專利名稱：曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法
曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體工藝，特別涉及一種半導(dǎo)體制造工藝中的曝光機(jī)的曝光焦 點(diǎn)的監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體工藝中常利用曝光的程序在半導(dǎo)體材料上形成相應(yīng)的線路圖案。曝光技術(shù) 的進(jìn)步及所用光的波長變小使得形成精細(xì)的線路圖案成為可能，由此可以使得單位面積上 可形成的圖案密度變大，線寬變小。由于特征圖案越來越小，甚至到亞波長量級(jí)，因此光臨近效應(yīng)會(huì)變得比較嚴(yán)重而 導(dǎo)致印刷轉(zhuǎn)移圖像不清晰、扭曲。此時(shí)若離焦較多，更會(huì)由于非焦點(diǎn)的衍射特性而產(chǎn)生印刷 轉(zhuǎn)移圖像的形變與模糊。因此，在半導(dǎo)體制造工藝中，尋找曝光的最佳焦點(diǎn)成為能否形成精 細(xì)的電路結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵步驟。一種利用Bossimg曲線來定位最佳聚集點(diǎn)的方法包括以下步驟以不同離焦距離在光阻層上進(jìn)行曝光；測量在各次曝光時(shí)所形成的特征線寬CD (Critical Dimension)；繪出各特征線寬⑶以離焦距離為變量的曲線(Bossimg曲線)；以Bossimg曲線的斜率最小處作為最佳的聚集點(diǎn)。上述方法雖可定位到最佳的聚集點(diǎn)，然而卻需要以不同的離焦距離進(jìn)行多次曝 光，并要測量各次曝光時(shí)的特征線寬CD。此方法不但所需的數(shù)據(jù)量較大，并且一一進(jìn)行曝 光、測量的過程耗費(fèi)的時(shí)間也比較長。后續(xù)需要對(duì)所測得的特征線寬CD進(jìn)行處理的系統(tǒng)與 步驟均較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種所需數(shù)據(jù)量較小、節(jié)省測量與計(jì)算程序的曝光焦點(diǎn)監(jiān) 控方法。一種曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，包括在預(yù)定離焦距離的范圍內(nèi)，以任選的離焦距離形成至少兩個(gè)曝光圖形；分別測量所述各曝光圖形的頂部寬度與底部寬度；計(jì)算所述各曝光圖形的頂部寬度與底部寬度的差值；根據(jù)所述差值與對(duì)應(yīng)的離焦距離計(jì)算預(yù)定的系數(shù)。根據(jù)該曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，可以在最少僅需兩組數(shù)據(jù)的情況下即確定最終所得 曝光圖形的尺寸與曝光焦點(diǎn)的關(guān)系。

圖1為一種用于曝光的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為光學(xué)系統(tǒng)的聚焦點(diǎn)與光刻膠的相對(duì)位置的光路圖。
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圖3為圖2所示的聚焦?fàn)顩r下所形成的曝光圖形的截面示意圖。圖4為本發(fā)明曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法的一種實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出一種用于曝光的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該光學(xué)系統(tǒng)包括光源12、第一透鏡組 14、光刻版(Mask) 16、第二透鏡組18，用于曝光涂覆在基底20上的光刻膠22。光源12所發(fā)出的光線經(jīng)過第一透鏡組14的會(huì)聚之后形成平行光照射到光刻版16 上。光刻版16上預(yù)先印刷有與需曝光在基底20上的圖案相同的圖形，但光刻版16上的圖 形大小一般是基底上需形成的圖案的數(shù)倍。通過光刻版16上的圖形的阻擋后的光線經(jīng)第 二透鏡組18的進(jìn)一步會(huì)聚縮小后投射在基底20上，即可將基底20上的光刻膠22的相應(yīng) 位置進(jìn)行曝光。后續(xù)經(jīng)過顯影等操作即可在基底上形成相應(yīng)的圖案結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖2與圖3，其中圖2所示為圖1的光學(xué)系統(tǒng)中光線經(jīng)第二透鏡組18會(huì)聚縮 小后形成的聚焦點(diǎn)落在光刻膠22層上相對(duì)位置的示意圖；圖3為圖2中各聚集情形在曝光 后光刻膠經(jīng)顯影所形成的曝光圖形的截面示意圖。圖2A為聚集點(diǎn)位置較佳時(shí)光路的放大示意圖。經(jīng)第二透鏡組18會(huì)聚的光線聚焦 在光刻膠22的中間位置，其可以在光刻膠22的頂部和底部形成尺寸相當(dāng)?shù)钠毓?。光刻膠 22經(jīng)顯影后所形成的曝光圖形的截面示意如圖3A所示，其中洗除經(jīng)曝光的光刻膠后形成 的凹槽24頂部與底端寬底相當(dāng)。圖2B為聚集點(diǎn)位置上偏時(shí)光路的放大示意圖。