情况而定，这里不再赘述。

步骤S102：对所述第一批次晶片中的第一晶片进行曝光，得出该批次晶片曝光能量的基准值；

其中，得出所述曝光能量基准值的过程可为，采用经验值对第一批次的第一晶片进行试验性曝光，之后根据曝光后的器件CD与目标CD的差值情况，适当调整曝光能量，使曝光后的器件CD与目标CD的差值在误差范围内，最终调整后的曝光能量，即为该批次晶片最优的曝光能量，也就是该批次晶片的曝光能量基准值。

一般情况下，每批次晶片的曝光能量相差不大，各部分晶片曝光能量的调整范围均在预设的曝光能量调整范围之内，因此对于每一批次晶片，只需得出一个曝光能量基准值即可。当然，如果为了使曝光能量更加精确，还可以对每批次晶片中的各部分晶片的第一晶片进行曝光，得出各部分晶片曝光能量的基准值，但是考虑到生产速度，一般选用前者即可，即每批次晶片只需一个曝光能量基准值。

步骤S103：根据预先存储的膜层的厚度，依次查询出各部分晶片对应的膜层厚度；

需要说明的是，在形成所述膜层之后，进行光刻之前，均会采用光刻设备的能量反馈系统收集并存储各批次的各个部分的膜层厚度，以便于后续曝光过程中，查询各部分晶片对应的膜层厚度。

步骤S104：根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值；

其中，所述曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式的设置过程为：

根据预先存储的曝光能量调整值与膜层厚度的对照关系表，对所述对照关系表进行线性模拟，并对模拟结果进行优化处理，使模拟结果与实际光刻结果相适配，得出所述对应关系表达式。

该过程中，只需采用相应的模拟软件，根据现有技术中使用的曝光能量调整值与膜层厚度的对照关系表，得出曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系曲线，之后采用历史数据对所述对应关系曲线进行相应的调整，使其与实际光刻结果相适配即可，之后根据该对应关系曲线得出所述对应关系表达式。

除了上述方法，还可以将历史曝光能量或曝光能量调整值、对应的膜层厚度以及对应的实际光刻结果数据进行模拟，得出曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系曲线，之后采用历史数据对所述对应关系曲线进行相应的调整，使其与实际光刻结果相适配即可，之后根据该对应关系曲线得出所述对应关系表达式。

需要说明的是，本实施例中所述曝光能量的调整值为，在不同的膜层厚度的情况下，使产品的CD满足目标CD的要求所需增加或减少的曝光能量。所述曝光能量的修正值为在不同的膜层厚度的情况下，使产品的CD满足目标CD的要求的曝光能量，即根据所述对应关系表达式，计算得出各部分膜层厚度对应的曝光能量调整值，之后采用曝光能量调整值对曝光能量基准值进行增加或减少相应数值之后得到的曝光能量。

步骤S105：按照各部分晶片的曝光能量修正值，依次对各部分晶片进行曝光。

该步骤可采用计算机系统直接根据计算出的曝光能量修正值，自动调整曝光设备，进而避免了因人为操作带来的失误。

实际的生产过程为每批次晶片的各部分晶片依次进行曝光，即第一部分曝光完成之后，再进行第二部分的曝光，本实施例对曝光能量的修正过程也是如此，即第一部分晶片进行曝光时，先对第一部分的第一晶片进行曝光，将该晶片最佳的曝光能量作为该批次晶片的曝光能量基准值，之后根据第一部分晶片的膜层厚度，利用所述对应关系表达式计算出该膜层厚度对应的曝光能量的调整值，进而得出第一部分的曝光能量修正值，采用计算出的第一部分的曝光能量修正值对第一部分剩余晶片进行曝光；

第一部分晶片曝光完成后，再进行第二部分晶片的曝光，进行第二部分的曝光时，也以第一部分第一晶片的曝光能量作为第二部分的曝光能量基准值，之后根据第二部分的膜层厚度，利用所述对应关系表达式计算出该膜层厚度对应的曝光能量调整值，进而得出第二部分曝光能量的修正值，采用计算出的第二部分的曝光能量修正值对第二部分所要晶片进行曝光，采用上述方法依次循环，依次对各个批次的晶片进行曝光。

本发明实施例公开的曝光方法，通过预先设置曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，使曝光能量修正值的计算更加精确，最大程度上减小了因膜层厚度区间分布不合理带来的曝光能量的计算误差，增加了预测的曝光能量的合理性和准确性，从而使器件的CD满足目标CD的需求，避免了不必要的返工，缩短了产品的生产周期。

同时，由于本发明实施例中是由计算机系统自动计算出的曝光能量修正值，并且可以根据曝光能量的修正值，自动调整曝光设备，既节省了操作时间，也避免了人为调整曝光能量而带来的误差，进一步的提高了曝光过程的准确性，缩短了产品的生产周期。

本发明实施例中所述的曝光方法，可以应用于多种膜层的光刻过程中，如有源区的光刻过程、通孔的光刻过程、金属层的光刻过程等，只要各膜层的光刻过程均会因膜层厚度的不同，而需调整曝光能量即可，下面以金属前介质层和有源区之间的阻挡层的光刻过程为例，对本实施例的曝光方法进行详细说明。

步骤1：提供第一批次晶片，该批次晶片被依次分为多个部分，所述晶片包括阻挡层和金属前介质层，所述阻挡层材料为氮化硅和氮氧化硅中的至少一种，本实施例仅以S-D-G SIN层为例进行说明；

