CN103186052A

CN103186052A - 一种光刻参数优化方法

Info

Publication number: CN103186052A
Application number: CN2011104476367A
Authority: CN
Inventors: 黄玮
Original assignee: CSMC Technologies Corp
Current assignee: CSMC Technologies Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: CN103186052B

Abstract

一种光刻参数的优化方法，该方法通过对新产品在各个光刻设备群上第一次作业时，只需在任一光刻设备群上先行一次后，得到新的优化后的作业条件，将新的优化后的条件的各参数和参考值相减，得到一个差值，并将其和其它光刻设备群的初始条件相耦合，得到各自的新的优化后的作业条件，将其用于新产品在其它光刻设备群上的第一次作业，可以取消这些光刻设备群上的先行动作，从而加快产品的流通时间。

Description

一种光刻参数优化方法

技术领域

本发明涉及半导体领域的制程工艺，尤其涉及一种光刻工艺的参数优化方法。

背景技术

光刻工艺一般包括涂胶，曝光，显影。在现代化半导体生产中，对应于涂胶，曝光，显影的曝光设备和导轨设备是整合在一起的，一般称为一个设备群(cluster)。在光刻工艺过程中，一般有很多设备群(cluster)同时工作，一个产品的某一次光刻可以固定在一个cluster作业，也可以允许在多个cluster作业。鉴于产品交货的及时性，一般采用后一种方式作业，即产品的各个光刻层次可同时在各个cluster作业。光刻工艺过程结束后一般需进行定量的条宽测试和套刻测试。当条宽和套刻在规范内时，产品送入下工序继续作业，当条宽和套刻中任一参数超规范，产品需要返工。当有新产品时，一般会为其在各cluster设置一个初始作业条件，当新产品在各cluster第一次作业后，根据测试得到的条宽和套刻数据，将优化后的理论作业条件更新至各设备中，用于后续产品的作业。

新产品在各设备中的初始曝光条件一般不能保证第一次曝光后条宽和套刻在规范之内，因此整批产品往往会有超规范的现象，造成返工。整批产品的返工就是将已结束光刻作业的产品进行去胶处理，根据返工前的条宽和套刻数据确定新的合适的曝光条件，重新进行涂胶，显影，曝光。其缺点是返工增加了成本，并且不能及时结束光刻步骤的作业，会延迟产品交货，其潜在的风险是返工可能产生缺陷，导致最终成品率降低。

为减少整批产品返工的风险，还普遍采用做先行片的方法，即将每个光刻设备群中各批产品(母批)中先分出一片(子批)做光刻，测试子批条宽和套刻数据，然后计算理论的优化曝光条件，应用于母批作业。这虽然可以降低母批的返工风险，但还是会影响产品流通，造成交货延迟：子批先行时，母批不能作业，需等待子批结果，理论上流通时间增加一倍；子批先行后超规范，需要返工，其有两种方式，母批等待子批去胶后，两批和在一起作业，或母批待子批先行作业后，根据先行结果立即作业，子批单独返工，其延迟的流通时间都超过一倍以上。采用先行方式还有一个潜在的风险，当先行片采用默认条件作业后，其条宽和套刻规范可能在规范内，但偏离目标值，母批会采用优化后的条件曝光，因此子批和母批的条宽或套刻表现是不一致的，当该先行片在后续光刻再次被分出作为先行片，其套刻表现和母批是不一致的，当母批采用该先行片的优化条件作业后，可能导致套刻超规范。

因此有必要提出一种光刻参数的优化方法，使得在导入新产品时，能够避免上述问题的产生。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种光刻参数优化方法。该优化方法主要用于在导入新产品时，不必对每个光刻设备群都进行先行操作，就能得到每个光刻设备群针对该新产品所需的优化曝光条件。从而节省了大规模子批先行的步骤，加快了母批的生产实践。

根据本发明的目的提出的一种光刻参数优化方法，用于在新产品导入光刻工艺时，对该新产品的曝光条件进行优化，包括步骤：

提供多个光刻设备群，记录该每个光刻设备群各自在一量产产品上的成熟优化曝光条件；

以所述每个光刻设备群的成熟优化曝光条件为各对应光刻设备群的初始曝光参考条件；

任选上述多个光刻设备群中的一个，以该光刻设备群对一新产品进行光刻作业；

完成所述光刻作业后，根据测试得到的条宽和套刻数据，计算该新产品在该光刻设备群上所需的优化曝光条件；

根据所述该新产品在该光刻设备群上所需的优化曝光条件和初始曝光参考条件，计算两者的差值；

将所述差值与其它各光刻设备群的初始曝光参考条件相耦合，得到该新产品在各光刻设备群上的优化曝光条件。

优选的，所述曝光条件包括曝光能量和套刻补偿参数。

优选的，所述单个光刻设备群包括涂胶、曝光和显影设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的光刻参数优化方法的流程示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有的光刻工艺中，在导入新产品时，需要在每个光刻设备群(cluster)上做一个先行的动作，利用先行时得到的子批测试结果，调整每个cluster，得到一个比较优化的曝光条件。然而这种先行方式会存在以下的缺点：

