[发明专利]监测曝光机聚焦的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种监测曝光机聚焦的方法。

背景技术

光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上所规定的特定区域的基本操作。该工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形的工艺过程。该工艺过程的目标有两个：首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则所要求尺寸的图形；第二个目标是在晶圆表面正确定位图形。整个电路图形必须被正确地定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的。半导体器件最终的图形是由多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。

在光刻工艺之前，首先要在掩膜版上形成所需的图形，之后通过光刻工艺把所需要的图形转移到晶圆表面的每一层。图形转移是通过两步来完成的。首先，图形被转移到光刻胶膜。光刻胶是一种感光物质，在曝光后会导致其自身性质和结构的变化。被曝光的部分由非溶性物质变为可溶性物质(正胶)或者由可溶性物质变为非溶性物质(负胶)。通过显影剂可以把可溶性物质去掉，从而在光刻胶膜留下所需要的图形。第二次图形转移是从光刻胶膜到晶圆表面层的转移。当通过刻蚀方法将晶圆表面层没有被光刻胶覆盖的部分去掉的时候，图形转移就发生了。

由于图形转移必须通过光刻工艺实现，因此光刻工艺是所有半导体制造基本工艺中最关键的工艺步骤，其决定了器件制造工艺中所有工艺步骤所能达到的最小尺寸，即关键尺寸，例如金属氧化物半导体(MOS)器件中的栅宽。

一般的光刻工艺要经历在晶圆表面涂底胶、旋涂光刻胶、软烘、对准、曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。其中旋涂光刻胶的目的是在晶圆表面建立薄、均匀并且没有缺陷的光刻胶膜。曝光是通过曝光灯或者其它辐射源将图形转移到光刻胶膜上。除了光刻工艺所包括的上述各个工序会影响关键尺寸之外，光刻中用于实现各个工艺步骤的设备参数也会影响整个工艺的关键尺寸。例如，用于曝光的曝光机的聚焦情况和曝光能量不同，所能获得的图形的关键尺寸也会不同。

通常曝光机的最佳焦平面会由于振动或其它原因而发生偏移，使得半导体器件的关键尺寸发生变化。为了稳定器件的关键尺寸，需要定期对曝光机的聚焦情况进行监测，并根据监测的结果进行调整。

虽然某些光刻设备配备有用于对曝光机进行聚焦的装置，例如ASML的曝光机具有利用对准来进行聚焦校准的装置。但是，由于该装置需要占用曝光机3小时左右的时间，即每次校准需要占用3小时生产线的时间，严重影响了生产线的产量，从而增加了半导体器件的制造成本。

发明内容

本发明提供一种监测曝光机聚焦的方法，减少曝光机聚焦监测所需的时间。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种监测曝光机聚焦的方法，包括：对半导体晶圆进行预处理、打底胶，并形成光刻胶膜；利用固定的曝光能量和渐变的曝光机焦平面偏移值对所述光刻胶膜进行曝光，然后进行后烘并显影，形成图案；测量所形成的图案的关键尺寸，得到关键尺寸与所述曝光机焦平面偏移值之间的对应关系；计算得到所述曝光机的第一最佳焦平面；重复以上步骤，得到所述曝光机的第二最佳焦平面；如果第二最佳焦平面不同于第一最佳焦平面，则确定所述曝光机的聚焦发生偏移。

优选地，所述图案是圆形的图案。并且，所形成的图案的关键尺寸是所述曝光机的一个曝光场中多个圆形图案的平均关键尺寸，或者是多个曝光场中圆形图案的平均关键尺寸

优选地，将所述曝光机的数值孔径调到最大。

该方法可以进一步包括：根据第二最佳焦平面与第一最佳焦平面之差调节所述曝光机的聚焦。

优选地，在形成光刻胶膜之前，该方法可以进一步包括：在所述半导体晶圆上形成底部抗反射涂层，并烘焙。

优选地，在形成光刻胶膜之后，该方法可以进一步包括：在所述半导体晶圆上形成顶部抗反射涂层，并烘焙。

在所述曝光机是浸没式曝光机的情况下，该方法在形成光刻胶膜之后进一步包括，在所述光刻膜之上形成顶部涂层。