CN112230515A - 一种优化光刻聚焦的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种优化光刻聚焦的方法，包括：对衬底不平坦的晶圆涂布光刻胶，通过曝光机表面水平传感系统量测一个曝光面内不同区域高度分布度；对该晶圆使用标准掩模版进行聚焦‑能量矩阵曝光并显影，通过扫描电子显微镜量测不同区域的线宽，计算出不同区域最佳聚焦值；通过光学仿真模拟，计算出在该光刻条件下掩模版铬厚度变化相对应的聚焦深度变化；根据曝光面内不同区域的最佳聚焦值，在掩模版制作过程中调整不同区域的铬厚度；用不同铬厚度的掩模版对步骤一中晶圆曝光，可使曝光面内不同区域的图形都可获得最佳聚焦。

Description

一种优化光刻聚焦的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种优化光刻聚焦的方法。
背景技术
如图1所示，图1显示为现有技术中光刻曝光光路示意图。光线110透光掩模版111，掩模版上铬112为遮光材料，即无铬区域光线可透过掩模版，光线通过透镜113聚焦到晶圆116上；晶圆衬底115上涂布光刻胶114，由于衬底不平整，光刻胶的厚度不均一，即H3>H2>H1；图形117、118、119曝光成像到光刻胶上，焦距唯一且为F0，最佳聚焦点为1/2光刻胶厚度处，此时图形118处于最佳聚焦范围，图形117、119不能以最佳焦距成像，造成图形失真，影响产品良率。
因此，需要提出一种新的优化光刻聚焦的方法来解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种优化光刻聚焦的方法，用于解决现有技术中由于衬底表面不平整造成的曝光时聚焦不均一，进而造成图形失真导致产品良率下降的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种优化光刻聚焦的方法，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、对衬底不平坦的晶圆表面涂布光刻胶形成曝光面，提供设有水平传感系统的曝光机，利用所述水平传感器量测所述曝光面内不同区域高度分布度；
步骤二、提供标准掩膜板，所述标准掩膜板上设有厚度均匀的遮光材料层，由所述遮光材料层以及透光部分在所述标准掩膜板上形成均匀分布且线宽一致的图形；对所述晶圆使用所述标准掩模板采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光并显影，得到所述晶圆上的光刻胶图形；之后通过扫描电子显微镜量测所述晶圆上不同区域的所述光刻胶图形的线宽；提供焦距-能量矩阵分布下对应的线宽曲线图，根据所述晶圆上不同区域的光刻胶图形的线宽随焦距-能量变化曲线计算出所述曝光面区域内不同高度对应图形的最佳焦距值；
步骤三、通过光学仿真模拟，计算出掩模板上所述遮光材料层厚度变化相对应的焦距深度变化；
步骤四、根据所述曝光面内不同区域的最佳聚焦值，调整掩膜板上不同区域的所述遮光材料层厚度得到不同所述遮光材料层厚度的掩膜板；
步骤五、用所述不同所述遮光材料层厚度的掩膜板对步骤一中所述晶圆曝光，使曝光面内不同区域的图形均获得最佳焦距。
优选地，所述衬底为集成电路多道光刻工序的任一道工序的衬底。
优选地，步骤一中利用所述水平传感器量测所述曝光面内不同区域高度分布度的方法是利用激光束以较大入射角照射在所述晶圆表面，所述激光束的反射光被所述水平传感系统接受，通过反射信号偏差量测所述晶圆表面高度。
优选地，步骤二中采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光的方法为：对所述晶圆表面建立直角坐标系，曝光时沿晶圆表面的X方向做固定步长的能量变化，沿Y方向做焦距值变化。
优选地，步骤二中采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光的方法中，焦距值变化的步长范围为10～200nm，能量变化的步长范围为0.1～10mj。
优选地，步骤二中的所述最佳聚焦值为线宽对焦距值变化最不敏感的焦距。
优选地，步骤三中的所述光学仿真模拟是通过Prolish、SLitho仿真软件模拟所述掩膜板上所述遮光材料层厚度变化的3D效应对于聚焦值的偏移。
优选地，步骤二中所述掩膜板上的所述遮光材料层为铬层。
优选地，步骤二中所述掩膜板上的所述铬层厚度为20nm～300nm。
优选地，步骤二中所述掩膜板上的所述遮光材料层为MoSi或Ta。
如上所述，本发明的优化光刻聚焦的方法，具有以下有益效果：本发明的优化光刻聚焦的方法对于掩模版上不同图形，采用不同的铬厚度，使不同图形曝光时在晶圆上焦平面不均一；对于表面形貌不均一的晶圆，曝光最佳焦平面不均一，通过不同图形掩模板遮光材料层厚度差异产生的聚焦平面差异，补偿晶圆表面形貌造成的聚焦平面差异，使掩模板上的图形均能获得最佳聚焦，简化了工艺流程，提高了产品良率。
附图说明
图1显示为现有技术中光刻曝光光路示意图；
图2显示为本发明的掩膜板上不同厚度遮光材料的曝光光路示意图；
