CN102967996A - 一种改善光刻机对准精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种改善光刻机对准精度的方法。本发明提出一种改善光刻机对准精度的方法，通过在芯片完成光阻旋涂、烘烤工艺后，对准曝光工艺前，于该芯片上旋涂一层水溶性物质，以用来改变光对准工艺中整个介质的折射率，进而利用介质折射率的变化来调节对准光路的光程差，增强对准干涉光的强度，提高对准信号的信噪比，有效提高光刻对准的精度，提高产品的良率，降低生产成本。

Description

一种改善光刻机对准精度的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种改善光刻机对准精度的方法。

背景技术

随着半导体芯片的集成度不断提高，集成电路设计从晶体管的集成发展到逻辑门的集成，现在又发展到IP的集成，使得芯片的集成度越来越高，而芯片上的电路分布也就越来越密集，相应的就要求芯片制备工艺的精准度越来越高，尤其是对作为半导体制造领域中关键工艺步骤的光刻工艺的要求也愈加苛刻。

现有技术中，进行光刻工艺时，光刻机的对准作业一般是在空气中或光阻中进行，光刻机的对准精度主要是由对准信号的强度决定，对准信号越强，则光刻机的对准精度就越高。

图1是本发明背景技术中覆盖有光阻的芯片进行光对准作业时的结构示意图；图2是本发明背景技术中对准信号强度（intensity）与对准标记段差（markerdepth）之间的关系示意图，横轴表示对准标记段差的值，单位为祄，纵轴表示对准信号的比值；如图1-2所示，对准光线1照射到进行光刻工艺的芯片上时穿透光阻2至芯片3的上表面，并被该芯片3的上表面反射，由于光线的最强信号相干发生在光线波长的

处，所以可得公式①且d′=xd；其中，λ为对准光的波长，n为光阻折射率，d为对准标记段差，x为光阻平坦因子；一般的光阻平坦因子x=0.5，即d′=0.5d，代入公式①中得到公式②

当采用的对准光波长λ=632.8nm，光阻折射率n=1.65时，由公式②计算可知d=120nm；即如图2所示，在波长为632.8nm的对准光源下，光阻折射率为1.65，光阻平坦因子为0.5，对准标记段差d的值为120nm（0.12祄）时，对准信号强度最强（达到1），光刻机的对准精度最精准，所以120nm为对准标记段差d的最优值，而在d的最优值两侧的对准标记（mark）段差的值的光信号强度随着原来该最优值而逐渐降低，相应的精度也在对应降低，即与最优值d=120nm之间差值的绝对值越大，则对准标记段差的光信号强度就越低，相应的该点的对准精度也就越低。

然而，由于芯片的集成度不断提高，光刻工艺要求精准的对准标记段差的值越来越小，而影响对准标记段差d的各个因素很难进行优化，当需要提高小于对准标记段差的最优值（如图所示最优值d为120nm）以下的精度时，现有光刻工艺就无法提高小于对准标记段差最优值的光信号强度，致使光对准精度的降低，造成产品良率的降低，增大了生产成本。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明揭示了一种改善光刻机对准精度的方法（A newmethod of improving scanner alignment accuracy），主要是通过在进行光对准作业芯片的光阻上旋涂水溶性物质来改变整个介质折射率的工艺。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种改善光刻机对准精度的方法，其中，

于芯片上旋涂光阻；

曝光前烘烤；

于所述光阻的上表面旋涂水溶性物质；

光刻机激光干涉对准后，进行曝光、烘烤和显影工艺；

套刻精度测算。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，所述旋涂水溶性物质后，先进行高温烘烤，再进行光刻机激光干涉对准工艺。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，所述显影工艺后，先进行对准进度结果计算，再进行套刻精度测算。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，所述光刻机为扫描式光刻机或步进式光刻机。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，所述曝光的光源的波长为365nm、248nm或0-193nm。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，所述干涉对准工艺中的干涉光波长为0-633nm。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，所述水溶性物质为可与光阻匹配的且能溶于显影液的液体。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，所述水溶性物质包括构成顶部抗反射涂层的材质。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，所述芯片为当层曝光的光阻图形为对准标记的芯片或前层图形为对准标记的芯片。

上述的改善光刻机对准精度的方法，其中，当芯片为当层曝光的光阻图形为对准标记的芯片时，在曝光前烘烤工艺后，先依次进行曝光、曝光后烘烤工艺，再进行旋涂水溶性物质工艺；

