專利名稱：形成光刻膠圖形的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件制造中形成光刻膠圖形的方法，更特別地涉及能夠通過根據(jù)光刻膠膜曝光時引起的反射因數(shù)的改變預先確定曝光時間來改善臨界尺寸勻度的光刻膠圖形形成方法。
作為預先確定形成光刻膠圖形曝光時間的常規(guī)技術，在以批(包括24張晶片或48張晶片)為單位形成具有臨界尺寸的圖形時，一種眾所周知的方法包括，以從每批中隨意選擇的一個晶片為基礎制作如

圖1(圖中，橫座標表示曝光時間，縱座標表示臨界尺寸)所示的曝光范圍曲線、利用曝光范圍曲線得出曝光時間，并將曝光時間應用于這批的所有晶片。
然而，根據(jù)這種方法，由于各批間或各晶片間的涂層厚度不同，或襯底反射條件的變化，都可能造成圖形不均勻。結(jié)果，會產(chǎn)生不均勻性問題。
因此，本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中遇到的上述問題，提供一種形成光刻膠圖形的方法，該方法能夠根據(jù)反射因數(shù)預先確定光刻膠膜的曝光時間，從而縮小各晶片間或各批間的臨界尺寸差別，由此改善臨界尺寸的勻度。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的目的是通過提供一種以預定晶片數(shù)為單位實施光刻工藝來形成光刻膠圖形的方法實現(xiàn)的，其中，光刻膠圖形的形成條件是，形成各光刻膠圖形所用的曝光時間隨反射因數(shù)的改變而改變。
本發(fā)明的其它目的和方案，參照附圖從下面對實施例的說明，將變得更清楚。其中圖1是依照現(xiàn)有技術用于預先確定形成圖形的曝光時間的曝光范圍曲線；圖2是描繪臨界尺寸和反射因數(shù)隨光刻膠膜厚度改變而改變的關系曲線；圖3A和3B分別是按照本發(fā)明用于根據(jù)光刻膠膜厚度預先確定基準反射因數(shù)和反射因數(shù)極限的曲線圖；以及圖4是說明本發(fā)明的曝光范圍曲線圖。
本發(fā)明運用的基本原理是，臨界尺寸隨光刻膠膜厚度的改變正比于反射因數(shù)隨光刻膠膜厚度的改變，如圖2曲線N和M所示(圖中橫座標表示光刻膠膜厚度，左側(cè)縱座標表示臨界尺寸，右側(cè)縱座標表示反射因數(shù))。曲線N是反映臨界尺寸的改變，而曲線B則是指反射因數(shù)的改變。換句話說，本發(fā)明是一種根據(jù)上述原理、根據(jù)以一批或一個晶片為單位測得的反射因數(shù)計算出曝光時間，而將光刻膠膜按算得的曝光時間進行曝光的技術。因為反射因數(shù)包括著有關光刻膜厚度變化與襯底反射條件變化等信息，所以根據(jù)反射因數(shù)預先確定臨界尺寸能獲得精確的結(jié)果。
現(xiàn)在，將說明按照本發(fā)明預先確定反射因數(shù)與曝光時間關系的方法。
根據(jù)本方法，首先預先確定一個基準厚度T和一個厚度極限T′。如圖3A所示(圖中，橫座標表示光刻膠膜厚度，縱座標表示反射因數(shù))，該基準厚度T是由呈現(xiàn)最小反射因數(shù)的光刻膠膜厚度確定。而厚度極限T′是由位于半周期范圍內(nèi)的比保證工藝誤差ΔT的厚度控制限還大的光刻膠膜厚度確定。雖然圖3A的基準厚度T是由呈現(xiàn)最小反射因數(shù)的光刻膠膜厚度確定，但是，也可以由呈現(xiàn)最大反射因數(shù)的光刻膠膜厚度來確定，如圖3B所示(圖中，橫座標表示光刻膠膜厚度，縱座標表示反射因數(shù))。
接著，測出厚度分別為T與T′的兩光刻膠膜的反射因數(shù)α與β。根據(jù)測得的反射因數(shù)α與β，分別制作曝光范圍曲線，如圖4所示(其中，橫座標表示曝光時間，縱座標表示臨界尺寸)。利用該曝光時間曲線，就能夠確定由反射因數(shù)決定的曝光時間。舉例來說，為了獲得臨界尺寸為B的曝光時間，在反射因數(shù)為α時是Xmsec、而在反射因數(shù)為β時則是Ymsec。圖4的“UCL”和“LCL”分別表示控制上限和控制下限。
