专利名称：一种光刻机焦距监控方法
一种光刻机焦距监控方法
技术领域：
本发明涉及半导体工艺，尤其涉及一种光刻机焦距监控方法。背景技术：
光刻机的最佳焦距是光刻工艺中的一项重要控制参数，光刻机焦距的细小漂移必须用光刻图形尺寸的变化及时反应出来，以便进行监控。具体是将测试图形使用不同焦距转移到圆片(Wafer)上，形成标记图形并进行测量。传统技术中的一种方法是在掩膜版上形成菱形测试图形，使用不同焦距曝光并显影后得到一组菱形标记图形，当曝光焦距为最佳焦距时，图形保真性最好，图形尺寸最大， 菱形长对角线的长度最长；而偏移最佳焦距时对角线长度会缩短。因此通过测量各个菱形标记图形的对角线长度并比较就能得出光刻机的最佳焦距。然而实际工作中由于光学临近效应的影响，如图1所示，在圆片上曝光并显影后的菱形标记图形锐角处会变圆，因此对角线的长度不会随焦距的细微改变而明显变动，导致测试结果不能准确反映焦距的微小变化。
发明内容基于此，有必要提供一种(用于光刻机焦距监控的)标记图形不会因光学临近效应影响而导致锐角处变形，可以对光刻机最佳焦距进行准确监控的光刻机焦距监控方法。一种光刻机焦距监控方法，包括以下步骤步骤A，在掩膜版上形成测试图形；步骤B，对所述测试图形在涂有光刻胶的圆片上进行首次曝光和再次曝光，并控制曝光能量， 仅使圆片上首次曝光和再次曝光的感光区域的重合部分达到光刻胶的反应阈值；步骤C， 对曝光后的圆片显影，所述感光区域的重合部分在显影后形成标记图形，所述标记图形是带有至少两个楔形尖端的图形；步骤D，统计所述标记图形的参数以确定光刻机的最佳焦距。优选的，所述步骤B中，首次曝光使用的曝光能量小于所述光刻胶的反应阈值，首次曝光后会在圆片的光刻胶上形成与所述测试图形形状相仿的第一感光区域；所述再次曝光使用的曝光能量小于所述光刻胶的反应阈值，且两次曝光使用的曝光能量之和大于所述光刻胶的反应阈值；再次曝光后会在圆片的光刻胶上形成与所述测试图形形状相仿的第二感光区域，再次曝光时令所述第一感光区域和第二感光区域有部分重合。优选的，所述测试图形的数量大于或等于2。优选的，所述测试图形的数量是两个，两个测试图形的形状相同，但两个测试图形的其中一个相对另一个有一偏转角，所述偏转角为10度到40度。优选的，所述步骤B具体是先对所述两个测试图形中的一个进行首次曝光，对另一个测试图形进行再次曝光，使两次曝光形成的感光区域有部分重合。优选的，所述步骤B具体是先对所述两个测试图形进行首次曝光，形成所述第一感光区域，所述第一感光区域包括所述两个测试图形中的第一测试图形形成的A区域以及第二测试图形形成的B区域；所述步骤C是移动圆片后对所述两个测试图形进行再次曝光， 形成所述第二感光区域，所述第二感光区域包括所述第一测试图形形成的C区域以及第二测试图形形成的D区域，所述A区域和D区域有部分重合或者所述B区域和C区域有部分重合。优选的，所述测试图形包括用于χ轴方向焦距监控的以及用于y轴方向焦距监控的测试图形，所述用于y轴方向焦距监控的测试图形垂直于所述用于χ轴方向焦距监控的测试图形。优选的，所述光刻胶是正性光刻胶或负性光刻胶。优选的，所述测试图形为矩形，所述标记图形为菱形。优选的，所述方法还包括使光刻机采用递进的焦距重复执行步骤B，最后经步骤C 和步骤D，得到递进的焦距下相应的多个标记图形及其参数以确定光刻机的最佳焦距。上述光刻机焦距监控方法形成的标记图形可以避免光学临近效应的影响，因此标记图形的楔形尖端尖锐，在使用不同焦距对该标记图形进行曝光后生成的图形的楔形尖端两端点之间的距离随焦距变化明显，因此可以准确反映光刻机焦距的变化，可以对光刻机最佳焦距进行准确监控。
图1为使用传统技术得到的菱形标记图形；图2为本发明光刻机焦距监控方法流程图；图3为使用本发明光刻机焦距监控方法得到的菱形标记图形；图4为标记图形菱形长对角线尺寸与光刻机焦距的关系图；图5为一个实施例中光刻机焦距监控方法的曝光示意图；图6为另一个实施例中光刻机焦距监控方法的曝光示意图。
具体实施方式
图2为本发明一实施方式的光刻机焦距监控方法流程图，包括如下步骤S110，在掩膜版上形成测试图形。通过制版工艺在掩膜版上形成测试图形，在本实施例中，测试图形包括两条平行长边，两条平行长边的长度均大于长边间的距离。具有这种特征的图形包括普通的平行四边形、矩形、菱形等图形。S120，对测试图形在涂有光刻胶的圆片上进行首次曝光。测试图形每次曝光后会在圆片的光刻胶上形成与测试图形形状相仿的感光区域 (理想状况是形状相同，但由于误差的存在可能不会完全相同，另外其大小受光刻机投影倍率的影响可能与测试图形不同)，首次曝光后形成第一感光区域。S130，对所述测试图形在所述圆片上进行再次曝光。再次曝光后会形成第二感光区域。第一感光区域和第二感光区域有部分重合，第一感光区域的两条平行长边均与第二感光区域的两条平行长边相交；两次曝光的曝光能量均小于光刻胶的反应阈值，两次曝光的曝光能量之和大于所述光刻胶的反应阈值，即是说要控制曝光能量，仅使圆片上首次曝光和再次曝光的感光区域的重合部分达到光刻胶的反应阈值。
