CN117724302A - 一种改善关键尺寸均匀性的曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体制造技术领域，公开了一种改善关键尺寸均匀性的曝光方法。本方法通过对曝光步进、曝光矩阵、矩阵偏移量、有效曝光面积、粗对位坐标、精对位坐标等曝光参数的设置，可实现采用具有多个曝光图形的掩膜版一次曝光一个图形，从而提高产品关键尺寸的均匀性；本曝光方法只需要提前设置好曝光MAP参数，通过投影式光刻机在传统曝光工艺流程的基础上进行正常曝光，即可提高关键尺寸均匀性；不需要重新设计掩膜版，不需要额外调试其它工艺，缩短了产品调试周期，无需增加设备成本，提高了产品性能的同时，操作方便，适于现场推广应用。

Description

一种改善关键尺寸均匀性的曝光方法

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，特别涉及一种改善关键尺寸均匀性的曝光方法。

背景技术

光刻机按照运作方式可分为接触式曝光、接近式曝光和投影式曝光。典型的投影式曝光为步进-扫描式曝光，其方法为在掩膜版与晶圆之间添加透镜，投影比例一般为1:4。系统通过一个狭缝曝光带照射到mask（掩膜版）；载有mask的平台朝一个方向移动（类似扫描），而晶圆沿mask的反方向以1/4的速度进行相对的移动，当mask上需要曝光的图形全部被扫描后，就进入下一个待曝光区域。

对于小中产品尺寸来说，一般FAB厂为了提高产能，mask上会设计多个曝光图形（1×2、2×3等），以提高曝光效率。然而由于掩模板翘曲度等原因的影响，投影式曝光机曝光的有效曝光范围无法随着扩大。目前投影式曝光机的有效曝光面积为25×33mm。

传统曝光方法采用设计了多个曝光图形的掩膜版一次曝光多个图形。如此虽然在一定程度上提高了产品产能，但由于需要的有效曝光面积变大，曝光光斑的均匀性也越差。对于产品中某些关键光刻工艺来说，曝光图形均匀性会影响到最终产品的性能。

为了改善曝光图形均匀性，现有的方法通常采用调整曝光工艺的方法，此类方法一般对实际应用环境、配套设备以及操作水平有一定要求，增加了实际应用的难度和成本。

因此，在不改变产品生产成本的基础上，有必要找到一种能提高关键层光刻工艺图形均匀性且高效的方法。

以下对文中专业术语进行解释：

曝光步进step pitch，为掩膜版移动步进。

曝光矩阵Map Layout，为完整覆盖晶圆的最小矩阵。

矩阵偏移量Map Offset，为晶圆圆心与参考点的偏移量。

有效曝光面积Blind，为曝光光斑的面积，为相对参考点的坐标。

粗对位坐标search mark，为使晶圆与晶圆台粗略对位的坐标，精度为微米级，为相对参考点的坐标，位于曝光图形的下方和右方PCM区域，包含dark mark和clear mark。

粗对位标记，为一次光刻后留下为后续光刻定位用的对位标记，用于确保找到精对位标记。一般能在对准激光照射下产生衍射的周期性结构都可用作对准标识。

精对位坐标g-ega mark，为使晶圆与晶圆台精确对位的坐标，相对参考点坐标，位于曝光图形内的下方和右方PCM区域的search mark旁边；精度为纳米级。包含LSA和FIA对位方式的dark mark和clear mark。

精对位标记，选中一定数量的shot进行对位标记位置测量，然后根据阵列布局计算补偿值，最大限度的减小预期与实际测量shot的位置间偏差的均方根。为提高wafer对位精度，可适当增加测试点的个数。一般设置6-10个Block用作精对位。

PCM区域：为测试区域，一般放置测试结构和对位标记。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种改善关键尺寸均匀性的曝光方法，具体技术方案如下：

一种改善关键尺寸均匀性的曝光方法，所述方法包括步骤：

S1.获取掩膜版上曝光图形个数为a×b，掩膜版上芯片图形大小为X×Y；

S2.设置曝光参数，包括

曝光步进为（X/a，Y/b）；

曝光矩阵为（am，bn），其中m、n为使得晶圆内完整矩阵个数最多的正整数；

矩阵偏移量为（x/a，y/b），其中x、y分别为晶圆中心点相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；

