CN100555080C - 用于确定最佳抗蚀剂厚度的方法 - Google Patents

Abstract

在一个示例实施例中，存在一种用于确定近似最佳抗蚀剂厚度的方法(600)，包括提供使用第一涂覆程序涂覆有抗蚀剂薄膜的第一衬底(605，610)，该抗蚀剂薄膜具有第一厚度。测量抗蚀剂的第一厚度(615，620)。提供第二衬底(625)并且使用第一涂覆程序给第二衬底涂覆抗蚀剂薄膜。第二衬底上的抗蚀剂薄膜曝光于辐射。测量接近抗蚀剂薄膜的光化波长的反射谱(630)。作为反射谱周期性的函数，确定有效折射率。基于该有效折射率，确定涂覆在第二衬底上的抗蚀剂薄膜的摆动曲线的周期性(635)。最大值和最小值被确定为周期性的函数。

Description

用于确定最佳抗蚀剂厚度的方法

本申请要求2003年8月8日提交的题为“System and Method toDetermine Optimal Resist Thickness and Compare Swing Curve Amplitudes”的U.S.临时申请(申请序列号60/493698)的优先权。另外，本申请涉及同时提交的题为“Method for comparing Swing Curve Amplitudes”的U.S.临时申请(代理人记录案号为US030357P)。这两个申请的全文在此引入作为参考。

技术领域

本发明概括地涉及半导体制造，并且更加具体而言本发明涉及一种用于确定感光材料的近似最佳抗蚀剂厚度的方法。

背景技术

在半导体工业中存在一种永久不变的驱动力来增加诸如微处理器、存储器件等等之类的集成电路设备的操作速率。对增加速度的需要正导致不断减少例如半导体设备的沟道长度、结点深度和栅极绝缘厚度的大小。这种半导体设备的高集成度仅仅通过使用同时高度显影的制造技术来实现。

大多数半导体设备是使用光刻法制造的。在光刻法中，光致抗蚀剂薄膜被涂覆在半导体晶片的表面上。使用图案掩模和紫外光，光致抗蚀剂薄膜被曝光以便图案从掩模转移到光致抗蚀剂薄膜作为隐式图案(latent pattern)。在曝光之后，光致抗蚀剂薄膜被显影以移除该薄膜的曝光部分。完成光化学转化所需要的曝光剂量的大小取决于光致抗蚀剂薄膜的厚度以及要转移的图案。由于光致抗蚀剂薄膜的厚度与光化波长是相同大小的数量级，所以耦合到光致抗蚀剂薄膜的光量强烈地取决于该厚度。UV辐射的光化波长是在光致抗蚀剂薄膜中产生化学变化从而导致抗蚀剂薄膜被“曝光”的波长。光致抗蚀剂薄膜厚度对线宽的效应称为“摆动曲线”效应。通常，摆动曲线是正弦函数。线宽变化是由于薄膜干扰引起的抗蚀剂厚度偏差。在图1A中示出了在文献中已知的基本原理。入射辐射40(以角度Φ)被抗蚀剂表面30以及存在于衬底10上的下面薄膜界面20反射。为了最小化光致抗蚀剂薄膜的厚度变化对线宽的影响从而用于现代高度集成的半导体设备，期望以摆动曲线的最大值或最小值操作光刻过程。除非反射被最小化，否则耦合到光致抗蚀剂的剂量具有取决于抗蚀剂厚度的正弦曲线，通常称为摆动曲线。例如，图1B示出了由Brunner¹公布的摆动曲线的例子，用于利用248nm辐射和环形照明曝光的抗蚀剂。

存在若干用于在摆动曲线的最大值处确定光致抗蚀剂薄膜厚度的方法。在第一方法中，准备具有在其上涂覆各种厚度的光致抗蚀剂薄膜的晶片，测量每个光致抗蚀剂薄膜的厚度，然后使用图案掩模使晶片曝光并且被显影。在显影之后，在所有晶片上测量特殊特性并且该特性大小被制成表格或者绘制为抗蚀剂厚度的函数，通常产生正弦曲线。在第二方法中，使用渐增的曝光剂量曝光具有在其上涂覆可变厚度的光致抗蚀剂薄膜的晶片。然后记录用于每个晶片的剂量，在该剂量上抗蚀剂清除或者具有相同的光测量厚度。可替换地，单个晶片被涂覆抗蚀剂，该抗蚀剂在晶片上具有可变厚度。测量各种区域中的抗蚀剂厚度、然后曝光、显影晶片，并且测量该区域的线宽。在曝光之前，将线宽或剂量-清除(dose-to-clear)测量值与抗蚀剂厚度比较。在第三方法中，基于在该过程中使用的材料和辐射的给定或测量的物理参数模拟摆动曲线。例如，“PROLITH”(KLA/TENCOR)能够模拟摆动曲线。

