CN110568726A - 一种曝光聚焦补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种曝光聚焦补偿方法，包括如下步骤：提供晶圆，所述晶圆具有不同高度的表面地形；划分所述晶圆表面，依据所述晶圆表面的高度分布趋势，将所述晶圆表面划分为N个区域；建立各个区域的曝光补偿模型；曝光所述晶圆。本发明提供的方法能提高曝光机进行光刻工艺时的聚焦准确性。

Description

一种曝光聚焦补偿方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种曝光聚焦补偿方法。
背景技术
集成电路是通过在硅片表面几微米的范围内形成半导体器件，再通过金属互连线把这些器件连接形成电路。在半导体工艺中，光刻、曝光工艺占有举足轻重的地位。但在光刻、曝光中晶圆的转动、晶圆自身的温度、光刻胶释放的气体、基板表面平整度等因素使得曝光过程中的曝光聚焦测量点位于不同平面，晶圆表面部分区域曝光聚焦不准确，进而使得晶圆表面会部分曝光不足、部分曝光过度，导致曝光显影后晶圆上图案的特征尺寸的均一性存在问题。
随着半导体技术的发展，为了提高产品性能，节省成本，集成电路的密度越来越大，特征尺寸越来越小，光刻、曝光工艺中聚焦曝光中存在的问题会影响集成电路的整体的性能。
发明内容
本发明提供一种曝光聚焦补偿方法，其能提高曝光机进行光刻工艺时的聚焦准确性。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，一种曝光聚焦补偿方法，包括如下步骤：
S1、提供晶圆，所述晶圆具有不同高度的表面地形；
S2、划分所述晶圆表面，并测量得到所述晶圆的表面地形图，以所述晶圆的圆心为中心，依据所述晶圆表面的高度分布趋势，将所述晶圆表面划分为第一区域、第二区域以及直至第N区域，N为大于2 正整数，并且保证每个区域内所述晶圆表面的高度位于各个区域所设定的高度区间内；
S3、建立各个区域的曝光补偿模型，在所述第一区域均匀选取设定数量n的聚焦测量点，n为正整数，聚焦测量点1坐标(x1、y1)、聚焦测量点2坐标(x2、y2)以及直至聚焦测量点n坐标(xn、yn)，对测量所述第一区域中聚焦测量点1对应的聚焦值F101(x1,y1)、所述第一区域中聚焦测量点2对应的聚焦值F101(x2,y2)以及直至所述第一区域中聚焦测量点n对应的聚焦值F101(xn,yn)，并采用数学处理的方式得到所述第一区域中聚焦值与所述第一区域各聚焦测量点关系的模型，所述第一区域曝光补偿模型符合F101＝f101(x,y)；其中101代表所述第一区域，F101代表所述第一区域曝光聚焦值；同时，采用同样的方式建立第N区域曝光补偿模型符合F10N＝f10N(x,y)；10N代表第N区域， F10N代表所述第N区域曝光聚焦值；
S4、曝光所述晶圆，采用曝光机对所述晶圆表面的各个区域分别进行曝光，在所述曝光机的曝光单元位于所述晶圆表面的同一区域时，所述曝光机的参数选用该区域所对应的曝光聚焦值；在所述曝光机的曝光单元跨接所述晶圆表面的相邻的两个或两个以上的区域时，按权重方式进行补偿各区域的曝光聚焦值。
作为本发明改进的技术方案，步骤S4中，所述按权重方式进行补偿各区域的曝光聚焦值，包括建立跨区域的曝光补偿模型，以所述曝光机的曝光面积为单位进行曝光，测定所述曝光机一个曝光单位在所述晶圆表面各个区域的占比，在所述曝光机的任意一个曝光单位内建立曝光补偿模型，F＝k1f101(x,y)+k2f102(x,y)+k3f103(x,y)+k4f104(x,y)+…… +kNf10N(x,y)，其中，所述k1代表第一区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，所述k2代表第二区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，所述k3代表第三区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，所述k4代表第四区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，所述kN代表第N区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，其中k1+k2+k3+k4+……+kN＝1。
