CN1402322A - 用电子束监测工艺条件变化的监测系统和监测方法 - Google Patents

用电子束监测工艺条件变化的监测系统和监测方法 Download PDF

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Abstract

光刻过程中为精确监测产品晶片的曝光条件，即曝光能量和聚焦的变化，针对曝光条件变化，通过获取尺寸特征量变化倾向相互不同的第1和第2图形部分的电子束图像，能算出曝光条件变化。之后，计算第1和第2图形部分的各个尺寸特征量，并把这些尺寸特征量加到在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接用的模式上。由此提供能输出曝光能量和聚焦精确变化的工艺条件变化监测系统和监测方法。

Description

用电子束监测工艺条件变化的监测系统和监测方法
技术领域
本发明涉及在适当的曝光条件下时晶片上的光刻胶膜进行构图曝光的光刻过程中，用光刻胶图形的电子束图像监测曝光条件变化的监测系统和监测方法。具体涉及曝IQ工艺控制方法和保持适当曝光条件的方法。
背景技术
以下描述常规光刻流程。
光刻胶图形的形成方法包括：半导体晶片或类似衬底上涂敷所需厚度的光刻胶(光敏材料)，之后，用曝光装置用构图掩模曝光和显影。用有长度测试功能的扫描电子显微镜，这种电子显微镜叫做长度测试SEM，或CD-SEM)检查已形成的光刻胶图形的尺寸。以下描述用常规的长度测试SEM的工艺实例。步骤1，对包括要求严格的尺寸精度部分的区域进行电子束成像后；在步骤2测图形尺寸；步骤3，判断尺寸是否符合参考值，如果尺寸不符合参考值，则在步骤4校正曝光装置的曝光能量，曝光能量的校正量用ΔE表示。在正性光刻胶情况下，如果光刻胶膜的尺寸太长，增大曝光能量；若光刻胶膜宽度太小，则降低曝光能量。按操作者的经验和知识确定曝光能量的校正量也不稀奇。
图17所示光刻胶图形和膜蚀刻后的图形的关系曲线来源于：“Hand book ofElectronic Beam Testing”P.255.a research document cited at the 98th Study session ofthe 132nd Committee on the Application of charged Beams to Industries，held under theauspices of Japan society for the Promotion of Science”。规定相同的刻蚀条件，光刻胶图形和膜蚀刻后的图形之间的关系不变。因此，要获得所需形状的膜图形，那么，光刻胶图形也应有所需形状。例如，新工艺的说明中，“建立操作条件”是指获得所需形状的光刻胶图形所进行的聚焦和所用的曝光能量。通过改变曝光装置每次曝光的聚焦和曝光能量，在其上已形成图形的晶片(这种晶片的实例如图18所示，通常叫做聚焦曝光基体(FEM)清洁后，测每次曝光后光刻胶图形的尺寸。日本特许公开JP-平成-11-288879中公开了一种支持建立操作条件的系统。进行这些操作，以确定能获得更大裕度的曝光能量(EO，和聚焦值(FO)，制成的晶片在相应条件下经过曝光。但是，光刻胶的光灵敏度变化会引起光刻胶膜下防反射膜的厚度变化，使曝光装置中的各种传感器漂移，和工艺条件的各种其它变化，会防碍在条件建立操作中已确定的条件EO和FO下获得所需的光刻胶图形形状。进行上述的尺寸测试，(步骤2)，以确定工艺条件中的这些变化。上述的现有技术中，通过校正曝光能量来补偿因工艺条件变化造成的光刻胶图形形状的变化。
发明内容
现有技术用，用长度测试SEM检测线宽和其它尺寸变化，以检测工艺条件变化和进行校正测试，如果尺寸值不符合参考值，则校正曝光能量。但现有技术存在以下三个问题。
第1个问题是，工艺条件变化与尺寸值变化无关，更具体地说，不能检测曝光过程中聚焦量的变化。光刻胶膜的横截面形状大致是梯形。由于倾斜部分的二次电子信号强度大于平坦部分的二次电子信号强度，因此，在相当于梯形边缘部分出现信号波峰，如图19(a)所示。以下描述用长度测试SEM的尺寸测试例。如图19(b)所示，沿峰的外部和底部画直线，之后，找出两根线的交叉点，对另一边进行同样的处理，取两个交叉点之间的距离作线宽。图20是一曲线图，是沿水平轴画的每个曝光能量(从“e0”至“e8”)步骤焦量的关系曲线图，在该曲线基础上找出线宽，以表示曝光能量和聚焦量变化时线宽如何变化。曝光能量按从“e0”至“e8”的顺序增大时，线宽随曝光能量增大而减小，该关系出现在正性光刻胶情况下，而负性光刻胶情况下该关系相反。因此，通过检测线宽能检测曝光能量变化。但是，从曲线图看出，相对于聚焦量的变化线宽变化不太明显，特别是在“e4”的适当曝光能量附近聚焦量的变化使线宽几乎不变。但是，通过检测线宽不能检测聚焦量变化。另一方面，聚焦量变化时线宽甚至不变，光刻胶膜的横截面形状将改变，如图20(b)所示。正如该文献中前面所述的，横截面形状变化也影响蚀刻后的膜图形的形状，用现有技术不能使要检测的聚焦量变化。因而，在刻蚀后的膜图形形状中会产生大量缺陷。
