CN111338185B - 增进晶片曝光品质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种增进晶片曝光品质的方法，其包含提供一晶片，测量该晶片的一表面垂直高度数值，接着输入该表面垂直高度数值至一计算系统中，得到该晶片的一位置‑曝光焦距偏移量的偏移图，然后根据该位置‑曝光焦距偏移量的偏移图，对该晶片进行一第一次校正步骤，以及在该第一次校正步骤之后，对该晶片进行一第二次校正步骤，其中该第二次校正步骤包含调整一曝光机台的一光照强度，使该曝光机台能够以不同大小的光能量强度照射该晶片不同位置。

Description

增进晶片曝光品质的方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路的技术领域，具体而言，涉及一种曝光校正方法。
背景技术
随着半导体集成电路业的迅速发展，半导体器件的制作工艺已经进入到纳米级，特别是28纳米及以下制作工艺逐渐成为发展的主要方向。相应地，半导体器件的临界尺寸(critical dimension，CD)也越来越小，使得曝光显影步骤的要求愈发严苛。所谓曝光显影步骤是通过一系列生产步骤将晶片表面薄膜的特定部分除去，从而在晶片上形成特定图形的方法。
随着半导体器件的临界尺寸的逐渐减小，曝光显影过程中景深的控制越来越难。目前，通常通过倾斜调焦(Focus drilling)来增加曝光显影过程中的景深。倾斜调焦的步骤原理为:将曝光显影系统中的晶片载片台(Wafer Stage)在X轴轻微倾斜，并使得晶片载片台在Z轴逐渐移动，同时沿着Y轴对晶片进行扫描曝光，这样就可以使得晶片中的待曝光区在最佳焦距的一定范围内连续曝光，从而增加了景深和图像对比度。通过倾斜调焦可以减小半导体工艺后段制作工艺(BEOL)中形貌变化带来的使景深的增加。例如，在28nm制作工艺中倾斜调焦工艺能够将景深提高大约15nm。
虽然上述倾斜调焦能够增加景深，但是也会给生产步骤带来不利影响，例如导致曝光容许度减小、关键尺寸均匀性变差以及曝光最佳能量增加等。考虑到这些不利影响，倾斜调焦对景深的增加十分有限。同时，随着半导体器件的关键尺寸的进一步减小，特别是临界尺寸处于28纳米及以下时，景深还有待进一步增加。因此，如何进一步增加曝光显影过程中的景深，成为目前亟待解决的技术难题之一。
发明内容
本发明提供一种增进晶片曝光显影品质的方法，包含提供一晶片，测量该晶片的一表面垂直高度数值，接着输入该表面垂直高度数值至一计算系统中，得到该晶片的一位置-曝光焦距偏移量的偏移图，然后根据该位置-曝光焦距偏移量的偏移图，对该晶片进行一第一次校正步骤，以及在该第一次校正步骤之后，对该晶片进行一第二次校正步骤，其中该第二次校正步骤包含调整一曝光机台的一光照强度，使该曝光机台能够以不同大小的光能量强度照射该晶片不同位置。
本发明的特点在于，结合第一次校正步骤与第二次校正步骤，其中第一次校正步骤通过调制晶片的倾斜角度，以大致上修正晶片表面高低起伏较大的区域，避免晶片上存在高低起伏较大的区域。接下来，在第一次校正步骤完成后，进行第二次校正步骤，针对各别区域进行曝光能量的调整，以弥补第一次校正步骤的不足之处。
附图说明
图1为本发明提供的一种增进晶片曝光显影品质方法的流程图；
图2为一晶片的部分剖面示意图；
图3为一位置-临界尺寸减少量的晶片上视示意图；
图4为调整基座角度的示意图；
图5为修正前与修正后的晶片的位置-晶片表面高度线图；
图6为一晶片的位置-曝光能量增强示意图；
图7为晶片位置-曝光能量相对强度的不同次方线图。
主要元件符号说明
100 方法
200 晶片
300 基座
S101、S103、S105、S107、S109、S111 步骤