按照常規(guī)方法進行光刻膠膜曝光時，其中確定曝光時間是不考慮曝光時引起的反射因數(shù)的改變的，所以，如果反射因數(shù)改變，那么曝光后所得的臨界尺寸可能會超出控制限范圍。例如，如果要在反射因數(shù)為α時獲得目標臨界尺寸，則厚度為T的光刻膠膜曝光時間要進行Xmsec，若曝光時反射因數(shù)從α變?yōu)棣?，那么，所得的臨界尺寸A就超過控制上限，如圖4所示。此情況下，當曝光時間改為Zmsec時，就能獲得目標臨界尺寸B。即使光刻膠膜厚度不變或光刻膠膜厚度的改變?yōu)橐欢〞r，由于襯底反射條件改變，也可以造成反射因數(shù)的改變。這種反射因數(shù)的改變產(chǎn)生的效果與光刻膠膜厚度的改變所引起的效果等同。
按照臨界尺寸正比于反射因數(shù)的關系，根據(jù)反射因數(shù)的改變重新確定的曝光時間Zmsec位于圖4的曝光范圍曲線中的限定在基準曝光時間X和極限曝光時間Y之間的范圍內(nèi)。新的曝光時間是通過將基準曝光時間X和極限曝光時間Y之間的曝光時間差(Y-X)乘以基準反射因數(shù)α和測得的不同于基準反射因數(shù)α的反射因數(shù)γ之間的差(γ-α)，把所得的乘積值除以基準反射因數(shù)α與極限反射因數(shù)β間的差值(β-α)，再將曝光時間控制下限X加上所得到的商值計算得出的。這可由下面的公式表達Z＝X＋{(γ－α)·(Y－X)/(β－α)}msec在采用以一批為單位的曝光工藝的情況下，反射因數(shù)γ是根據(jù)第一晶片測定的。根據(jù)測得的反射因數(shù)，所有晶片都用相同曝光時間Z曝光。此時，各批之間的臨界尺寸差都很小。因而，就不必預先確定每批的曝光條件。結(jié)果，可以實現(xiàn)臨界尺寸的均勻調(diào)整，還可減少臨界尺寸的測量間隔。而在步進裝置的等待時間內(nèi)進行反射因數(shù)的測量，不會因測量反射因數(shù)造成附加時間。此外，還可以減少將掃描電子顯微鏡用于臨界尺寸測量時出現(xiàn)的瓶頸現(xiàn)象。
在將最小反射因數(shù)用作基準反射因數(shù)α的情況下，如圖3A的情況，測得的反射因數(shù)γ不會小于基準反射因數(shù)α。在圖3A的情況中，反射因數(shù)γ可以位于反射因數(shù)曲線上的任意位置，例如可以是γ1、γ2或γ3。即使反射因數(shù)γ位于反射因數(shù)曲線上的任意位置，也可以根據(jù)分別由基準厚度T和極限厚度T′預先確定的兩點b和c之間的梯度加以補償。換句話說，這種補償是通過將單位反射因數(shù)改變量引起的曝光時間的改變量((Y－X)/(β－α))乘以測得的反射因數(shù)的改變量(γ－α)(γ＝γ1、γ2或γ3)來實現(xiàn)的。
甚至當極限曝光時間Y位于界定在圖3A中的a和d兩點之間的范圍以外的位置時，它也當作為在該范圍之內(nèi)來處理。因此，這種補償方法可以應用于反射因數(shù)曲線上的所有點。這種情況下，唯有預先確定極限厚度T′是重要的因素。由于實際補償范圍是圖4中的陰影區(qū)，當極限厚度T′更接近值T＋ΔT或值T－ΔT時，就能夠獲得更精確的補償。預先確定的極限厚度T′不應超出點a和d之間的范圍。在所確定的極限厚度T′超出點a和d間的范圍時，需計算誤差梯度。
假設厚度T的基準曝光時間X和厚度T′的極限曝光時間Y分別是200msec和300msec，在α＝30％和β＝50％的條件下，根據(jù)計算(300－200)/(50－30)，可得到單位反射因數(shù)改變量1％下的曝光時間改變量為5msec。如此情況下，如果測出的反射因數(shù)是37％，在涂敷膜厚為T的條件下，新的曝光時間是通過將單位反射因數(shù)改變量下的曝光時間改變量5msec乘以曝光時間改變量7％(γ－α＝37－30＝7(％))再將乘得的值(5×7＝35(msec))加上基準曝光時間X(X＝200msec)而得出的235msec。這個結(jié)果是以臨界尺寸桿為基礎的。
