專利名稱：一種采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體曝光裝置的監(jiān)控方法，尤其涉及一種采用側(cè)壁角監(jiān)控曝 光裝置焦距的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體曝光制程中，對曝光裝置的監(jiān)控是極為重要的，尤其對曝光裝置 聚焦偏移值的監(jiān)控。由于曝光裝置曝光聚焦偏移的變化，可能導(dǎo)致曝光出的晶
圓上聚焦不良導(dǎo)致圖案變形或特征尺寸(Critical Dimension: CD)變化，影響 整個(gè)半導(dǎo)體制程生產(chǎn)線的效率。當(dāng)曝光制程的特征尺寸不斷減小的趨勢下，晶
圓上的圖案對曝光裝置聚焦的變化變得更加敏感，曝光出的晶圓良率受曝光裝 置聚焦變化的影響更為顯著。傳統(tǒng)的對曝光裝置的監(jiān)控是以相同的曝光能量不 同的聚焦偏移值(Focus Meander)來將光罩上的圖案曝在同一片晶圓上，采用 特征尺寸電子掃描顯微鏡(CD-SEM)來測量晶圓上CD的Bossung曲線擬合結(jié) 果來計(jì)算曝光裝置的聚焦偏移量。當(dāng)聚焦偏移量大于曝光制程所允許的閾值范 圍時(shí)，會(huì)對曝光裝置進(jìn)行人為校準(zhǔn)。然而傳統(tǒng)的對曝光裝置的監(jiān)測方法得出的 結(jié)果易受到測試晶圓品質(zhì)的影響，例如晶圓表面的平整度、缺陷等；由于針對 每個(gè)聚焦偏移值只有一個(gè)或兩個(gè)CD測試數(shù)據(jù)，因此此方法的精確度和穩(wěn)定性不 高，測量CD的時(shí)候還容易受到人為因素的影響或者曝光晶圓表面平整度的影 響。因此傳統(tǒng)的曝光裝置的監(jiān)控方法很難準(zhǔn)確地反應(yīng)曝光裝置本身聚焦變化的 狀態(tài)，監(jiān)測結(jié)果易受外界因素的干擾。
目前的光學(xué)特征尺寸(Optical/Spectroscopic Critical Dimension: OCD)方法 可測量側(cè)壁角(Sidewall Angle: SWA),測量側(cè)壁角主要是用于測量淺槽隔離 (STI)的深度，金屬層的腐蝕深度或銅互連大馬士革工藝(Dual Damascene) 的溝槽深度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法，以解決傳統(tǒng) 曝光裝置監(jiān)控方法存在的監(jiān)控精度、穩(wěn)定性不高以及監(jiān)控易受外界因素干擾的 問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法，側(cè)壁角為曝 光裝置曝出的晶圓上圖案的側(cè)壁角，該方法用于監(jiān)控曝光裝置的聚焦偏移值，
它包括以下步驟步驟l:測量待監(jiān)控曝光裝置在不同的聚焦偏移值下，晶圓上 圖案側(cè)壁角的大小；步驟2:根據(jù)步驟l得出的曝光裝置不同聚焦偏移值下對應(yīng) 的圖案側(cè)壁角，得出圖案側(cè)壁角與聚焦偏移值的關(guān)系式；步驟3:測量待監(jiān)控的 曝光裝置曝得的晶圓上圖案的側(cè)壁角，根據(jù)步驟2得出的側(cè)壁角與聚焦偏移值 的關(guān)系式計(jì)算曝光裝置的聚焦偏移值；步驟4:根據(jù)步驟3計(jì)算出的曝光裝置的 聚焦偏移值判斷曝光裝置聚焦偏移值是否在聚焦偏移值的閾值范圍內(nèi)，如果不 是，則需要進(jìn)行曝光裝置的校準(zhǔn)。其中，步驟1中，曝光裝置不同聚焦偏移值 下對應(yīng)的圖案側(cè)壁角為不同晶圓上的圖案側(cè)壁角。步驟1中測量晶圓上圖案側(cè) 壁角是采用光學(xué)特征尺寸方法測量。步驟2中得出的側(cè)壁角與聚焦偏移值的關(guān) 系式為線性關(guān)系式。