第一，子批先行时，母批不能作业，需等待子批结果，理论上流通时间增加一倍；

第二，子批先行后超规范，需要返工，其有两种方式，母批等待子批去胶后，两批和在一起作业，或母批待子批先行作业后，根据先行结果立即作业，子批单独返工，两种方式延迟的流通时间都超过一倍以上。

另外，采用先行方式还有一个潜在的风险，当先行片采用默认条件作业后，其条宽和套刻规范可能在规范内，但偏离目标值，这时只需要优化曝光条件而不需要对子批进行返工，母批会采用优化后的条件曝光，因此子批和母批的条宽或套刻表现是不一致的，当该先行片在后续光刻再次被分出作为先行片，其套刻表现和母批是不一致的，当母批采用该先行片的优化条件作业后，可能导致套刻超规范。

在日常管理中，光刻的各个cluster是要采用基准圆片和工艺定期进行套刻和条宽的匹配的。但使用基准圆片和工艺匹配后的设备，并不能保证产品的曝光能量和套刻补偿值在各个cluster保持一致或相近，说明如下：

1.基准圆片上的对位标记一般是特制的，接近理想状态的，即标记是符合设备要求的理想台阶高度，且形貌角度也是呈90度。而实际产品的对位标记形貌受不同工艺流程影响而导致其在不同光刻cluster的套刻表现不一样。

2.对于条宽匹配，一般是选定某一种光刻胶在光片(bare silicon wafer)做，以保证各台设备的能量是匹配的。影响条宽是有多种因素的，如光刻机能量输出，导轨热板温度等，而实际产品的衬底和光刻胶种类与设备匹配时的工艺条件存在差异，光刻机能量输出，导轨热板温度等对条宽的影响也不一致，因此各个产品各个层次的曝光能量是有一定差异的。

3.虽然因产品工艺，衬底及标记形貌的影响，其曝光条件在各台设备还是稳定的，因此同一工艺平台的产品(除了光刻版外，其它都一致)，其在各个cluster上的条宽和套刻的变化趋势是一致的。如某一产品的某一层次在cluster-1上的曝光能量偏大时，在其它cluster上的也会相应偏大，且其变动范围类似。这也同样适用于套刻的各项补偿值。

4.各个产品的光刻版一般来自于不同的光刻版厂家，即使来自于同一厂家，不同产品的同一光刻层次会存在一些系统误差，如光刻版上条宽，光刻版套刻准精度等，导致各个层次的曝光条件存在差异。

根据上述分析，我们知道：

第一，由于每个cluster之间以及不同层次之间，曝光条件都是有差别的，而现有的方法中将每个cluster的初始曝光参考条件都设定为相同，因此每个cluster得到的优化曝光条件和初始曝光参考条件之间的补偿值是不同，需要对每个cluster都做先行的动作，这大大影响了母批的作业时间。

第二，虽然每个cluster之间的曝光条件存在差别，但是它们的变化趋势是一致的，如果能得到一个cluster的补偿值(即变化趋势)，那么就可以将该补偿值运用在其它cluster上。这样就可以在不用对所有cluster做先行测试的情况下，就能获得所有cluster的补偿值。

根据这个特征，我们提出了一种光刻参数的优化方法，该方法只需在一个cluster上做先行，就能使所有的cluster得到优化曝光条件，从而避免了大量子批在超规范的情况下，因返修而造成的时间延误和品质风险。