第2个问题是，只校正曝光能量当然不能校正聚焦量偏差。例如，就图20(a)所示状态A而言，由于线宽大于规定值，所以，按线宽测试结果将增大曝光能量。但是，由于必须校正聚焦量偏差，只会出现图20(b)所示状态B，光刻胶的横截面形状不会回到规定形状。因此，在该情况下蚀刻后的膜图形形状同样会出现大量缺陷。
第3个问题是，用上述现有技术不能得到维持正常的曝光工艺所需的工艺条件变化的定量信息。近年来随着图形尺寸减小，曝光能量和聚焦量的裕度极明显地变窄。例如，就线宽设计尺寸为180nm的半导体图形而言，由于要求图形尺寸变化率要控制在10％以下，为此，必须获得表示工艺条件变化的定量信息，那就是说，要获得曝光能量的误差精度数据为毫焦耳(mj)数量级，聚焦量的误差精度数据为微米(μm)数量级。上述的现有技术中，不能检测到聚焦量误差，或者不能说精确的检测了曝光能量的误差。总的原因是随聚焦量变化线宽变化。因此，要保持正常的曝光工艺用上述的现有技术是无法实现的。
本发明的目的是，提供能检测聚焦量变化的装置，具体说，是提供监测工艺条件变化的监测系统，和一种检测方法，该方法不仅能检测曝光能量的变化，还能检测聚焦量变化，和检测曝光能量和聚焦量的精确变化输出。
为达到上述目的，本发明起动下述的工艺条件变化监测系统和以长度测试SEM为基础的检测方法。
本发明中，计算装置，从用长度测试SEM已获得的电子束图像计算包括图形边缘宽度和图形宽度的光刻胶图形的尺寸特征量；和模式存储装置，用于建立曝光条件和尺寸特征量之间的逻辑链接，通过获取第1图形部分与第2图形部分的各个电子束图像在尺寸特征量变化趋势方面的差别，计算曝光条件的变化，以防止曝光条件变化，之后，计算第1和第2图形部分的各个尺寸特征量，把这些尺寸特征量加到在曝光条件和尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式上。
而且，本发明中，第1图形部分有构成的图形，按它的“+”向的聚焦量误差增大量相当于边缘宽度，第2图形部分中构成的图形，使按它的“-”方向的聚焦误差增大相当于边缘宽度。
另外，本发明中，上述第1图形部分用掩模的图形，上述第2图形部分用不掩模的图形。
而且，本发明中，一个图像中用作第1图形部分和第2图形部分的部位不同，因而不会降低生产率。
而且，本发明中，第1和/或第2图形部分的边缘宽度与聚焦量变化之间的关系，和第1和/或第2图形的图形宽度与曝光能量变化之间的关系，存入存储器中，作为关系式，这些关系式用作在曝光条件和尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式。
而且，本发明提供自动计算功能，从边缘宽度和聚焦中的误差之间的关系和从图形宽度和曝光能量之间的关系计算处理窗数据。
附图说明
图1是用按第1优选实施模式的工艺条件变化监测系统的光刻流程图；
图2是按第1优选实施模式的CD-SEM的总框图；
图3是逻辑链曝光条件和尺寸特征量的模式建立顺序图；
图4是适用于工艺条件变化监测的图形实施的示意图；
图5是适用于工艺条件变化监测的图形实例的剖视图；
图6是边缘宽度变化与聚焦变化的关系曲线图；
图7是边缘宽度变化与聚焦变化的另一关系曲线图；
图8是表示边缘宽度与聚焦之间的关式的模式说明图；
图9是在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式的建立顺序示意图；
图10是按本发明第2优选实施模式的工艺条件变化监测系统的示意图；
图11是在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链按的模式的另一实施例的示意图；
图12是按本发明的第3优选实施模式的工艺条件变化监测系统的示意图；
图13是适用于工艺条件变化监测的图形的第2实例的示意图；
图14是适于工艺条件变化监测的图形的第2例中的测试方法示意图；
图15是适于工艺条件变化监测的图形的第3例的示意图；
图16是适于工艺条件变化监测的图形的第3例的测试方法示意图；
图17是表示光刻胶膜图形与刻蚀前后膜图形之间的关系的缩略图；
