CN101592869B

CN101592869B - 曝光设备焦距监测方法

Info

Publication number: CN101592869B
Application number: CN2008101136889A
Authority: CN
Inventors: 肖楠
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: CN101592869A

Abstract

一种曝光设备焦距监测的方法，包括：提供具有基准标记的掩模板，通过光刻工艺和刻蚀工艺，将所述基准标记转移到基底的上，在所述基底上形成基准标记图案；提供具有测试标记的掩模板；在具有所述基准标记图案的基底上形成光刻胶层，利用所述的曝光设备执行光刻工艺，将所述测试标记转移到所述光刻胶层中，形成测试标记图案；测量所述测试标记图案与基准标记图案的偏移量；若所述的偏移量不等于目标值，则所述曝光设备偏离最佳曝光位置。本方法工艺步骤简单，测量效率较高。

Description

曝光设备焦距监测方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种曝光设备焦距监测的方法。

背景技术

半导体集成电路制造工艺中，通过光刻工艺的曝光设备(ExposureEquipment)将掩模板上的版图图案转移到半导体衬底的光刻胶层中，形成光刻胶图案；然后，以该光刻胶图案作为掩模层，对半导体衬底执行后续的刻蚀或离子注入工艺。

在光刻工艺中，光刻胶图案的线宽以及其侧壁轮廓会受到曝光设备聚焦状况的影响。而光刻胶图案的线宽以及轮廓会直接影响后续的刻蚀或离子注入工艺，因而，曝光设备聚焦状况的监测(称为聚焦监测，FocusMonitor)显得尤为重要。

曝光设备在工作时，曝光光源发出的光经过准直后投射于具有半导体集成电路器件某一层版图图案的掩模板上，穿过该掩模板的光携带有版图图案的信息，光穿过所述掩模板后，经过成像***，投射在半导体衬底的光刻胶层上，使光刻胶层感光。

由于焦距变化会引起形成的光刻胶图案的轮廓的变化，进而引起线宽发生变化，无论是在向上(接近曝光设备的成像***)还是向下(远离曝光设备的成像***)在偏离最佳焦距，都会造成曝光后的图案模糊，因而对于同一个掩模板图案，通过曝光设备在不同的焦距下进行曝光而形成的光刻胶图案，在最佳焦距时线宽是最大的。现有技术中的曝光设备的焦距的监测方法多是基于上述原理来设计的。例如，在公开号为CN1459670A的中国专利申请文件中就公开了一种基于上述的原理的焦距监测方法。

然而，利用上述的原理来对曝光设备的焦距进行检测时，需要曝光设备在不同的焦距下形成光刻胶图案，并一一测量所述的光刻胶图案的线宽，且还要通过比较找出最大的线宽，根据该最大的线宽的光刻胶图案相应的焦距获得曝光设备的焦距。步骤复杂而繁琐，效率较低。而且也只能离线监测，使得正常的生产工艺受到影响。

发明内容

本发明提供一种曝光设备焦距的监测方法，以解决现有的监测方法步骤复杂繁琐、效率较低的问题。

本发明提供的一种曝光设备焦距监测的方法，包括：

提供具有基准标记的掩模板，通过光刻工艺和刻蚀工艺，将所述基准标记转移到基底的上，在所述基底上形成基准标记图案；

提供具有测试标记的掩模板；

在具有所述基准标记图案的基底上形成光刻胶层，利用所述的曝光设备执行光刻工艺，将所述测试标记转移到所述光刻胶层中，形成测试标记图案；

测量所述测试标记图案与基准标记图案的偏移量；

若所述的偏移量不等于目标值，则所述曝光设备偏离最佳曝光位置。

可选的，进一步包括：判断所述偏移量是否超出目标值的阈值范围，若是，则需要停止曝光设备工作。

可选的，进一步包括：根据所述偏移量与曝光设备焦距的对应关系，获得曝光设备的实际焦距。

可选的，所述基准标记和测试标记为套刻标记。

可选的，所述基准标记和测试标记形成于具有器件图案的***的切割道上。

可选的，通过套刻测量设备测量所述偏移量。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个具有以下优点：

所述的方法中，通过测量基准标记和测试标记的偏移量并与目标值对比，以判断所述偏移量与其目标值是否有变化，进而可获知该曝光设备是否工作在最佳曝光焦距状态下；相对于现有技术需要多次测量多个图案的线宽，根据线宽计算最大线宽，并根据最大线宽反推最佳焦距的方法，本方法工艺步骤简单，测量效率较高；