R1 周边区
R2 中央区
P1、P2、P3、P4 位置点
具体实施方式
为使熟悉本发明所属技术领域的一般技术者能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的优选实施例，并配合所附的附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
为了方便说明，本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其详细的比例可依照设计的需求进行调整。在文中所描述对于图形中相对元件的上下关系，在本领域的人都应能理解其是指物件的相对位置而言，因此都可以翻转而呈现相同的构件，此都应同属本说明书所揭露的范围，在此容先叙明。
请参考图1，其绘示本发明提供的一种增进晶片曝光显影品质方法的流程图。如图1所示，方法100包含有至少6个步骤，包含步骤S101：测量一晶片的表面，得到该晶片的一表面垂直高度数值；步骤S103：将该表面垂直高度数值输入至一计算系统中，得到该晶片的一位置-曝光焦距偏移量的偏移图；步骤S105：根据该位置-曝光焦距偏移量的偏移图，计算并得到一绘制一位置-临界尺寸(critical dimension,CD)减少量的晶片上视图；步骤S107：根据该位置-曝光焦距偏移量的偏移图(或是该位置-临界尺寸减少量的晶片上视图)，对该晶片进行一第一次校正步骤，包含倾斜该晶片的角度；步骤S109：进行一第二次校正步骤，包含调整一曝光机台的一光照强度，使该曝光机台能够以不同大小的光能量强度照射该晶片不同位置；以及步骤S111：回馈一更新后的位置-临界尺寸(critical dimension,CD)减少量至该计算系统中。
请参考图1的步骤S101以及图2，图2绘示一晶片的部分剖面示意图。申请人发现，由于制作过程不同，每片不同的晶片的表面也具有不同的高低轮廓。一般来说，一晶片200定义有周边区R1与中央区R2，靠近边界的周边区R1的厚度通常与中央区R2不同，例如周边区R1的厚度可能相较晶片200的其他区域更薄，导致晶片的垂直高度较低。如此一来，较容易导致后续步骤中，使用同一曝光机台对晶片200进行曝光步骤时，周边区R1容易产生曝光焦距偏移的问题。上述的周边区R1与中央区R2的范围，图2仅为一示例，本发明不以此为限，实际大小可以依照需求而调整。另外值得注意的是，图2中仅绘示单一方向的剖面图，但本发明后续所介绍的校正方法，适用于晶片上各种不同剖面方向的校正。
本发明的步骤S101即是利用表面轮廓扫描等方式，得到晶片200的一表面垂直高度数值，也就是确定晶片200的表面轮廓。接下来将该数值输入至一计算系统(图未示)中，根据过往的资料数据，得到一例如针对晶片200的位置-曝光焦距偏移量的偏移图。更详细说明，计算系统中储存过往制作工艺的数据资料，例如晶片周边区表面高度与其他区域(例如中央区)表面高度的差距达到一特定值时，将会产生一定范围的焦距偏移量。因此针对晶片200的每一处进行分析，尤其是针对表面高度变化较大的区域(例如周边区R1)进行分析，即可在计算系统中得到一位置-曝光焦距偏移量的偏移图。一般来说，周边区R1的平均焦距偏移量会大于中央区R2的平均焦距偏移量，例如大于30纳米左右，这将会影响后续曝光步骤中，周边区域的曝光效果与良率。
