光刻机扫描曝光方法

摘要

本发明提供一种光刻机扫描曝光方法，其在光刻机的硅平面上设置相互正交的两个方向，并将所述硅平面分为若干曝光场区域，所述光刻机上设置有可变狭缝，所述可变狭缝在所述的两个方向上分别设置有刀口，先对曝光场区域其中一个方向扫描曝光，再对同一曝光场区域另一个方向扫描曝光，当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，所述可变狭缝在该方向的刀口从闭合状态开始逐渐打开至最大，再逐渐缩小至闭合状态。本发明通过先对曝光场区域其中一个方向扫描曝光，再对同一曝光场区域另一个方向扫描曝光。改善了曝光场区域Y方向的剂量均匀性，又能改善X方向的剂量均匀性，从而改善曝光剂量的系统性能，提高光刻线宽的均匀性。

权利要求

1.一种光刻机扫描曝光方法，在光刻机的硅平面上设置相互正交的两个方向，并将所述硅平面分为若干曝光场区域，所述光刻机上设置有可变狭缝，所述可变狭缝在所述的两个方向上分别设置有刀口，其特征在于：先对曝光场区域其中一个方向扫描曝光，再对同一曝光场区域另一个方向扫描曝光；

当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，所述可变狭缝在该方向的刀口从闭合状态开始逐渐打开至最大，再逐渐缩小至闭合状态；

对曝光场区域其中一个方向扫描曝光前，所述可变狭缝在该方向的刀口保持闭合状态，所述可变狭缝在另一个方向的刀口调整到比全开略小的宽度，以遮去曝光场区域光强分布中该另一个方向的梯形边缘的光。

2.如权利要求1所述的光刻机扫描曝光方法，其特征在于：当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，所述可变狭缝在另一个方向的刀口保持不动。

3.如权利要求1所述的光刻机扫描曝光方法，其特征在于：当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，光刻机上的掩模台跟随在该方向运动。

4.如权利要求1所述的光刻机扫描曝光方法，其特征在于：在光刻机上承载硅片的工件台配合掩模台以及可变狭缝同步运动。

5.如权利要求1所述的光刻机扫描曝光方法，其特征在于：在扫描曝光从一个方向切换至另一方向的过程中，所述可变狭缝的刀口保持闭合状态。

6.如权利要求1所述的光刻机扫描曝光方法，其特征在于：在所述硅平面上扫描曝光的路径以“S”型方式进行扫描。

说明书

光刻机扫描曝光方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种半导体设备运行方法，尤其涉及一种光刻机扫描曝光方法。

背景技术

[0002] 现代微电子技术的核心是集成电路生产，而集成电路生产的发展又必须以半导体设备为其主要支撑条件，在当前集成电路生产设备中，光刻设备占最核心的地位。光刻技术在经历了接触式、接近式、投影式、扫描式、步进式几个重大技术发展阶段后，向步进扫描式过渡。

[0003] 光刻机三大核心指标为线宽均匀性、套刻精度和产率。线宽均匀性是光刻机的重要核心指标，而剂量系统性能和焦面系统性能是影响线宽均匀性的两个最重要因素。剂量系统性能的主要指标为剂量均匀性，指的是曝光后硅平面上的曝光剂量在空间上分布的均匀性，经常用它来指代剂量系统性能。如果剂量系统性能较差，则无法在硅片上获得线宽(CD)分布比较均匀的线条，导致无法进行集成电路光刻生产。

[0004] 相对于步进方式，扫描方式通过掩模台和工件台配合可变狭缝在扫描方向同步运动，使得硅平面的同一点的剂量为视场轮廓在扫描方向的各点光强积分，大大改善了扫描方向的剂量均匀性。在这基础上，进一步改善剂量系统性能的方式有多种，包括动态改变可变狭缝不同位置宽度、动态改变扫描速度和动态分块设置透过率等等。然而，这些方法都是基于单向扫描曝光方式，只能改善扫描方向(Y向)的曝光场剂量均匀性，不能改变非扫描方向(X向)的剂量均匀性-狭缝积分均匀性。使得狭缝积分均匀性成为制约光刻机曝光剂量系统性能的主要因素之一，进而影响到线宽(CD)均匀性。

[0005] 因此，有必要寻找一种即能改善Y方向的剂量均匀性，又能改善X方向的剂量均匀性，以改善整个剂量系统性能的方法。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是：提供一种光刻机扫描曝光方法，以改善曝光剂量的系统性能，提高光刻线宽的均匀性。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻机扫描曝光方法，在光刻机的硅平面上设置相互正交的两个方向，并将所述硅平面分为若干曝光场区域，所述光刻机上设置有可变狭缝，所述可变狭缝在所述的两个方向上分别设置有刀口，根据其打开的位置可在硅平面形成不同的视场轮廓，先对曝光场区域其中一个方向扫描曝光，再对同一曝光场区域另一个方向扫描曝光。

