CN111474827B - 监控光刻机镜头闪烁程度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及监控光刻机镜头闪烁程度的方法，涉及半导体制造中设备性能监控方法，设计一掩模版，掩模版包括至少两种不同透光率部分，所述至少两种不同透光率部分沿掩模版的Y轴方向排列；在每一种透光率部分中设计包括m行*n列的数据模块阵列，其中m和n为大于等于2的正整数；在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括不同关键尺寸的图形，且每一种关键尺寸的图形包括不同节距的图形，其中节距为线度与相邻图形之间的间距比，以上述掩模版进行曝光工艺后量测所关注的工艺节点下相同关键尺寸的图形曝光后的关键尺寸，确定光刻机镜头的闪烁程度对作业制品良率的影响。

Description

监控光刻机镜头闪烁程度的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造中设备性能监控方法，尤其涉及一种监控光刻机镜头闪烁程度的方法。
背景技术
光刻工艺是半导体制造过程中的常用工艺。目前，其主要利用光刻机将掩模版上的临时电路结构复制到硅片上。具体的，光刻机光源透过光刻机镜头照射掩模版，而将掩模版上的临时电路结构复制到覆盖光敏光刻胶的硅片上。
然而光刻机存在光刻机镜头闪烁现象(flare)，光刻机镜头闪烁现象会影响光刻效果，因此需要监控光刻机镜头闪烁现象以评估其对作业制品良率的影响，并在需要时对镜头翻修。
现有的监控光刻机镜头闪烁现象的方式包括：
步骤一：通过光学观测得到能够使透光区域光刻胶全部曝光的最小能量Eth；
步骤二：通过光学观测得到能够使遮光区域光刻胶全部曝光的最小能量E0；
步骤三：计算光刻机镜头闪烁，为Eth/E0。
上述方法虽然可以量化光刻机镜头闪烁现象，同时供应商也有给出镜头闪烁现象参考管控值，但是相同的镜头闪烁现象对于不同掩模版数据率、图形位于镜头中的位置、不同的关键尺寸的制品的影响是不同的。晶圆工厂作业的制品景深窗口各不相同，单纯的镜头闪烁现象计算值对于工厂防止镜头闪烁现象恶化对作业制品良率造成低良率影响没有直接的参考意义，另对于工厂为了改善镜头闪烁现象恶化而进行镜头翻修的时间点也没有直接的参考意义。
发明内容
本发明提供的一种监控光刻机镜头闪烁程度的方法，包括：S1：设计一掩模版，掩模版包括至少两种不同透光率部分，所述至少两种不同透光率部分沿掩模版的Y轴方向排列；在每一种透光率部分中设计包括m行*n列的数据模块阵列，其中m和n为大于等于2的正整数；在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括不同关键尺寸的图形，且每一种关键尺寸的图形包括不同节距的图形，其中节距为线度与相邻图形之间的间距比；S2：使用步骤S1设计的掩模版在光刻机上对涂有光刻胶硅片进行曝光工艺；S3：在曝光过的硅片上量测所关注的工艺节点下相同关键尺寸的图形曝光后的关键尺寸，得到曝光后关键尺寸数据；S4：将步骤S3得到的关键尺寸数据与实际线上产品合格标准比对，确定光刻机镜头的闪烁程度对作业制品良率的影响。
更进一步的，掩模版包括第一种透光率部分、第二种透光率部分和第三种透光率部分，第一种透光率部分、第二种透光率部分和第三种透光率部分沿掩模版的Y轴方向依次排列。
更进一步的，第一种透光率部分的透光率为100％，第二种透光率部分的透光率为50％，第三种透光率部分的透光率为0％。
更进一步的，第一种透光率部分、第二种透光率部分和第三种透光率部分在掩模版的Y轴方向上三等分掩模版。
更进一步的，m行*n列的数据模块阵列中列与列之间的间距相等，行与行之间的间距相等。
更进一步的，m行*n列的数据模块阵列中的数据模块均匀排布的填充每一种透光率部分的整个区域。
更进一步的，，在每一种透光率部分中设计的m行*n列的数据模块阵列相同。
更进一步的，在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括沿Y轴排布的多行数据模块，每行数据模块为一种关键尺寸的图形。
更进一步的，每一种关键尺寸的图形包括多个图形单元，多个图形单元沿掩模版的X轴方向排列，多个图形单元为不同节距的图形单元。
更进一步的，且一种关键尺寸的图形中的不同节距的图形沿掩模版的X轴方向排列。
