專利名稱：監(jiān)測曝光機臺焦平面變化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造的光刻技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種監(jiān)測曝光機臺焦平面變化的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制程技術(shù)中，光刻技術(shù)隨著關(guān)鍵尺寸技術(shù)的提高，而變得越來越重要。曝光機臺的穩(wěn)定程度受到很多方面的影響，如曝光機臺上的晶圓平臺或者透鏡的 偏移、晶圓表面的平坦化程度、激光波長的變化以及環(huán)境等方面的影響，都會導(dǎo)致曝光機臺 的焦平面(焦距)發(fā)生變化，即曝光機臺的真實焦距值與最初的設(shè)定值不同，這樣會使曝光 的晶圓的尺寸和輪廓與預(yù)設(shè)值不同。為了及時對曝光機臺焦平面的變化作出糾正，則需要監(jiān)測曝光機臺焦平面的變 化?，F(xiàn)有技術(shù)中，在制備焦點曝光矩陣晶片(Focus Energy Matrix Wafer)之后，采 用丨I備界尺寸-掃描電子顯微鏡(Critical Demension-Scanning Electron Microscope, CD-SEM)，量測晶圓表面的二維關(guān)鍵尺寸(CD)，得到在不同的曝光能量點下，CD與焦距值之 間的變化關(guān)系曲線，即柏桑曲線(Bossung Curve)，從Bossung Curve中得到最佳聚焦值，這 個過程需要1至2小時的時間。為監(jiān)測曝光機臺焦平面的變化，則需要每隔一定時間，根據(jù) 上述方法獲得一個最佳焦距值，如果焦平面發(fā)生變化，則每次獲得的最佳焦距值與以前相 比是不同的。因此這個操作是比較復(fù)雜而且耗費時間的。如果采用Focal (Focus Calibration using Alignment)量測技術(shù)，通過獲得曝光 機臺的透鏡、晶圓平臺等各個方面的參數(shù)，來監(jiān)測曝光機臺焦平面的變化，雖然可以達(dá)到很 高的量測精準(zhǔn)度，但是在該過程中，曝光機臺是不能進(jìn)行正常曝光工作的，需要將曝光機臺 載下來，而且將曝光機臺載下來的時間就需要大約40分鐘，由于要占用曝光機臺，所以不 能進(jìn)行下一批的晶圓曝光，導(dǎo)致晶圓的產(chǎn)能降低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種監(jiān)測曝光機臺焦平面變化的方法，該 方法能夠在不占用曝光機臺的情況下，快速而準(zhǔn)確地監(jiān)測曝光機臺焦平面變化。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種監(jiān)測曝光機臺焦平面變化的方法，包括設(shè)置側(cè)壁角SWA與焦距 的對應(yīng)關(guān)系并擬和出所述對應(yīng)關(guān)系曲線，該方法還包括在曝光機臺曝光過程中，監(jiān)測側(cè)壁 角，從所述擬和曲線中確定側(cè)壁角所對應(yīng)的焦距值，確定焦平面是否發(fā)生變化。所述設(shè)置側(cè)壁角與焦距的對應(yīng)關(guān)系并擬和出所述對應(yīng)關(guān)系曲線的具體方法為選擇不同焦距點，獲得每個焦距所對應(yīng)的晶圓光阻膜格柵圖案的側(cè)壁角值，得到 側(cè)壁角與焦距的對應(yīng)關(guān)系；根據(jù)側(cè)壁角與焦距的對應(yīng)關(guān)系得到所述側(cè)壁角與焦距的擬和曲線。
所述獲得每個焦距所對應(yīng)的晶圓光阻膜格柵圖案的側(cè)壁角值的具體方法為利用 散射儀的光學(xué)關(guān)鍵尺寸量測系統(tǒng)，對所述晶圓光阻膜格柵圖案進(jìn)行光學(xué)測量，獲得所述光 阻膜格柵圖案的光譜；對所述光譜進(jìn)行分析，得到側(cè)壁角的值。所述曝光機臺焦平面的具體變化為SWA變化0. 5度時，焦距變化20納米。
所述獲得光譜的時間為2至3分鐘。所述散射儀的波長為250納米至750納米。所述確定焦平面是否發(fā)生變化的方法為與設(shè)定的焦距值作比較，在監(jiān)測過程中檢 測到SWA值所對應(yīng)的焦距值偏離所述設(shè)定焦距值時，焦平面發(fā)生變化。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明通過設(shè)定不同的焦距，然后在每個焦距下測量其 所對應(yīng)的光阻膜格柵圖案的側(cè)壁角，得到光阻膜格柵圖案的側(cè)壁角與焦距的對應(yīng)關(guān)系，從 而得到側(cè)壁角與焦距的擬和曲線，只需測量側(cè)壁角(Sidewall Angel, SWA)的值，就可以確 定焦距的值，即可以確定焦距的變化，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以快速而準(zhǔn)確地獲得曝光機臺焦 平面的變化情況。


