CN108628109B - 光刻曝光设备及光刻曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光刻曝光设备，涉及集成电路制造技术，该光刻曝光设备包括光源、掩膜版及晶圆，所述掩膜版位于所述光源与所述晶圆之间，所述光源用于发出光束照射所述掩膜版，其中，所述光源发出至少两种带宽的光束；以使光刻曝光设备针对掩膜版的不同区域的工艺窗口最大化，进而提高光刻工艺的整体工艺窗口。

Description

光刻曝光设备及光刻曝光方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造技术，尤其涉及一种整体工艺窗口较好的光刻曝光设备。

背景技术

半导体行业总是期望获得集成度更高的集成电路产品，为提高集成电路的集成度，就要不断缩小关键尺寸，且设计的图形越来越复杂。光刻技术是所有半导体制造基本工艺中最关键的工艺步骤。光刻技术利用紫外光将掩膜版上的图形转移到晶圆表面上的光刻胶上，再通过光刻显影将光刻胶中的图形显现出来，然后用刻蚀工艺把图形成像在光刻胶下面的晶圆上，由此可见，成像到晶圆上图形的关键尺寸的大小与光刻工艺密切相关。

对于一个满足器件量产的光刻工艺流程来说，对掩膜版上所有的图形不仅要有清晰地解析，而且要保证有足够的工艺窗口。工艺窗口表征光刻过程中工艺受到各种微扰的时候仍能保持稳定及对图形清晰地解析能力。工艺窗口越大表示抗外部微扰能力相对越强，工艺稳定性相对越好。由于掩膜版中的图形根据集成电路的电路图设计，集成电路的电路图在不同区域有很大的差异。具体的，请参阅图1A、1B、1C和1D，图1A为密集图形区示意图，图1B为稀疏图形区示意图，图1C为孤立图形区示意图，图1D为复杂图形区示意图。如图1A所示，在一定面积S内，存在大量的图形区10和大量的挡光区20，且图形区10和挡光区20按一定的规律排布，因图形区10比较密集故称为密集图形区。如图1B所示，在一定面积S内，存在一定数量的图形区10和一定数量的挡光区20，且图形区10和挡光区20按一定的规律排布，但图形区10数量较少，故称为稀疏图形区。如图1C所示，在一定面积S内，仅存在一个图形区10，故称为孤立图形区。如图1D所示，在一定面积S内，图形区10和挡光区20的排布不规则，即并非按一定的规律排布，故称为复杂图形区。在光源固定的情况下，密集图形区、复杂图形区、稀疏图形区及孤立图形区的工艺窗口有很大差异，制约了现有光刻工艺的整体工艺窗口。

现有技术中，通过设计工艺窗口检测方法(PWQ)去检测光刻工艺热点图形，针对这些图形重新修正光学临近效应(OPC)，基于光学临近效应(OPC)修正更新重新出版掩膜版，多次循环，以保证所有图形都有足够的工艺窗口。但这种方法需要花费大量的人力和成本，对于不同的产品，都有可能需要这样的循环验证，而且光学临近效应(OPC)修正可调的空间有限，对于某些特殊图形无法达到预期目标，无法满足生产需要。

因此在集成电路制造中，需要设计一种提高光刻工艺的整体工艺窗口的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻曝光设备，以得到一种整体工艺窗口较好的光刻曝光设备。

本发明提供的光刻曝光设备，包括：光源、掩膜版及晶圆，所述掩膜版位于所述光源与所述晶圆之间，所述光源用于发出光束照射所述掩膜版，其中，所述光源发出至少两种带宽的光束。

更进一步的，所述掩膜版包括第一类图形区和第二类图形区，照射所述第一类图形区的光束的带宽不同于照射所述第二类图形区的光束的带宽。

更进一步的，所述第一类图形区为密集图形区，所述第二类图形区为稀疏图形区、复杂图形区或孤立图形区，照射所述第二类图形区的光束的带宽小于照射所述第一类图形区的光束的带宽。