图3显示为本发明中曝光面内不同区域高度分布示意图；
图4显示为本发明中掩膜板上的一种图形下的不同能量条件下的光刻胶图形的线宽随焦距的变化；
图5显示为本发明中掩膜板上的另一种图形下的不同能量条件下的光刻胶图形的线宽随焦距的变化；
图6显示为本发明优化光刻聚焦的方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种优化光刻聚焦的方法，如图6所示，图6显示为本发明优化光刻聚焦的方法流程图，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、对衬底不平坦的晶圆表面涂布光刻胶形成曝光面，提供设有水平传感系统的曝光机，利用所述水平传感器量测所述曝光面内不同区域高度分布度；该步骤一中提供的所述晶圆上衬底不平坦，本发明进一步地，本实施例的步骤一中所述衬底为集成电路多道光刻工序的任一道工序的衬底。
对所述衬底涂布光刻胶形成曝光面。曝光时利用的曝光机台设有所述水平传感系统(Leveling system)，所述水平传感系统可以用来量测所述曝光面内不同区域高度分布度。如图3所示，图3显示为本发明中曝光面内不同区域高度分布示意图。亦即通过曝光机表面水平传感系统(Leveling system)量测一个曝光面内不同区域高度分布度T1、T2、T3…Tn。本发明进一步地，本实施例的步骤一中利用所述水平传感器量测所述曝光面内不同区域高度分布度的方法是利用激光束以较大入射角照射在所述晶圆表面，所述激光束的反射光被所述水平传感系统接受，通过反射信号偏差量测所述晶圆表面高度。其中横轴(x)和纵轴(y)分别表表示曝光面的横纵坐标。
步骤二、提供标准掩膜板，所述标准掩膜板上设有厚度均匀的遮光材料层，由所述遮光材料层以及透光部分在所述标准掩膜板上形成均匀分布且线宽一致的图形；对所述晶圆使用所述标准掩模板采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光并显影，得到所述晶圆上的光刻胶图形；之后通过扫描电子显微镜量测所述晶圆上不同区域的所述光刻胶图形的线宽；提供焦距-能量矩阵分布下对应的线宽曲线图，根据所述晶圆上不同区域的光刻胶图形的线宽随焦距-能量变化曲线计算出所述曝光面区域内不同高度对应图形的最佳焦距值。
该步骤二中提供的所述标准掩膜板上的遮光材料层的厚度均匀，所述遮光材料层和所述掩膜板上的透光部分在一起组成图形，并且本发明的所述标准掩膜板上的图形为均匀分布且线宽一致的图形；对所述晶圆使用所述标准掩模板采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光并显影，得到所述晶圆上的光刻胶图形；亦即不同焦距和能量组合的条件对所述晶圆曝光和显影后形成的光刻胶图形的线宽不一致，而同一焦距-能量组合条件下并且在所述晶晶圆的衬底平坦情况下得到曝光后的光刻胶图形的线宽应一致。在所述晶圆衬底不平坦的情况下，采用每一组焦距-能量的曝光条件组合得到的对应的一组光刻胶图形的线宽；之后通过扫描电子显微镜量测所述晶圆上不同区域的所述光刻胶图形的线宽；亦即利用电子显微镜扫描不同曝光条件下所述晶圆上不同区域的所述光刻胶图形的线宽，之后提供焦距-能量矩阵分布下对应的线宽曲线图，如图4和图5所示，图4显示为本发明中掩膜板上的一种图形下的不同能量条件下的光刻胶图形的线宽随焦距的变化。图5显示为本发明中掩膜板上的另一种图形下的不同能量条件下的光刻胶图形的线宽随焦距的变化。本实施例中只提供其中一种图形即可，亦即所述掩膜板上的图形只需要符合是同一种图形即可。
根据所述晶圆上不同区域的光刻胶图形的线宽、所述曝光面内不同区域高度分布度以及所述焦距-能量矩阵分布下对应的线宽曲线图计算所述曝光面区域内不同高度对应的最佳焦距值。结合图2，该步骤曝光面内高度为T1区域最佳聚焦值为F1，高度为T2区域最佳聚焦值为F2…高度为Tn区域最佳聚焦值为Fn。
本发明进一步地，本实施例的步骤二中采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光的方法为：对所述晶圆表面建立直角坐标系，曝光时沿晶圆表面的X方向做固定步长的能量变化，沿Y方向做焦距值变化。
本发明再进一步地，本实施例的步骤二中采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光的方法中，焦距值变化的步长范围为10～200nm，能量变化的步长范围为0.1～10mj(毫焦)。
步骤二中的所述最佳聚焦值为线宽对焦距值变化最不敏感的焦距。亦即所述最佳聚焦值为图形成像最清晰的聚集值，即线宽对聚焦值变化最不敏感的焦距。
本实施例中的步骤二中所述掩膜板上的所述遮光材料层为铬层。再进一步地，步骤二中所述掩膜板上的所述铬层厚度为20nm～300nm。在其他实施例中步骤二中所述掩膜板上的所述遮光材料层也可以为MoSi或Ta。
