一種光刻機焦距監控方法
2023-10-09 14:55:49
專利名稱：一種光刻機焦距監控方法
一種光刻機焦距監控方法
技術領域：
本發明涉及半導體工藝，尤其涉及一種光刻機焦距監控方法。背景技術：
光刻機的最佳焦距是光刻工藝中的一項重要控制參數，光刻機焦距的細小漂移必須用光刻圖形尺寸的變化及時反應出來，以便進行監控。具體是將測試圖形使用不同焦距轉移到圓片(Wafer)上，形成標記圖形並進行測量。傳統技術中的一種方法是在掩膜版上形成菱形測試圖形，使用不同焦距曝光並顯影后得到一組菱形標記圖形，當曝光焦距為最佳焦距時，圖形保真性最好，圖形尺寸最大， 菱形長對角線的長度最長；而偏移最佳焦距時對角線長度會縮短。因此通過測量各個菱形標記圖形的對角線長度並比較就能得出光刻機的最佳焦距。然而實際工作中由於光學臨近效應的影響，如圖1所示，在圓片上曝光並顯影后的菱形標記圖形銳角處會變圓，因此對角線的長度不會隨焦距的細微改變而明顯變動，導致測試結果不能準確反映焦距的微小變化。
發明內容基於此，有必要提供一種(用於光刻機焦距監控的)標記圖形不會因光學臨近效應影響而導致銳角處變形，可以對光刻機最佳焦距進行準確監控的光刻機焦距監控方法。一種光刻機焦距監控方法，包括以下步驟步驟A，在掩膜版上形成測試圖形；步驟B，對所述測試圖形在塗有光刻膠的圓片上進行首次曝光和再次曝光，並控制曝光能量， 僅使圓片上首次曝光和再次曝光的感光區域的重合部分達到光刻膠的反應閾值；步驟C， 對曝光後的圓片顯影，所述感光區域的重合部分在顯影后形成標記圖形，所述標記圖形是帶有至少兩個楔形尖端的圖形；步驟D，統計所述標記圖形的參數以確定光刻機的最佳焦距。優選的，所述步驟B中，首次曝光使用的曝光能量小於所述光刻膠的反應閾值，首次曝光後會在圓片的光刻膠上形成與所述測試圖形形狀相仿的第一感光區域；所述再次曝光使用的曝光能量小於所述光刻膠的反應閾值，且兩次曝光使用的曝光能量之和大於所述光刻膠的反應閾值；再次曝光後會在圓片的光刻膠上形成與所述測試圖形形狀相仿的第二感光區域，再次曝光時令所述第一感光區域和第二感光區域有部分重合。優選的，所述測試圖形的數量大於或等於2。優選的，所述測試圖形的數量是兩個，兩個測試圖形的形狀相同，但兩個測試圖形的其中一個相對另一個有一偏轉角，所述偏轉角為10度到40度。優選的，所述步驟B具體是先對所述兩個測試圖形中的一個進行首次曝光，對另一個測試圖形進行再次曝光，使兩次曝光形成的感光區域有部分重合。優選的，所述步驟B具體是先對所述兩個測試圖形進行首次曝光，形成所述第一感光區域，所述第一感光區域包括所述兩個測試圖形中的第一測試圖形形成的A區域以及第二測試圖形形成的B區域；所述步驟C是移動圓片後對所述兩個測試圖形進行再次曝光， 形成所述第二感光區域，所述第二感光區域包括所述第一測試圖形形成的C區域以及第二測試圖形形成的D區域，所述A區域和D區域有部分重合或者所述B區域和C區域有部分重合。優選的，所述測試圖形包括用於χ軸方向焦距監控的以及用於y軸方向焦距監控的測試圖形，所述用於y軸方向焦距監控的測試圖形垂直於所述用於χ軸方向焦距監控的測試圖形。優選的，所述光刻膠是正性光刻膠或負性光刻膠。優選的，所述測試圖形為矩形，所述標記圖形為菱形。優選的，所述方法還包括使光刻機採用遞進的焦距重複執行步驟B，最後經步驟C 和步驟D，得到遞進的焦距下相應的多個標記圖形及其參數以確定光刻機的最佳焦距。上述光刻機焦距監控方法形成的標記圖形可以避免光學臨近效應的影響，因此標記圖形的楔形尖端尖銳，在使用不同焦距對該標記圖形進行曝光後生成的圖形的楔形尖端兩端點之間的距離隨焦距變化明顯，因此可以準確反映光刻機焦距的變化，可以對光刻機最佳焦距進行準確監控。
