CN110865514B - 掩模板热效应补偿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种掩模板热效应的补偿方法，涉及半导体集成电路技术领域，该补偿方法包括S1至S5五个步骤，通过该补偿方法在曝光机上设置补偿值处理单元，用于收集光刻曝光过程中热量数据以及叠对测量单元测到的图案偏移数据，计算出需要修正的温度补偿值，以避免光刻曝光机上光掩模板太热造成晶圆曝光图案叠对偏移过多的现象，从而大大提高了晶圆产品良率。

Description

掩模板热效应补偿的方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别涉及掩模板热效应补偿的方法。
背景技术
常见的光掩模板的种类有四种，包括铬版(chrome)、干版，凸版、液体凸版。一般光掩模板主要分两个组成部分，透光基板和不透光基板。透光基板通常是高纯度，低反射率，低热膨胀系数的石英玻璃。不透光基板，例如铬版的不透光层是通过溅射的方法镀在玻璃下方厚约0.1um的铬层。铬的硬度比玻璃略小，虽不易受损但有可能被玻璃所伤害。应用于芯片制造的光掩模板为高敏感度的铬版。
如图1所示，光掩模板100包括载具101上放置的透光基板1021，在所述透光基板1021与入射光A相对的另一面有掩模板图案层1022，当所述入射光A不断照射所述透光基板1021的时候，所述透光基板1021内会聚集大量热能，如图2所示，其中热量传播方向B从所述掩模板图案层1022向所述入射光A方向及四周扩散。而晶圆600在曝光的过程中，表面温度也会随着曝光的过程发生变化，如图3所示。且晶圆600内部的热效应也会随着曝光的过程发生变化，如图4和图6所示，最终导致晶圆上刻蚀的图案发生偏移，叠对误差变大，如图5所示，严重影响了晶圆产品的良率。
为此，现有技术有多种解决办法掩模板热效应对于晶圆产生的影响，方法1：通过虚拟曝光来缓解，如图7a所示，绘示空白晶圆(dummy wafer)曝光时晶圆上温度变化图形；方法2：通过增加曝光过程中晶圆交换时间，如图7b所示；方法3：增加区域间的冷却时间，如图7c所示。这几种方法虽然对于掩模板热效应有部分缓解作用，但是都不能根本解决掩模板热效应。
中国发明专利(申请公布号：CN 106773555 A)公开了一种补偿由光刻镜头散射光导致曝光误差的方法，提供一种补偿由光刻镜头散射光导致曝光误差的方法，其通过量测每个曝光区域内受到散射光影响的特征尺寸CD大小，从而计算出该曝光区域内由于光刻镜头雾化产生的散射光在整个曝光区域内的分布情况，换算补偿到实时曝光时该区域所对应的曝光剂量中，通过补偿曝光剂量来减少由于散射光造成的特征尺寸CD的过大差异，从而减少曝光误差。
中国发明专利(申请公布号：CN 106483770 A)公开了一种套刻精度补偿方法，该发明提供一种套刻精度补偿方法，采用本发明提供的掩模板，能够在晶圆制作过程中，在晶圆的前层上形成能被曝光机台识别坐标参数的多个测试标记在对后层进行曝光之前，曝光机台读取所述多个测试标记在晶圆上位置分布的坐标参数所述坐标参数能够反应前层的形变数据，以所述坐标参数生成套刻补偿参数，所述套刻补偿参数能够反映前层整体位置的位置偏移以及形变，根据所述套刻补偿参数，调整对后层的曝光参数，然后对晶圆进行曝光，以提高后层与前层之间的套刻精度。因此发明能够在晶圆制作时实时地对套刻精度进行补偿，并改善晶圆畸变产生的套刻不良。
但是上述发明都没有能够解决掩模板热效应对于晶圆刻蚀过程中图案叠对偏移的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种掩模板热效应补偿的方法，解决掩模板热效应对于晶圆产品质量的影响。为实现上述技术目的，本发明采取的具体的技术方案为：一种掩模板热效应的补偿方法，包括如下步骤：
S1、提供一光刻曝光机和在同一批次的多片晶圆，所述光刻曝光机内设置光掩模板，所述光掩模板包含透光基板及形成于所述透光基板表面的掩模图案层，所述光刻曝光机包括补偿值处理单元、确认单元、扫描仪和叠对测量单元，并开启所述光刻曝光机经由所述光掩模板对所述晶圆进行光刻曝光；
S2、所述补偿值处理单元开始收集S1步骤中光刻曝光过程中在所述光掩模板中的热量数据，所述补偿值处理单元将所述热量数据传输给所述确认单元，所述确认单元对所述热量数据进行分析确认是否为同一批处理的热量数据；
S3、所述确认单元分析确认是所述同一批处理的热量数据后，将所述同一批处理的热量数据传输到所述扫描仪，所述扫描仪开始对所述晶圆进行扫描；
S4、经过步骤S3扫描过后，所述叠对测量单元得出所述晶圆上图案偏移的数据，所述叠对测量单元会将测到所述图案偏移的数据传输到所述补偿值处理单元；