对于这些方法存在重要的挑战。第一和第二方法是非常费工的，并且测量结果(剂量-清除或线宽对抗蚀剂厚度)由于过程变化通常有噪声。单晶片的方法需要制造外形(topography)晶片，这可能不代表实际集成电路设备中所使用的后处理方法。第三方法建模比测量摆动曲线更加便于执行。然而，它需要详细知道许多光参数和物理参数，例如折射率，对于许多应用都不能容易地获得这些参数。

发明内容

需要提供一种方法，用于确定具有基本上增加的精确度的近似最佳抗蚀剂厚度，同时减少获得这种数据的成本和努力。本发明提供了一种方法，用于使用UV反射谱测量来测量减少临界尺寸(CD)变化所需要的光致抗蚀剂的最佳厚度。

在根据本发明的一个示例实施例中，存在一种用于确定近似最佳抗蚀剂厚度的方法，包括以下步骤：提供使用第一涂层程序涂覆有抗蚀剂薄膜的第一衬底，该抗蚀剂薄膜具有第一厚度。测量第一厚度。提供第二衬底并且使用第一涂覆程序用抗蚀剂薄膜涂覆该第二衬底。使在第二衬底上的抗蚀剂薄膜曝光于辐射；测量接近抗蚀剂薄膜的光化波长的反射谱。有效折射率是反射谱的周期性(periodicity)的函数。基于有效折射率，确定涂覆在第二衬底上的抗蚀剂薄膜的摆动曲线的周期性。作为周期性的函数，确定最大值和最小值。

在根据本发明的另一示例实施例中，存在一种用于确定近似最佳抗蚀剂厚度的方法，该方法包括以下步骤：使用第一涂覆程序提供涂覆有抗蚀剂薄膜的第一衬底，该抗蚀剂膜具有第一厚度；第一厚度接近最佳厚度的预定范围的下限。测量第一厚度。使用第一涂覆程序，提供涂覆有抗蚀剂薄膜的第二衬底。在第二衬底上的抗蚀剂薄膜被曝光于UV辐射；测量接近抗蚀剂薄膜的光化波长的UV反射谱。作为反射谱周期性的函数，确定有效折射率。基于有效折射率，确定在第二涂覆衬底上的抗蚀剂薄膜的摆动曲线的周期性。作为周期性的函数，确定最大值和最小值。

在根据本发明的又另一示例实施例中，存在一种用于确定近似最佳抗蚀剂厚度的方法。该方法包括提供包含简单第一衬底的两个晶片以及提供包含第二衬底的两个晶片。包括简单第一衬底的两个晶片分别使用第一和第二涂覆程序被涂覆有抗蚀剂薄膜，该抗蚀剂薄膜分别具有接近最佳抗蚀剂厚度的预定范围的上限和下限的第一厚度和第二厚度。测量该第一和第二厚度。使用第一和第二涂覆程序，给包括第二衬底的两个晶片涂覆抗蚀剂薄膜。包括第二衬底的两个晶片上的抗蚀剂薄膜被曝光于UV辐射；测量接近抗蚀剂薄膜的光化波长的第一和第二UV反射谱。拟合(fitted)第一和第二UV反射谱的正弦分量。基于所拟合的第一和第二UV反射谱的正弦分量，确定光化波长上的第一和第二有效折射率。分别使用第一和第二有效折射率，确定第一和第二摆动曲线的最小值和最大值。通过平均第一和第二摆动曲线的最小值和最大值来确定校正的最小值和最大值。

