动态调整光刻成像设备中的聚焦透镜焦深的方法技术

本发明专利技术公开了一种动态调整光刻成像设备中的聚焦透镜焦深的方法，包括下列步骤：（ａ）选取晶片中的任一成像块，测量该成像块的表面距离聚焦透镜中心的距离ｄ；（ｂ）判断所述距离ｄ是否满足ｆ－｜ＤＯＦ｜≤ｄ≤ｆ＋｜ＤＯＦ｜，其中ｆ是聚焦透镜的焦距，ｆ＞０，ＤＯＦ是聚焦透镜的焦深；（ｃ）若满足，则进入步骤（ｄ）；若判断出ｄ＜ｆ－｜ＤＯＦ｜，则驱动所述驱动机构使晶片沿着与晶片表面垂直的方向，向远离聚焦透镜的方向移动，直到ｄ≥ｆ－｜ＤＯＦ｜，进入步骤（ｄ）；若判断出ｄ＞ｆ＋｜ＤＯＦ｜，则驱动所述驱动机构使晶片沿着与晶片表面垂直的方向，向靠近聚焦透镜的方向移动，直到ｄ≤ｆ＋｜ＤＯＦ｜，进入步骤（ｄ）；（ｄ）对所述成像块进行曝光成像，返回步骤（ａ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造工艺，特别涉及半导体光刻工艺。
技术介绍
随着集成电路的芯片集成度越来越高，半导体器件的设计规则从65nm缩小到 45nm,目前已向32nm甚至更小尺寸的工艺进行挑战。在缩小工艺尺寸的过程中，光刻工艺 是最重要的步骤之一。光刻是利用照相复制与化学腐蚀相结合，在晶片表面形成精密、微细 和复杂的薄层图形。光刻的基本原理是利用光致抗蚀剂(或称光刻胶)感光后因光化学 反应而形成耐蚀性的特点，将掩模板上的图形刻制到被加工的晶片表面上。光刻的主要步 骤有涂布光致抗蚀剂；套准掩模板并曝光用显影液溶解未感光的光致抗蚀剂层；用腐蚀 液溶解掉无光致抗蚀剂保护的层；去除已感光的光致抗蚀剂层。图1示意性地示出了传统的投影式曝光设备的结构。参考图1，由曝光光源(如超 高压汞灯电压，图中未示出)发出的曝光光束通过光学系统(图中未示出)形成具有均勻 照度分布的曝光光束100。曝光光束100经过二向色镜的反射后穿过聚光透镜101，投影到 掩模板102的呈狭缝状的照射区域103上。在照射区域103上形成有要在晶片上形成的电 路图案。然后通过投影光学系统104，照射区域103中的电路图案被投影到涂覆有光刻胶的 晶片105上，从而在晶片105的表面上形成了需要的图案。在图1中，Z轴设定为与投影到 掩模板上的光束方向平行的方向，而X和Y轴设定为构成与Z轴正交的平面。由于图1中所示的曝光系统一次曝光的面积大小是有限的，通常在5cmX IOcm的 面积大小，而晶片的尺寸从过去的6英寸、8英寸逐渐增大的目前常见的12英寸，因此在曝 光时需要将一个晶片划分为多个成像块(shot)分别进行曝光成像，每个成像块中包含多 个小的电路芯片。如图1所示，曝光机台106通过在X和Y方向进行移动，将所要曝光成像 的各个目标成像块置于投影光学系统104的正下方，对该目标成像块进行曝光成像。然而，随着集成电路的集成密度越来越高，每个晶片中包含的晶体管数目也越来 越多，每个成像块中包含的芯片数目也就越来越多。为了提高工艺线的制造效率，可能会将 实现不同功能的电路芯片集合在同一晶片、甚至是同一成像块中，因此不同的电路芯片由 于其结构不同，例如沉积的层数和层厚度等不一致，会导致在工艺过程中在晶片表面呈现 的高度不同。在光刻工艺的曝光过程中，不同的高度会导致满足清晰成像的最佳成像距离 不一致，因此需要曝光系统具有较大的聚焦深度(Depth of R)cus，简称D0F)，以满足在一 次曝光中为不同结构的芯片提供清晰的成像图案。另外，晶片平整度存在的误差、光刻胶厚 度不均勻、调焦误差以及视场弯曲等因此，也都要求投影系统具有足够大的焦深，以便提供 一定范围内的清晰成像效果。由此可见，在投影光刻工艺中，光束聚焦的聚焦深度是非常重要的指标。焦深是指 能够满足光刻分辨率(即光刻机在晶片表面能曝光的最小特征尺寸)的关键尺寸(CD)均 勻性的晶片最大离焦范围。具体而言，当晶片表面位于成像的焦平面上时，不仅在焦平面上 成像的各点是清晰的，而且在此平面的上下一定高度范围内成像也是清晰的。这个能够提3供清晰成像的最大范围就是焦深。由此可见，焦深越大，能够清晰成像的范围也就越大；而 焦深越小，说明能够投影系统一次能清晰成像的高度范围越小。焦深由以下公式定义其中NA为投影物镜的像方数值孔径，λ为曝光波长，k为工艺因子。为了获得高密度和高集成度的电路，需要提高光刻工艺的光刻分辨率。提高光刻 分辨率的常用手段是缩短曝光的光源波长，增大投影物镜的数值孔径(NA)，使得曝光光束 的能量更强，光束的照射更为集中，从而获得细微的图案。目前采用的曝光光束的波长以达 到比紫外光频率更高的超紫外光，即所谓的EUV光刻技术。