CN102955379A - 一种补偿镜头畸变造成的套刻误差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差的方法。本发明的方法包括，制作基准光刻版版图；制作基准硅片；在需要补偿镜头畸变的光刻机上进行光刻；测量镜头畸变套刻误差；将镜头畸变套刻误差拟合为高阶多项式，绘出镜头畸变拟合曲线；利用镜头畸变拟合曲线对产品光刻版版图的图形位置进行重新计算、矫正和布图。本发明在现有传统光刻技术的基础上，基于光刻机镜头畸变的测量数据以及拟合曲线，对光刻版上的图形位置重新进行计算和矫正，从而对镜头畸变引起的硅片上的套刻误差进行补偿，提升光刻后的套刻精度。

Description

一种补偿镜头畸变造成的套刻误差的方法
技术领域
本发明涉及集成电路装备制造技术领域，特别涉及一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差的方法。 
背景技术
伴随着集成电路的关键尺寸越来越小，现有的光学光刻平台面临越来越多的挑战，光学光刻平台所面临的重要挑战之一是投影物镜的制造规格越来越高，制造技术越来越难。 
制造规格的提高是由于关键尺寸越来越小，导致工艺集成对光刻关键尺寸和套刻测量结果的控制精度要求越来越高。这些精度控制与光刻工艺技术及光刻机硬件指标密切相关。其中光刻机投影物镜的指标如像差、像散（Astigmatism）等与关键尺寸控制相关，畸变(Distortion)等对套刻精度控制有影响。 
镜头畸变，实际上是光学透镜由于非理想球面形态造成的透视失真，这种失真对于光刻的成像质量是非常不利的，会造成光刻版上的图形被投影到硅片上之后其位置发生改变。畸变是光学透镜的固有特性，即使光刻机投影物镜的光学设计以及用料考究，利用镜片组的优化设计、选用高质量的材料如氟化钙来制造镜片等方法可以使投影物镜的畸变降到很低的程度，但是完全消除畸变是不可能的，目前最高质量的镜头在极其严格的条件下测试，在镜头的不同位置也会产生不同程度的变形和失真。这些镜头的畸变带来的套刻误差会在套刻精度要求越来越高的情况下变得越来越大甚至造成套刻的失败。由于半导体产业界一直致力于延长光学光刻平台的寿命，因此双重图形化技术应运而生，它已成为目前业界32纳米及以下的主流解决方案。由于双重图形化技术对光刻的套刻精度要求极其严格，从而对光刻机镜头的畸变控制要求也极为严格。 
由此，既然畸变是光学透镜的固有特性，那么在镜头制造技术已经达到极限的状况下，将镜头技术规格提高少许都是极为困难的。如何通过其他辅助手段来补偿镜头畸变造成的套刻误差，提升光刻后的套刻精度，继续突破和延伸现有光学光刻平台使用寿命是半导体产业界所着力研究的问题。 
发明内容
本发明的主要目的为，针对上述问题，提供了一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差的方法，从而达到减小套刻误差，提高光刻精度的目的。 
为达到上述目的，本发明提供了一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差的方法，所述的方法包括如下步骤： 
步骤S01：制作基准光刻版版图； 
步骤S02：使用基准光刻机和所述的基准光刻版制作基准硅片；
步骤S03：利用所述的基准光刻版和所述的基准硅片在需要补偿镜头畸变的光刻机上进行光刻；
步骤S04：测量所述的需要补偿镜头畸变的光刻机与所述的基准光刻机之间的镜头畸变造成的套刻误差；
步骤S05：将所述的镜头畸变造成的套刻误差拟合为高阶多项式，绘出镜头畸变拟合曲线；
步骤S06：利用所述的镜头畸变拟合曲线对产品光刻版版图的图形位置进行重新计算、矫正和布图，从而对镜头畸变引起的硅片上的套刻误差进行补偿。
优选地，所述基准光刻版的包含多个预设的测量标记，所述测量标记沿X方向和Y方向呈阵列排布。 
优选地，所述的镜头畸变造成的套刻误差是通过测量所述需要补偿镜头畸变的光刻机与所述基准光刻机在曝光场内各所述测量标记处的套刻差异，再去除需要补偿镜头畸变的光刻机和基准光刻机的X、Y方向的步进误差后得到的。 
优选地，所述镜头畸变拟合曲线为高阶多项式，其表述的是曝光场中任意一个位置的X方向坐标与该位置所对应的套刻误差的关系。 
优选地，所述的镜头畸变拟合曲线中的X方向坐标对应的Y值为该X方向坐标对应的镜头畸变造成套刻误差。 
优选地，对所述产品光刻版版图的图形位置进行重新计算、矫正和布图，其方法为：首先，对所述产品光刻版版图进行分割得到分割单元，所述分割单元为多条宽度相同的竖条状或面积相同的块状；然后将每个所述分割单元对应的套刻误差的数值反补到该分割单元所在图形中的位置上；以此类推，对所述产品光刻版版图的图形位置进行重新矫正和布图。 