图18是条件建立晶片实例的示意图；
图19是表示光刻胶图形的横截面形状与二次电子信号电平之间关系的缩略图；
图20是表示曝光能量，聚焦和线宽之间关系的曲线图；
图21是聚焦量说明图。
具体实施方式
以下用附图描述本发明的第1优选实施模式。
(1)第1优选实施模式的总流程。
图1所示的本发明第1实施例，是设有在CD-SEM基础上构成的工艺条件变化监测系统的光刻工艺示意图。图中虚线包围的部分10表示在半导体衬底制造系统中制造晶片的流程，箭头指示从左到右的工艺进程顺序。实线包围的部分20表示用在CD-SEM基础上构成的工艺条件变化监测系统的工艺流程，箭头指示从上到下的工艺进程顺序。
按尺寸检查的常规定时监测工艺条件变化。步骤11中已获得的下面要描述的包括第1和第2图形部分的区域电子束成像后，在步骤12中，计算作为第1图形部分的尺寸特征量的线宽LW1和边缘宽度EW1，在步骤13中计算作为第2图形部分的尺寸特征量的边缘宽度EW2。之后，在步骤14中，计算的聚焦偏差值ΔF加到EW1和EW2，在边缘宽度和聚焦误差之间建立逻辑链的模式，步骤15中算出曝光能量误差ΔE，加到LW1，在图形宽度和曝光能量之间建立逻辑链接的模式。在步骤16，结果反馈进曝光条件，以进行曝光步骤17，在新建立的曝光条件下对多处进行显影步骤18，步骤11中重新获得电子束图像后，在新建立的曝光条件下进行蚀刻步骤19和其它工艺。由此提供新半导体衬底制造系统。本发明中，如果检测到与最佳聚焦或曝光能量值的偏差(甚至在处理窗数据范围内)，由于要检测偏差和反馈进曝光条件，所以能保持正常的曝光工艺状态。本发明最大的特点之一是能精确计算出聚焦和曝光能量中的轻微偏差。以下将更详细描述本发明的第1实施例。
(2)CD-SEM的结构
以下首先描述用于按本发明的工艺条件变化监视系统的CD-SEM。图2示出CD-SEM的结构框图。该图示出电子光学系统200。图2中，以电子检201发射的原电子束202通过电子束偏转器204，ExB偏转器205和物镜206，会聚在放在截物台上的晶片100上(包括液晶衬底)。发射电子束后，以样品晶片100发射二次电子。从晶片100发射的二次电子用ExB偏转器205反射，并用二次电子检测器207检测。随着载物台101使晶片按x-轴向的连续移动，与偏转器204进行的二维电子束扫描同步，或者，与偏转器204进行的x-轴向的反复的电子束扫描同步，通过检测来自样品的电子，获得二维电子束图像。用二次电子检测器207检到的信号用A/D转换器208转换成数字式信号，之后，把该数字式信号送入图像处理部分300。图像处理部分300有暂时存储数字式图像的图像存储介质302，和从图像存储器中的图像计算尺寸特征量的CPU304。图像处理部分还有存储介质301，它包含在曝光条件与预先检验过的尺寸特性量之间建立逻辑链接用的模式。显示装置302连接到图像处理部分300，以便通过图像用户接口(以下叫做GUI)进行必需设备操作，检测结果确认等其它操作。
(3)模式构成方法
以下描述在图1所示步骤14和15中要求的模式构成方法。图3画出模式构成流程。该实施例中，装置产品晶片之前，构成用FEM晶片的模式。
在步骤2021FEM晶片装置后，在步骤2022使晶片对齐，在步骤2023控制晶片移动到第1测试位置。
步骤2024，获得含第1和第2图形部分的区域的电子束图像。有确定尺寸的(对精度要求很严格的尺寸)掩模的图形和有确定尺寸的无掩模的图形分别适合作第1图形部分和第2图形部分。图4中画出图形的一个实例。例子中，包括是线性掩模的图形的第2图形部分和是线性无掩模的图形的前端的第1图形部分。图4(a)示出按二之掩模图形图像格式的图像处理部分30，其中白和黑分别表示传送部分和屏蔽部分，假设是正型光刻胶。图4(b)是图形显影后的图像。获得相当于图4(a)中框包围部分的部分的电子束图像时，将获得表示亮的边缘部分和暗的扁平部分的图像，如图4(c)所示。A-B和C-D部分横截面形状分别示于图5(a)和5(b)中。如图5(a)所示，检测有A-B横截面的膜图形的第1图形部分的线宽LW1和边缘宽度EW1。如图5(b)所示，检测有C-D横截面的膜图形的第2图形部分的边缘宽度EW2。假设第1图形部分的顶边缘是有正聚焦值的圆形，并扩大了边缘宽度EW1。这时，用最佳聚焦值形成几乎相同的第2图形的边缘部分。尽管第1图形的边缘部分与用最佳聚焦值形成的边缘部分几乎相同，假设第2图形部分的底边缘是圆形，并扩大了边缘宽度EW2，但仍然检测到相反的负聚焦值。由此发现，可以用图形随聚焦值变化而变化的方式使第1和第2图形彼此不同。为了使第1和第2图形的聚焦值与最佳聚焦值在程度和方向上有一些偏值，可把包含第1和第2图形部分的专用的监测图形引入晶片中，以更精确地确定处理条件变化。
