获得曝光设备聚焦位置的方法和聚焦检测方法技术

获得曝光设备聚焦位置的方法，包括：测量经所述曝光设备曝光生成的光敏材料层图案的侧壁角角度；将所述侧壁角角度输入侧壁角角度与曝光设备聚焦位置坐标的函数关系，获得该侧壁角对应的聚焦位置坐标。本发明专利技术还提供曝光设备聚焦检测的方法、半导体衬底表面平坦度的检测方法和提高光敏材料层图案侧壁角一致性的方法。本发明专利技术的检测方法可在线检测，能够节省时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种光刻工艺中获得曝光i殳备聚焦位置的方法和曝光i殳备的聚焦;险测方法(Focus Monitor Method)。
技术介绍
半导体集成电路制造工艺中，通过光刻工艺的曝光设备(Exposure Equipment)将掩模板上的版案转移到半导体衬底的光刻胶层中，形 成光刻胶图案；然后，以该光刻胶图案作为掩模层，对半导体衬底执行 后续的刻蚀或离子注入工艺。在光刻工艺中，光刻胶图案的线宽以及侧壁轮廓会受到曝光设备聚 焦状况的影响。而光刻胶图案的线宽以及轮廓会直接影响后续的刻蚀或 离子注入工艺，因而，曝光设备聚焦状况的检测(称为聚焦检测，Focus Monitor)显4寻尤为重要。曝光设备在工作时，曝光光源发出的光经过准直后投射于具有半导 体集成电路器件某一层版案的掩模板上，穿过该掩模板的光携带有 版案的信息，光穿过所述掩模板后，经过成像系统，投射在半导体 衬底的光刻胶层上，使光刻胶层感光。现有的 一种检测曝光设备聚焦状况的步骤如下首先，提供掩模板，在该掩模板上具有测试图案，例如是孤立的线 条(Isolated Line )。接着，将该掩模板置于曝光设备中，在不同的聚焦位置(Focus Position)执行曝光工艺，将所述掩模板版案转移到半导体村底的光 刻胶层中，形成多个光刻胶图案，并测量每一聚焦位置的光刻胶图案的 线宽。例如，在不同的聚焦位置ft， f2, f3......fn,分别执行光刻工艺，然后，测量每一聚焦位置的光刻胶图案的线宽Xp X2, X3......Xn。然后，拟合聚焦位置&, f2, f3......fk和其相对应的光刻胶图案的线宽Xp X2, X3......Xn的二次曲线。计算该二次曲线的拐点，该拐点位置相对应的聚焦位置即为该曝光设备的最佳聚焦位置(Best Focus Position)。计算该最佳聚焦位置与曝光设备中的基准(Baseline)聚焦位置的差 值，并判断所述差值是否超出设定的阈值范围，若超出，则认为该曝光 设备聚焦状况出现异常；若没有，则认为曝光设备正常工作。以此来对 曝光设备的聚焦状况进行检测。利用该方法对曝光设备聚焦状况进行;险测时，需要占用曝光设备跑 货时间，只能离线检测，花费时间较长。在专利号为US6701512B2的美国专利中公开了 一种曝光设备聚焦检 测试方法，在其方法中，利用套刻标记(OverlayMark)作为检测图案， 通过不同聚焦位置对套刻标记相对位置的影响不同来实现对聚焦情况的 检测。该方法需要专门的检测图案(例如套刻标记)，且在检测是需要 曝光设备停止跑货，也只能离线检测，且花费时间较长。因而，需要一种能够在线检测曝光设备聚焦情况的方法。特别是在 曝光设备分辨率不断提高，曝光设备的聚焦深度(Depth of Focus )越来 越小，曝光工艺的工艺窗口越来越小的情况下，对曝光设备在线检测显 得更加重要。
技术实现思路
本专利技术提供一种获得曝光设备聚焦位置的方法和曝光设备的聚焦 4企测方法，本专利技术可实现在线^r测，能够节省时间。本专利技术提供的一种获得曝光设备聚焦位置的方法，包括 测量经所述曝光设备曝光生成的光敏材料层图案的侧壁角角度； 将所述侧壁角角度输入侧壁角角度与曝光设备聚焦位置坐标的函 数关系，获得该侧壁角对应的聚焦位置坐标。可选的，测量侧壁角角度的方法为光学关键尺寸测量法。可选的，测量侧壁角角度的步骤如下测量所述光敏材料层图案顶部和底部的线宽；计算所述顶部线宽和底部线宽的差；根据所述差值以及光敏材料层的厚度计算侧壁角的三角函数值； 通过反三角函数计算侧壁角角度。