优选地，在对所述产品光刻版版图的图形位置重新计算、矫正和布图之后，通过进行设计规则检查，对分割单元之间不连续的位置或间隙处进行进一步修正，将不连续的分割单元重新连接完整，从而得到补偿后的产品光刻版版图图形。 
优选地，对所述产品光刻版版图的图形位置重新进行计算、矫正和布图时是借助计算软件来完成的。 
本发明提供了一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差的方法，在现有传统光刻技术的基础上，通过测量对光刻机镜头畸变的套刻误差以及计算出镜头畸变拟合曲线，对基准光刻版版图的图形位置重新进行计算、矫正和布图，从而对镜头畸变引起的套刻误差进行补偿，提升了光刻机的套刻精度，延长了光学平台使用寿命，为更加高精度的光刻技术提供了有利条件。 
附图说明
图1是补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差的方法的一个优选实施例的流程示意图 
图2是基准光刻版的版图俯视图
图3是两种在补偿前对产品光刻版版图进行拆分的方式
图4是镜头畸变造成的X方向的套刻误差与对应的X方向坐标的拟合曲线示例图（补偿前）；以及对镜头畸变造成的套刻误差进行补偿后的X方向的套刻误差与曝光场内对应的X方向坐标的拟合曲线示例图（补偿后）。其中X轴为曝光场内X方向的坐标，Y轴为套刻误差。
标号说明： 
21：套刻测量标记组
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。 
上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图1-4，对本发明的一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差的方法进一步的详细说明。 
请参阅图1，图1是本发明的一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差方法的一个较佳实施例的流程示意图。 
请参阅图1，如图所示，在本法明的该实施例中，一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差方法包括如下步骤： 
步骤S01：请参阅图2，图2是本发明在本实施例中的基准光刻版版图，本发明的基准光刻版版图可以是但不限于图2中所示图形。在本实施例的图2中所示的基准光刻版版图所述基准光刻版的包含多个预设的测量标记，所述测量标记沿X方向和Y方向呈阵列排布。
步骤S02：在基准光刻机上，以基准光刻版为模板，对基准硅片进行光刻工艺和刻蚀工艺，在基准硅片上得到基准光刻版版图图形。 
步骤S03：利用基准光刻版和基准硅片在需要补偿镜头畸变的光刻机上进行虚拟光刻。 
步骤S04：测量需要补偿镜头畸变的光刻机与基准光刻机之间的镜头畸变造成的套刻误差，包括的步骤为：通过测量所述需要补偿镜头畸变的光刻机与所述基准光刻机在曝光场内各所述测量标记处的套刻差异，再去除需要补偿镜头畸变的光刻机和基准光刻机的X、Y方向的步进误差后得到的。 
步骤S05：请参阅图4。首先，将计算软件功能整合到光学近似补偿软件中；然后，利用计算软件的功能，将镜头畸变造成的套刻误差拟合为高阶多项式，绘出补偿前拟合曲线。该补偿前拟合曲线反映的是曝光场中不同位置的测试图形的X方向的套刻误差与所处位置X方向坐标的关系。 
需要说明的是，请参阅图4，图4中的“补偿前”的曲线是镜头畸变造成的套刻误差与曝光场中X方向坐标的拟合曲线示例图。其中，X轴为曝光场中X方向的坐标，Y轴为镜头畸变套刻误差。“补偿前”的曲线上的每个点所对应的Y值相对于O值偏离较大。说明补偿前的镜头畸变套刻误差较大。 
步骤S06：利用补偿前拟合曲线对产品光刻版版图的图形位置进行重新计算、矫正和布图，得到补偿后的拟合曲线，包括的步骤为： 
（1）对产品光刻版版图进行分割，得到分割单元，请参阅图3。图3(a)和(b)是在补偿前对产品光刻版版图进行分割的方式。图3(a)是将产品光刻版版图分割为竖条状，图3(b)将产品光刻版版图分割为块状。这里，竖条状和块状均为分割单元。为便于理解和描述，在本实施例中，将产品光刻版版图分割为竖条状为例来进行解释说明，这不用于限制本发明的范围。请参阅图3(a)，每一个竖条状的宽度可以但不限于100nm。这种分割方法和分割的图形大小可以根据运算时间及版图规格等进行优化。其中，每一个竖条状对应于X方向的一个坐标，该X方向的坐标对应的Y坐标表示镜头畸变套刻误差。
