一种控制光刻曝光剂量的方法技术

本发明专利技术提供一种控制光刻曝光剂量的方法及其系统。本发明专利技术所提供的控制光刻曝光剂量的方法是利用多个脉冲的平均波动性低于曝光精度要求的特性，通过选择曝光的激光脉冲的个数来控制光刻曝光剂量精度，并进一步决定衰减率，最后进行曝光。使用该方法的控制光刻曝光剂量的系统主要包括激光器、衰减器、控制器以及能量传感器，系统具有结构相对简单的优点，并且结合其控制光刻曝光剂量的方法使用能大大提高光刻曝光剂量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻机的
，具体涉及控制光刻曝光剂量的方法及其系统。
技术介绍
集成电路芯片制造中，光刻技术是一项关键的技术，芯片的特征尺寸的 不断缩小是伴随着光刻技术的不断进步。光刻技术的发展已经使特征尺寸CD(Critical Dimension)达到100nm甚至100nm以下。随着光刻分辨率的提 高，对CD均匀性的要求也越来越高。影响CD均匀性的因素很多，譬如涂胶、 曝光、显影、刻蚀等一系列光刻工艺都会影响CD均匀性。其中，曝光步骤是 通过光刻机完成。曝光剂量是曝光过程中的通过光刻机设定的 一个重要参数， 它是指在曝光过程中硅片单位面积上光刻胶所吸收的特定波长的光能量，硅 片面上某一点处曝光光强对曝光时间的积分①式中"为曝光剂量,'r为曝光时间,'/为曝光光强，是时间/1的函数。因此，曝光剂量能直接影响光刻机的性能指标，如CD、 CD的均匀性、生产效率等，必须加以严格控制，才能实现最佳的曝光均匀性和稳定性。同时，在光刻机中，激光器产生的单个激光脉冲之间的能量波动比较大(最大在15%),如果不加以控制，激光脉沖的能量波动会累积到晶圓表面导致 实际曝光剂量与预设的曝光剂量之间产生偏差，从而影响光刻效果，导致产品不合格。为减少由于脉冲能量缺动导致射量偏差而引起的生产缺陷，在光 刻过程中，均要采用控制曝光剂量的方法保证产品的合格率。当前控制曝光剂量采用的方法主要是针对逐个激光脉沖能量进行控制。第一种方法是刘世元、吴小健于2006年发表于光学学报Vo1. 26，No. 6的标题为 "深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法研究"的文章中，提出了逐个脉沖 控制方法。该方法的原理在于测试每个实际发出的脉冲能量，根据测量值，推 算下一个脉冲的能量值。例如实际需要的剂量50mJ/cm2 ,而要求单个脉沖剂 量为5 mJ/cm2，共需要10个脉冲。但是由于波动的原因实测得到第 一个脉冲剂 量仅为4. 5 mJ/cm2,那么要求激光器发射的下一个脉沖的剂量为5. 5 mJ/cm2, 用以补偿上一个脉冲的剂量。依此类推，直到最后一个脉冲，显然，该算法的 最后一个脉沖的剂量波动无法通过这种算法优化。这种方法的原理是通过下一 个脉冲对已有的剂量进行补偿，但在要求的脉冲数很少，或者由于剂量波动一 直偏低，则可能会出现失控的情况，从而难以达到实际需求的脉沖剂量。同时， 这种采用逐个脉冲控制的算法，需要对每个脉冲进行测量，但由于能量传感器 会遮挡晶圓面的受光区域，因此在正常工作情况下无法使用晶圓台表面的传感 器进行光测量，必须在非晶圓表面光路中再增加一个测量激光能量的传感器， 用于正常工作曝光的光能量测量。第二种剂量控制的方法，在光路中增加设备以及控制环路的方法来提高 曝光剂量控制精度，是由申请号为US20050270613、 US20040239907的两个美 国公开专利中所提出的。这种方法采用双激光腔的激光器或者采用两台激光 器获得所需要的两个激光光源，利用第二个光源对第一个光源的能量进行补 偿。这种方法是在光路中增加功能环节，并且通过硬件和光学设备调节，并 且调节时间要求在两个脉冲间隔中完成，因此整个系统光路中设备多，结构 复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种控制光刻曝光剂量的方法及其系统，所述方 法能极大地提高光刻的曝光剂量精度，结合所述方法使用的系统具有结构简 单的优点。本专利技术公开一种用于控制光刻曝光剂量的方法，包括步骤A、 获取激光器的曝光剂量精度与脉冲个数的对照关系表；B、 根据光刻曝光剂量精度要求的参数，由对照关系表对应查找相应 的第一脉冲个数；C、 根据未衰减的单个脉冲剂量，以及实际要求曝光剂量，计算得到 第二脉冲个数；D、 第二脉冲个数与第一脉沖个数进行比较，如果第一脉冲个数小于 或等于第二脉冲个数，激光器发出的脉冲数量采用第二脉冲个数；如果 第一脉冲个数大于第二脉冲个数，激光器发出的脉冲数量采用第一脉冲 个数，通过具有一定衰减率的衰减器衰减脉沖能量，使衰减后的单个脉 冲的剂量与第 一脉冲个数的乘积满足实际要求曝光剂量的要求。 