聚焦评估的方法
技术领域
本发明涉及半导体光刻工艺,尤其涉及在光刻工艺中对曝光机台的聚焦评估的方法。
背景技术
在半导体器件集成化的要求越来越高的情况下,整个半导体器件大小的设计也被迫往尺寸不停缩小的方向前进。而半导体工艺中的微影技术更是大大影响元件尺寸的精密度。因为无论是蚀刻、掺杂工艺都需通过微影工艺来达成,而在整个半导体工业的器件集成度,是否能继续的往0.15微米以下更小的线宽推进,也决定于微影工艺技术的发展。
在半导体集成电路的制造过程中,微影成像工艺无疑地居于极重要的地位,人们借助此制作工艺可将设计的图案精确地定义在光刻胶层上,然后利用蚀刻程序将光阻层的图案转移到半导体晶圆上面制得所需的线路构造。一般而言,微影成像工艺主要包括涂底、光刻胶涂布、曝光及显影等多个步骤。其中,在曝光工艺中,由于半导体器件的临界尺寸越来越小,器件之间的距离也日益缩短,而对曝光机台的要求也越来越高,曝光机台的聚焦能力的好坏直接影响半导体器件的质量。
现有光刻工艺中形成光刻胶图案的方法请参考专利号为01140031的中国专利中公开的技术方案。如图1A所示,首先提供晶圆200,在晶圆200上形成有半导体器件结构(未标出);在晶圆200上形成待蚀刻层202,此待蚀刻层202例如金属层、多晶硅层、氮化硅层或氧化硅层;在待蚀刻层202上形成光刻胶层204。
继续参照图1A,以光罩206为罩幕对光刻胶层204进行曝光工艺208,以使光刻胶层204分为曝光区204a和204a’以及未曝光区204b,其中的曝光区204a和204a’经由光罩206的透光区206a被照射光线而分解,未曝光区204b则经由光罩206的不透光区206b的遮蔽而未受光线的照射,其中于曝光工艺208中所使用曝光光源例如是i线、氟化氢激光、氟化氨激光等。
接着,请参照图1B,经由显影工艺将光刻胶层204中的曝光区204a和204a’移除,以使未曝光区204b留下,形成第一器件图形205’和第二器件图形205,其中第一器件图形205’和第二器件图形205属于不同的类型的器件;接着用扫描电子显微镜测量第一器件图形205’和第二器件图形205的临界尺寸,将第一器件图形205’的临界尺寸减去第二器件图形205的临界尺寸,得到临界尺寸差值。
如图2所示,由于将光罩上的器件图形转移至晶圆200上的每个芯片时所用的能量与焦距都是不同的,测量每个芯片中的第一器件图形的临界尺寸和第二器件图形的临界尺寸,将同一个芯片中的第一器件图形的临界尺寸减去第二器件图形的临界尺寸,得到临界尺寸差值;然后,通过将每个芯片的焦距值和临界尺寸差值的比较,建立临界尺寸差值与焦距相关性的曲线数据(如图3所示);根据曲线的二次拟合方程ax2+bx+c得出在拟合曲线的中轴-b/2a为最佳聚焦点。
现有技术对曝光工艺中曝光机台的聚焦能力的评估为通过曝光机台将光罩上的图形转移至光刻胶层上,然后对光刻胶层进行显影,对显影后的每个芯片中的器件图形进行测量得出临界尺寸,然后将不同类型的两种器件图形的临界尺寸相减,建立临界尺寸差值与焦距相关性的曲线数据,从而评估曝光机台的聚焦能力。由于需要对每个芯片中的器件图形进行测量,因此聚焦评估花费的时间比较长。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种聚焦评估的方法,防止对聚焦评估时间长,测量不方便。
为解决上述问题,本发明提供一种聚焦评估的方法,包括下列步骤:制作包含第一器件图形和第二器件图形的控片;依次测量控片上同一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形临界尺寸差值;在与控片同一批次的晶圆上形成第一器件图形和第二器件图形;测量晶圆上任意一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸;将晶圆上任意一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸进行相减;将晶圆上任意一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值比较。
第一器件图形为PMOS图形,第二器件图形为NMOS图形。
测量第一器件图形和第二器件图形临界尺寸的设备是扫描电子扫描显微镜。
所述将晶圆上任意曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值比较,两差值相差-0.003μm~0.003μm,聚焦能力好。
