專利名稱：在線監(jiān)控光刻條件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體制造領域自動化控制和光刻工藝評估的方法，具體涉及一
種在線監(jiān)控光刻條件的方法。
背景技術：
現(xiàn)有的半導體生產(chǎn)中，對于光刻條件的監(jiān)控主要通過測量被監(jiān)控圖形的某一個方 向的關鍵尺寸來實現(xiàn)，對于圓形通孔和一些二維圖形(如存儲器器件中電容通孔和后道布 線金屬層的連接通孔的孤立島形金屬)則是通過測量多個沿某一個方向的關鍵尺寸然后 數(shù)學平均的關鍵尺寸來監(jiān)控。這種方法對于光刻條件的變化不夠敏感，而且對于圖形的變 化不能很好的表示。如圖l和圖2所示為同一個二維圖形在不同光刻條件下形成的被監(jiān)控 圖形，通常測量關鍵尺寸時取該圖形某些方向上的特征尺寸(最小特征尺寸)，例如橫向最 小特征尺寸或縱向最小特征尺寸，如果按照現(xiàn)有技術的方法則圖1和圖2判定的結果將是 一致的，但事實上，圖1的圖形與圖2的圖形形貌是不同的，圖1的圖形邊角處的曲率大，其 光刻條件更加符合設定的要求，這用現(xiàn)有的方法是無法得到監(jiān)控的。 同時對于有些光刻層，由于各種工藝的限制或者設計需求，通常有最小面積的設 計規(guī)則，在現(xiàn)有工藝中，無法對此進行在線監(jiān)控。 最后，對于某些二維圖形采用光學鄰近效應修正(0PC， OpticalProximity Correction)以后，或某些工藝對圖形形狀有很高的要求，現(xiàn)有的方法則無法進行監(jiān)控。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在線監(jiān)控光刻條件的方法，它可以有效監(jiān) 控光刻后圖形的形貌特征，提高對光刻條件監(jiān)控的精確性。 為了解決以上技術問題，本發(fā)明的在線監(jiān)控光刻條件的方法，包括如下步驟(l) 測量被監(jiān)控圖形的面積，對設備探測得到的圖像進行處理；(2)測量所得圖像中被監(jiān)控圖 形內的有效圖形區(qū)域與總圖形區(qū)域的面積比例；(3)比較所述被監(jiān)控圖形內的有效圖形區(qū) 域與總圖形區(qū)域的面積比例是否大于設定的面積比例范圍值，如果大于則判定光刻條件合 格，否則為不合格。 本發(fā)明通過測量有效圖形區(qū)域和邊緣圖形區(qū)域的面積比例值，可以對測量圖形的 形貌進行監(jiān)控，提高對光刻條件監(jiān)控的精確性。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。
圖1是一個二維圖形在一種光刻條件下的形貌；
圖2是圖1中的二維圖形在另一種光刻條件下的形貌；
圖3是現(xiàn)有技術與本發(fā)明監(jiān)控光刻工藝的工藝窗口示意圖；
圖4是本發(fā)明的一個具體實施例；
圖5是發(fā)明所述方法的流程圖。
具體實施例方式
如圖5所示是本發(fā)明的流程圖，本發(fā)明的在線監(jiān)控光刻條件的方法主要是對二維 圖形進行監(jiān)控，主要包括兩個步驟測量被監(jiān)控圖形的面積；和比較被監(jiān)控圖形與標準圖 形的面積偏差是否超過設定的偏差范圍，如果超過則判定光刻條件不合格，否則為合格。
通常面積偏差范圍是以標準圖形為參考進行設定的，同時與對光刻工藝條件的要 求相關，例如可以將允許偏差的范圍值設定為標準圖形的10%，若對工藝的要求嚴格則可 以減小該偏差允許的范圍值，反之也可以放大。 本發(fā)明對被監(jiān)控圖形面積的測量可以采用現(xiàn)有測量最小特征尺寸的方法，例如可 以通過SEM(電子掃描顯微鏡)二次電子散射以探測到不同材料在Z方向的高度，最終通過 收集(X， Y)各點的二次電子強度，形成一個二維平面的信號強度圖，對該信號進行處理的 方法可以為對灰度照片依據(jù)各點的灰度進行處理，或是在設備內部對原始信號強度進行處 理。具體測量最小特征尺寸的方法可以采用目前公知的各種測量方式，由于并非本發(fā)明特 征，在此不再贅述。 在理想狀態(tài)下曝光后的圖形與標準圖形一致邊界處應當是垂直的，只顯示一跳封 閉曲線。但實際過程中往往由于光刻膠的化學和物理特性，邊界處并非理想的完全垂直，而 是存在一定坡度，這樣反映在拍照得到的圖像上就可以看到一圈邊緣圖形區(qū)域，中間才是 有效圖形區(qū)域。 本發(fā)明為了監(jiān)控圖形形貌的特征，可以進一步測量有效圖形區(qū)域與總圖形區(qū)域的 比例，預先可以設定一個符合條件的比例范圍值(根據(jù)標準圖形面積和對光刻條件的要求 來設定)，當有效圖形區(qū)域所占面積比例大于設定的范圍值可以判斷出邊緣區(qū)域的面積較 小，那么刻蝕角度基本垂直符合光刻條件的要求，反之則不合要求。 為了說明簡單起見，如圖l所示，假定任意一個方向按一維方向來說明怎樣判斷 有效區(qū)域圖形和邊緣區(qū)域圖形，以及怎樣計算有效圖形面積的比例。 線1為真實光刻膠剖面圖，線2為SEM收集到的信號強度圖。