CN101727013A - 在线监控光刻条件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线监控光刻条件的方法，包括如下步骤：(1)测量被监控图形的面积，对设备探测得到的图像进行处理；(2)测量所得图像中被监控图形内的有效图形区域与总图形区域的面积比例；(3)比较所述被监控图形内的有效图形区域与总图形区域的面积比例是否大于设定的面积比例范围值，如果大于则判定光刻条件合格，否则为不合格。本发明通过测量有效图形区域和边缘图形区域的面积比例值，可以对测量图形的形貌进行监控。

Description

在线监控光刻条件的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造领域自动化控制和光刻工艺评估的方法，具体涉及一种在线监控光刻条件的方法。
背景技术
现有的半导体生产中，对于光刻条件的监控主要通过测量被监控图形的某一个方向的关键尺寸来实现，对于圆形通孔和一些二维图形(如存储器器件中电容通孔和后道布线金属层的连接通孔的孤立岛形金属)则是通过测量多个沿某一个方向的关键尺寸然后数学平均的关键尺寸来监控。这种方法对于光刻条件的变化不够敏感，而且对于图形的变化不能很好的表示。如图1和图2所示为同一个二维图形在不同光刻条件下形成的被监控图形，通常测量关键尺寸时取该图形某些方向上的特征尺寸(最小特征尺寸)，例如横向最小特征尺寸或纵向最小特征尺寸，如果按照现有技术的方法则图1和图2判定的结果将是一致的，但事实上，图1的图形与图2的图形形貌是不同的，图1的图形边角处的曲率大，其光刻条件更加符合设定的要求，这用现有的方法是无法得到监控的。
同时对于有些光刻层，由于各种工艺的限制或者设计需求，通常有最小面积的设计规则，在现有工艺中，无法对此进行在线监控。
最后，对于某些二维图形采用光学邻近效应修正(OPC，OpticalProximity Correction)以后，或某些工艺对图形形状有很高的要求，现有的方法则无法进行监控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在线监控光刻条件的方法，它可以有效监控光刻后图形的形貌特征，提高对光刻条件监控的精确性。
为了解决以上技术问题，本发明的在线监控光刻条件的方法，包括如下步骤：(1)测量被监控图形的面积，对设备探测得到的图像进行处理；(2)测量所得图像中被监控图形内的有效图形区域与总图形区域的面积比例；(3)比较所述被监控图形内的有效图形区域与总图形区域的面积比例是否大于设定的面积比例范围值，如果大于则判定光刻条件合格，否则为不合格。
本发明通过测量有效图形区域和边缘图形区域的面积比例值，可以对测量图形的形貌进行监控，提高对光刻条件监控的精确性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是一个二维图形在一种光刻条件下的形貌；
图2是图1中的二维图形在另一种光刻条件下的形貌；
图3是现有技术与本发明监控光刻工艺的工艺窗口示意图；
图4是本发明的一个具体实施例；
图5是发明所述方法的流程图。
具体实施方式
如图5所示是本发明的流程图，本发明的在线监控光刻条件的方法主要是对二维图形进行监控，主要包括两个步骤：测量被监控图形的面积；和比较被监控图形与标准图形的面积偏差是否超过设定的偏差范围，如果超过则判定光刻条件不合格，否则为合格。
通常面积偏差范围是以标准图形为参考进行设定的，同时与对光刻工艺条件的要求相关，例如可以将允许偏差的范围值设定为标准图形的10％，若对工艺的要求严格则可以减小该偏差允许的范围值，反之也可以放大。
本发明对被监控图形面积的测量可以采用现有测量最小特征尺寸的方法，例如可以通过SEM(电子扫描显微镜)二次电子散射以探测到不同材料在Z方向的高度，最终通过收集(X，Y)各点的二次电子强度，形成一个二维平面的信号强度图，对该信号进行处理的方法可以为对灰度照片依据各点的灰度进行处理，或是在设备内部对原始信号强度进行处理。具体测量最小特征尺寸的方法可以采用目前公知的各种测量方式，由于并非本发明特征，在此不再赘述。