（2）采用计算软件，利用镜头畸变拟合曲线的关系，将每个竖条对应的镜头畸变造成的套刻误差的数值反补到产品光刻版版图图形所在的竖条的位置。 
（3）依此类推，对整个产品光刻版版图的图形进行重新布图和矫正。 
需要说明的是，由于不同位置的补偿值不同，会造成在分割单元交接处形成间隙，这就需要对整个产品光刻版版图进行设计规则检查，对不连续的位置或间隙处进行进一步修正，将不连续的分割单元重新连接完整。 
（4）请参阅图4，使用经过重新布图和矫正之后的产品光刻版进行光刻工艺，可以测试得到该层曝光图形与前层（在基准光刻机进行的光刻工艺）的图形的套刻误差基本消除了光刻机镜头畸变造成的误差。图4表示了镜头畸变套刻误差进行补偿后的拟合曲线，最终完成对光刻机镜头畸变造成的套刻误差的补偿。 
需要说明的是，图4中的“补偿后”的曲线是对镜头畸变造成的套刻误差进行补偿后的拟合曲线示例图。“补偿后”的曲线上的Y值比补偿前的Y值明显减小，均接近0，说明补偿后的镜头畸变造成的套刻误差明显减小，接近于最优值0。使用补偿后的产品光刻版进行光刻工艺后的套刻误差抵消了光刻机镜头畸变的影响，提升了光刻机的套刻精度。 
虽然已公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会意识到，在不背离本发明权利要求书中公开范围的情况下，任何各种修改、添加和替换均属于本发明的保护范围。以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种补偿光刻机镜头畸变造成的套刻误差的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S01：制作基准光刻版版图； 
步骤S02：使用基准光刻机和所述的基准光刻版制作基准硅片；
步骤S03：利用所述的基准光刻版和所述的基准硅片在需要补偿镜头畸变的光刻机上进行光刻；
步骤S04：测量所述的需要补偿镜头畸变的光刻机与所述的基准光刻机之间的镜头畸变造成的套刻误差；
步骤S05：将所述的镜头畸变造成的套刻误差拟合为高阶多项式，绘出镜头畸变拟合曲线；
步骤S06：利用所述的镜头畸变拟合曲线对产品光刻版版图的图形位置进行重新计算、矫正和布图，从而对镜头畸变引起的硅片上的套刻误差进行补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准光刻版的包含多个预设的测量标记，所述测量标记沿X方向和Y方向呈阵列排布。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的镜头畸变造成的套刻误差是通过测量所述需要补偿镜头畸变的光刻机与所述基准光刻机在曝光场内各所述测量标记处的套刻差异，再去除需要补偿镜头畸变的光刻机和基准光刻机的X、Y方向的步进误差后得到的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镜头畸变拟合曲线为高阶多项式，其表述的是曝光场中任意一个位置的X方向坐标与该位置所对应的套刻误差的关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的镜头畸变拟合曲线中的X方向坐标对应的Y值为该X方向坐标对应的镜头畸变造成套刻误差。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述产品光刻版版图的图形位置进行重新计算、矫正和布图，其方法为：首先，对所述产品光刻版版图进行分割得到分割单元，所述分割单元为多条宽度相同的竖条状或面积相同的块状；然后将每个所述分割单元对应的套刻误差的数值反补到该分割单元所在图形中的位置上；以此类推，对所述产品光刻版版图的图形位置进行重新矫正和布图。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述产品光刻版版图的图形位置重新计算、矫正和布图之后，通过进行设计规则检查，对分割单元之间不连续的位置或间隙处进行进一步修正，将不连续的分割单元重新连接完整，从而得到补偿后的产品光刻版版图图形。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述产品光刻版版图的图形位置重新进行计算、矫正和布图时是借助计算软件来完成的。
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