此外，该方法可以在线检测，不必在曝光设备离线状态下进行，测试标记和基准标记可以形成于具有产品图案的掩模板的***，与产品的光刻步骤同时进行，不会单独占用曝光设备的时间；工艺步骤简单，不必经过多次测量和计算，仅通过一次测量并将该测量值与目标值比对即可。

附图说明

图1为本发明的方法的实施例中具有套刻标记掩模板的示意图；

图2为图1的其中一个套刻标记放大后的示意图；

图3为将图1的掩模板图案转移到基底上后形成的相邻两个shot的示意图；

图4为本发明的实施例的具有套刻标记的另外的掩模板的示意图；

图5为将图1和图5的两个掩模板的图案形成于基底上后的示意图；

图6为图5中的其中一个套刻标记的放大后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

在半导体集成电路制造的光刻工艺中，光刻胶图案的线宽以及侧壁轮廓会受到曝光设备聚焦状况的影响。而光刻胶图案的线宽以及轮廓会直接影响后续的刻蚀或离子注入工艺，因而，曝光设备焦距的监测显得非常重要。

现有的对曝光设备焦距的监测方法多基于最佳焦距时线宽最大这一原理来进行的，其通过在曝光设备不同焦距下形成光刻胶图案，然后注意测量每一光刻胶图案的线宽，并根据最大线宽时的焦距来判断曝光设备的最佳焦距位置。接着根据所获得的最佳焦距位置与现有的实际焦距位置比较，以判断该实际焦距位置是否是最佳焦距位置，以及偏离最佳焦距位置的距离。然而该方法较为繁琐，而且需要离线监测，需要额外占用曝光设备时间。

本发明提供一种曝光设备焦距的监测方法，该方法包括，提供具有基准标记的掩模板，利用所述的曝光设备执行光刻工艺，将所述掩模板的基准标记首先转移到基底的光刻胶层中，接着，以光刻胶层中的基准标记为掩模执行刻蚀工艺，将所述基准标记转移到基底上，在所述基底上形成基准标记图案，去除所述的光刻胶层。

然后，提供具有测试标记的掩模板，在所述具有基准标记图案的基底上再次形成光刻胶层，通过所述曝光设备将所述测试标记转移到所述光刻胶层中，在所述的光刻胶层中形成测试标记图案。

再接着，测量所述测试标记图案与基准标记图案的偏移量。

判断该偏移量是否等于目标值，若否，则表明所述的曝光设备偏离最佳曝光位置。

所述的方法中，所述的目标值为所述基准标记与测试标记转移到基底上的偏移量的设定值；若在将测试标记转移到所述基底的光刻胶层时，曝光设备的焦距发生变化，则会导致测试标记图案与所述基准标记图案的偏移量较目标值发生变化，判断偏移量与其目标值是否有变化可获知该曝光设备是否工作在最佳曝光焦距状态下。

所述的方法不必在曝光设备离线状态下进行，测试标记和基准标记可以形成于具有产品图案的掩模板的***，与产品的光刻步骤同时进行，不会单独占用曝光设备的时间。且工艺步骤简单，不必经过多次测量和计算，仅通过一次测量并将该测量值与目标值比对即可。

此外，还可以进一步判断所述的偏移量是否超出目标值的阈值范围，以决定是否需要停止曝光设备工作，以对曝光设备做进一步检测。

此外，还可以根据所述的偏移量与曝光设备焦距的对应关系，获得曝光设备的实际焦距。

其中，所述的基准标记和测试标记可以是套刻标记，该套刻标记可以是正常产品的套刻标记，而不必单独设计，因而可以与产品制造同时进行，测量也可以与套刻测量同时进行。

下面以所述基准标记和测试标记为套刻标记为例来说明本发明的曝光设备焦距的监测方法。

请参考图1，提供掩模板10，所述掩模板10上具有产品的某一层的图案，位于图案区域12，例如，该层图案可以是栅极图案、金属线图案、连接孔图案等，也可以是其它图案。在图案区域12的***具有套刻标记14，本实施例中，所述套刻标记为四个，分布于所述图案区域12的四个角落区域。在其它的实施例中，所述套刻标记还可以具有其它的分布，这里不再赘述。该套刻标记即为基准标记。所述的套刻标记一方面在产品制造时作为测量上下两层的套刻精准度的标记，另一方面在本实施例中作为基准标记用于监测曝光设备的焦距状况。