步骤三、通过光学仿真模拟，计算出掩模板上所述遮光材料层厚度变化相对应的焦距深度变化；本发明进一步地，本实施例的步骤三中的所述光学仿真模拟是通过Prolish、SLitho仿真软件模拟所述掩膜板上所述遮光材料层厚度变化的3D效应对于聚焦值的偏移。亦即通过SLitho软件做光学仿真模拟，计算出在该光刻条件下聚焦值变化F2-F1铬厚度变化为R1,聚焦值变化F3-F1铬厚度变化为R2…聚焦值变化Fn-F1铬厚度变化为Rn。
步骤四、根据所述曝光面内不同区域的最佳聚焦值，调整掩膜板上不同区域的所述遮光材料层厚度得到不同所述遮光材料层厚度的掩膜板。
步骤五、用所述不同所述遮光材料层厚度的掩膜板对步骤一中所述晶圆曝光，使曝光面内不同区域的图形均获得最佳焦距。如图2所示，图2显示为本发明的掩膜板上不同厚度遮光材料的曝光光路示意图。例如图2中的铬层117、铬层118和铬层119的厚度不同。对晶圆116上不同厚度的衬底115涂布光刻胶114，通过所述掩膜板111上不同厚度的铬层111并利用透镜113在所述光刻胶上曝光。分别获得高度不同位置的最佳焦距F1、F2、F3。
综上所述，本发明的优化光刻聚焦的方法对于掩模版上不同图形，采用不同的铬厚度，使不同图形曝光时在晶圆上焦平面不均一；对于表面形貌不均一的晶圆，曝光最佳焦平面不均一，通过不同图形掩模板遮光材料层厚度差异产生的聚焦平面差异，补偿晶圆表面形貌造成的聚焦平面差异，使掩模板上的图形均能获得最佳聚焦，简化了工艺流程，提高了产品良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种优化光刻聚焦的方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、对衬底不平坦的晶圆表面涂布光刻胶形成曝光面，提供设有水平传感系统的曝光机，利用所述水平传感器量测所述曝光面内不同区域高度分布度；
步骤二、提供标准掩膜板，所述标准掩膜板上设有厚度均匀的遮光材料层，由所述遮光材料层以及透光部分在所述标准掩膜板上形成均匀分布且线宽一致的图形；对所述晶圆使用所述标准掩模板采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光并显影，得到所述晶圆上的光刻胶图形；之后通过扫描电子显微镜量测所述晶圆上不同区域的所述光刻胶图形的线宽；提供焦距-能量矩阵分布下对应的线宽曲线图，根据所述晶圆上不同区域的光刻胶图形的线宽随焦距-能量变化曲线计算出所述曝光面区域内不同高度对应图形的最佳焦距值；
步骤三、通过光学仿真模拟，计算出掩模板上所述遮光材料层厚度变化相对应的焦距深度变化；
步骤四、根据所述曝光面内不同区域的最佳聚焦值，调整掩膜板上不同区域的所述遮光材料层厚度得到不同所述遮光材料层厚度的掩膜板；
步骤五、用所述不同所述遮光材料层厚度的掩膜板对步骤一中所述晶圆曝光，使曝光面内不同区域的图形均获得最佳焦距。
2.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤一中所述衬底为集成电路多道光刻工序的任一道工序的衬底。
3.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤一中利用所述水平传感器量测所述曝光面内不同区域高度分布度的方法是利用激光束以较大入射角照射在所述晶圆表面，所述激光束的反射光被所述水平传感系统接受，通过反射信号偏差量测所述晶圆表面高度。
4.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤二中采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光的方法为：对所述晶圆表面建立直角坐标系，曝光时沿晶圆表面的X方向做固定步长的能量变化，沿Y方向做焦距值变化。
5.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤二中采用不同焦距-能量的条件组合进行曝光的方法中，焦距值变化的步长范围为10～200nm，能量变化的步长范围为0.1～10mj。
6.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤二中的所述最佳聚焦值为线宽对焦距值变化最不敏感的焦距。
7.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤三中的所述光学仿真模拟是通过Prolish、SLitho仿真软件模拟所述掩膜板上所述遮光材料层厚度变化的3D效应对于聚焦值的偏移。
8.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤二中所述掩膜板上的所述遮光材料层为铬层。
9.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤二中所述掩膜板上的所述铬层厚度为20nm～300nm。
10.根据权利要求1所述的优化光刻聚焦的方法，其特征在于：步骤二中所述掩膜板上的所述遮光材料层为MoSi或Ta。
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