圖1為使用傳統技術得到的菱形標記圖形；圖2為本發明光刻機焦距監控方法流程圖；圖3為使用本發明光刻機焦距監控方法得到的菱形標記圖形；圖4為標記圖形菱形長對角線尺寸與光刻機焦距的關係圖；圖5為一個實施例中光刻機焦距監控方法的曝光示意圖；圖6為另一個實施例中光刻機焦距監控方法的曝光示意圖。
具體實施方式
圖2為本發明一實施方式的光刻機焦距監控方法流程圖，包括如下步驟S110，在掩膜版上形成測試圖形。通過製版工藝在掩膜版上形成測試圖形，在本實施例中，測試圖形包括兩條平行長邊，兩條平行長邊的長度均大於長邊間的距離。具有這種特徵的圖形包括普通的平行四邊形、矩形、菱形等圖形。S120，對測試圖形在塗有光刻膠的圓片上進行首次曝光。測試圖形每次曝光後會在圓片的光刻膠上形成與測試圖形形狀相仿的感光區域 (理想狀況是形狀相同，但由於誤差的存在可能不會完全相同，另外其大小受光刻機投影倍率的影響可能與測試圖形不同)，首次曝光後形成第一感光區域。S130，對所述測試圖形在所述圓片上進行再次曝光。再次曝光後會形成第二感光區域。第一感光區域和第二感光區域有部分重合，第一感光區域的兩條平行長邊均與第二感光區域的兩條平行長邊相交；兩次曝光的曝光能量均小於光刻膠的反應閾值，兩次曝光的曝光能量之和大於所述光刻膠的反應閾值，即是說要控制曝光能量，僅使圓片上首次曝光和再次曝光的感光區域的重合部分達到光刻膠的反應閾值。
光刻膠的反應閾值是指光刻曝光時，曝光能量必須大於反應閾值，感光區域光刻膠才會發生反應，從而在後續的顯影步驟中與未感光區域產生不同的結果；若曝光能量小於反應閾值，則光刻膠不會發生反應。若對同一區域進行多次曝光，則只要多次曝光的累積曝光能量大於反應閾值，光刻膠也會發生反應。S140，對曝光後的圓片顯影。兩個感光區域的重合部分在顯影后形成標記圖形，該標記圖形是帶有至少兩個楔形尖端的圖形，在優選的實施例中為菱形。除上述的具有兩條平行長邊的測試圖形外，測試圖形也可以選擇採用與自身部分重合後能形成菱形的任何形狀圖形，包括三角形等。S150，統計標記圖形的參數以確定光刻機的最佳焦距。為了實現對光刻機焦距的監控，找出最佳焦距，需要使用逐漸遞進的焦距依次循環執行上述S120和S130的曝光步驟(也就是說SllO僅需在最開始執行一次，S140和S150 僅需在最後執行一次)，得到不同焦距下的標記圖形，如圖3所示。即使用焦距ai先後執行Sl 10、S120以及S130，然後使用焦距 先後執行S120、S130，接著使用焦距 先後執行 S120、S130,......，最後使用焦距ak先後執行S120、S130、S140以及S150。在本實施例中，S150具體的步驟是將光刻機焦距(ai、a2........ak)和使用該焦
距曝光得到的標記圖形的菱形長對角線的長度作圖，並將各個點用平滑曲線相連(可以用數學擬合)，可得一曲線，曲線的對角線長度最大處對應的焦距即為最佳焦距，如圖4所示。 實際中該步驟可通過電腦程式完成。本發明是通過控制曝光能量，僅使兩個感光區域的重合部分達到曝光閾值，從而在顯影后只有重合部分顯影。為了使形成的標記圖形的形狀是適合進行測量從而監控焦距的圖形，本發明巧妙的設計了測試圖形的形狀，並使第二次曝光形成的感光區域是在第一次曝光形成的感光區域基礎上偏轉一個角度，從而使兩次曝光的重合部分形成一個菱形。 