[發明專利]一種優化掃描曝光的方法

有效

• 申請號: 200710045038.0
• 申請日: 2007-08-20
• 公開（公告）號: CN101373335A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發明（設計）人: 李碧峰;方向平;沈華峰;朱禕明
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;H01L21/027
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所
• 代理人: 屈蘅

技術領域

本發明涉及半導體光刻制程中的曝光，尤其涉及采用掃描式曝光裝置的曝光方法。

背景技術

隨著半導體工藝特征尺寸進入亞微米和深亞微米階段，半導體工藝制程對整個工藝設備的要求也不斷提高。在整個半導體工藝中，曝光裝置直接決定著整個制程能制作的最小線寬。隨著特征尺寸的不斷縮小，也給曝光裝置不斷帶來了新的挑戰。曝光裝置也經歷了接觸式曝光裝置、近接式曝光裝置、掃描投影式曝光裝置、步進機以及步進掃描式曝光裝置等這樣的發展階段，不斷滿足小特征尺寸半導體的制作要求。

曝光裝置掃描曝光的過程是當晶圓相對光罩的移動時，光源的光透過光罩，透鏡傳到涂覆有光刻膠的晶圓上，同時把光罩的圖像縮微復制到晶圓上，是個成像的過程。在整個掃描過程中，承載晶圓的工作臺是由動態系統控制模塊不斷進行調試，定位晶圓位置。

隨著需要曝的圖案的特征尺寸越小，會要求曝光裝置的分辨率不斷提高。曝光裝置的分辨率表示曝光裝置能分辨圖案的最小線寬，對越小特征尺寸的圖案會要求曝光裝置的分辨率越高。曝光裝置分辨率(R)的表達式如下所示

R＝k₁λ/NA

k₁是由透鏡像差、照明條件(在孔徑面內的光線相干度和強度分布)、掩膜(如是否采用了相移掩膜)、曝光工具工作狀態、光刻膠和工藝決定的，λ是指曝光光源的波長，NA是指曝光透鏡的數值孔徑。所以在曝小特征尺寸圖案時，希望這個范圍較大。同樣焦深(DOF)表示在一定工藝條件下，能刻出的最小線寬像面偏離焦面的范圍，焦深表達式如下所示：

DOF＝k₂λ/NA²

k₂是由曝光裝置本身決定的參數因子，λ是指曝光光源的波長，NA是指曝光透鏡的數值孔徑。

曝光光刻工藝窗口(PW)指的是在一定的光刻工藝條件范圍內，在該范圍內，曝出圖案的最小特征尺寸具有落在期望公差范圍內的印刷尺寸。

曝光裝置由于其硬件條件的確定，一般存在著它所能曝的最小特征尺寸極限，正是由于該極限的存在限制著該曝光裝置應用于更小特征尺寸的曝光工藝。在不改變曝光光源的波長，透鏡NA值的情況下，曝光分辨率所能達到的極限特征尺寸或小于極限特征尺寸的圖案時，會由于分辨率較低，焦深變淺，光刻工藝窗口的縮小很容易導致曝出的圖案缺陷較多，散焦嚴重而不能保證圖案的保真度。為解決曝更小特征尺寸圖案面臨的困難，通常是引進更先進的曝光設備(增大數值孔徑，更精密的機械控制系統等)，這將耗費比較昂貴的經濟成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種優化掃描曝光的方法，該方法可以有效解決掃描式曝光裝置曝光極限特征尺寸或小于極限特征尺寸的圖案時所面臨的問題，突破掃描式曝光裝置的標準極限曝光尺寸，延長曝光裝置使用壽命。

為實現上述目的，本發明提供了一種優化掃描曝光的方法，所述優化掃描曝光的方法是進行掃描曝光時，在不改變曝光裝置掃描方向控制模塊的條件下，通過調整速度控制參數，微調晶圓和光罩之間的相對移動速度，使曝光裝置曝光掃描速度低于其標準掃描速度。

在曝光掃描過程中，降低曝光掃描速度直至曝光圖案滿足生產良品率的要求。

所述曝光裝置掃描速度要高于曝光裝置的飽和掃描曝光速度。

此方法運用于曝光掃描式曝光裝置分辨率所能達到的極限特征尺寸或小于其極限特征尺寸的圖案。

與現有掃描曝光方法相比，本發明優化掃描曝光的方法有利于在掃描過程中，動態系統控制模塊把晶圓調整到最佳曝光平面，提高分辨率和焦深表達式中的k因子，擴大光刻工藝窗口，可使曝光裝置曝光其極限特征尺寸的圖案，甚至小于極限特征尺寸的圖案。同時，它在保證了一定的機臺利用率下，延長了曝光裝置的使用壽命，節約了曝光更小特征尺寸圖案的經濟成本。

具體實施方式

本發明的優化掃描曝光的方法，當掃描式曝光裝置(Canon?FPA?5000?ES3)曝光分辨率所能達到的極限特征尺寸(0.13um)或小于其極限特征尺寸的圖案時，在不改變曝光裝置掃描方向控制模塊的條件下，不采用曝光裝置默認的標準曝光掃描速度。

通過調整曝光裝置掃描速度控制模塊參數，微調晶圓和光罩之間的相對移動速度，使其低于曝光裝置標準掃描速度(350mm/s)。

在曝光掃描過程中，通過觀察曝光掃描速度下曝光后圖案的缺陷情況，如果缺陷情況超出良品率要求，繼續緩慢調低曝光掃描速度，直到曝光的圖案滿足要求時，就不再降低曝光掃描速度。