下面，将通过具体的实施方式对本发明做详细说明。

请参见图1，图1是本发明的光刻参数优化方法的流程示意图。如图所示，该光刻参数优化方法包括步骤：

S11：提供多个光刻设备群，记录该每个光刻设备群各自在一量产产品上的成熟优化曝光条件。所述的单个光刻设备群包括涂胶、曝光、显影等一系列设备，即光刻机和导轨组合在一起的光刻设备群。为了使一批产品能够快速的完成，往往启用多个光刻设备群同时作业。这些光刻设备群因存在机械精度以及模具上的差异，因此即使在操作同一种产品的同一层次的时候，也会有各自的优化曝光条件，这时将以往在这些设备群上作业过的批量的成熟量化产品的优化曝光条件记录下来，可以在以后有相同工艺、规格或者层次的新产品导入时，作为参考。比如需要为0.13um工艺下的新产品的有源层进行曝光时，就可以利用这些记录下来的已经为成熟产品的相同工艺和层次的优化曝光条件作为参考。

S12：以所述每个光刻设备群的成熟优化曝光条件为各对应光刻设备群的初始曝光参考条件。如步骤S11中所述的，由于不同的光刻设备群存在细微差异，所以各自的优化曝光条件也不同，选取每个光刻设备群上比较合适的成熟优化曝光条件，作为引入新产品时的初始曝光参考条件。这里的曝光条件主要包括曝光能量和套刻补偿参数。其中曝光能量决定了产品上曝光图形的精度，而套刻补偿参数则是在各个光刻设备群上使用基准原片完成条宽和套刻的匹配。因为在一个光刻设备群上的不同设备上作业时，比如产品涂胶完毕后转入曝光作业时，需要有一个对位的过程，这样才能在产品所需位置处刻蚀出相关的图形来，为了使不同的作业对位精度保持一致，因此需要设定每台设备的套刻补偿参数。

新产品在各个光刻设备群上的初始曝光参考条件来自于同一工艺平台的成熟量产品的优化曝光条件。所谓同一工艺平台指各个产品的工艺流程除了光刻版不一样外，其它所有都保持一致。量产产品的成熟优化曝光条件是指该产品使用此条件作业后，其条宽和套刻可以达到规范值或非常接近于规范值。

S13：任选上述多个光刻设备群中的一个，以该光刻设备群对一新产品进行光刻作业。与现有技术不同的是，本发明在初始曝光参考条件选定后，只需要多个光刻设备群中的一个，作为先行批次的测试样品。这样做的好处在于：虽然对于单个样品的先行测试同样存在时间上的延误，但是由于避免了大规模的先行批次，一旦先行的条宽和套刻参数达不到要求，就不存在对先行的子批做返工的动作，因此可以节省整体母批的作业时间。

S14：完成所述光刻作业后，根据测试得到的条宽和套刻数据，计算该新产品在该光刻设备群上所需的优化曝光条件。具体的优化过程，可以利用一计算机软件，将测试得到的条宽和套刻数据输入该软件自动计算得到，这里不做展开。

S15：根据所述该新产品在该光刻设备群上所需的优化曝光条件和初始曝光参考条件，计算两者的差值。这里的差值反应的就是光刻设备群上的误差变化趋势。

S16：将所述差值与其它各光刻设备群的初始曝光参考条件相耦合，得到该新产品在各光刻设备群上的优化曝光条件。由于每个光刻设备群设置的初始曝光参考条件是该光刻设备群比较优化的一组工作参数，已经将该光刻设备群本身所具有的一些机械误差和模具误差考虑在内，所以在引入新产品后，针对该新产品所做的参数上的补偿(或者说调整)，其变化趋势是一致的。因此在得到一个光刻设备群的补偿差值后，就可将所有光刻设备群都以该差值进行补偿，从而得到每个光刻设备群的优化曝光条件。

利用这些优化曝光条件便可对新产品母批进行大规模光刻作业。这样一来，其它各光刻设备群就能节省一道先行的作业，从而节省了母批作业的时间。

综上所述，本发明提出了一种光刻参数的优化方法，该方法通过对新产品在各个光刻设备群上第一次作业时，只需在任一光刻设备群上先行一次后，得到新的优化后的作业条件，将新的优化后的条件的各参数和参考值相减，得到一个差值，并将其和其它光刻设备群的初始条件相耦合，得到各自的新的优化后的作业条件，将其用于新产品在其它光刻设备群上的第一次作业，可以取消这些光刻设备群上的先行动作，从而加快产品的流通时间。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种光刻参数优化方法，用于在新产品导入光刻工艺时，对该新产品的曝光条件进行优化，其特征在于：所述优化方法包括步骤：

2.如权利要求1所述的光刻参数优化方法，其特征在于：所述曝光条件包括曝光能量和套刻补偿参数。

3.如权利要求1所述的光刻参数优化方法，其特征在于：所述单个光刻设备群包括涂胶、曝光和显影设备。