[0008] 进一步的，当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，所述可变狭缝在该方向的刀口从闭合状态开始逐渐打开至最大，再逐渐缩小至闭合状态。

[0009] 进一步的，当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光前，所述可变狭缝在该方向的刀口保持闭合状态，所述可变狭缝在另一个方向的刀口调整到比全开略小的位置，以遮去曝光场区域光强分布中该另一个方向的梯形边缘的光，使得硅平面的视场轮廓在该方向边缘的渐变区域刚好被阻挡。

[0010] 进一步的，当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，所述可变狭缝在另一个方向的刀口保持不动。

[0011] 进一步的，当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，光刻机上的掩模台跟随在该方向运动。

[0012] 进一步的，在光刻机上承载硅片的工件台配合所述掩模台以及可变狭缝同步运动。

[0013] 进一步的，在扫描曝光从一个方向切换至另一方向的过程中，所述可变狭缝的刀口保持闭合状态。

[0014] 进一步的，在所述硅平面上扫描曝光的路径以“S”型方式进行扫描。

[0015] 与现有的光刻机扫描曝光方法相比，本发明通过在所述光刻机上设置有可变狭缝，在光刻机的硅平面上设置X方向和Y方向，并将所述硅平面分为若干曝光场区域，先对曝光场区域其中一个方向扫描曝光，再对同一曝光场区域另一个方向扫描曝光。改善了曝光场区域Y方向的剂量均匀性，又能改善X方向的剂量均匀性，从而改善曝光剂量的系统性能，提高光刻线宽的均匀性。

附图说明

[0016] 以下结合附图和具体实施例对本发明的光刻机扫描曝光方法作进一步详细的描述。

[0017] 图1为本发明实施例中的光刻机扫描曝光方法使用的光刻机装置示意图；

[0018] 图2为本发明实施例中可变狭缝刀口全部打开的状态及其在曝光场区域形成的光强分布示意图；

[0019] 图3为本发明实施例中可变狭缝刀口Y向打开的状态及其Y向扫描时曝光场区域形成的光强分布示意图；

[0020] 图4为本发明实施例中可变狭缝刀口X向打开的状态及其X向扫描时曝光场区域形成的光强分布示意图；

[0021] 图5a～图5e为本发明实施例中X向扫描曝光时可变狭缝和掩模台运动的配合过程示意图；

[0022] 图5f～图5i为本发明实施例中Y向扫描曝光时可变狭缝和掩模台运动的配合过程；

[0023] 图6为本发明实施例中采用的一种扫描曝光路径方法示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图进一步说明具体的功能和实施方式：

[0025] 请参阅图1，图1为本发明实施例中的光刻机扫描曝光方法使用的光刻机装置示意图。光源1通过设置在光刻机上的可变狭缝2经过照明透镜3以及折射镜4形成的照明镜组，可变狭缝2形成的视场轮廓投影到掩模台6所在的掩模面5。

[0026] 本实施例中，在垂直于光轴的平面上设置相互正交的两个方向，分别定义所述正交的两个方向设为X轴和Y轴，X向、Y向和主光线传播方向的逆方向这三个方向满足右手定则。光刻机的硅平面8、掩模面5和可变狭缝2所在平面都垂直于主光轴，所述的这些平面各自对应的不同X轴、Y轴和Z轴，所述的这些平面的Z轴都逆主光轴方向，如果把主光轴看作直线，所述的这些平面的X轴和Y轴方向一致。所述硅平面8按该平面上X轴和Y轴方向，被分为若干曝光场区域，所述可变狭缝2在所在平面上X轴和Y轴方向上分别设置有刀口。可变狭缝2在与X方向相同的方向上设置有一对刀口20和刀口21，在与Y方向相同的方向上设置有一对刀口22和刀口23。

[0027] 当可变狭缝2打开的时候，形成的静态视场轮廓中间区域在Y方向上的剖面是连续的光强分布，在X方向上的剖面也是连续的光强分布，具体形状和照明模式或扫描方向相关，可变狭缝刀口2可根据实际扫描曝光方式的需要形成特定的视场轮廓。

[0028] 物镜7的功能是把掩模面5上的掩模图案成像到工件台9上的硅平面8上。所述工件台9可以做六维运动，在扫描曝光过程中，工件台9的运动方向和掩模台6的运动方向相反，且两者都垂直于光轴的方向。

