CN107783377B

CN107783377B - 曝光方法、光刻方法及半导体制造方法

Info

Publication number: CN107783377B
Application number: CN201610755125.4A
Authority: CN
Inventors: 王清蕴; 张海
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2036-08-29
Also published as: CN107783377A

Abstract

本发明揭示了一种曝光方法、光刻方法及半导体制造方法。所述曝光方法包括获得待曝光的膜层的厚度；判断所述膜层的厚度是否达到第一厚度，若达到，则依据所述膜层的厚度设定曝光能量；若未达到第一厚度，则获得所述膜层的平面差异；依据所述膜层的厚度及平面差异设定曝光能量。由此，在遇到高低差时避免了曝光能量不可控的情况，从而确保了CD的正确度和均匀性，有利于提高生产质量，提高良率。

Description

曝光方法、光刻方法及半导体制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种曝光方法、光刻方法及半导体制造方法。

背景技术

在光刻工艺中，对平坦度的要求很高。严重的高低差(Step Height)会导致光阻厚度不同，而厚度不同将导致关键尺寸(CD)大小有差异。

在一些工艺中由于对膜层的厚度有严格控制，不能太厚，但是其厚度的可控度却不高，这就经常会导致该膜层过薄。然而在需要被蚀刻的区域，是无法对该膜层进行填平的，即导致膜层有高低差，影响到后层的CD。

因此，如何改善这一状况，已经势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种曝光方法、光刻方法及半导体制造方法，以获得较佳的关键尺寸及其可控性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种曝光方法，包括：

获得待图形化的膜层的厚度；

判断所述膜层的厚度是否达到第一厚度，若达到，则依据所述膜层的厚度设定曝光能量；

若未达到所述第一厚度，则获得所述膜层的平面差异；

依据所述膜层的厚度及平面差异设定曝光能量。

可选的，对于所述的曝光方法，所述膜层为衬底。

可选的，对于所述的曝光方法，所述第一厚度为

可选的，对于所述的曝光方法，若所述膜层的厚度达到所述第一厚度，则所述曝光能量为固定值。

可选的，对于所述的曝光方法，若所述膜层的厚度未达到所述第一厚度，则所述曝光能量为所述膜层的厚度能量补偿、平面差异能量补偿与固定值之和。

可选的，对于所述的曝光方法，所述膜层能量补偿为a1*h+b，其中a1为第一常数，b为第二常数，h为膜层的厚度。

可选的，对于所述的曝光方法，所述平面差异能量补偿为(x-c)*a2，其中a2为第三常数，c为第四常数，x为平面差异。

可选的，对于所述的曝光方法，所述曝光方法还包括：

对所述膜层涂敷光阻；

依据设定的曝光能量对所述光阻进行曝光。

相应的，本发明还提供一种光刻方法，包括：

利用如上所述的曝光方法进行曝光；

对曝光后的所述光阻进行显影。

本发明还提供一种半导体制造方法，包括：利用如上所述的曝光方法进行加工。

本发明提供的曝光方法、光刻方法及半导体制造方法，包括获得待图形化的膜层的厚度；判断所述膜层的厚度是否达到第一厚度，若达到，则依据所述膜层的厚度设定曝光能量；若未达到所述第一厚度，则获得所述膜层的平面差异；依据所述膜层的厚度及平面差异设定曝光能量。由此，在遇到高低差时避免了曝光能量不可控的情况，从而确保了CD的正确度和均匀性，有利于提高生产质量，提高良率。

附图说明

图1为本发明中光阻厚度与CD之间的关系图；

图2为本发明中光阻涂敷在具有平面差异的膜层上时的示意图；

图3为本发明中曝光能量与膜层的厚度之间的关系图；

图4为本发明中一个膜层的厚度范围情况下的平面差异检测图；

图5为本发明中另一个膜层的厚度范围情况下的平面差异检测图；

图6为本发明中曝光方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的曝光方法、光刻方法及半导体制造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。

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。

发明人在长期的研究中发现，光阻在涂布后，有着随形的特性，即会跟随前层结构的平面结构产生相应的平面结构，虽然相比较而言会变得平淡，但是，当前层的高低差较大时，会使得光阻产生不同的厚度，而厚度的不同会影响到关键尺寸(CD)。

