检测梯度滤波器光强分布的方法及提高线宽一致性的方法转让专利
申请号 : CN200710044801.8
文献号 : CN100590533C
文献日 : 2010-02-17
发明人 : 杨金坡 , 袁烽
申请人 : 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
摘要 :
一种检测梯度滤波器的光强分布的方法，包括：提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的图形；提供具有光敏材料层的半导体衬底，通过曝光设备将所述掩膜板上的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案；测量所述半导体衬底的不同位置的光敏材料层图案的线宽，获得光敏材料层图案的线宽分布；将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度滤波器光强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强分布。本发明还提供一种提高光刻工艺线宽一致性的方法。本发明较为简单、且可节省时间，降低成本。
权利要求 :
1、一种检测梯度滤波器的光强分布的方法，其特征在于，包括：提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的图形；
提供具有光敏材料层的半导体衬底，通过曝光设备将所述掩膜板上 的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案；
测量所述半导体衬底的不同位置的光敏材料层图案的线宽，获得光 敏材料层图案的线宽分布；
将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度滤波器光 强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强分布。
2、如权利要求1所述的检测梯度滤波器的光强分布的方法，其特 征在于，形成光敏材料层图案的步骤如下：将所述掩膜板和半导体衬底置于曝光设备中；
打开曝光光源，透过掩膜板对光敏材料层进行选择性曝光，将掩膜 板上的图形转移到所述光敏材料层中；
完成曝光后，对所述半导体衬底执行曝光后烘烤工艺；
烘烤后，用显影液对光敏材料层中曝光的区域进行显影和冲洗；
完成显影和冲洗后，对所述半导体衬底执行硬烤工艺。
3、如权利要求2所述的检测梯度滤波器的光强分布的方法，其特 征在于：所述曝光为扫描式曝光或步进式曝光。
4、如权利要求1所述的检测梯度滤波器的光强分布的方法，其特 征在于：当所述曝光设备为步进式曝光设备时，所述线宽分布为面分布； 当所述曝光设备为扫描式曝光设备时，所述线宽分布为沿与扫描方向垂 直的方向的线分布。
5、如权利要求1所述的检测梯度滤波器的光强分布的方法，其特 征在于：所述光敏材料层为光刻胶。
6、如权利要求5所述的检测梯度滤波器的光强分布的方法，其特 征在于：形成所述光敏材料层的方法为旋涂法。
7、如权利要求1所述的检测梯度滤波器的光强分布的方法，其特 征在于：所述掩膜板是二元掩膜板或相移式掩膜板。
8、如权利要求1所述的检测梯度滤波器的光强分布的方法，其特 征在于：通过扫描电子显微镜测量光敏材料层图案的线宽。
9、一种提高光刻工艺线宽一致性的方法，其特征在于，包括：提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的图形；
提供具有光敏材料层的第一半导体衬底，通过曝光设备将所述掩膜 板上的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案；
测量所述第一半导体衬底的不同位置的光敏材料层图案的线宽，获 得光敏材料层图案的线宽分布；
将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度滤波器光 强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强分布；
根据所述光敏材料层图案的线宽分布与其目标线宽分布的差异，获 得形成该光敏材料层图案的曝光设备的梯度滤波器的光强分布与目标 光强分布的差异；
