光刻工艺方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别涉及一种光刻工艺方法。

背景技术：

光刻是利用光化学反应原理把事先制备在掩模板(mask)上的图形转移到衬底上的过程。在集成电路制造的完整流程中，需要进行多层光刻，每层光刻的图形及衬底都不同，由于多层衬底叠加以及图形疏密分布不均导致曝光面内(shot)表面形貌是不平整的(surfacetopography)。光刻胶涂布到晶圆的衬底上时，会根据晶圆表面形貌高低差异不均匀分布，由于驻波效应(standingwave)和体效应(bulkeffect)的存在，设计线宽一样的图形在不同厚度的光刻胶上曝出的线宽会有差异，因此曝光面内表面形貌不平整会影响晶圆上曝光图形线宽均匀度。

目前业界的通常做法是：

对晶圆曝光面内的表面形貌高低差异，通过扫描(scanner)机台气态探测(airguage)补正焦距(focus)差异，对线宽(cd)差异并未作补偿。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种光刻工艺方法，能减少或消除由于晶圆曝光面内表面形貌不平整产生的曝光图形线宽差异，提高产品的线宽均匀性。

为解决上述技术问题，本发明提供的光刻工艺方法包括步骤：

步骤一、提供表面形成有第一衬底结构的产品晶圆，测量光刻胶涂布之前的所述产品晶圆的曝光面内的第一表面高度分布，所述第一表面高度分布由所述曝光面内各位置的第一表面高度值组成。

步骤二、在所述产品晶圆上按第一设定厚度涂布光刻胶，测量光刻胶涂布之后的所述产品晶圆的曝光面内的第二表面高度分布，所述第二表面高度分布由所述曝光面内各位置的第二表面高度值组成。

步骤三、根据所述第一表面高度分布和所述第二表面高度分布将所述曝光面分成n个曝光子区域，n大于等于2。

将各所述曝光子区域对应的所述第二表面高度值减去所述第一表面高度值得到第三厚度值，所述第三厚度值为对应的所述曝光子区域的光刻胶的厚度，共有n个所述第三厚度值。

步骤四、提供表面形成有第一衬底结构的n片测试晶圆；在各所述测试晶圆上涂布光刻胶，每一片所述测试晶圆上涂布的光刻胶的设定厚度为n个所述第三厚度值中的一个。

步骤五、采用具有相同的测试掩模板对各所述测试晶圆进行曝光，所述测试掩模板上具有测试设计图形，曝光后在各所述测试晶圆上形成有光刻胶组成的测试曝光图形。

步骤六、测量各所述测试晶圆上的测试曝光图形的线宽得到各所述第三厚度值对应的基准图形线宽；根据n个所述基准图形线宽计算各所述曝光子区域的曝光图形线宽差异。

步骤七、将各所述曝光图形线宽差异转换为产品掩模板上的设计图形线宽差异。

步骤八、制作所述产品掩模板，在所述产品掩模板的产品设计图形写入过程中将所述产品掩模板也分成n各设计子区域，每一个所述设计子区域和一个所述曝光子区域对应；根据所述曝光子区域的曝光图形线宽差异对应的所述设计图形线宽差异，对相应的所述设计子区域中的各产品设计图形的线宽进行补正，以减小或消除各所述曝光子区域中不同厚度的光刻胶对产品曝光图形的线宽的影响。

步骤九、按所述第一设定厚度在形成有所述第一衬底结构的所述产品晶圆涂布光刻胶，之后，采用所述产品掩模板进行曝光，之后进行显影在所述产品晶圆上形成所述产品曝光图形。

进一步的改进是，步骤一中的所述第一表面高度分布和步骤二中的所述第二表面高度分布通过在曝光机中使用气态探测功能测量。

进一步的改进是，所述曝光机中的气态探测功能为，将晶圆放置在曝光机中，通过气态探测传感器喷射气体至晶圆表面，通过气体压力变化量测出曝光面内的晶圆表面的物理高度，能采用所述曝光机的气态探测功能进行表面高度测量的晶圆包括所述产品晶圆。

