CN101546129B - 一种采用侧壁角监控曝光装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用侧壁角监控曝光装置的方法，侧壁角为曝光装置曝出的晶圆上图案的侧壁角，该方法用于监控曝光装置的聚焦偏移值，先测量待监控的曝光装置不同聚焦偏移值下曝出的晶圆图案侧壁角的大小，再获得侧壁角与曝光装置聚焦偏移值的具体关系式。每次对曝光装置进行监控，只需要测量它完成的曝光制程一定特征尺寸图案的侧壁角，根据具体关系式就可计算监控的曝光装置的聚焦偏移值，判断曝光装置聚焦偏移值是否在阈值范围内，如果不是曝光装置就需要重新校准。侧壁角的测量不受晶圆表面因素的干扰，可准确判断曝光装置的聚焦状态，解决传统监控方法存在的监控精度、稳定性不高的问题。

Description

一种采用侧壁角监控曝光装置的方法
技术领域
本发明涉及半导体曝光装置的监控方法，尤其涉及一种采用侧壁角监控曝光装置焦距的方法。 
背景技术
在半导体曝光制程中，对曝光装置的监控是极为重要的，尤其对曝光装置聚焦偏移值的监控。由于曝光装置曝光聚焦偏移的变化，可能导致曝光出的晶圆上聚焦不良导致图案变形或特征尺寸(Critical Dimension：CD)变化，影响整个半导体制程生产线的效率。当曝光制程的特征尺寸不断减小的趋势下，晶圆上的图案对曝光装置聚焦的变化变得更加敏感，曝光出的晶圆良率受曝光装置聚焦变化的影响更为显著。传统的对曝光装置的监控是以相同的曝光能量不同的聚焦偏移值(Focus Meander)来将光罩上的图案曝在同一片晶圆上，采用特征尺寸电子扫描显微镜(CD-SEM)来测量晶圆上CD的Bossung曲线拟合结果来计算曝光装置的聚焦偏移量。当聚焦偏移量大于曝光制程所允许的阈值范围时，会对曝光装置进行人为校准。然而传统的对曝光装置的监测方法得出的结果易受到测试晶圆品质的影响，例如晶圆表面的平整度、缺陷等；由于针对每个聚焦偏移值只有一个或两个CD测试数据，因此此方法的精确度和稳定性不高，测量CD的时候还容易受到人为因素的影响或者曝光晶圆表面平整度的影响。因此传统的曝光装置的监控方法很难准确地反应曝光装置本身聚焦变化的状态，监测结果易受外界因素的干扰。 
目前的光学特征尺寸(Optical/Spectroscopic Critical Dimension：OCD)方法可测量侧壁角(Sidewall Angle：SWA)，测量侧壁角主要是用于测量浅槽隔离(STI)的深度，金属层的腐蚀深度或铜互连大马士革工艺(Dual Damascene)的沟槽深度。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用侧壁角监控曝光装置的方法，以解决传统曝光装置监控方法存在的监控精度、稳定性不高以及监控易受外界因素干扰的问题。 
为达到上述目的，本发明的采用侧壁角监控曝光装置的方法，侧壁角为曝光装置曝出的晶圆上图案的侧壁角，该方法用于监控曝光装置的聚焦偏移值，它包括以下步骤：步骤1：测量待监控曝光装置在不同的聚焦偏移值下，晶圆上图案侧壁角的大小；步骤2：根据步骤1得出的曝光装置不同聚焦偏移值下对应的图案侧壁角，得出图案侧壁角与聚焦偏移值的关系式；步骤3：测量待监控的曝光装置曝得的晶圆上图案的侧壁角，根据步骤2得出的侧壁角与聚焦偏移值的关系式计算曝光装置的聚焦偏移值，所述待监控的曝光装置曝得的晶圆上图案为曝光制程待曝光的关键尺寸值最小的图案；步骤4：根据步骤3计算出的曝光装置的聚焦偏移值判断曝光装置聚焦偏移值是否在聚焦偏移值的阈值范围内，如果不是，则需要进行曝光装置的校准。其中，步骤1中，曝光装置不同聚焦偏移值下对应的图案侧壁角为不同晶圆上的图案侧壁角。步骤1中测量晶圆上图案侧壁角是采用光学特征尺寸方法测量。步骤2中得出的侧壁角与聚焦偏移值的关系式为线性关系式。 