圖1為本發(fā)明利用散射儀的OCD量測系統(tǒng)，獲得曝光機臺焦平面的變化情況的流 程示意圖。圖2為本發(fā)明PMOS管的焦距與SWA的擬和曲線。圖3為本發(fā)明NMOS管的焦距與SWA的擬和曲線。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明中利用散射儀的光學(xué)關(guān)鍵尺寸量測系統(tǒng)(Optical Critical Demension, 0CD)，對晶圓光阻膜的格柵圖案進(jìn)行光學(xué)測量，得到光阻膜格柵圖案的側(cè)壁角與焦距的對 應(yīng)關(guān)系，從而得到側(cè)壁角與焦距的擬和曲線，接下來，只需測量SWA值的變化，即可快速而 準(zhǔn)確地獲得曝光機臺焦平面的變化情況。本發(fā)明利用散射儀的OCD量測系統(tǒng)，獲得曝光機臺焦平面的變化情況的流程示意 圖如圖1所示，包括以下步驟步驟11，在晶圓上涂布光阻膜，利用曝光機臺將掩膜版上的監(jiān)測用的格柵圖案，轉(zhuǎn) 移到光阻膜上，再經(jīng)過顯影處理在光阻膜上形成格柵圖案。所形成的格柵圖案可以為多條 線，其各條線之間的間距不同。完成整個曝光過程的時間約為10分鐘。步驟12、確定一個焦距值，使用散射儀對光阻膜的格柵圖案的立體形狀進(jìn)行監(jiān)測， 獲得有關(guān)光阻膜格柵圖案的光譜，然后對光譜進(jìn)行分析，即將光譜結(jié)果輸入至程序庫，經(jīng)擬 和得到光阻膜格柵圖案的截面輪廓的各個參數(shù)。包括關(guān)鍵尺寸(CD)、高度、SWA等，其中 SffA為光阻膜的隔柵圖案特定部分的內(nèi)角。所述SWA與所述焦距對應(yīng)。這里焦距值的確定，仍然采用制作FEM晶片之后，利用⑶-SEM量測晶圓二維⑶，得 到在不同的曝光能量點下，CD與焦距值之間的變化關(guān)系曲線，從而得到最佳聚焦值。這里 實施例中所指的焦距值可以為制作FEM晶片之后得到的最佳焦距值，也可以為其他方法所得到的焦距值。步驟13、通過選擇不同焦距值，得到每個焦距所對應(yīng)的SWA值。步驟14、從多個焦距與SWA的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)中，擬和出一維曲線，得到焦距變化引 起的SWA變化。步驟15、至此，在監(jiān)測焦平面變化時，只需通過測SWA值，就可以看出焦距的變化， 從而對焦平面的變化做出糾正。如果一開始設(shè)定一個曝光過程最理想的焦距值，在檢測到 SWA值所對應(yīng)的焦距值與設(shè)定焦距值發(fā)生偏離時，則焦平面發(fā)生變化。其中，焦距與其對應(yīng) SWA值的設(shè)定是本發(fā)明的關(guān)鍵之處，這樣就不需要每次檢測曝光機臺焦平面是否發(fā)生變化， 都去獲得焦距值，而只需要通過散射儀測定SWA的值，來確定焦距值是否變化，就可以實時 監(jiān)測焦平面是否變化，這個操作是比較方便而且容易實現(xiàn)的。焦距與SWA的擬和曲線如圖2和圖3所示。圖2為量測PMOS管的焦距與SWA的 擬和曲線；圖3為量測NMOS管的焦距與SWA的擬和曲線。圖2和圖3中的R2各為0. 9825、 0. 9621，在統(tǒng)計學(xué)上，大于0. 95的統(tǒng)計都是有效的，即擬和曲線都是有意義的。從圖2和圖 3的焦距與SWA的關(guān)系曲線中可以看出，SffA每變化1度，焦距變化40nm。而且，一般在SWA 變化0. 5度的時候，就可以發(fā)現(xiàn)變化，與之相對應(yīng)，焦距變化20納米。在具體應(yīng)用的過程 中，由于格柵的尺寸、周期、所用光阻膜的種類和厚度以及散射儀的光源波長是固定的，這 樣擬合出來的公式是唯一的，本實施例中PMOS管的擬和曲線公式為Y = -22. 455X+87. 883 ； NMOS管的擬和曲線公式為Y = -21. 408X+87. 689，其中，X軸上為焦距值，Y軸上為SWA的角 度值。監(jiān)測一片晶圓獲得光譜的時間為2至3分鐘，曝光晶圓的時間為10分鐘。本實施 例中，使用的是SCD100散射儀，監(jiān)測方式是光譜橢偏(Spectroscopic El Iipsometry，SE)， 監(jiān)測波長為250納米至750納米，光學(xué)測量時光以斜向入射。但本發(fā)明并不限定于所述示 例，當(dāng)然也可以采用其他儀器或者其他方式進(jìn)行監(jiān)測，例如反射光譜薄膜測量儀等裝置，入 射方式還可以是垂直入射。這些技術(shù)或裝置通過向被測定體(主要是薄膜體)，本實施例中 是光阻膜格柵圖案，照射具有多種波長或帶寬的光，對來自被測定體的反射或者衍射光進(jìn) 行包括偏光狀態(tài)在內(nèi)的分析，來無損獲得被測定體的幾何參數(shù)或其相關(guān)參數(shù)。為了驗證使用散射儀進(jìn)行光學(xué)測量的SWA的準(zhǔn)確性，本實施例中，采用散射儀直 接對晶圓切片進(jìn)行監(jiān)測，這樣可以對晶圓切片的切面直接進(jìn)行測試，獲得SWA的值，該值與 采用散射儀進(jìn)行光學(xué)測量，從光譜中擬和得出的SWA值的吻合度很高。