在所述曝光设备中加入光强分布调节元件，减小或消除所述梯度滤 波器光强分布与目标光强分布的差异；
用具有光强分布调节元件的曝光设备对第二半导体衬底的光敏材 料层进行曝光，在所述第二半导体衬底上形成光敏材料层图案。
10、如权利要求9所述的提高光刻工艺线宽一致性的方法，其特征 在于：所述光强分布调节元件为梯度滤波器或自适应光学元件。
11、如权利要求9所述的提高光刻工艺线宽一致性的方法，其特征 在于：所述光敏材料层为光刻胶。
12、如权利要求11所述的提高光刻工艺线宽一致性的方法，其特 征在于：形成所述光敏材料层的方法为旋涂法。
13、如权利要求9所述的提高光刻工艺线宽一致性的方法，其特征 在于：所述掩膜板是二元掩膜板或相移式掩膜板。
14、如权利要求9所述的提高光刻工艺线宽一致性的方法，其特征 在于：通过扫描电子显微镜测量光敏材料层图案的线宽。
说明书 :
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种检测光刻工艺中曝 光设备的梯度滤波器(Gradient Fiker)的光强分布的方法及提高光刻工 艺线宽一致性的方法。
背景技术
半导体制造工艺通过一系列的沉积、光刻、刻蚀、离子注入、化学 机械研磨、清洗等工艺在半导体晶片上形成集成电路。其中，光刻工艺 用于定义刻蚀和离子注入的区域，在半导体制造工艺中起着举足轻重的 作用。光刻工艺水平的高低决定了半导体制造工艺集成度的高低。随着 半导体制造工艺向小线宽高集成度方向发展，对光刻工艺也提出了更高 的要求。曝光设备已由原来的步进式曝光设备发展到现在的扫描式曝光 设备，并且基于高射率介质的浸润式曝光设备也已经被研发出来；曝光 设备的曝光光源的波长也从365nm发展到248nm、193nm甚至更小，以满 足半导体制造工艺中线宽日益减小对光刻工艺分辨率的要求。
专利号为US 6583588 B2的美国专利公开了一种曝光设备。图1为所 述的曝光设备的照明系统(Illumination System)的示意图。
如图1所示，照明系统包括曝光光源LA、快门(shutter)11、12和13、 衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)14、光束调节透镜组 15、变焦透镜组(Zoom lens)16、第二衍射光学元件18、石英棒17、棱 镜17a、光阑19、聚集透镜组CO、反射镜20、梯度滤波器21。
在快门11、12和13打开的情况下，经曝光光源LA发出的光依次经过 DOE 14、光束调节透镜组15、变焦透镜组(Zoom lens)16、第二衍射光 学元件18、石英棒17、棱镜17a、石英棒17、光阑19、聚集透镜组CO、反 射镜20、梯度滤波器21后照射在掩膜板MA上，经过所述掩膜板MA下方 的透镜(图未示)后，投射在半导体衬底的光刻胶上；由于在扫描式曝 光机中，光阑19的尺寸小于掩膜MA的尺寸，需要在某一方向(称为Y 方向)移动掩膜板，使得透过梯度滤波器21的光束扫过整个掩膜板，同 时，半导体衬底需要以一定的速率(该速率为MA下方的透镜放大率乘以 掩膜板的移动速率)沿与掩膜板移动的方向的反方向移动，才能将整个 掩膜板MA的图案转移到半导体衬底的光刻胶上。其中，所述梯度滤波器 用于调整光路中的光强分布，补偿光路中的光学元件像差的影响，以使 照射在掩膜板MA上的光具有较为均匀的强度。
目前，检测梯度滤波器21的方法为：通过光强探测器探测经过该梯 度滤波器21后不同位置的光的强度，并判断不同位置的光的强度的一致 性，以此来判断该梯度滤波器21是否还满足工艺要求。利用该检测方法 检测梯度滤波器的光强分布时，需要曝光设备停止工作，并需要探测器 介入，较为复杂，且浪费时间；特别是在量产的制造工厂，需要周期性 的检测该滤波器，占用了大量曝光机正常跑货的时间，提高了制造成本。
专利号为US 6583588 B2的美国专利公开了一种曝光设备。图1为所 述的曝光设备的照明系统(Illumination System)的示意图。
如图1所示，照明系统包括曝光光源LA、快门(shutter)11、12和13、 衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)14、光束调节透镜组 15、变焦透镜组(Zoom lens)16、第二衍射光学元件18、石英棒17、棱 镜17a、光阑19、聚集透镜组CO、反射镜20、梯度滤波器21。