在理想状态下曝光后的图形与标准图形一致边界处应当是垂直的，只显示一跳封闭曲线。但实际过程中往往由于光刻胶的化学和物理特性，边界处并非理想的完全垂直，而是存在一定坡度，这样反映在拍照得到的图像上就可以看到一圈边缘图形区域，中间才是有效图形区域。
本发明为了监控图形形貌的特征，可以进一步测量有效图形区域与总图形区域的比例，预先可以设定一个符合条件的比例范围值(根据标准图形面积和对光刻条件的要求来设定)，当有效图形区域所占面积比例大于设定的范围值可以判断出边缘区域的面积较小，那么刻蚀角度基本垂直符合光刻条件的要求，反之则不合要求。
为了说明简单起见，如图1所示，假定任意一个方向按一维方向来说明怎样判断有效区域图形和边缘区域图形，以及怎样计算有效图形面积的比例。
线1为真实光刻胶剖面图，线2为SEM收集到的信号强度图。线4以内为有效图形区域，显示为衬底层的信号(相同材料相同厚度处信号强度相同，线3以外区域各点信号强度几乎相同，同理线4内部区域各点信号强度也几乎相同，故相同材料相同厚度处灰度照片上灰度也相同；而由于光刻胶和衬底层材料不同，因此线3以外区域和线4以内区域相比信号强度不同)，线3与线4之间的区域为为边缘图形区域，线3外为光刻胶区域。线3内都可以认为是总的图形区域，线3可以根据需要按光刻胶背景强度的百分比来设定。同理，线4也可以根据需要按光刻胶或衬底层背景强度的百分比来设定。因此判断面积的方法，可以判断线3内部面积或线4内部面积都可以。如图1，2的形状比较，可以通过比较面积得到哪个更符合设计需要。
对于光刻胶形貌的判断，从图上可以看到线3和线4之间为光刻胶形成图形的边界处，也就是边缘区域部分，可以通过监控线4内图形面积和总面积的比例，得到边界是否光滑，以及大概的角度范围。一般线4内部面积/线3内总面积越大，则边界所占面积越小，说明边界越光滑，越陡峭，反之则越平缓。因此监控线4内部面积/线3内总面积的比率，可以在线监控光刻胶形貌的变化，同时知道是否焦距有变化。
如图4表示，随焦距有变化，其面积比率发生很大变化。如图4是本发明的一个具体实施例，当设定曝光的聚焦深度为-0.5um时，实际光刻中聚焦深度可能会存有偏差，另外曝光能量也对光刻存在影响，图中拍摄了多种情形下成像的二维图形，当图形的总面积越接近设定的标准图形面积，图形中有效区域的面积所占比例越大可以判定光刻条件越好，所以可以设定两个条件：1、图形总面积与标准面积偏差小于等于标准面积偏差的1％-20％，最好为10％；2、有效图形区域与边缘图形区域面积比大于80％。上面条件中10％和80％的数值可以根据实际对光刻工艺的要求来设定，或者可以通过试验，参考经验值。有了条件后就可以测量实际图像中的面积值和有效面积比例，进而很容易判断出哪些光刻条件是合格的。
如图3所示，本发明与现有技术比较监控光刻条件变化更加符合实际，现有技术是根据特征尺寸，即一维尺寸的变化来监控工艺窗口，该一维尺寸的变化比较平缓不能够准确显示二维图形的形貌特征，而本发明是采用面积的变化，即二维尺寸的变化来监控工艺窗口的，可以方便二维图形的光学临近效应修正(OPC)的实际图形的评估，同时通过测量有效图形区域和边缘图形区域的面积比例值，还可以对测量图形的形貌进行监控。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。该描述不应用作穷尽或限定本发明的保护范围。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (3)

1.一种在线监控光刻条件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测量被监控图形的面积，对设备探测得到的图像进行处理；
(2)测量所得图像中被监控图形内的有效图形区域与总图形区域的面积比例；
(3)比较所述被监控图形内的有效图形区域与总图形区域的面积比例是否大于设定的面积比例范围值，如果大于则判定光刻条件合格，否则为不合格。
2.如权利要求1所述的在线监控光刻条件的方法，其特征在于，对设备探测得到的图像进行处理的方法为对灰度照片依据各点的灰度进行处理，或是在设备内部对原始信号强度进行处理。
3.如权利要求1所述的在线监控光刻条件的方法；其特征在于，所述有效图形区域与边缘图形区域面积比例范围值为大于80％。
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