本发明的上面概述不是旨在表示本发明所公开的每个实施例或每个方面。在附图和下面详细描述中提供了其他方面和示例实施例。

附图说明

结合附图考虑本发明各个实施例的下面详细描述可以更加完全地理解本发明，其中：

图1A示出了薄膜对辐射照射衬底表面的入射的影响；

图1B示出了取决于抗蚀剂厚度的正弦曲线的示例，用于在248nm曝光的高数值孔径(NA)环形照明；

图2是说明根据本发明的一个实施例用于计算平均预测的最大值和最小值的方法的流程图；

图3说明从涂覆有不同厚度的抗蚀剂薄膜反射的UV反射谱；

图4描述了在曝光波长附近的UV反射谱；

图5说明了根据本发明的一个实施例所确定的摆动曲线，用于测量SPR600装置的摆动曲线的一个实例；

图6是说明根据本发明的另一实施例用于预测在确定最佳抗蚀剂厚度中所使用的摆动曲线的周期性的方法的流程图；

图7描述了涂覆在硅和栅叠层(stack)衬底上具有0.065μm Aquatar的0.83μm OIR32HD的反射谱；

图8说明了图7的反射谱的分析；

图9示出了来自各个晶片的反射频谱的δ₃₆₅的退化；

图10A示出了用于硅上的OIR32HD/Aquatar的预测和测量的摆动曲线；

图10B示出了用于栅叠层上的OIR32HD/Aquatar的预测和测量的摆动曲线；

图10C示出了用于PBL叠层上的SPR660的预测和测量的摆动曲线；

图10D示出了用于PBL叠层上的SPR660/Aquatar的预测和测量的摆动曲线；

图11描述了取决于标称(nominal)0.35μm线和空间的模拟摆动曲线作为数值孔径(NA)函数；以及

图12示出了摆动曲线峰值漂移作为对于标称0.35μm的标称线和空间的NA的函数。

具体实施方式

已经发现本发明在确定适合于给定的光刻过程的抗蚀剂厚度是有用的。测量涂覆有抗蚀剂的晶片的UV反射谱。反射谱被用于提取有意义的参数，根据这些参数可以确定摆动曲线的周期性。

在根据本发明的示例实施例中，用于确定最佳抗蚀剂厚度的方法是基于测量接近抗蚀剂的光化波长的涂覆有抗蚀剂的晶片的紫外(UV)反射谱。UV反射谱允许提取用于确定摆动曲线周期性的参数。使用用于确定最佳抗蚀剂厚度的UV反射谱基本上减少了用于确定参数所使用的涂覆有抗蚀剂的晶片的数量。

在曝光于辐射的材料-抗蚀剂膜中的电场E_(x，y，z)由下式给出：

$E_{(x,y,z)}=E_{(x,y)}\frac{{\mathrm{\τ}}_{12}(e^{-i2\mathrm{\π}{n}_{2}z/\mathrm{\λ}}+{\mathrm{\ρ}}_{12}{\mathrm{\τ}}_D^2{e}^{i2\mathrm{\π}{n}_{2}z/\mathrm{\λ}})}{1+{\mathrm{\ρ}}_{12}{\mathrm{\ρ}}_{23}{\mathrm{\τ}}_D^2}---\left(1\right)$

其中E_(x，y)是在材料表面上的入射平面波，

ρ₁₂＝(n₁-n₂)/(n₁+n₂)是反射系数，τ₁₂＝2n₁/(n₁+n₂)是透射系数，τ_D是材料的内部透射度，k₂＝2πn₂/λ是传播常数，n_j＝n_j-ik_j是复折射率，n_(λ)＝C₁+C₂/λ²+C₃/λ⁴是用于折射率的柯西展开(Cauchy expansion)。

曝光强度与电场平方成比例。另外，平均强度与电场平方在抗蚀剂薄膜厚度上的积分除以该厚度的结果成比例。测量的反射谱在周期性上具有相同的功能相关性。因此，反射强度由下式给出：

$I=g{f}_{\left(\cos (4\mathrm{\π}{n}_{2}t/\mathrm{\λ})\right)}---\left(2\right)$

其中g是衬底和抗蚀剂薄膜的光学常数的函数，t是抗蚀剂薄膜厚度。反射谱的周期性是由cos(4πn₂t/λ)给出。这在本领域中是众所周知的，并且用于计算薄膜厚度。

下面是摆动曲线表达式的通用正弦特性，用于代表(standing)波强度的平方：

I∝cos(φ+δ)(3)

其中 $\mathrm{\φ}\≈\frac{4\mathrm{\πnD}}{\mathrm{\λ}}[1-\frac{{\sin }^{2}D}{2n^2}]$