有多種方案可以實現第二次曝光時圖形的偏轉，例如對掩膜版偏轉一個角度，對圓片偏轉一個角度，但這在實際生產中並不那麼容易實現，因此可以通過在掩膜版上形成多個形狀相同，但相互之間有一個偏轉角的測試圖形，然後先後對這些圖形中的兩個進行曝光，並通過兩次曝光之間圓片的平移實現兩次感光區域的部分重合；或者對這些圖形中的兩個同時進行曝光，然後移動圓片後再次曝光，使後曝光的一圖形與先曝光的另一圖形重合，在一個實施例中可以為使兩次感光區域的幾何中心重合。下面再通過一個實施例來對該優選的技術方案進行描述，該實施例是上述圖2所示方法的一個更具體的實施例。其中SllO步驟中是在掩膜版上形成兩個測試圖形。兩個測試圖形的形狀相同，但其中一個相對另一個有一偏轉角，偏轉角大於或等於10度，小於或等於40度。測試圖形可以是梯形、菱形、矩形等圖形，甚至是不規則圖形，只要保證有一對長度大於間距的平行長邊即可；在優選的實施例中採用矩形。另外，在其他實施例中可以是形成多個偏轉角各不相同的測試圖形，根據需要選用其中任意兩個進行曝光操作。其中S120、S130步驟中是對兩個測試圖形在塗有光刻膠的圓片上先後進行曝光。 具體如圖5所示，是對兩個測試圖形中的第一測試圖形10曝光，形成第一感光區域11 ；再移動圓片，然後對第二測試圖形20曝光，形成第二感光區域21並與第一感光區域11有部分重合，重合部分30為菱形，在S140步驟中顯影后得到的標記圖形就是該菱形。
圖6是另一個實施例中光刻機焦距監控方法的曝光示意圖。曝光流程如下S120， 對第一測試圖形40和第二測試圖形50進行首次曝光，形成第一感光區域，該第一感光區域包括A區域41和B區域51。S130，移動圓片後對第一測試圖形40和第二測試圖形50進行再次曝光，形成第二感光區域，該第二感光區域包括C區域42和D區域52，D區域52和 A區域41有部分重合，重合部分60為菱形。在其他實施例中也可以反方向移動圓片，此時則是B區域51和C區域42有部分重合。上述過程使用的光刻膠是正性光刻膠或負性光刻膠。若使用正性光刻膠，則感光區域的重合部分會被顯影液溶解，標記圖形是下凹的圖形；若使用負性光刻膠，則重合部分以外的區域會被顯影液溶解，標記圖形是上凸的圖形。 由於既要監控光刻機χ軸方向的焦距，又要監控光刻機y軸方向的焦距，因此在其他實施例中可以在掩膜版上形成包括用於X軸方向焦距監控的以及用於y軸方向焦距監控的測試圖形，用於y軸方向焦距監控的測試圖形垂直於用於χ軸方向焦距監控的測試圖形。上述光刻機焦距監控方法形成的菱形標記圖形可以避免光學臨近效應的影響，因此菱形的銳角尖銳，長對角線長度隨焦距變化明顯，可以準確反映光刻機焦距的變化，可以對光刻機最佳焦距進行準確監控。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種光刻機焦距監控方法，包括以下步驟步驟A，在掩膜版上形成測試圖形；步驟B，對所述測試圖形在塗有光刻膠的圓片上進行首次曝光和再次曝光，並控制曝光能量，僅使圓片上首次曝光和再次曝光的感光區域的重合部分達到光刻膠的反應閾值；步驟C，對曝光後的圓片顯影，所述感光區域的重合部分在顯影后形成標記圖形，所述標記圖形是帶有至少兩個楔形尖端的圖形；步驟D，統計所述標記圖形的參數以確定光刻機的最佳焦距。
2.根據權利要求1所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述步驟B中，首次曝光使用的曝光能量小於所述光刻膠的反應閾值，首次曝光後會在圓片的光刻膠上形成與所述測試圖形形狀相仿的第一感光區域；所述再次曝光使用的曝光能量小於所述光刻膠的反應閾值，且兩次曝光使用的曝光能量之和大於所述光刻膠的反應閾值；再次曝光後會在圓片的光刻膠上形成與所述測試圖形形狀相仿的第二感光區域，再次曝光時令所述第一感光區域和第二感光區域有部分重合。