在光刻膠膜曝光時引起了反射因數(shù)增大的情況下，臨界尺寸也會增大，如圖2所示。如果繼續(xù)進行曝光而不改變預先確定的曝光時間，那么所獲得的臨界尺寸便可能超出臨界尺寸的限制范圍。為避免此現(xiàn)象，就應該適當增加曝光時間，增加的時間可按上述方法算出。
聯(lián)系圖3B如上所述，基準厚度T也可由呈現(xiàn)最大反射因數(shù)的厚度來確定。此情況下，極限曝光時間Y小于基準曝光時間X。換言之，當反射因數(shù)發(fā)生變化時，曝光時間Z應該減少，因為所測得的不同于基準反射因數(shù)α的反射因數(shù)γ小于基準反射因數(shù)α。由于值(Y－X)/(β－α)是一正值，而值(γ－α)是一負值，所以調(diào)整后的曝光時間Z短于基準曝光時間X。所以，可如同采用呈現(xiàn)最小反射因數(shù)的厚度作為基準厚度的情形一樣，也可應用計算曝光時間Z的公式。但是，為應用此公式，只需改變圖4曲線中的α和β之間的位置關系。
從上所述很清楚，本發(fā)明提供了下列的效果首先，因為由于襯底條件、潔凈處理以及光刻膠膜涂敷前的預處理條件的改變而引起的反射條件的改變可以根據(jù)反射因數(shù)的改變進行補償，從而光刻膠膜的曝光是在補償?shù)臈l件下進行的，因此能夠獲得均勻的臨界尺寸。
其次，由于臨界尺寸均勻，減少了臨界尺寸的測量次數(shù)，從而能達到減少工藝步驟和改善生產(chǎn)率。
雖然為說明起見已經(jīng)披露了本發(fā)明的最佳實施例，但本領域的技術人員應知道，各種改進、添加和替換都是可能的，而不會背離如權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和構(gòu)思。
權(quán)利要求
1.一種通過以預定數(shù)量的晶片為單位實施光刻工藝形成光刻膠圖形的方法，其特征在于，光刻膠圖形是在形成各光刻膠圖形所用的曝光時間隨反射因數(shù)的改變而改變的條件下形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，變化的曝光時間根據(jù)下述公式計算Z＝X＋{(γ－α)·(Y－X)/(β－α)}其中，T是基準光刻膠膜厚度，它對應于待進行光刻以形成一個相應光刻膠圖形的、呈現(xiàn)最小或最大基準反射因數(shù)的光刻膠膜的厚度；T′比基準厚度(T)厚的極限厚度；α對應于基準厚度(T)的基準反射因數(shù)；β對應于極限厚度(T′)的極限反射因數(shù)；γ變化的反射因數(shù)；X基準反射因數(shù)(α)下的基準曝光時間；Y極限反射因數(shù)(β)下的極限曝光時間；以及Z變化的曝光時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，極限厚度(T′)大于將工藝誤差(ΔT)加上基準厚度(T)所得出的值。
全文摘要
一種形成光刻膠圖形的方法，光刻膠圖形是在形成各光刻膠圖形的曝光時間是在考慮了反射因數(shù)的變化而預先確定的條件下形成的。根據(jù)下列公式計算曝光時間Z＝X+{(γ-α)·(Y-X)/(β-α)}其中，T為基準厚度，T′為極限厚度，α為基準反射因數(shù)，β為極限反射因數(shù)，γ為反射因數(shù)變量，X為基準曝光時間，Y為極限曝光時間，而Z為曝光時間變量。
文檔編號H01L21/027GK1115409SQ9412008
公開日1996年1月24日 申請日期1994年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月25日
發(fā)明者權(quán)五成, 李斗熙, 陸迥善, 洪興基, 具永謨 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社