可选的，所述三角函数为正切函数、余切函数、正弦函数、余弦函 数中的一种。可选的，用电子扫描电子显微镜测量所述光敏材料层图案顶部和底 部的线宽，或者，用光学关键尺寸测量法测量所述光敏材料层图案顶部和底部的线宽。可选的，获得侧壁角角度与曝光设备聚焦位置的函数关系的步骤如下提供具有测试图案的掩模板；通过所述曝光设备在不同的聚焦位置生成光敏材料层图案；测量不同的聚焦位置对应的光敏材料层图案的侧壁角角度；拟合聚焦位置坐标值与其对应的光敏材料层图案侧壁角角度的函 数关系。可选的，所述测试图案为线条图案或沟槽图案。可选的，不同聚焦位置对应的光敏材料层图案生成于同 一半导体衬可选的，用光学关键尺寸测量法测量所述光敏材料层图案的侧壁角 角度。可选的，所述拟合为线性拟合或二次拟合。 相应的，本专利技术还提供一种曝光设备聚焦检测的方法，包括 测量经所述曝光设备曝光生成的光敏材料层图案的侧壁角角度； 将所述侧壁角角度输入侧壁角角度与曝光设备聚焦位置坐标函数 关系，获得该侧壁角对应的聚焦位置坐标；计算所述的聚焦位置坐标与所述曝光设备的基准聚焦位置坐标的差值；判断所述差值是否大于阈值范围；若所述差值大于阈值范围，则停止曝光设备工作。可选的，测量侧壁角角度的方法为光学关键尺寸测量法。可选的，获得侧壁角角度与曝光设备聚焦位置的函数关系的步骤如下提供具有测试图案的掩模板；通过所述曝光设备在不同的聚焦位置生成光敏材料层图案；测量不同的聚焦位置对应的光敏材料层图案的侧壁角角度；拟合聚焦位置坐标值与其对应的光敏材料层图案侧壁角角度的函 数关系。可选的，所述拟合为线性拟合或二次拟合。本专利技术还提供一种半导体衬底表面平坦度的检测方法，提供待检测 半导体衬底；在所述半导体衬底上形成光敏材料层；在保持聚焦位置坐标固定的情况下，用具有测试图案的掩模板通过 曝光设备在半导体衬底表面的不同区域形成光敏材料层图案；测量半导体衬底表面不同区域的光敏材料层图案的侧壁角角度； 根据所述侧壁角角度与平坦度的关系判断所述半导体衬底表面的 平坦度。可选的，所述测量的方法为光学关键尺寸测量法。本专利技术还提供一种提高光敏材料层图案侧壁角角度一致性的方法， 包括提供半导体衬底；在所述半导体村底上形成光敏材料层；在保持聚焦位置坐标为固定值的情况下，用具有测试图案的掩才莫板 通过曝光设备在半导体衬底表面的不同区域形成光每文材料层图案；测量半导体衬底表面不同区域的光敏材料层图案的侧壁角角度；将所述侧壁角角度的值输入侧壁角角度与曝光设备聚焦位置坐标 的函数关系，获得所述半导体衬底表面不同区域的光敏材料层图案相应的聚焦位置坐标；计算所述的固定值与所述半导体衬底表面不同区域的光敏材料层 图案相应的聚焦位置坐标的差值；将所述差值补偿至所述固定值，获得对所述半导体衬底表面不同区 域曝光时的聚焦位置坐标；利用获得的对不同区域曝光时的聚焦位置坐标对所述的半导体衬 底才丸行光刻返工工艺。可选的，所述测量的方法为光学关4建尺寸测量法。与现有技术相比，上述技术方案中的一个具有以下优点通过测量光敏材料层图案的侧壁角角度，然后根据侧壁角角度与聚 焦位置坐标的函数关系，获得光敏材料层图案的聚焦位置坐标。可在线 检测，及时获得曝光设备的聚焦状况，能够实时的检测曝光设备聚焦状 况是否处正常，若有异常，例如聚焦位置偏离设定的阈值范围，可及时 发现并进行相应的处理；此外，所述的方法较为简单，且节省时间，不 影响曝光设备正常的跑货时间。附图说明图1为具有版案的掩膜板的示意图； 图2为一种测试图案的示意图； 图3为半导体衬底的正^L图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获得曝光设备聚焦位置的方法，其特征在于，包括：　测量经所述曝光设备曝光生成的光敏材料层图案的侧壁角角度；　将所述侧壁角角度输入侧壁角角度与曝光设备聚焦位置坐标的函数关系，获得该侧壁角对应的聚焦位置坐标。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林益世，李庆刚，刘乒，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]