I＝在抗蚀剂厚度上取平均的平均强度

n_(λ)＝抗蚀剂折射率

D＝抗蚀剂厚度

λ＝波长

φ＝入射角

δ＝来自反射界面的相移

在上面的方程中，项

校正以非法向角入射辐射的效应。

方程式(3)预测由于抗蚀剂厚度D和波数1/λ引起的摆动曲线的正弦特性。如先前所提到的，具有给定抗蚀剂厚度的摆动曲线能够导致线宽变化，除非光化(或曝光)波长上的反射率最小化或者抗蚀剂厚度相对均匀。由于波数1/λ引起的紫外(UV)反射的正弦相关性是用于光学计算抗蚀剂厚度的基础。参考图7，图7中的实线710示出了在裸硅上覆盖具有0.83μmOIR32HD抗蚀剂的650A°AquatarII的UV反射频谱。虚线720示出了覆盖在栅叠层的0.83μmOIR32HD抗蚀剂上650A°AquatarII的UV反射谱。衬底是裸硅。注意：随波长有明显的波动或摆动。

根据方程式3，我们期望在更加复杂的衬底上具有随波数的正弦特性，而期望δ应该取决于下面界面的反射率而变化。方程式(3)可以用作引导并且允许δ成为波数的二次函数：

δ＝δ₀+δ₁/λ+δ₂/λ²(4)

因此，如果测量可以被预测的涂覆晶片的反射谱，那么δ₀，δ₁和δ₂原则上可以根据其周期性特性来回归(regress)，假定抗蚀剂厚度已经被测量以及抗蚀剂的折射率是通常所说的波长的函数。对于后者，假设Cauchy等式提供了波长与折射率相关的恰当表示：

$n_{\left(\mathrm{\λ}\right)}=n_0+\frac{n_2}{{\mathrm{\λ}}^2}+\frac{n_4}{{\mathrm{\λ}}^4}---\left(5\right)$

人们可以通过在曝光波长上估计φ和δ根据单个频谱的周期性来预测摆动波曲线的周期性。换句话说，目标是利用来自单个晶片的反射谱以预测线宽对抗蚀剂厚度的局部极值。这个过程可以应用于构造各种薄膜叠层和感兴趣的外形。

返回参考图2，在根据本发明的示例实施例中，方法100用于确定抗蚀剂薄膜厚度。抗蚀剂分配器被编程以按第一预定厚度沉积抗蚀剂的涂层105。选择抗蚀剂薄膜的厚度以接近最佳抗蚀剂厚度的预定范围的下限。在一系列步骤10中，在第一晶片上按第一预定厚度(使用相同的涂覆程序)沉积抗蚀剂110。测量第一晶片上的抗蚀剂厚度115。抗蚀剂分配器被重编程以按第一所测量的厚度沉积抗蚀剂120。在第二晶片上，分配器按第一所测量的厚度涂覆晶片125。在获得涂覆晶片之后，在接近光化波长的区域为给定的厚度(先前测量的厚度)测量UV反射谱140。对于测量的厚度，为测量的厚度提取有效折射率145。通过将反射谱的周期性拟合为余弦幅角(cosine argument)oos(4πn₂t/λ)来确定这个有效折射率。使用接近光化波长的有效折射率，通过保持波长恒定和改变抗蚀剂薄膜厚度来确定抗蚀剂薄膜厚度的摆动曲线的周期性。预测对于测量厚度的有效折射率的周期性150。

通常期望额外的测量。需要额外测量155的用户将编程分配器以沉积另一(第二或额外的)预定厚度的抗蚀剂的涂层160，该抗蚀剂薄膜具有接近预定范围的上限的厚度。如同在步骤10的组中，步骤20的组包括在另一个第一晶片上以另一预定厚度沉积抗蚀剂165。在另一个第一晶片上测量抗蚀剂厚度170。抗蚀剂分配器被编程以按第二或额外的测量的厚度沉积抗蚀剂175。对于第二或额外的测量的厚度重复步骤140，145和150。如果不期望额外的测量155，则计算平均预测的最大值和最小值185。

对于两个或多个抗蚀剂薄膜厚度，校正的最大值和最小值被确定作为从摆动曲线的周期性获得的最大值和最小值的平均值。校正的最大值和最小值通过计算的在校正值和所计算的最大值和最小值之间的距离来加权。