与现有曝光装置的监控方法相比，本发明的侧壁角监控曝光装置的方法，通过测量曝光装置不同聚焦偏移值下对应的晶圆上图案侧壁角的大小来获得侧壁角与曝光装置聚焦偏移值的关系式，从而对待监控的曝光装置只需通过测量所曝得的晶圆上图案的侧壁角就可判断曝光装置的聚焦偏移值是否在阈值范围。由于侧壁角的测量不受晶圆表面因素的干扰，因此可准确判断曝光装置的聚焦状态，解决传统监控方法存在的监控精度、稳定性不高的问题。 
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明的采用侧壁角监控曝光装置的方法作进一步详细具体地说明。 
图1是本发明待监控曝光装置曝光一种图案时不同聚焦偏移值对应的侧壁角值的数据图。 
图2是本发明待监控曝光装置曝光另一种图案时不同聚焦偏移值对应的侧 壁角值的数据图。 
图3是采用OCD测量的侧壁角值与X-SEM测量的侧壁角值的对应数据图。 
图4是本发明侧壁角监控曝光装置的方法流程示意图。 
具体实施方式
本发明的采用侧壁角监控曝光装置的方法，主要用于监控曝光装置的聚焦偏移值。该方法的步骤1：测量待监控曝光装置在不同的聚焦偏移值下，晶圆上图案侧壁角的大小。步骤1中，测量晶圆上图案侧壁角的大小是采用OCD方法进行测量。由于晶圆图案上侧壁角的大小与曝光装置的曝光图案的CD无关，也与曝光在晶圆上的图案没有关联，只是与曝光装置的聚焦偏移值有关。即使在曝光图案相同，曝光装置的聚焦偏移值不同的情况下，测得的曝在晶圆上图案的侧壁角也会不同。为准确测得侧壁角随曝光装置聚焦偏移值的变化，步骤1中曝光装置不同聚焦偏移值下对应的图案侧壁角为不同晶圆上的图案侧壁角。在一片晶圆上测得的侧壁角对应曝光装置一聚焦偏移值，这样可在一片晶圆上采用OCD方法测得多个侧壁角，取这多个侧壁角的平均值来对应曝光装置一聚焦偏移值，提高对应曝光装置一聚焦偏移值下测量的晶圆上图案侧壁角的准确性。相对传统的曝光装置的监控方法中曝光装置一聚焦偏移值下，晶圆上图案CD值只有1个到2个的CD值可供测量，因此不同聚焦偏移值下，测量的晶圆图案的CD值精度和稳定性均较低。 
该方法的步骤2：根据步骤1得出的曝光装置不同聚焦偏移值下对应的图案侧壁角，得出图案侧壁角与聚焦偏移值的关系式。测得的不同聚焦偏移值下的侧壁角请参见图1和图2中离散数据点。图1和图2中离散数据点为不同的晶圆曝光图案在相同的曝光装置聚焦偏移值变化下对应测得的侧壁角，图1是晶圆PMOS区的特定图案得出的侧壁角与聚焦偏移值的数据，图2是晶圆NMOS区特定图案得出的侧壁角与聚焦偏移值的数据，图1和图2中的横坐标为曝光装置的聚焦偏移值，纵坐标为采用OCD方法测得的侧壁角(SWA：side wallangel)。由于采用线性关系式进行拟合具有较高的拟合精度，为使后续的计算简便，采用了线性关系式拟合图1和图2中离散的数据点。当采用线性关系式进行拟合时，图1和图2中的数据点拟合出的直线均为y＝-22.455x+89.68，即两条  直线的自变量的系数项以及常数项的值均相同。因此，可以说明前面结论，晶圆图案上侧壁角的大小与曝光在晶圆上的图案没有关联，只是与曝光装置的聚焦偏移值有关。 