在快门11、12和13打开的情况下，经曝光光源LA发出的光依次经过 DOE 14、光束调节透镜组15、变焦透镜组(Zoom lens)16、第二衍射光 学元件18、石英棒17、棱镜17a、石英棒17、光阑19、聚集透镜组CO、反 射镜20、梯度滤波器21后照射在掩膜板MA上，经过所述掩膜板MA下方 的透镜(图未示)后，投射在半导体衬底的光刻胶上；由于在扫描式曝 光机中，光阑19的尺寸小于掩膜MA的尺寸，需要在某一方向(称为Y 方向)移动掩膜板，使得透过梯度滤波器21的光束扫过整个掩膜板，同 时，半导体衬底需要以一定的速率(该速率为MA下方的透镜放大率乘以 掩膜板的移动速率)沿与掩膜板移动的方向的反方向移动，才能将整个 掩膜板MA的图案转移到半导体衬底的光刻胶上。其中，所述梯度滤波器 用于调整光路中的光强分布，补偿光路中的光学元件像差的影响，以使 照射在掩膜板MA上的光具有较为均匀的强度。
目前，检测梯度滤波器21的方法为：通过光强探测器探测经过该梯 度滤波器21后不同位置的光的强度，并判断不同位置的光的强度的一致 性，以此来判断该梯度滤波器21是否还满足工艺要求。利用该检测方法 检测梯度滤波器的光强分布时，需要曝光设备停止工作，并需要探测器 介入，较为复杂，且浪费时间；特别是在量产的制造工厂，需要周期性 的检测该滤波器，占用了大量曝光机正常跑货的时间，提高了制造成本。
发明内容
本发明提供一种检测梯度滤波器的光强分布的方法及提高光刻工艺 线宽一致性的方法，本发明较为简单。
本发明提供的一种检测梯度滤波器的光强分布的方法，包括：
提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的图形；
提供具有光敏材料层的半导体衬底，通过曝光设备将所述掩膜板上 的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案；
测量所述半导体衬底的不同位置的光敏材料层图案的线宽，获得光 敏材料层图案的线宽分布；
将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度滤波器光 强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强分布。
可选的，形成光敏材料层图案的步骤如下：
将所述掩膜板和半导体衬底置于曝光设备中；
打开曝光光源，透过掩膜板对光敏材料层进行选择性曝光，将掩膜 板上的图形转移到所述光敏材料层中；
完成曝光后，对所述半导体衬底执行曝光后烘烤工艺；
烘烤后，用显影液对光敏材料层中曝光的区域进行显影和冲洗；
完成显影和冲洗后，对所述半导体衬底执行硬烤工艺。
可选的，所述曝光为扫描式曝光或步进式曝光。
可选的，当所述曝光设备为步进式曝光设备时，所述线宽分布为面 分布；当所述曝光设备为扫描式曝光设备时，所述线宽分布为沿与扫描 方向垂直的方向的线分布。
可选的，所述光敏材料层为光刻胶。
可选的，形成所述光敏材料层的方法为旋涂法。
可选的，所述掩膜板是二元掩膜板或相移式掩膜板。
可选的，通过扫描电子显微镜测量光敏材料层图案的线宽。
本发明还提供一种提高光刻工艺线宽一致性的方法，包括：
提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的图形；
提供具有光敏材料层的第一半导体衬底，通过曝光设备将所述掩膜 板上的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案；
测量所述第一半导体衬底的不同位置的光敏材料层图案的线宽，获 得光敏材料层图案的线宽分布；
将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度滤波器光 强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强分布；
根据所述光敏材料层的线宽分布与其目标线宽分布的差异，获得形 成该光敏材料层图案的曝光设备的梯度滤波器的光强分布与目标光强 分布的差异；
在所述曝光设备中加入光强分布调节元件，减小或消除所述梯度滤 波器光强分布与目标光强分布的差异；