在下面示例实施例中，为涂覆在衬底上的在0.8μm和0.9μm之间的SPR660确定最佳抗蚀剂厚度，该衬底包括1600

氮化硅、500

非晶硅、300

填充氧化物和硅的薄膜叠层。用抗蚀剂薄膜涂覆两个裸硅晶片，该抗蚀剂薄膜具有分别接近用于最佳抗蚀剂厚度的预定范围(在0.8μm和0.9μm之间)的上限和下限的厚度。一个抗蚀剂薄膜具有0.771μm的测量厚度并且另一个抗蚀剂薄膜具有0.880μm的测量厚度。使用相同的涂覆程序，其上包括薄膜叠层的两个衬底分别被涂覆有厚度为0.771μm和0.880μm的抗蚀剂薄膜。

参考图3，对于两个衬底然后记录了所示出的UV反射谱。曲线200是反射率v。波长描述了两条曲线。第一曲线210是在厚度为0.896μm时测量的抗蚀剂薄膜。第二曲线220是在厚度为0.771μm时测量的抗蚀剂薄膜。

图4示出了在光化波长附近对于涂覆有0.771μm抗蚀剂薄膜的衬底的所测量的UV反射谱300。曲线310示出了在光化波长上的实际测量值。曲线320示出了标准化的曲线。曲线330示出了在测量曲线310和标准化曲线320之间的最好拟合。

存在许多方法用于拟合反射谱的正弦分量。在这个示例所使用的方法中，从每个频谱中提取最小值和最大值并且基于相邻峰值，数据被局部缩放±1。通过迭代Cauchy折射率常数可以发现最好的拟合。返回参考图4的曲线330，这在用于估计摆动曲线周期性所需要的光化波长上提供了有效折射率。表1示出了从分别涂覆有0.771μm和0.880μm的抗蚀剂薄膜的衬底所确定的有效折射率。

在根据反射谱确定在365nm曝光波长上的有效折射率之后，使用下面方程计算摆动曲线的周期性：

$\mathrm{CD}=A+B\cos (4\mathrm{\π}{n}_{365}^{\mathrm{Eff}}t/\mathrm{\λ}).---\left(6\right)$

因此，余弦幅角的峰值和谷值被预测为摆动曲线的最小值和最大值。

图5示出了预测的与实际测量的摆动曲线400的比较。从0.771μm厚抗蚀剂薄膜反射的UV频谱420更加精确地预测在0.783μm上的最大值，而从0.880μm厚抗蚀剂薄膜反射的UV频谱430更加精确地预测在0.880μm上的第二最大值。通常，抗蚀剂薄膜厚度越接近预测的最小值或最大值410，则预测越好。因此，在预定范围的端点确定有效折射率。校正的最小值和最大值然后被计算为两个预测值之间的平均值，并且校正的最小值和最大值与他们距所述预测值的相对距离相反地被加权。表2概述了期望的抗蚀剂厚度范围的预测值、加权因数和测量的最小值和最大值。

在另一示例实施例中，分析多于两个的抗蚀剂薄膜厚度，用于预测摆动曲线的最大值和最小值，从而产生更加精确的预测值。例如，可以分析预定范围的端点上的抗蚀剂薄膜厚度和接近最佳厚度的一个厚度。用上述方法能够容易地实现对多于两个的抗蚀剂薄膜厚度的分析，在该方法中对加权程序进行了一些微小修改。

在根据本发明的另一示例实施例中，可以通过在曝光波长上估计φ和δ根据单个频谱的周期性来预测(晶片衬底上的)摆动曲线的周期性。如先前提到的，如果涂覆晶片的反射率已知，则δ₀，δ₁和δ₂可以根据其周期性特性来回归(regress)，假定抗蚀剂厚度已经被测量并且折射率(η)为通常所说的波长(λ)的函数。

参考图6，在过程600中，获得数据从而为给定的抗蚀剂和衬底组合预测摆动曲线的周期性。抗蚀剂分配器被编程以按预定厚度沉积光致抗蚀剂的涂层605。该预定厚度取决于特定处理参数，例如衬底是否经历前端或后端处理，例如聚硅曝光和蚀刻或金属曝光和蚀刻。在设置分配器之后，预定厚度的抗蚀剂被沉积在第一晶片上610。测量第一晶片上沉积的抗蚀剂的厚度615。抗蚀剂分配器被再编程以在测量的厚度上沉积抗蚀剂620。在第二衬底上，按所测量厚度在第二衬底上沉积抗蚀剂的涂层625。根据所涂覆的第二晶片，用户推导出用于测量的抗蚀剂厚度的反射谱630。根据反射谱，根据在涂覆的第二晶片上的反射谱的周期性来预测摆动曲线周期性635。