作为本发明改进的技术方案，所述数学处理的方式包括线性拟合或多项拟合。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤S2中采用环形划分的方式将所述晶圆表面划分为所述第一区域、所述第二区域以及直至所述第N区域。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤S2中采用不规则图形划分的方式将所述晶圆表面划分为所述第一区域、所述第二区域以及直至所述第N区域。
作为本发明改进的技术方案，所述步骤S3中，所述第一区域(101) 中聚焦测量点1坐标(x1、y1)、所述第一区域中聚焦测量点2坐标(x2、 y2)以及直至所述第一区域中聚焦测量点n坐标(xn、yn)以所述晶圆的圆心为原聚焦测量点获取。
作为本发明改进的技术方案，所述曝光机包括步进式光刻机。
作为本发明改进的技术方案，所述曝光机包括扫描式光刻机。
作为本发明改进的技术方案，所述设定数量n不小于18。
有益效果
本发明的方法使用聚焦补偿模型对待曝光晶圆的不同区域进行差异化补偿，以提高曝光聚焦的精确性；该方法包括量测晶圆表面地形图，根据表面高低差异划分晶圆为不同高度变化趋势区域，分别对不同区域进行聚焦量测，建立不同补偿模型，通过补偿模型进行提前反馈，进而提高了曝光聚焦稳定性。
附图说明
图1显示现有光刻曝光工艺中曝光机聚焦点与晶圆表面的位置关系示意图。
图2显示现有光刻曝光工艺中曝光机聚焦点与晶圆表面的位置关系形象示意图。
图3显示现有光刻曝光工艺光刻曝光后的图案示意图。
图4显示本发明实施例中测定的晶圆表面地形图。
图5显示本发明实施例中晶圆表面区域划分示意图。
图6显示本发明实施例中在第二区域内均匀选取若干聚焦量测点的示意图。
图7显示本发明实施例中曝光机的曝光单元与晶圆表面各个区域覆盖关系示意图。
图8显示本发明实施例中曝光机的曝光单元与晶圆表面各个区域覆盖关系详细示意图。
图中：1、曝光机的聚焦点所在面；2、晶圆；3、图案；100、晶圆表面；101、第一区域；102、第二区域；103、第三区域；104、第四区域；201、曝光机第一个曝光单位；202、曝光机第二个曝光单位； 301、第二区域内第一聚焦测量点；302、第二区域内第二聚焦测量点； 303、第一区域内第一聚焦测量点；304、第一区域内第二聚焦测量点； 305、第一区域内第三聚焦测量点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1与图2所示，现有技术中对晶圆表面100进行光刻曝光处理时，曝光焦聚焦点始终处于同一平面上，而在光刻曝光过程中，晶圆表面100在各种因素(温度差、平整度或者光刻胶释放的气体)等的影响，晶圆表面100具有高度差，使得曝光机的聚焦点所在面1与晶圆2的表面不重合，进而使得光刻曝光后的图案3不均匀，具体如图3所示。
本申请在不改变晶圆表面100的情况下使用聚焦补偿模型对待曝光晶圆2的不同区域进行差异化补偿，以提高曝光聚焦的精确性；该方法包括量测晶圆表面100地形图，根据表面高低差异划分晶圆2 为不同高度变化趋势区域，分别对不同区域进行聚焦量测，建立不同补偿模型，通过补偿模型进行提前反馈，进而提高了曝光聚焦稳定性。
具体的，一种曝光聚焦补偿方法，包括如下步骤：
S1、提供晶圆2，所述晶圆2具有不同高度的表面地形，如图4 所示。
S2、划分所述晶圆表面100，测量所述晶圆2的表面地形图，如图5所示，以所述晶圆2的圆心为中心，依据所述晶圆表面100的高度分布趋势，将所述晶圆表面100划分为第一区域101、第二区域102 以及直至第N区域，N为大于2的正整数，并且保证每个区域内所述晶圆表面100的高度位于各个区域所设定的高度区间内；这里可以采用环形划分的方式将所述晶圆表面100划分为所述第一区域101、所述第二区域102以及直至所述第N区域；亦可以采用不规则图形划分的方式将所述晶圆表面100划分为所述第一区域101、所述第二区域102以及直至所述第N区域。