3.根據權利要求1所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述測試圖形的數量大於或等於2。
4.根據權利要求3所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述測試圖形的數量是兩個，兩個測試圖形的形狀相同，但兩個測試圖形的其中一個相對另一個有一偏轉角，所述偏轉角為10度到40度。
5.根據權利要求4所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述步驟B具體是先對所述兩個測試圖形中的一個進行首次曝光，對另一個測試圖形進行再次曝光，使兩次曝光形成的感光區域有部分重合。
6.根據權利要求4所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述步驟B具體是先對所述兩個測試圖形進行首次曝光，形成所述第一感光區域，所述第一感光區域包括所述兩個測試圖形中的第一測試圖形形成的A區域以及第二測試圖形形成的B區域；所述步驟C 是移動圓片後對所述兩個測試圖形進行再次曝光，形成所述第二感光區域，所述第二感光區域包括所述第一測試圖形形成的C區域以及第二測試圖形形成的D區域，所述A區域和 D區域有部分重合或者所述B區域和C區域有部分重合。
7.根據權利要求3所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述測試圖形包括用於χ 軸方向焦距監控的以及用於y軸方向焦距監控的測試圖形，所述用於y軸方向焦距監控的測試圖形垂直於所述用於χ軸方向焦距監控的測試圖形。
8.根據權利要求1所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述光刻膠是正性光刻膠或負性光刻膠。
9.根據權利要求1-8中任意一項所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述測試圖形為矩形，所述標記圖形為菱形。
10.根據權利要求9所述的光刻機焦距監控方法，其特徵在於，所述方法還包括使光刻機採用遞進的焦距重複執行步驟B，最後經步驟C和步驟D，得到遞進的焦距下相應的多個標記圖形及其參數以確定光刻機的最佳焦距。
全文摘要
本發明涉及一種光刻機焦距監控方法，包括以下步驟步驟A，在掩膜版上形成測試圖形；步驟B，對所述測試圖形在塗有光刻膠的圓片上進行首次曝光和再次曝光，並控制曝光能量，僅使圓片上首次曝光和再次曝光的感光區域的重合部分達到光刻膠的反應閾值；步驟C，對曝光後的圓片顯影，所述感光區域的重合部分在顯影后形成標記圖形，所述標記圖形是帶有至少兩個楔形尖端的圖形；步驟D，統計所述標記圖形的參數以確定光刻機的最佳焦距。本發明形成的菱形標記圖形可以避免光學臨近效應的影響，因此菱形的銳角尖銳，長對角線長度隨焦距變化明顯，可以準確反映光刻機焦距的變化，對光刻機最佳焦距進行準確監控。
文檔編號G03F7/20GK102402123SQ20101028026
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者黃瑋 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司