經(jīng)第二透鏡組18會(huì)聚的光線聚焦 點(diǎn)落在光刻膠22的中間偏上部的位置。在此情形下，聚焦光線可以照射的光刻膠即產(chǎn)生上 下不均的現(xiàn)象，最終形成的曝光圖案如圖3B所示，可以看到，洗除經(jīng)曝光的光刻膠后形成 的凹槽26頂部窄而底端寬。圖2C所示的為與圖2B相反的情況。經(jīng)第二透鏡組18會(huì)聚縮小的光線的聚焦落 在光刻膠22的中間偏下位置。此時(shí)光刻膠22經(jīng)顯影后所形成的曝光圖形的截面示意如圖 3C所示，可見洗除經(jīng)曝光的光刻膠后形成的凹槽28頂部比底端寬。由此可見，光學(xué)系統(tǒng)的聚集點(diǎn)的位置直接影響到最終形成的光刻圖形的質(zhì)量與形 狀。反過來，光刻圖形的形狀又可以反映光學(xué)系統(tǒng)的聚焦點(diǎn)的位置好壞。因此，通過測量光 刻圖形的尺寸并進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，即可得到光學(xué)系統(tǒng)的聚焦點(diǎn)位置。曝光圖形的頂部寬度TCD (Top Critical Dimension)與底端寬度 BCD(BottomCritical Dimension)的差值計(jì)為Δ，其計(jì)算式可以表示為Δ = TCD-BCD ；.......................................(1)通常地，在一定范圍內(nèi)，Δ與離焦距離是成線性的關(guān)系，其線性的比例式可以表示 為Δ = aXL+b ；.......................................(2)其中，L為離焦距離，a、b為根據(jù)曝光系統(tǒng)而確定的系數(shù)。在a、b已知的情況下， 通過測量頂部寬度TCD與底端寬度BCD的差值Δ，即可得出離焦距離L，計(jì)算式寫為L = △-b/a.......................................... ( 3 )通過在預(yù)定數(shù)量的離焦距離L下進(jìn)行曝光并測量所得圖形的差值△，即可聯(lián)立得到方程組
Δ, = axL, +b, Λ χα 1 ’ , .......................................... (4)可見，僅需要在線性范圍內(nèi)的兩組L、Δ的數(shù)據(jù)，即可以解出其中a、b的值。此夕卜， 還可以通過測量多組L、Δ并取平均值的方法得到其中的數(shù)據(jù)。
根據(jù)方程組(4)，可以得到系數(shù)a、b表達(dá)式為
測量出
A2 -A1
a = —-L
T-T
..........................................(5)
b —丄Δ2 — Z2A1 T-T
確定a、b后即可得到確定的線性比例式(1)。在后續(xù)曝光中，在線性范圍內(nèi)，僅需 個(gè)差值Δ，即可得到相應(yīng)的離焦距離L，實(shí)現(xiàn)對(duì)曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控。從而，僅需要測 量最少兩組L、A值即可確定系數(shù)a、b，并在后續(xù)的曝光焦點(diǎn)監(jiān)控中以線性方程式(3)來得 到離焦距離L。如圖4所示，本發(fā)明監(jiān)控曝光焦點(diǎn)的方法的一種實(shí)施方式包括以下步驟步驟S402，在預(yù)定的離焦距離L下曝光并形成曝光圖形，此預(yù)定的離焦距離系根 據(jù)需監(jiān)控的離焦距離范圍而任選確定。步驟S404，測量所得曝光圖形的頂部寬度TCD與底部寬度B⑶。步驟S406，計(jì)算曝光圖形的頂部寬度TCD與底部寬度B⑶的差值Δ。上述步驟S402至步驟S406可重復(fù)預(yù)定次數(shù)至數(shù)據(jù)已足夠計(jì)算出系數(shù)a、b，至少 重復(fù)一次以得到至少兩組離焦距離L與差值Δ。步驟S408，將預(yù)定的多組L、Δ代入方程組(4)，形成只包括變量a、b的方程組。 在其他實(shí)施方式中，步驟S404之前還可以包括根據(jù)多組L、Δ計(jì)算平均值的步驟，則步驟 S404為將所算得的平均值代入方程組(4)。步驟S410，解出方程組(4)中的系數(shù)a、b。在其他實(shí)施方式中，步驟S408、步驟S410亦可以替換為將預(yù)定的多組L、Δ代入 方程組(5)以計(jì)算系數(shù)a、b的步驟。步驟S412，將系數(shù)a、b回代入方程式(3)，從而得到離焦距離L與差值Δ之間的 關(guān)系式。至此，在預(yù)定的線性范圍內(nèi)的離焦距離L與差值Δ之間的線性關(guān)系可以確定。所 述確定步驟中僅需測量最少兩組數(shù)據(jù)即可，可以簡化曝光、測量的步驟。并且后續(xù)的處理為 進(jìn)行一元方程組的求解，所需的數(shù)據(jù)處理程序也較為簡單。以下為確定了線性的關(guān)系之后進(jìn)一步進(jìn)行曝光時(shí)確定離焦距離的步驟步驟S414，在預(yù)定范圍內(nèi)曝光形成曝光圖形。該預(yù)定范圍即為上述線性范圍。操 作時(shí)，應(yīng)由需要進(jìn)行監(jiān)控的離焦距離的實(shí)際情況而確定前述線性范圍。步驟S416，測量曝光圖形的頂部寬度TCD與底端寬度B⑶。步驟S418，計(jì)算曝光圖形的頂部寬度與底部寬度的差值Δ。步驟S420，根據(jù)方程式(3)計(jì)算得到與該差值Δ相對(duì)應(yīng)的離焦距離L。從而，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)曝光機(jī)的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控。 根據(jù)該曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，可以在最少僅需兩組數(shù)據(jù)的情況下即確定最終所得 曝光圖形的尺寸與曝光焦點(diǎn)的關(guān)系，操作步驟簡單、耗時(shí)較短，并且所需的后續(xù)數(shù)據(jù)處理僅 為一元方程組的求解或數(shù)據(jù)的直接運(yùn)算，步驟簡單。