该方法的步骤3：测量待监控的曝光装置曝得的晶圆上图案的侧壁角，根据步骤2得出的侧壁角与聚焦偏移值的关系式计算曝光装置的聚焦偏移值。由步骤1和步骤2得出的晶圆上图案侧壁角与曝光装置聚焦偏移量的关系式后在后续的此曝光装置的监控中，只要测量曝光装置曝在晶圆上图案的侧壁角，就可得到曝光装置的聚焦偏移值。在选择待监控曝光装置需曝光图案的CD值时，通常选用曝光制程待曝光的CD值最小的图案进行监测，以保证整个曝光制程的精度和良率。这是因为进行不同CD图案进行曝光时，曝光图案CD越小对曝光装置的聚焦偏移值越为敏感，因此，会测得曝光CD值小的晶圆图案的侧壁角来计算此时曝光装置的聚焦偏移值。该方法的步骤4：根据步骤3计算出的曝光装置的聚焦偏移值判断曝光装置聚焦偏移值是否在聚焦偏移值的阈值范围内，如果不是，则需要进行曝光装置的校准。为验证采用OCD方法能准确反应曝光晶圆图案的侧壁角，采用了X扫描电子显微镜(X-SEM)即纵向扫描电子显微镜测量结果进行了比对，请参阅图3。图3横坐标为X-SEM测量的SWA，纵坐标为OCD测量的SWA。由图3中看出两种不同的侧壁角测量方式得出的数据结果呈线性关系，因此采用OCD方法可准确真实地反映曝光在晶圆图案上侧壁角，从而可准确的反映侧壁角随曝光装置聚焦偏移值变化的关系。 
本发明的采用侧壁角监控曝光装置的方法的流程图，请参阅图4，简要地说，先测量待监控的曝光装置不同聚焦偏移值下曝出的晶圆图案侧壁角的大小，再获得侧壁角与曝光装置聚焦偏移值的具体关系式。这样在每次对此曝光装置进行监控时，只需要测量它所完成的曝光制程中一定特征尺寸的图案的侧壁角，根据具体关系式就可计算监控的曝光装置的聚焦偏移值，判断曝光装置聚焦偏移值是否在阈值范围内，如果不是曝光装置就需要重新校准。为保证整个曝光装置完成的曝光制程良率，监控时，会选择让曝光装置曝光特征尺寸较小的图案，测量其曝在晶圆上的侧壁角。本发明的采用侧壁角监控曝光装置的方法通过测量待监控的曝光装置不同聚焦偏移值下对应的晶圆上图案侧壁角的大小来获得侧壁角与曝光装置聚焦偏移值的关系式，从而对待监控的曝光装置只需通  过测量所曝得的晶圆上图案的侧壁角就可判断曝光装置的聚焦偏移值是否在阈值范围。由于侧壁角的测量不受晶圆表面因素的干扰，因此可准确判断曝光装置的聚焦状态，解决传统监控方法存在的监控精度、稳定性不高的问题。 

Claims (2)

1.一种采用侧壁角监控曝光装置的方法，所述侧壁角为曝光装置曝出的晶圆上图案的侧壁角，该方法用于监控曝光装置的聚焦偏移值，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤1：采用光学特征尺寸方法测量待监控曝光装置在不同的聚焦偏移值下，曝得的晶圆上图案侧壁角的大小，所述曝光装置不同聚焦偏移值下对应的图案侧壁角为不同晶圆上的图案侧壁角；
步骤2：根据步骤1得出的曝光装置不同聚焦偏移值下对应的图案侧壁角，得出图案侧壁角与聚焦偏移值的关系式，所述关系式为y＝-22.455x+89.68，其中y表示侧壁角，x表示聚焦偏移值；
步骤3：测量待监控的曝光装置曝得的晶圆上图案的侧壁角，根据步骤2得出的侧壁角与聚焦偏移值的关系式计算曝光装置的聚焦偏移值，所述待监控的曝光装置曝得的晶圆上图案为曝光制程待曝光的关键尺寸值最小的图案；
步骤4：根据步骤3计算出的曝光装置的聚焦偏移值判断曝光装置聚焦偏移值是否在聚焦偏移值的阈值范围内，如果不是，则需要进行曝光装置的校准。
2.如权利要求1所述的采用侧壁角监控曝光装置的方法，其特征在于，所述步骤2中得出的侧壁角与聚焦偏移值的关系式为线性关系式。 
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