通过调整曝光镜头改善产品线宽均匀度的研究

摘要

自问世以来的半个多世纪,微电子和集成电路技术可谓发展神速,其中光刻技术的发展起到了重要推动作用。而作为光刻技术发展的重要指标,不断缩小的关键尺寸则对如何改善产品线宽均匀度(Critical Dimension Uniformity,CDU)等关键参数提出了更高的要求。光刻机焦平面偏差(Total Focus Deviation,TFD)精度就与产品线宽均匀度CDU的好坏有着紧密联系,甚至会影响到产品的最小线宽。因此通过提高光刻机镜头的TFD精度,可以达到改善产品线宽均匀度CDU,提高良率的目的。
　　本文首先对光刻机曝光镜头焦平面偏差(TFD)精度的作用原理进行研究,通过学习焦平面偏差(TFD)精度与有效焦深(Depth of Focus,DOF)之间的相互关系,探索改善焦平面偏差精度的方法,并加以实施。TFD精度直接影响曝光镜头的有效焦深(Depth of Focus,DOF),是实现最小单元尺寸的前提条件。在实际应用中,如果光刻工艺中的焦平面偏差精度超过误差容忍度,很可能会造成偏离焦平面(Defocus)曝光使 CDU无法保证,进而影响产品良率。焦平面偏差产生的原因有多种形式,其中包括光源均匀度、镜头透光均匀性、折射率变化等,而不同的误差形式都会对曝光时焦平面偏差精度造成不同的影响。
　　其次基于光刻工艺基本原理,研究了影响光刻机焦平面偏差精度的主要因素。通过对传统方法与利用调整曝光镜头改善CDU这一方法的比较,分析阐述了它们各自的优缺点,论证了本课题所述方法的可行性与必要性。几种常见的改善措施如:一、可以提高视场尺寸(Field Size,Shot)之内的光线均匀度,这个可以通过调整光源位置实现,情况比较严重的必须更换光学补偿镜片才能改善。当然费用会很昂贵。二、给曝光镜头做物理清洁,甚至更换镜头组件。同样费用也非常昂贵,难以实施。本课题所探讨的方法(方法三)是在不更换光学部件的前提下,优化镜片间的相对高度和镜面倾角,调整光线折射角度,补偿图像扭曲、图像失真。论文最后通过分析特定实验产品的测试数据,得到的CDU结果提高约36.4％,符合方案预期,达到了提高CDU,降低工艺成本,增加工艺产能的目的。

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第一章 绪 论

1.1 集成电路发展概述

1.2 光刻技术（Litho）概述

1.3 本论文的结构安排

第二章 光刻机发展历史及工作原理

2.1 光刻机发展历史及未来趋势

2.2 投影光刻机结构及工作原理

2.3 本章小结

第三章 分析对比三种改善线宽均匀度的方法

3.1 提高视场尺寸内的光线均匀度

3.2 改善曝光镜头透光均匀性

3.3 调整曝光镜头改善焦平面偏差

3.4 本章小结

第四章 光刻机镜头焦平面偏差精度改善方案

4.1 收集光刻机调整前值

4.2 实验方案设计

4.3 方案实施与验证

4.4本章小结

第五章 结 论

5.1 本文的主要贡献

5.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

在硕期间取得的研究成果