專利名稱：可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造中光刻工藝在線監(jiān)控技術(shù)，尤其涉及一種可同 時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造中，對于光刻工藝的要求一般是光刻套刻精度和關(guān)鍵尺 寸。而對應(yīng)的在線監(jiān)控手段一般有兩種 一是光刻套刻精度的測量，二是 關(guān)鍵尺寸(即曝光條件)的測量，往往一個(gè)光刻層次會有包含以上兩步的 監(jiān)控制程。而影響光刻關(guān)鍵尺寸的主要有兩個(gè)因素即曝光能量和曝光焦 距。在現(xiàn)有技術(shù)中，對關(guān)鍵尺寸的測量一般只能反映出曝光能量的變化， 而對曝光焦距的變化卻缺乏監(jiān)控能力。然而，曝光焦距的變化會引起光刻 膠形貌的變化，并最終影響刻蝕以后的關(guān)鍵尺寸，因此對曝光焦距進(jìn)行監(jiān) 控其實(shí)是非常重要的。在現(xiàn)有技術(shù)中，對曝光條件的監(jiān)控一般都是通過電
子掃描顯微鏡(SEM)來完成的，但其測量步驟較為繁瑣，而且SEM測量
只能自動進(jìn)行關(guān)鍵尺寸的變化，很難自動測量出光刻膠的形貌隨曝光焦距 的變化，而一般的在線監(jiān)控圖形的關(guān)鍵尺寸對曝光焦距的變化敏感程度不
夠，因此曝光焦距的變化很難通過SEM自動測量；另夕卜，雖然SEM也能測
量某些光刻層次的套刻精度，但是其適用范圍不寬，不能實(shí)現(xiàn)對所有光刻 層次的套刻精度進(jìn)行測量，即很難測量出同種襯底材料全面淀積以后的形
貌變化而且對于不導(dǎo)電的襯底材料由于電子聚集效應(yīng)導(dǎo)致SEM電子束聚焦以后無法進(jìn)行測量；而且，使用SEM對套刻精度進(jìn)行測量的測量成本較 高，測量過程較為費(fèi)時(shí)，再加上SEM設(shè)備較為昂貴因此現(xiàn)有工藝中對套刻 精度的測量一般都是通過光學(xué)顯微鏡來完成的。因此，在現(xiàn)有工藝中，一 般都需要同時(shí)使用光學(xué)顯微鏡和SEM，才能同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻 精度，因此測量過程較為復(fù)雜，而且實(shí)現(xiàn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套 刻精度的方法，可僅需進(jìn)行一次光學(xué)測量就能同時(shí)完成對光刻曝光條件以 及光刻套刻精度的監(jiān)控，而且對于光刻曝光條件的監(jiān)控，不僅可監(jiān)控曝光 能量的變化，還可監(jiān)控出曝光焦距的變化。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和 套刻精度的方法，包括以下步驟
首先，將光刻套刻圖形設(shè)計(jì)成由多個(gè)形狀為菱形的測量圖形排列而成， 且所述各菱形的長度(21)、寬度(22)和空間周期(23)的取值應(yīng)滿足: 宏觀光學(xué)測量不能分辨出所述光刻套刻圖形中的各菱形測量圖形，而微觀 光刻曝光則能夠分辨出所述光刻套刻圖形中的各菱形測量圖形；
然后，通過光學(xué)顯微鏡，在光學(xué)測量光刻套刻精度的同時(shí)，光學(xué)測量 菱形的長度變化，并根據(jù)所述菱形長度的變化確定光刻曝光條件的變化。
本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，具有這樣的有益效果，即基于線端 縮小的原理，將光刻套刻圖形設(shè)計(jì)成由形狀為菱形的測量圖形排列而成， 并且使得所述各菱形的長度、寬度和空間周期取得足夠小，以使得宏觀光 學(xué)測量不能分辨出所述光刻套刻圖形中的各個(gè)菱形，而微觀光刻曝光則足以分辨出所述光刻套刻圖形中的各個(gè)菱形；然后，就可以使用光學(xué)顯微鏡
來同時(shí)完成對光刻曝光條件及光刻套刻精度變化的測量，從而實(shí)現(xiàn)了僅需 進(jìn)行一次光學(xué)測量就能夠完成對光刻曝光條件以及光刻套刻精度的同時(shí) 監(jiān)控，因此不僅簡化了測量步驟，降低了生產(chǎn)成本，而且縮短了硅片的生
