专利名称：监测曝光机台焦平面变化的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造的光刻技术领域，特别涉及一种监测曝光机台焦平面变化的方法。
背景技术：
在半导体制程技术中，光刻技术随着关键尺寸技术的提高，而变得越来越重要。曝光机台的稳定程度受到很多方面的影响，如曝光机台上的晶圆平台或者透镜的 偏移、晶圆表面的平坦化程度、激光波长的变化以及环境等方面的影响，都会导致曝光机台 的焦平面(焦距)发生变化，即曝光机台的真实焦距值与最初的设定值不同，这样会使曝光 的晶圆的尺寸和轮廓与预设值不同。为了及时对曝光机台焦平面的变化作出纠正，则需要监测曝光机台焦平面的变 化。现有技术中，在制备焦点曝光矩阵晶片(Focus Energy Matrix Wafer)之后，采 用丨I备界尺寸-扫描电子显微镜(Critical Demension-Scanning Electron Microscope, CD-SEM)，量测晶圆表面的二维关键尺寸(CD)，得到在不同的曝光能量点下，CD与焦距值之 间的变化关系曲线，即柏桑曲线(Bossung Curve)，从Bossung Curve中得到最佳聚焦值，这 个过程需要1至2小时的时间。为监测曝光机台焦平面的变化，则需要每隔一定时间，根据 上述方法获得一个最佳焦距值，如果焦平面发生变化，则每次获得的最佳焦距值与以前相 比是不同的。因此这个操作是比较复杂而且耗费时间的。如果采用Focal (Focus Calibration using Alignment)量测技术，通过获得曝光 机台的透镜、晶圆平台等各个方面的参数，来监测曝光机台焦平面的变化，虽然可以达到很 高的量测精准度，但是在该过程中，曝光机台是不能进行正常曝光工作的，需要将曝光机台 载下来，而且将曝光机台载下来的时间就需要大约40分钟，由于要占用曝光机台，所以不 能进行下一批的晶圆曝光，导致晶圆的产能降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种监测曝光机台焦平面变化的方法，该 方法能够在不占用曝光机台的情况下，快速而准确地监测曝光机台焦平面变化。为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的本发明公开了一种监测曝光机台焦平面变化的方法，包括设置侧壁角SWA与焦距 的对应关系并拟和出所述对应关系曲线，该方法还包括在曝光机台曝光过程中，监测侧壁 角，从所述拟和曲线中确定侧壁角所对应的焦距值，确定焦平面是否发生变化。所述设置侧壁角与焦距的对应关系并拟和出所述对应关系曲线的具体方法为选择不同焦距点，获得每个焦距所对应的晶圆光阻膜格栅图案的侧壁角值，得到 侧壁角与焦距的对应关系；根据侧壁角与焦距的对应关系得到所述侧壁角与焦距的拟和曲线。
所述获得每个焦距所对应的晶圆光阻膜格栅图案的侧壁角值的具体方法为利用 散射仪的光学关键尺寸量测系统，对所述晶圆光阻膜格栅图案进行光学测量，获得所述光 阻膜格栅图案的光谱；对所述光谱进行分析，得到侧壁角的值。所述曝光机台焦平面的具体变化为SWA变化0. 5度时，焦距变化20纳米。
所述获得光谱的时间为2至3分钟。所述散射仪的波长为250纳米至750纳米。所述确定焦平面是否发生变化的方法为与设定的焦距值作比较，在监测过程中检 测到SWA值所对应的焦距值偏离所述设定焦距值时，焦平面发生变化。由上述的技术方案可见，本发明通过设定不同的焦距，然后在每个焦距下测量其 所对应的光阻膜格栅图案的侧壁角，得到光阻膜格栅图案的侧壁角与焦距的对应关系，从 而得到侧壁角与焦距的拟和曲线，只需测量侧壁角(Sidewall Angel, SWA)的值，就可以确 定焦距的值，即可以确定焦距的变化，与现有技术相比，可以快速而准确地获得曝光机台焦 平面的变化情况。