更进一步的，所述光源发出的光束的带宽的范围为50～350fm。

更进一步的，所述光刻曝光设备为ArF光刻机台或EUV光刻机台。

本发明更近一步的还提供一种光刻曝光方法，包括：步骤S1，提供一曝光程式至光刻曝光设备的光源内；步骤S2，以所述曝光程式照射掩膜版，将所述掩膜版上的图形转移到晶圆表面；步骤S3，通过缺陷检测手段检测所述晶圆表面是否存在热点图形；以及步骤S4，判断所述晶圆表面是否存在热点图形，若是，则进入步骤S5，若否，则进入步骤S6，其中，步骤S5为，则针对热点图形设定更新的光束带宽至所述曝光程式中，此时所述曝光程式指示光源发出至少两种带宽的光束，并进入步骤S2；步骤S6为，则以步骤S2中的曝光程式进行量产产品的光刻曝光工艺。

更进一步的，所述掩膜版包括第一类图形区和第二类图形区，照射所述第一类图形区的光束的带宽不同于照射所述第二类图形区的光束的带宽。

更进一步的，所述缺陷检测手段包括利用缺陷扫描设备扫描晶圆表面。

更进一步的，步骤S6更包括步骤S61，进行量产产品的光刻曝光工艺时，切换光束的带宽的次数为N，其中N≥1。

更进一步的，所述光束的带宽范围为50～350fm。

更进一步的，步骤S1中曝光程式指示所述光源发出包括一种带宽的光束。

本发明提供的光刻曝光设备及其整体工艺窗口优化方法，光刻曝光设备通过针对掩膜版上不同图形区域发出不同带宽的光束，优化掩膜版上各个图形区域的工艺窗口，进而提高整体工艺窗口。

附图说明

图1A为密集图形区示意图。

图1B为稀疏图形区示意图。

图1C为孤立图形区示意图。

图1D为复杂图形区示意图。

图2为本发明一实施例的光刻曝光设备的示意图。

图3为本发明一实施例的光束带宽与工艺窗口及关键尺寸的波形图。

图4为本发明一实施例的光刻曝光方法流程图。

图5为本发明一实施例的光刻掩膜版与光束带宽的分布示意图。

图6为本发明一实施例的热点图形与工艺窗口的关系示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

100、光源；200、掩膜版；300、晶圆；110、光束。

具体实施方式

请参阅图2，图2为本发明一实施例的光刻曝光设备的示意图。如图2所示，本发明一实施例的光刻曝光设备包括光源100、掩膜版200及晶圆300，掩膜版200位于光源100与晶圆300之间。掩膜版200主要以透光的石英为基底，镶嵌不透光的铬形成图形。曝光时，光束110从光源100发出照射掩膜版200，将掩膜版200上的图形转移到晶圆300的表面，以完成光刻曝光工艺。更进一步的，光源100发出至少两种带宽的光束，例如，在一实施例中，光源100扫描掩膜版200上图形稀疏或孤立的区域时发出的光束的带宽不同于扫描掩膜版200上图形密集的区域时发出的光束的带宽。

