微影制程的焦距检测方法

专利名称：微影制程的焦距检测方法
技术领域：
本发明有关于一种半导体微影制程，特别涉及一种微影制程的焦距检测方法。是用以在晶圆进行微影制程前，检测微影制程的焦距允收范围。


图1所示是传统上微影设备(stepper)在晶圆上进曝光制程的示意图。标号100系表示一光源，此光源100光线经过一孔径装置(aperture)102并通过一准直(collimating)镜片104而形成平行光。接着，平行光通过一光罩106的透光区而抵达一投影镜(projector)108，最后经由投影镜108聚焦成像于一晶圆110上。由于目前的微影制程中，检测焦距允收范围的方法较为繁复及耗时，例如在晶圆切割道(scribe lines)区域附近形成测试图案，并籍由量测测试图案的关键图案尺寸(critical dimension，CD)变化来检测焦距。
台湾专利第84111655号公开了一种半导体微影成像制程的焦距监测方法及图案，其在晶圆上的光阻形成具有游标尺及菱形结构的测试图案，并籍由菱形结构因聚焦问题而发生钝化现象(roundjng effect)的特性及游标尺结构的尺寸来监测焦距是否在制程宽容度内。然而，此方法并无揭示如何决定焦距的允收范围。
因此，提供一种微影制程中能迅速及精准地定出焦距允收范围的焦距检测方法，实属迫切的需要。
本发明的上述的目的是这样实现的一种微影制程的焦距检测方法，其特征在于至少包括下列步骤在一光罩上形成一测试图案；藉由上述光罩在一形成有光阻层的基底上进行曝光，以在上述光阻层上形成复数个曝光区，其中每一上述曝光区系对应使用一曝光焦距；对上述光阻层进行显影，以在上述基底上形成具有上述测试图案的复数图案区；检测每一上述图案区以定出焦距的允收范围。
上述测试图案是大体横向平行排列的复数线条及大体纵向平行排列的复数线条的任一种。
上述基底是一空白的硅晶圆。
上述曝光焦距是一等差数列。
上述线条系具有相同的线宽。
其中检测每一上述图案区，至少包括下列步骤将具有上述图案区的基底置入一光学仪器中；观测由每一上述曝光焦距对应形成的上述图案区中的上述线条的线宽变化；以及依据上述线宽变化及对应的上述曝光焦距定出焦距允收范围。
其中上述等差数列的公差为0.15微米。
其中该光学仪器系显影后检查机。
本发明的积极效果是本发明提供的一种微影制程的焦距检测方法，利用一具有线条图案的光罩来进行微影制程，以在一控片(control wafer)上的光阻形成复数个线条图案区。其中，每一线条图案区系使用不同的焦距所形成。最后经由光学仪器检测出每一线条图案区的线宽变化而迅速及精准地定出焦距允收范围。由于每一图案区的线条有可能因为离焦(out of focus)而导致线条线宽改变或线条变形，因此，本发明实施例依据上述现象对每一图案区进行检测。根据本发明的焦距检测方法，除了可快速及精准地测定出焦距允收范围之外，亦可在每一次进行微影制程前或进行曝光设备的预防保养时，实施此焦距检测方法以维持制程的可靠度而防止产品良率降低。
以下配合图2、3及图4说明本发明一实施例的微影制程的焦距检测方法。
参照图2、3，其分别绘示出两种具有测试图案的光罩。在图2中，籍由习知的光罩制造方法在光罩20上制作出一测试图案20a，其中测试图案20a为大体纵向平行排列的复数线条，且这些线条具有相同的线宽(line width)及线距(space)。在图3中，同样在光罩20上制作出一测试图案20b，其中测试图案20b为大体横向平行排列的复数线条，且这些线条具有相同的线宽(line width)及线距(space)。
在完成光罩20制作后，参照图4，其绘示出根据本发明实施例的不同焦距条件下在晶圆上形成测试图案的平面图。首先，提供一基底300，例如一作为测试用的空白硅晶圆(以下称作控片)。接着，在控片300上旋涂形成一光阻层302。
随后，利用图2或图3中的光罩20来对形成有光阻层302的控片300实施一曝光制程。在曝光之前，先设定一初始焦距f0，接着，在曝光机台输入一相对焦距fr1；相对焦距fr1值为初始焦距f0减去一既定值，例如f0-0.6微米(μm)。随后，以此相对焦距fr1在光阻层302上形成一曝光区A1。
