[发明专利]一种优化扫描曝光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光刻制程中的曝光，尤其涉及采用扫描式曝光装置的曝光方法。

背景技术

随着半导体工艺特征尺寸进入亚微米和深亚微米阶段，半导体工艺制程对整个工艺设备的要求也不断提高。在整个半导体工艺中，曝光装置直接决定着整个制程能制作的最小线宽。随着特征尺寸的不断缩小，也给曝光装置不断带来了新的挑战。曝光装置也经历了接触式曝光装置、近接式曝光装置、扫描投影式曝光装置、步进机以及步进扫描式曝光装置等这样的发展阶段，不断满足小特征尺寸半导体的制作要求。

曝光装置扫描曝光的过程是当晶圆相对光罩的移动时，光源的光透过光罩，透镜传到涂覆有光刻胶的晶圆上，同时把光罩的图像缩微复制到晶圆上，是个成像的过程。在整个扫描过程中，承载晶圆的工作台是由动态系统控制模块不断进行调试，定位晶圆位置。

随着需要曝的图案的特征尺寸越小，会要求曝光装置的分辨率不断提高。曝光装置的分辨率表示曝光装置能分辨图案的最小线宽，对越小特征尺寸的图案会要求曝光装置的分辨率越高。曝光装置分辨率(R)的表达式如下所示

R＝k₁λ/NA

k₁是由透镜像差、照明条件(在孔径面内的光线相干度和强度分布)、掩膜(如是否采用了相移掩膜)、曝光工具工作状态、光刻胶和工艺决定的，λ是指曝光光源的波长，NA是指曝光透镜的数值孔径。所以在曝小特征尺寸图案时，希望这个范围较大。同样焦深(DOF)表示在一定工艺条件下，能刻出的最小线宽像面偏离焦面的范围，焦深表达式如下所示：

DOF＝k₂λ/NA²

k₂是由曝光装置本身决定的参数因子，λ是指曝光光源的波长，NA是指曝光透镜的数值孔径。

曝光光刻工艺窗口(PW)指的是在一定的光刻工艺条件范围内，在该范围内，曝出图案的最小特征尺寸具有落在期望公差范围内的印刷尺寸。

曝光装置由于其硬件条件的确定，一般存在着它所能曝的最小特征尺寸极限，正是由于该极限的存在限制着该曝光装置应用于更小特征尺寸的曝光工艺。在不改变曝光光源的波长，透镜NA值的情况下，曝光分辨率所能达到的极限特征尺寸或小于极限特征尺寸的图案时，会由于分辨率较低，焦深变浅，光刻工艺窗口的缩小很容易导致曝出的图案缺陷较多，散焦严重而不能保证图案的保真度。为解决曝更小特征尺寸图案面临的困难，通常是引进更先进的曝光设备(增大数值孔径，更精密的机械控制系统等)，这将耗费比较昂贵的经济成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种优化扫描曝光的方法，该方法可以有效解决扫描式曝光装置曝光极限特征尺寸或小于极限特征尺寸的图案时所面临的问题，突破扫描式曝光装置的标准极限曝光尺寸，延长曝光装置使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种优化扫描曝光的方法，所述优化扫描曝光的方法是进行扫描曝光时，在不改变曝光装置扫描方向控制模块的条件下，通过调整速度控制参数，微调晶圆和光罩之间的相对移动速度，使曝光装置曝光扫描速度低于其标准扫描速度。

在曝光扫描过程中，降低曝光扫描速度直至曝光图案满足生产良品率的要求。

所述曝光装置扫描速度要高于曝光装置的饱和扫描曝光速度。

此方法运用于曝光扫描式曝光装置分辨率所能达到的极限特征尺寸或小于其极限特征尺寸的图案。

与现有扫描曝光方法相比，本发明优化扫描曝光的方法有利于在扫描过程中，动态系统控制模块把晶圆调整到最佳曝光平面，提高分辨率和焦深表达式中的k因子，扩大光刻工艺窗口，可使曝光装置曝光其极限特征尺寸的图案，甚至小于极限特征尺寸的图案。同时，它在保证了一定的机台利用率下，延长了曝光装置的使用寿命，节约了曝光更小特征尺寸图案的经济成本。

具体实施方式

本发明的优化扫描曝光的方法，当扫描式曝光装置(Canon FPA 5000 ES3)曝光分辨率所能达到的极限特征尺寸(0.13um)或小于其极限特征尺寸的图案时，在不改变曝光装置扫描方向控制模块的条件下，不采用曝光装置默认的标准曝光扫描速度。

通过调整曝光装置扫描速度控制模块参数，微调晶圆和光罩之间的相对移动速度，使其低于曝光装置标准扫描速度(350mm/s)。

在曝光扫描过程中，通过观察曝光扫描速度下曝光后图案的缺陷情况，如果缺陷情况超出良品率要求，继续缓慢调低曝光扫描速度，直到曝光的图案满足要求时，就不再降低曝光扫描速度。