调整聚焦位置的方法

专利名称：调整聚焦位置的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体元件的微影(photolithography)制造的方法，且特别是有关于曝光(exposure)步骤的聚焦方法。
进行曝光程序的首要关键是聚焦步骤。欲得到精准的曝光图案，就必须将光源与光罩的对应位置调整至最佳聚焦(best focus)位置。传统上，半导体厂在微影工艺中的聚焦方法通常是利用一具有菱形透光区的光罩，在曝光机台借助光源通过上述光罩后，呈现出菱形的曝光影像，再由肉眼判断曝光影响的真实程度。不断调整聚焦位置，直到肉眼判断其曝光影像具有可接受的真实度为止，即当曝光影像的形状近似于预期的菱形图案时，视为聚焦步骤完成。
然而，现有的曝光机台聚焦方法是由主观人为的判断而决定，其准确性颇受质疑。而且，在进行每一次的曝光程序前，都需更换上述的聚焦用光罩进行聚焦步骤，待聚焦完成后，再更换上微影程序所需的光罩，如此反复更换光罩，程序复杂且耗费时间。
本发明的另一目的是提供一种调整聚焦位置的方法，可在进行任何曝光程序时同步进行，不需任何额外的设备与步骤，可简化聚焦的步骤。
本发明是利用一特殊的光学原理，其特点在于当光源落于最佳聚焦(bestfocus)位置时，透过具有不同相位的透光区，则两区所曝光出的能量强度一致且曝光影像大小相同。因此，反过来说，当不同相位透光区下曝光所得的影像尺寸相同时，即表示此曝光程序的聚焦位置相当精确。
为实现上述目的，本发明提出一种调整聚焦位置的方法，此方法的步骤主要是包括首先，提供一测试光罩，具有一透明基板，上述透明基板表面具有一遮光层，用以露出一相角0度透光区与一相角90度透光区，其中上述相角0度透光区与上述相角90度透光区的尺寸相同。接着，提供一光源，保持与上述测试光罩一距离，透过上述测试光罩于一基底表面曝光出对应上述相角0度透光区的第一影像与对应上述相角90度透光区的第二影像。然后，量测上述第一影像与上述第二影像的尺寸。若上述第一影像与上述第二影像的尺寸不相等，则改变上述光源与上述测试光罩的间距，重复进行如前所述的曝光程序，直到上述第一影像尺寸与上述第二影像尺寸相等为止。
如前所述，上述测试光罩是相位移光罩，例如交错式相位移光罩(alternatephase shift mask)、减光型相位移光罩(attenuate phase shift mask)或边缘型相位移光罩(rim phase shift mask)。并且，上述透明基板可由透光率100％的石英(quartz)玻璃所构成，上述遮光层可由金属铬(Cr)所构成。如此一来，上述相角0度透光区的透光率约为100％，而上述相角90度透光区的透光率约为100％，至于上述遮光层的透光率则约为0％。
如前所述，上述相角0度透光区与上述相角90度透光区的间距不大于上述相角0度透光区的尺寸。
本发明的有益效果是，以实际数值判断聚焦，准确度相当高，可以避免传统上仅以视觉判断是否对焦完成所造成的误差。并且本发明的测试光罩面积极小，因此可设计于任何工艺过程所需的光罩，在进行任一曝光程序前先行聚焦对准，不需任何额外的设备，也不需更换光罩，相当方便，又可缩短制造时间。避免现有的聚焦必须中断其他曝光过程所带来的不便。
下面结合附图
和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
首先，在步骤800，提供一测试光罩100置入一曝光机台，例如扫描步进机(scan-stepper)或步进机(stepper)。上述测试光罩100可以是交错式相位移光罩(alternate phase shift mask)、减光型相位移光罩(attenuate phase shiftmask)或边缘型相位移光罩(rim phase shift mask)，作为曝光聚焦对准的辅助工具。
上述测试光罩100的结构如图2所示，具有一透明基板(未图示)，可由透光率100％的石英(quartz)玻璃所构成，且上述透明基板表面具有一材质例如为金属铬(Cr)的遮光层102，用以露出至少一相角0度透光区104与至少一相角90度透光区106。透光区的相角可以由该区域的透明基板厚度所决定，因此上述相角0度透光区104与上述相角90度透光区的透明基板厚度不相同。但是，上述相角0度透光区104与上述相角90度透光区106的平面尺寸(长和宽)相同，约为150～250nm(纳米)，并且上述相角0度透光区与上述相角90度透光区的间距约为100～200nm，不大于上述相角0度透光区的尺寸。另外，上述相角0度与90度透光区可以各为单个相邻排列或多个间隔交错排列。再者，上述相角0度透光区的透光率约为100％，而上述相角90度透光区的透光率约为100％，至于上述遮光层的透光率则约为0％。上述测试光罩100的面积极小，可以单独使用或合并制作于任一工艺过程所需的光罩边缘，并不会影响光罩原有的图案，又可于曝光前先行聚焦对准。