进一步的改进是，所述产品晶圆用于形成集成电路产品；所述集成电路产品包括多道光刻流程，所述第一衬底结构为所述集成电路产品对应的任意一道光刻流程对应的衬底结构。

进一步的改进是，所述产品晶圆的曝光面为采用所述产品掩模板进行一次曝光在所述产品晶圆所形成的完整图形对应的区域。

进一步的改进是，所述产品晶圆对应的所述第一衬底结构为用于形成当前层图形结构的材料层，所述当前层图形结构由所述产品曝光图形定义。

进一步的改进是，所述产品晶圆中，所述当前层图形结构为多层前层图形结构，各所述前层图形结构使所述产品晶圆的表面形貌存在高低差异。

进一步的改进是，步骤四中，所述测试晶圆的第一衬底结构和所述产品晶圆的所述第一衬底结构的材料层工艺参数相同，所述测试晶圆的第一衬底结构的材料层的底部未形成所述前层图形结构而直接形成在光片上，所述测试晶圆的表面形貌为平坦结构。

进一步的改进是，由于驻波效应和体效应的存在，光刻胶上曝光线宽会随着光刻胶的厚度变化而形成的差异，使步骤六中不同的所述第三厚度值具有对应的不同的所述基准图形线宽。

进一步的改进是，步骤六中，计算各所述曝光子区域的曝光图形线宽差异包括如下分步骤：

步骤61、计算由n个所述基准图形线宽形成的基准图形线宽平均值；

步骤62、由各所述基准图形线宽减去所述基准图形线宽平均值得到对应的所述曝光子区域的曝光图形线宽差异。

进一步的改进是，步骤七中的转换方法为：

将所述曝光图形线宽差异乘以4倍的掩模误差增强因子(￡)得到对应的所述设计图形线宽差异。

进一步的改进是，所述掩模误差增强因子在曝光照明条件不变时为固定值。

进一步的改进是，所述掩模误差增强因子为1～10。

进一步的改进是，各所述第一表面高度值和各所述第二表面高度值都是基于同一水平表面的高度值。

进一步的改进是，所述产品晶圆的第一衬底结构对应的材料包括半导体材料、介质层或金属层。

进一步的改进是，所述半导体材料包括硅。

进一步的改进是，步骤八中的补正为：

对于一个所述设计子区域，将所述设计子区域的各产品设计图形的线宽都加上对应的所述设计图形线宽差异。

本发明光刻工艺方法中，当光刻流程进行到产品晶圆上的第一衬底结构上时，并不是直接采用具有现有产品设计图形的线宽的产品掩模板进行光刻，而是先测量产品晶圆在涂布光刻胶之前和之后的表面平整度即第一和第二表面高度分布，并对曝光面进行分区并计算分区形成的曝光子区域的光刻胶厚度即第三厚度值；之后，准备n个测试晶圆，分别在各测试晶圆上涂布对应的第三厚度值的光刻胶并分别进行曝光，从而能测试出各第三厚度值的光刻胶的曝光图形的线宽即基准图形线宽，根据n个基准图形线宽计算各曝光子区域的曝光图形线宽差异；最后将曝光图形线宽差异转换为产品掩模板上的设计图形线宽差异并对产品掩模板上的线宽进行补正，根据线宽补正后的产品掩模板进行产品晶圆的光刻胶曝光后，能减少或消除由于晶圆曝光面内表面形貌不平整产生的曝光图形线宽差异，从而能提高产品的线宽均匀性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有光刻工艺方法在不平整的晶圆表面上形成的曝光图形示意图；

图2是本发明实施例光刻工艺方法的流程图；

图3是本发明实施例光刻工艺方法在不平整的晶圆表面上形成的曝光图形示意图；

图4是本发明实施例光刻工艺方法对曝光面进行分区的示意图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例光刻工艺方法的流程图；如图3所示，是本发明实施例光刻工艺方法在不平整的晶圆表面上形成的曝光图形示意图；如图4所示，是本发明实施例光刻工艺方法对曝光面4进行分区的示意图；本发明实施例光刻工艺方法包括步骤：

步骤一、提供表面形成有第一衬底结构3的产品晶圆1，测量光刻胶涂布之前的所述产品晶圆1的曝光面4内的第一表面高度分布，所述第一表面高度分布由所述曝光面4内各位置的第一表面高度值组成，图3中所述第一表面高度值用δh1表示。

本发明实施例方法中，所述第一表面高度分布和后续步骤二中的第二表面高度分布通过在曝光机中使用气态探测功能测量。

所述曝光机中的气态探测功能为，将晶圆放置在曝光机中，通过气态探测传感器喷射气体至晶圆表面，通过气体压力变化量测出曝光面4内的晶圆表面的物理高度，能采用所述曝光机的气态探测功能进行表面高度测量的晶圆包括所述产品晶圆1。

