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1、上海交通大学 硕士学位论文 Canon KrF扫描光刻机套准精度的改进方法研究 姓名：刘法泉 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：汪辉;王道南 20081008 上海交通大学工程硕士学位论文上海交通大学工程硕士学位论文 8 附图目录附图目录 图 1 器件图形特征与光刻启示8 图 2 不同类型 IC的最小半节距及其量产时间 9 图 3 器件图形特征与光刻启示10 图 4 套准标记12 图 5 各种不同的套准标记12 图 6 受制程影响的套准标记13 图 7 套准精度的表现形式14 图 8 晶圆套准偏移15 图 9 晶圆套准扩张和偏转15 图 10 shot扩张和偏转.16 图 11 精
2、确光罩对准单元 17 图 12 机械预对准单元17 图 13 电视预对准19 图 14 高级全局对准19 图 15 受温度影响晶圆 shot 变化20 图 16 激光干涉仪光路图22 图 17 激光干涉仪的激光在条状镜组上的位置23 图 18 步进准确不佳的叠对图形23 图 19 步进再现不佳的叠对图形24 图 20 步进等距不佳的叠对图形24 图 21 步进旋转补正不佳的叠对图形24 图 22 步进倾斜补正不佳的叠对图形24 图 23 佳能光刻机环境温度26 图 24 光阻涂布机与光刻机温度比较27 图 25 晶圆在光阻涂布机中等待不同时间的扩张数据27 图 26 晶圆在光阻涂布机中等待不同
3、时间的扩张比较27 图 27 佳能光刻机的传送结构28 图 28 添加恒温控制板的晶圆输入口28 图 29 关刻机晶圆输入口结构29 图 30 加装恒温控制板后套准精度改进30 图 31 激光干涉仪补偿系数.31 图 32 ABBE A 系数图例解析.32 图 33 ABBE B 系数图例解析.32 图 34 ABBE C/D 系数图例解析.33 图 35 ABBE E 系数图例解析.34 图 36 ABBE G 系数图例解析.34 图 37 ABBE H 系数图例解析.35 图 38 条状镜组补偿效果35 Canon KrF 扫描光刻机套准精度的改进方法研究扫描光刻机套准精度的改进方法研究
4、9 图 39 激光在条状镜组上的位置36 图 40参数补偿前步进精度. .37 图 41参数补偿后步进精度改善效果. .37 图 42参数补偿后步进精度数据表 .38 图 43 准精度补偿前和补偿后数据38 图 44：步进精度补偿前和补偿后产品的套准数据39 图 45 能光刻机套准精度补偿参数40 图 46 偿机台参数改善套准精度41 Canon KrF 扫描光刻机套准精度的改进方法研究扫描光刻机套准精度的改进方法研究 3 上海交通大学工程硕士学位论文上海交通大学工程硕士学位论文 4 Canon KrF 扫描光刻机套准精度的改进方法研究扫描光刻机套准精度的改进方法研究 5 Canon KrF
5、扫描光刻机套准精度的改进方法研究Canon KrF 扫描光刻机套准精度的改进方法研究 摘 要摘 要 随着 IC制造业的迅速发展，光刻成像技术的不断提高，芯片的特征尺寸也不 断的缩小，而关键尺寸的缩小则产生了对套刻精度更高的要求。套准精度(Overlay) 是现代高精度步进扫描投影光刻机的重要性能指标之一，也是新型光刻技术需要考 虑的一个重要部分。套准精度将会严重影响产品的良率和性能。提高光刻机的套准 精度，亦是决定最小单元尺寸的关键。我们有必要研究 IC制造工艺与光刻对准的 关系，从而挖掘出影响光刻对准精度的因素，并加以改进。 套准精度就是微影制程中，当前层与前层之间的叠对精度。如果微影制程的
6、套 准精度超过误差容忍度，则层间设计电路可能会因为位移产生断路或短路，从而影 响产品良率。套准误差产生的原因有很多种形式，其中包括平移、旋转、扩张等各 种形式，而不同的误差形式都会对曝光位置的偏移量造成不同的影响。 本文通过对光刻机的理论分析和实验结果，了解影响光刻机套准精度的一些方 面，并加以改善。我们将从三个方面加以探讨和研究：讨论光刻机外在温度对晶圆 的影响而引起的套准误差，并从光刻机硬件方面考虑和改造来改善其套准精度；通 过对光刻机结构的探讨和研究，了解激光干涉仪对曝光平台的步进控制原理，改善 曝光台的步进精度，从而改善机台的套准误差；通过对光刻机软件参数的补偿，能 够比较容易的调整套
7、准精度，较少套准误差，来对光刻的套准精度进行改善。 关键词:关键词:套准精度，光刻，步进精度，激光干涉仪 上海交通大学工程硕士学位论文上海交通大学工程硕士学位论文 6 Canon KrF scanner overlay study and improvement Canon KrF scanner overlay study and improvement Abstract Abstract Semiconductor critical dimension getting shortens as the IC manufacture rapid development and advanced
8、 microlithography technical, but the critical dimension requires a better overlay. Overlay is one of the key design rules for the fine pattern alignment machine-scanner, and its an important parameter in microlithography. A bad overlay will impact the production yield and quality, and better overlay
