CN112034690B - 监测光刻机漏光情况的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种监测光刻机漏光情况的方法，包括：对一测试晶圆进行正常投影曝光以形成m个正常投影区域；在正常投影曝光的过程中间隔加入n次超高能投影曝光，形成n个超高能投影区域，第n次超高能投影曝光时光刻机内部的杂散光会对与第n个超高能投影区域相邻的正常投影区域或超高能投影区域产生一次漏光影响；定义仅受到一次漏光影响的正常投影区域为待检测区域，所述测试晶圆上的任意一个超高能投影区域至少与一个待检测区域相邻；监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况，判断光刻机是否漏光并测算漏光的严重程度，其中，m≥n≥1，m、n均为整数。

Description

监测光刻机漏光情况的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种监测光刻机漏光情况的方法。
背景技术
光刻机主要通过光源曝光将掩模版上的图像转移到晶圆上。其中，光刻机的光路系统主要包括光源、掩模版及投影物镜组，将光源发出的光传送到掩模版的表面。随着使用年限增加，光刻机的曝光镜头可能出现雾化散光的情况，光线穿过曝光镜头后形成杂散光，造成曝光时光强分布不均匀。所述杂散光会将非曝光区域的图形叠加投影在相邻投影曝光的正常图形区域(即相邻shot)，产生不必要的特征尺寸(CD)差异，降低光刻机的解析能力，严重时会产生重影。
为了避免杂散光的影响，需要定时使用极端光源对光刻机进行漏光状况的监控。然而，现有技术中对光刻机漏光状况的监控频率通常为每季度检测一次，时效性差。同时，由于杂散光导致的特征尺寸的形变通常小于1nm，监测难度较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种监测光刻机漏光情况的方法，在正常投影曝光的过程中加入超高能投影曝光，使杂散光导致的特征尺寸形变更明显，以便通过监测所述测试晶圆的图案变化来检测光刻机的漏光情况，提升了监测的时效性和频率，降低了监测难度。
为了达到上述目的，本发明提供了一种监测光刻机漏光情况的方法，包括：
对一测试晶圆进行正常投影曝光以形成m个正常投影区域；在正常投影曝光的过程中间隔加入n次超高能投影曝光，形成n个超高能投影区域，第n次超高能投影曝光的过程中光刻机内部的杂散光会对与第n个超高能投影区域相邻的正常投影区域或超高能投影区域产生一次漏光影响；定义仅受到一次漏光影响的所述正常投影区域为待检测区域，所述测试晶圆上的任意一个超高能投影区域至少与一个所述待检测区域相邻；监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况，判断光刻机是否漏光并测算漏光的严重程度，其中，m≥n≥1，m、n均为整数。
可选的，任意一次所述高能投影曝光的曝光强度均不相同。
可选的，所述高能投影曝光的曝光强度依次增大。
可选的，所述超高能投影曝光的曝光强度是正常投影曝光的曝光强度的5倍、10倍、15倍或20倍。
可选的，监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸变化情况的过程包括：将所述待检测区域的图案与设计版图图案进行对比，判断所述待检测区域上图案的形貌及特征尺寸是否发生变化。
可选的，判断所述光刻机是否漏光的方法包括：若所述待检测区域上图案的形貌及特征尺寸与所述设计版图图案的形貌及特征尺寸完全相同，则所述光刻机不存在漏光情况；若存在差异，则所述光刻机漏光。
可选的，判断所述光刻机漏光严重程度的方法包括：测量所述待检测区域上图案的特征尺寸，并与所述设计版图图案的特征尺寸进行对比，所述待检测区域上图案的特征尺寸与所述设计版图图案的特征尺寸的差值越大，所述光刻机的漏光情况越严重。
可选的，采用目检或利用电镜监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况。
可选的，采用所述监测光刻机漏光情况的方法对漏光情况已知的光刻机进行监测，根据监测结果建立数据库。
可选的，所述监控光刻机漏光情况的方法在正常光刻工艺的间隙进行。