在示例实施例中，在对图6列出的过程进行试验分析中，在UV1050(KLA-Tencor，Santa Clara，CA)上测量UV反射频谱。这个工具被设计以使用具有相对低强度从210nm至300nm的汞(Hg)灯源来测量薄膜厚度。为了避免在这个状态中与噪声相关的误差，这个研究被限于365nm(I-线)。两个“I-线”抗蚀剂，SPR660(Shipley，Marlborough MA)和OIR32HD(Arch Chemical，Providence，RI)被使用。注意，原则上根据本发明的技术被用于表征任何波长上的摆动曲线，假定反射谱可以被精确地测量。

表3概述了在这个研究中使用的两个抗蚀剂和三个衬底的组合。在表3中，PBL(Poly Buffer LOCOS-硅的局部氧化)晶片没有形成图案，而栅叠层晶片有定义扩散井。在这个特征中使用的通常方法是以可变旋转速度涂覆两组晶片。一组晶片是用于测量抗蚀剂厚度的裸硅，而第二组晶片是被完全处理的晶片(PBL或栅叠层)。在涂覆之后，在每个晶片的中心测量反射谱。注意当测量反射率时，没有形成图案的晶片不需要图案识别。然而，栅叠层晶片的反射率在有效区域上0.3mm×0.3mm poly中利用图案识别来测量，在该有效区域上栅极结构将被成像。这个区域比反射计的光斑尺寸大得多。晶片在佳能I4分档器(佳能，美国，SantaClara，0.63数值孔径，0.65部分相干性)上被曝光并且显影在DNS80B(DNS电子设备，Santa Clara CA)显影器上。在KLA 8100(KLA，SantaCtara，CA)上进行线宽测量。

表3.是用于反射率和线宽摆动曲线分析的系统

在裸硅晶片上测量对于所有晶片的抗蚀剂厚度，包括具有Aquatar IITARC(顶部抗反射涂层)的抗蚀剂厚度，仅仅假定抗蚀剂作为薄膜叠层。通过涂覆没有顶涂覆的硅上晶片来确定TARC对所测量的抗蚀剂厚度的光学效应，利用与TARC相同的涂覆程序对涂覆的一个进行测量和比较。注意，在合适的时候，对于TARC对测量的影响，已经校正了在这个论文中报告的所有抗蚀层厚度，并参考了在裸硅上的测量值。

包括参数提取的所有计算是利用MICROSOFT EXCEL处理的。VISUAL BASIC宏被写入以便于数据分析。然而，也可以使用任何其他合适分析工具。基本方法是过滤UV反射谱以排除0.3-0.47μm波长之外的数据。三次样条被用于内插并且将反射数据从波长λ的函数变换到波数λ^-1的函数，因为理论的摆动曲线在后者是周期性的(见方程3)。其中出现局部最小值和最大值的波数被确定并且用于将反射数据规一化为±1。通过调整δ₀，δ₁，和δ₂以及假定法向入射辐射( $\mathrm{\θ}\≅0$ )使这个规一化反射谱拟合为方程1。图8示出了对在图7显示的栅叠层反射数据利用TARC的OIR32HD的结果。

对于在这个研究所使用的所有56个晶片提取δ₀，δ₁和δ₂的值，该研究允许独立测量δ₃₆₅。根据方程3，δ₃₆₅应该仅仅取决于下覆盖或上覆盖(即，TARC)抗蚀剂的薄膜反射率并且与抗蚀剂厚度无关。图9示出了绘制的所有晶片比抗蚀剂厚度的δ₃₆₅。图900描述了表4中所述的四个曲线(910，920，930，940)。4个薄膜叠层的每一个显示了固有的δ₃₆₅，它没有示出抗蚀剂厚度相关性的事实。在表4中也概述了这些数据。由于晶片到晶片厚度上的或任何薄膜的光学特性的稍微差值，所以相同薄膜叠层的δ₃₆₅有变化。