S5、所述补偿值处理单元会根据所述叠对测量单元测到的数据值计算需要修正的温度补偿值，其中针对每一批次的第一片所述晶圆设定批次温差补偿值，针对同一批次的第二片及第二片以后的所述晶圆计算出单片温差补偿值，所述温度补偿值包含所述批次温差补偿值和所述单片温差补偿值；并且在同一批次的所述晶圆中，所述批次温差补偿值为固定值，所述单片温差补偿值为递增值。
作为本发明改进的技术方案，步骤S1至步骤S5为循环操作过程。
作为本发明改进的技术方案，步骤S3中所述确认单元分析确认不是同一批处理的热量数据后，会将信息反馈给所述补偿值处理单元，所述补偿值处理单元通过数据计算，调整设定对应的所述批次温差补偿值。
作为本发明改进的技术方案，所述单片温差补偿值与同一批次的所述晶圆曝光的片数成正比关系。
作为本发明改进的技术方案，所述掩模图案层设置在所述透光基板下方。
作为本发明改进的技术方案，所述透光基板包含石英玻璃板。
作为本发明改进的技术方案，所述掩模图案层包含铬层。
作为本发明改进的技术方案，同一批次的所述晶圆片数为25片。
作为本发明改进的技术方案，所述光刻曝光机还包含载具。
有益效果
本发明通过在曝光机上设置补偿值处理单元，用于收集光刻曝光过程中热量数据以及叠对测量单元测到的图案偏移数据，计算出需要修正的温度补偿值，以避免光刻曝光机上光掩模板太热造成晶圆曝光图案叠对偏移过多的现象，从而大大提高了晶圆产品良率。
附图说明
图1绘示本发明掩模板侧视图。
图2绘示本发明现有技术掩模板俯视图。
图3绘示晶圆表面曝光过程中温度变化。
图4绘示随着曝光时间变化掩模板上晶圆热效应变化图。
图5绘示随着曝光时间变化不同晶圆曝光后图案偏移情况。
图6绘示晶圆曝光时热效应图形。
图7a绘示空白晶圆(dummy wafer)曝光时晶圆上温度变化图形。
图7b绘示增加曝光过程中晶圆交换时间后晶圆上温度变化图形。
图7c绘示增加区域间的冷却时间后晶圆上温度变化图形。
图8绘示本发明掩模板热效应补偿流程图。
图9绘示本发明随着处理晶圆片数增加的补偿值数据变化。
图中，100、光刻曝光机；101、载具；102、光掩模板；1021、透光基板；1022、掩模图案层；A、入射光；B、热量传播方向；200、补偿值处理单元；300、确认单元；400、扫描仪；500、叠对测量单元；600、晶圆。
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对本发明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。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例1
如图8，绘示本发明掩模板热效应补偿流程图，本发明提供的一种掩模板热效应补偿的方法，包括如下步骤：
S1、提供一光刻曝光机100和在同一批次的多片晶圆600，所述光刻曝光机内设置光掩模板102，所述光掩模板102包含透光基板1021及形成于所述透光基板表面的掩模图案层1022，所述光刻曝光机100包括补偿值处理单元200、确认单元300、扫描仪400和叠对测量单元500，并开启所述光刻曝光机100经由所述光掩模板102对所述晶圆600进行光刻曝光；
具体的，本实施例中所述透光基板1021包含石英玻璃，所述掩模图案层103包含铬层，开启所述光刻曝光机100后，入射光A穿过所述透光基板1021和所述掩模图案层103中空白的部分，照射到所述晶圆600，使得所述晶圆600上形成与所述掩模图案层103图案相反的图形。
S2、所述补偿值处理单元200开始收集S1步骤中光刻曝光过程中在所述光掩模板102中的热量数据，所述补偿值处理单元200将所述热量数据传输给所述确认单元300，所述确认单元300对所述热量数据进行分析确认是否为同一批处理的热量数据；
S3、所述确认单元300分析确认是所述同一批处理的热量数据后，将所述同一批处理的热量数据传输到所述扫描仪400，所述扫描仪开始对所述晶圆600进行扫描；
S4、经过步骤S3扫描过后，所述叠对测量单元500得出所述晶圆600上图案偏移的数据，所述叠对测量单元500会将测到所述图案偏移的数据传输到所述补偿值处理单元200；
S5、所述补偿值处理单元200会根据所述叠对测量单元500测到的数据值计算需要修正的温度补偿值Y，其中针对每一批次的第一片所述晶圆600设定批次温差补偿值Y1，针对同一批次的第二片及第二片以后的所述晶圆600计算出单片温差补偿值Y2，所述温度补偿值Y包含所述批次温差补偿值Y1和所述单片温差补偿值Y2；并且在同一批次的所述晶圆600中，所述批次温差补偿值Y1为固定值，所述单片温差补偿值Y2为递增值。
