[发明专利]亚纳米级高精度光刻写场拼接方法、所用光刻机系统、晶圆及电子束漂移的测定方法

说明书

一种亚纳米级高精度光刻写场拼接方法、所用光刻机系统、晶圆及电子束漂移的测定方法。在待光刻的晶圆表面上涂有光敏胶层。光敏胶层表面曝光后，其曝光图形会产生微小的凹凸结构。用纳米触点传感器可以识别这些凹凸结构图形并用其作为原位对准坐标标识。通过对曝光前后，晶圆移动前后，写场的位置坐标比较，计算出拼接的偏差，以负反馈控制方式进行晶圆的高精度光刻拼接，克服了现有非原位、远离写场、盲人式开环光刻拼接技术受晶圆工作台机械运动精度、电子束长时间漂移的影响而拼接精度差的缺陷，突破了现有技术严重依赖光刻机系统晶圆工作台数控精度的瓶颈，提供了一种新型的可达亚纳米级精度的光刻写场拼接方法、电子束漂移测定方法、光刻机系统及晶圆。

技术领域

本发明涉及集成电路、光电器件等生产技术中的光刻技术，具体涉及用 于定位电子束(此处电子束泛指电子束、光子束、离子束或原子束)光刻在 图形横向和/或纵向拼接中的精确对准技术，所配用的光刻机系统及晶圆。特 别是一种基于电子束光刻系统中写场拼接的空间原位闭环控制技术的亚纳米 级高精度光刻写场拼接方法、光刻机系统及预处理晶圆。

背景技术

微电子学和光电子学的发展引起了集成电路芯片、集成光学以及量子计 算产业的高速发展。这些产业成为现代计算机、显示屏乃至整个信息工业核 心器件和芯片的基础。当前，现代芯片工业的技术节点已经达到了5纳米甚 至更小。

制造芯片这样的微器件和纳米器件，离不开光刻技术。光刻技术包括电 子束光刻技术、普通光学光刻技术，EUV极紫外光刻技术，离子束光刻技术， 以及扫描探针光刻技术等。借助这些关键光刻技术才能制造出精细的光刻图 形以至包罗万象的微纳米器件结构包括集成电路芯片和光电集成芯片。

当今时代，多掩膜版图形技术在推动半导体工业在大大提高集成电路的集 成度的同时，也增加了芯片制造的复杂程度。一个28纳米技术节点的芯片需 要40至50块(长宽比如为20毫米)的掩膜版。由此计算，一个14纳米技 术节点，10纳米技术节点的芯片需要60块(长宽比如为20毫米)的掩膜版， 而一个7纳米技术节点甚至更小尺寸的芯片需要的掩膜版更是多至80至85 块掩膜版，5纳米技术节点更是需要100块掩膜版和120道光刻工序！解决 光刻中拼接对准误差精度的问题以及这些掩膜版之间对准的一致性问题始终 是针对大晶圆尺寸和芯片尺寸的模板制作的一大难题，这就需要更精确(甚 至小于1纳米以下)的芯片光刻制造工艺，当前全世界还没有这么高精度的 光刻制造技术。

现有技术中的电子束光刻机系统(EBL)是一种广泛应用于科研，样品制 作，科研和工业模板制作和生产的纳米级光刻技术。这种电子束光刻系统只 有一个有限的写场用于曝光，所以大的图形必须分成很多个相互相邻的写场 并且由晶圆工作台的移动来分别逐一写场进行曝光，将这些一个挨着一个的 写场偏离完美对准拼接是理想的要求，但实际上由于机械运动和电子束漂移 而不可能没有误差，且误差不小而难以克服，这个误差就称为拼接误差。

这里所指晶圆不仅仅是指晶圆，也包括部分晶圆以及非晶圆类样品。

光刻前，在晶圆上涂布有一层平整的光敏胶层，其表面没有任何其它结 构。通过将电子束基于预设的图形在光敏胶层层面上扫描曝光会使光敏胶层 产生化学反应。光敏胶层层面上被曝光的图形部分通过化学显影将会被保留 下来或者被除去，由此电子束曝光的图形转移成光敏胶层的图形，并最终通 过刻蚀转移到晶圆上。由于缺少原位的反馈信息(这里所谓原位指的是电子 束扫描写场以内的坐标位置)，传统的电子束光刻是一个开环控制的“盲人操 作”，即一旦涂布光敏胶层以后，电子束就扫描不了晶圆表面了，因为电子束 扫描就意味着晶圆上面光敏胶层的曝光。被曝光的位置只有在光敏胶层显影 以后在异位的情况下才能观察到，这个导致光刻过程的任何改进都太晚了而 且是不可逆了。写场图形的拼接质量无法在曝光前事先测得并反馈给工作台 作进一步移动修正对准。再者，晶圆工作台的机械动作太慢，难以适应电子 束的漂移，无法克服由此产生的误差。