用电子束监测工艺条件变化的监测系统和监测方法技术方案

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。（*该技术在2022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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本专利技术的目的是，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，本专利技术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。本专利技术中，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，本专利技术中，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，本专利技术中，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，本专利技术中，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，本专利技术中，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，本专利技术提供自动计算功能，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是边缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
JP 2001-8-20 249569/011.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：小室修，诸熊秀俊，宍户千绘，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]