光刻胶的反应阈值是指光刻曝光时，曝光能量必须大于反应阈值，感光区域光刻胶才会发生反应，从而在后续的显影步骤中与未感光区域产生不同的结果；若曝光能量小于反应阈值，则光刻胶不会发生反应。若对同一区域进行多次曝光，则只要多次曝光的累积曝光能量大于反应阈值，光刻胶也会发生反应。S140，对曝光后的圆片显影。两个感光区域的重合部分在显影后形成标记图形，该标记图形是带有至少两个楔形尖端的图形，在优选的实施例中为菱形。除上述的具有两条平行长边的测试图形外，测试图形也可以选择采用与自身部分重合后能形成菱形的任何形状图形，包括三角形等。S150，统计标记图形的参数以确定光刻机的最佳焦距。为了实现对光刻机焦距的监控，找出最佳焦距，需要使用逐渐递进的焦距依次循环执行上述S120和S130的曝光步骤(也就是说SllO仅需在最开始执行一次，S140和S150 仅需在最后执行一次)，得到不同焦距下的标记图形，如图3所示。即使用焦距ai先后执行Sl 10、S120以及S130，然后使用焦距 先后执行S120、S130，接着使用焦距 先后执行 S120、S130,......，最后使用焦距ak先后执行S120、S130、S140以及S150。在本实施例中，S150具体的步骤是将光刻机焦距(ai、a2........ak)和使用该焦
距曝光得到的标记图形的菱形长对角线的长度作图，并将各个点用平滑曲线相连(可以用数学拟合)，可得一曲线，曲线的对角线长度最大处对应的焦距即为最佳焦距，如图4所示。 实际中该步骤可通过计算机程序完成。本发明是通过控制曝光能量，仅使两个感光区域的重合部分达到曝光阈值，从而在显影后只有重合部分显影。为了使形成的标记图形的形状是适合进行测量从而监控焦距的图形，本发明巧妙的设计了测试图形的形状，并使第二次曝光形成的感光区域是在第一次曝光形成的感光区域基础上偏转一个角度，从而使两次曝光的重合部分形成一个菱形。 有多种方案可以实现第二次曝光时图形的偏转，例如对掩膜版偏转一个角度，对圆片偏转一个角度，但这在实际生产中并不那么容易实现，因此可以通过在掩膜版上形成多个形状相同，但相互之间有一个偏转角的测试图形，然后先后对这些图形中的两个进行曝光，并通过两次曝光之间圆片的平移实现两次感光区域的部分重合；或者对这些图形中的两个同时进行曝光，然后移动圆片后再次曝光，使后曝光的一图形与先曝光的另一图形重合，在一个实施例中可以为使两次感光区域的几何中心重合。下面再通过一个实施例来对该优选的技术方案进行描述，该实施例是上述图2所示方法的一个更具体的实施例。其中SllO步骤中是在掩膜版上形成两个测试图形。两个测试图形的形状相同，但其中一个相对另一个有一偏转角，偏转角大于或等于10度，小于或等于40度。测试图形可以是梯形、菱形、矩形等图形，甚至是不规则图形，只要保证有一对长度大于间距的平行长边即可；在优选的实施例中采用矩形。另外，在其他实施例中可以是形成多个偏转角各不相同的测试图形，根据需要选用其中任意两个进行曝光操作。其中S120、S130步骤中是对两个测试图形在涂有光刻胶的圆片上先后进行曝光。 具体如图5所示，是对两个测试图形中的第一测试图形10曝光，形成第一感光区域11 ；再移动圆片，然后对第二测试图形20曝光，形成第二感光区域21并与第一感光区域11有部分重合，重合部分30为菱形，在S140步骤中显影后得到的标记图形就是该菱形。
图6是另一个实施例中光刻机焦距监控方法的曝光示意图。曝光流程如下S120， 对第一测试图形40和第二测试图形50进行首次曝光，形成第一感光区域，该第一感光区域包括A区域41和B区域51。S130，移动圆片后对第一测试图形40和第二测试图形50进行再次曝光，形成第二感光区域，该第二感光区域包括C区域42和D区域52，D区域52和 A区域41有部分重合，重合部分60为菱形。在其他实施例中也可以反方向移动圆片，此时则是B区域51和C区域42有部分重合。上述过程使用的光刻胶是正性光刻胶或负性光刻胶。若使用正性光刻胶，则感光区域的重合部分会被显影液溶解，标记图形是下凹的图形；若使用负性光刻胶，则重合部分以外的区域会被显影液溶解，标记图形是上凸的图形。 由于既要监控光刻机χ轴方向的焦距，又要监控光刻机y轴方向的焦距，因此在其他实施例中可以在掩膜版上形成包括用于X轴方向焦距监控的以及用于y轴方向焦距监控的测试图形，用于y轴方向焦距监控的测试图形垂直于用于χ轴方向焦距监控的测试图形。