[發明專利]光刻設備焦距監測方法

有效

• 申請號: 200810113998.0
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN101592870A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 楊金坡
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 李 麗

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種光刻工藝中光刻設 備焦距的監測方法。

背景技術

半導體集成電路制造工藝中，通過光刻工藝的曝光設備(Exposure Equipment)將掩模板上的版圖圖案轉移到半導體襯底的光刻膠層中，形 成光刻膠圖案；然后，以該光刻膠圖案作為掩模層，對半導體襯底執行 后續的刻蝕或離子注入工藝。

在光刻工藝中，光刻膠圖案的線寬以及側壁輪廓會受到曝光設備聚 焦狀況的影響。而光刻膠圖案的線寬以及輪廓會直接影響后續的刻蝕或 離子注入工藝，因而，曝光設備聚焦狀況的監測(稱為焦距監測，Focus Monitor)顯得尤為重要。

曝光設備在工作時，曝光光源發出的光經過準直后投射于具有半導 體集成電路器件某一層版圖圖案的掩模板上，穿過該掩模板的光攜帶有 版圖圖案的信息，經過成像系統，投射在半導體襯底的光刻膠層上，使 光刻膠層感光。

在公開號為CN?1459670A的中國專利申請文件中，公開了一種焦距監 測方法。圖1至圖3為與所述的申請文件的監測方法相關的示意圖。所述 的申請文件公開的方法步驟如下：

首先，在掩模板20上制造如圖1或2所示的測試圖案20a或20b，其中， 所述的測試圖案20a為大體縱向平行排列的復數個線條，所述的線條具有 相同的線寬(Line?width)以及線距(space)。

接著，提供一基底，在所述基底上旋涂一光刻膠層。

然后，在不同的焦距條件下，將掩模板20上的測試圖案20a或20b通 過曝光工藝和顯影工藝轉移到基底的光刻膠層302沿表面方向的不同區 域。如圖3所示，通過所述的曝光和顯影工藝，以fr1、fr2、fr3......fr9的 焦距分別在基底的光刻膠層302的A1至A9區域形成測試圖案。所述的焦 距fr1、fr2、fr3......fr9可以是一等差數列。由于不同區域的測試圖案是在 不同的焦距條件下形成，因而每一區域的測試圖案可能因為焦距變化而 導致線寬或輪廓變化。

再接著，通過測量設備(一般為掃描電子顯微鏡SEM)分別測量A1 至A9區域的測試圖案的線寬，根據該測試圖形的線寬能夠接收的范圍確 定其相應的焦距可接收的范圍。例如，在焦距fr3至fr7時，測試圖形的線 寬變化較小，在可接收范圍之內，則焦距的可接收范圍是fr3至fr7，進一 步的，將曝光設備的焦距設定值為fr3和fr7之和的一半。

然而，所述的測試曝光設備焦距的方法精度一般在0.05至1微米左右， 比較粗糙，隨著半導體制造工藝向小線寬方向的不斷發展，迫切需要對 現有的工藝監測方法進行改進，提高監測的精度。

發明內容

本發明提供一種光刻設備焦距的監測方法，以解決現有監測方法精 度較低的問題。

本發明提供的一種曝光設備焦距的監測方法，包括：

提供具有測試圖形的掩模板和具有光刻膠層的襯底；

通過所述的曝光設備、利用所述掩模板對所述光刻膠層執行曝光工 藝，在所述光刻膠層中形成測試圖案；

測量所述光刻膠層中的測試圖案的光譜圖；

根據曝光設備的不同焦距與利用該不同焦距曝光而形成的測試圖 案的光譜圖之間的映射關系，獲得所述光刻膠層中的測試圖案的光譜圖 相應的曝光焦距。

可選的，建立所述的映射關系的步驟如下：

提供掩模板，在所述掩模板上具有測試圖形；

提供至少一半導體襯底，在所述半導體襯底上形成光刻膠層；

對于所述的測試圖形，利用所述曝光設備的不同焦距，在所述光刻 膠層中形成不同的測試圖案；

測量每一測試圖案的光譜圖；

建立每一光譜圖與其對應的測試圖案的焦距之間的映射關系。

可選的，進一步包括：根據所述的映射關系形成映射關系數據庫。

可選的，所述測試圖案形成于不同半導體襯底的光刻膠層中或同一 半導體襯底的光刻膠層沿表面方向的不同區域。

可選的，進一步包括：建立每一測試圖案的側壁輪廓剖面圖與該測 試圖案的光譜圖之間的映射關系數據庫。

可選的，進一步包括：將測量獲得的光譜圖輸入測試圖案的側壁輪 廓剖面圖與其光譜圖之間的映射關系數據庫，獲得該測試圖案的側壁輪 廓。