一种PSM与利用PSM的曝光机台焦距校准方法及其系统技术方案

一种ＰＳＭ与利用ＰＳＭ的曝光机台焦距校准方法及装置，涉及半导体曝光工艺领域，所述ＰＳＭ包括多个由透光材料制成的透光区域，其中至少两个透光区域具有预定的光程差；多个由非透光材料制成的框。其中，所述曝光图案包括与所述多个框对应的多个图案。本发明专利技术根据所述多个框的相互位置关系与所检测的多个图案的相位位置关系，来控制对所述曝光机台的焦距进行调节。本发明专利技术校准精度高，而且操作简单，提高了生产效率，节省了时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体曝光工艺领域，具体涉及一种相偏移光罩 (PSM, Phase Shift Mask)与利用PSM的曝光4几台焦距冲t准方法及其装置。
技术介绍
光刻工艺的对焦过程对所制造的芯片的质量有着非常重要的作 用。在集成电路的生产中，光刻工艺包括曝光过程，硅片首先被定位 在曝光机台光学系统的聚焦范围之内，然后紫外光通过曝光机台光学 系统和掩膜版图形投影。掩膜版图形以亮暗的特征出现在硅片上，这 样就对光刻胶曝光了 。不同的集成电路工艺过程都有 一 个特殊的焦距精度规格，如果光 刻工艺中的曝光过程对焦不理想，将造成曝光后产品图案的偏移，这 些偏移包括形状和关键尺寸条(CD条，critical dimension bar)线宽的 变化等。因而在曝光过程中，要求维持所述特殊的焦距精度规范以避 免对焦不准带来的偏移问题。在实际生产中，需要不时对曝光机台的 焦距进行校准，以保证其不出现偏差。现有技术的曝光机台校准方案，是预先设置曝光机台的一组曝光 焦距值，然后利用所述一组曝光焦距值进行曝光，得出一组按照所述 一组曝光焦距值曝光后的CD条线宽。然后，根据上述实验数据，以 曝光机台焦距值为横坐标以C D条线宽为纵坐标做出 一 条曲线。比如，现有技术预先设定了一组曝光焦距，并得到一组按照曝光 焦距值曝光后的CD条线宽，如下表所示曝光焦距值(um)CD条线宽(um)-0.350.1604-0.300.1840-0.250.1779-0.200.1946-0.150.1875-0.100.1938-0.050.2037-0.000,20240.050.19770.100.19970.150.19470.200.19610.250.19600.300.18260.350.1820参照图1,以预先设定的曝光机台的曝光焦距为横坐标以CD条线宽 为纵坐标，作出一条曲线。并按照所述曲线拟订一条平滑的曲线，所 述平滑曲线的顶点处就是现有技术认为的最佳焦距值。但是，现有技术通过人工测量实验数据，并且由所述实验数据得 到的曲线也是一个近似的过程，因此存在不可忽视的误差；此外，外 界因素也会造成校准结果的不准确，如所使用的晶圓的质量例如平整 度或曝光机台本身等引入的误差；并且，在整个校准过程步骤繁多， 耗费大量时间，所得到的数据处理复杂，不直观，操作繁杂，降低了 生产效率浪费了人力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种PSM与利用PSM的曝光机台焦距校准方8法及装置，以提高曝光机台焦距的校准精度。根据本专利技术的第一方面，提供了 一种用于半导体曝光机台焦距校准 的相偏移光罩，其特征在于，包括多个由透光材料制成的透光区域，其中至少两个透光区域具有预定的光程差；多个由非透光材料制成的框；所述每个框的内外边界分别与所述多个透光区域中任两个相邻 或相接，其中，其中至少两个框被放置为，使得当利用该光罩进行曝光时， 所得的与所述至少两个框相应的曝光图案随曝光机台焦距变化而产 生的偏移方向不一致。根据本专利技术的第二方面，提供一种利用相偏移光罩的曝光机台焦距 校准方法，其特征在于包括如下步骤a. 在预定焦距下利用曝光机台对一相偏移光罩进行曝光，形成一 曝光图案，其中该相偏移光罩包括多个由透光材料制成的透光区域，其中 至少两个透光区域具有预定的光程差；多个由非透光材料形成的框， 所述每个框的内外边界分别与所述多个透光区域中任两个相邻或相 接，其中，其中至少两个框被放置为，使得当利用该光罩进行曝光时， 所得的与所述至少两个框相应的曝光图案随曝光机台焦距变化而产 生的偏移方向不一致，其中，所述曝光图案包括与所述多个框对应的多个图案，b. 检测所述多个图案之间的相互位置关系。