更进一步的，不同关键尺寸的图形单元沿掩模版的X轴方向以线度与相邻图形之间的间距比由大至小的方式排列。
更进一步的，每一图形单元包括线横向排布的图形和线纵向排布的图形。
本发明提供的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，设计一掩模版，掩模版包括至少两种不同透光率部分，所述至少两种不同透光率部分沿掩模版的Y轴方向排列；在每一种透光率部分中设计包括m行*n列的数据模块阵列，其中m和n为大于等于2的正整数；在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括不同关键尺寸的图形，且每一种关键尺寸的图形包括不同节距的图形，其中节距为线度与相邻图形之间的间距比，以上述掩模版进行曝光工艺后量测所关注的工艺节点下相同关键尺寸的图形曝光后的关键尺寸，确定光刻机镜头的闪烁程度对作业制品良率的影响。
附图说明
图1为本发明一实施例的监控光刻机镜头闪烁程度的方法的流程图。
图2为本发明一实施例的掩模版示意图。
图3为本发明一实施例的图2中的掩模版中的一种透光率部分的示意图。
图4为本发明一实施例的图3中的掩模版中的一种透光率部分中的一个数据模块的细部示意图。
图5为图4中每一图形单元的细部示意图。
图6为透光率为100％的第一种透光率部分内的图形曝光后的关键尺寸示意图。
图7为透光率为50％的第二种透光率部分内的图形曝光后的关键尺寸示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明一实施例中，在于提供一种监控光刻机镜头闪烁程度的方法，请参阅图1，图1为本发明一实施例的监控光刻机镜头闪烁程度的方法的流程图，包括：S1：设计一掩模版，掩模版包括至少两种不同透光率部分，所述至少两种不同透光率部分沿掩模版的Y轴方向排列；在每一种透光率部分中设计包括m行*n列的数据模块阵列，其中m和n为大于等于2的正整数；在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括不同关键尺寸的图形，且每一种关键尺寸的图形包括不同节距的图形，其中节距为线度与相邻图形之间的间距比；S2：使用步骤S1设计的掩模版在光刻机上对涂有光刻胶硅片进行曝光工艺；S3：在曝光过的硅片上量测所关注的工艺节点下相同关键尺寸的图形曝光后的关键尺寸，得到曝光后关键尺寸数据；S4：将步骤S3得到的关键尺寸数据与实际线上产品合格标准比对，确定光刻机镜头的闪烁程度对作业制品良率的影响。
更具体的，请参阅图2、图3和图4，图2为本发明一实施例的掩模版示意图，图3为本发明一实施例的图2中的掩模版中的一种透光率部分的示意图，图4为本发明一实施例的图3中的掩模版中的一种透光率部分中的一个数据模块的细部示意图。本发明一实施例的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，包括：
S1：设计一掩模版，掩模版包括至少两种不同透光率部分，所述至少两种不同透光率部分沿掩模版的Y轴方向排列；在每一种透光率部分中设计包括m行*n列的数据模块阵列，其中m和n为大于等于2的正整数；在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括不同关键尺寸的图形，且每一种关键尺寸的图形包括不同节距的图形，其中节距为线度与相邻图形之间的间距比。
如图2所示，掩模版包括正交的X轴方向和Y轴方向，掩模版包括第一种透光率部分100、第二种透光率部分200和第三种透光率部分300，第一种透光率部分100、第二种透光率部分200和第三种透光率部分300沿掩模版的Y轴方向依次排列，第一种透光率部分100的透光率为100％，第二种透光率部分200的透光率为50％，第三种透光率部分300的透光率为0％。其中所述透光率100％、50％和0％可有一定的偏差，在一实施例中，所述偏差为20％；较优的，所述偏差为10％；更优的，所述偏差为5％。
在一实施例中，第一种透光率部分100、第二种透光率部分200和第三种透光率部分300在掩模版的Y轴方向上三等分掩模版。
将掩模版设计成包括至少两种不同透光率部分，可使一次曝光就可以表征出光刻机镜头闪烁对不同掩模版透过率(data ratio)的制品的影响。