EUV光刻技术已用于大规模生 产IGB以上的动态随机存储器(DRAM)，其工艺尺寸可达到0.25 μ m以下。然而由上面的公 式(1)可知，曝光波长的缩短虽然会使得光刻分辨率提高，但同时会使得焦深线性减小。而 且，由于焦深与数值孔径的平方成反比，因此在增大投影物镜的数值孔径以便提高曝光分 辨率的同时，会使得投影物镜的焦深急剧减小。当DOF缩小到以下时，对于光刻工艺是非常 不利的。特别是在制造SRAM单元芯片的工艺过程中，由于同一晶片上具有多种不同的图案 密度，因此小于0. 15 μ m的DOF可能会导致大量的成像块在曝光的时候发生散焦(out of focus)，造成模糊的成像图案。而且，过小的DOF也极大地限制了光刻设备的容许误差范 围，也就是说，光刻设备一旦出现很小的偏移误差，就可能造成成像发生散焦。因此，如何解决在光刻工艺中随着光刻分辨率的提高导致焦深减小的问题，如何 获得更大的焦深，成为目前制约光刻分辨率进一步提高的亟待解决的问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进 一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的 关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了解决现有的光刻工艺中光刻分辨率的提高导致焦深减小的问题，本专利技术提 供了一种，所述光刻成像设备包括聚焦 透镜，用于将掩模板上的图案成像到晶片上，还包括至少三个驱动机构，用于分别独立地 调整晶片与聚焦透镜中心之间的距离，所述方法包括下列步骤(a)选取晶片中的任一 成像块，测量该成像块的表面距离聚焦透镜中心的距离d ； (b)判断所述距离d是否满足 f-1DOFI彡d彡f+1DOFI，其中f是聚焦透镜的焦距，f > 0，DOF是聚焦透镜的焦深；(c)若 在步骤(b)中判断出d满足该式，则进入步骤(d)；否则(cl)若判断md<f-|D0F|，贝丨J 驱动所述驱动机构使晶片沿着与晶片表面垂直的方向，向远离聚焦透镜的方向移动，直到 d彡f_ IDOFI，进入步骤(d) ； (c2)若判断出d > f+1DOFI，则驱动所述驱动机构使晶片沿着 与晶片表面垂直的方向，向靠近聚焦透镜的方向移动，直到d ^ f+1DOFI，进入步骤(d) ； (d) 对所述成像块进行曝光成像，返回步骤(a)。优选地，所述驱动机构的数目为三个。优选地，所述驱动机构是线性电机。优选地，所述步骤(Cl)中将所述晶片移动到所述聚焦透镜的焦平面上。优选地，其特征在于，所述步骤(U)中将所述晶片移动到所述聚焦透镜的焦平面 上。根据本专利技术的方法，可以动态地调整光刻设备中聚焦透镜的焦深，从而获得更大 的焦深以满足不同类型的成像块清晰成像的需要。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中，图1是传统的投影式曝光设备的结构示意图。图2是投影式曝光设备中的曝光机台的局部放大示意图。图3是示出晶片上的七个不同位置处的接触孔成像的场电子显微镜(FEM)照片。图4示出了根据本专利技术的调整光刻曝光成像的方法流程图。具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态调整光刻成像设备中的聚焦透镜焦深的方法，所述光刻成像设备包括聚焦透镜，用于将掩模板上的图案成像到晶片上，还包括至少三个驱动机构，用于分别独立地调整晶片与聚焦透镜中心之间的距离，所述方法包括下列步骤：（ａ）选取晶片中的任一成像块，测量该成像块的表面距离聚焦透镜中心的距离ｄ；（ｂ）判断所述距离ｄ是否满足下式ｆ－｜ＤＯＦ｜≤ｄ≤ｆ＋｜ＤＯＦ｜　（１）其中ｆ是聚焦透镜的焦距，ｆ＞０，ＤＯＦ是聚焦透镜的焦深；（ｃ）若在步骤（ｂ）中判断出ｄ满足（１）式，则进入步骤（ｄ）；否则（ｃ１）若判断出ｄ＜ｆ－｜ＤＯＦ｜，则驱动所述驱动机构使晶片沿着与晶片表面垂直的方向，向远离聚焦透镜的方向移动，直到ｄ≥ｆ－｜ＤＯＦ｜，进入步骤（ｄ）；（ｃ２）若判断出ｄ＞ｆ＋｜ＤＯＦ｜，则驱动所述驱动机构使晶片沿着与晶片表面垂直的方向，向靠近聚焦透镜的方向移动，直到ｄ≤ｆ＋｜ＤＯＦ｜，进入步骤（ｄ）；（ｄ）对所述成像块进行曝光成像，返回步骤（ａ）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳松，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31