CN110647015B - 曝光机聚焦点的检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种曝光机聚焦点的检测方法，包括：提供一衬底；在衬底上涂布光刻胶；通过包含辅助图形和掩模图形的掩模板，使用曝光机对光刻胶进行曝光后，对光刻胶进行显影，形成目标图形；对目标图形进行测量，确定曝光机的聚焦点位置。本申请通过在半导体器件的制造过程中，在形成半导体器件的目标图形的光刻步骤中，通过包含辅助图形的掩模板进行光刻，通过对目标图形进行测量，确定光刻步骤中曝光机的聚焦点位置，由于不需要通过复杂的FEM分析的方式对聚焦点位置进行确定，耗时较短，且实现了对曝光机聚焦点的实时监控。

Description

曝光机聚焦点的检测方法

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体制造工艺中的曝光机聚焦点的检测方法。

背景技术

光刻工艺是制造集成电路工艺中的重要一环，光刻工艺是指在光照作用下，借助光致抗蚀剂(又名光刻胶)将掩膜版上的图形转移到基片上的技术。光刻工艺通常的流程包括：首先通过曝光机使紫外线透过掩膜版照射涂布在基片表面的光刻胶，引起曝光区域的光刻胶发生化学反应；再通过显影技术溶解、去除曝光区域或未曝光区域的光刻胶(前者称正性光刻胶，后者称负性光刻胶)，使掩膜版上的图形被复制到光刻胶上；最后利用刻蚀技术将图形转移到基片上。

随着半导体器件体积的减小和集成度的提高，要求在保证半导体器件性能的前提下，不断减小晶圆上图形结构的尺寸，由于图形尺寸的减小，对光刻工艺窗口的确定提出了更高的要求。光刻工艺窗口指的是保证掩模图形能正确复制到硅片上的曝光剂量和离焦量范围的参数，其通常包括：能量梯度、最佳能量、可用焦深和最佳焦距。相关技术中，通常使用聚焦能量矩阵(Focus Energy Matrix，FEM)的方式对曝光机聚焦点进行检测。

使用FEM对曝光机聚焦点进行检测的方法如图1所示，在晶圆100上涂布光刻胶，沿X轴方向，使用固定的聚焦值，固定的能量步长(△E)，使用不同的能量进行曝光；沿Y轴方向，使用固定的能量，固定的聚焦值步长(△Foucus)，使用不同的聚焦值进行曝光，然后通过显影液对曝光的图形进行显影，形成不同曝光能量和焦深的图形矩阵，对该图形尺寸进行测量，从而得到泊松(Bossung)图。图2是一个示例性的泊松图，如图2所示，假设图形的目标线宽(target CD)是56纳米，允许的范围是±3纳米，那么在曝光能量等于17.6毫焦/平方厘米时的焦深大约为100纳米。

然而，使用FEM对曝光机聚焦点进行检测耗费时间较长；同时，由于检测时间较长，不能够实时对工艺步骤进行监控。

发明内容

本申请提供了一种曝光机聚焦点的检测方法，可以解决相关技术中使用FEM对曝光机聚焦点进行检测耗费时间较长且不能实时对聚焦点进行监控的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种曝光机聚焦点的检测方法，所述方法应用于半导体器件的制造工艺中，所述方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上涂布光刻胶；