與現(xiàn)有曝光裝置的監(jiān)控方法相比，本發(fā)明的側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法， 通過測量曝光裝置不同聚焦偏移值下對應(yīng)的晶圓上圖案側(cè)壁角的大小來獲得側(cè) 壁角與曝光裝置聚焦偏移值的關(guān)系式，從而對待監(jiān)控的爆光裝置只需通過測量 所曝得的晶圓上圖案的側(cè)壁角就可判斷曝光裝置的聚焦偏移值是否在閾值范 圍。由于側(cè)壁角的測量不受晶圓表面因素的干擾，因此可準(zhǔn)確判斷曝光裝置的 聚焦?fàn)顟B(tài)，解決傳統(tǒng)監(jiān)控方法存在的監(jiān)控精度、穩(wěn)定性不高的問題。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法作
進(jìn)一步詳細(xì)具體地說明。


圖1是本發(fā)明待監(jiān)控曝光裝置曝光一種圖案時(shí)不同聚焦偏移值對應(yīng)的側(cè)壁 角值的數(shù)據(jù)圖。
圖2是本發(fā)明待監(jiān)控曝光裝置曝光另一種圖案時(shí)不同聚焦偏移值對應(yīng)的側(cè)壁角值的數(shù)據(jù)圖。
圖3是采用OCD測量的側(cè)壁角值與X-SEM測量的側(cè)壁角值的對應(yīng)數(shù)據(jù)圖。 圖4是本發(fā)明側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法，主要用于監(jiān)控曝光裝置的聚焦 偏移值。該方法的步驟l:測量待監(jiān)控曝光裝置在不同的聚焦偏移值下，晶圓上 圖案側(cè)壁角的大小。步驟l中，測量晶圓上圖案側(cè)壁角的大小是采用OCD方法 進(jìn)行測量。由于晶圓圖案上側(cè)壁角的大小與曝光裝置的曝光圖案的CD無關(guān)，也 與曝光在晶圓上的圖案沒有關(guān)聯(lián)，只是與曝光裝置的聚焦偏移值有關(guān)。即使在 曝光圖案相同，曝光裝置的聚焦偏移值不同的情況下，測得的曝在晶圓上圖案 的側(cè)壁角也會(huì)不同。為準(zhǔn)確測得側(cè)壁角隨曝光裝置聚焦偏移值的變化，步驟1 中曝光裝置不同聚焦偏移值下對應(yīng)的圖案側(cè)壁角為不同晶圓上的圖案側(cè)壁角。 在一片晶圓上測得的側(cè)壁角對應(yīng)曝光裝置一聚焦偏移值，這樣可在一片晶圓上 采用OCD方法測得多個(gè)側(cè)壁角，取這多個(gè)側(cè)壁角的平均值來對應(yīng)曝光裝置一聚 焦偏移值，提高對應(yīng)曝光裝置一聚焦偏移值下測量的晶圓上圖案側(cè)壁角的準(zhǔn)確 性。相對傳統(tǒng)的曝光裝置的監(jiān)控方法中曝光裝置一聚焦偏移值下，晶圓上圖案 CD值只有1個(gè)到2個(gè)的CD值可供測量，因此不同聚焦偏移值下，測量的晶圓 圖案的CD值精度和穩(wěn)定性均較低。
該方法的步驟2:才艮據(jù)步驟l得出的曝光裝置不同聚焦偏移值下對應(yīng)的圖案 側(cè)壁角，得出圖案側(cè)壁角與聚焦偏移值的關(guān)系式。測得的不同聚焦偏移值下的 側(cè)壁角請參見圖1和圖2中離散數(shù)據(jù)點(diǎn)。圖1和圖2中離散數(shù)據(jù)點(diǎn)為不同的晶 圓曝光圖案在相同的曝光裝置聚焦偏移值變化下對應(yīng)測得的側(cè)壁角，圖1是晶 圓PMOS區(qū)的特定圖案得出的側(cè)壁角與聚焦偏移值的數(shù)據(jù)，圖2是晶圓NMOS 區(qū)特定圖案得出的側(cè)壁角與聚焦偏移值的數(shù)據(jù)，圖1和圖2中的橫坐標(biāo)為曝光 裝置的聚焦偏移值，縱坐標(biāo)為采用OCD方法測得的側(cè)壁角(SWA : side wall angel)。