有效曝光面积为（-X/2，X/a，-Y/2，-Y/b）；

粗对位坐标为（SXx-3X/2a，SXy-3Y/2b）和（3X/2a-SYx，3Y/2b-SYy）；

精对位坐标为（EXx-3X/2a，EXy-3Y/2b）和（3X/2a-EYx，3Y/2b-EYy）；

其中，SXx、SXy分别为粗对位标记SX相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移，SYx、SYy分别为粗对位标记SY相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；EXx、EXy分别为精对位标记EX相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；EYx、EYy为分别精对位标记EY相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；

所述矩阵偏移量、有效曝光面积、粗对位坐标、精对位坐标均以掩膜版上芯片图形中心点作为参考点；

S3.按照步骤S2中的曝光参数设置，采用投影式光刻机对晶圆进行曝光。

本方案实现了使用具有多个曝光图形的掩膜版的光刻机也能达到一次曝光一个图形，由此所需的曝光光斑小，曝光后图形均匀性更佳。

进一步地，X不大于25mm，Y不大于33mm。

进一步地，所述粗对位坐标在曝光矩阵中相隔m行、n列设置，以提高与前层图案精准对位的精准度。

与现有技术相比，上述技术方案之一或多个技术方案能达到至少以下有益效果之一：

本方法通过对曝光步进、曝光矩阵、矩阵偏移量、有效曝光面积、粗对位坐标、精对位坐标等曝光参数的设置，可实现采用具有多个曝光图形的掩膜版一次曝光一个图形，从而提高产品关键尺寸的均匀性；本曝光方法只需要提前设置好曝光MAP参数，通过投影式光刻机在传统曝光工艺流程的基础上进行正常曝光，即可提高关键尺寸均匀性；不需要重新设计掩膜版，不需要额外调试其它工艺，缩短了产品调试周期，无需增加设备成本，提高了产品性能的同时，操作方便，适于现场推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为对比例1的MAP图。

图2为实施例1改善关键尺寸均匀性的曝光方法的部分流程示意图。

图3为实施例1的MAP图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

如背景技术所述，为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

以下对比例和实施例以掩膜版上设计曝光图形个数为1×2，曝光图形为对称图形，至少一个图形中含有对位标记，一个芯片图形的尺寸为12949um×12519um，采用NikonS205C stepper光刻机进行曝光为例。

对比例1

如在传统光刻工艺中，掩膜版曝光图形个数为a×b，一次曝光多个图形。则设置曝光步进为（X，Y），曝光矩阵为（m，n），矩阵偏移量为（x，y），有效曝光面积为（-X/2，X/2，-Y/2，Y/2）；粗对位坐标为SX（SXx，SXy）和SY（SYx，SYy）；精对位坐标为EX（EXx，EXy）和EY（EYx，EYy）。其中，矩阵偏移量、有效曝光面积、粗对位坐标、精对位坐标为相对于掩膜版中心点的坐标。

如图1所示，为传统的光刻工艺中，掩膜版一次曝光图形个数为1×2的MAP图。

在传统方法中，其曝光步进为（12949，25038），单位为微米；曝光矩阵为（17，9）；矩阵偏移量为（5.4745，12.519），单位为毫米；有效曝光面积为（-6474.5，6474.5，-12519，12519），单位为微米；粗对位坐标SX的dark mark为（6291.5，8990.9），clear mark为（6291.5，9150.9），位于PCM区域右侧；粗对位坐标SY的dark mark为（-3463.2，238），clearmark为（-3903.2，238），位于PCM区域下侧；精对位坐标有两种对位方式，LSA对位方式的dark坐标为EX（-4226.7，254）和EY（6305.5，8334.9），clear坐标为EX（-4336.7，254）和EY（6305.5，8444.9）；另外一种方式FIA的dark坐标为EX（-4490.7，250）和EY（6301.5，8598.9）， clear坐标为EX（-4670.7，250）和EY（6301.5，8778.9）。

如表1所示ADI表(after develop inspection)，其中晶片序号如（7，4）为第七列第四行。按照以上传统曝光方法，曝光0.35um关键尺寸的光刻后图形，其关键尺寸均匀性为9.95%。