一旦确定了δ₀，δ₁和δ₂，假定正入射，为每个所测量的频谱计算cos(φ+δ)λ＝0.365。图10A-10D示出了根据所测量的线宽交绘(cross-plotted)的每个晶片的摆动曲线预测。在图10A中，利用摆动曲线预测1010绘制测量的线宽1005。同样，在图10B中，利用摆动曲线预测1020绘制测量的线宽1015。类似地，在图10C中，利用摆动曲线预测1030绘制测量的线宽1025。在图10D中，利用摆动曲线预测1040绘制测量的线宽1035。注意：每个曲线是相关摆动曲线的独立预测。通常，在相同衬底上的预测允许在±0.0045μm内。表5概述了对比的局部最小值和最大值的预测，基于线宽测量与抗蚀剂厚度进行估计。在除了一种情况(在PBL上的SPR660/Aquatar)之外的所有情况中，预测极值把测量值分类。然而，应该注意的是，在PBL上的SPR660/Aquatar摆动曲线相对有噪声，因此预测和实际极值之间的一致性明显比图10D所示的好。

根据方程3，摆动曲线取决于入射角。注意：UV1050测量在接近法向入射上的反射率，然而，根据以角度范围为±sin-10.63＝±41照射晶片的光来限义分档器图案。由于根据入射角的不同分布成像不同光刻特性，所以通过使用方程(3)不容易计算校正。然而，可以使用模拟来推导出这个校正，因为它本质上是纯光学的。该方法仅仅使用光刻模型软件，例如PROLITH，以比所使用的实际NA低的NA预测硅上一般抗蚀剂的摆动曲线。注意，由于我们对由NA引起的峰值漂移感兴趣，所以抗蚀剂和衬底光学特性应该对这些结果影响很小。

图11示出了用于0.35μm线和数值孔径(1105)范围为0.3-0.9的空间的摆动曲线的理论相关性。然而，趋势很明显，相对低数值孔径，摆动曲线幅度减小并且峰值漂移增加。

图12示出了作为NA的函数相对于NA＝0.3的峰值漂移1205。由于峰值漂移1205在NA＝0.3和NA＝0.4之间小于7所以我们假定NA＝0.3近似摆动曲线在法向入射将出现的情况。因此，由于NA效应而估计摆动曲线校正的合理方法是模拟在NA＝0.3和所使用的分档器的NA上的结果，然后计算差值并且增加到使用法向入射反射计所计算的结果。

根据本发明用于确定最佳抗蚀剂厚度的方法通过基本上增加摆动曲线所确定的最小值和最大值的精确度而同时限制所使用的晶片数目小于现有技术方法所使用的数目，可应用于现有状态的半导体设备的制造。因此，本发明提供了一种更加精确且不用使用大量劳力的方法，用于确定最佳抗蚀剂厚度。

表5.使用UV反射数据和实际摆动曲线线宽结果来比较预测的局部最小和最大抗蚀剂厚度

尽管参考若干特定示例实施例已经描述了本发明，但是本领域的技术人员应该认识到在不偏离下面权利要求所阐述的本发明的精髓和范围的情况下可以进行许多改变。

Claims (23)