综上所述，本发明提供了一种监测光刻机漏光情况的方法，包括：对一测试晶圆进行正常投影曝光以形成m个正常投影区域；在正常投影曝光的过程中间隔加入n次超高能投影曝光，形成n个超高能投影区域，第n次超高能投影曝光的过程中光刻机内部的杂散光会对与第n个超高能投影区域相邻的正常投影区域或超高能投影区域产生一次漏光影响；定义仅受到一次漏光影响的所述正常投影区域为待检测区域，所述测试晶圆上的任意一个超高能投影区域至少与一个所述待检测区域相邻；监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况，判断光刻机是否漏光并测算漏光的严重程度，其中，m≥n≥1，m、n均为整数。本发明所述的监测光刻机漏光情况的方法在正常投影曝光的过程中加入超高能投影曝光，使杂散光导致的特征尺寸形变更明显，以便通过监测所述测试晶圆的图案变化来检测光刻机的漏光情况。所述监测光刻机漏光情况的方法可以在正常光刻工艺的间隙进行，提升了监测的时效性和频率。
附图说明
图1为本实施例提供的监测光刻机漏光情况的方法中光刻机曝光过程的光路示意图；
图2为本实施例提供的监测光刻机漏光情况的方法中测试晶圆的示意图；
图3为本实施例提供的监测光刻机漏光情况的方法中曝光强度为正常曝光强度的15倍时光刻机X5和X6在待检测区域中不同位置的特征尺寸的情况示意图；
其中，附图标记如下：
1-曝光镜头；2-快门；3-中继透镜；4-掩模版；5-投影镜头；
6-晶圆；61-正常投影区域；62-超高能投影区域。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本实施例提供的监测光刻机漏光情况的方法中光刻机曝光过程的光路示意图。参阅图1可知，光刻机的正常工作过程中，光源发出的光线依次穿过曝光镜头1、快门2、中继透镜3、掩模版4和投影镜头5，在测试晶圆6上形成图案。然而，当所述曝光镜头1出现雾化情况时，光线穿过曝光镜头1后形成杂散光(即图1中虚线所表示的光线)，所述杂散光将非曝光区域的图形叠加投影在相邻投影曝光的正常图形区域(即相邻shot)，导致所述光刻机漏光，所述测试晶圆6上的图案会产生特征尺寸差异，严重时会产生重影。
为了监测光刻机的漏光情况，本实施例提供一种监测光刻机漏光情况的方法，包括：
对一测试晶圆进行正常投影曝光以形成m个正常投影区域；在正常投影曝光的过程中间隔加入n次超高能投影曝光，形成n个超高能投影区域，第n次超高能投影曝光的过程中光刻机内部的杂散光会对与第n个超高能投影区域相邻的正常投影区域或超高能投影区域产生一次漏光影响；定义仅受到一次漏光影响的所述正常投影区域为待检测区域，所述测试晶圆上的任意一个超高能投影区域至少与一个所述待检测区域相邻；监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况，判断光刻机是否漏光并测算漏光的严重程度，其中，m≥n≥1，m、n均为整数。
下面详细介绍本实施例提供的所述监测光刻机漏光情况的方法。首先，参阅图2，提供一表面形成有光刻胶层的测试晶圆6，对所述测试晶圆6进行正常投影曝光，以形成12个正常投影区域61包括A1-A12。同时，在12次正常投影曝光的过程中间隔加入4次超高能投影曝光，形成4个超高能投影区域62，包括B1-B4。其中，超高能曝光区域B1的形成过程中，光刻机内部的杂散光会对正常投影区域A2、A3、A4和A7产生一次漏光影响；超高能曝光区域B2的形成过程中，光刻机内部的杂散光会对正常投影区域A1、A4、A5和A6产生一次漏光影响；超高能曝光区域B3的形成过程中，光刻机内部的杂散光会对正常投影区域A7、A8、A9和A12产生一次漏光影响；超高能曝光区域B4的形成过程中，光刻机内部的杂散光会对正常投影区域A6、A9、A10和A11产生一次漏光影响。
综上所述，正常投影曝光区域A4、A6、A7和A9均受过不止一次的漏光影响，比如形成超高能投影区域B1和B2的过程产生的杂散光均对所述正常投影区域A4产生了影响，因此A4的形貌和特征尺寸的变化无法准确反映出任意一次超高能投影曝光过程中光刻机的漏光情况。相应的，所述正常投影区域A1-A3、A5、A8、A10-A12均仅受到一次漏光影响，均为待检测区域。其中，所述待检测A2和A3与超高能投影区域B1相邻；所述待检测A1和A2与超高能投影区域B2相邻；所述待检测A8和A12与超高能投影区域B3相邻；所述待检测A10和A11与超高能投影区域B4相邻，因此每次超高能投影曝光的漏光情况均可通过相应的所述待检测区域的形貌及特征尺寸的变化情况来判断。在本发明的其他实施例中，所述正常投影曝光的次数m、所述超高能投影曝光的次数n和在正常投影曝光过程中加入超高能投影曝光的时机可以在上述内容限定的范围内根据实际需要进行调整，本发明对此不作限制。
