[發明專利]提高光刻工藝能力的系統及方法

有效

• 申請號: 201310264757.7
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103345123A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 毛智彪
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本發明涉及一種光刻系統及光刻方法，尤其涉及一種提高光刻工藝能力的系統及方法。

背景技術

半導體器件的制造需要經過上百道工藝，光刻工藝作為圖案化的主要工藝步驟，在半導體器件的制造過程中處于舉足輕重的地位。圖1是傳統的光刻曝光系統的結構示意圖；圖2是圖1中圓形光圈的俯視結構示意圖；如圖所示，傳統的光刻曝光系統包括：圓形光圈101、聚光透鏡102和投影透鏡104，且圓形光圈101、聚光透鏡102和投影透鏡104依次由上往下設置；當進行光刻曝光工藝時，光掩模103放置于聚光透鏡102和投影透鏡104之間，硅襯底105放置于投影透鏡104下方，入射光線100沿軸線通過圓形光圈101和聚光透鏡102，在光掩模103上的圖形處形成衍射，衍射光經過投影透鏡104后在硅襯底105表面干涉形成器件圖形，從而完成光刻曝光工藝。其中，圓形光圈101的部分相干系數σ是描述圓形光圈大小的一個重要參數。

隨著半導體器件的發展，圖形尺寸不斷縮小，傳統的圓形光圈照明方式越來越不能滿足技術的需求。多種分辨率增強技術（Resolution?Enhancement?Techniques，簡稱RET）逐漸發展起來。離軸照明（off-axis?illumination）便是其中較為常用的技術。離軸照明光圈有多種選擇，六級離軸照明光圈和圓環形離軸照明光圈便是其中兩種。

六級離軸照明光圈經常被用于提高在某三個特定方向排列具有較小空間間距的密集圖形的分辨率，圖3是采用六級離軸照明光圈的光刻曝光系統的結構示意圖；圖4是六級離軸照明光圈的俯視結構示意圖；如圖所示，采用六級離軸照明光圈的光刻曝光系統包括：六級離軸照明光圈201、聚光透鏡202和投影透鏡204，且六級離軸照明光圈201、聚光透鏡202和投影透鏡204依次由上往下設置；當進行光刻曝光工藝時，光掩模203放置于聚光透鏡202和投影透鏡204之間，硅襯底205放置于投影透鏡204下方，入射光線200沿與軸線一定偏離的方向通過六級離軸照明光圈201和聚光透鏡202，在光掩模203上的圖形處形成衍射，衍射光經過投影透鏡204后在硅襯底205表面干涉形成器件圖形，從而完成光刻曝光工藝。其中，六級離軸照明光圈201的部分相干系數σ_in、σ_out、透光孔開口角度α、以及透光孔排列方向和相對方向夾角β、γ是描述六級離軸照明光圈大小、寬度和方向的重要參數。該六級離軸照明光圈只能對某些特定方向排列的圖形有較好的效用，但是對各個方向排列的圖形無法起到光刻曝光的效用。

圖5是圓環形離軸照明光圈的俯視結構示意圖；如圖所示，部分相干系數σ_in、σ_out是描述圓環形離軸照明光圈301大小和寬度的重要參數，圓環形離軸照明光圈301由于其圓周的對稱性，對各個方向排列的圖形均有一定的效用，但對于某些特定方向排列的圖形，其效用則不如六級離軸照明光圈。

圖6是偏軸照明光圈的不同空間間距對圖形線寬尺寸差值的影響示意圖；如圖所示，橫坐標代表空間間距，縱坐標代表線寬尺寸的差值，在現有的偏軸照明光圈中，在空間間距較大時，線寬尺寸的差值較大，從而會影響光刻、刻蝕工藝后的器件線寬，導致器件不符合工藝需求，從而影響器件的良率。在器件產品中，尤其在邏輯產品中，大量存在各種不同尺寸的圖形，雖然單一的離軸照明光圈能夠有效的提高小尺寸圖形的分辨率，但是不能保證不同尺寸的圖形都有足夠的分辨率。某些圖形甚至無法被顯像，形成禁止空間間距區域。

為了平衡不同尺寸空間間距圖形的光刻工藝能力，一種方法是采用雙重離軸照明光圈的光刻曝光方法。美國專利（公開號：US20100165317）采用了包含雙極照明光圈和圓環形照明光圈的雜化照明光圈，圖7是包含雙極照明光圈和圓環形照明光圈的雜化照明光圈的俯視結構示意圖；如圖所示，該雜化照明光圈401包括雙極照明光圈402和圓環形照明光圈403，該方法通過兩個不同大小的離軸照明有效的提高了某一特定方向排列并且具有最小空間間距的密集圖形的分辨率，減少了線寬尺寸在較大空間間距區域內的波動，降低了形成禁止空間間距區域的風險。

但是該雜化照明光圈對平衡多方向排列圖形的分辨率效用有限，并且僅用兩個不同大小的部分相干系數σ和兩種離軸照明在平衡各種圖形的線寬尺寸和工藝窗口方面缺少靈活性，難以對不同尺寸的圖形達成最佳工藝平衡。另外，現有技術中還可以采用不同尺寸離軸照明光圈的雙重曝光方法來彌補曝光量匹配的問題，但是雙重曝光方法會導致制造成本的增加，且導致生產產出量下降。

發明內容