通过包含辅助图形和掩模图形的掩模板，使用曝光机对所述光刻胶进行曝光后，对所述光刻胶进行显影，形成目标图形，所述目标图形是与所述辅助图形相邻的掩模图形对应的图形；

对所述目标图形的位置进行测量，确定所述曝光机的聚焦点位置。

可选的，所述对所述辅助图形的位置进行测量，确定所述曝光机的聚焦点位置，包括：

测量所述目标图形之间的间距，根据所述间距确定所述曝光机的聚焦点位置。

可选的，所述测量所述目标图形之间的间距，包括：

通过扫描电子显微镜测量所述间距。

可选的，所述根据所述间距确定所述曝光机的聚焦点，包括：

根据所述间距，以及所述间距和所述焦深的对应关系，确定所述曝光机的聚焦点位置。

可选的，所述确定所述曝光机的聚焦点之后，还包括：

当所述间距与目标间距的差值大于差值阈值时，根据所述对应关系，对所述曝光机的聚焦点进行调整。

可选的，所述辅助图形的线宽小于所述目标图形的线宽。

可选的，所述辅助图形的线宽为所述目标图形的线宽的1/3。

可选的，所述辅助图形包括第一矩形以及位于所述第一矩形一侧，与所述第一矩形连接的至少两个第二矩形，所述第二矩形的宽小于所述第一矩形的宽。

可选的，所述第一矩形的宽的取值范围为150纳米至450纳米，所述第二矩形的长的取值范围为150纳米至450纳米。

可选的，所述第二矩形之间的间距的取值范围为20纳米至50纳米。

可选的，所述掩模板包括至少两个所述辅助图形，所述至少两个辅助图形设置于至少一个掩模图形的两侧；

设置于同一掩模图形两侧的两个辅助图形呈中心对称。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

通过在半导体器件的制造过程中，在形成半导体器件的目标图形的光刻步骤中，通过包含辅助图形的掩模板进行光刻，通过对目标图形进行测量，确定光刻步骤中曝光机的聚焦点位置，由于不需要通过复杂的FEM分析的方式对聚焦点位置进行确定，耗时较短，且实现了对曝光机聚焦点的实时监控。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是使用FEM对曝光机聚焦点进行检测的曝光示意图；

图2是一个示例性的泊松图；

图3是本申请一个示例性实施例提供的曝光机聚焦点的检测方法的流程图；

图4是辅助图形之间的间距和聚焦值的线形关系示意图；

图5是一种示例性的目标图形的示意图；

图6是本申请一个示例性实施例提供的辅助图形的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：

参考图3，其示出了本申请一个示例性实施例提供的曝光机聚焦点的检测方法的流程图。如图3所示，该方法包括：

步骤301，提供一衬底。

步骤302，在衬底上涂布光刻胶。

步骤303，通过包含辅助图形和掩模图形的掩模板，使用曝光机对光刻胶进行曝光后，对光刻胶进行显影，形成目标图形。

其中，目标图形是与辅助图形相邻的掩模图形对应的图形。

步骤304，对目标图形的位置进行测量，确定曝光机的聚焦点位置。

本实施例中，衬底可以是半导体器件制造过程中需要监控聚焦点的步骤中的衬底。例如，该半导体器件为金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)，需要监控聚焦点的光刻步骤为形成栅极的光刻步骤，此时的衬底可以是形成有阱区、栅氧化层、多晶硅的衬底，目标图形可以是栅极的图形。需要说明的是，可通过本申请实施例中提供的方法对半导体器件的某一个光刻步骤，或者两个以上的光刻步骤中的曝光机的聚焦点进行监控，也可以对制造工艺中的每一个光刻步骤中曝光机的聚焦点进行监控。

综上所述，本实施例中，通过在半导体器件的制造过程中，在形成半导体器件的目标图形的光刻步骤中，通过包含辅助图形的掩模板进行光刻，通过对目标图形进行测量，确定光刻步骤中曝光机的聚焦点位置，由于不需要通过复杂的FEM分析的方式对聚焦点位置进行确定，耗时较短，且实现了对曝光机聚焦点的实时监控。

实施例2：

参考实施例1，实施例2和实施例1的区别在于：在步骤303中，对光刻胶进行显影后，形成有至少两个目标图形；步骤304中，“对目标图形的位置进行测量，确定曝光机的聚焦点位置”包括：测量至少两个目标图形之间的间距，根据该间距确定曝光机的聚焦点位置。当曝光机的聚焦点出现偏移时，会导致目标图形的偏移，通过测量至少两个目标图形之间的间距，即可确定曝光机聚焦点是否发生偏移。

可选的，本实施例中，可通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)测量目标图形之间的间距。

实施例3：

参考实施例2，实施例3和实施例2的区别在于：步骤“根据至少两个目标图形之间的间距确定曝光机的聚焦点位置”包括：根据至少两个目标图形之间的间距，以及间距和聚焦值的对应关系，确定曝光机的聚焦点位置。

示例性的，参考图4，其示出了目标图形之间的间距和聚焦值的线形关系，本实施例中，可将间距和聚焦值的线形关系预存为对应关系表，通过测量得到的间距查表即可确定曝光机的聚焦点位置。