本实施例中，任意一次所述高能投影曝光的曝光强度均不相同。可选的，所述高能投影曝光的曝光强度依次增大。参阅图3，本实施例中，四次超高能投影曝光的曝光强度分别为正常投影曝光的曝光强度的5倍、10倍、15倍和20倍。在本发明的其他实施例中，所述超高能投影曝光的曝光强度可以根据实际需要进行调整，本发明对此不作限制。
随后，监测所述待检测区域A1-A3、A5、A8、A10-A12的形貌和特征尺寸的变化情况，即将所述待检测区域A1-A3、A5、A8、A10-A12的图案与设计版图图案分别进行对比，判断不同光强时所述待检测区域A1-A3、A5、A8、A10-A12上图案的形貌及特征尺寸是否发生变化。可选的，采用目检或利用电镜监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况。
接着，根据所述待检测区域A1-A3、A5、A8、A10-A12的形貌和特征尺寸的变化情况判断光刻机是否漏光并量测漏光的严重程度。具体的，若所述待检测区域A1-A3、A5、A8、A10-A12上图案的形貌及特征尺寸均与所述设计版图图案的形貌及特征尺寸完全相同，则所述光刻机不存在漏光情况；若存在差异，则所述光刻机漏光，分别测量所述待检测区域A1-A3、A5、A8、A10-A12上图案的特征尺寸，并与所述设计版图图案的特征尺寸进行对比，所述待检测区域上图案的特征尺寸与所述设计版图图案的特征尺寸的差值越大，所述光刻机的漏光情况越严重。所述光刻机的漏光程度可以用漏光程度值Flare表示，且所述漏光程度值Flare可以通过设计版图图案和实际投影图案的特征尺寸计算得出。本实施例利用所述监测光刻机漏光情况的方法对漏光程度值Flare已知的光刻机进行监测，利用监测结果建立数据库。表1为所述数据库中四个漏光程度值已知的光刻机X1、X2、X3和X4在不同曝光强度下形成图案的变化情况，且光刻机X1的漏光程度值Flare＝1.1％；光刻机X2的漏光程度值Flare＝2.1％；光刻机X3的漏光程度值Flare＝3.5％；光刻机X4的漏光程度值Flare＝4.1％：
表1.漏光程度值已知的光刻机在不同曝光强度下在待检测区域中形成图案的变化情况：
Figure BDA0002702317200000061
其中，“0”表示无明显差异；“1”表示出现明显差异。
表2.本实施例中不同曝光强度时所述待检测区域上图案的形貌及特征尺寸的变化情况：
Figure BDA0002702317200000062
其中，“0”表示无明显差异；“1”表示出现明显差异。
结合不同曝光强度时所述待检测区域上图案的形貌及特征尺寸是否发生变化的判断结果可以估算本实施例测试的光刻机的漏光程度值。例如，当本实施例中不同曝光强度时所述待检测区域上图案的形貌及特征尺寸的变化情况如表2所示时，所述光刻机的漏光程度值约为2.1％。可选的，在确定所述光刻机漏光程度的大致范围后，可以通过量测所述待检测区域的特征尺寸和设计版图图案的特征尺寸来计算具体的漏光程度值Flare，也可以利用本实施例提供的监测光刻机漏光情况的方法进行第二次测试，将超高能曝光采用的曝光强度限制在正常曝光强度的10倍-15倍之间，获得更精确的漏光程度值。可选的，当同一曝光强度下存在多个待检测区域时，例如本实施例中曝光强度为正常曝光强度的5倍时所述待检测区域包括A2和A3，可以计算A2和A3的特征尺寸的均值来减小误差。在本发明的其他实施例中，也可以通过批量光刻所述测试晶圆6来减小监测结果的误差。
下面以两台Nikon Krf机型的光刻机X5和X6为例介绍本实施例提供的监测光刻机漏光情况的方法的应用情况：
图3为曝光强度为正常曝光强度的15倍时光刻机X5和X6在所述待检测区域中不同位置的特征尺寸的情况示意图，其中横轴表示所述待检测区域一端到另一端之间的不同位置，单位为μm；纵轴表示所述不同位置对应的特征尺寸，单位为nm。参阅图3可知，在距离所述待检测区域一端530μm-890μm、1090μm-1170μm和1690μm-2010μm的位置时，所述光刻机X5和X6的特征尺寸均在95-100nm之间，在距离所述待检测区域一端1690μm-2010μm和1170μm-1690的位置时，所述光刻机X5和X6的特征尺寸均明显增大，说明光刻机X5和X6均存在漏光情况。同时，在1690μm-2010μm和1170μm-1690的位置时所述光刻机X5的特征尺寸增大到100nm-105nm之间，所述光刻机X6的特征尺寸增大到105nm以上，因此所述光刻机X6的漏光程度更严重。