步骤2025中，储存获取的图像后，在步骤2026计算和储存第1图形部分的线宽LW1和边缘宽度EW1。该步骤后，步骤27计算和储存第2图形部分的边缘宽度EW2。按该方式算出的线宽如图19(b)所示，通过测试交叉点P1和P2之间的间距可计算出边缘宽度，如图5(c)所示，所述交叉点P1是沿峰的外部画线与沿峰的底部画线的交叉点，交叉点P2是沿峰的内部画线与沿峰的底部画线的交叉点。在步骤2028判断实际位置是不是最后的测试位置，如果不是，则在步骤2029控制移动到下一个测试位置；如果实际位置是最后的测试位置，则控制移动到步骤2030。
步骤2030中，对FEM上的全部测试点进行了步骤2024至2027后，从全部位置的线宽LW1的测试结果确定最佳曝光能量。该阶段下，如图20(a)所示，显示GUI窗中的曲线图，自动确定或由操作者判定获得要求的线宽所需的曝光能量。确定FEM中图9(a)的区域1001。
步骤2031中，从上述的已确定的FEM中图9(a)的区域1002的最佳曝光能量附近测到的边缘宽度EW1和EW2推导出聚焦与边缘宽度之间的关系。最佳曝光能量附近是指例如最佳曝光能量范围±2mJ。如前所述EW1是线性掩模图形的边缘宽度，EW2是线性无掩模的图形的前端的边缘宽度。图6(a)中所示的本发明人对这些边缘宽度和聚焦之间的关系的测试结果表示对EW1的测试结果，图6(b)表示对EW2的测试结果，两种情况下，沿纵轴画出聚焦范围从-0.5至+0.5μm内，曝光能量为32mJ，33mJ，34mJ，35mJ，和36mJ(最佳曝光能量为34mJ)的边缘宽度，和沿水平轴画出的聚焦值。如图所示，EW1与EW2的测试结果有明显差别。这就是说，前者在“-”方向有明显变化而有“+”方向无明显变化，而后者在“+”方向有明显变化而在“-”方向无明显变化。图5所示的步骤2031中，用EW1与EW2之间的性能差别确定从两个边缘值计算聚焦值用的模式。换句话说，进行该步骤以提供模式存储装置。图7示出该模式的一个实例。按该结构，数字1指示在32mJ，33mJ，34mJ，35mJ，和36mJ的图7(a)所示EW1-EW2的表达式，其结果用作模式，
[数值表达式1] f = c e a ( x - b ) - e - a ( x - b ) e a ( x - b ) + e - a ( x - b ) + d 数值表达式1
式中x＝EW1-EW2
数字1用于由“x＝EW1-EW2”计算聚焦值“f”给图7(a)指定值字1和用诸如最小二乘方法的方法确定式中的参数“a”、“b”、“c”、和“d”。尽管自动计算出参数，图7(a)和7(b)所示的这些曲线显示在GUI窗中，操作者可确认模式是否合适。如果判定模式不合适，操作者对模式改进，例如，由诸如指示器的工具使图7(a)所示曲线变形。模式改进后，建立已改为a′，b′，c′，和d′的关系式中的参数，或者，存储模式本身作为查询表。
步骤2032，确定与聚焦相关的边缘宽度变化率保持在固定值或低于固定值处的聚焦值范围，例如在±2.0μm范围内，该范围定为聚焦范围(焦点容许偏差)。更具体地说，用x微分数字1求出绝对值，范围内的绝对值保持在分别确定的作为聚焦范围的阈值或低于该阈值。这些裕度等于相应图形尺寸中曝光装置的焦点深度。图9是在曝光条件与尺寸特性量之间建立逻辑链接的模式的确定顺序的获取示意图。图9(a)示出曝光能量与聚焦值之间的关系，图9(b)是表示聚焦值裕度的示意图。FEM中，图9(b)中的区域1003相应于聚焦裕度。
步骤2033中，从具有以上确定的聚焦裕度的线宽LW1的测试结果推导出曝光能量与线宽之间的关系。发明人对线宽LW1和曝光能量之间的关系的测试结果如图8所示，图8示出的结果是在聚焦范围为-0.2至+0.2μm(聚焦裕度从-0.2至+0.2μm)内沿水平轴在每个曝光能量画出的线宽与各个曝光能量的关系曲线图。如图所示，随曝光能量增大线宽线性减小，该图中数字指定为从-0.2至+0.2μm范围内的线宽，结果用作模式。
[数值表达式2]
e＝-hx+g              数值表达式2
式中x＝LW1
数字2用于从x＝LW1计算曝光能量“e”，数字2用于图8和用诸如最小二乘方法确定式2中的参数h和g。操作者经过GUI窗的干预方法与步骤2032相同。
步骤2034中，从数字2和确定为曝光能量裕度(曝光能量允许误差)的该曝光能量范围导出曝光能量范围，其中，线宽停留在它的固定值±α内。FEM中，图9(b)中的区域1004(阴影部分)相应于阈值，步骤2035中，该区域的中心登记为最佳曝光能量EO和最佳聚焦值FO。