所述第一脉冲个数为正整数，所述第二脉冲个数为依据公式计算所得得到的值，计算得到的值不是整数时，对其取整再加1为第二脉冲个数。其计 算所依据公式是p'腿 . T . F其中，^^p,min为第二个脉沖个数，D为实际要求曝光剂量，"为光学系 统的透过率，^为脉冲能量，^，max为能量完全通过衰减器时的衰减率，『~ 为芯片宽度，『,为硅片表面运动方向上曝光面积的有效宽度。所述衰减器的衰减率是第；脉沖个数—除《第 一脉冲个数的商值。 较佳地，所述的用于控制光刻曝光剂量的方法，还包括步骤E、所述能量 传感器测量经由所述衰减器输出的激光脉冲的能量值，根据其判断激光脉冲 剂量是否达到实际要求曝光剂量，如果未达到实际要求曝光剂量，则再次调 整所述激光器，直至其达到实际要求曝光剂量。本专利技术公开又一个方面， 一种使用本专利技术方法的用于控制光刻曝光剂量的系统，所公开的系统包括激光器，用于提供光源；衰减器，用于衰减脉冲能量；控制器，用于完成信号检测、运算以及发送命令；能量传感器，用于测量激光脉冲能量；其中，所述控制器与所述激光器连接，所述控制器与所述衰减器连 接，所述控制器与所述能量传感器连接，所述激光器发出的激光脉冲经 所述衰减器处理后输出。所述能量传感器具有可以移动性，所述能量传感器的移动区域包括曝光 区域以及曝光区域之外。本专利技术所提供的控制光刻曝光剂量系统的另 一个实施例中，所述系统还 包括用于将激光脉冲能量部分分出并提供给传感器的分光器较佳地，所述能量传感器响应紫外光波长光能量。从以上技术方案可以看出，本专利技术所述的用于控制光刻曝光剂量的方法， 通过选择曝光的激光脉冲的个数来控制光刻曝光剂量精度，并进一步决定衰 减器的衰减率，系统实现控制光刻曝光剂量的功能，能大大提高光刻曝光剂 量精度，并能够避免逐个脉冲控制方法中的少量几个激光脉冲能量剧烈波动 所导致严重影响光刻剂量精度的情况；相对于需要控制单个脉冲的方法算法简单，并不需要高实时性的控:制软硬件环境；同时，本专利技术所述的方法不依 赖于光刻机的信号处理手段，仅通过激光器就可达到对于剂量的精度控制。 对于当前使用的新的光刻机或者已经使用过的二手光刻机，无需添加特殊的 装置和设备的情况下，可以实现使用该专利技术方法的系统改造升级。本专利技术所 提供的控制光刻曝光剂量的方法及其系统，其特点还在于，仅在正常曝光前 使用能量传感器获取能量，并随后移出曝光区域，正常工作时不再利用该能 量传感器进行测量，因而相对使用逐个脉冲控制方法的系统，本专利技术提供的 系统相比传统的使用逐个脉冲控制法的系统减少了 一个能量传感器，系统结 构更为简单。附图说明图1为本专利技术所提供的一种控制光刻曝光剂量的方法的实施例的流程图； 图2为本专利技术^是供的一种控制光刻曝光剂量的系统的示意图。 图3为本专利技术提供的一种控制光刻曝光剂量的系统的一个实施例示意图； 图4为本专利技术提供的一种控制光刻曝光剂量的系统的又一个实施例中能量传感器置于激光脉冲之下的示意图5为本专利技术提供的一种控制光刻曝光剂量的系统的又一个实施例中晶圆置于激光脉冲之下的示意具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制光刻曝光剂量的方法，其特征在于，包括步骤：Ａ、获取激光器的曝光剂量精度与脉冲个数的对照关系表；Ｂ、根据光刻曝光剂量精度要求的参数，由对照关系表对应查找相应的第一脉冲个数；Ｃ、根据未衰减的单个脉冲剂量，以及实际要求曝光剂量，计算得到第二脉冲个数；Ｄ、第二脉冲个数与第一脉冲个数进行比较，如果第一脉冲个数小于或等于第二脉冲个数，激光器发出的脉冲数量采用第二脉冲个数；如果第一脉冲个数大于第二脉冲个数，激光器发出的脉冲数量采用第一脉冲个数，通过具有一定衰减率的衰减器衰减脉冲能量，使衰减后的单个脉冲的能量与第一脉冲个数的乘积满足实际要求曝光剂量的要求。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江潮，罗闻，徐文，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]