接着，在步骤802，将上述曝光机台所提供的一光源位置调整至与上述测试光罩100保持一距离，以选择适当的聚焦位置。
其次，在步骤804，进行曝光程序，将上述测试光罩100的图案转移至于一基底(未图示)表面，如图4A和图4B所示，显现出一曝光影像200。上述曝光影像200中的第一影像204是经上述相角0度透光区104曝光所得的结果。上述曝光影像200中的第二影像206是经由上述相角90度透光区106曝光所得的结果。
根据光学原理，当光源位于最佳聚焦(best focus)位置时，透过两相邻的0度与90度透光区，则两区所曝光出影像的能量强度会一致且影像大小会相同。如图3所示，曲线A与曲线C皆未位于最佳聚焦位置，其曝光所得的影像强度与空间分布关系结果，分别在对应相位0度的区间与对应相位90度的区间的影像强度皆不相同。反之，位于最佳聚焦位置曝光所得的曲线B在对应相位0度的区间与对应相位90度区间的影像强度相同，所以，接着步骤806的目的在于量测上述第一影像204与上述第二影像206的尺寸。若上述第一影像与第二影像分别为多个，则计算其平均值。根据上述原理，若上述第一影像204与上述第二影像206的尺寸不相等，如图3所示，则回溯至步骤802，重新调整上述光源与上述测试光罩100的间距。然后，再依序进行步骤804与806，如此反复重复进行如前所述的曝光程序，直到上述第一影像204的尺寸与上述第二影像206的尺寸相等为止，如图5所示。如此一来，便达到了最佳聚焦位置。
本发明的特征是利用一交错排列具相角0度与90度的光罩所分别曝光出的影像尺寸相等时，判断为最佳聚焦位置。
综合上述，本发明具有下列优点1.本发明的聚焦以实际数值判断聚焦，准确度相当高，可以避免传统上仅以视觉判断是否对焦完成所造成的误差。
2.本发明的测试光罩面积极小，因此可设计于任何工艺过程所需的光罩，在进行任一曝光程序前先行聚焦对准，不需任何额外的设备，也不需更换光罩，相当方便，又可缩短制造时间。避免现有的聚焦必须中断其他曝光过程所带来的不便。
权利要求
1.一种调整聚焦位置的方法，其特征在于，包括a.提供一测试光罩，具有一透明基板，所述透明基板表面具有一遮光层，用以露出一相角0度透光区与一相角90度透光区，其中上述相角0度透光区与上述相角90度透光区的尺寸相同；b.提供一光源，保持与上述测试光罩一距离，透过上述测试光罩在一基底表面曝光出对应上述相角0度透光区的第一影像与对应上述相角90度透光区的第二影像；c.量测上述第一影像与上述第二影像的尺寸；d.若上述第一影像与上述第二影像的尺寸不相等，则改变上述光源与上述测试光罩的间距，重复上述步骤b与步骤c，直到上述第一影像尺寸与上述第二影像尺寸相等为止。
2.如权利要求1所述的调整聚焦位置的方法，其特征在于，所述的测试光罩是相位移光罩。
3.如权利要求1所述的调整聚焦位置的方法，其特征在于，所述的相角0度透光区与上述相角90度透光区的间距不大于所述相角0度透光区的尺寸。
4.如权利要求1所述的调整聚焦位置的方法，其特征在于，所述的透明基板是由石英玻璃所构成。
5.如权利要求1所述的调整聚焦位置的方法，其特征在于，所述的遮光层是由金属铬所构成。
6.如权利要求1所述的调整聚焦位置的方法，其特征在于，所述的相角0度透光区的透光率为100％。
7.如权利要求1所述的调整聚焦位置的方法，其特征在于，所述的相角90度透光区的透光率为100％。
8.如权利要求1所述的调整聚焦位置的方法，其特征在于，所述的遮光层的透光率为0％。
全文摘要
一种用于半导体元件的微影制造方法中曝光步骤的聚焦方法，包括提供一测试光罩，具有一透明基板，所述透明基板表面具有一遮光层，用以露出一相角0度透光区与一相角90度透光区，其中上述相角0度透光区与上述相角90度透光区的尺寸相同；提供一光源，保持与上述测试光罩一距离，透过上述测试光罩在一基底表面曝光出对应上述相角0度透光区的第一影像与对应上述相角90度透光区的第二影像；量测上述第一影像与上述第二影像的尺寸；若上述第一影像与上述第二影像的尺寸不相等，则改变上述光源与上述测试光罩的间距，重复上述步骤，直到上述第一影像尺寸与上述第二影像尺寸相等为止。
文档编号G03F7/207GK1472600SQ0212749
公开日2004年2月4日 申请日期2002年8月2日 优先权日2002年8月2日
发明者吴元薰 申请人:南亚科技股份有限公司