在实施制作工艺步骤中，曝光的焦距改变，将有可能会导致该区域的临界尺寸缩小，并且影响到图案化步骤的精准度。举例来说，若使用上述晶片200直接进行曝光步骤，那么就容易在周边区R1发现曝光后的图案边界良率不佳，甚至可能与邻近的其他图案接触的问题。因此，在计算系统中得到位置-曝光焦距偏移量的偏移图之后，也可以进一步在计算系统中将位置-曝光焦距偏移量的偏移图转换成一位置-临界尺寸(critical dimension,CD)减少量的晶片上视图(如步骤105)，如图3所示，方便制作工艺人员判断需要进行修正的区域。以本实施例为例，图3可以看出晶片200的大多数区域的临界尺寸都在55纳米左右，然而靠近边缘的周边区R1较容易出现临界尺寸降低的情况(例如临界尺寸为50纳米)。在一些实施例中，也可以省略步骤S105而直接进行后续步骤。
针对上述因曝光焦距偏移，而导致周边区的图案良率不佳的问题，可以进行一第一修正步骤(步骤S107)，通过调整承载晶片的基座的位置或角度，而补偿焦距偏移量不均匀的问题。更详细说明，如图4与图5所示，图4绘示晶片放置于一基座上，然后调整基座角度的示意图。图5则绘示修正前与修正后的晶片的位置-晶片表面高度线图。如图4所示，晶片200放置于基座(载台)300上，在进行曝光步骤之前，可以调整基座300的角度，使得晶片200的倾斜角度也一并被调整。如此一来，可以部分补偿部分表面高度变动较大的区域，尽可能使该区域的表面高度与其他区域趋于一致。
然而，上述调整晶片倾斜角度的方法，将会影响到整个晶片的倾斜角度，而无法仅针对部分区域的高度(例如周边区R1)进行调整，所以能够补偿表面高度的效果有限。如图5所示，修正前的晶片在不同位置上有不同的表面高度，而经过第一修正步骤之后(步骤S107)，整个晶片进行倾斜，以虚线表示修正后晶片不同位置的理想表面高度。从图5可发现，虚线为一条斜线，也就是一次方线图。修正过后，部分的区域的实际表面高度与修正后的理想表面高度仍有差距而无法完全被补偿(例如图5的位置点P1、位置点P2、位置点P3与位置点P4)。也就是说，利用晶片倾斜的方法，仍无法完全修正各区域的表面高度差异产生的焦距偏移情况。
因此，本发明在上述的第一修正步骤(步骤S107)之后，更进行一第二修正步骤(步骤S109)。其中第二修正步骤主要作用就是再次补偿第一修正步骤的不足之处。更详细说明，如上所述在第一修正步骤之后，晶片200上部分区域的实际高度与修正后的理想高度仍有落差，因此针对该些区域，调整曝光机台的参数，使曝光步骤进行时，能够以不同大小的光能量强度照射晶片200的不同区域，进而补偿表面高度差异产生的缺失。举例来说，如图6所示，其绘示曝光步骤进行时，对晶片不同区域照射不同光能量示意图，也就是一晶片的位置-曝光能量增强示意图。其中图6的数值0代表曝光强度未经增幅，与一般现有曝光步骤的光能量强度相同(也就是增加幅度为0，单位为微焦耳)。从图6可看出，部分区域(尤其是靠近晶片边界部分)在进行曝光步骤时，曝光的能量强度增加了约1.5～2.5微焦耳。也就是说，在靠近边界部分以较强的光能量照射。
根据申请人的实验结果，第二次修正步骤，也就是通过控制曝光机台的参数，来改变照射晶片不同区域的光强度，此制作工艺可以被更精准地控制。以本实施例为例，若周边区R1的曝光焦距与其他区域差距较大，可以仅针对周边区域加强曝光的光强度。以本实验所使用的曝光机台为例，将晶片位置-曝光能量相对强度绘制成不同次方的线图，最高可以达到六次方线图。举例来说，请参考图7，其绘示晶片位置-曝光能量相对强度的不同次方线图。从图7可以看出，当线图次方愈高，代表其可以更精准地针对部分区域进行加强曝光能量，而尽可能不影响其他区域。例如图7的六次方线图，真对晶片的中央区域(例如横轴为-6.5mm～+6.5mm附近)，曝光能量几乎没有变动，而针对靠近边界的区域(例如横轴为-13～-6.5mm，以及+6.5～+13mm)，曝光能量逐渐增加。