当芯片为前层图形为对准标记的芯片，在旋涂光阻工艺前，先进行前层被对准标记生成工艺。

综上所述，本发明一种改善光刻机对准精度的方法，通过在芯片完成光阻旋涂、烘烤工艺后，对准曝光工艺前，于该芯片上旋涂一层水溶性物质，以用来改变光对准工艺中整个介质的折射率，进而利用介质折射率的变化来调节对准光路的光程差，增强对准干涉光的强度，提高对准信号的信噪比，有效提高光刻对准的精度。

附图说明

图1是本发明背景技术中覆盖有光阻的芯片进行光对准作业时的结构示意图；

图2是本发明背景技术中对准信号强度（intensity）与对准标记段差（markerdepth）之间的关系示意图，横轴表示对准标记段差的值，单位为祄，纵轴表示对准信号的强度值；

图3是本发明改善光刻机对准精度的方法的实施例一中旋涂有水溶性物质的芯片进行光对准作业时的结构示意图；

图4是本发明改善光刻机对准精度的方法的实施例二中旋涂有水溶性物质的芯片进行光对准作业时的结构示意图；

图5是本发明改善光刻机对准精度的方法的实施例中对准信号强度与对准标记段差之间的关系示意图，横轴表示对准标记段差的值，单位为祄，纵轴表示对准信号的强度值。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

实施例一：

图3是本发明改善光刻机对准精度的方法的实施例一中旋涂有水溶性物质的芯片进行光对准作业时的结构示意图；如图3所示，当芯片6为当层曝光的光阻图形为对准标记的芯片时，即光片（空白的硅片），且该芯片的尺寸不限；首先，在TRACK机台（即涂胶显影机）上先对该芯片6的上表面旋涂光阻2，且该TRACK机台可与光刻机直接相连，也可以分离单独作业；其次，在温度小于等于200℃的前提下，进行曝光前烘烤工艺，以去除光阻2上的溶剂及固胶定型；在依次进行曝光、曝光后烘烤工艺之后，再在TRACK机台（即涂胶显影机）上于光阻2上旋涂水溶性物质4，同样该TRACK机台可与光刻机直接相连，也可以分离单独作业，以改变整个介质的折射率；之后，根据工艺需求，在温度小于等于200℃的前提下，可进行高温烘烤工艺，以固化旋涂的水溶性物质4；然后，依次进行光刻机激光干涉对准、第二次曝光、烘烤及显影工艺，且干涉对准工艺中的干涉光对准光源波长一般不限定，优选的，该对准光源的波长小于等于633nm；根据工艺需求，可由光刻机对准后所计算的残值或3sigma来表征的对准精度结果；最后，采用overlay机台进行量测，以进行套刻精度测量，且套刻标记式样不限；其中，水溶性物质为可与光阻匹配的且能溶于显影液的液体如构成顶部抗反射涂层（Top Anti-Reflectivity Coating，简称TARC）的材质等，介质是指对准光路从空气到芯片对准标记间的物质。

进一步的，光刻机为扫描式光刻机或步进式光刻机，且曝光工艺中的曝光光源的波长为365nm、248nm或（0-193）nm等。

实施例二：

图4是本发明改善光刻机对准精度的方法的实施例二中旋涂有水溶性物质的芯片进行光对准作业时的结构示意图；如图4所示，当芯片5为前层图形为对准标记的芯片时，且该芯片的尺寸不限；首先，在进行前层被对准标记生成工艺后，在TRACK机台（即涂胶显影机）上先对该芯片5的上表面旋涂光阻2，且该TRACK机台可与光刻机直接相连，也可以分离单独作业；其次，在温度小于等于200℃的前提下，进行曝光前烘烤工艺，以去除光阻2上的溶剂及固胶定型；然后，在TRACK机台（即涂胶显影机）上于光阻2上旋涂水溶性物质4，同样该TRACK机台可与光刻机直接相连，也可以分离单独作业，以改变整个介质的折射率；之后，根据工艺需求，在温度小于等于200℃的前提下，可进行高温烘烤工艺，以固化旋涂的水溶性物质4；然后，依次进行光刻机激光干涉对准、曝光、烘烤及显影工艺，且干涉对准工艺中的干涉光对准光源波长一般不限定，优选的，该对准光源的波长小于等于633nm；根据工艺需求，可由光刻机对准后所计算的残值或3sigma来表征的对准精度结果；最后，采用overlay机台进行量测，以进行套刻精度测量，且套刻标记式样不限。