实施例4：

参考实施例3，实施例4和实施例3的区别在于：“确定曝光机的聚焦点位置”还包括：当测量得到的间距与目标间距的差值大于差值阈值时，根据对应关系，对曝光机的聚焦点进行调整。例如，目标图形之间的目标距离为500纳米，测量得到目标图形之间的距离为550纳米，与目标距离之间的差值为50纳米，若差值阈值为30纳米，则需要对曝光机的聚焦点进行调整。

参考图5，其示出了一种目标图形的示意图，如图5所示，目标图形500之间具有间距，可通过测量目标图形500之间的间距确定曝光机聚焦点位置。目标图形500之间的间距可以是相邻的间距△W1，也可以是相隔一个目标图形的间距△W2，也可以是相隔两个目标图形的间距△W3，也可以相隔多个目标图形，对角的目标图形，或者斜相邻的目标图形之间间距，在此不做穷举。可选的，本实施例中，目标图形选取的是位于衬底边缘的图形和中部的图形，间距值可以是多个间距值的均值。需要说明的是，在对聚焦值进行检测时，使用的是同一间距，例如，测量得到本次工艺步骤中的△W1，将上一次相同工艺步骤中的△W1作为目标间距进行检测；或者，测量得到本次工艺步骤中的△W1和△W2，将上一次相同工艺步骤中的△W1和△W2作为目标间距进行检测。

实施例5：

参考实施例2至实施例4中的任一实施例，实施例5和上述实施例的区别在于：辅助图形的线宽小于目标图形的线宽。可选的，本实施例中，辅助图形500的宽为目标图形的线宽的1/3。

实施例6：

参考实施例5，实施例6和实施例5的区别在于：辅助图形包括第一矩形以及位于第一矩形一侧，与第一矩形连接的至少两个第二矩形，第二矩形的宽小于第一矩形的宽。示例性的，参考图6，其示出了掩模板上与辅助图形对应图形的示意图，该图形600包括第一矩形610，以及与第一矩形610连接的至少两个第二矩形620，其中，第二矩形620的宽W2小于第一矩形610的宽W1。

可选的，本实施例中，第一矩形610的宽W1的取值范围为150纳米至450纳米，第二矩形的长W3的取值范围为150纳米至450纳米，一个典型的取值为：宽W1为300纳米，长W3为300纳米；可选的，第二矩形620之间的间距△W4的取值范围为20纳米至50纳米，一个典型的取值为：该间距为35纳米。

可选的，本实施例中，掩模板包括至少两个辅助图形，至少两个辅助图形设置于至少一个掩模图形的两侧，设置于同一掩模图形两侧的两个辅助图形呈中心对称(参考图6)。其中，掩模图形是目标图形对应的图形。通过该设计，即可实现目标图形之间的间距和聚焦点位置呈线性关系。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种曝光机聚焦点的检测方法，其特征在于，所述方法应用于半导体器件的制造工艺中，所述方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上涂布光刻胶；

通过包含辅助图形和掩模图形的掩模板，使用曝光机对所述光刻胶进行曝光后，对所述光刻胶进行显影，形成目标图形，所述目标图形是与所述辅助图形相邻的掩模图形对应的图形，所述掩模板包括至少两个所述辅助图形，所述至少两个辅助图形设置于至少一个掩模图形的两侧，设置于同一掩模图形两侧的两个辅助图形呈中心对称，所述辅助图形的线宽小于所述目标图形的线宽；

测量至少两个所述目标图形之间的间距，根据所述间距确定所述曝光机的聚焦点位置，所述间距和所述聚焦点位置呈线性关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量所述目标图形之间的间距，包括：

通过扫描电子显微镜测量所述间距。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述间距确定所述曝光机的聚焦点，包括：

根据所述间距，以及所述间距和焦深的对应关系，确定所述曝光机的聚焦点位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述曝光机的聚焦点之后，还包括：

当所述间距与目标间距的差值大于差值阈值时，根据所述对应关系，对所述曝光机的聚焦点进行调整。

5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述辅助图形的线宽为所述目标图形的线宽的1/3。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述辅助图形包括第一矩形以及位于所述第一矩形一侧，与所述第一矩形连接的至少两个第二矩形，所述第二矩形的宽小于所述第一矩形的宽。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一矩形的宽的取值范围为150纳米至450纳米，所述第二矩形的长的取值范围为150纳米至450纳米。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二矩形之间的间距的取值范围为20纳米至50纳米。

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