相對于Focal技術(shù)，可以在不占用曝光臺的情況下，對曝光臺進(jìn)行監(jiān)測，而且相對 于Focal技術(shù)的40分鐘的監(jiān)測時間來說，本發(fā)明大大減少了監(jiān)測時間。同時，相對于原來 的通過獲取最佳焦距值進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)，由于原來要獲得最佳焦距值就需要大約1小時的 時間，而且因為工作量比較大，所以不可能時刻監(jiān)測焦距值的變化，因此本發(fā)明不但減少了 監(jiān)測時間，而且，在SWA變化0. 5度的時候就可以觀察到焦距變化20納米，因此精準(zhǔn)度也大 大提高。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明中所采用的散射儀及其具體參數(shù)，并不限于 上述實施例中所示的具體數(shù)值，焦距與SWA的擬和曲線，也不限于上述實施例中的具體情 形，根據(jù)不同的工藝條件曲線會發(fā)生微小變化，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以在不脫離本發(fā)明 的精神或范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮妥兓?br> 權(quán)利要求
一種監(jiān)測曝光機臺焦平面變化的方法，包括設(shè)置側(cè)壁角SWA與焦距的對應(yīng)關(guān)系并擬和出所述對應(yīng)關(guān)系曲線，該方法還包括在曝光機臺曝光過程中，監(jiān)測側(cè)壁角，從所述擬和曲線中確定側(cè)壁角所對應(yīng)的焦距值，確定焦平面是否發(fā)生變化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述設(shè)置側(cè)壁角與焦距的對應(yīng)關(guān)系并擬和 出所述對應(yīng)關(guān)系曲線的具體方法為選擇不同焦距點，獲得每個焦距所對應(yīng)的晶圓光阻膜格柵圖案的側(cè)壁角值，得到側(cè)壁 角與焦距的對應(yīng)關(guān)系；根據(jù)側(cè)壁角與焦距的對應(yīng)關(guān)系得到所述側(cè)壁角與焦距的擬和曲線。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲得每個焦距所對應(yīng)的晶圓光阻膜格 柵圖案的側(cè)壁角值的具體方法為利用散射儀的光學(xué)關(guān)鍵尺寸量測系統(tǒng)，對所述晶圓光阻 膜格柵圖案進(jìn)行光學(xué)測量，獲得所述光阻膜格柵圖案的光譜；對所述光譜進(jìn)行分析，得到側(cè) 壁角的值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述曝光機臺焦平面的具體變化為SWA變 化0.5度時，焦距變化20納米。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述獲得光譜的時間為2至3分鐘。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述散射儀的波長為250納米至750納米。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定焦平面是否發(fā)生變化的方法為與 設(shè)定的焦距值作比較，在監(jiān)測過程中檢測到SWA值所對應(yīng)的焦距值偏離所述設(shè)定焦距值 時，焦平面發(fā)生變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種監(jiān)測曝光機臺焦平面變化的方法，關(guān)鍵在于，設(shè)置側(cè)壁角SWA與焦距的對應(yīng)關(guān)系并擬和出所述對應(yīng)關(guān)系曲線，該方法還包括在曝光機臺曝光過程中，監(jiān)測側(cè)壁角，從所述擬和曲線中確定側(cè)壁角所對應(yīng)的焦距值，確定焦平面是否發(fā)生變化。采用該方法能夠快速而準(zhǔn)確地獲得曝光機臺焦平面的變化情況。
文檔編號G03F7/20GK101866111SQ20091008235
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者覃柳莎 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司