所述将晶圆上任意曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值比较,两差值相差为0μm,聚焦能力最好。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:本发明通过测量晶圆上任意一曝光区域第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸,然后将晶圆上任意一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值比较,两差值相同聚焦能力最好。由于只需测量晶圆上任意一曝光区域第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸,得到临界尺寸后与控片上对应的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值比较,因此测量方便,对曝光工艺中曝光机台的聚焦能力的评估花费时间少。
附图说明
图1A至图1B是现有形成光刻胶图案的示意图;
图2为现有技术晶圆上焦距-能量矩阵示意图;
图3为现有技术临界尺寸差值与焦距相关性曲线;
图4是本发明聚焦评估实施例的流程图;
图5A、图5A’、图5B、图5B’和图5C是本发明聚焦评估实施例的示意图。
具体实施方式
现有技术对曝光工艺中曝光机台的聚焦能力的评估为通过曝光机台将光罩上的图形转移至光刻胶层上,然后对光刻胶层进行显影,对显影后的每个器件图形进行测量得出临界尺寸,然后将不同类型的两种器件图形的临界尺寸相减,将差值通过焦距-能量矩阵建立临界尺寸差值与焦距相关性的曲线数据,从而评估曝光机台的聚焦能力。由于需要每个图形进行测量,因此聚焦评估花费的时间比较长。本发明通过测量晶圆上任意一曝光区域第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸,然后将晶圆上任意一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值比较,两差值相同聚焦能力最好。由于只需测量晶圆上任意一曝光区域第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸,得到临界尺寸后与控片上对应的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值比较,因此测量方便,对曝光工艺中曝光机台的聚焦能力的评估花费时间少。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图4为本发明聚焦评估实施例的流程图。如图4所示,执行步骤S101制作包含第一器件图形和第二器件图形的控片;执行步骤S102依次测量控片上同一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形临界尺寸差值;执行步骤S103在与控片同一批次的晶圆上形成第一器件图形和第二器件图形;执行步骤S104测量晶圆上任意一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸;执行步骤S105将晶圆上任意一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸进行相减;执行步骤S106将晶圆上任意一曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值比较。
图5A、图5A’、图5B、图5B’和图5C是本发明聚焦评估实施例的示意图。如图5A和图5A’所示,将控片300分成至少一个曝光区域301;然后在控片300上用旋涂法形成光刻胶层;将光罩上的器件图形转移至光刻胶层上依次在各曝光区域301形成第一器件图形304和第二器件图形302;用电子扫描显微镜依次测量控片300上同一曝光区域301的第一器件图形304和第二器件图形302临界尺寸差值。
如图5B和图5B’首先提供与控片同一批次的晶圆100,在晶圆100上形成有半导体器件结构(未标出);将晶圆100分成与控片300数量一致的曝光区域101;在晶圆100上形成待蚀刻层102,此待蚀刻层102例如金属层、多晶硅层、氮化硅层或氧化硅层;在待蚀刻层102上形成光刻胶层104。