随后，移动控片300位置，例如向上移动一曝光区大小的位置，并重新在曝光机台输入一相对焦距fr2，例如f0-0.45μm。随后，以此相对焦距fr2在光阻层302上形成一曝光区A2。接着，重复上述步骤，并在光阻层302上形成曝光区A3到A5。亦即，对应曝光区A3到A5的相对焦距fr3到fr5；分别为f0-0.3μm、f0-0.15μm及f0-0μm。接着，在曝光机台输入一相对焦距fr6，相对焦距fr6值为初始焦距f0加上一既定值，例如f0+0.15μm。接着，重复上述步骤，并在光阻层302上形成曝光区A7到A9。亦即，对应曝光区A7到A9的相对焦距fr7到fr9；分别为f0+0.3μm、f0+0.45μm及f0+0.6μm。由以上所述可知，本实施例中输入的相对焦距fr1到fr9；是一等差数列，且公差为0.15μm。另外，在光阻层302上形成有九个曝光区A1到A9。然而本发明并未受限于此，可依据使用者的需求来决定公差及曝光区数目。再者，在本实施例中，这些曝光区A1到A9彼此紧邻，本发明同样会受限于此，曝光区A1到A9的位置可位于光阻层302上的任何位置。
接下来，对控片300上的光阻层302进行显影，以将测试图案20a或20b经由光罩20转移至光阻层302上而形成九个线条图案区(未绘示)。由于这些图案区是在不同焦距条件下所形成，因此每一图案区的线条有可能因为离焦(out offocus)而导致线条线宽改变或线条变形。
因此，本实施例系依据上述现象对每一图案区进行检测。首先，将具有上述图案区的控片300置入一光学仪器中，例如显影后检查机(after developinginspection，ADI)。随后，观测由曝光焦距fr1到fr9；对应形成的图案区中的上述线条的线宽变化或变形程度。最后，依据线宽变化或变形程度及所对应的曝光焦距来定出焦距允收范围。例如，在使用曝光焦距fr3到fr7的条件下所形成的图案区中，线条线宽变化小或变形程度低，则焦距的允收范围为fr3到fr7。此外，曝光设备的焦距设定值则为fr3与fr7总和的一半，[亦即，(fr3+fr7)/2]。
根据本发明的焦距检测方法，除了可快速及精准地测定出焦距允收范围之外，亦可在每一次进行微影制程前或进行曝光设备的预防保养(Preventivemaintenance，PM)时，实施此焦距检测方法以维持制程的可靠度而防止产品良率降低。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视其申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种微影制程的焦距检测方法，其特征在于至少包括下列步骤在一光罩上形成一测试图案；藉由上述光罩在一形成有光阻层的基底上进行曝光，以在上述光阻层上形成复数个曝光区，其中每一上述曝光区系对应使用一曝光焦距；对上述光阻层进行显影，以在上述基底上形成具有上述测试图案的复数图案区；检测每一上述图案区以定出焦距的允收范围。
2.如权利要求1所述微影制程的焦距检测方法，其特征在于上述测试图案是大体横向平行排列的复数线条及大体纵向平行排列的复数线条的任一种。
3.如权利要求1所述微影制程的焦距检测方法，其特征在于上述基底是一空白的硅晶圆。
4.如权利要求1所述微影制程的焦距检测方法，其特征在于，上述曝光焦距是一等差数列。
5.如权利要求2所述微影制程的焦距检测方法，其特征在于上述线条系具有相同的线宽。
6.如权利要求2所述微影制程的焦距检测方法，其特征在于其中检测每一上述图案区，至少包括下列步骤将具有上述图案区的基底置入一光学仪器中；观测由每一上述曝光焦距对应形成的上述图案区中的上述线条的线宽变化；以及依据上述线宽变化及对应的上述曝光焦距定出焦距允收范围。
7.如权利要求4所述微影制程的焦距检测方法，其特征在于其中上述等差数列的公差为0.15微米。
8.如权利要求6所述微影制程的焦距检测方法，其特征在于其中该光学仪器系显影后检查机。
全文摘要
本发明公开一种微影制程的焦距检测方法。首先，在一光罩上形成大体平行排列的复数线条图案，藉由此光罩在一形成有光阻层的晶图上进行曝光，以在光阻层上形成复数个曝光区，其中每一曝光区系对应使用一曝光焦距。随后，对光阻层进行显影，以在晶圆上形成具有线条图案的复数图案区。然后，将具有上述图案区的晶圆置入一光学仪器中，并观测由每一曝光焦距对应形成的图案区中的线条线宽变化。最后，依据线宽变化及其对应的曝光焦距定出焦距允收范围(focus latitude)。
文档编号G03F7/20GK1459670SQ0212060
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月23日 优先权日2002年5月23日
发明者雍镇诚, 杨长浩 申请人:矽统科技股份有限公司