降低光刻機鏡頭畸變引起的光刻對準偏差的方法
2023-06-07 19:18:46 1
專利名稱：降低光刻機鏡頭畸變引起的光刻對準偏差的方法
技術領域：
本發明涉及一種降低光刻對準偏差的方法，尤其涉及一種降低光刻機 鏡頭畸變引起的光刻對準偏差的方法。
背景技術：
在半導體製造中，光刻對準精度是制約更小尺寸的工藝的關鍵因素 之一。光刻對準精度一般受到矽片本身的變形程度、光刻機套刻對準精 度及光刻套刻測量精度等因素的制約。但是，除上述因素之外，光刻機 本身鏡頭畸變引起的光刻對準偏差在現有工藝中很難進行評價，尤其是 對於特定的不同的產品進行評價，所以往往通過限制所有的關鍵層次在 同一臺光刻機曝光的方式，來消除鏡頭畸變引起的光刻對準偏差對產品 的影響。但是這種方法存在如下不足之處首先， 一種產品只能在單一 光刻機上曝光，由此極大制約了生產能力；其次，曝光單元本身會隨著 不同光刻機的不同鏡頭發生畸變，導致在不同的光刻機上生產的曝光單 元之間具有差異，最終對產品的成品率和器件特性有影響。
在現有技術中，測量鏡頭畸變量的原理如圖la 圖ld所表示，通常 需使用專門的如圖la所示的掩模版圖形來進行測量。在進行測量時，如 圖lb所示，需先曝光產生5個外框，並且不進行顯影；然後，如圖lc
所示，只對掩模版中心的部分的內框進行曝光，在對內框進行曝光時，
如圖ld所示，需通過移動矽片平臺，把內框分別曝到各個外框的位置；然後，就可通過測量各點的偏移量，來表徵鏡頭畸變量了，這種方法是 將鏡頭中心部分作為標準，並利用鏡頭其他各部分和鏡頭中心部分的差 異來測量鏡頭畸變量。這種現有的鏡頭畸變測量方法存在著以下幾點不 足之處第一，需要使用特殊的專用的測量掩模版，而且不能針對不同的 產品分別進行測量；第二，需要停機進行測量，從而影響了正常的生產 過程，成本較高；第三，只能對鏡頭畸變量進行測量，而不能在線對鏡 頭畸變量進行矯正，而是需要由專門的廠家停機修正鏡頭。因此上述現 有方法費用高，難度大，而且鏡頭調整具有非可逆轉性，鏡頭質量會越 調越差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種降低光刻機鏡頭畸變引起的光 刻對準偏差的方法，不僅可在無需停機的狀態下對光刻機鏡頭的畸變量進 行測量，還可在線對鏡頭畸變量進行矯正，從而可起到在線降低光刻機鏡 頭畸變所引起的光刻對準偏差，提高光刻對準精度的目的；另一方面，使 不同產品在不同光刻機上可找到一個簡單的匹配標準，從而使得不同鏡頭 表現的光刻機最終產出的產品能夠保持統一性。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種降低光刻機鏡頭畸變引起的 光刻對準偏差的方法，包括以下步驟
在設計版圖時，在曝光單元21的上下左右四周共放置至少四組測量圖 形，其中每組測量圖形包括一外框22和一內框23，所述外框22和內框23分 別對稱放置在所述曝光單元21的上下或者左右的兩邊；
通過分步重複光刻機對光刻曝光單元進行重複曝光，在一曝光單元四周上、下、左、右四個邊界的每邊均至少形成一個光刻套刻測量圖形；
通過所述光刻套刻測量圖形，測量出所述曝光單元上下左右各位置上 的位置偏移量；
根據光刻機鏡頭畸變調整精度要求，選擇光刻套刻模型，然後基於測 量所得的上下左右各位置上的偏移量，計算出多個用於表示光刻機鏡頭畸 變量的光刻對準參數的大小；
在每次曝光時，通過對所述光刻對準參數進行補正的方式，修正所述 光刻機鏡頭的畸變量。
本發明由於採用了上述技術方案，具有這樣的有益效果，即通過在同 一曝光單元四周產生對稱的光刻套刻圖形，實現了可在無需停機的狀態 下，測量出曝光單元各位置由於鏡頭畸變所產生的位置變化；然後，通過 光刻套刻模型計算出鏡頭畸變量，並在每次曝光時通過光刻對準參數的補 正來在線修正光刻機鏡頭的畸變量;實現了降低光刻機鏡頭畸變所引起的 光刻對準偏差，提高光刻對準精度的目的；同時，由於本發明所述方法可 以使得每臺光刻機都可以進行測量得到一組進行鏡頭畸變矯正的參數，因 此通過這些參數的補正，可以基本使任意光刻機曝光得到的圖形無畸變， 使得不同產品在不同光刻機上都可找到一個簡單的匹配標準，從而使得不 同鏡頭表現的光刻機最終產出的產品能夠保持統一性，從而大大提高了生 產力；並且，這種方法易於實現，成本較低。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明 圖la-ld為現有技術中測量鏡頭畸變量的原理示意圖；圖2為根據本發明所述實施例的鏡頭畸變量測量圖形； 圖3為根據本發明對測量圖形進行曝光後的圖形；
