专利名称：形成光刻胶图形的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造中形成光刻胶图形的方法，更特别地涉及能够通过根据光刻胶膜曝光时引起的反射因数的改变预先确定曝光时间来改善临界尺寸匀度的光刻胶图形形成方法。
作为预先确定形成光刻胶图形曝光时间的常规技术，在以批(包括24张晶片或48张晶片)为单位形成具有临界尺寸的图形时，一种众所周知的方法包括，以从每批中随意选择的一个晶片为基础制作如
图1(图中，横座标表示曝光时间，纵座标表示临界尺寸)所示的曝光范围曲线、利用曝光范围曲线得出曝光时间，并将曝光时间应用于这批的所有晶片。
然而，根据这种方法，由于各批间或各晶片间的涂层厚度不同，或衬底反射条件的变化，都可能造成图形不均匀。结果，会产生不均匀性问题。
因此，本发明的目的是解决现有技术中遇到的上述问题，提供一种形成光刻胶图形的方法，该方法能够根据反射因数预先确定光刻胶膜的曝光时间，从而缩小各晶片间或各批间的临界尺寸差别，由此改善临界尺寸的匀度。
根据本发明，本发明的目的是通过提供一种以预定晶片数为单位实施光刻工艺来形成光刻胶图形的方法实现的，其中，光刻胶图形的形成条件是，形成各光刻胶图形所用的曝光时间随反射因数的改变而改变。
本发明的其它目的和方案，参照附图从下面对实施例的说明，将变得更清楚。其中图1是依照现有技术用于预先确定形成图形的曝光时间的曝光范围曲线；图2是描绘临界尺寸和反射因数随光刻胶膜厚度改变而改变的关系曲线；图3A和3B分别是按照本发明用于根据光刻胶膜厚度预先确定基准反射因数和反射因数极限的曲线图；以及图4是说明本发明的曝光范围曲线图。
本发明运用的基本原理是，临界尺寸随光刻胶膜厚度的改变正比于反射因数随光刻胶膜厚度的改变，如图2曲线N和M所示(图中横座标表示光刻胶膜厚度，左侧纵座标表示临界尺寸，右侧纵座标表示反射因数)。曲线N是反映临界尺寸的改变，而曲线B则是指反射因数的改变。换句话说，本发明是一种根据上述原理、根据以一批或一个晶片为单位测得的反射因数计算出曝光时间，而将光刻胶膜按算得的曝光时间进行曝光的技术。因为反射因数包括着有关光刻膜厚度变化与衬底反射条件变化等信息，所以根据反射因数预先确定临界尺寸能获得精确的结果。
现在，将说明按照本发明预先确定反射因数与曝光时间关系的方法。
根据本方法，首先预先确定一个基准厚度T和一个厚度极限T′。如图3A所示(图中，横座标表示光刻胶膜厚度，纵座标表示反射因数)，该基准厚度T是由呈现最小反射因数的光刻胶膜厚度确定。而厚度极限T′是由位于半周期范围内的比保证工艺误差ΔT的厚度控制限还大的光刻胶膜厚度确定。虽然图3A的基准厚度T是由呈现最小反射因数的光刻胶膜厚度确定，但是，也可以由呈现最大反射因数的光刻胶膜厚度来确定，如图3B所示(图中，横座标表示光刻胶膜厚度，纵座标表示反射因数)。
接着，测出厚度分别为T与T′的两光刻胶膜的反射因数α与β。根据测得的反射因数α与β，分别制作曝光范围曲线，如图4所示(其中，横座标表示曝光时间，纵座标表示临界尺寸)。利用该曝光时间曲线，就能够确定由反射因数决定的曝光时间。举例来说，为了获得临界尺寸为B的曝光时间，在反射因数为α时是Xmsec、而在反射因数为β时则是Ymsec。图4的“UCL”和“LCL”分别表示控制上限和控制下限。
按照常规方法进行光刻胶膜曝光时，其中确定曝光时间是不考虑曝光时引起的反射因数的改变的，所以，如果反射因数改变，那么曝光后所得的临界尺寸可能会超出控制限范围。例如，如果要在反射因数为α时获得目标临界尺寸，则厚度为T的光刻胶膜曝光时间要进行Xmsec，若曝光时反射因数从α变为γ，那么，所得的临界尺寸A就超过控制上限，如图4所示。此情况下，当曝光时间改为Zmsec时，就能获得目标临界尺寸B。即使光刻胶膜厚度不变或光刻胶膜厚度的改变为一定时，由于衬底反射条件改变，也可以造成反射因数的改变。这种反射因数的改变产生的效果与光刻胶膜厚度的改变所引起的效果等同。
按照临界尺寸正比于反射因数的关系，根据反射因数的改变重新确定的曝光时间Zmsec位于图4的曝光范围曲线中的限定在基准曝光时间X和极限曝光时间Y之间的范围内。新的曝光时间是通过将基准曝光时间X和极限曝光时间Y之间的曝光时间差(Y-X)乘以基准反射因数α和测得的不同于基准反射因数α的反射因数γ之间的差(γ-α)，把所得的乘积值除以基准反射因数α与极限反射因数β间的差值(β-α)，再将曝光时间控制下限X加上所得到的商值计算得出的。这可由下面的公式表达Z＝X＋{(γ－α)·(Y－X)/(β－α)}msec在采用以一批为单位的曝光工艺的情况下，反射因数γ是根据第一晶片测定的。根据测得的反射因数，所有晶片都用相同曝光时间Z曝光。此时，各批之间的临界尺寸差都很小。因而，就不必预先确定每批的曝光条件。结果，可以实现临界尺寸的均匀调整，还可减少临界尺寸的测量间隔。而在步进装置的等待时间内进行反射因数的测量，不会因测量反射因数造成附加时间。此外，还可以减少将扫描电子显微镜用于临界尺寸测量时出现的瓶颈现象。