如此，本发明的光刻曝光设备，光源发出不同带宽的光束以进行光刻工艺，使其针对掩膜版的不同区域的工艺窗口最大化，进而提高光刻工艺的整体工艺窗口。

请参阅图3，图3为本发明一实施例的光束带宽与工艺窗口及关键尺寸的波形图。如图3所示，对于掩膜版200上密集图形区，其工艺窗口及关键尺寸随着光束110的带宽的变化而产生的变化不大，但对于掩膜版200上稀疏图形区，其工艺窗口随着光束110的带宽的减小而增大，关键尺寸也随着光束110的带宽的减小而增大。然而，在集成电路制造中，希望关键尺寸不断缩小，工艺窗口不断变大，因此每个区域需根据图形状况选择其对应带宽的光束以得到理想的工艺窗口及关键尺寸。随着集成电路的发展，其集成度越来越高，单个芯片集成的元器件数量甚至达到几十亿，且电路的复杂度也越来越大，一个量产的集成电路上的图形可能包括多个密集图形区、复杂图形区、稀疏图形区及孤立图形区，且每个区域的图形密集或稀疏度不同，可将密集图形区称为第一类图形区，复杂图形区、稀疏图形区及孤立图形区称为第二类图形区，不同的图形区域相对于相同带宽的光束其工艺窗口及关键尺寸不同，且随光束带宽变化的变化率也不同。因此，本发明一实施例中使光源100发出不同带宽的光束110照射掩膜版200的不同区域以使每个区域的工艺窗口和关键尺寸最优化，进而，得到较优的整体工艺窗口，降低热点图形的数量、减少光学临近效应(OPC)修正以及掩膜版再出版的次数，节约光刻工艺开发的时间和成本。如图3所示，在本发明一实施例中，照射稀疏图形区的光束的带宽小于照射密集图形区的光束的带宽，孤立图形区和复杂图形区与稀疏图形区相似，采用较小的带宽。

本发明还提供一种光刻曝光设备整体工艺窗口优化方法，请参阅图4，图4为本发明一实施例的光刻曝光方法流程图。该光刻曝光设备整体工艺窗口优化方法包括：步骤S1，提供一曝光程式至光刻曝光设备的光源100内。该曝光程式内包括预先设置的光束带宽分布图，该光束带宽分布图与掩膜版200上不同区域的图形状况对应。具体的，请参阅图5，图5为本发明一实施例的光刻掩膜版与光束带宽的分布示意图。如图5所示，X轴和Y轴定义出光刻掩膜版200的不同区域，如A1、A2、A3和A4，不同区域代表不同的图形状况，也即不同的爆光区域，Z轴对应光束的带宽值。如图5所示，不同曝光区域对应的光束带宽不同，以使每个区域的工艺窗口最优化，进而，得到较优的整体工艺窗口。当然，此时的曝光程式指示光源100发出的光束110可以包括一种带宽也可以包括多种带宽。步骤S2，以该曝光程式照射掩膜版200，将掩膜版200上的图形转移到晶圆300表面。步骤S3，通过缺陷检测手段检测晶圆300表面是否存在热点图形(即工艺窗口不足的区域)。步骤S4，判断所述晶圆表面是否存在热点图形，若存在热点图形，则进入步骤S5，针对热点图形设定更新的光束带宽至曝光程式中，此时曝光程式指示光源发出至少两种带宽的光束，并进入步骤S2。更具体地，请参阅图6，图6为本发明一实施例的热点图形与工艺窗口的关系示意图。如图6所示，横坐标为曝光的焦深振幅，纵坐标为曝光能力宽裕度(％)，特定带宽下的光束的焦深振幅——曝光能力宽裕度特征曲线与横坐标及纵坐标围成的区域的面积代表工艺窗口，面积越大表征工艺窗口越大，如图6所示，某一热点图形在200带宽的光束下的工艺窗口大于在300带宽的光束下的工艺窗口，因此可根据不同的热点图形设置不同的光束带宽修正值至曝光程式中。若不存在热点图形，则进入步骤S6，以步骤S2中的曝光程式进行量产产品的光刻曝光工艺。如此循环优化以生成最优的光束带宽和光刻掩膜版之间的分布图(图5)，形成光刻曝光设备的曝光程式。在光刻曝光设备进行曝光时，根据该曝光程式，即光束带宽和光刻掩膜版之间的分布图切换光源100的光束110的带宽，优化热点图形工艺窗口，以提高整体工艺窗口，满足生产需要。本发明一实施例中，步骤S6，以步骤S2中的曝光程式进行量产产品的光刻曝光工艺，更包括步骤S61，进行量产产品的光刻曝光工艺时，切换光束110的带宽的次数为N次，其中N≥1，也即在曝光工艺中光源100发出至少两种带宽的光束。本发明一实施例中，光束110的带宽的切换范围为50～350fm，当然也可根据不同产品的需求设置更宽的光束110的带宽范围，本发明对此并不做限定。

