CN114442422A - 图形失真的补偿方法及光刻曝光的方法 - Google Patents

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梁时元
贺晓彬
刘金彪
杨涛
李亭亭
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Abstract

本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种图形失真的补偿方法及光刻曝光的方法，图形失真为掩模上安装保护膜而引起，包括以下步骤：测量安装保护膜的掩模产生的第一图形特征；测量未安装保护膜的掩模产生的第二图形特征；基于第一图形特征、第二图形特征之间的差异建立图形失真模型；根据图形失真模型计算补偿量。本申请实施例可以自动对各种情况导致的误差进行补偿，并可以预测多种情况下的保护膜导致的图形失真，提高了图形失真补偿的准确性以及效率。

Description

图形失真的补偿方法及光刻曝光的方法
技术领域
本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种图形失真的补偿方法及光刻曝光的方法。
背景技术
光刻装置是将所需图案转移至基底上的一种装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，先将设计图案加工在模板上，如掩模(MASK或RETICLE)可用于产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(例如硅晶片)。一般地，单一的晶片将包含相继曝光的重复单元组成的整个网格。已知的光刻装置包括所谓步进器，通过将整个图案一次曝光基底上，已知的光刻装置还包括所谓扫描器，通过在投影光束下沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并同时沿与该方向同步扫描基底来进行曝光每个单元。
保护膜(PELLICLE)是一种薄而透明的膜，并通过框体附在掩模的铬边。保护膜及其框体保持在掩模的铬边附近的空间没有尘粒。这样使得诸如污垢和灰尘之类的异物颗粒不会粘附到掩模上。如果不存在保护膜，那么污染粒子将位于掩模的图案上且将使图案的部分模糊，由此阻碍了图案被正确地投影至衬底上。可是，平面透明的保护膜在应用于曝光装置时由于其自身的重量而弯曲，并且由投影光学系统投影的图案(电路图案图像)将包括各种图像失真(IMAGE DISLOCATION)，如图1所示，特别是由于保护膜自身重量的变换而引起的失真(DISLOCATION)。
发明内容
本申请至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本申请提出一种图形失真的补偿方法及光刻曝光的方法，以解决保护膜导致的图像失真的问题。
为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种图形失真的补偿方法，所述图形失真为掩模上安装保护膜而引起，包括以下步骤：
测量安装所述保护膜的掩模产生的第一图形特征；
测量未安装所述保护膜的掩模产生的第二图形特征；
基于所述第一图形特征、第二图形特征之间的差异建立图形失真模型；
根据所述图形失真模型计算补偿量。
本申请第二方面提供了一种光刻曝光的方法，包括如上所述的图形失真补偿方法。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了现有技术中向下扫描时保护膜畸变导致的光线偏移；
图2示出了现有技术中向上扫描时保护膜畸变导致的光线偏移；
图3示出了现有技术中向下扫描时保护膜畸变导致的光线偏移；
图4示出了图3的局部方法图；
图5示出了现有技术中向上、向下扫描时场内失真指纹变化信号。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
光刻投影装置可以用来制造集成电路(IC)。光刻投影装置可产生对应于单层集成电路的电路图形，且该图形可以在覆盖光敏感材料层(抗蚀膜)的晶圆目标部分(可包括一个或多个芯片)上成像。一般来说，单个晶圆将包括相邻的多个重复单元，这些目标部分依次由投影系统一次一个地曝光。在现有的通过掩模台上掩模来形成图案的装置中，分为两种不同类型的设备，其中一种类型的光刻投影仪，通过将整个掩模图案一次曝光到目标部分的方式照射各目标部分；这种设备通常称作晶片分档器或步进-重复机。在另一种可供选择的通常称作步进扫描机的设备中，每个目标部分通过在投影光束下沿给定“扫描”方向逐步扫描掩模图案来照射的，同时沿与此方向同步扫描基片台；一般来说，由于投影系统会具有放大系数M(通常＜1)，所以扫描基片台的速度V应等于系数M乘以扫描掩模台的速度。
在使用光刻投影装置制造器件的过程中，图案(比如掩模中的图案)在晶圆上成像，该晶圆至少局部由光敏感材料层(抗蚀膜)覆盖。在成像步骤之前，可以对晶圆进行各种处理，如晶圆预处理、涂抗蚀膜和低温烘焙。在曝光之后，可以对晶圆进行其它处理，如曝光后烘焙(PEB)、显影、高温烘焙以及对成像要素进行测量/检查。这一系列步骤是形成单层器件如集成电路图案的基础。接下来可以对图案层进行各种加工如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学机械抛光等，所有这些工序都是为了完成单层器件。如果需要有若干层，那么对于每个新层都必须重复进行整个过程或其变化。最终，在晶圆上会形成一系列器件。接着利用切割或锯切这样的技术将这些器件相互分开，于是这些单独的器件可以安装在载体上、连接到插脚上等。
可以用保护膜保护掩模以防止掩模的图案面被污染沾污。这种软保护膜通常由聚合物薄片构成，基本上平行于掩模表面并离开一定的垂直距离。已经注意到短波长辐射光如深紫外辐射(比如126和157纳米)和远紫外辐射(EUV)(比如5-20纳米)会使软保护膜很快变坏，因此在这种情况下使用软保护膜是不现实的。
对(深)紫外/远紫外光刻技术应用中的掩模正在考虑使用替代保护膜。这种替代保护膜能够经受(深)紫外/远紫外辐射并且是由对(深)紫外/远紫外辐射透明的薄玻璃片构成。
如图2-5所示，如果在扫描的过程中，保护膜的表面产生畸变，由于保护膜的折射特性(根据Snell定律)，辐射光束可通过某种方式折射，即可使产生图案影像的投影系统的焦点平面发生偏移(displacement)，因而掩模相对投影系统的位置相应改变，进而引起掩模图形的失真。而产生的偏移量主要取决于保护膜的厚度(thickness)、折射率(refractive index)、倾斜角度(local angle)，如果扫描属性是完全一致的，则在向上和向下扫描时，可以得到期望的图形失真结果。
基于上述内容，本实施例提供了一种图形失真的补偿方法，图形失真为掩模上安装保护膜而引起，包括以下步骤：
测量安装保护膜的掩模产生的第一图形特征；
测量未安装保护膜的掩模产生的第二图形特征；
基于第一图形特征、第二图形特征之间的差异建立图形失真模型；其中，图形失真模型的参数至少包括：掩模尺寸、掩模厚度、掩模上安装保护膜的框架尺寸、保护膜的厚度、保护膜的膜层尺寸、保护膜的材质、保护膜的张力、框架的位置、保护膜的位置和保护膜的热效应。
值得一提的是，对于图形失真模型，可以根据实际测试结果进行模拟，本实施例在此不做赘述。
再次测量第一图形特征、第二图形特征，并使用再次测量出的第一图形特征、第二图形特征对图形失真模型进行校正。
根据图形失真模型计算补偿量。
值得一提的是，本实施例还包括以下步骤：
利用阿贝误差校正方法计算出向上扫描、向下扫描时保护膜的理论位置，基于保护膜的理论位置预测保护膜的位置偏移量；测量保护膜的实际位置，基于保护膜的理论位置和实际位置，利用图形失真模型预测保护膜的位置偏移量；然后再根据保护膜的位置偏移量预测晶圆表面的变形量，并对其进行补偿。
与现有技术相比，本申请实施例可以自动对各种情况导致的误差进行补偿，并可以预测多种情况下的保护膜导致的图形失真，提高了图形失真补偿的准确性以及效率。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (8)