(4)监测工艺条件变化
以下将返回到图1描述工艺条件变化的监测方法。
首先，最佳曝光能量EO和最佳聚焦值FO设定为制造晶片工艺开始的曝光条件。此后，图1所示的工艺条件变化监测与制造晶片的尺寸测试同步进行。工艺进行到获取包括第1和第2图形部分的区域的电子束图像，计算LW1和EW2作为第1图形部分的尺寸特征量，EW2作为第2图形部分的尺寸特征量，即，工艺进行到与本文前后描述的模式构成相同的步骤2001至2003。
步骤2004中，给表示边缘宽度和焦点偏差之间的关系的上述模式指定EW1和EW2，和在步骤2002和2003中算出的尺寸特征量(该情况下，x＝EW1-EW2)，计算聚焦值F。
步骤2005中，给表示图形宽度与曝光能量之间关系的上述模式指定LW1，和在步骤2002算出的尺寸特征量(该情况下，x＝LW1)，计算曝光能量E。
步骤2006中，计算出的ΔE＝E-EO和ΔF＝F-FO作为曝光条件的校正量返馈。按此方式，总是在本发明的该实施例中保持最佳条件。
(5)本实施例供给的结构
以下描述上述实施例提供的更具体的结构。
工艺条件变化监测系统包括：
图像检测装置，用于获得光刻胶图形的电子束图像，该工艺相应于电子束获取11；
尺寸特征量检测装置，用于获取针对曝光条件的变化在边缘宽度和/或图形宽度和其它尺寸特征量的变化趋势项目中彼此不同的第1和第2图形部分的各个尺寸特征量，该步骤相应于第1图形部分的尺寸特征量LW1和LW2的计算12，和相应于第2图形部分的尺寸特征量EW2的计算13。
模式存储装置，该模式在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接，和
计算装置，用所述尺寸特征量检测装置已获取的所述第1和第2图形部分的这些尺寸特征量加给所述模式，计算出曝光条件的变化，该步骤相应于通过给模式加EW1和EW2算出ΔF的计算14和给模式加LW1计算出ΔE的计算15。
还设有曝光条件校正装置，根据所述计算装置2计算出的曝光条件变化提供曝光条件校正，该步骤相应于ΔE，ΔF数据传送步骤16。
半导体衬底制造系统，倾向于用光刻胶图形的电子束成像改变聚焦值，改变一个曝光条件，其中，半导体衬底制造系统有图像检测装置，用于获得所述光刻胶图形的电子束图像；焦点容许偏差设定装置，在焦点容许偏差下，针对聚焦值的变化，特定光刻胶图形的边缘宽度变化率保持在以所述电子束图像的两个图形部分计算出的固定值，或低于该固定值；曝光装置，用于提供在所述计算装置计算出的聚焦容许偏差范围内的曝光，该曝光步骤相应于曝光步骤17。
工艺条件变化监测方法，用光刻中光刻胶图形的电子束图像监测曝光条件变化，其中，所述监测方法的特征是：检测用于获得所述光刻胶图形的电子束图像的图像，从电子束图像计算它各边缘宽度和图像宽度的光刻胶图形的尺寸特征量，和设置用于在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式；通过曝光条件变化监测过程中所述图像检测，针对曝光条件变化，首先获取尺寸特征量变化趋势彼此不同的第1和第2图形部分的电子束图像，计算出从最佳曝光条件的变化；之后，通过所述尺寸特征量计算，计算出第1和第2图形部分的各个尺寸特征量；通过把相应的特征量加到在所述条件与所述尺寸特征量之间建立逻辑链按的模式，计算实际的曝光条件变化；和根据实际的计算结果校正曝光条件。
(6)该实施例的效果
按该实施例，克服本发明要克服的众多缺陷中所述的3个缺陷。首先，是如何克服第1个缺陷，即，描述不能检测聚焦变化。按该实施例，通过监测边缘宽度EW1和EW2能可靠地检测聚焦变化。以下，关于第2个缺陷，即聚焦变化返馈，按本实施例，通过给特定模式加边缘宽度EW1和EW2，不仅能检测焦点偏差，还能精确计算这些焦点偏差。关于第3个缺陷，即不能定量确定工艺条件的变化，按本实施例，通过把边缘宽度EW1和EW2用于上述模式，可精确计算出偏差，把线宽LE1加到特定的模式，能计算出曝光能量的精确变化，而且能防止蚀刻后出现膜图形的形状缺陷。
而且，尽管本发明第1实施例出现了上述的效果，但需要时间来执行图1中的步骤2002至2005所示的一系列操作，这与常规光刻中用CD-SEM进行尺寸测试所需的时间几乎相同。因而，具有不降低制造合格率的优点。
此外，尽管在建立操作的常规条件中，是根据操作者来确定最佳曝光条件和工艺窗数据，由于本发明是根据模式来确定最佳曝光条件和工艺窗数据，因此本发明的优点是，不仅能精确确定这些数据，而且总是有相同的精度。
(7)第2优选实施模式
本发明的第2优选实施例示于图10中。
