专利名称：一种监测曝光机台的曝光能量的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制程，尤其涉及一种监测曝光机台的曝光能量的方法和系统。
背景技术：
在半导体制造技术中，晶圆的关键尺寸(Critical Dimension)越来越小，例如，线 宽尺寸由45纳米变为32纳米。而维持关键尺寸的均勻性则显得非常重要。某些类型的图 案需要不同等级的关键尺寸的均勻性。例如，以45纳米制程来说，使用在微处理器电路的 独立线需要在1. 3纳米的线宽的3个标准差(sigma)之间；使用在记忆体阵列的密集线需 要在3. 4纳米的线宽的3个标准差之间。有多种因素可能影响到上述的关键尺寸。这些因素可能来自光学、化学或机 械方面的因素。针对不同的因素，现有技术中提出了不同的解决方案。例如，涂覆有化 学增幅光刻胶的晶圆的存放时间对最终形成的关键尺寸有影响。针对该问题，中国第 200710171612. 7号专利申请公开了一种关键尺寸的控制方法。其通过产生关键尺寸和存放 时间的对应关系曲线来获得晶圆的安全存放时间。以此来对关键尺寸进行控制。另外，光刻过程对关键尺寸的影响也非常大。图1示出了通常的光刻过程的流程 图。光刻通常包括8个步骤步骤110为气相成底膜，即对晶圆进行清洗、脱水和晶圆表面 成底膜处理，以增强晶圆和光刻胶之间的粘附性；步骤120为涂覆光刻胶，即在晶圆上涂覆 光刻胶材料；步骤130为软烘，即在光刻胶涂到晶圆表面后用于去除光刻胶中的溶剂；步骤 140为对准和曝光，用以将掩膜板图形转移到涂胶的晶圆上；步骤150为曝光后烘焙(PEB)， 即在100度到110度的热板上进行曝光后的烘焙；步骤160为显影，即用化学显影剂将光刻 胶的可溶解区域溶解，而将图形留在晶圆表面；步骤170为坚膜烘焙，即显影后的热烘；步 骤180为显影检查。上述光刻工艺过程中的每个步骤都可能对最终形成的关键尺寸产生影响。其中在 曝光过程中，曝光机台的曝光能量和聚焦是影响关键尺寸的两个重要因素。现有技术针对 曝光能量和聚焦两个因素做了诸多改进。比如针对曝光能量来说，虽然可以在曝光机台上 设置需要的曝光能量，但是曝光机台产生的曝光能量会产生“漂移”，即实际产生的曝光能 量会和设置的曝光能量有所差别，该漂移会造成关键尺寸的变化。因此，需要对曝光机台实 际产生的曝光能量进行监测。在现有技术中通常采用安装在曝光机台上的曝光能量监测模 块来对曝光能量进行监测。该监测模块监测曝光机台发出的曝光能量，通过监测模块监测 出的曝光能量来判断曝光机台产生的曝光能量是否产生漂移。但是，安装该监测模块是需要花费额外的成本的。并且当该监测模块本身产生问 题时，监测到的曝光能量就更加不能反映实际产生的曝光能量。因此需要一种更加经济的、 简单的对曝光机台的曝光能量进行监测的方法和系统。
发明内容
本发明首先公开了一种监测曝光机台的曝光能量的方法，该方法包括以下步骤确定在一定条件下曝光后模板晶圆上的光刻胶厚度与曝光能量之间的关系；测量曝光后待 测晶圆上的光刻胶厚度；根据该关系，获得与测量的光刻胶厚度对应的曝光能量；将获得 的曝光能量与设置的曝光能量比较以对曝光机台的曝光能量进行监测。进一步地，该一定条件包括相同的涂胶机参数、相同的光刻胶类型和相同的曝光 机台参数。进一步地，上述关系为线性关系。更进一步地，该线性关系为y =-31. 547x+2005. 2，其中y代表光刻胶厚度，χ代表曝光能量。进一步，上述关系在所述曝光机台的曝光能量大于或等于2. 6毫焦且小于或等于 6. 4毫焦时确定。较佳的，测量曝光后待测晶圆上的光刻胶厚度的步骤在曝光后烘焙之后显影之前。进一步的，上述方法进一步包括判断获得的曝光能量与设置的曝光能量的差值 是否超过阈值；当差值超过阈值时，发出警告。较佳地，该阈值设置为设置的曝光能量的
