CN105988310A - 光刻方法及晶圆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光刻方法及晶圆。该光刻方法包括以下步骤：测量获得晶圆的表面形貌，并获得晶圆中的待曝光区的厚度H1；将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，且H＝H1+H2，其中H2为晶圆中的待曝光区与最佳焦距面之间的距离；光刻系统根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，并通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光。该光刻方法通过将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，并根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，以使得晶圆更精确地处于最佳焦距面上，从而使得通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光时的景深得以增加。

Description

光刻方法及晶圆

技术领域

本申请涉及半导体集成电路的技术领域，具体而言，涉及一种光刻方法及晶圆。

背景技术

随着半导体集成电路业的迅速发展，半导体器件的工艺制程已经进入到纳米级，特别是28纳米及以下节点工艺逐渐成为发展的主要方向。相应地，半导体器件的关键尺寸和工艺窗口也越来越小，使得光刻工艺的要求愈发严苛。所谓光刻工艺是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去，从而在晶圆上形成特征图形的工艺。

随着半导体器件的关键尺寸的逐渐减小(特别是关键尺寸小于80nm时)，光刻过程中景深的控制越来越难。目前，通常通过倾斜调焦(Focus drilling)来增加光刻过程中的景深。倾斜调焦的工艺原理为：将光刻系统中的晶圆载片台(Wafer Stage)在x轴轻微倾斜，并使得晶圆载片台在Z轴逐渐移动，同时沿着Y轴对晶圆进行扫描曝光，这样就可以使得晶圆中的待曝光区在最佳焦距的一定失范围内连续曝光，从而增加了景深和图像对比度。通过倾斜调焦可以减小半导体工艺后段制程(BEOL)中形貌变化带来的使景深的增加。例如，在28nm工艺制程中倾斜调焦工艺能够将景深提高大约15nm。

虽然上述倾斜调焦能够增加景深，但是也会给生产工艺带来不利影响，例如导致曝光容许度减小、关键尺寸均匀性变差以及曝光最佳能量增加等。考虑到这些不利影响，倾斜调焦对景深的增加十分有限。同时，随着半导体器件的关键尺寸的进一步减小，特别是关键尺寸处于28纳米及以下节点时，景深还有待于进一步增加。因此，如何进一步增加光刻过程中的景深，成为目前亟待解决的技术难题之一。

发明内容

本申请旨在提供一种光刻方法及晶圆，以增加光刻过程中的景深。

为了实现上述目的，本申请提供了一种光刻方法，该光刻方法包括以下步骤：测量获得晶圆的表面形貌，并获得晶圆中的待曝光区的厚度H1；将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，且H＝H1+H2，其中H2为晶圆中的待曝光区与最佳焦距面之间的距离；光刻系统根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，并通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光。

进一步地，晶圆中的待曝光区与最佳焦距面之间的距离H2通过以下步骤获得：获得晶圆与最佳焦距面之间的夹角θ；获得晶圆和最佳焦距面的相交线与待曝光区之间的距离R，那么H2＝sinθ·R。

进一步地，获得晶圆与最佳焦距面之间的夹角θ的步骤包括：设定焦距范围的预估值为S，并获得有效曝光区宽度为L，那么θ＝arctan(S/L)。

进一步地，S＝8～12mm。

进一步地，对晶圆的位置进行调节的步骤中，根据焦距范围值H和焦距范围的预估值S的差值对晶圆的位置进行自动调节。

进一步地，测量获得晶圆的表面形貌的步骤包括：分别采用压力测量法和光学测量法对测试晶圆的表面形貌进行测量，以获得形貌测量偏差图；采用光学测量法对晶圆进行测量以获得厚度测量值，并根据形貌测量偏差图对厚度测量值进行校正以得晶圆中的待曝光区的厚度H1。