權(quán)利要求
一種曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，包括在預(yù)定離焦距離的范圍內(nèi)，以任選的離焦距離形成至少兩個(gè)曝光圖形；分別測量所述各曝光圖形的頂部寬度與底部寬度；計(jì)算所述各曝光圖形的頂部寬度與底部寬度的差值；根據(jù)所述差值與對(duì)應(yīng)的離焦距離計(jì)算預(yù)定的系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，其特征在于所述預(yù)定的離焦范圍系根 據(jù)需進(jìn)行曝光焦點(diǎn)監(jiān)控的離焦范圍而定。
3.如權(quán)利要求1所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，其特征在于所述曝光圖形的數(shù)量多于 兩個(gè)。
4.如權(quán)利要求3所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，進(jìn)一步包括 分別測量所述各曝光圖形的頂部寬度與底部寬度；計(jì)算各曝光圖形的所述頂部寬度與對(duì)應(yīng)的底部寬度的差值；計(jì)算所述差值中至少兩個(gè)差值的平均值；任取至少兩個(gè)所述平均值或所述差值以計(jì)算所述預(yù)定的系數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，其特征在于，所述根據(jù)所述差值與對(duì)應(yīng) 的離焦距離計(jì)算預(yù)定的系數(shù)的步驟包括將所述差值與對(duì)應(yīng)的離焦距離代入預(yù)定的以所述預(yù)定的系數(shù)為變量的方程組； 求解所述方程組中的所述系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，其特征在于所述方程組可表示為 A1 = α χ Ζ, + Λ r A，其中LpL2為所述任選的離焦距離，Δ ρ Δ 2為與所述離焦距離相應(yīng)的差值， A2 = ax L2+ba、b分別為所述系數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，其特征在于所述預(yù)定的系數(shù)由下列公 式求得Α2 -Δι a = —-LT-T厶2< ；b ^ L1A2-L2A,、A _丄2其中Li、L2為所述離焦距離，Δρ Δ2為與所述離焦距離相應(yīng)的差值，a、b分別為所述 系數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，進(jìn)一步包括將所得系數(shù)代入預(yù)定的線 性方程，以確定離焦距離與曝光圖形的寬度差值之間的線性關(guān)系。
9.如權(quán)利要求8所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，其特征在于所述預(yù)定的線性方程表示為乂 = ^;其中a、b分別為所述系數(shù)，Δ為所述待監(jiān)控差值；L為所述監(jiān)控離焦距離。O
10.如權(quán)利要求8所述的曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，進(jìn)一步包括 形成待監(jiān)控曝光圖形；測量所述待監(jiān)控曝光圖形的頂部寬度與底部寬度；根據(jù)所述待監(jiān)控曝光圖形的頂部寬度與底部寬度計(jì)算其待監(jiān)控差值； 將所述待監(jiān)控差值代入所述線性方程以求得與所述差值相對(duì)應(yīng)的監(jiān)控離焦距離。
全文摘要
一種曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，包括在預(yù)定離焦距離的范圍內(nèi)，以任選的離焦距離形成至少兩個(gè)曝光圖形；分別測量各曝光圖形的頂部寬度與底部寬度；計(jì)算各曝光圖形的頂部寬度與底部寬度的差值；根據(jù)差值與對(duì)應(yīng)的離焦距離計(jì)算預(yù)定的系數(shù)。根據(jù)該曝光焦點(diǎn)的監(jiān)控方法，可以在最少僅需兩組數(shù)據(jù)的情況下即確定最終所得曝光圖形的尺寸與曝光焦點(diǎn)的關(guān)系。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101907830SQ20091003379
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者劉志成, 張辰明, 楊要華, 胡駿 申請(qǐng)人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司;無錫華潤上華科技有限公司