根据本专利技术的第三方面，提供一种利用相偏移光罩的曝光机台焦 距校准装置，其特征在于其结构包括检测器，用于检测在预定焦距下利用曝光机台对一相偏移光罩进行 曝光后的图案的相对位移，发出检测信号，其中该相偏移光罩包括多个由透光材料制成的透光区域，其中至少两个透光区域具有预定的光程差；多个由非透光材料形成的框，所述每个框的内外边界分别与所述多个透光区域中任两个相邻或相接，其中，其中至少两个框被放置为，使得当利用该光罩进行曝光时， 所得的与所述至少两个框相应的曝光图案随曝光机台焦距变化而产 生的偏移方向不一致，其中，所述曝光图案包括与所述多个框对应的多个图案。 本专利技术通过多个框曝光后形成的多个图案的相对位置来校准焦距的精度，精确度高，误差小；使用本专利技术可以直观简便地校准曝光 机台焦距，而且操作简单，相比现有技术的曝光机台焦距校准方案提高 了生产效率节省了时间。附图说明通过阅读以下参照附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1为现有技术确定曝光机台最佳焦距的曲线图2为本专利技术的实施例一的相偏移光罩的结构示意图3为本专利技术的实施例一的第一透光区域和第二透光区域位置关系的剖面示意图4为本专利技术的实施例一的曝光机台正常对焦的曝光图案示意图5为本专利技术的实施例一的曝光机台负偏移对焦的曝光图案示意图6为本专利技术的实施例一的曝光机台正偏移对焦的曝光图案示意图7为本专利技术的实施例二的相偏移光罩的结构示意图； 图8为本专利技术的实施例二的第一透光区域和第二透光区域位置关系 的剖面示意图9为本专利技术的实施例二的曝光机台正常对焦的曝光图案示意图10为本专利技术的实施例二的曝光机台负偏移对焦的曝光图案示意图11为本专利技术的实施例二的曝光机台正偏移对焦的曝光图案示 意图12为本专利技术的实施例三的相偏移光罩的结构示意图； 图13为本专利技术的实施例三的第一透光区域和第二透光区域位置关 系的剖面示意图14为本专利技术的实施例三的曝光机台正常对焦的曝光图案示意图15为本专利技术的实施例三的曝光机台负偏移对焦的曝光图案示'5图，图16为本专利技术的实施例三的曝光机台正偏移对焦的曝光图案示 意图17为本专利技术的利用相偏移光罩的曝光机台焦距校准装置的结构 示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。 相偏移光罩是集成电路制程中一种常用的光罩。所述相偏移光罩是 在传统光罩的图形上，选择性地在透光区加上透明但能使光束相位反转;r的反向透光区域，用此光罩来进行曝光，可以使曝光系统的解析能力大增。根据公式—^^2 r 公式(l)其中^为透过所述反向透光区域的光的相位，即0 =兀；；i为透过所 述反向透光区域的光的波长；"为透过所述反向透光区域的光的折射率。由于光束相位反转；r，即^-;r，所述反向透光区域的厚度为a— w — 0.5;i一 2;r("-1) 一 °相偏移光罩曝光后的图案能随着曝光焦距的变化而整体移动，具体地，当曝光焦距正偏(Positive Defocus)即曝光焦距偏大时，相偏移光 罩曝光后的图案向反向透光区域移动；当曝光焦距负偏(Negative Defocus)即曝光焦距偏小时，相偏移光罩曝光后的图案向与反向透光区 域相反的方向移动。根据上述相偏移光罩曝光后的图案能随着曝光焦距的变化而整体 移动的性质，本专利技术的第一方面提供一种相偏移光罩，其结构包括 多个由透光材料制成的透光区域，其中至少两个透光区域具有预定的 光程差；多个由非透光材料制成的框。所述每个框的内外边界分别与 所述多个透光区域中任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体曝光机台焦距校准的相偏移光罩，其特征在于，包括：　多个由透光材料制成的透光区域，其中至少两个透光区域具有预定的光程差；　多个由非透光材料制成的框，　所述每个框的内外边界分别与所述多个透光区域中任两个相邻或相接 ，　其中，其中至少两个框被放置为，使得当利用该光罩进行曝光时，所得的与所述至少两个框相应的曝光图案随曝光机台焦距变化而产生的偏移方向不一致。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余云初，张轲，郁志芳，苏少明，
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]