具体的，其中，步骤S1至步骤S5为循环操作过程，经过上述步骤处理了同一批次第一片所述晶圆600，随后处理同一批次第二片所述晶圆600，再从步骤S1开始操作，这时所述光掩模板1021经过第一次光刻曝光的过程后会留有一定的热量，处理第二片所述晶圆600，若再用原来第一次光刻曝光过程中的相同的热量光源，会使得照射到第二片所述晶圆600上的热量相比于处理第一片所述晶圆600时多，进而会使得第二片所述晶圆600光刻曝光时内部热量过大，从而导致光刻曝光的图案发生偏移，由所述叠对测量单元500得出所述晶圆600上图案偏移的数据，所述补偿值处理单元200会根据所述叠对测量单元500测到的数据值计算需要修正的温度补偿值Y，温度补偿值Y包含批次温差补偿值Y1和所述单片温差补偿值Y2，由于光刻曝光机运行后，所述批次温差补偿值Y1为恒定值，保持不变，而所述温度补偿值Y所述晶圆600曝光的片数成正比关系，如图9，绘示本发明随着处理晶圆片数增加的温度补偿值Y数据变化，步骤S3中所述确认单元300分析不是第一批处理的热量数据后，会将信息反馈给所述补偿值处理单元200，所述补偿值处理单元200通过数据计算，调整所述单片温差补偿值Y2，通过所述补偿值处理单元200处理后，使得每次照射到所述晶圆600上的热量都相同，从而使得光刻曝光后的图案不发生叠对偏移，进而保障了每片所述晶圆600产品上刻蚀的图案的一致性，最终保障了晶圆产品的良率。
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)

1.一种掩模板热效应的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供一光刻曝光机和在同一批次的多片晶圆，所述光刻曝光机内设置光掩模板，所述光掩模板包含透光基板及形成于所述透光基板表面的掩模图案层，所述光刻曝光机包括补偿值处理单元、确认单元、扫描仪和叠对测量单元，并开启所述光刻曝光机经由所述光掩模板对所述晶圆进行光刻曝光；
S2、所述补偿值处理单元开始收集S1步骤中光刻曝光过程中在所述光掩模板中的热量数据，所述补偿值处理单元将所述热量数据传输给所述确认单元，所述确认单元对所述热量数据进行分析确认是否为同一批处理的热量数据；
S3、所述确认单元分析确认是所述同一批处理的热量数据后，将所述同一批处理的热量数据传输到所述扫描仪，所述扫描仪开始对所述晶圆进行扫描；
S4、经过步骤S3扫描过后，所述叠对测量单元得出所述晶圆上图案偏移的数据，所述叠对测量单元会将测到所述图案偏移的数据传输到所述补偿值处理单元；
S5、所述补偿值处理单元会根据所述叠对测量单元测到的数据值计算需要修正的温度补偿值，其中针对每一批次的第一片所述晶圆设定批次温差补偿值，针对同一批次的第二片及第二片以后的所述晶圆计算出单片温差补偿值，所述温度补偿值包含所述批次温差补偿值和所述单片温差补偿值；并且在同一批次的所述晶圆中，所述批次温差补偿值为固定值，所述单片温差补偿值为递增值。
2.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，步骤S1至步骤S5为循环操作过程。
3.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，步骤S3中所述确认单元分析确认不是同一批处理的热量数据后，会将信息反馈给所述补偿值处理单元，所述补偿值处理单元通过数据计算，调整设定对应的所述批次温差补偿值。
4.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，所述单片温差补偿值与同一批次的所述晶圆曝光的片数成正比关系。
5.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，所述掩模图案层设置在所述透光基板下方。
6.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，所述透光基板包含石英玻璃板。
7.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，所述掩模图案层包含铬层。
8.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，同一批次的所述晶圆片数为25片。
9.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，所述光刻曝光机还包含载具。
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