如图3所示，以图2所示的第一种透光率部分100为例，在第一种透光率部分100中设计包括3行*5列的数据模块阵列，以使该第一种透光率部分100包括15个数据模块110。
在一实施例中，m行*n列的数据模块阵列中列与列之间的间距相等，行与行之间的间距相等。
在一实施例中，m行*n列的数据模块阵列中的数据模块110均匀排布的填充每一种透光率部分的整个区域。如图3所示，3行*5列的数据模块阵列中的15个数据模块110均匀排布在第一种透光率部分100的整个区域，并填充第一种透光率部分100的整个区域。
在一实施例中，在每一种透光率部分中设计的m行*n列的数据模块阵列相同。
在每一种透光率部分中都设计上m行*n列的数据模块阵列，可以测量到光刻机曝光区域中不同位置的关键尺寸。
如图4所示，在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括沿Y轴排布的多行数据模块，每行数据模块为一种关键尺寸的图形，如图4所示，分别为110nm、120nm……350n关键尺寸的图形。如图4所示，每一种关键尺寸的图形包括多个图形单元111，多个图形单元111沿掩模版的X轴方向排列，多个图形单元为不同节距的图形单元，如图4所示，多个图形单元包括线度与相邻图形之间的间距比(L/S)为1:1的图形单元、线度与相邻图形之间的间距比(L/S)为1:2的图形单元、线度与相邻图形之间的间距比(L/S)为1:5的图形单元、孤立图形(Iso line)单元以及点状图形(Dot)单元，如图4所示，例如110nm关键尺寸的图形包括线度与相邻图形之间的间距比(L/S)为1:1的图形单元210、线度与相邻图形之间的间距比(L/S)为1:2的图形单元220、线度与相邻图形之间的间距比(L/S)为1:5的图形单元230、孤立图形(Iso line)单元240以及点状图形(Dot)单元250，且一种关键尺寸的图形中的不同节距的图形沿掩模版的X轴方向排列，更具体的，不同关键尺寸的图形单元沿掩模版的X轴方向以线度与相邻图形之间的间距比由大至小的方式排列。如此设计可一次曝光就可以确认镜头的闪烁程度对不同的关键尺寸以及不同的节距的图形的影响。
请参阅图5，图5为图4中每一图形单元111的细部示意图，每一图形单元111为一簇线1110的集合，如20条线的集合，L为每一个线的线宽，S为两相邻线间的间距，节距不同，则L/S不同，一般设计线的宽度不变，调整两相邻线间的间距来调整节距。
在一实施例中，每一图形单元包括线横向排布的图形和线纵向排布的图形，如图形单元210包括线横向排布的图形H和线纵向排布的图形V。其中如图5所示的图形单元为线横向排布的图形。如此进一步增加确认镜头的闪烁程度对不同图形的影响。
S2：使用步骤S1设计的掩模版在光刻机上对涂有光刻胶硅片进行曝光工艺。
S3：在曝光过的硅片上量测所关注的工艺节点下相同关键尺寸的图形曝光后的关键尺寸，得到曝光后关键尺寸数据。
例如作业制品的工艺节点为180nm，即所关注的工艺节点为180nm，则可量测180nm关键尺寸的图形在一个曝光面内沿X轴从左到右五点的关键尺寸，可以表征在当前光刻机镜头闪烁状态下，对180nm工艺节点的制品的影响，同时可量测透光率为100％的第一种透光率部分100内的图形曝光后的关键尺寸，得到图6，以及可量测透光率为50％的第二种透光率部分200内的图形曝光后的关键尺寸，得到图7。在图6和图7中，横坐标对应掩膜板的X轴，纵坐标为曝光后量测的图形的关键尺寸，如图6和图7所示，量测了掩膜板的X轴坐标为0mm、6mm、12mm、18mm和25mm五点曝光后的图形关键尺寸，也即所述的关键尺寸数据可为图6和图7所示的坐标数据。从图6和图7的关键尺寸数据可知，光刻机镜头的闪烁程度对一个曝光面积内关键尺寸的影响是曝光面中心位置的关键尺寸变小；光刻机镜头的闪烁程度对透过率较低的掩模版造成的曝光面积内的关键尺寸差异较小，如图7所示的透过率50％的关键尺寸数据曲线相对于如图6所示的透过率100％的关键尺寸数据曲线平坦；光刻机镜头的闪烁程度对节距不同的图形造成的影响是不同的，如图6和图7所示，分别显示了节距为1：1、1：2、1：5和Iso图形曝光后的量测数据，从其对应的曲线可知，光刻机镜头的闪烁程度对节距1：1的图形影响更大，如图6和图7所示1:1的节距在曝光面内两侧的图形已经失效了。
