CN105319859B - 提高光刻机可用焦深的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种提高光刻机可用焦深的方法。本方法通过配置仿真工艺环境，确定符合误差要求的正面曝光剂量范围以及背面曝光剂量范围，然后对所述正面曝光剂量和背面曝光剂量的范围进行优化，获得正面曝光剂量和背面曝光剂量的最佳组合。采用本发明的提高光刻机可用焦深的方法可以有效增大可用焦深，达到提高基底上图形均匀性，减少色差的效果。

Description

提高光刻机可用焦深的方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，特别是涉及一种用于投影式光刻机的提高可用焦深的方法。

背景技术

目前，LED行业的高速发展，缘于半导体照明技术的进步满足对高亮度照明需求的必然结果。美国公布的LED照明路线图显示自2012年开始，LED照明从运行成本上优于传统的荧光灯照明，2020年从采购成本加上运行成本的综合成本全面优于传统照明方式，从而拉开人类照明文明史的新纪元。

结合这一趋势，图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)工艺由于投资规模适中、人工需求少、科技附加值高、实施周期短(筹建到达产<1年)的缘故，PSS工艺已经成为特别适合传统行业，或LED企业向高科技、高端领域转型的必要手段之一。

在PSS工艺中，焦面控制的要求非常高。在可用焦深(Useful Depth Of Focus，UDOF)不够的情况下，光刻系统焦面控制误差导致的离焦量会造成基底上图形的一致性超出可接收范围，宏观效果显示为在相同光照条件下，基底上不同图形的区域明暗程度不同，形成肉眼可观测到的色差(Color Difference)。色差用肉眼非常容易观测，是判断光刻产出是否合格的主要标准。同时色差对光刻胶图形的一致性极为敏感，非常小的CD(criticaldimension,特征尺寸)变化就可导致肉眼可观测的色差，由此导致对各种工艺参数控制，尤其是焦面控制的要求非常高。

因此，如何在可用焦深不够的情况下，获得更加的效果，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种提高光刻机可用焦深的方法，以减少甚至避免现有技术容易产生色差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种提高光刻机可用焦深的方法，在透光的基底上进行光刻工艺，包括：

步骤一、配置仿真工艺环境，包括：标定所用光刻胶参数，将标定的光刻胶参数输入光刻仿真软件；输入掩模图形信息；输入光刻设备参数；设定不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量，得到不同剂量下的曝光图形；

步骤二、确定符合误差要求的正面曝光剂量范围以及背面曝光剂量范围；

步骤三、均匀选取符合误差要求的正面曝光剂量和背面曝光剂量组合，在不同焦面位置下曝光并显影；

步骤四、测量显影后得到的CD值，依据焦面顶部位置、底部位置及中部位置画出顶部CD，底部CD以及中部CD随焦面变化的曲线；

步骤五、拟合顶部CD曲线和底部CD曲线，根据要求的CDU计算焦深；

步骤六、如果计算所得焦深非最大可用焦深，则需对正面曝光剂量和背面曝光剂量组合进行优化，即进入步骤七；如果计算所得焦深为最大可用焦深，则进入步骤八；

步骤七、对正面曝光剂量和背面曝光剂量组合进行优化，通过观察顶部CD曲线和底部CD曲线以确定剂量优化方向，优化完成后重复步骤三至步骤六；

步骤八、确认最大可用焦深的最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合；

步骤九、以只有正面曝光的正常剂量，以及包括和最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行变焦面蛇形路径曝光，测量CD并拟合CD随焦面位置变化曲线，计算焦深，确认最优正面曝光剂量和背面曝光剂量组合可以增加可用焦深；

步骤十、以只有正面曝光的正常剂量，以及包括最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行全片曝光，确认最优正面曝光剂量和背面曝光剂量组合对色差的减弱效果。

可选的，对于所述的提高光刻机可用焦深的方法，所述步骤一中标定所用光刻胶参数时，包括对背面曝光流程进行参数标定，使得仿真CD与测量CD之差的绝对值小于第一CD误差要求；以及使得仿真SWA与测量SWA之差的绝对值小于SWA误差要求。

