光刻机像质检测技术中曝光剂量范围的确定方法技术

本发明专利技术提供了一种省时、有效的确定ＦＯＣＡＬ技术曝光剂量范围的方法。基于ＦＯＣＡＬ技术的基本原理，最佳曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量之间需满足一定的变化规律。以最佳曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量的变化规律，作为确定曝光剂量范围的限定条件，通过分析不同曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量的关系曲线，可将不满足此限定条件的曲线所对应曝光剂量排除在ＦＯＣＡＬ曝光剂量范围之外，从而实现ＦＯＣＡＬ曝光剂量范围快速、有效的确定。该方法为一个模拟过程，在计算机上利用现有软件即可实现。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻机像质检测过程中一种确定曝光剂量范围的方法，特别涉及FOCAL技术中一种通过计算机模拟方式确定曝光剂量范围的方法。
技术介绍
光刻机的成像质量直接影响光刻机的CD均匀性、套刻精度、焦深、曝光宽容度等关键性能指标。因此光刻机成像质量的现场检测技术不可或缺。FOCAL(Focus calibration using alignment procedure)技术是一种用于高分辨力光刻机的像质检测技术，可以现场高精度检测最佳像面、像面倾斜、场曲、像散等像质参量(参见在先技术1，Peter Dirksen，Jan E.Van Der Werf.“Method ofrepetitively imaging a mask pattern on a substrate，and apparatus for performing themethod”，美国专利申请号5,674,650)。在先技术1中详细论述了FOCAL技术的基本原理。FOCAL技术是在最佳曝光剂量下，将一种特殊的标记图形——FOCAL标记图形依次成像在处于不同离焦面的硅片上。与普通光刻机对准标记不同，FOCAL标记的一个光栅周期内包含一部分密集线条，这部分密集线条称为FOCAL标记的精细结构1，如图1(a)所示。由于光栅精细结构的存在，硅片上FOCAL标记反射光强的空间分布随着离焦量的变化而发生改变，因此，反射光强达到极值所对应的标记位置发生偏移，这一偏移量称为对准偏移量(Alignment Offset)。对准偏移量与FOCAL标记精细结构的线宽有关。硅片在不同离焦量下曝光后，光刻胶上将形成具有不同线宽精细结构的FOCAL标记图形，从而产生不同的对准偏移量。在最佳像面处曝光的FOCAL标记，其对准偏移量达到最大值。由此将硅片标记的对准位置偏差与离焦量联系起来，由检测的每个FOCAL标记的对准位置偏差，计算得到该标记所对应的最佳像点轴向位置偏差。根据多个最佳像点的轴向位置偏差可计算得最佳像面、像面倾斜、场曲、像散等参量，从而实现光刻机像质参量的检测。FOCAL技术是在一定的曝光剂量下，将FOCAL掩模上的标记图形成像在光刻胶上。曝光剂量过小或过大会引起光刻胶的不完全曝光或者过曝光现象，这都将造成显影后标记图形的失真。因此在进行FOCAL测试前，需要确定最佳曝光剂量。在一定曝光剂量范围内进行FOCAL测试，根据测试结果确定满足条件的最佳曝光剂量。若曝光剂量范围选取不当，如最佳曝光剂量不包含在曝光剂量范围内，则无法找到最佳曝光剂量。因此选择合适的曝光剂量范围是完成FOCAL测试的必要过程。目前ASML光刻机用户在设备检测过程中，采取反复试验的方法来选择FOCAL技术的曝光剂量范围。若不能通过不同曝光剂量下的FOCAL测试找到最佳曝光剂量，则分析测试结果后修正曝光剂量范围，重新进行不同曝光剂量下的FOCAL测试，直到确定出最佳曝光剂量为止。一般情况下，先选取较大的曝光剂量范围，根据测试结果逐步缩小范围，直至找到包含最佳曝光剂量值的范围。曝光剂量范围受照明方式、光刻工艺的影响较大。当测试条件改变后，原来所确定的曝光剂量范围便不再适用，需要重新进行测试来确定曝光剂量范围。此过程需要反复多次，费时费力。因此，为了节约测试时间、降低测试成本，需要寻求一种快捷、可靠的确定FOCAL曝光剂量范围的新方法。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的不足，本专利技术提供了一种省时、有效的确定FOCAL技术曝光剂量范围的方法。该方法为一个模拟过程，在计算机上利用现有软件即可实现，具有快速，准确的优点。基于FOCAL技术的基本原理，最佳曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量之间需满足一定的变化规律。由于在曝光剂量范围内反复进行FOCAL测试的目的是确定最佳曝光剂量，因此可用最佳曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量的变化规律作为曝光剂量范围的限定条件。