综上，本发明提供了一种监测光刻机漏光情况的方法，包括：对一测试晶圆进行正常投影曝光以形成m个正常投影区域；在正常投影曝光的过程中间隔加入n次超高能投影曝光，形成n个超高能投影区域，第n次超高能投影曝光的过程中光刻机内部的杂散光会对与第n个超高能投影区域相邻的正常投影区域或超高能投影区域产生一次漏光影响；定义仅受到一次漏光影响的所述正常投影区域为待检测区域，所述测试晶圆上的任意一个超高能投影区域至少与一个所述待检测区域相邻；监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况，判断光刻机是否漏光并测算漏光的严重程度，其中，m≥n≥1，m、n均为整数。本发明所述的监测光刻机漏光情况的方法在正常投影曝光的过程中加入超高能投影曝光，使杂散光导致的特征尺寸形变更明显，以便通过监测所述测试晶圆的图案变化来检测光刻机的漏光情况。所述监测光刻机漏光情况的方法可以在正常光刻工艺的间隙进行，提升了监测的时效性和频率。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，包括：
对一测试晶圆进行正常投影曝光以形成m个正常投影区域；在正常投影曝光的过程中间隔加入n次超高能投影曝光，形成n个超高能投影区域，第n次超高能投影曝光的过程中光刻机内部的杂散光会对与第n个超高能投影区域相邻的正常投影区域或超高能投影区域产生一次漏光影响；定义仅受到一次漏光影响的所述正常投影区域为待检测区域，所述测试晶圆上的任意一个超高能投影区域至少与一个所述待检测区域相邻；监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况，判断光刻机是否漏光并测算漏光的严重程度，其中，m≥n≥1，m、n均为整数。
2.如权利要求1所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，任意一次所述超 高能投影曝光的曝光强度均不相同。
3.如权利要求2所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，所述超 高能投影曝光的曝光强度依次增大。
4.如权利要求3所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，所述超高能投影曝光的曝光强度是正常投影曝光的曝光强度的5倍、10倍、15倍或20倍。
5.如权利要求1所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸变化情况的过程包括：将所述待检测区域的图案与设计版图图案进行对比，判断所述待检测区域上图案的形貌及特征尺寸是否发生变化。
6.如权利要求5所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，判断所述光刻机是否漏光的方法包括：若所述待检测区域上图案的形貌及特征尺寸与所述设计版图图案的形貌及特征尺寸完全相同，则所述光刻机不存在漏光情况；若存在差异，则所述光刻机漏光。
7.如权利要求6所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，判断所述光刻机漏光严重程度的方法包括：测量所述待检测区域上图案的特征尺寸，并与所述设计版图图案的特征尺寸进行对比，所述待检测区域上图案的特征尺寸与所述设计版图图案的特征尺寸的差值越大，所述光刻机的漏光情况越严重。
8.如权利要求1所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，采用目检或利用电镜监测所述待检测区域的形貌和特征尺寸的变化情况。
9.如权利要求1所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，采用所述监测光刻机漏光情况的方法对漏光情况已知的光刻机进行监测，根据监测结果建立数据库。
10.如权利要求1所述的监测光刻机漏光情况的方法，其特征在于，所述监测光刻机漏光情况的方法在正常光刻工艺的间隙进行。
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