其中，水溶性物质为可与光阻匹配的且能溶于显影液的液体如构成顶部抗反射涂层（Top Anti-Reflectivity Coating，简称TARC）的材质等，介质是指对准光路从空气到芯片对准标记间的物质；前层被对准标记可以是指在光刻前就已存在的对准标记，包括由扩散、薄膜、刻蚀或光刻等工艺所形成的标记等，且对准标记的式样不限。

进一步的，光刻机为扫描式光刻机或步进式光刻机，且曝光工艺中的曝光光源的波长为365nm、248nm或（0-193）nm等。

图5是本发明改善光刻机对准精度的方法的实施例中对准信号强度与对准标记段差之间的关系示意图，横轴表示对准标记段差的值，单位为祄，纵轴表示对准信号的强度值；在实施例一、二的基础上，如图3-5所示，对准光线1照射到进行光刻工艺的芯片上时，依次穿透水溶性物质4、光阻2至芯片5或6的上表面，并被上表面反射，同样根据光线的最强信号相干发生在光线1的波长的

处，所以可得公式③

且d′=xd₁，D=yd′；其中，λ为对准光的波长，n为光阻折射率，d₁为对准标记段差，x为光阻平坦因子，y为水溶性物质平坦因子，X为光线1在水溶性物质中的折射率（X＞1）；一般的光阻平坦因子x=0.5，且y小于等于x的值，在此设定y=0.5，即d′0.5d₁，D=0.25d₁，代入公式③中得到准标记段差的值的公式④

又因为在光阻上不旋涂光阻时，相同的条件下（参见背景技术中公式②的推导部分），准标记段差的值的公式为公式②

且X＞1，所以可得

即d＞d₁；当采用的对准光波长λ=632.8nm，光阻折射率n=1.65时，X=3.61时，由公式④计算可知d=80nm，即得到如图5中所示的，本发明实施例中光阻上旋涂水溶性物质时，得到的对准信号强度与对准标记段差之间的关系曲线b，而曲线a则为现有技术中光阻上没有旋涂水溶性物质时，得到的对准信号强度与对准标记段差之间的关系曲线（参见图2所示）；所以，在相同的条件下（光线、平坦因子、光阻折射率等），通过在光阻上旋涂水溶性物质，将对准标记段差的最优值，从120nm提高到80nm，相应的也就提高了在对准标记段差小于最优值的光照强度，如图5中所示，在对追标记差为0.04祄时，本发明相对于现有技术，将光照强度从0.25提高至0.8附近，从而实现在其他条件相对不变的条件下，通过在光阻上旋涂水溶性物质，以改变整个光线介质的折射率，进而调整对准光路的光程差，大大提高了小对准标段差值时对准干涉光的强度，增大对准信号的信噪比，有效改善了光刻对准的精度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明实施例提出一种改善光刻机对准精度的方法，通过在芯片完成光阻旋涂、烘烤工艺后，对准曝光工艺前，于该芯片上旋涂一层水溶性物质，以用来改变光对准工艺中整个介质的折射率，进而利用介质折射率的变化来调节对准光路的光程差，增强对准干涉光的强度，提高对准信号的信噪比，有效提高光刻对准的精度，提高产品的良率，降低生产成本。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种改善光刻机对准精度的方法，其特征在于， 

于芯片上旋涂光阻；

曝光前烘烤；

于所述光阻的上表面旋涂水溶性物质；

光刻机激光干涉对准后，进行曝光、烘烤和显影工艺；

套刻精度测算。

2.根据权利要求1所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，所述旋涂水溶性物质后，先进行高温烘烤，再进行光刻机激光干涉对准工艺。

3.根据权利要求1所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，所述显影工艺后，先进行对准进度结果计算，再进行套刻精度测算。

4.根据权利要求1所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，所述光刻机为扫描式光刻机或步进式光刻机。

5.根据权利要求1所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，所述曝光的光源的波长为365nm、248nm或0-193nm。

6.根据权利要求1所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，所述干涉对准工艺中的干涉光波长为0-633nm。

7.根据权利要求1所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，所述水溶性物质为可与光阻匹配的且能溶于显影液的液体。

8.根据权利要求7所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，所述水溶性物质包括构成顶部抗反射涂层的材质。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，所述芯片为当层曝光的光阻图形为对准标记的芯片或前层图形为对准标记的芯片。

10.根据权利要求9所述的改善光刻机对准精度的方法，其特征在于，当芯片为当层曝光的光阻图形为对准标记的芯片时，在曝光前烘烤工艺后，先依次进行曝光、曝光后烘烤工艺，再进行旋涂水溶性物质工艺；

当芯片为前层图形为对准标记的芯片，在旋涂光阻工艺前，先进行前层被对准标记生成工艺。

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