可选的，对于所述的提高光刻机可用焦深的方法，所述第一CD误差要求为0.1μm～10000μm，所述SWA误差要求为0.1°～90°。

可选的，对于所述的提高光刻机可用焦深的方法，所述步骤二、确定符合误差要求的正面曝光剂量范围以及背面曝光剂量范围为通过对正面曝光剂量和背面曝光剂量进行调整，使得仿真CD与目标CD之差的绝对值小于第二CD误差要求；

可选的，对于所述的提高光刻机可用焦深的方法，所述目标CD为2μm～100μm，第二CD误差要求为a×目标CD，a为0.1％～100％。

可选的，对于所述的提高光刻机可用焦深的方法，所述步骤三中在不同焦面位置下曝光并显影包括：

进行变焦面正面曝光，进行均匀背面曝光，以及进行显影。

可选的，对于所述的提高光刻机可用焦深的方法，所述所述步骤七、观察顶部CD曲线和底部CD曲线以确定剂量优化方向包括：

第一步、减小正面曝光剂量使顶部CD曲线平缓，焦深增大；

第二步、出现顶部CD大于底部CD的底部过曝现象时减少背面曝光剂量；

第三步、顶部CD曲线和底部CD曲线尽可能接近；

第四步、顶部CD曲线与底部CD曲线将中部CD曲线夹在中间。

与现有技术相比，本发明提供的提高光刻机可用焦深的方法中，包括建立背面曝光流程，然后对所述正面曝光剂量和背面曝光剂量的范围进行优化。相比现有技术，本发明通过协调优化正面曝光剂量和背面曝光剂量，可以有效增大可用焦深，达到提高基底上图形均匀性，减少色差的效果，此外本发明的方法对光刻胶图形的侧壁陡度也能够产生有效的改进，提升工艺质量。

附图说明

图1为本发明实施例的提高光刻机可用焦深的方法的流程图；

图2为本发明一实施例中蛇形曝光路径的示意图；

图3为本发明一实施例中提高光刻机可用焦深的方法中拟合曲线的示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的提高光刻机可用焦深的方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想是，考虑到在焦面控制水平一定的情况下，增大可用焦深可以冲抵焦面控制的不足，提高光刻胶图形的一致性，消除色差。于是通过协调优化在可透光基底正面有掩模图形曝光的剂量和在基底背面均匀曝光的剂量，达到提高基底上图形均匀性，减少色差的效果。

以下列举所述提高光刻机可用焦深的方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

基于上述思想，下面提供提高光刻机可用焦深的方法的较优实施例，请参考图1，图1为本发明中的提高光刻机可用焦深的方法的流程图。如图1所示，包括：

步骤一、配置仿真工艺环境，包括：标定所用光刻胶参数，将标定的光刻胶参数输入光刻仿真软件；输入掩模图形信息；输入光刻设备参数；设定不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量，得到不同剂量下的曝光图形。

具体的，所述标定所用光刻胶参数，包括对背面曝光流程进行参数标定，使得仿真CD与测量CD之差的绝对值小于第一CD误差要求；以及使得仿真SWA(side wall angle，侧壁陡度)与测量SWA之差的绝对值小于SWA误差要求。其中，所述第一CD误差要求为0.1μm～10000μm，所述SWA误差要求为0.1°～90°。

接着，进行步骤二、确定符合误差要求的正面曝光剂量范围以及背面曝光剂量范围。该步骤具体为通过对正面曝光剂量和背面曝光剂量进行调整，使得仿真CD与目标CD之差的绝对值小于第二CD误差要求。优选的，所述目标CD为2μm～100μm，第二CD误差要求为a×目标CD，a为0.1％～100％，

接着，进行步骤三、均匀选取符合误差要求的正面曝光剂量和背面曝光剂量组合，在不同焦面位置下曝光并显影。包括进行变焦面正面曝光，进行均匀背面曝光，以及进行显影。

然后，在曝光显影完成后，进行步骤四、测量显影后得到的CD值，依据焦面顶部位置、底部位置及中部位置画出顶部CD，底部CD以及中部CD随焦面变化的曲线；

接着，进行步骤五、依据步骤四获得的顶部CD以及中部CD随焦面变化的曲线，拟合顶部CD曲线和底部CD曲线，根据要求的CDU(CD Uniformity，CD的一致性)计算焦深；