继续参照图5B’,以光罩106为罩幕对光刻胶层104进行曝光工艺108,以使光刻胶层104分为曝光区104a和104a’以及未曝光区104b,其中的曝光区104a和104a’经由光罩106的透光区106a被照射光线而分解,未曝光区104b则经由光罩106的不透光区106b的遮蔽而未受光线的照射,其中于曝光工艺108中所使用曝光光源例如是i线、氟化氢激光、氟化氨激光等。
接着,请参照图5C,经由显影工艺将光刻胶层104中的曝光区104a和104a’移除,以使未曝光区104b留下,依次在晶圆的各曝光区域101形成第一器件图形105’和第二器件图形105,其中第一器件图形105’和第二器件图形105属于不同类型的器件;接着用扫描电子显微镜测量晶圆上任意一曝光区域101的第一器件图形105’和第二器件图形105的临界尺寸;将测量得到的第一器件图形105’和第二器件图形105的临界尺寸进行相减,得到第一器件图形105’和第二器件图形105临界尺寸差值;将晶圆100任意一曝光区域101的第一器件图形105’和第二器件图形105临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的第一器件图形和第二器件图形的临界尺寸差值进行比较,两临界尺寸差值相减后值为-0.003μm~0.003μm时,可认为曝光机台的聚焦能力较好。
本实施例中,两临界尺寸差值相减后具体为-0.003μm、-0.002μm、-0.001μm、0μm、0.001μm、0.002μm和0.003μm等,其中在两临界尺寸差值相差为0μm时,曝光机台聚焦能力最好。而如果两临界尺寸差值相减后值小于-0.003μm或大于0.003μm,则说明曝光机台聚焦能力不好,需要进行重新调节。
继续参考图5A、图5A’、图5B、图5B’和图5C,如图5A所示,将控片300分成至少一个曝光区域301;然后在控片300上用旋涂法形成光刻胶层;将光罩上的器件图形转移至光刻胶层上依次在各曝光区域301形成PMOS图形304和NMOS图形302;用电子扫描显微镜依次测量控片300上同一曝光区域301的PMOS图形304和NMOS图形302临界尺寸差值。
如图5B和图5B’首先提供与控片同一批次的晶圆100,在晶圆100上形成有半导体器件结构(未标出);将晶圆100分成与控片300数量一致的曝光区域101;在晶圆100上形成待蚀刻层102,此待蚀刻层102例如金属层、多晶硅层、氮化硅层或氧化硅层;在待蚀刻层102上形成光刻胶层104。
继续参照图5B’,以光罩106为罩幕对光刻胶层104进行曝光工艺108,以使光刻胶层104分为曝光区104a和104a’以及未曝光区104b,其中的曝光区104a和104a’经由光罩106的透光区106a被照射光线而分解,未曝光区104b则经由光罩106的不透光区106b的遮蔽而未受光线的照射,其中于曝光工艺108中所使用曝光光源例如是i线、氟化氢激光、氟化氨激光等。
接着,请参照图5C,经由显影工艺将光刻胶层104中的曝光区104a和104a’移除,以使未曝光区104b留下,依次在晶圆的各曝光区域101形成PMOS图形105’和NMOS图形105,其中PMOS图形105’和NMOS图形105属于不同类型的器件;接着用扫描电子显微镜测量晶圆上任意一曝光区域101的PMOS图形105’和NMOS图形105的临界尺寸;将测量得到的PMOS图形105’和NMOS图形105的临界尺寸进行相减,得到PMOS图形105’和NMOS图形105临界尺寸差值;将晶圆100任意一曝光区域101的PMOS图形105’和NMOS图形105临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的PMOS图形和NMOS图形的临界尺寸差值进行比较,两临界尺寸差值相减后值在-0.003μm~0.003μm之间,可认为曝光机台的聚焦能力较好。
本实施例中,晶圆100任意一曝光区域101的PMOS图形105’和NMOS图形105临界尺寸差值与控片上对应曝光区域的PMOS图形和NMOS图形的临界尺寸差值相减后值具体为-0.003μm、-0.002μm、-0.001μm、0μm、0.001μm、0.002μm和0.003μm等,其中在两临界尺寸差值为0μm时,曝光机台聚焦能力最好。如果两临界尺寸差值相减后值小于-0.003μm或大于0.003μm,则说明曝光机台聚焦能力不好,需要进行重新调节。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。