进一步地，采用压力测量法和光学测量法对测试晶圆进行测量的步骤中，将测试晶圆平行地置于最佳焦距面上。

进一步地，压力测量法采用的气体为氮气或空气。

进一步地，在对晶圆中的待曝光区进行曝光之后，光刻方法还包括对晶圆中的待曝光区进行刻蚀，以在晶圆中形成器件结构的步骤。

进一步地，器件结构为通孔或凹槽。

同时，本申请还提供了一种晶圆，该晶圆经本申请提供的光刻方法处理而成。

本申请通过将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，并根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，以使得晶圆更精确地处于最佳焦距面上，从而使得通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光时的景深得以增加。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施方式所提供的光刻方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施方式所提供的光刻方法的工艺原理示意图；以及

图3a至图3c示出了本申请实施方式所提供的光刻方法中，倾斜调焦的工艺过程的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

正如背景技术中所介绍的，现有光刻方法中的景深有待于进一步提高。为此，本申请的发明人提供了一种光刻方法。如图1所示，该光刻方法包括以下步骤：测量获得晶圆的表面形貌，并获得晶圆中的待曝光区的厚度H1；将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，且H＝H1+H2，其中H2为晶圆中的待曝光区与最佳焦距面之间的距离；光刻系统根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，并通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光。其中，H、H1和H2的关系可以通过图2得出。

上述光刻方法通过将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，并根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，以使得晶圆更精确地处于最佳焦距面上，从而使得通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光时的景深得以增加。

下面将更详细地描述根据本申请提供的光刻方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

首先，测量获得晶圆的表面形貌，并获得晶圆中的待曝光区的厚度H1。在一种优选的实施方式中，测量获得晶圆的表面形貌的步骤包括：分别采用压力测量法和光学测量法对测试晶圆的表面形貌进行测量，以获得形貌测量偏差图；采用光学测量法对晶圆进行测量以获得厚度测量值，并根据形貌测量偏差图对厚度测量值进行校正以得晶圆中的待曝光区的厚度H1。该步骤中，测试晶圆平行地置于最佳焦距面上。

上述压力测量法是指采用气体吹向晶圆的表面，并对晶圆的表面产生压力，再通过检测压力值获得晶圆的表面高度。压力测量法采用的气体可以为氮气或空气。上述光学测量法是指使用扫描反射镜对测量信号进行调制，进而使用相敏解调对光电转换之后的电信号进行解调，从而获得与晶圆的表面高度一一对应地电信号。上述方法的具体工艺可以参照现有技术，在此不再赘述。

其中，压力测量法的测量准确性要高于光学测量法，但是压力测量法的测量速率比光学测量法低。为此，本申请通过分别采用压力测量法和光学测量法对测试晶圆进行测量，以获得形貌测量偏差图，然后采用光学测量法对晶圆进行测量，并根据形貌测量偏差图对厚度测量值进行校正以得晶圆中的待曝光区的厚度H1，从而实现了更准确、更快速的测量获得晶圆的表面形貌的目的。

完成测量获得晶圆的表面形貌，并获得晶圆中的待曝光区的厚度H1的步骤之后，将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，且H＝H1+H2，其中H2为晶圆中的待曝光区与最佳焦距面之间的距离。优选地，晶圆中的待曝光区与最佳焦距面之间的距离H2通过以下步骤获得：获得晶圆与最佳焦距面之间的夹角θ；获得晶圆和最佳焦距面的相交线与待曝光区之间的距离R，那么H2＝sinθ·R，如图2所示。

具体地，获得晶圆与最佳焦距面之间的夹角θ的步骤可以为：设定焦距范围的预估值S，并获得有效曝光区宽度为L，那么θ＝arctan(S/L)。焦距范围的预估值S可以根据实际工艺需求进行设定，优选地，S＝8～12mm。

完成将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，且H＝H1+H2，其中H2为晶圆中的待曝光区与最佳焦距面之间的距离的步骤之后，光刻系统根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，并通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光。在该步骤中，光刻系统能够根据焦距范围值H和焦距范围的预估值S的差值对晶圆的位置进行自动调节。

光刻系统的工作台一般由样片整体运动台、样片相对运动台、转动台和样片调平机构等组成。在该步骤中，光刻系统能够根据焦距范围值H和焦距范围的预估值S的差值，自动调节工作台，以实现对晶圆的位置进行自动调节的目的。