3 % ο本发明还公开了一种监测曝光机台的曝光能量的系统，包括厚度测量单元，其配 置为在曝光后测量待测晶圆上的光刻胶厚度；存储单元，其配置为保存测量的光刻胶厚度 以及曝光后模板晶圆上的光刻胶厚度和曝光能量之间关系；处理单元，其配置为获取测量 的光刻胶厚度，并根据该关系获得与该测量的光刻胶厚度对应的曝光能量，并将该获得的 曝光能量与设置的曝光能量比较以对曝光机台的曝光能量进行监测。进一步地，上述处理单元进一步配置为判断获得的曝光能量与设置的曝光能量的 差值是否超过阈值，并当差值超过阈值时，发出警告。较佳地，该阈值设置为设置的曝光能 量的3%。进一步地，厚度测量单元配置为在曝光后烘焙之后显影之前对待测晶圆上的光刻 胶厚度进行监测。通过上述的监测曝光机台的曝光能量的方法和系统，达到了更加经济、简单的对 曝光机台的曝光能量进行检测的目的。在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中进 一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的 关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，图1是现有技术中光刻过程的流程图；图2是根据本发明一个实施例的监测曝光能量的方法的流程图；图3A-3C是在不同焦点下晶圆上的光刻胶厚度与曝光能量的关系图线；图4是根据本发明一个实施例的监测曝光能量的系统的框图。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。参考图2，示出了根据本发明一个实施例的监测曝光机台的曝光能量的方法200 的流程图。方法200开始于步骤210，其中确定曝光后晶圆上的光刻胶厚度和曝光能量之间 的关系。需要说明的是，此处的光刻胶厚度指的是光刻胶的光学厚度。本发明的实施例是利 用光刻胶的光学厚度和曝光能量之间的关系来实施的，而不是依据光刻胶的物理厚度和曝 光能量之间的关系。这是因为光刻胶曝光后，其光学特性受到曝光能量的影响而改变，因此 光刻胶的光学厚度和曝光能量之间有一定的关系。另外，除非有特别说明，本文中所述的光 刻胶厚度指的是光刻胶的光学厚度。而且，为了获得更加准确的曲线，该光刻胶厚度指的是 晶圆上光刻胶的平均厚度，或者是晶圆上某一区域内光刻胶的平均厚度。也就是说，可以在 晶圆表面上或者晶圆的某一区域上取若干个光刻胶厚度监测点，通过测量这些不同点的光 刻胶厚度来计算晶圆的或者晶圆的某一区域的光刻胶的平均厚度。厚度监测点的选取可以 根据需要设置。并且数量的选择也可以根据需要选择。这些都不构成对本发明的限制。进 一步的，对光刻胶厚度的测量可以在曝光步骤后的任何时刻测量。但是为了避免引入其他 影响光刻胶厚度或曝光能量的因素，较佳地，对晶圆上光刻胶厚度的测量发生在曝光之后 显影之前。更进一步地，对光刻胶厚度的测量可以在曝光后烘焙之后显影之前，也即上面提 到的步骤150和步骤160之间。另外，需要说明的是，此处的晶圆指的是用于确定所述关系 的晶圆，可以称为模板晶圆，其不同于下述的在实际中使用的待测晶圆。但可以理解的是， 模板晶圆和待测晶圆是相同的类型。以下对如何确定曝光后晶圆上的光刻胶厚度和曝光能 量之间的关系作详细描述。图3A-3C是不同焦点时的晶圆上的光刻胶厚度与曝光能量的关系图线。其中横坐 标χ代表曝光能量，其单位是毫焦(mj)，纵坐标y代表光刻胶厚度，其单位是埃(A )。为 了清楚地表示，图中仅仅示出了坐标系的一部分，可以理解的是，这种表示并不影响本发明 的阐述。需要说明的，由于有一些影响光刻胶厚度和曝光能量之间关系的因素，因此确定光 刻胶厚度与曝光能量之间的关系的步骤需要在一定条件下进行。该处指的一定条件指的是 以下几种参数一定的情况，在本实施例中这些参数可以包括涂胶机的参数、光刻胶的类型 和曝光机台参数。对于一定的光刻胶类型来说，在一定的涂胶机的参数的情况下，在晶圆上 得到的光刻胶的物理厚度是一定的。而具有该物理厚度的光刻胶在经过曝光机台参数相同 的曝光机台后，最终得到的晶圆上光刻胶的光学厚度与曝光能量有关。因此，在这几个条件 一定的情况下，得出的晶圆上光刻胶厚度和曝光能量之间的关系就是一定的。图3A-3C是基于表1中测得的数据得出的。表1是在焦点分别为零、0. 03和-0. 03 时光刻胶厚度与曝光能量的对应表。本领域的技术人员可以理解的是，上述的焦点零是在 曝光机台上设置的一个参考位置，当高于该位置时，焦点为正。当低于该位置时，焦点为负。 另外表1的数据是在下述条件下得到的相同的涂胶显影机(track)参数以及相同的曝光 机台参数和相同的X-125型光刻胶。在该例子中，在涂胶后，在晶圆上涂覆的光刻胶的物理 厚度大概为195纳米。