表 1

实施例1

本实施例提供一种改善关键尺寸均匀性的曝光方法，包括以下步骤：

S1.获取掩膜版上曝光图形个数为a×b，a≥1，b≥1；掩膜版上芯片图形大小为X×Y；X不大于25mm，Y不大于33mm。

本实施例使用与对比例1相同掩膜版，a=1，b=2，X=12949um，Y=12519um。

如图3所示MAP图，如图2所示调试相关曝光参数如下：

S2.设置曝光参数。

S21.设置曝光步进为（X/a，Y/b）；本实施例中，曝光步进为（12949，12519），单位为微米。

S22.设置曝光矩阵为（am，bn），其中m、n为使得晶圆内完整矩阵个数最多的正整数；本实施例中，曝光矩阵为（17，17）。

S23.设置矩阵偏移量为（x/a，y/b）；其中x、y分别为晶圆中心点相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；则矩阵偏移量为（5.4745，6.2595），单位为毫米。

S24.设置有效曝光面积为（-X/2，X/a，-Y/2，-Y/b）；则有效曝光面积为（-6474.5，6474.5，-12519，0）。

S25.设置粗对位坐标为SX（SXx-3X/2a，SXy-3Y/2b）和SY（3X/2a-SYx，3Y/2b-SYy）；其中，SXx、SXy分别为粗对位标记SX相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移，SYx、SYy分别为粗对位标记SY相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移。

具体地，粗对位坐标SX的dark mark为（6291.5，2731.4），clear mark为（6291.5，2891.4），位于PCM区域右侧；粗对位坐标SY的dark mark为（-3463.2，-6021.5），clear mark为（-3903.2，-6021.5），位于PCM区域下侧。

S26.设置精对位坐标为EX（EXx-3X/2a，EXy-3Y/2b）和EY（3X/2a-EYx，3Y/2b-EYy）；EXx、EXy分别为精对位标记EX相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；EYx、EYy为精对位标记EY相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移。

精对位坐标有两种对位方式，LSA对位方式的dark坐标为EY（-4226.7，-6005.5）和EX（6305.5，2075.4），clear坐标为EY（-4336.7，-6005.5）和EX（6305.5，2185.4）；另外一种方式FIA的dark坐标为EY（-4490.7，-6009.5）和EX（6301.5，2339.4），clear坐标为EY（-4670.7，-6009.5）和EX（6301.5，2519.4）。

其中，本方法的矩阵偏移量、有效曝光面积、粗对位坐标、精对位坐标为相对于掩膜版芯片图形中心点的坐标。

S3.按照步骤S2设置曝光参数后，即可通过投影式光刻机对晶圆进行正常曝光，其他曝光条件与传统方法条件相同。

如表2所示，按照本实施例的曝光方法，曝光0.35um关键尺寸的光刻后图形，其关键尺寸均匀性为8.57%，比对比例中传统曝光方法其关键尺寸均匀性提升了1.33%。

表 2

综上，本实施例的曝光方法通过设置曝光参数与掩膜版曝光图形个数、芯片图形大小相关联，一次曝光一个图形，有效地提高了关键尺寸均匀性，从而提高了产品性能，是一种能提高关键层光刻工艺图形均匀性且高效的方法。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。

Claims (3)

1.一种改善关键尺寸均匀性的曝光方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1.获取掩膜版上曝光图形个数为a×b；掩膜版上芯片图形大小为X×Y；

S2.设置曝光参数，包括：

曝光步进为（X/a，Y/b）；

曝光矩阵为（am，bn），其中m、n为使得晶圆内完整矩阵个数最多的正整数；

矩阵偏移量为（x/a，y/b），其中x、y分别为晶圆中心点相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；

有效曝光面积为（-X/2，X/a，-Y/2，-Y/b）；

粗对位坐标为（SXx-3X/2a，SXy-3Y/2b）和（3X/2a-SYx，3Y/2b-SYy）；

精对位坐标为（EXx-3X/2a，EXy-3Y/2b）和（3X/2a-EYx，3Y/2b-EYy）；

其中，SXx、SXy分别为粗对位标记SX相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移，SYx、SYy分别为粗对位标记SY相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；EXx、EXy分别为精对位标记EX相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；EYx、EYy分别为精对位标记EY相对于掩膜版中心点的横向位移和纵向位移；

所述矩阵偏移量、有效曝光面积、粗对位坐标、精对位坐标均以掩膜版上芯片图形中心点作为参考点；

S3.按照步骤S2中的曝光参数设置，采用投影式光刻机对晶圆进行曝光。

2.根据权利要求1所述的改善关键尺寸均匀性的曝光方法，其特征在于，X不大于25mm，Y不大于33mm。

3.根据权利要求1所述的改善关键尺寸均匀性的曝光方法，其特征在于，所述粗对位标记在曝光矩阵中相隔m行、n列设置。