步骤六、如果计算所得焦深非最大可用焦深，则需对正面曝光剂量和背面曝光剂量组合进行优化，即进入步骤七；如果计算所得焦深为最大可用焦深，则进入步骤八；

步骤七、对正面曝光剂量和背面曝光剂量组合进行优化，通过观察顶部CD曲线和底部CD曲线以确定剂量优化方向，在进行优化时，按照如下标准进行：第一步、减小正面曝光剂量使顶部CD曲线平缓，焦深增大；第二步、出现顶部CD大于底部CD的底部过曝现象时减少背面曝光剂量；第三步、顶部CD曲线和底部CD曲线尽可能接近；第四步、顶部CD曲线与底部CD曲线将中部CD曲线夹在中间。待优化完成后，重复步骤三至步骤六，直至计算所得焦深为最大可用焦深，然后进行下一步骤。

步骤八、确认最大可用焦深的最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合；

步骤九、以只有正面曝光的正常剂量，以及包括最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行变焦面蛇形路径曝光，测量CD并拟合CD随焦面位置变化曲线，计算焦深，确认最优正面曝光剂量和背面曝光剂量组合可以增加可用焦深；

步骤十、以只有正面曝光的正常剂量，以及包括最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行全片曝光，确认最优正面曝光剂量和背面曝光剂量组合对色差的减弱效果。

下面以PSS掩模图形为例对本发明的提高光刻机可用焦深的方法加以进一步示例。基底上目标CD可以取2μm～100μm，光源σ可以取0.01～1，NA可以取0.01～0.5，选择一款可透光基底，透光率可以取1％～99％，在可透光基底上均匀涂胶，涂胶厚度可以取0.1μm～100μm。

取得涂胶后的可透光基底后，对基底上的光刻胶的光学和化学参数进行标定。标定的判断标准为：

|仿真CD–测量CD|<CD误差要求

|仿真SWA–测量SWA|<SWA误差要求

CD误差要求可以为a×目标CD，在此，例如a是0.5％、10％、20％、50％等，SWA误差要求可以取5°、10°、30°、60°等。

然后将标定后的光刻胶参数输入仿真平台，设定掩模图形，图形可以为线条，孔，或其他任意图形，然后仿真如下流程后的基底上光刻胶形状：先施加正面有掩模曝光，曝光剂量为0.1mJ/cm²～10000mJ/cm²；正面曝光结束后，再施加背面均匀曝光，曝光剂量为0.1mJ/cm²～10000mJ/cm²，最后显影。寻找出仿真轮廓(profile)与目标CD最接近的正面曝光剂量和背面曝光剂量的候选组合。判断标准为|仿真CD–Target CD|<CD误差要求，CD误差要求可以取0.1μm～10000μm。

在仿真平台中模拟不同焦面位置下，施加以候选正面曝光剂量和背面曝光剂量组合后的profile，画出CD随焦面位置变化的曲线，观察顶部CD曲线和底部CD曲线，确定剂量优化方向：按照(1)减小正面曝光剂量可以使顶部CD曲线平缓，焦深增大；(2)出现顶部CD大于底部CD的底部过曝现象应减少背面曝光剂量；(3)顶部CD曲线和底部CD曲线应尽可能接近；及(4)顶部CD曲线与底部CD曲线将中部CD曲线夹在中间进行优化。

在仿真平台上设置优化后的正面曝光剂量和背面曝光剂量组合，重新仿真不同焦面位置下的profile，得到优化后剂量组合下的CD随焦面位置变化曲线，拟合并计算焦深。如此重复3～5轮优化后，得出最大可用焦深的正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合。根据仿真结果进行实验验证，采用变焦面曝光，以如图2所示曝光路径为例。先正面曝光，再背面曝光，显影后对基底上光刻胶形状进行截面测量。同时根据该剂量组合进行全片曝光。

得到采用正面曝光剂量和背面曝光剂量的曝光流程下CD随焦面位置变化曲线后，对曲线进行拟合。如图3所示的曲线为本实施例的拟合结果。其中实线表示拟合后的曲线，图中省略了横纵坐标，示出了采样点及拟合曲线，根据拟合结果计算第一可用焦深。