由于采用線性關(guān)系式進(jìn)行擬合具有較高的擬合精度，為使后續(xù)的計(jì)算簡 便，采用了線性關(guān)系式擬合圖1和圖2中離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)。當(dāng)采用線性關(guān)系式進(jìn) 行擬合時(shí)，圖1和圖2中的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出的直線均為y=-22.455x+89.68，即兩條直線的自變量的系數(shù)項(xiàng)以及常數(shù)項(xiàng)的值均相同。因此，可以說明前面結(jié)論，晶 圓圖案上側(cè)壁角的大小與曝光在晶圓上的圖案沒有關(guān)聯(lián)，只是與曝光裝置的聚 焦偏移值有關(guān)。
該方法的步驟3:測量待監(jiān)控的曝光裝置曝得的晶圓上圖案的側(cè)壁角，根據(jù) 步驟2得出的側(cè)壁角與聚焦偏移值的關(guān)系式計(jì)算曝光裝置的聚焦偏移值。由步 驟1和步驟2得出的晶圓上圖案側(cè)壁角與曝光裝置聚焦偏移量的關(guān)系式后在后 續(xù)的此曝光裝置的監(jiān)控中，只要測量曝光裝置曝在晶圓上圖案的側(cè)壁角，就可 得到曝光裝置的聚焦偏移值。在選擇待監(jiān)控曝光裝置需曝光圖案的CD值時(shí)，通 常選用曝光制程待曝光的CD值最小的圖案進(jìn)行監(jiān)測，以保證整個(gè)曝光制程的精 度和良率。這是因?yàn)檫M(jìn)行不同CD圖案進(jìn)行曝光時(shí)，曝光圖案CD越小對曝光裝 置的聚焦偏移值越為敏感，因此，會(huì)測得曝光CD值小的晶圓圖案的側(cè)壁角來計(jì) 算此時(shí)曝光裝置的聚焦偏移值。該方法的步驟4:根據(jù)步驟3計(jì)算出的曝光裝置 的聚焦偏移值判斷曝光裝置聚焦偏移值是否在聚焦偏移值的閾值范圍內(nèi)，如果 不是，則需要進(jìn)行曝光裝置的校準(zhǔn)。為驗(yàn)證采用OCD方法能準(zhǔn)確反應(yīng)曝光晶圓 圖案的側(cè)壁角，采用了 X掃描電子顯微鏡(X-SEM)即縱向掃描電子顯微鏡測 量結(jié)果進(jìn)行了比對，請參閱圖3。圖3橫坐標(biāo)為X-SEM測量的SWA，縱坐標(biāo)為 OCD測量的SWA。由圖3中看出兩種不同的側(cè)壁角測量方式得出的數(shù)據(jù)結(jié)果呈 線性關(guān)系，因此采用OCD方法可準(zhǔn)確真實(shí)地反映曝光在晶圓圖案上側(cè)壁角，從 而可準(zhǔn)確的反映側(cè)壁角隨曝光裝置聚焦偏移值變化的關(guān)系。
本發(fā)明的采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法的流程圖，請參閱圖4，簡要地說， 先測量待監(jiān)控的曝光裝置不同聚焦偏移值下曝出的晶圓圖案側(cè)壁角的大小，再 獲得側(cè)壁角與曝光裝置聚焦偏移值的具體關(guān)系式。這樣在每次對此曝光裝置進(jìn) 行監(jiān)控時(shí)，只需要測量它所完成的曝光制程中一定特征尺寸的圖案的側(cè)壁角， 根據(jù)具體關(guān)系式就可計(jì)算監(jiān)控的曝光裝置的聚焦偏移值，判斷曝光裝置聚焦偏 移值是否在閾值范圍內(nèi)，如果不是曝光裝置就需要重新校準(zhǔn)。為保證整個(gè)曝光 裝置完成的曝光制程良率，監(jiān)控時(shí)，會(huì)選擇讓曝光裝置曝光特征尺寸較小的圖 案，測量其曝在晶圓上的側(cè)壁角。