本发明一实施例中，步骤S3，通过缺陷检测手段检测晶圆300表面是否存在热点图形，其中，缺陷检测手段包括利用缺陷扫描设备扫描晶圆300表面，本发明对此并不做限定，其它的缺陷检测手段均适用于本发明。

本发明一实施例中，本发明的光刻曝光设备可应用于ArF光刻机台和EUV光刻机台，本发明对光刻机台的具体类型并不做限定，所有光束的带宽可调的光刻机台均适用。

综上所述，光刻曝光设备通过针对掩膜版上不同图形区域发出不同带宽的光束，优化掩膜版上各个图形区域的工艺窗口，进而提高整体工艺窗口。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种光刻曝光设备，其特征在于，包括：一光源、一掩膜版及一晶圆，所述掩膜版位于所述光源与所述晶圆之间，所述光源用于发出光束照射所述掩膜版，其中，光源内包括一曝光程式，该曝光程式内包括预先设置的光束带宽分布图，该光束带宽分布图与所述掩膜版上不同区域的图形状况对应，其中所述掩膜版上不同区域的图形状况包括第一类图形区和第二类图形区，所述第一类图形区为密集图形区，所述第二类图形区为稀疏图形区、复杂图形区或孤立图形区，且在光源固定的情况下，第一类图形区和第二类图形区的工艺窗口不同，所述光源发出至少两种带宽的光束，且每一种带宽的光束对应一类图形区以提高所述掩膜版上不同区域的图形状况的工艺窗口，其中照射所述第二类图形区的光束的带宽小于照射所述第一类图形区的光束的带宽。

2.根据权利要求1所述的光刻曝光设备，其特征在于，所述光源发出的光束的带宽的范围为50～350fm。

3.一种光刻曝光方法，其特征在于，包括：

步骤S1，提供一曝光程式至光刻曝光设备的光源内，该曝光程式内包括预先设置的光束带宽分布图，该光束带宽分布图与掩膜版上不同区域的图形状况对应，其中所述掩膜版上不同区域的图形状况包括第一类图形区和第二类图形区，所述第一类图形区为密集图形区，所述第二类图形区为稀疏图形区、复杂图形区或孤立图形区，且在光源固定的情况下，第一类图形区和第二类图形区的工艺窗口不同，此时曝光程式指示所述光源发出一种带宽的光束；

步骤S2，以所述曝光程式照射所述掩膜版，将所述掩膜版上的图形转移到一晶圆表面；

步骤S3，通过缺陷检测手段检测所述晶圆表面是否存在热点图形；以及

步骤S4，判断所述晶圆表面是否存在热点图形，若是，则进入步骤S5，若否，则进入步骤S6；

其中，步骤S5为，则针对热点图形设定更新的光束带宽至所述曝光程式中，此时所述曝光程式指示光源发出至少两种带宽的光束，且每一种带宽的光束对应一类图形区以提高所述掩膜版上不同区域的图形状况的工艺窗口，并进入步骤S2；步骤S6为，则以步骤S2中的曝光程式进行量产产品的光刻曝光工艺，并其中照射所述第二类图形区的光束的带宽小于照射所述第一类图形区的光束的带宽。

4.根据权利要求3所述的光刻曝光方法，其特征在于，所述缺陷检测手段包括利用缺陷扫描设备扫描晶圆表面。

5.根据权利要求3所述的光刻曝光方法，其特征在于，步骤S6更包括步骤S61，进行量产产品的光刻曝光工艺时，切换光束的带宽的次数为N，其中N≥1。

6.根据权利要求5所述的光刻曝光方法，其特征在于，所述光束的带宽范围为50～350fm。

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