图10所示步骤11至15与图1所示第1实施例中的步骤相同。相同的数字指示相同实施模式中的各个步骤，并用与图1类似的描述。步骤40，41和42加到图1所示结构中。第1实施模式的基础是假设曝光能量和聚焦随时间缓慢变化，并倾向于控制工艺，以不超过工艺窗数据范围。但是，如果工艺条件突然出现了任何明显的变化，由于用于计算ΔE和ΔF的模式能表示成如上述的在工艺窗中有相互独立的参数的模式，这就会引起返馈数据误差，即ΔE，ΔF中的误差。该第2实施例中，步骤40中检查ΔE的值，如果该值在它的参考值(工艺窗)外，由要控制，移动到再次计算ΔE和ΔF的程序。步骤41中把EW1和EW2加到考虑了ΔF和ΔE的计算的另一模式中，再次计算ΔF。步骤42中把LW1加到考虑了ΔE和ΔF的计算的另一模式中，再次计算ΔE。
通过预先确定表示每个曝光能量下聚焦和边缘宽度之间的关系的模式，和表示每个聚焦值下曝光能量与线宽(LW1)之间的关系的模式，和实施该实施例，或者，指定上述模式为相关表达式或计算最佳曝光条件，提供查询表31，其中已为图11所示的每组曝光条件确定了EW1，LW1，和EW2，通过提供上述模式和查询表，如果没有超出工艺窗，可以只参考查询表就能检索出最佳匹配的曝光条件1ΔE，ΔF1，EW1，LW1和EW2。
按该实施例能实现工艺控制，即使在工艺条件突然出现明显变化时也能适当响应。
(8)第3实施模式
本发明第3优选实施例示于图12中。
图12中所示步骤11至15与图1所示第1实施例的步骤相同。相同的数字指示相同实施模式中的各个步骤，并与图1的描述类似。步骤15计算ΔF后，算出的ΔE和ΔF数据不照原样返馈。而是老的ΔE和ΔF数据用于表示步骤51中的计算值，在步骤52中确定最终的ΔE1和ΔF1的量。历史数据库303，例如，包含与几批老产品相关的ΔE和ΔF数据，通过给直线指定历史数据库中的数据来确定最终的ΔE1和ΔF1，如图12(b)所示。
甚至规定相同的曝光能量和相同的聚焦值也不会总是形成微观上完全相同的光刻胶图形。此外，即使为用CD-SEM获取图像而建立的条件出现了轻微差别，或者，出现了尺寸特征量计算误差，那么，从单个检查目标计算出的ΔE和ΔF数据将包含一定的误差。而且，由于聚焦变化是逐渐变化而不是突然变化，所以，与从一组结果信号来确定返馈量相比，本实施例能进行稳定工艺控制。
当然，CD-SEM中不总是需要存在历史数据库，而可以在实际网络上存在的其它存储装置中有历史数据库。而且，图中尽管几批老产品数据用作历史数据库，术语“几批老产品数据”只是与一个例有关，第2实施例不限于此例。
(9)其它信息
尽管本文现在已描述了在一个图像上有第1和第2图形部分，当有不相邻的合适图形时，即使获到了多个单独的图像也不会影响性能。
而且，晶片上可设用于监测曝光条件的特别标记。该情况下，要求在一个图像上为第1和和2图形部分分别设置有精确尺寸的掩模的图形和有精确尺寸的无掩模的图形。
图13中示出图形配置例，图13(a)示出二元掩模图形的图像，其中的白色和黑色分别指示传送部分和屏蔽部分。由于图13(a)中左边图形和右边图形它们的传送部分和屏蔽部分相反，因此，能形成掩模的图形(左)和无掩模的图形。获取显影后的电子束图像能获得表示亮边缘部分和暗平坦部分的图像，如图13(b)所示。图13(b)中，聚E-F交叉部分作第1图形，取G-H交叉部分作第2图形。图14中示出E-F和G-H部分的横截面形状。图14(b)示出显影后图形的示意图。例如，当打算画出掩模的图形的中心附近的图形和边缘宽度(EW1)时，从电子束图像测试后掩模的图形的边缘宽度(EW2)和掩模的图形的线宽(LW2)，可能获得与图4和5所示图形的这些参数的相同效果。与图14(b)中用的图形配置相同时，一个图形被多个形状相同的图形包围，通过测试形状相同的多个图形的边缘宽度(EW1和EW2)和中心图形的线宽(LW1)，和用它们的平均值，将能使测试误差最小。
图15示出另一例，图15(a)示出二元掩模图形的图像，其中白和黑分别表示传送部分和屏蔽部分。图15(b)示出显影后图形的示意图。中心孔图形对应无掩模的图形，即第1图形部分，外壁部分对应掩模的图形，即第2图形部分。图16示出该图形的电子束图像，其中，图像的边缘部分是亮的，图像的平坦部分是暗的。图16(b)示出该图像的横截面形状。当从图16(a)所示电子束图像测试外壁的边缘宽度(EW1)和内壁的边缘宽度(EW2)时，能获得与图4和5所示图形的这些参数相同的效果。