1.一种图形失真的补偿方法，所述图形失真为掩模上安装保护膜而引起，其特征在于，包括以下步骤：
测量安装所述保护膜的掩模产生的第一图形特征；
测量未安装所述保护膜的掩模产生的第二图形特征；
基于所述第一图形特征、第二图形特征之间的差异建立图形失真模型；
根据所述图形失真模型计算补偿量。
2.根据权利要求1所述的图形失真的补偿方法，其特征在于，还包括以下步骤：
再次测量所述第一图形特征、所述第二图形特征，并使用再次测量出的所述第一图形特征、所述第二图形特征对所述图形失真模型进行校正。
3.根据权利要求1所述的图形失真的补偿方法，其特征在于，还包括以下步骤：
利用阿贝误差校正方法计算出向上扫描、向下扫描时所述保护膜的理论位置，基于所述保护膜的理论位置预测所述保护膜的位置偏移量。
4.根据权利要求3所述的图形失真的补偿方法，其特征在于，预测所述保护膜的位置偏移量的步骤还包括：
测量所述保护膜的实际位置，基于所述保护膜的理论位置和实际位置，利用所述图形失真模型预测所述保护膜的位置偏移量。
5.根据权利要求4所述的图形失真的补偿方法，其特征在于，所述位置偏移量为所述保护膜在X、Y、Z方向上的偏移量。
6.根据权利要求3所述的图形失真的补偿方法，其特征在于，根据所述保护膜的位置偏移量预测晶圆表面的变形量，并进行补偿。
7.根据权利要求1-6任一项所述的图形失真的补偿方法，其特征在于，所述图形失真模型的参数至少包括：
掩模尺寸、掩模厚度、掩模上安装保护膜的框架尺寸、保护膜的厚度、保护膜的膜层尺寸、保护膜的材质、保护膜的张力、框架的位置、保护膜的位置和保护膜的热效应。
8.一种光刻曝光的方法，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的图形失真的补偿方法。
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