S3、建立各个区域的曝光补偿模型，在所述第一区域101均匀选取设定数量n的聚焦测量点，n为正整数，聚焦测量点1坐标(x1、 y1)、聚焦测量点2坐标(x2、y2)……聚焦测量点n坐标(xn、yn)，对测量所述第一区域101中聚焦测量点1对应的聚焦值F101(x1,y1)、所述第一区域101中聚焦测量点2对应的聚焦值F101(x2,y2)……所述第一区域101中聚焦测量点n对应的聚焦值F101(xn,yn)，并采用数学处理的方式得到第一区域101中聚焦值与第一区域101各聚焦测量点关系的模型，第一区域101曝光补偿模型为F101＝f101(x,y)；其中，f101(x,y)可以是线形拟合，也可以是多项拟合，具体关系由实际晶圆表面100高度变化曲线决定；F101第一区域101曝光聚焦值；
如图6所示，在所述第二区域102均匀选取设定数量m的聚焦测量点，m为正整数，聚焦测量点21坐标(x21、y21)、聚焦测量点 22坐标(x22、y22)……聚焦测量点m坐标(xm、ym)，对测量所述第二区域102中聚焦测量点21对应的聚焦值F102(x21,y21)、所述第二区域102中聚焦测量点22对应的聚焦值F102(x22,y22)……所述第二区域102中聚焦测量点m对应的聚焦值F102(xm,ym)，并采用数学处理的方式得到第二区域102中聚焦值与第二区域102各聚焦测量点关系的模型，第二区域102曝光补偿模型为F102＝f102(x,y)；F102代表第二区域102曝光聚焦值；为了保证测量的精准度，在各区域内均匀选取若干聚焦量测点，本例为第二区域102(环形区域)内选取18个量测聚焦测量点，量测聚焦测量点选取越多，则量测结果越精确；
同时，采用同样的方式建立第三区域103曝光补偿模型为 F103＝f103(x,y)，第四区域104曝光补偿模型为F104＝f104(x,y)……第N区域曝光补偿模型为F10N＝f10N(x,y)；10N代表第N区域，F10N第N区域曝光聚焦值；
S4、曝光晶圆2，采用曝光机对所述晶圆表面100的各个区域分别进行曝光，在所述曝光机的曝光单元位于所述晶圆表面100的同一区域时，所述曝光机的参数选用该区域所对应的曝光聚焦值，如图 7-8所示的曝光机的第一个曝光单位201内，随机的点均在第二区域，所述曝光机的曝光参数选用F102；在所述曝光机的曝光单元跨接所述晶圆表面100的相邻的两个或两个以上的区域时，按权重方式进行补偿各区域的曝光聚焦值；
具体的，所述按权重方式进行补偿各区域的曝光聚焦值，包括建立跨区域的曝光补偿模型，以曝光机的曝光面积为单位进行曝光，测定所述曝光机一个曝光单位在所述晶圆表面100各个区域的占比，在所述曝光机的任意一个曝光单位内建立曝光补偿模型，F＝k1f101(x,y)+ k2f102(x,y)+k3f103(x,y)+k4f104(x,y)+……+kNf10N(x,y)，其中，k1代表第一区域101在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，k2代表第二区域102在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，k3代表第三区域103在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，k4代表第四区域104在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，kN代表第N区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，k1+k2+k3+ k4+……+kN＝1。
详细地，如图7-8所示，在曝光机的第二个曝光单位202内，随机选取5个聚焦测量点，第二区域102内第一聚焦测量点301；第二区域102内第二聚焦测量点302；第一区域101内第一聚焦测量点303；第一区域101内第二聚焦测量点304；第一区域101内第三聚焦测量点305；由此得出F202＝3/5*f101(x,y)+2/5f102(x,y)；F202为曝光机的第二个曝光单位202的曝光聚焦值。
所述步骤S3中，所述第一区域101中聚焦测量点1坐标(x1、 y1)、所述第一区域101中聚焦测量点2坐标(x2、y2)……所述第一区域101中聚焦测量点n坐标(xn、yn)可以以所述晶圆2的圆心为原聚焦测量点获取。