通过分析比较不同曝光剂量条件下的精细结构线宽与离焦量的曲线，将不满足此变化规律的曲线的相应曝光剂量排除在FOCAL曝光剂量范围之外，从而实现FOCAL曝光剂量范围的确定。目前，已经有相应软件可在计算机上模拟FOCAL测试的曝光过程，比如SIGMA-C公司的SOLID-C与KLA-Tencor公司的PROLITH。只需预先设定照明条件与工艺条件，掩模图形与相应尺寸，离焦量与离焦步进量等试验参数，就可以在设定的曝光剂量范围内进行数值模拟，得到不同曝光剂量下的密集线条线宽与离焦量的关系曲线。本专利技术确定FOCAL技术曝光剂量范围的方法为一个模拟过程。在计算机上利用光刻仿真软件进行数据模拟，通过分析模拟结果可确定FOCAL曝光剂量范围，如图2。经预备阶段10，本专利技术确定曝光剂量范围的流程100包括以下步骤(a)确定FOCAL测试的照明条件与工艺条件阶段11；(b)确定需要用光刻仿真软件仿真的掩模图形与相应尺寸阶段12；(c)确定仿真过程的离焦量与离焦步进量阶段13；(d)确定仿真过程的最小曝光剂量与最大曝光剂量阶段14；(e)光刻仿真软件模拟阶段15，可得到经曝光、后烘、显影后不同曝光剂量、不同离焦量所对应的所述标记图形线宽。(f)确定FOCAL曝光剂量范围的最小值阶段16。分析仿真得到的不同曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量的关系曲线。满足精细结构线宽随离焦量的增大而减小的变化规律的曲线所对应的最小曝光剂量值为FOCAL曝光剂量范围的最小值。(g)确定FOCAL曝光剂量范围的最大值阶段17。分析仿真得到的不同曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量的关系曲线。具有一定量的可用于判断最佳曝光剂量的非零数据点的曲线所对应的最大曝光剂量值为FOCAL曝光剂量范围的最大值。曲线上至少有5个非零数据点时为佳。上述步骤(a)中的照明条件与工艺条件是指相干因子与数值孔径大小、光刻胶类型、光刻胶厚度、后烘温度、后烘时间、显影时间等条件。上述步骤(b)中所述掩模图形为占空比1∶1的密集线条，如图2(b)所示。所取密集线条的线宽与所属FOCAL测试过程采用的掩模标记的精细结构线宽相同。所述光刻仿真软件是指可精确模拟光刻过程及效果的仿真软件，如PROLITH，SOLID-C等光刻仿真软件。上述步骤(c)中所述离焦量与所属FOCAL测试的离焦量一致。所述离焦步进量与所属FOCAL测试的离焦步进量一致。上述步骤(d)中所述最小曝光剂量与最大曝光剂量是指仿真模拟过程中，所取的曝光剂量的最小值与最大值。最小曝光剂量为所用光刻胶发生光化学反应所需的最低剂量值时为佳，此值由FOCAL测试的工艺技术条件所确定。所取的最大曝光剂量值应大于所有满足所述步骤(f)与步骤(g)中条件的曝光剂量值，此值可根据对本领域技术的掌握作留有充分余地的设定，如10倍的最小曝光剂量值就是一个足够大的取值。上述步骤(f)中所提出的确定曝光剂量范围最小剂量值的确定条件，即精细结构线宽随离焦量的增大而减小，与上述步骤(g)中所提出的确定曝光剂量范围最大剂量值的确定条件，即精细结构线宽与离焦量的关系曲线上至少有五个非零数据点，是本专利技术所提出的FOCAL曝光剂量范围的确定条件。该确定条件是在分析最佳曝光剂量下的FOCAL密集线条线宽与离焦量的变化规律的基础上得到的。依据如下FOCAL技术根据FOCAL标记的对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在光刻机ＦＯＣＡＬ像质检测过程中确定曝光剂量范围的方法（１００），其特征在于，采用如下步骤：　　　　（ａ）确定ＦＯＣＡＬ测试的照明条件与工艺条件阶段（１１）；　　　　（ｂ）确定需要用光刻仿真软件仿真的掩模图形与相应尺寸阶段（１２）；　　　　（ｃ）确定仿真过程的离焦量与离焦步进量阶段（１３）；　　　　（ｄ）确定仿真过程的最小曝光剂量与最大曝光剂量阶段（１４）；　　　　（ｅ）光刻仿真软件模拟阶段（１５）；输入步骤（ａ）至（ｄ）所确定的参数，得到经曝光、后烘、显影后不同曝光剂量、不同离焦量所对应的所述标记图形的线宽；　　　　（ｆ）确定ＦＯＣＡＬ曝光剂量范围的最小值阶段（１６）；分析仿真得到的不同曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量的关系曲线；满足精细结构线宽随离焦量的增大而减小的变化规律的曲线所对应的最小曝光剂量值为ＦＯＣＡＬ曝光剂量范围的最小值；　　　　（ｇ）确定ＦＯＣＡＬ曝光剂量范围的最大值阶段（１７）；分析仿真得到的不同曝光剂量下的精细结构线宽与离焦量的关系曲线；具有５个可用于判断最佳曝光剂量的非零数据点的曲线所对应的最大曝光剂量值为ＦＯＣＡＬ曝光剂量范围的最大值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬青，王向朝，施伟杰，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]