步骤2：对所述第一批次晶片中的第一晶片进行曝光，得出该批次晶片曝光能量的基准值；

步骤3：根据预先存储的S-D-G SIN层的厚度，依次查询出各部分晶片S-D-G SIN层的厚度；

步骤4：根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值；

本实施例中，对预先存储的曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系表进行线性模拟后的得到曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系曲线，如图2和图3所示，根据S-D-G SIN层厚度分布区间以及能量大小关系，并结合实际曝光后器件CD的变化特点，将曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系按照S-D-G SIN层厚度分为两个范围，一是S-D-G SIN层厚度小于或等于1590

的情况，这种情况的关系曲线如图2所示，图2的对应关系曲线根据表二的对应关系表进行线性模拟得出；

表二  曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系表

二是大于1590

的情况，这种情况的关系曲线如图3所示，图3的对应关系曲线根据表三的对应关系表进行线性模拟得出；

表三  曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系表

从图中可以看出，两个关系曲线均表现为线性关系，根据图2和图3的对应关系曲线，得出曝光能量调整值与S-D-G SIN层厚度的对应关系表达式；

S-D-G SIN层厚度小于或等于1590时，所述对应关系表达式为：y＝-0.02x+32.8；

S-D-G SIN层厚度大于1590时，所述对应关系表达式为：y＝-0.05x+80.5；

其中，y表示曝光能量的调整值，x表示膜层厚度。

之后根据上述对应关系表达式以及S-D-G SIN层厚度，计算得出曝光能量的修正值，计算过程可在设备的能量反馈系统的后台进行。

以实际曝光过程中的两部分晶片为例，得到下表：

表四  生产过程中对本发明实施例的应用结果举例

其中，S-D-G SIN层厚度1637.48和1616.23

均为预先存储中系统中的不同部分的S-D-G SIN层厚度，S-D-G SIN层厚度为1637.48

的晶片计算得到的曝光能量调整值为：-1.37＝-0.05*1637.48+80.5；曝光能量修正值为：24.7-1.37＝23.33mj/cm²；

S-D-G SIN层厚度为1616.23

的晶片计算得到的曝光能量调整值为：1.07＝-0.02*1586.59+32.8；曝光能量修正值为：26.46+1.07＝27.53mj/cm²。

步骤5：有计算机系统自动控制曝光设备，使其按照各部分晶片的曝光能量修正值，依次对各部分晶片进行曝光。

需要说明的是，根据不同的优化过程得出的对应关系曲线可能不同，从而使最终得出的对应关系表达式也会有些许不同，但是不同优化方式得出的对应关系表达式的计算结果均在误差允许的范围之内，本发明实施例仅以上述对应关系表达式为例进行说明，但并不仅限于此。

实施例二

与方法实施例相对应，本实施例公开了一种曝光系统，该系统的结构图如图5所示，该系统包括：

查询单元11，用于根据预先存储的膜层的厚度，依次查询出各部分晶片对应的膜层厚度；

计算单元12，用于根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值；

控制单元13，用于根据计算结果，控制各部分晶片依次按照各自部分的曝光能量修正值进行曝光。

另外，该系统还包括：

存储单元14，用于存储预先收集的各部分的膜层厚度、曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式、各批次晶片曝光能量的基准值和各部分晶片的曝光能量修正值中的至少一个。

需要说明的是，本说明书中实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种曝光方法，其特征在于，包括：

提供第一批次晶片，该批次晶片被依次分为一个或多个部分；

对所述第一批次晶片中的第一晶片进行曝光，得出该批次晶片曝光能量的基准值；

根据预先存储的膜层的厚度，依次查询出各部分晶片对应的膜层厚度；

根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值；

按照各部分晶片的曝光能量修正值，依次对各部分晶片进行曝光。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式的设置过程为：

根据预先存储的曝光能量调整值与膜层厚度的对照关系表，对所述对照关系表进行线性模拟，并对模拟结果进行优化处理，使模拟结果与实际光刻结果相适配，得出所述对应关系表达式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述曝光能量的调整值为在不同的膜层厚度的情况下，使产品的CD满足目标CD的要求所需增加或减少的曝光能量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述曝光能量的修正值为在不同的膜层厚度的情况下，使产品的CD满足目标CD的要求的曝光能量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曝光膜层为位于金属前介质层与有源区之间的阻挡层。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述阻挡层材料为氮化硅和氮氧化硅中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式具体为：

阻挡层厚度小于或等于

时，所述对应关系表达式为：y=-0.02x+32.8；

阻挡层厚度大于

时，所述对应关系表达式为：y=-0.05x+80.5；

其中，y表示曝光能量的调整值，x表示膜层厚度。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，进行光刻之前，采用光刻设备的能量反馈系统收集并存储各批次的各个部分的膜层厚度。

9.一种曝光系统，其特征在于，包括：

查询单元，用于根据预先存储的膜层的厚度，依次查询出各部分晶片对应的膜层厚度；

计算单元，用于根据该批次晶片曝光能量的基准值，以及预设的曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值，即根据预设的曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式，计算得出各部分膜层厚度对应的曝光能量调整值，再采用所述曝光能量调整值对该批次晶片曝光能量基准值进行增加或减少相应数值之后，计算得出各部分晶片的曝光能量修正值；

控制单元，用于根据计算结果，控制各部分晶片依次按照各自部分的曝光能量修正值进行曝光。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：

存储单元，用于存储预先收集的各部分的膜层厚度、曝光能量调整值与膜层厚度的对应关系表达式、各批次晶片曝光能量的基准值和各部分晶片的曝光能量修正值中的至少一个。

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