本發(fā)明的采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法通 過測量待監(jiān)控的曝光裝置不同聚焦偏移值下對應(yīng)的晶圓上圖案側(cè)壁角的大小來 獲得側(cè)壁角與曝光裝置聚焦偏移值的關(guān)系式，從而對待監(jiān)控的曝光裝置只需通過測量所曝得的晶圓上圖案的側(cè)壁角就可判斷曝光裝置的聚焦偏移值是否在閾 值范圍。由于側(cè)壁角的測量不受晶圓表面因素的干擾，因此可準(zhǔn)確判斷曝光裝 置的聚焦?fàn)顟B(tài)，解決傳統(tǒng)監(jiān)控方法存在的監(jiān)控精度、穩(wěn)定性不高的問題。
權(quán)利要求
1、一種采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法，所述側(cè)壁角為曝光裝置曝出的晶圓上圖案的側(cè)壁角，該方法用于監(jiān)控曝光裝置的聚焦偏移值，其特征在于，它包括以下步驟步驟1測量待監(jiān)控曝光裝置在不同的聚焦偏移值下，曝得的晶圓上圖案側(cè)壁角的大小；步驟2根據(jù)步驟1得出的曝光裝置不同聚焦偏移值下對應(yīng)的圖案側(cè)壁角，得出圖案側(cè)壁角與聚焦偏移值的關(guān)系式；步驟3測量待監(jiān)控的曝光裝置曝得的晶圓上圖案的側(cè)壁角，根據(jù)步驟2得出的側(cè)壁角與聚焦偏移值的關(guān)系式計(jì)算曝光裝置的聚焦偏移值；步驟4根據(jù)步驟3計(jì)算出的曝光裝置的聚焦偏移值判斷曝光裝置聚焦偏移值是否在聚焦偏移值的閾值范圍內(nèi)，如果不是，則需要進(jìn)行曝光裝置的校準(zhǔn)。
2、 如權(quán)利要求1所述的采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法，其特征在于，所述步 驟1中，所述曝光裝置不同聚焦偏移值下對應(yīng)的圖案側(cè)壁角為不同晶圓上的圖 案側(cè)壁角。
3、 如權(quán)利要求1所述的采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法，其特征在于，所述步 驟1中測量晶圓上圖案側(cè)壁角是采用光學(xué)特征尺寸方法測量。
4、 如權(quán)利要求1所述的采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法，其特征在于，所述步 驟2中得出的測壁角與聚焦偏移值的關(guān)系式為線性關(guān)系式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用側(cè)壁角監(jiān)控曝光裝置的方法，側(cè)壁角為曝光裝置曝出的晶圓上圖案的側(cè)壁角，該方法用于監(jiān)控曝光裝置的聚焦偏移值，先測量待監(jiān)控的曝光裝置不同聚焦偏移值下曝出的晶圓圖案側(cè)壁角的大小，再獲得側(cè)壁角與曝光裝置聚焦偏移值的具體關(guān)系式。每次對曝光裝置進(jìn)行監(jiān)控，只需要測量它完成的曝光制程一定特征尺寸圖案的側(cè)壁角，根據(jù)具體關(guān)系式就可計(jì)算監(jiān)控的曝光裝置的聚焦偏移值，判斷曝光裝置聚焦偏移值是否在閾值范圍內(nèi)，如果不是曝光裝置就需要重新校準(zhǔn)。側(cè)壁角的測量不受晶圓表面因素的干擾，可準(zhǔn)確判斷曝光裝置的聚焦?fàn)顟B(tài)，解決傳統(tǒng)監(jiān)控方法存在的監(jiān)控精度、穩(wěn)定性不高的問題。
文檔編號G03F7/20GK101546129SQ20081003509
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者楊曉松 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司