也就是说，本实施例中，利用产品的某一层的套刻标记作为基准标记，而没有在掩模板上另外制造基准标记。当然，在其它的实施例中，可以在掩模板上另外制造基准标记，这里不再详细赘述，但其原理与本实施例所述的曝光设备的焦距的原理相同，本领域技术人员能够根据本发明的教导做出相应的变化或替换。

图2为图1中的其中一个套刻标记的放大图，请参考图2，该套刻标记包括四个孤立的线条，所述的四个线条分别摆放于正方形的四个边上。此外，所述的套刻标记也可以为其它图案，这里不再赘述。

提供所述的具有套刻标记14的掩模板10后，执行光刻工艺，将所述的套刻标记14连同掩模板10上的产品图案一同转移到基底的光刻胶层。其具体的工艺步骤可以如下：

提供基底，在所述基底可以是裸片(bare wafer)，也可以是具有其它结构或器件的半成品。

对所述基底进行清洗和脱水，然后在一定的温度(例如，可以是110℃或更高的温度)下向所述基底表面涂覆粘附剂六甲基二硅氨烷(HMDS)，所述HMDS用于改变所述基底表面的亲水或疏水状态，以增加后续旋涂的光刻胶和所述基底表面的粘附性；

接着，将所述基底冷却至室温(例如23℃左右)，所述的冷却工艺可以在旋涂设备的冷板上进行；

然后，将该基底置于旋涂腔室的支撑台上，在所述基底上旋涂光刻胶，形成光刻胶层。其中，所述光刻胶层可以是正型光刻胶，也可以是负性光刻胶，本实施例中为正性光刻胶。

形成所述的光刻胶层之后，将所述的基底置于曝光设备中的衬底支撑台(Wafer stage)上，同时将具有所述套刻标记14的掩模板10置于该曝光设备的掩模板支撑架(Reticle Stage)上；

通过所述的掩模板10上的对准标记(Alignment mark)和基底上的零层对准标记(zero mark)(当然，也可以使其它对准标记)使所述掩模板10和所述的基底对准；打开曝光光源，所述曝光光源透过光学***和掩模板10后对所述基底上的光刻胶层进行曝光，将掩模板中的图案(包括套刻标记和产品的图案)转移到所述光刻胶层中。

其中，所述曝光设备可以是步进式曝光设备(stepper)或扫描式曝光设备(Scanner)。步进式曝光设备中，通过一次曝光将掩模板10上的图案完全转移到基底的光刻胶层上，并通过按一定的步长移动所述基底，对基底的不同位置的光刻胶层进行曝光。

扫描式曝光设备中，光学***中的光束的尺寸小于掩模板10的尺寸，需要在某一方向(称为Y方向)移动掩模板10，使光束扫过整个掩模板10，并投影到基底的光刻胶上，同时，基底需要以一定的速率沿与掩模板10移动方向的反方向移动，才能将整个掩模板10的图案转移到基底的光刻胶上。

以扫描式曝光为例，完成一次扫描后，在基底的光刻胶层上形成于整个掩模板对应的图案(称为一个Shot或Field)；接着对基底的其它位置的光刻胶层进行扫描式曝光，形成多个Shot。其中套刻标记形成于相邻的两个shot之间的区域，即切割道上。请参考图3所示的示意图。在两个相邻的shot 20a和20b之间的区域具有套刻标记22a和22b，其中，套刻标记22a在shot 20a形成时形成，套刻标记22b在shot 20b形成时形成。

在基底上的光刻胶层中形成所述的图案后，对所述基底执行曝光后烘烤(Post Exposure Bake，PEB)工艺。通过PEB，一方面消除曝光时的驻波效应(主要对于I-Line光刻胶)；另一方面引起，加速光酸的催化反应(主要对于化学放大光刻胶)，使得被曝光的光刻胶生成可溶于显影液的物质。

完成PEB后，用显影液对所述光刻胶层进行显影，对于正型光刻胶，去除被曝光的区域的光刻胶，然后用去离子水进行冲洗。

显影和冲洗后，对所述基底执行硬烤(Hard Bake)工艺，以提高测试图案对基底的粘附性。

然后，以所述光刻胶层中的图案作为掩模，执行刻蚀工艺，将所述光刻胶层中的图案转移到基底上，在所述基底上形成产品的图案以及套刻标记图案。

通过刻蚀后，将掩模板中的产品的所述的图案连同该层的套刻标记一同转移到了基底上。

然后，再次执行光刻工艺，将产品的该层的下一层图案通过与上述工艺相同的步骤转移到该基底的光刻胶层中，其具体过程如下：

提供另外的掩模板，该掩模板具有另外一层的图案以及套刻标记，请参考图4，如图4所示，掩模板40上具有图案区域42，该图案区域42与图1的图案区域12尺寸相同，位于相应。在所述图案区域42的***与图1的套刻标记14相应的位置摆放有套刻标记44，其中，所述套刻标记44的尺寸与图1的套刻标记14形状相同，但尺寸不同。其中该层的套刻标记44即为测试图案。