圖4a為光刻套刻測量圖形為box-in-box時的放大示意圖； 圖4b為光刻套刻測量圖形為box-in-bar時的放大示意圖； 圖4c為光刻套刻測量圖形為bar-in-box時的放大示意圖； 圖4d為光刻套刻測量圖形為bar-in-bar時的放大示意圖； 圖5為光刻機鏡頭發生畸變時曝光圖形的一個實例的示意圖； 圖6為通過光刻套刻測量圖形測量曝光單元由於光刻機鏡頭畸變所 引起的位置偏移量的示意圖。
具體實施例方式
在設計版圖時，如圖2所示，在曝光單元21的上下左右四周共放置 至少四組測量圖形，每組測量圖形包括一外框22和一內框23，且所述外 框22和內框23分別對稱放置在所述曝光單元21的上下或者左右的兩邊， 以確保當曝光單元21被通過分步重複光刻機進行重複曝光時，外框22 和內框23可以嵌套在一起，從而形成光刻套刻測量圖形。為了能夠準確 測量出光刻機鏡頭在上下左右各個位置上的畸變量，重複曝光後應確保能 夠在一曝光單元四周上、下、左、右四個邊界的每邊均至少形成一個光刻 套刻測量圖形。
在實際曝光時，通過分步重複光刻機對光刻曝光單元進行重複曝光， 由於各單元之間具有高度重複性，使得外框和內框嵌套在一起，以在同一 曝光單元四周形成八個光刻套刻測量圖形，具體如圖3所示，通過重複曝光在曝光單元c的四周形成了八個光刻套刻測量圖形。所述光刻套刻測量 圖形與普通的光刻對準圖形相同，可以設計成如圖4a所示的box-in-box， 或者設計成如圖4b所示的box-in-bar，或者設計成如圖4c所示的 bar-in-box，還可以設計成如圖4d所示的bar-in-bar等形式。從圖3 可知，每一個光刻套刻測量圖形均是由對左右相鄰或者上下相鄰的兩個重 復單元進行的兩次曝光最終形成的，其中一次曝光形成內框，另一次曝光 形成外框。例如，對於圖3中曝光單元C左上角的那個光刻套刻測量圖形 來說，它是通過對上面的曝光單元F進行一次曝光時形成了外框，然後在 對曝光單元C進行另外一次曝光時形成了內框，從而最終形成了該光刻套 刻測量圖形。
如圖5所示，為當光刻機鏡頭發生畸變時曝光圖形的一個實例。因此， 在本發明中，在同一曝光單元四周得到光刻套刻測量圖形後，就可通過所 述曝光單元四周的光刻套刻測量圖形，測量出該曝光單元上下左右各位置 上由於光刻機鏡頭畸變所引起的位置偏移量了。例如，如圖6所示在同一 曝光單元四周得到八個光刻套刻測量圖形後(如圖3所示的曝光單元C 的四周)，就可通過測量各光刻套刻測量圖形外框的上邊框與內框的上邊 框之間的距離Sl和該光刻套刻測量圖形外框的下邊框與內框的下邊框之 間的距離S2，並通過計算Sl與S2之間的差，就可得到該光刻套刻測量 圖形所在位置Y方向上的偏移量；同理，通過測量各光刻套刻測量圖形外 框的左邊框與內框的左邊框之間的距離S3和外框的右邊框與內框的右邊 框之間的距離S4，並通過計算S3與S4之間的差，就可得到該光刻套刻 測量圖形所在位置X方向上的偏移量。從而就得到了光刻曝光單元上下左右四周八個位置分別在X方向和Y方向上的偏移量。在一個實施例中，在 進行光刻套刻模型計算補正時，最少需要上下左右各位置在X和Y方向上 的共四組數據。然後，根據光刻機鏡頭畸變調整精度要求，選擇光刻套刻 (overlay)模型，並基於測量所得的上下左右各位置分別在X、 Y方向上 的偏移量，計算出多個用於表示光刻機鏡頭畸變量的光刻對準參數的大 小，如偏移(shift)、縮放比例(scaling)、旋轉角度(rotation)和正 交性(orthogonality)等參數。例如，簡單地說，在計算光刻機鏡頭的 畸變量時，若只需考慮scaling、 rotation兩個光刻對準參數就可以滿足 精度要求了，則所選用的光刻套刻(overlay)模型可用如下擬合公式來 表示-任意點(x， y)在X方向偏移量X(x， y) = scaling x氺x + rotation 氺y， ^f壬意;^在Y方向的^f扁禾多量Y(x， y) = scaling y * y + rotation * x0 但是在實際情況下， 一般對光刻機鏡頭畸變的調整精度要求較高，因此通 常需使用可擬合計算出如偏移、縮放比例、旋轉角度和正交性等4 10 個參數的光刻套刻(overlay)模型。具體如何根據實際使用中對調整精 度要求來選擇合適的光刻套刻模型，應該是為本領域的一般技術人員所熟 悉的，因此這裡並不作詳細的介紹。在每次曝光時，通過對所得到的多個 光刻對準參數進行補正的方式，來修正所述光刻機鏡頭的畸變量，從而實 現了降低光刻機鏡頭畸變所弓1起的光刻對準偏差，提高光刻對準精度的目 的。