[0029] 上述的掩模台6、物镜7以及工件台9均固定于光刻机的主框架10。

[0030] 实际扫描曝光的时候，为了提高扫描曝光的效果，需要在扫描方向形成无突变边缘的连续光强分布，而在非扫描方向形成均匀的矩形光强分布，本发明中根据Y向扫描曝光时的扫描方向和X向扫描曝光时的扫描方向的不同，分别形成不同的视场轮廓。如图3～图4所示的实施例中，照明模式是四极照明，外相干因子0.89，内相干因子0.69，视场轮廓硅平面的大小为22mm*10.5mm，照明轮廓顶部的大小为19mm*7.5mm，曝光场也取19mm*7.5mm。

[0031] 请参阅图2所示，当可变狭缝2的X向刀口20以及刀口21和Y向刀口22以及刀口23全部打开的时候，在硅平面8上形成的视场轮廓为两个方向上光强分布曲面类似梯形，即光强分布无突变边缘。但是这不是扫描曝光所需要的视场轮廓形状，扫描曝光所需要的视场轮廓形状为：在扫描方向为类似梯形的光强分布，而在非扫描方向形成类似矩形的光强分布，如图3或图4。

[0032] 本实施例的扫描曝光方法为先对曝光场区域其中一个方向扫描曝光，再对同一曝光场区域另一个方向扫描曝光。

[0033] 请参阅图3，当对曝光场Y方向进行扫描曝光时，可变狭缝2形成如图3的视场轮廓，可变狭缝2的Y向的刀口22以及刀口23打开时露出图2的类似梯形的斜边的光，以形成Y向连续的无突变边缘的光强分布，同时，可变狭缝X向的刀口20以及刀口21关闭部分以恰好使X向的类似梯形斜边的光遮去，以形成X向均匀的矩形光强分布。

[0034] 同理，请参阅图4，当对X方向扫描曝光时，可变狭缝2的X向刀口20以及刀口21打开以露出X向类似梯形的斜边的光，Y向刀口22以及刀口23关闭部分以遮去Y向类似梯形的斜边的光，从而形成如图4的视场轮廓。也就是说，Y方向扫描曝光时，可变狭缝X方向刀口20以及刀口21不需要全部打开，而是适当小一些，把曝光场光强分布中X方向的梯形边缘的光挡去；同样，X方向扫描曝光时，可变狭缝Y方向刀口22以及刀口23不需要全部打开，而是适当小一些，把曝光场光强分布中Y方向的梯形边缘的光挡去。

[0035] 掩模台6的坐标系和工件台9的坐标系相同，掩模台6不仅能在Y方向上运动，还能在X方向上运动，因此掩模台6至少可2维运动。当进行Y向扫描曝光时，掩模台6在Y向运动，同理，当进行X向扫描曝光时，掩模台6在X向运动，运动方向由具体的曝光路径规划决定；掩模台6的运动和所述可变狭缝2的刀口的运动相互配合，实现双向扫描曝光。

[0036] 对曝光场区域其中一个方向扫描曝光前，所述可变狭缝2在该方向的刀口保持闭合状态，所述可变狭缝2在另一个方向的刀口调整到比全开略小的宽度，使得硅平面的视场轮廓在该方向边缘的渐变区域刚好被阻挡。

[0037] 对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，所述可变狭缝2在该方向的刀口从闭合状态开始逐渐打开至最大，再逐渐缩小至闭合状态。当对曝光场区域其中一个方向扫描曝光时，所述可变狭缝2上另一个方向的刀口在该位置保持不动。当扫描方向的刀口全部打开时，可以在硅平面8形成扫描方向有明显光强渐变区域，非扫描方向无明显的光强渐变区域的视场轮廓。具体情况如下：

[0038] 请参阅图5a～图5i，图5a～图5e为本实施例中Y向扫描曝光时可变狭缝2和掩模台6运动的配合过程；图5f～图5i为本实施例中X向曝光时可变狭缝2和掩模台6运动的配合过程。其中，从图5e到图5f所示的扫描方向切换过程中，掩模5也需要同步运动到图5f所示的位置，可变狭缝2的刀口在移动过程中必须保持可变狭缝2是关闭的，不能把照明光泄露到硅片上；并且Y向扫描曝光时，X向刀口遮去所述类似梯形斜边，并固定不动，Y向刀口露出所述类似梯形斜边；X向扫描曝光时候，Y向刀口遮去所述类似梯形斜边，并固定不动，X向刀口露出所述类似梯形斜边。