S4：将步骤S3得到的关键尺寸数据与实际线上产品合格标准比对，确定光刻机镜头的闪烁程度对作业制品良率的影响。
将图6和图7得到的关键尺寸数据与实际线上产品合格标准比对，发现目标机台由于光刻机镜头的闪烁的恶化已经不适合作业180nm工艺节点的产品。
因此本发明的监控光刻机镜头闪烁程度的方法得到的关键尺寸数据可作为工厂防止光刻机镜头闪烁恶化对作业制品良率造成低良率影响的直接参考数据，且对于工厂为了改善光刻机镜头的闪烁恶化而进行镜头翻修的时间点确定也有直接的参考意义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，包括：
S1：设计一掩模版，掩模版包括至少两种不同透光率部分，所述至少两种不同透光率部分沿掩模版的Y轴方向排列；在每一种透光率部分中设计包括m行*n列的数据模块阵列，其中m和n为大于等于2的正整数；在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括不同关键尺寸的图形，且每一种关键尺寸的图形包括不同节距的图形，其中节距为图形中线的宽度与相邻线间的间距的比值；
S2：使用步骤S1设计的掩模版在光刻机上对涂有光刻胶硅片进行曝光工艺；
S3：在曝光过的硅片上量测所关注的工艺节点下相同关键尺寸的图形曝光后的关键尺寸，得到曝光后关键尺寸数据；以及
S4：将步骤S3得到的关键尺寸数据与实际线上产品合格标准比对，确定光刻机镜头的闪烁程度对作业制品良率的影响。
2.根据权利要求1所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，掩模版包括第一种透光率部分、第二种透光率部分和第三种透光率部分，第一种透光率部分、第二种透光率部分和第三种透光率部分沿掩模版的Y轴方向依次排列。
3.根据权利要求2所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，第一种透光率部分的透光率为100％，第二种透光率部分的透光率为50％，第三种透光率部分的透光率为0％。
4.根据权利要求2所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，第一种透光率部分、第二种透光率部分和第三种透光率部分在掩模版的Y轴方向上三等分掩模版。
5.根据权利要求1所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，m行*n列的数据模块阵列中列与列之间的间距相等，行与行之间的间距相等。
6.根据权利要求1所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，m行*n列的数据模块阵列中的数据模块均匀排布的填充每一种透光率部分的整个区域。
7.根据权利要求1所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，在每一种透光率部分中设计的m行*n列的数据模块阵列相同。
8.根据权利要求1所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，在m行*n列的数据模块阵列中的每一数据模块中设计包括沿Y轴排布的多行数据模块，每行数据模块为一种关键尺寸的图形。
9.根据权利要求8所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，每一种关键尺寸的图形包括多个图形单元，多个图形单元沿掩模版的X轴方向排列，多个图形单元为不同节距的图形单元。
10.根据权利要求9所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，且一种关键尺寸的图形中的不同节距的图形沿掩模版的X轴方向排列。
11.根据权利要求9所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，一种关键尺寸的图形单元沿掩模版的X轴方向以节距由大至小的方式排列。
12.根据权利要求9所述的监控光刻机镜头闪烁程度的方法，其特征在于，每一图形单元包括线横向排布的图形和线纵向排布的图形。
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