使用了上述方法後，可以比較精確的測量光刻機鏡頭畸變量，並通過 在曝光時的補償，低光刻機鏡頭畸變引起的光刻對準偏差，從而提高光刻 的套刻對準精度。另外，通過本發明的方法，可以使得每臺光刻機都可以進行測量得到一組進行鏡頭畸變矯正的參數，通過這些參數的補正，可以 基本使任意光刻機曝光得到的圖形無畸變，因此可以測出同一產品由於不 同機器中鏡頭表現不同引起的光刻對準偏差，然後通過不同的機器分別補 正的方法，從而使多個不同的光刻機可以實現混用，大大提高了生產能力。
權利要求
1、一種降低光刻機鏡頭畸變引起的光刻對準偏差的方法，其特徵在於，包括以下步驟在設計版圖時，在曝光單元(21)的上下左右四周共放置至少四組測量圖形，其中每組測量圖形包括一外框(22)和一內框(23)，所述外框(22)和內框(23)分別對稱放置在所述曝光單元(21)的上下或者左右的兩邊；通過分步重複光刻機對光刻曝光單元進行重複曝光，在一曝光單元四周上、下、左、右四個邊界的每邊均至少形成一個光刻套刻測量圖形；通過所述光刻套刻測量圖形，測量出所述曝光單元上下左右各位置分別在X、Y方向上的偏移量；根據光刻機鏡頭畸變調整精度要求，選擇光刻套刻模型，然後基於所述各個偏移量，計算出多個用於表示光刻機鏡頭畸變量的光刻對準參數的大小；在每次曝光時，通過對所述光刻對準參數進行補正的方式，修正所述光刻機鏡頭的畸變量。
2、 根據權利要求l所述的降低光刻機鏡頭畸變引起的光刻對準偏差的 方法，其特徵在於，每一個光刻套刻測量圖形均是由對左右相鄰或者上下 相鄰的兩個重複單元進行的兩次曝光最終形成的，其中一次曝光形成內框， 其中另一次曝光形成外框。
3、 根據權利要求2所述的降低光刻機鏡頭畸變引起的光刻對準偏差的 方法，其特徵在於，所述曝光單元上下各位置在X方向上的偏移量的測量方法如下通過測量光刻套刻測量圖形外框的上邊框與內框的上邊框之間的 距離S1和該光刻套刻測量圖形外框的下邊框與內框的下邊框之間的距離S2，並通過計算S1與S2之間的差，得到所述曝光單元在該光刻套刻測量圖 形所在位置X方向上的偏移量。
4、 根據權利要求2所述的降低光刻機鏡頭畸變引起的光刻對準偏差的 方法，其特徵在於，所述曝光單元左右各位置在Y方向上的偏移量的測量方 法如下通過測量光刻套刻測量圖形外框的左邊框與內框的左邊框之間的 距離S3和該光刻套刻測量圖形外框的右邊框與內框的右邊框之間的距離 S4，並通過計算S3與S4之間的差，得到所述曝光單元在該光刻套刻測量圖 形所在位置Y方向上的偏移量。
5、 根據權利要求1至4中任一項所述的降低光刻機鏡頭畸變引起的光刻 對準偏差的方法，其特徵在於，所述光刻套刻測量圖形為box-in-box，或 者box-in—bar， 或者bax—in-box， 或者bar—in—bax的形式。
全文摘要
本發明公開了一種降低光刻機鏡頭畸變引起的光刻對準偏差的方法，通過在同一曝光單元四周產生對稱的光刻套刻圖形，可測量出曝光單元上下左右各位置由於鏡頭畸變而產生的位置變化；然後，根據光刻機鏡頭畸變調整精度要求，選擇合適的光刻套刻模型計算出鏡頭畸變量，並在每次曝光時通過光刻對準參數的補正來修正畸變量；從而實現了降低光刻機鏡頭畸變所引起的光刻對準偏差，提高光刻對準精度的目的；同時，該方法使得不同產品在不同光刻機上找到了一個簡單的匹配標準，從而使得不同鏡頭表現的光刻機最終產出的產品能夠保持統一性，從而大大提高了生產力；並且，這種方法易於實現，成本較低。
文檔編號G03F7/20GK101435998SQ20071009423
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月15日 優先權日2007年11月15日
發明者雷 王, 瑋 黃 申請人:上海華虹Nec電子有限公司