采用只有正面曝光的流程进行变焦面曝光和全片曝光。将变焦面曝光片进行测量CD，得到不同焦面位置下的CD曲线后，对曲线进行拟合，根据拟合结果计算第二可用焦深。

第一可用焦深与第二可用焦深进行比较，能够确认采用正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行的曝光流程使可用焦深增大。

然后将采用正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行的曝光和只有正面曝光流程下的全片曝光片进行比较，能够确认采用正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行的曝光使色差减弱。

可知本发明的提高光刻机可用焦深的方法，可以有效增大可用焦深，达到提高基底上图形均匀性，减少色差的效果，此外本发明的方法对光刻胶图形的侧壁陡度也能够产生有效的改进，提升工艺质量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种提高光刻机可用焦深的方法，在透光的基底上进行光刻工艺，其特征在于，包括：

步骤一、配置仿真工艺环境，包括：标定所用光刻胶参数，将标定的光刻胶参数输入光刻仿真软件；输入掩模图形信息；输入光刻设备参数；设定不同的正面曝光剂量和背面曝光剂量，得到不同剂量下的曝光图形；

步骤二、确定符合误差要求的正面曝光剂量范围以及背面曝光剂量范围；

步骤三、均匀选取符合误差要求的正面曝光剂量和背面曝光剂量组合，在不同焦面位置下曝光并显影；

步骤四、测量显影后得到的CD值，依据焦面顶部位置、底部位置及中部位置画出顶部CD，底部CD以及中部CD随焦面变化的曲线；

步骤五、拟合顶部CD曲线和底部CD曲线，根据要求的CDU计算焦深；

步骤六、如果计算所得焦深非最大可用焦深，则需对正面曝光剂量和背面曝光剂量组合进行优化，即进入步骤七；如果计算所得焦深为最大可用焦深，则进入步骤八；

步骤七、对正面曝光剂量和背面曝光剂量组合进行优化，通过观察顶部CD曲线和底部CD曲线以确定剂量优化方向，优化完成后重复步骤三至步骤六；

步骤八、确认最大可用焦深的最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合；

步骤九、以只有正面曝光的正常剂量，以及包括最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行变焦面蛇形路径曝光，测量CD并拟合CD随焦面位置变化曲线，计算焦深，确认最优正面曝光剂量和背面曝光剂量组合可以增加可用焦深；

步骤十、以只有正面曝光的正常剂量，以及包括最优正面曝光剂量和背面曝光剂量的组合进行全片曝光，确认最优正面曝光剂量和背面曝光剂量组合对色差的减弱效果。

2.如权利要求1所述的提高光刻机可用焦深的方法，其特征在于，所述步骤一中标定所用光刻胶参数时，包括对背面曝光流程进行参数标定，使得仿真CD与测量CD之差的绝对值小于第一CD误差要求；以及使得仿真SWA与测量SWA之差的绝对值小于SWA误差要求。

3.如权利要求2所述的提高光刻机可用焦深的方法，其特征在于，所述第一CD误差要求为0.1μm～10000μm，所述SWA误差要求为0.1°～90°。

4.如权利要求1所述的提高光刻机可用焦深的方法，其特征在于，所述步骤二、确定符合误差要求的正面曝光剂量范围以及背面曝光剂量范围为通过对正面曝光剂量和背面曝光剂量进行调整，使得仿真CD与目标CD之差的绝对值小于第二CD误差要求。

5.如权利要求4所述的提高光刻机可用焦深的方法，其特征在于，所述目标CD为2μm～100μm，第二CD误差要求为(0.1％～100％)×目标CD。

6.如权利要求1所述的提高光刻机可用焦深的方法，其特征在于，所述步骤三中在不同焦面位置下曝光并显影包括：

进行变焦面正面曝光，进行均匀背面曝光，以及进行显影。

7.如权利要求1所述的提高光刻机可用焦深的方法，其特征在于，所述所述步骤七、观察顶部CD曲线和底部CD曲线以确定剂量优化方向包括：

第一步、减小正面曝光剂量使顶部CD曲线平缓，焦深增大；

第二步、出现顶部CD大于底部CD的底部过曝现象时减少背面曝光剂量；

第三步、顶部CD曲线和底部CD曲线尽可能接近；

第四步、顶部CD曲线与底部CD曲线将中部CD曲线夹在中间。