实际应用中，所述曝光机可以为步进式光刻机，也可以为扫描式光刻机。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种曝光聚焦补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供晶圆，所述晶圆具有不同高度的表面地形；
S2、划分所述晶圆表面，并测量得到所述晶圆的表面地形图，以所述晶圆的圆心为中心，依据所述晶圆表面的高度分布趋势，将所述晶圆表面划分为第一区域、第二区域以及直至第N区域，N为大于2正整数，并且保证每个区域内所述晶圆表面的高度位于各个区域所设定的高度区间内；
S3、建立各个区域的曝光补偿模型，在所述第一区域均匀选取设定数量n的聚焦测量点，n为正整数，聚焦测量点1坐标(x1、y1)、聚焦测量点2坐标(x2、y2)以及直至聚焦测量点n坐标(xn、yn)，对测量所述第一区域中聚焦测量点1对应的聚焦值F101(x1,y1)、所述第一区域中聚焦测量点2对应的聚焦值F101(x2,y2)以及直至所述第一区域中聚焦测量点n对应的聚焦值F101(xn,yn)，并采用数学处理的方式得到所述第一区域中聚焦值与所述第一区域各聚焦测量点关系的模型，所述第一区域曝光补偿模型符合F101＝f101(x,y)；其中101代表所述第一区域，F101代表所述第一区域曝光聚焦值；同时，采用同样的方式建立第N区域曝光补偿模型符合F10N＝f10N(x,y)；10N代表第N区域，F10N代表所述第N区域曝光聚焦值；
S4、曝光所述晶圆，采用曝光机对所述晶圆表面的各个区域分别进行曝光，在所述曝光机的曝光单元位于所述晶圆表面的同一区域时，所述曝光机的参数选用该区域所对应的曝光聚焦值；在所述曝光机的曝光单元跨接所述晶圆表面的相邻的两个或两个以上的区域时，按权重方式进行补偿各区域的曝光聚焦值。
2.根据权利要求1所述的曝光聚焦补偿方法，其特征在于，
步骤S4中，所述按权重方式进行补偿各区域的曝光聚焦值，包括建立跨区域的曝光补偿模型，以所述曝光机的曝光面积为单位进行曝光，测定所述曝光机一个曝光单位在所述晶圆表面各个区域的占比，在所述曝光机的任意一个曝光单位内建立曝光补偿模型，F＝k1f101(x,y)+k2f102(x,y)+k3f103(x,y)+k4f104(x,y)+……+kNf10N(x,y)，其中，所述k1代表第一区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，所述k2代表第二区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，所述k3代表第三区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，所述k4代表第四区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，所述kN代表第N区域在所述曝光机的曝光单位内所占面积的百分比，其中k1+k2+k3+k4+……+kN＝1。
3.根据权利要求1所述的曝光聚焦补偿方法，其特征在于，所述数学处理的方式包括线性拟合或多项拟合。
4.根据权利要求1所述的曝光聚焦补偿方法，其特征在于，所述步骤S2中采用环形划分的方式将所述晶圆表面划分为所述第一区域、所述第二区域以及直至所述第N区域。
5.根据权利要求1所述的曝光聚焦补偿方法，其特征在于，所述步骤S2中采用不规则图形划分的方式将所述晶圆表面划分为所述第一区域、所述第二区域以及直至所述第N区域。
6.根据权利要求1所述的曝光聚焦补偿方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述第一区域中聚焦测量点1坐标(x1、y1)、所述第一区域中聚焦测量点2坐标(x2、y2)以及直至所述第一区域中聚焦测量点n坐标(xn、yn)以所述晶圆的圆心为原聚焦测量点获取。
7.根据权利要求1所述的曝光聚焦补偿方法，其特征在于，所述曝光机包括步进式光刻机。
8.根据权利要求1所述的曝光聚焦补偿方法，其特征在于，所述曝光机包括扫描式光刻机。
9.根据权利要求1所述的曝光聚焦补偿方法，其特征在于，所述设定数量n不小于18。
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