上述光刻机焦距监控方法形成的菱形标记图形可以避免光学临近效应的影响，因此菱形的锐角尖锐，长对角线长度随焦距变化明显，可以准确反映光刻机焦距的变化，可以对光刻机最佳焦距进行准确监控。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种光刻机焦距监控方法，包括以下步骤步骤A，在掩膜版上形成测试图形；步骤B，对所述测试图形在涂有光刻胶的圆片上进行首次曝光和再次曝光，并控制曝光能量，仅使圆片上首次曝光和再次曝光的感光区域的重合部分达到光刻胶的反应阈值；步骤C，对曝光后的圆片显影，所述感光区域的重合部分在显影后形成标记图形，所述标记图形是带有至少两个楔形尖端的图形；步骤D，统计所述标记图形的参数以确定光刻机的最佳焦距。
2.根据权利要求1所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述步骤B中，首次曝光使用的曝光能量小于所述光刻胶的反应阈值，首次曝光后会在圆片的光刻胶上形成与所述测试图形形状相仿的第一感光区域；所述再次曝光使用的曝光能量小于所述光刻胶的反应阈值，且两次曝光使用的曝光能量之和大于所述光刻胶的反应阈值；再次曝光后会在圆片的光刻胶上形成与所述测试图形形状相仿的第二感光区域，再次曝光时令所述第一感光区域和第二感光区域有部分重合。
3.根据权利要求1所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述测试图形的数量大于或等于2。
4.根据权利要求3所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述测试图形的数量是两个，两个测试图形的形状相同，但两个测试图形的其中一个相对另一个有一偏转角，所述偏转角为10度到40度。
5.根据权利要求4所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述步骤B具体是先对所述两个测试图形中的一个进行首次曝光，对另一个测试图形进行再次曝光，使两次曝光形成的感光区域有部分重合。
6.根据权利要求4所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述步骤B具体是先对所述两个测试图形进行首次曝光，形成所述第一感光区域，所述第一感光区域包括所述两个测试图形中的第一测试图形形成的A区域以及第二测试图形形成的B区域；所述步骤C 是移动圆片后对所述两个测试图形进行再次曝光，形成所述第二感光区域，所述第二感光区域包括所述第一测试图形形成的C区域以及第二测试图形形成的D区域，所述A区域和 D区域有部分重合或者所述B区域和C区域有部分重合。
7.根据权利要求3所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述测试图形包括用于χ 轴方向焦距监控的以及用于y轴方向焦距监控的测试图形，所述用于y轴方向焦距监控的测试图形垂直于所述用于χ轴方向焦距监控的测试图形。
8.根据权利要求1所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述光刻胶是正性光刻胶或负性光刻胶。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述测试图形为矩形，所述标记图形为菱形。
10.根据权利要求9所述的光刻机焦距监控方法，其特征在于，所述方法还包括使光刻机采用递进的焦距重复执行步骤B，最后经步骤C和步骤D，得到递进的焦距下相应的多个标记图形及其参数以确定光刻机的最佳焦距。
全文摘要
本发明涉及一种光刻机焦距监控方法，包括以下步骤步骤A，在掩膜版上形成测试图形；步骤B，对所述测试图形在涂有光刻胶的圆片上进行首次曝光和再次曝光，并控制曝光能量，仅使圆片上首次曝光和再次曝光的感光区域的重合部分达到光刻胶的反应阈值；步骤C，对曝光后的圆片显影，所述感光区域的重合部分在显影后形成标记图形，所述标记图形是带有至少两个楔形尖端的图形；步骤D，统计所述标记图形的参数以确定光刻机的最佳焦距。本发明形成的菱形标记图形可以避免光学临近效应的影响，因此菱形的锐角尖锐，长对角线长度随焦距变化明显，可以准确反映光刻机焦距的变化，对光刻机最佳焦距进行准确监控。
文档编号G03F7/20GK102402123SQ20101028026
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者黄玮 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司