所述产品晶圆1用于形成集成电路产品；所述集成电路产品包括多道光刻流程，所述第一衬底结构3为所述集成电路产品对应的任意一道光刻流程对应的衬底结构。

所述产品晶圆1对应的所述第一衬底结构3为用于形成当前层图形结构的材料层，所述当前层图形结构由所述产品曝光图形定义。

所述产品晶圆1中，所述当前层图形结构为多层前层图形结构，各所述前层图形结构使所述产品晶圆1的表面形貌存在高低差异。

各所述第一表面高度值和后续各第二表面高度值都是基于同一水平表面的高度值。

所述产品晶圆1的第一衬底结构3对应的材料包括半导体材料、介质层或金属层。所述半导体材料包括硅。

步骤二、在所述产品晶圆1上按第一设定厚度涂布光刻胶，测量光刻胶涂布之后的所述产品晶圆1的曝光面4内的第二表面高度分布，所述第二表面高度分布由所述曝光面4内各位置的第二表面高度值组成。图3中所述第二表面高度值用δh2表示。图3中显示的光刻胶用标记3表示，图3中的光刻胶3即可作为本发明实施例方法的步骤二中的光刻胶，也能作为后续步骤九中涂布的光刻胶，二者具有相同的厚度分布。

所述产品晶圆1的曝光面4为采用所述产品掩模板进行一次曝光在所述产品晶圆1所形成的完整图形对应的区域。

步骤三、根据所述第一表面高度分布和所述第二表面高度分布将所述曝光面4分成n个曝光子区域，n大于等于2。图4中，曝光子区域用英文字母zone表示，显示了9个所述曝光子区域即n为9，各个具体的所述曝光子区域分别用zone1、zone2至zone9表示。

将各所述曝光子区域对应的所述第二表面高度值减去所述第一表面高度值得到第三厚度值，所述第三厚度值为对应的所述曝光子区域的光刻胶的厚度，共有n个所述第三厚度值。图3中所述第三厚度值用δh3表示。同时，图3中表示了两个所述曝光子区域，两个所述曝光子区域的所述第三厚度值又分布用对应的所述曝光子区域的编号表示，对于n个所述曝光子区域的所述第三厚度值可分别表示为δh31、δh32至δh3n表示，图3中仅显示了δh31和δh32。

同样，n个所述曝光子区域对应的所述第一表面高度值可以分别表示为δh11、δh12至δh1n。

n个所述曝光子区域对应的所述第二表面高度值可以分别表示为δh21、δh22至δh2n。

各所述第三厚度值的计算公式分别为：△h31＝△h21-△h11、△h32＝△h22-△h12…△h3n＝△h2n-△h1n。

步骤四、提供表面形成有第一衬底结构3的n片测试晶圆；在各所述测试晶圆上涂布光刻胶，每一片所述测试晶圆上涂布的光刻胶的设定厚度为n个所述第三厚度值中的一个。

所述测试晶圆的第一衬底结构3和所述产品晶圆1的所述第一衬底结构3的材料层工艺参数相同，所述测试晶圆的第一衬底结构3的材料层的底部未形成所述前层图形结构而直接形成在光片上，所述测试晶圆的表面形貌为平坦结构。

步骤五、采用具有相同的测试掩模板对各所述测试晶圆进行曝光，所述测试掩模板上具有测试设计图形，曝光后在各所述测试晶圆上形成有光刻胶组成的测试曝光图形。

步骤六、测量各所述测试晶圆上的测试曝光图形的线宽得到各所述第三厚度值对应的基准图形线宽；根据n个所述基准图形线宽计算各所述曝光子区域的曝光图形线宽差异。

由于驻波效应和体效应的存在，光刻胶上曝光线宽会随着光刻胶的厚度变化而形成的差异，使不同的所述第三厚度值具有对应的不同的所述基准图形线宽。

计算各所述曝光子区域的曝光图形线宽差异包括如下分步骤：

步骤61、计算由n个所述基准图形线宽形成的基准图形线宽平均值；

步骤62、由各所述基准图形线宽减去所述基准图形线宽平均值得到对应的所述曝光子区域的曝光图形线宽差异。

所述曝光图形线宽差异对应的计算公式为：

n个所述曝光子区域对应的所述基准图形线宽分别表示为:cd1、cd2至cdn，

所述基准图形线宽平均值用表示，则有：

n个所述曝光子区域对应的所述曝光图形线宽差异分别为：至

步骤七、将各所述曝光图形线宽差异转换为产品掩模板上的设计图形线宽差异。

步骤七中的转换方法为：

将所述曝光图形线宽差异乘以4倍的掩模误差增强因子得到对应的所述设计图形线宽差异。

所述掩模误差增强因子在曝光照明条件不变时为固定值。

所述掩模误差增强因子为1～10。

n个所述曝光子区域对应的所述设计图形线宽差异用公式表示为：

δmcd1＝4*￡*δcd1、δmcd2＝4*￡*δcd2至δmcdn＝4*￡*δcdn

所述设计图形线宽差异用δmcd表示，加上下标表示对应的所述曝光子区域的所述设计图形线宽差异，如δmcd1＝表示第1个所述曝光子区域的所述设计图形线宽差异。￡表示所述掩模误差增强因子。