線4以內為有效圖 形區(qū)域，顯示為襯底層的信號(相同材料相同厚度處信號強度相同，線3以外區(qū)域各點信號 強度幾乎相同，同理線4內部區(qū)域各點信號強度也幾乎相同，故相同材料相同厚度處灰度 照片上灰度也相同；而由于光刻膠和襯底層材料不同，因此線3以外區(qū)域和線4以內區(qū)域相 比信號強度不同)，線3與線4之間的區(qū)域為為邊緣圖形區(qū)域，線3外為光刻膠區(qū)域。線3 內都可以認為是總的圖形區(qū)域，線3可以根據(jù)需要按光刻膠背景強度的百分比來設定。同 理，線4也可以根據(jù)需要按光刻膠或襯底層背景強度的百分比來設定。因此判斷面積的方 法，可以判斷線3內部面積或線4內部面積都可以。如圖1，2的形狀比較，可以通過比較面 積得到哪個更符合設計需要。 對于光刻膠形貌的判斷，從圖上可以看到線3和線4之間為光刻膠形成圖形的邊 界處，也就是邊緣區(qū)域部分，可以通過監(jiān)控線4內圖形面積和總面積的比例，得到邊界是否 光滑，以及大概的角度范圍。 一般線4內部面積/線3內總面積越大，則邊界所占面積越小， 說明邊界越光滑，越陡峭，反之則越平緩。因此監(jiān)控線4內部面積/線3內總面積的比率， 可以在線監(jiān)控光刻膠形貌的變化，同時知道是否焦距有變化。
如圖4表示，隨焦距有變化，其面積比率發(fā)生很大變化。如圖4是本發(fā)明的一個 具體實施例，當設定曝光的聚焦深度為-0. 5um時，實際光刻中聚焦深度可能會存有偏差， 另外曝光能量也對光刻存在影響，圖中拍攝了多種情形下成像的二維圖形，當圖形的總面 積越接近設定的標準圖形面積，圖形中有效區(qū)域的面積所占比例越大可以判定光刻條件 越好，所以可以設定兩個條件1、圖形總面積與標準面積偏差小于等于標準面積偏差的 1% -20%，最好為10% ;2、有效圖形區(qū)域與邊緣圖形區(qū)域面積比大于80%。上面條件中 10%和80%的數(shù)值可以根據(jù)實際對光刻工藝的要求來設定，或者可以通過試驗，參考經(jīng)驗 值。有了條件后就可以測量實際圖像中的面積值和有效面積比例，進而很容易判斷出哪些 光刻條件是合格的。 如圖3所示，本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較監(jiān)控光刻條件變化更加符合實際，現(xiàn)有技術 是根據(jù)特征尺寸，即一維尺寸的變化來監(jiān)控工藝窗口，該一維尺寸的變化比較平緩不能夠 準確顯示二維圖形的形貌特征，而本發(fā)明是采用面積的變化，即二維尺寸的變化來監(jiān)控工 藝窗口的，可以方便二維圖形的光學臨近效應修正(0PC)的實際圖形的評估，同時通過測 量有效圖形區(qū)域和邊緣圖形區(qū)域的面積比例值，還可以對測量圖形的形貌進行監(jiān)控。
本發(fā)明并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為了描 述和說明本發(fā)明涉及的技術方案。該描述不應用作窮盡或限定本發(fā)明的保護范圍?；诒?發(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應當被認為落入本發(fā)明的保護范圍。以上的具體實施 方式用來揭示本發(fā)明的最佳實施方法，以使得本領域的普通技術人員能夠應用本發(fā)明的多 種實施方式以及多種替代方式來達到本發(fā)明的目的。
權利要求
一種在線監(jiān)控光刻條件的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)測量被監(jiān)控圖形的面積，對設備探測得到的圖像進行處理；(2)測量所得圖像中被監(jiān)控圖形內的有效圖形區(qū)域與總圖形區(qū)域的面積比例；(3)比較所述被監(jiān)控圖形內的有效圖形區(qū)域與總圖形區(qū)域的面積比例是否大于設定的面積比例范圍值，如果大于則判定光刻條件合格，否則為不合格。
2. 如權利要求1所述的在線監(jiān)控光刻條件的方法，其特征在于，對設備探測得到的圖 像進行處理的方法為對灰度照片依據(jù)各點的灰度進行處理，或是在設備內部對原始信號強 度進行處理。
3. 如權利要求1所述的在線監(jiān)控光刻條件的方法；其特征在于，所述有效圖形區(qū)域與 邊緣圖形區(qū)域面積比例范圍值為大于80%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線監(jiān)控光刻條件的方法，包括如下步驟(1)測量被監(jiān)控圖形的面積，對設備探測得到的圖像進行處理；(2)測量所得圖像中被監(jiān)控圖形內的有效圖形區(qū)域與總圖形區(qū)域的面積比例；(3)比較所述被監(jiān)控圖形內的有效圖形區(qū)域與總圖形區(qū)域的面積比例是否大于設定的面積比例范圍值，如果大于則判定光刻條件合格，否則為不合格。本發(fā)明通過測量有效圖形區(qū)域和邊緣圖形區(qū)域的面積比例值，可以對測量圖形的形貌進行監(jiān)控。
文檔編號G03F7/20GK101727013SQ200810043870
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月28日 優(yōu)先權日2008年10月28日
發(fā)明者王雷 申請人:上海華虹Nec電子有限公司