1.一种用于确定近似最佳抗蚀剂厚度的方法，包括以下步骤：

a)提供使用第一涂覆程序涂覆有抗蚀剂薄膜的第一衬底，该抗蚀剂薄膜具有第一厚度；

b)测量第一厚度；

c)提供使用所述第一涂覆程序涂覆有抗蚀剂薄膜的第二衬底；

d)将第二衬底上的抗蚀剂薄膜曝光于辐射并且测量接近该抗蚀剂薄膜的光化波长的反射谱；

e)确定作为该反射谱周期性的函数的有效折射率；

f)基于该有效折射率，确定涂覆在第二衬底上的抗蚀剂薄膜的摆动曲线的周期性；

g)确定作为周期性的函数的最大值和最小值。

2.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：

h)使用第二涂覆程序重复步骤a)至g)，用于提供具有第二厚度的抗蚀剂薄膜；

i)确定作为它们相应周期性的函数的平均最大值和最小值。

3.根据权利要求2的方法，其中第一衬底包括简单衬底。

4.根据权利要求3的方法，其中第一衬底包括硅。

5.根据权利要求2的方法，其中第一厚度被选择以接近最佳抗蚀剂厚度的预定范围的下限。

6.根据权利要求5的方法，其中第二厚度被选择以接近最佳抗蚀剂厚度的预定范围的上限。

7.根据权利要求6的方法，其中步骤e)反射谱的周期性被拟合为cos(4πn^Efft/λ)，n^Eff是有效折射率，t是抗蚀剂薄膜的厚度，λ是辐射的波长。

8.根据权利要求7的方法，其中辐射包括UV辐射，

9.一种用于确定近似最佳抗蚀剂厚度的方法，包括以下步骤：

a)提供使用第一涂覆程序涂覆有抗蚀剂薄膜的第一衬底，该抗蚀剂薄膜具有第一厚度，该第一厚度接近最佳厚度的预定范围的下限；

b)测量第一厚度；

c)提供使用所述第一涂覆程序涂覆有抗蚀剂薄膜的第二衬底；

d)将第二衬底上的抗蚀剂薄膜曝光于UV辐射并且测量接近该抗蚀剂薄膜的光化波长的UV反射谱；

e)确定作为反射谱周期性的函数的有效折射率；

f)基于该有效折射率，确定涂覆在第二衬底上的抗蚀剂薄膜的摆动曲线的周期性；

g)确定作为周期性的函数的最大值和最小值。

10.根据权利要求9的方法，其中步骤g)包括以下步骤：

g′)使用第二涂覆程序重复步骤a)至f)，用于提供具有第二厚度的抗蚀剂薄膜，第二厚度接近最佳厚度的预定范围的上限；以及

h)确定作为它们相应周期性的函数的平均最大值和最小值。

11.根据权利要求10的方法，其中第一衬底包括简单衬底。

12.根据权利要求11的方法，其中第一衬底包括硅。

13.根据权利要求10的方法，其中步骤e)UV反射谱的周期性被拟合为cos(4πn^Efft/λ)，n^Eff是有效折射率，t是抗蚀剂薄膜的厚度，λ是辐射的波长。

14.一种用于确定近似最佳抗蚀剂厚度的方法，包括：

提供包括简单第一衬底的两个晶片；

提供包括第二衬底的两个晶片；

使用第一和第二涂覆程序，给所述包括第一衬底的两个晶片涂覆分别具有第一厚度和第二厚度的抗蚀剂薄膜，该第一厚度和第二厚度分别接近最佳抗蚀剂厚度的预定范围的上限和下限；

测量第一和第二厚度；

使用第一和第二涂覆程序，给包括第二衬底的两个晶片涂覆抗蚀剂薄膜；

将在包括第二衬底的两个晶片上的抗蚀剂薄膜曝光于UV辐射并且测量接近该抗蚀剂薄膜的光化波长的第一和第二UV反射谱；

拟合第一和第二UV反射谱的正弦分量；

基于所拟合的第一和第二UV反射谱的正弦分量，确定在光化波长上的第一和第二有效折射率；

分别使用第一和第二有效折射率确定第一和第二摆动曲线的最小值和最大值；以及

通过平均第一和第二摆动曲线的最小值和最大值来确定校正的最小值和最大值。

15.根据权利要求14的方法，其中第一衬底包括硅。

16.根据权利要求14的方法，其中UV反射谱的周期性被拟合为cos(4πn^Efft/λ)，n^Eff是有效折射率，t是抗蚀剂薄膜的厚度，λ是辐射的波长。

17.根据权利要求16的方法，其中通过迭代有效折射率的Cauchy展开来找到最好的拟合。

18.根据权利要求17的方法，其中校正的最小值和最大值与它们同所确定的最小值和最大值的相对距离相反地被加权。

19.根据权利要求18的方法，其中预定范围在在0.8μm-0.9μm之间。

20.一种用于确定晶片衬底上抗蚀剂薄膜的近似最佳厚度的方法，包括以下步骤：在第一晶片衬底的预定厚度上沉积抗蚀薄膜；将抗蚀剂薄膜曝光于辐射并且测量接近抗蚀剂薄膜的光化波长的反射谱，反射谱具有周期性；以及根据反射谱的周期性来预测摆动曲线的周期性。

21，根据权利要求20的方法，其中摆动曲线的周期性是辐射入射角、偏离晶片衬底内的反射界面的相移、曝光波长以及抗蚀剂薄膜的厚度的函数。

22.根据权利要求21的方法，其中根据波数的二次函数回归偏离晶片衬底内的反射界面的相移，其中δ＝δ₀+δ₁/λ+δ₂/λ²。

23.根据权利要求22的方法，其中波长取决于折射率，其中通过有效折射率的Cauchy展开的回归来定义有效折射率， $n_{\left(\mathrm{\λ}\right)}=n_0+\frac{n_2}{{\mathrm{\λ}}^2}+\frac{n_4}{{\mathrm{\λ}}^4}.$

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