上述倾斜调焦的工艺过程为：将光刻系统中的晶圆载片台(Wafer Stage)在x轴轻微倾斜，并使得晶圆载片台在Z轴逐渐移动，同时沿着Y轴对晶圆进行扫描曝光，这样就可以使得晶圆中的待曝光区在最佳焦距的一定失范围内连续曝光，从而增加了景深和图像对比度，如图3a至图3c所示。另外，曝光的过程可以采用步进扫描曝光。

在对晶圆中的待曝光区进行曝光之后，本申请提供的光刻方法还包括对晶圆中的待曝光区进行刻蚀，以在晶圆中形成器件结构的步骤，器件结构可以为通孔或凹槽。具体地，一般情况下光刻工艺要经历晶圆表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序，因此在曝光后还包括后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。上述工艺的具体过程及参数可以参照现有技术，在此不再赘述。

同时，本申请还提供了一种晶圆，该晶圆经本申请提供的光刻方法处理而成。其中，光刻方法包括以下步骤：测量获得晶圆的表面形貌，并获得晶圆中的待曝光区的厚度H1；将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，且H＝H1+H2，其中H2为晶圆中的待曝光区与最佳焦距面之间的距离；光刻系统根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，并通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光。其具体过程请参照前面相关描述。

采用上述光刻方法形成本申请提供的晶圆时，通过将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，并根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，以使得晶圆更精确地处于最佳焦距面上，从而使得通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光时的景深得以增加。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：本申请通过将晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，并根据焦距范围值H对晶圆的位置进行调节，以使得晶圆更精确地处于最佳焦距面上，从而使得通过倾斜调焦工艺对晶圆中的待曝光区进行曝光时的景深得以增加。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光刻方法，其特征在于，所述光刻方法包括以下步骤：

测量获得晶圆的表面形貌，并获得所述晶圆中的待曝光区的厚度H1；

将所述晶圆倾斜置于光刻系统中的最佳焦距面上并计算获得焦距范围值H，且H＝H1+H2，其中H2为所述晶圆中的待曝光区与所述最佳焦距面之间的距离；

所述光刻系统根据所述焦距范围值H对所述晶圆的位置进行调节，并通过倾斜调焦工艺对所述晶圆中的待曝光区进行曝光。

2.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述晶圆中的待曝光区与所述最佳焦距面之间的距离H2通过以下步骤获得：

获得所述晶圆与所述最佳焦距面之间的夹角θ；

获得所述晶圆和所述最佳焦距面的相交线与所述待曝光区之间的距离R，那么H2＝sinθ·R。

3.根据权利要求2所述的光刻方法，其特征在于，获得所述晶圆与所述最佳焦距面之间的夹角θ的步骤包括：设定所述焦距范围的预估值为S，并获得有效曝光区宽度为L，那么θ＝arctan(S/L)。

4.根据权利要求3所述的光刻方法，其特征在于，S＝8～12mm。

5.根据权利要求3所述的光刻方法，其特征在于，对所述晶圆的位置进行调节的步骤中，根据所述焦距范围值H和所述焦距范围的预估值S的差值对所述晶圆的位置进行自动调节。

6.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，测量获得所述晶圆的表面形貌的步骤包括：

分别采用压力测量法和光学测量法对测试晶圆的表面形貌进行测量，以获得形貌测量偏差图；

采用所述光学测量法对所述晶圆进行测量以获得厚度测量值，并根据所述形貌测量偏差图对所述厚度测量值进行校正以得所述晶圆中的待曝光区的厚度H1。

7.根据权利要求6所述的光刻方法，其特征在于，采用压力测量法和光学测量法对测试晶圆进行测量的步骤中，将测试晶圆平行地置于最佳焦距面上。

8.根据权利要求6所述的光刻方法，其特征在于，所述压力测量法采用的气体为氮气或空气。

9.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，在对所述晶圆中的待曝光区进行曝光之后，所述光刻方法还包括对所述晶圆中的待曝光区进行刻蚀，以在所述晶圆中形成器件结构的步骤。

10.根据权利要求9所述的光刻方法，其特征在于，所述器件结构为通孔或凹槽。

11.一种晶圆，其特征在于，所述晶圆经权利要求1至10中任一项所述的光刻方法处理而成。