產(chǎn)周期；并且，本發(fā)明所述方法對于監(jiān)控曝光條件的監(jiān)控，不僅能夠監(jiān)控 曝光能量的變化，還可監(jiān)控曝光焦距的變化，從而提高了對曝光條件的在 線監(jiān)控能力。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1為根據(jù)本發(fā)明所述測量圖形所組成的光刻套刻圖形的示意圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的菱形的放大示意圖3為根據(jù)本發(fā)明所述菱形長度隨光刻焦距變化的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在光學(xué)臨近效應(yīng)中存在一種所謂的線端縮小(LES-Line End Shorting)現(xiàn)象即指由于光的衍射效應(yīng)，在圖形的兩端，圖形會出現(xiàn)圓 滑化，縮小變短的現(xiàn)象。線端縮小的程度則主要和圖形的形狀、線寬的大 小及曝光條件(包括曝光能量和曝光焦距)的變化相關(guān)。和普通的測量圖 形相比，測量線端縮小現(xiàn)象比測量一般的關(guān)鍵尺寸的圖形更敏感，因此更 能監(jiān)控出光刻條件的變化，而且這種變化可以大到足以被光學(xué)顯微鏡測量 到，因此本發(fā)明主要利用了該線端縮小的原理，對光刻套刻圖形進(jìn)行了重 新設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)可以用光學(xué)顯微鏡來同時(shí)測量光刻套準(zhǔn)精度和曝光條件，從而使得僅需進(jìn)行一次光學(xué)測量就能夠完成對光刻曝光條件以及光刻 套刻精度的同時(shí)監(jiān)控，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方法如下
如圖1和圖2所示，首先，將光刻套刻圖形設(shè)計(jì)成由多個(gè)形狀為菱形
的測量圖形排列而成，且所述各菱形的長度21、寬度22和空間周期23
的取值應(yīng)滿足以下條件即使得宏觀光學(xué)測量不能分辨出所述光刻套刻圖 形中的各個(gè)菱形，而微觀光刻曝光則可以分辨出所述光刻套刻圖形中的各 個(gè)菱形。其中，為本領(lǐng)域一般人員熟悉的是，所述宏觀光學(xué)測量主要指分 辨率較低的光學(xué)測量，在進(jìn)行套刻精度的測量時(shí)通常使用可見光，并且所
使用的透鏡NA值較小， 一般只能分辨空間周期和線寬在0. 5nm以上的圖 形；而所述微觀光刻曝光則指分辨率較高的光刻曝光的能力， 一般現(xiàn)在成 熟的ArF+浸潤光刻可以分辨到空間周期為100nm、線寬為30 40nm左右 的圖形，而且如果使用超短波長(波長在10nm左右)的EUV技術(shù)，則還 可以分辨空間周期和線寬更小的圖形。在一個(gè)實(shí)施例中，取所述各菱形的 長度21 (即所述菱形長對角線的長度)為0.5 10微米，且所述各菱形 的最小長度應(yīng)大于光刻套刻精度測量設(shè)備的分辨極限，以確保最終能夠光 學(xué)測量出菱形長度的變化，而所述各菱形的最大長度則不應(yīng)超過硅片的劃 片槽寬度，以免造成將所述菱形測量圖形也畫到進(jìn)入器件單元內(nèi)，從而影 響器件的步局；取所述各菱形的寬度22 (即所述菱形短對角線的長度) 為0. 01 1微米，且所述各菱形的最小寬度應(yīng)大于當(dāng)前光刻層的光刻工藝 的分辨極限，以確保當(dāng)前層光刻工藝能夠?qū)⑺龈髁庑螠y量圖形都能曝光 出來，而所述各菱形的最大寬度則應(yīng)小于光刻套刻精度測量設(shè)備的分辨極 限，以確保宏觀光學(xué)測量不能分辨出所述各菱形測量圖形；并取所述各菱形間的空間周期23 (即各相鄰菱形的長對角線之間的距離)在0. 01微米 到1微米之間，且所述各菱形間的最小空間周期應(yīng)大于當(dāng)前光刻層的光刻 工藝的分辨極限，以保證能夠?qū)⑺龈髁庑螆D形曝光出來，而所述各菱形 間的最大空間周期則應(yīng)小于光刻套刻精度測量設(shè)備的分辨極限，以確保宏 觀光學(xué)測量不能分辨出所述各菱形測量圖形。這樣就確保了電子掃描顯微 鏡(SEM)的分辨率可以分辨出所述光刻套刻圖形中各菱形的具體形狀； 而光學(xué)顯微鏡的分辨率則不足以分辨出所述測量圖形中各微小菱形的具 體形狀，能夠看到的只是由具有一定寬度的線條所組成的光刻套刻圖形， 也就是說所述光學(xué)顯微鏡無法分辨出所述測量圖形(菱形)的寬度，而只 能分辨出所述測量圖形的長度，所以通過所述光學(xué)顯微鏡可以測量出菱形 長度(即光刻套刻圖形的條寬)的變化。
由于菱形的尖角相對于普通的線條來說，其線端縮小對于光刻條件的 改變(尤其是曝光焦距)更為敏感(即很容易隨著光刻條件的改變而改變)， 因此在本發(fā)明中，取所述各菱形的頂角24 (在本發(fā)明中指所述菱形長對 角線所對應(yīng)的對頂角的角度)為0 90度，優(yōu)選地，取所述各菱形的頂角 24為0 45度，以既能夠確保曝光以后各菱形測量圖形可以被有效分辨 出來，又不會降低所述各菱形測量圖形對曝光條件的敏感程度，即保證了 曝光以后菱形還不至于變成圓形且相鄰的兩個(gè)菱形可以被分辨。這樣，通 過光學(xué)顯微鏡，就可在光學(xué)測量光刻套刻精度的同時(shí)，較為敏感地光學(xué)測 量出菱形的長度變化(即光刻套刻圖形線寬的變化)，然后根據(jù)所述菱形 長度的變化確定光刻曝光條件(尤其是曝光焦距)的變化，如圖3所示的 示例和曲線表明了所述菱形長度的線端縮小隨曝光焦距的變化的規(guī)律，這種變化規(guī)律對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說應(yīng)該是較為熟悉的。例如，對