重要的是，第1和第2图形部分的聚焦特性要不同，而且，并不总是需要它们的组合，因此，两个图形的特性如图6(a)和6(b)所示。而且，尽管从EW1-EW2计算聚焦值的公式用作聚焦值计算模式(见数表达式1)，由于该式是适用于图6(a)和6(b)所示性能的关系式，因此采用该表达式。如果要用的图形不同，当然可用其它关系式。此外，不只用两个图形，也能用3个或更多的图形。
迄今为止。尽管本实施例中还没描述要检查的晶片上的图像获取位置，当本实施例要进入实际操作时，要求通过获取晶片上多个位置上的多个图像并同步判断从这些图像获得的特征量，把ΔE和ΔF要确定为曝光条件返馈量。
而且，为了使边缘宽度的测试结果更精确，可用倾斜载物台也可用电子束获取图像。
以下的工艺条件变化监测系统和监测方法设置成用电子束的监测系统和监测方法。
光刻过程中，用光刻胶图形的电子束图像，作为监测曝光条件变化的工艺条件变化监测系统和监测方法，其中，所述监测系统和监测方法的特征是监测系统包括：图像检测装置，用于获得所述光刻胶图形的电子束图像；尺寸特征量计算装置，从电子束图像，和所设置的用于在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式，计算包括各个边缘宽度和图形宽度的光刻胶图形的尺寸特征量；监测方法包括：在曝光条件变化监测过程中，用所述图像检测装置，针对曝光条件的变化，首先通过获取尺寸特征量变化倾向不同的第1和第2图形部分的电子束图像，计算出从最佳曝光条件的变化，之后，用所述尺寸特征量计算装置，计算第1和第2图形部分的各个尺寸特征量，通过给在所述曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式加相应的特征量，计算曝光条件中的实际变化；并根据具体的计算结果校正曝光条件。
光刻过程中，用光刻胶图形的电子束图像监视曝光条件变化的工艺条件变化监视系统和监视方法，其中，所述监视系统和监视方法的特征是，监视系统包括：图像检测装置，用于获得所述光刻胶图形的电子束图像；尺寸特征量计算装置，从电子束图像，和用于在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接而设置的模式，计算包括各边缘宽度和图形宽度的光刻胶图形的尺寸特征量；监视方法包括：在曝光条件变化监测过程中，用所述图像检测装置，针对曝光聚焦的变化，通过首先获取边缘宽度变化倾向相互不同的第1和第2图形部分的电子束图像，计算从最佳曝光能量的变化。之后，用所述尺寸特征量计算装置，计算第1和第2图形部分的各个尺寸特征量；通过给在所述曝光条件与所述尺寸特征量之间建立逻辑链接用的模式加相应的特征量，计算聚焦量和曝光能量中存在的实际变化；和按具体的计算结果校正曝光条件。
工艺条件变化变化监测系统和监测方法的特征是，聚焦值偏差在正方向时，所述第1图像部分设置成使边缘宽度增大的图形，当聚焦偏差在负方向时，所述第2图形部分设置成使边缘宽度增大的图形
工艺条件监视系统和监视方法的特征是，具有精确尺寸掩模的图形和有精确尺寸的无掩模的图形分别用作第1图形部分和第2图形部分。
工艺条件变化监测系统和监测方法的特征是，一个图像中的不同部位用作第1和第2图像部分。
工艺条件变化监测系统和监测方法的特征是，用于在所述曝光条件和尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式储存在存储器中，该模式是由第1和/或第2图形的边缘宽度和聚焦值变化之间的关系，或者是由第1和/或第2图形的图形宽度和曝光能量变化之间的关系来建立的。
工艺条件变化监视系统和监视方法的特征是，用于在所述曝光条件和尺寸特征量之间建立逻辑逻接的所述模式从EW1和EW2确定F，其中，从第1图形部分算出的聚焦值，边缘宽度，和从第2图形部分算出的边缘宽度分别取作F，EW1，和EW2；换句话说，当F＝f(EW1，EW2)时，用于确定聚焦值的实际变化。
工艺条件变化监测系统和监测方法的特征是，用于在所述曝光条件和尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式是多个表，其中，为所述第1和第2图形部分的每个图形部分确定各个曝光条件下的尺寸特征量。
工艺条件变化监测系统和监测方法的特征是，当构成用于在所述曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式时，用使曝光装置的聚焦值和曝光能量同步变化的曝光试验部件获取聚焦值和曝能量各种变化时的电子束图像，各个尺寸特征量的计算结果引入模式结构中。