请参考图1和图2，其中图1为本发明中光阻厚度与CD之间的关系图；图2为本发明中光阻涂敷在具有平面差异的膜层上时的示意图。

由图1可见，光阻的厚度变化时，CD也随之变化，并且是不均匀的变化，曲线平整度很差，即CD不稳定，均匀性(uniformity)差，不具备较好的可控性，如若光刻工艺后获得这样的CD曲线，基本上意味着失败的光刻过程。这显然是会影响到形成产品的质量，甚至导致光刻后的某些工序不能够执行，即便可以经过返工(rework)来改善，但是无疑增加了成本。

具体结合图2可见，当膜层1不平坦，即有着平面差异时，在膜层上形成的光阻2的厚度也不一致，在较低处涂敷后的光阻2的厚度B大于在较高处涂敷后的光阻2的厚度A，对应在图1的曲线可见，厚度A、B所对应的CD也不一致。

需要说明的是，在本发明中，所述膜层1可以为各种需要被曝光的层，例如，可以是衬底，具体为硅衬底等，还可以是介质层、金属层等。本发明中以衬底为例进行说明。

于是，发明人认为可以改变传统工艺中固定的曝光条件，来解决由于膜层的厚度不一致所导致的CD差异。

发明人首先对多个膜层进行了检测，选中膜层中平坦的区域，这些被选中的区域有着不同的膜层的厚度，之后进行光刻，并测量CD。

请参考图3，经过大量实验后，发明人获得曝光能量与膜层的厚度之间的相对关系。可见，在膜层的厚度为

以上时，光刻的最佳曝光能量是很稳定的，差异不大，可以认为是在误差许可范围内，曝光能量是一个固定值，具体为28.5mj。当膜层的厚度在

之间时，大致呈现为线性关系，具体体现在当膜层的厚度越薄，曝光能量越高。另外，对于膜层的厚度在

以下的部分，则是作为

处理，

由此，可以得到曝光能量与膜层的厚度的关系为：

其中，根据实验(如图3)可得，E1＝28.5mj。

其中，公式(2)简单的示出了曝光能量与膜层的厚度呈线性关系。

为了获悉在

时的曝光能量表达式，发明人再次进行了实验。具体的，涉及到光刻机在曝光作业时对膜层的水平面测试，例如静态水平面和动态水平面测试等。通过测试结果，如图4所示，在

的情况下，平面差异比较平稳，且值较小(小于20nm)。这是由于在膜层较厚的情况下，一般是能够确保膜层的平整度，不会存在高低差，可见此时由于平面差异小，对曝光能量基本不存在不良影响。

而如图5所示，在

的情况下，平面差异则是很不稳定，且值较大(约40nm左右)，相比

的情况有着一倍甚至更多的平面差异。由此可知，在

的情况下，在如图3中所得的结果是受到平面差异的影响，即当

时，曝光能量不仅与膜层的厚度相关，还被平面差异所制约。而对于被平面差异所制约所导致的曝光能量变动，需要针对不同的平面差异来进行弥补，以使得曝光能量正常，具体的，弥补标准为每差1nm补充设定的曝光能量。即曝光能量包括随膜层的厚度变化的部分及由于平面差异所限制需要进行调整的部分。

通过结合如图3-图5所涉及的实验数据，发明人得出

时，公式(2)可表示为

E＝a1*h+b+(x-c)*a2+28.5 (3)

其中a1，b，a2，c为常数，具体的，c可以是技术人员依据实际产品需求和生产经验设定的一个平面差异值，h为膜层的厚度，x为平面差异，a1*h+b部分表示的是随膜层的厚度变化所需的曝光能量，(x-c)*a2部分表示的是由于平面差异所限制需要进行调整的曝光能量，即依据所差别的平面差异，补充曝光能量。具体的，经过进一步实验发现，平面差异x与膜层的厚度h也呈线性关系，则上述公式(3)与公式(2)并不矛盾，可知实验分析正确。进一步的，由于在实际生产中，光刻机会直接算出平面差异x的值，因此可以直接采用。