权利要求
1.一种监测曝光机台的曝光能量的方法，包括以下步骤确定在一定条件下曝光后模板晶圆上的光刻胶厚度与曝光能量之间的关系；测量曝光后待测晶圆上的光刻胶厚度；根据所述关系，获得与所述测量的光刻胶厚度对应的曝光能量；将所述获得的曝光能量与设置的曝光能量比较以对所述曝光机台的曝光能量进行监测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一定条件包括相同的涂胶机参数、相 同的光刻胶类型和相同的曝光机台参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关系为线性关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述线性关系为y=-31. M7X+2005. 2， 其中y代表光刻胶厚度，χ代表曝光能量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关系在所述曝光机台的曝光能量大 于或等于2. 6毫焦且小于或等于6. 4毫焦时确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量曝光后所述待测晶圆上的光刻 胶厚度的步骤在曝光后烘焙之后显影之前。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括判断所述获得的曝光能量与所述设置的曝光能量的差值是否超过阈值； 当所述差值超过所述阈值时，发出警告。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述阈值设置为所述设置的曝光能量的3 % ο
9.一种监测曝光机台的曝光能量的系统，包括厚度测量单元，其配置为在曝光后测量待测晶圆上的光刻胶厚度； 存储单元，其配置为保存所述测量的光刻胶厚度以及曝光后模板晶圆上的光刻胶厚度 和曝光能量之间的关系；处理单元，其配置为获取所述测量的光刻胶厚度，并根据所述关系获得与所述测量的 光刻胶厚度对应的曝光能量，并将所述获得的曝光能量与设置的曝光能量比较以对曝光机 台的曝光能量进行监测。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述处理单元进一步配置为判断所述 获得的曝光能量与所述设置的曝光能量的差值是否超过阈值，并当所述差值超过所述阈值 时，发出警告。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述处理单元进一步配置为判断所述获 得的曝光能量与所述设置的曝光能量的差值是否超过所述设置的曝光能量的3%，并当所 述差值超过所述设置的曝光能量的2% -3%时，发出警告。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述厚度测量单元配置为在曝光后烘焙 之后显影之前对所述待测晶圆上的光刻胶厚度进行测量。
全文摘要
一种监测曝光机台的曝光能量的方法和系统，该方法包括以下步骤确定在一定条件下曝光后模板晶圆上的光刻胶厚度与曝光能量之间的关系；测量曝光后待测晶圆上的光刻胶厚度；根据该关系，获得与测量的光刻胶厚度对应的曝光能量；将获得的曝光能量与设置的曝光能量比较以对曝光机台的曝光能量进行监测。本发明还公开了一种监测曝光能量的系统。通过本发明的监测曝光能量的方法和系统，达到更加经济的、简单的对曝光机台的曝光能量进行监测的目的。
文档编号G03F7/20GK102129177SQ20101002313
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者安辉, 王辉 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司