9、 will get better resolution and alignment accuracy in lithography process. This paper aimed to study the overlay in IC manufacture process and get the factor that impact overlay, so that we can improve it. In Lithography process, Overlay is the accuracy of overlap between the current layer and the p
10、re-layer. If the overlay is out of the control limit, the circuit that we design will open or short, and the yield of the manufacture will be very low. There are several type of overlay error, such as translation, wafer rotation, wafer magnification, chip rotation, chip magnification. This paper aim
11、ed to study the factor that impact scanner overlay and improve it by theory analysis and test for lithography scanner. We will study it by three items: firstly, study the impacted of environment temperature to the wafer overlay, and modify scanner hardware to improve the overlay; Secondly, study the
12、 canner hardware configuration, understand the theory of wafer stage stepping accuracy, improve the overlay by increase the wafer stage stepping accuracy; thirdly, find the parameter that related the overlay error, and improve overlay by compensate the machine parameter. Keywords:Keywords: overlay,
13、Lithography, stepping accuracy, laser interferometer 上海交通大学工程硕士学位论文上海交通大学工程硕士学位论文 10 第第1章 绪论章 绪论 1.1 课题背景课题背景 简单来讲，套准精度就是微影制程中，当前层与前层之间的叠对精度。如果微 影制程的套准精度超过误差容忍度，则层间设计电路可能会因为位移产生断路或短 路，从而影响产品良率。 套准精度(Overlay)是现代高精度步进扫描投影光刻机的重要性能指标之一， 也是新型光刻技术需要考虑的一个重要部分。套准精度将会严重影响产品的良率和 性能。提高光刻机的套准精度，亦是决定最小单元尺寸的关键。 I
14、C 制造业的迅猛发展，光刻成像技术的不断提高，芯片的特征尺寸不断的缩 小，而关键尺寸的缩小则产生了对套刻精度更高的要求。这些套刻精度已随着光刻 设备的改进而得到了部分的满足，但光刻设备技术的发展还不能与不断提高的套刻 精度保持同步，况且光刻设备的改进和更新换代需要很大的资金投入。我国是发展 中国家，在发展集成电路工业中就遇到很多问题，一是资金不足，二是基础工业落 后，从光刻设备着手来提高光刻对准精度有一定的难度。我们有必要研究 IC 制造 工艺与光刻对准的关系，从工艺流程中挖掘出影响光刻对准精度的因素，并加以改 进。 1.1.1 光刻技术的发展光刻技术的发展 半导体技术是当今世界最有活力的技术
15、领域，通常认为集成电路是半导体技术 的核心，它的发展及其在各个领域的广泛应用，极大地推动了科学技术的进步和经 济增长，各国都把集成电路产业作为战略性产业来对待，其技术水平的高低和产业 规模的大小已成为衡量一个国家技术、经济发展和国防实力的重要标志。 在半导体制造过程中，光刻技术是集成电路的关键技术之一，在整个产品制造 中是重要的经济影响因子，光刻成本占据了整个制造成本的 35。光刻也是决定了 集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路 就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。 随着 IC 技术向深亚微米方向发展,光学光刻的发展也进入了一个崭新的阶段。 近几年 2
16、48nm 和 193nm 技术的发展带动了 IC 产业进一步的辉煌，半导体制造工艺 迎来了 90nm 的时代。下一个研究开发的焦点将转移到 65nm 工艺，目前最引人注意 的是利用 193nm ArF 作为光源的浸没式光刻技术。248nm KrF 光刻技术已广泛应用 于 0.13m 工艺的生产中，主要应用于 150，200 和 300mm 的硅晶圆生产中。 Canon KrF 扫描光刻机套准精度的改进方法研究扫描光刻机套准精度的改进方法研究 11 受功能增加和成本降低的要求所推动，包括微处理器、NAND 闪存与 DRAM 等高 密度存储器以及 SoC（片上系统）和 ASSP（特殊应用标准产品）在内的集成电路不 断以快速的步伐微缩化。光刻则使具有成本优势的器件尺寸微缩成为可能。然而， 这些器件的图形和特征却日渐导致相应的光刻解决方案和尺寸微缩优化方法出现差 异。存储器和逻辑 IC 器件的微缩化趋势及其对光刻提出了更高的要求。 由于器件单元不同，存储器与逻辑 IC 芯片的关键曝光层有着迥然不同的特征 和光刻容差，这便对给定的