在将最小反射因数用作基准反射因数α的情况下，如图3A的情况，测得的反射因数γ不会小于基准反射因数α。在图3A的情况中，反射因数γ可以位于反射因数曲线上的任意位置，例如可以是γ1、γ2或γ3。即使反射因数γ位于反射因数曲线上的任意位置，也可以根据分别由基准厚度T和极限厚度T′预先确定的两点b和c之间的梯度加以补偿。换句话说，这种补偿是通过将单位反射因数改变量引起的曝光时间的改变量((Y－X)/(β－α))乘以测得的反射因数的改变量(γ－α)(γ＝γ1、γ2或γ3)来实现的。
甚至当极限曝光时间Y位于界定在图3A中的a和d两点之间的范围以外的位置时，它也当作为在该范围之内来处理。因此，这种补偿方法可以应用于反射因数曲线上的所有点。这种情况下，唯有预先确定极限厚度T′是重要的因素。由于实际补偿范围是图4中的阴影区，当极限厚度T′更接近值T＋ΔT或值T－ΔT时，就能够获得更精确的补偿。预先确定的极限厚度T′不应超出点a和d之间的范围。在所确定的极限厚度T′超出点a和d间的范围时，需计算误差梯度。
假设厚度T的基准曝光时间X和厚度T′的极限曝光时间Y分别是200msec和300msec，在α＝30％和β＝50％的条件下，根据计算(300－200)/(50－30)，可得到单位反射因数改变量1％下的曝光时间改变量为5msec。如此情况下，如果测出的反射因数是37％，在涂敷膜厚为T的条件下，新的曝光时间是通过将单位反射因数改变量下的曝光时间改变量5msec乘以曝光时间改变量7％(γ－α＝37－30＝7(％))再将乘得的值(5×7＝35(msec))加上基准曝光时间X(X＝200msec)而得出的235msec。这个结果是以临界尺寸杆为基础的。
在光刻胶膜曝光时引起了反射因数增大的情况下，临界尺寸也会增大，如图2所示。如果继续进行曝光而不改变预先确定的曝光时间，那么所获得的临界尺寸便可能超出临界尺寸的限制范围。为避免此现象，就应该适当增加曝光时间，增加的时间可按上述方法算出。
联系图3B如上所述，基准厚度T也可由呈现最大反射因数的厚度来确定。此情况下，极限曝光时间Y小于基准曝光时间X。换言之，当反射因数发生变化时，曝光时间Z应该减少，因为所测得的不同于基准反射因数α的反射因数γ小于基准反射因数α。由于值(Y－X)/(β－α)是一正值，而值(γ－α)是一负值，所以调整后的曝光时间Z短于基准曝光时间X。所以，可如同采用呈现最小反射因数的厚度作为基准厚度的情形一样，也可应用计算曝光时间Z的公式。但是，为应用此公式，只需改变图4曲线中的α和β之间的位置关系。
从上所述很清楚，本发明提供了下列的效果首先，因为由于衬底条件、洁净处理以及光刻胶膜涂敷前的预处理条件的改变而引起的反射条件的改变可以根据反射因数的改变进行补偿，从而光刻胶膜的曝光是在补偿的条件下进行的，因此能够获得均匀的临界尺寸。
其次，由于临界尺寸均匀，减少了临界尺寸的测量次数，从而能达到减少工艺步骤和改善生产率。
虽然为说明起见已经披露了本发明的最佳实施例，但本领域的技术人员应知道，各种改进、添加和替换都是可能的，而不会背离如权利要求书公开的本发明的范围和构思。
权利要求
1.一种通过以预定数量的晶片为单位实施光刻工艺形成光刻胶图形的方法，其特征在于，光刻胶图形是在形成各光刻胶图形所用的曝光时间随反射因数的改变而改变的条件下形成的。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，变化的曝光时间根据下述公式计算Z＝X＋{(γ－α)·(Y－X)/(β－α)}其中，T是基准光刻胶膜厚度，它对应于待进行光刻以形成一个相应光刻胶图形的、呈现最小或最大基准反射因数的光刻胶膜的厚度；T′比基准厚度(T)厚的极限厚度；α对应于基准厚度(T)的基准反射因数；β对应于极限厚度(T′)的极限反射因数；γ变化的反射因数；X基准反射因数(α)下的基准曝光时间；Y极限反射因数(β)下的极限曝光时间；以及Z变化的曝光时间。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，极限厚度(T′)大于将工艺误差(ΔT)加上基准厚度(T)所得出的值。
全文摘要
一种形成光刻胶图形的方法，光刻胶图形是在形成各光刻胶图形的曝光时间是在考虑了反射因数的变化而预先确定的条件下形成的。根据下列公式计算曝光时间Z＝X+{(γ-α)·(Y-X)/(β-α)}其中，T为基准厚度，T′为极限厚度，α为基准反射因数，β为极限反射因数，γ为反射因数变量，X为基准曝光时间，Y为极限曝光时间，而Z为曝光时间变量。
文档编号H01L21/027GK1115409SQ9412008
公开日1996年1月24日 申请日期1994年11月25日 优先权日1993年11月25日
发明者权五成, 李斗熙, 陆迥善, 洪兴基, 具永谟 申请人:现代电子产业株式会社