[0039] Y向扫描曝光的具体过程如下：如图5a所示，X向的刀口20以及刀口21关闭部门以遮去所述类似梯形X向斜边，并固定不动，Y向上方刀口22全部打开以露出所述类似梯形Y向斜边，Y向下方刀口23全部关闭，并随掩模5下方边缘同步运动从关闭逐渐打开。

[0040] 如图5b所示为Y向下方刀口23打开约一半的情况，继续打开，直至Y向下方刀口23全部打开，如图5c所示，视场轮廓Y向两边的所述类似梯形Y向斜边都露出。此时，可变狭缝2全部刀口位置保持不变，而掩模台6继续运动，直到掩模5上方边缘运动到了可变狭缝2上方刀口22边缘对应位置，可变狭缝2上方刀口22才同步关闭。图5d所示为可变狭缝2上方刀口22关闭了一半的情况，图5e所示为可变狭缝2上方刀口22全部关闭的情况，此时完成对曝光场Y向扫描曝光。

[0041] 接着，切换扫描曝光方向，准备X向的扫描曝光。如图5f所示，把掩模5移动到当前最近的X向位置，并且，更改可变狭缝2的刀口的位置：Y向刀口22以及刀口23打开部分以遮去所述类似梯形光强分布的Y向斜边，并固定不动，X向右方刀口20全部打开以露出所述类似梯形X向斜边，X向左方刀口21全部关闭。

[0042] 如图5g所示，X向左方刀口21随掩模5下方边缘同步运动，从关闭状态开始逐渐打开；如图5h所示为X向左方刀口21全部打开的情况，X向两边的类似梯形X向斜边都露出。此时，可变狭缝2的所有刀口位置保持不变，而掩模台6继续运动，直到掩模5右方边缘运动到了可变狭缝2右方刀口20边缘对应位置，可变狭缝2右方刀口20才同步关闭。如图5i所示为可变狭缝2右方刀口20全部关闭的情况，此时完成对曝光场X向扫描曝光。
然后才开始准备曝光下一个曝光场，方法和上述方法类似，至于下一个曝光场是X向先曝光还是Y向先曝光，由曝光路径规划决定。

[0043] 所述工件台9和传统的扫描曝光方式中的工件台一样，可作六维运动，配合所述掩模台6和所述可变狭缝2完成双向扫描曝光，在此，因为物镜7成反像，所以扫描曝光时，工件台9的位置和掩模台6的位置坐标乘物镜7放大倍率的乘积后的位置，相对于物镜7光轴对称。

[0044] 请参阅图6，图6为本发明实施例中采用的一种扫描曝光路径方法示意图。本实施例中采用双向扫描曝光，其曝光路径策略和传统方法不同。采用“S”型算法规划路径，工件台9上的硅平面8被分为56个(6行9列)曝光场区域(如图6中的矩形区域)，如图6中的箭头方向所示，每个区域都被双向扫描曝光，当曝光场X向(或Y向)被曝光完后，立即开始对曝光场另一个方向曝光，然后工件台9移动到同一行的下一个邻近的曝光场区域，直到该行曝光完毕，再移动到下一行最近的开始位置继续双向扫描曝光，直到所有曝光场区域都被扫描曝光。显然，和传统扫描曝光方法的曝光路径规划不一样，采用专门的曝光路径规划进行双向扫描曝光，其产率会被显著提高。

[0045] 此外，为了提高产率，可通过各种改进算法寻找较优曝光路径，比如采用贪心算法(近邻法)，动态规划方法，蚁群算法等。

[0046] 通过仿真分析表明，在本实施例中，如果视场轮廓照明顶部均匀性为2％，狭缝积分均匀性为0.8％，采用4kHz激光扫描曝光，扫描速度为300mm/s，忽略振动和杂散光等影响，那么如果采用传统方法一次单向(y向)扫描曝光后，曝光场的剂量均匀性为0.9％。但是，如果采用本实施例进行双向扫描曝光后，那么曝光场的剂量均匀性能达到0.5％以下，采用本实施例，剂量系统性能显著改善。

[0047] 从以上实施例中可以看出，采用专门的可变狭缝2和掩模台6和工件台9配合运动，能够实现双向扫描曝光，因为分别在Y方向和X方向两次进行扫描曝光，其结果是曝光场同一点的剂量为视场轮廓中对应点所在的Y方向的各点光强积分和对应点所在的X方向的各点光强积分的和，所以，硅平面的剂量系统性能比传统技术的只进行Y方向扫描的结果其曝光场同一点的剂量为视场轮廓中对应点所在的Y方向的各点光强积分更好。

[0048] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。