步骤八、制作所述产品掩模板，在所述产品掩模板的产品设计图形写入过程中将所述产品掩模板也分成n各设计子区域，每一个所述设计子区域和一个所述曝光子区域对应；根据所述曝光子区域的曝光图形线宽差异对应的所述设计图形线宽差异，对相应的所述设计子区域中的各产品设计图形的线宽进行补正，以减小或消除各所述曝光子区域中不同厚度的光刻胶对产品曝光图形的线宽的影响。

步骤八中的补正为：

对于一个所述设计子区域，将所述设计子区域的各产品设计图形的线宽都加上对应的所述设计图形线宽差异。如图4所示，n＝9，zone1中的各产品设计图形的线宽都加上δmcd1、zone2中的各产品设计图形的线宽都加上δmcd2直至zone9中的各产品设计图形的线宽都加上δmcd9。

步骤九、按所述第一设定厚度在形成有所述第一衬底结构3的所述产品晶圆1涂布光刻胶，之后，采用所述产品掩模板进行曝光，之后进行显影在所述产品晶圆1上形成所述产品曝光图形。

本发明实施例光刻工艺方法中，当光刻流程进行到产品晶圆1上的第一衬底结构3上时，并不是直接采用具有现有产品设计图形的线宽的产品掩模板进行光刻，而是先测量产品晶圆1在涂布光刻胶之前和之后的表面平整度即第一和第二表面高度分布，并对曝光面4进行分区并计算分区形成的曝光子区域的光刻胶厚度即第三厚度值；之后，准备n个测试晶圆，分别在各测试晶圆上涂布对应的第三厚度值的光刻胶并分别进行曝光，从而能测试出各第三厚度值的光刻胶的曝光图形的线宽即基准图形线宽，根据n个基准图形线宽计算各曝光子区域的曝光图形线宽差异；最后将曝光图形线宽差异转换为产品掩模板上的设计图形线宽差异并对产品掩模板上的线宽进行补正，根据线宽补正后的产品掩模板进行产品晶圆1的光刻胶曝光后，能减少或消除由于晶圆曝光面4内表面形貌不平整产生的曝光图形线宽差异，从而能提高产品的线宽均匀性。

如图3所示，是本发明实施例光刻工艺方法在不平整的晶圆表面上形成的曝光图形示意图；步骤九完成之后的曝光图形示意图，所述产品掩模板201为经过步骤八补正之后的产品掩模板，可以看出，所述产品晶圆1的表面不平整，图3中显示了两个所述曝光子区域，分别对应于第1曝光子区域和第2曝光子区域。

作为比较，图1为现有光刻工艺方法在不平整的晶圆表面上形成的曝光图形示意图；图1中所述产品掩模板101为未经过步骤八补正的产品掩模板。比较图1和图3所示可知：mcd1＝mcd1a+δmcd1；mcd2＝mcd2a+δmcd2。

其中，mcd1和mcd2分别表示图3中的第1曝光子区域和第2曝光子区域的产品设计图形的线宽，mcd1a和mcd2a分别表示图1中的第1曝光子区域和第2曝光子区域的产品设计图形的线宽。其中，mcd1a＝mcd2a。

由图1所示可知，由于第1曝光子区域和第2曝光子区域的光刻胶3的厚度不同，故相同的线宽的产品设计图形形成的曝光图形线宽会有差异，即cd1a≠cd2a，图1中显示cd1a大于cd2a。

由图3所示可知，由于本发明实施例对产品设计图形的线宽进行了补正，补正后具有特征：mcd1≠mcd2，比较图1和图3所示可知，mcd1小于mcd1a,mcd2大于mcd2a。曝光后的所述产品曝光图形确相等，即cd1＝cd2。所以本发明实施例能减少或消除由于晶圆曝光面4内表面形貌不平整产生的曝光图形线宽差异，从而能提高产品的线宽均匀性。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。