本发明中的第二次修正步骤，相邻区域的曝光能量变化仍然呈现渐进式的变化，也就是说，相邻的区域的曝光能量无法急遽地变动。因此，若省略本发明所述的第一次校正步骤而直接进行第二次校正步骤，在晶片表面变动较大的区域(例如图5中的位置点P3与位置点P4，其高低差较大)，仍难以完全修正焦距误差。本发明的特点在于，结合第一次校正步骤与第二次校正步骤，其中第一次校正步骤通过调制晶片的倾斜角度，以大致上修正晶片表面高低起伏较大的区域，避免晶片上存在高低起伏较大的区域。接下来，在第一次校正步骤完成后，进行第二次校正步骤，针对各别区域进行曝光能量的调整，以弥补第一次校正步骤的不足之处。
此外，上述测量晶片表面的步骤，是将晶片200放置于一第一载台(图未示)上，至于进行第二次修正步骤时，较佳将晶片放置在一第二载台(图未示)上，也就是说，测量晶片表面垂直高度的步骤与进行第二次修正步骤，是在不同的载台上完成。
在该第二次校正步骤完成后，如步骤S111所示，回馈一更新后的位置-临界尺寸(critical dimension,CD)减少量至该计算系统中。也就是说，可以将本次调整后的结果回传至计算系统中存储为数据库，作为下次进行校正步骤的依据，减少下次校正步骤的时间。
本发明在实际应用上，可以在每一次进行晶片曝光之前，都依序进行第一次校正步骤与第二次校正步骤，接着依照校正后的参数进行曝光制作工艺。或是另一方面，应用本发明的方法，可以先测量多片晶片后，将第一次校正步骤与第二次校正步骤的调整参数存储至一数据库中。当数据库内的数值达到一定标准后，后续再进行其他晶片的曝光时，也许只需要测量晶片的表面高低参数，即可依照数据库内的内容，选择合适的参数进行调整，而省去再次进行第一次校正步骤与第二次校正步骤的时间。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种增进晶片曝光品质的方法，包含：
提供晶片，测量该晶片的表面垂直高度数值；
输入该表面垂直高度数值至一计算系统中，得到该晶片的位置-曝光焦距偏移量的偏移图；
根据该位置-曝光焦距偏移量的偏移图，对该晶片进行第一次校正步骤；以及
在该第一次校正步骤之后，对该晶片进行第二次校正步骤，其中该第二次校正步骤包含调整曝光机台的光照强度，使该曝光机台能够以不同大小的光能量强度照射该晶片不同位置；
该第一次校正步骤包含调整基座的倾斜角度，其中该晶片位于该基座之上。
2.如权利要求1所述的方法，其中是位于第二基座上，进行该第二次校正步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中该第一次校正步骤进行后，该计算系统将绘制位置-调整后的晶片表面高度线图，其中该位置-调整后的晶片表面高度线图为一次方的直线。
4.如权利要求1所述的方法，其中该第二次校正步骤中，根据该曝光机台，绘示晶片位置-曝光能量相对强度线图，其中该晶片位置-曝光能量相对强度线图包含六次方曲线。
5.如权利要求1所述的方法，其中该晶片包含有中央区域以及周边区域，其中该周边区域的第一平均焦距偏移量大于该中央区域的第二平均焦距偏移量。
6.如权利要求5所述的方法，其中第二次校正步骤还包含有增加照射该晶片的该周边区域的光能量强度。
7.如权利要求5所述的方法，其中该周边区域的该第一平均焦距偏移量大于30纳米。
8.如权利要求1所述的方法，其中还包含根据该位置-曝光焦距偏移量的上视图，绘制位置-临界尺寸(critical dimension,CD)减少量的上视图。
9.如权利要求8所述的方法，其中该第二次校正步骤后，还包含进行回馈步骤，将更新后的位置-临界尺寸(critical dimension,CD)减少量回传至该计算系统中。
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