接着，在上述的基底上再次旋涂光刻胶层，并利用与上述的光刻工艺相同的步骤，再次执行光刻工艺，将掩模板40中的图案(包括产品图案与套刻标记44)转移到光刻胶层中，在所述光刻胶层中形成产品图案与套刻标记图案，其中该套刻标记图案与基底上已有的套刻标记图案套刻在一起，请参考图5所示，shot 40a和40b为该次形成的产品的图案区域，在所述shot 40a和40b之间的区域套刻标记42a与42b与前层的套刻标记22a和22b套刻在一起。图6为图5的其中一个套刻标记的放大图，请参考图6所示，套刻标记22b与42b套在一起。在设计时，套刻标记22b和42b中的相对应的线条的距离在四个边上都是一样的，也就是说，套刻标记22b和42b之间的中心是重合的。

在正常的产品的套刻测量中，通过测量套刻标记22b和42b的相对位移，可判断上下两侧叠对的精准程度。也就是说，在现有的工艺中，套刻标记仅仅用于上下层套刻精准程度检测。

然而，在光刻工艺中，若曝光设备的焦距发生变化，则会导致形成于光刻胶层中的套刻标记图案的轮廓发生变化，进而导致上下两层的套刻标记图案的中心不再重合，而是有一定的偏移。通过测量该偏移，判断该偏移是否等于目标值(例如，本实施例中为0)，可以获知光刻设备聚焦状况。若所述的偏移量不等于目标值，表面曝光设备的焦距偏离最佳焦距，进一步可以判断该偏移量是否超出阈值范围(该阈值范围为曝光设备所能够容忍的、偏离最佳焦距最大距离所对应的套刻标记的偏移量的范围)，若超出阈值范围，则需要停止曝光设备工作，对曝光设备做进一步检测。

此外，还可以根据所述偏移量与曝光设备焦距的对应关系，获得曝光设备的实际焦距。这里不再赘述。

其中，可以采用套刻标记测量设备测量所述的偏移量。测量的方法为套刻铜套刻精准度的测量，这里不再详细描述。

上述的实施例中，通过测量上下两侧的套刻标记的偏移量，并于目标值对比，以判断偏移量与其目标值是否有变化，可获知该曝光设备是否工作在最佳曝光焦距状态下。所述的方法不必在曝光设备离线状态下进行，测试标记和基准标记可以形成于具有产品图案的掩模板的***，与产品的光刻步骤同时进行，不会单独占用曝光设备的时间。且工艺步骤简单，不必经过多次测量和计算，仅通过一次测量并将该测量值与目标值比对即可。

上述的方法以套刻标记作为基准标记和测试标记为例说明本发明的，其不应该作为对权利要求保护范围的限制，在不背离权利要求的保护范围的条件下，本领域技术人员根据本发明的上述实施例的教导可以对上述的实施例的步骤的添加、去除、等同替换或者顺序的改变。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种扫描式曝光设备焦距在线监测的方法，其特征在于，包括：

提供具有基准标记的掩模板，所述具有基准标记的掩模板上具有产品的某一层的图案，通过光刻工艺和刻蚀工艺，将所述基准标记转移到基底上，在所述基底上形成基准标记图案；

提供具有测试标记的掩模板，所述具有测试标记的掩模板上具有产品另外一层的图案；

测量所述测试标记图案与基准标记图案的偏移量，其中，所述基准标记和测试标记为中心重合的套刻标记，所述偏移量为测试标记图案与基准标记图案的中心偏移量，所述测试标记和基准标记形成于具有产品图案的掩模板的***，所述监测方法与产品的光刻步骤同时进行；

若所述的偏移量不等于目标值，则所述曝光设备偏离最佳曝光位置；

所述方法进一步包括：根据所述偏移量与曝光设备焦距的对应关系，获得曝光设备的实际焦距。

2.如权利要求1所述的扫描式曝光设备焦距在线监测的方法，其特征在于，进一步包括：判断所述偏移量是否超出目标值的阈值范围，若是，则需要停止曝光设备工作。

3.如权利要求1所述的扫描式曝光设备焦距在线监测的方法，其特征在于：通过套刻测量设备测量所述偏移量。