光刻过程中，用光刻胶图形的电子束图像监测曝光条件变化的工艺条件变化监测系统和监测方法，其中，所述监测系统和监测方法的特征是，监测系统包括：图像检测装置，用于获得所述光刻胶图形的电子束图像；尺寸特征量计算装置，以电子束图像，和用于在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接而设置的模式，计算包括各边缘宽度和图形宽度的光刻胶图形的尺寸特征量，它还有自动确定工艺窗数据的功能，即由边缘宽度与焦点偏差之间的关系，和图形宽度与曝光能量之间的关系，确定焦点容许偏差和曝光能量容许偏差。
为曝光装置的聚焦值指定符号的装置的生产者可以改变。但是本发明中，用图21中规定使用的符号指定装置。
根据本发明能检测聚焦变化。也能提供工艺条件变化监测系统和监测方法，它不仅能检测曝光能量的变化，也能输出表示工艺条件变化的定量信息，即，能输出曝光能量和聚焦的精确变化信息。结果，能检测出在常规尺寸测试中被忽略的由焦点偏差引起的立体形状中的缺陷。从而避免了蚀刻后不能重复形成膜图形的缺陷。而且，尽管在常规条件的建立操作过程中，根据操作者的要求确定最佳曝光条件和工艺窗数据，因为本发明是以模式为基础来确定这些数据，所以本发明不仅能精确地确定这些数据，而且还总是有相同的精度。

Claims (10)

1.工艺条件变化监测系统，设有监测装置，用光刻胶图形的电子束图像监测曝光条件变化，包括：
图像检测装置，用于获得所述光刻胶图形的电子束图像；
尺寸特征量检测装置，针对曝光条件变化时，用于检测包括光刻胶图形的边缘宽度和/或图形宽度的，尺寸特征量变化倾向相互不同的第1和第2图形部分的各个尺寸特征量；
存储器，用于存储在曝光条件和尺寸特征量之间建立逻辑链接用的模式；和
计算装置，用所述尺寸特征量检测装置已获取的第1和第2图形部分的那些尺寸特征量加到所述模式，计算曝光条件变化。
2.按权利要求1的工艺条件变化监测系统，还包括校正装置，根据用所述计算装置算出的曝光条件变化校正曝光条件。
3.工艺条件变化监测系统，设有监测装置，用光刻胶图形的电子束图像监测聚焦值，一个曝光条件的变化，包括：
图像检测装置，用于获得所述光刻胶图形的电子束图像；
尺寸特征量检测装置，针对聚焦值变化，用于检测光刻胶图形的边缘宽度的尺寸特征量的变化倾向相互不同的第1和第2图形部分的边缘宽度的各个尺寸特征量；
存储器，用于存储在焦点值与尺寸特征量之间建立逻辑链接用的模式；和计算装置，用所述尺寸特征量检测装置已获取的第1和第2图形部分的那些尺寸特征量加到所述模式，计算聚焦值变化。
4.按权利要求3的工艺条件变化监测系统，其中，所述曝光条件包括曝光能量，所述模式在曝光条件与尺寸特征量之间建立逻辑链接，所述计算装置通过用所述检测装置获取的包括所述第1和第2图形部分的图形宽度的那些尺寸特征量加到相应的模式，计算出曝光能量变化。
5.按权利要求3或4的工艺条件变化监测系统，还包括：校正装置，根据所述计算装置算出的聚焦值变化校正聚焦值。
6.按权利要求3或4的工艺条件变化监测系统，其中，所述计算装置计算聚焦值偏差和曝光能量变化的裕度。
7.工艺条件变化监测方法，光刻过程中，用光刻胶图形的电子束图像监测曝光条件的变化，包括以下步骤：
检测图像，以获得所述光刻胶图形的电子束图像；从电子束图像，计算包括各边缘宽度和图形宽度的光刻胶图形的尺寸特征量；用计算尺寸特征量的所述步骤计算第1和第2图形部分的各个尺寸特征量；通过把相应的特征量加到在所述曝光条件和所述尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式上，计算曝光条件的实际变化；和根据具体的计算结果校正曝光条件。
8.工艺条件变化监测方法，在光刻过程中，用光刻胶图形的电子束图像监测曝光条件变化，包括以下步骤：检测图像，以获得所述光刻胶图形的电子束图像；从电子束图像，计算包括各边缘宽度和图形宽度的光刻胶图形的尺寸特征量；用计算尺寸特征量的所述步骤，计算第1和第2图形部分的各个尺寸特征量；通过把相应的特征量加到在所述曝光条件和所述尺寸特征量之间建立逻辑链接的模式上，计算曝光过程中聚焦值的实际偏差和曝光能量的实际偏差；和根据实际的计算结果校正曝光条件。
9.按权利要求7的工艺条件变化监测系统，其中，当聚焦值偏差在其“+”向时，第1图形部分设置成使相应的边缘宽度将增大的图形；当聚焦值偏差在其“-”向时，第2图形部分设置成使相应边缘宽度将增大胆的图形。
10.按权利要求7的工艺条件变化监测系统，其中，当聚焦值偏差在其“+”向时，第1图形部分设成相应的边缘宽度将增大的图形；聚焦值偏差在其“-”向时，所述第2图形部分设成相应边缘宽度将增大的图形。
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