于已經(jīng)確定工藝條件的制程，可以通過FEM(焦距能量矩陣法，F(xiàn)ocus Energy Matrix)方法確定最佳曝光條件和當(dāng)前測量到的菱形長度，此時(shí)可 以給定一個(gè)范圍，比如在某些情況下，根據(jù)實(shí)際的光刻工藝，可以將該范 圍定義為最佳曝光條件下各菱形長度的90% 110%，若當(dāng)前測量到的菱形 長度在該范圍之內(nèi)，則說明曝光正常，可以流片；反之，若當(dāng)前測量到的 菱形長度在該范圍之外，則說明曝光不正常，需要檢査曝光條件和設(shè)備狀 態(tài)，然后再返工重新曝光，其中所述最佳曝光條件指隨曝光條件關(guān)鍵尺寸 變化最小時(shí)的曝光條件。由于利用光學(xué)顯微鏡測量光刻套刻精度的方法對 于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員來說屬于公知技術(shù)，因此在本說明書中不作詳細(xì)描 述。這樣，就實(shí)現(xiàn)了可通過光學(xué)顯微鏡較敏感地同時(shí)測量出光刻曝光條件 和套刻精度。
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權(quán)利要求
1、一種可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法，其特征在于，包括以下步驟首先，將光刻套刻圖形設(shè)計(jì)成由多個(gè)形狀為菱形的測量圖形排列而成，且所述各菱形的長度(21)、寬度(22)和空間周期(23)的取值應(yīng)滿足宏觀光學(xué)測量不能分辨出所述光刻套刻圖形中的各菱形測量圖形，而微觀光刻曝光則能夠分辨出所述光刻套刻圖形中的各菱形測量圖形；然后，通過光學(xué)顯微鏡，在光學(xué)測量光刻套刻精度的同時(shí)，光學(xué)測量菱形的長度變化，并根據(jù)所述菱形長度的變化確定光刻曝光條件的變化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法，其特征在于，取所述各菱形的長度(21)為0.5 10微米，且所述各菱形的最小長度應(yīng)大于測量設(shè)備的分辨極限，最大長度應(yīng)不超過硅片的劃片槽寬度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法，其特征在于，取所述各菱形的寬度(22)為0.01 1微米，且所述各菱形的最小寬度應(yīng)大于當(dāng)前光刻層的光刻工藝的分辨極限，最大寬度應(yīng)小于光刻套刻精度測量設(shè)備的分辨極限。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法，其特征在于，取所述各菱形間的空間周期(23)為0.01 1微米，且所述各菱形的最小空間周期應(yīng)大于當(dāng)前光刻層的光刻工藝的分辨極限，最大空間周期應(yīng)小于光刻套刻精度測量設(shè)備的分辨極限。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法，其特征在于，取所述各菱形的頂角(24)為0 90度。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法，其特征在于，取所述各菱形的頂角(24)為0 45度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可同時(shí)監(jiān)控光刻曝光條件和套刻精度的方法，通過用形狀為菱形的測量圖形來排列成光刻套刻圖形，并且使得所述各菱形的長度、寬度和空間周期取得足夠小，以使得宏觀光學(xué)測量不能分辨出所述光刻套刻圖形中的各個(gè)菱形，而微觀光刻則可以分辨出所述光刻套刻圖形中的各個(gè)菱形；然后，使用光學(xué)顯微鏡來同時(shí)完成對光刻曝光條件及光刻套刻精度變化的測量，從而不僅簡化了工藝步驟，降低了生產(chǎn)成本，縮短了硅片的生產(chǎn)周期；而且，對于監(jiān)控曝光條件的監(jiān)控，不僅能夠監(jiān)控曝光能量的變化，還可監(jiān)控曝光焦距的變化，從而提高了對曝光條件的在線監(jiān)控能力。
文檔編號G03F1/44GK101458454SQ20071009451
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者雷 王, 瑋 黃 申請人:上海華虹Nec電子有限公司