经过在如图3-5所涉及的实验的膜层的厚度、曝光能量、平面差异等数据的拟合后，得出a1＝-0.004mj/nm，b＝50mj，c＝25nm，a2＝0.05mj/nm。由此公式(3)表示为：

E＝-0.004h+50+0.05(x-25)+28.5 (4)

即

由此，在进行曝光时，可以按照公式(1)、(4)，针对不同的膜层的厚度，获得合适的曝光能量，可以降低由于膜层高低差的存在而对光刻工艺的影响，使得光刻能量易于把控，降低了CD出现异常的情况，也就减少了返工的几率。如此既能够提高生产效率，获得高质量的光刻效果，为后续工艺打下良好的基础，又能够节省生产资源，降低成本。

可知，本发明提供的曝光方法，包括：

如图6所示，首先，执行步骤S11，获得待曝光的膜层的厚度。本步骤中膜层的厚度的获取为本领域技术人员所熟悉，在每一个成熟的生产线中都具有在线测量，因此并不存在难度。

然后，执行步骤S12，判断所述膜层的厚度是否达到第一厚度，若达到，则依据所述膜层的厚度设定曝光能量。具体的，在所述膜层的厚度达到

时，设定的曝光能量为依据上述公式(1)设定，即为28.5mj。

而对于所述膜层的厚度未达到第一厚度的情况，则执行步骤S13，获得所述膜层的平面差异。如上文所述，平面差异可以由光刻机直接获得。

之后，执行步骤S14，依据所述膜层的厚度及平面差异设定曝光能量。具体的，在所述膜层的厚度未达到

时，设定的曝光能量为依据上述公式(4)设定，即为E＝-0.004h+50+0.05(x-25)+28.5。

如上文所述，平面差异x与膜层的厚度h也呈线性关系，故若在不从光刻机获取平面差异值的情况下，可以事先获得平面差异x与膜层的厚度h的具体函数关系，代入公式(4)中获得仅与膜层的厚度h相关的公式，则只需要将膜层的厚度h代入即可算的曝光能量。

然而，考虑到在实际生产中平面差异不仅仅能够体现出膜层的状况，还可以作为对光刻机性能参数的监测，因而利用公式(4)来设定曝光能量，即需要获得平面差异，不仅能够实现曝光能量的正确设定，还可以实现对光刻机的监控，一举两得。

进一步的，考虑到光刻设备的差异，在公式(1)、(4)中的28.5还可以是其他的固定值，本领域技术人员在本发明的基础上，可以依据具体设备情况和曝光需求，推导出具体数值。

之后，执行步骤S15，对所述膜层涂敷光阻。以及

执行步骤S16，依据设定的曝光能量对所述膜层进行曝光。

相应的，本发明还提供一种光刻方法，包括：

在利用如上所述的曝光方法进行曝光后，对曝光后的膜层进行显影，完成光刻过程。

可知，本发明的曝光方法能够适用于任何一种半导体制造方法中，而且能够使得CD有着较佳的正确度和均匀性，在后续加工工艺中，例如刻蚀、离子注入等过程中也就更易操作，降低了由于前道工艺所造成的报废几率。

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

1.一种曝光方法，包括：

获得待图形化的膜层的厚度；

若未达到所述第一厚度，则获得所述膜层的平面差异；

依据所述膜层的厚度及平面差异设定曝光能量，所述曝光能量为所述膜层的厚度能量补偿、平面差异能量补偿与固定值之和，所述厚度能量补偿为a1*h+b，所述平面差异能量补偿为(x-c)*a2，其中，a1为第一常数，b为第二常数，h为膜层的厚度，a2为第三常数，c为第四常数，x为平面差异。

2.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述膜层为衬底。

3.如权利要求2所述的曝光方法，其特征在于，所述第一厚度为

4.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，若所述膜层的厚度达到所述第一厚度，则所述曝光能量为固定值。

5.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述曝光方法还包括：

对所述膜层涂敷光阻；

依据设定的曝光能量对所述光阻进行曝光。

6.一种光刻方法，包括：

利用如权利要求1-5中任意一项所述的曝光方法进行曝光；

对曝光后的光阻进行显影。

7.一种半导体制造方法，包括：利用如权利要求1-5中任意一项所述的曝光方法进行加工。