图1为本发明利用散射仪的OCD量测系统，获得曝光机台焦平面的变化情况的流 程示意图。图2为本发明PMOS管的焦距与SWA的拟和曲线。图3为本发明NMOS管的焦距与SWA的拟和曲线。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本发明进一步详细说明。本发明中利用散射仪的光学关键尺寸量测系统(Optical Critical Demension, 0CD)，对晶圆光阻膜的格栅图案进行光学测量，得到光阻膜格栅图案的侧壁角与焦距的对 应关系，从而得到侧壁角与焦距的拟和曲线，接下来，只需测量SWA值的变化，即可快速而 准确地获得曝光机台焦平面的变化情况。本发明利用散射仪的OCD量测系统，获得曝光机台焦平面的变化情况的流程示意 图如图1所示，包括以下步骤步骤11，在晶圆上涂布光阻膜，利用曝光机台将掩膜版上的监测用的格栅图案，转 移到光阻膜上，再经过显影处理在光阻膜上形成格栅图案。所形成的格栅图案可以为多条 线，其各条线之间的间距不同。完成整个曝光过程的时间约为10分钟。步骤12、确定一个焦距值，使用散射仪对光阻膜的格栅图案的立体形状进行监测， 获得有关光阻膜格栅图案的光谱，然后对光谱进行分析，即将光谱结果输入至程序库，经拟 和得到光阻膜格栅图案的截面轮廓的各个参数。包括关键尺寸(CD)、高度、SWA等，其中 SffA为光阻膜的隔栅图案特定部分的内角。所述SWA与所述焦距对应。这里焦距值的确定，仍然采用制作FEM晶片之后，利用⑶-SEM量测晶圆二维⑶，得 到在不同的曝光能量点下，CD与焦距值之间的变化关系曲线，从而得到最佳聚焦值。这里 实施例中所指的焦距值可以为制作FEM晶片之后得到的最佳焦距值，也可以为其他方法所得到的焦距值。步骤13、通过选择不同焦距值，得到每个焦距所对应的SWA值。步骤14、从多个焦距与SWA的对应关系数据中，拟和出一维曲线，得到焦距变化引 起的SWA变化。步骤15、至此，在监测焦平面变化时，只需通过测SWA值，就可以看出焦距的变化， 从而对焦平面的变化做出纠正。如果一开始设定一个曝光过程最理想的焦距值，在检测到 SWA值所对应的焦距值与设定焦距值发生偏离时，则焦平面发生变化。其中，焦距与其对应 SWA值的设定是本发明的关键之处，这样就不需要每次检测曝光机台焦平面是否发生变化， 都去获得焦距值，而只需要通过散射仪测定SWA的值，来确定焦距值是否变化，就可以实时 监测焦平面是否变化，这个操作是比较方便而且容易实现的。焦距与SWA的拟和曲线如图2和图3所示。图2为量测PMOS管的焦距与SWA的 拟和曲线；图3为量测NMOS管的焦距与SWA的拟和曲线。图2和图3中的R2各为0. 9825、 0. 9621，在统计学上，大于0. 95的统计都是有效的，即拟和曲线都是有意义的。从图2和图 3的焦距与SWA的关系曲线中可以看出，SffA每变化1度，焦距变化40nm。而且，一般在SWA 变化0. 5度的时候，就可以发现变化，与之相对应，焦距变化20纳米。在具体应用的过程 中，由于格栅的尺寸、周期、所用光阻膜的种类和厚度以及散射仪的光源波长是固定的，这 样拟合出来的公式是唯一的，本实施例中PMOS管的拟和曲线公式为Y = -22. 455X+87. 883 ； NMOS管的拟和曲线公式为Y = -21. 408X+87. 689，其中，X轴上为焦距值，Y轴上为SWA的角 度值。监测一片晶圆获得光谱的时间为2至3分钟，曝光晶圆的时间为10分钟。本实施 例中，使用的是SCD100散射仪，监测方式是光谱椭偏(Spectroscopic El Iipsometry，SE)， 监测波长为250纳米至750纳米，光学测量时光以斜向入射。但本发明并不限定于所述示 例，当然也可以采用其他仪器或者其他方式进行监测，例如反射光谱薄膜测量仪等装置，入 射方式还可以是垂直入射。这些技术或装置通过向被测定体(主要是薄膜体)，本实施例中 是光阻膜格栅图案，照射具有多种波长或带宽的光，对来自被测定体的反射或者衍射光进 行包括偏光状态在内的分析，来无损获得被测定体的几何参数或其相关参数。为了验证使用散射仪进行光学测量的SWA的准确性，本实施例中，采用散射仪直 接对晶圆切片进行监测，这样可以对晶圆切片的切面直接进行测试，获得SWA的值，该值与 采用散射仪进行光学测量，从光谱中拟和得出的SWA值的吻合度很高。
相对于Focal技术，可以在不占用曝光台的情况下，对曝光台进行监测，而且相对 于Focal技术的40分钟的监测时间来说，本发明大大减少了监测时间。同时，相对于原来 的通过获取最佳焦距值进行监测的技术，由于原来要获得最佳焦距值就需要大约1小时的 时间，而且因为工作量比较大，所以不可能时刻监测焦距值的变化，因此本发明不但减少了 监测时间，而且，在SWA变化0. 5度的时候就可以观察到焦距变化20纳米，因此精准度也大 大提高。本领域的技术人员应该理解，本发明中所采用的散射仪及其具体参数，并不限于 上述实施例中所示的具体数值，焦距与SWA的拟和曲线，也不限于上述实施例中的具体情 形，根据不同的工艺条件曲线会发生微小变化，本领域技术人员显然可以在不脱离本发明 的精神或范围内进行适当的修改和变化。
权利要求
一种监测曝光机台焦平面变化的方法，包括设置侧壁角SWA与焦距的对应关系并拟和出所述对应关系曲线，该方法还包括在曝光机台曝光过程中，监测侧壁角，从所述拟和曲线中确定侧壁角所对应的焦距值，确定焦平面是否发生变化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置侧壁角与焦距的对应关系并拟和 出所述对应关系曲线的具体方法为选择不同焦距点，获得每个焦距所对应的晶圆光阻膜格栅图案的侧壁角值，得到侧壁 角与焦距的对应关系；根据侧壁角与焦距的对应关系得到所述侧壁角与焦距的拟和曲线。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获得每个焦距所对应的晶圆光阻膜格 栅图案的侧壁角值的具体方法为利用散射仪的光学关键尺寸量测系统，对所述晶圆光阻 膜格栅图案进行光学测量，获得所述光阻膜格栅图案的光谱；对所述光谱进行分析，得到侧 壁角的值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述曝光机台焦平面的具体变化为SWA变 化0.5度时，焦距变化20纳米。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获得光谱的时间为2至3分钟。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述散射仪的波长为250纳米至750纳米。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定焦平面是否发生变化的方法为与 设定的焦距值作比较，在监测过程中检测到SWA值所对应的焦距值偏离所述设定焦距值 时，焦平面发生变化。
全文摘要
本发明公开了一种监测曝光机台焦平面变化的方法，关键在于，设置侧壁角SWA与焦距的对应关系并拟和出所述对应关系曲线，该方法还包括在曝光机台曝光过程中，监测侧壁角，从所述拟和曲线中确定侧壁角所对应的焦距值，确定焦平面是否发生变化。采用该方法能够快速而准确地获得曝光机台焦平面的变化情况。
文档编号G03F7/20GK101866111SQ20091008235
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者覃柳莎 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司