用具有光强分布调节元件的曝光设备对第二半导体衬底的光敏材 料层进行曝光，在所述第二半导体衬底上形成光敏材料层图案。
可选的，所述光强分布调节元件为梯度滤波器或自适应光学元件。
可选的，所述光敏材料层为光刻胶。
可选的，形成所述光敏材料层的方法为旋涂法。
可选的，所述掩膜板是二元掩膜板或相移式掩膜板。
可选的，通过扫描电子显微镜测量光敏材料层图案的线宽。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本实施例的方法通过测量光刻胶图案的线宽分布，进而获得梯度滤 波器的光强分布，检测工艺较为简单，且在检测过程中不需要曝光设备 停止工作，可节省时间，提高曝光设备的工作时间，降低成本；
此外，在对梯度滤波器的周期性检测时，若光强分布满足工艺要求， 则曝光设备可继续正常工作，不会浪费时间；
该检测也可以通过在线检测实现，即对该曝光设备正常的跑货产品 的线宽进行抽检，并根据该抽检的结果计算梯度滤波器的光强分布，获 知该梯度滤波器的老化状况；
通过测量第一半导体衬底的光刻胶图案的线宽分布，获得曝光设备 的梯度滤波器的光强分布，并获得梯度滤波器的光强分布与目标光强分 布的差异，在曝光设备中加入光强分布调节元件，弥补现有梯度滤波器 导致的光刻胶图案的线宽与目标线宽的差异，可提高第二半导体衬底的 光刻胶层不同位置的图案的线宽的一致性。
本发明提供的一种检测梯度滤波器的光强分布的方法，包括：
提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的图形；
提供具有光敏材料层的半导体衬底，通过曝光设备将所述掩膜板上 的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案；
测量所述半导体衬底的不同位置的光敏材料层图案的线宽，获得光 敏材料层图案的线宽分布；
将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度滤波器光 强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强分布。
可选的，形成光敏材料层图案的步骤如下：
将所述掩膜板和半导体衬底置于曝光设备中；
打开曝光光源，透过掩膜板对光敏材料层进行选择性曝光，将掩膜 板上的图形转移到所述光敏材料层中；
完成曝光后，对所述半导体衬底执行曝光后烘烤工艺；
烘烤后，用显影液对光敏材料层中曝光的区域进行显影和冲洗；
完成显影和冲洗后，对所述半导体衬底执行硬烤工艺。
可选的，所述曝光为扫描式曝光或步进式曝光。
可选的，当所述曝光设备为步进式曝光设备时，所述线宽分布为面 分布；当所述曝光设备为扫描式曝光设备时，所述线宽分布为沿与扫描 方向垂直的方向的线分布。
可选的，所述光敏材料层为光刻胶。
可选的，形成所述光敏材料层的方法为旋涂法。
可选的，所述掩膜板是二元掩膜板或相移式掩膜板。
可选的，通过扫描电子显微镜测量光敏材料层图案的线宽。
本发明还提供一种提高光刻工艺线宽一致性的方法，包括：
提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的图形；
提供具有光敏材料层的第一半导体衬底，通过曝光设备将所述掩膜 板上的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案；
测量所述第一半导体衬底的不同位置的光敏材料层图案的线宽，获 得光敏材料层图案的线宽分布；
将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度滤波器光 强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强分布；
根据所述光敏材料层的线宽分布与其目标线宽分布的差异，获得形 成该光敏材料层图案的曝光设备的梯度滤波器的光强分布与目标光强 分布的差异；
在所述曝光设备中加入光强分布调节元件，减小或消除所述梯度滤 波器光强分布与目标光强分布的差异；
用具有光强分布调节元件的曝光设备对第二半导体衬底的光敏材 料层进行曝光，在所述第二半导体衬底上形成光敏材料层图案。
可选的，所述光强分布调节元件为梯度滤波器或自适应光学元件。
可选的，所述光敏材料层为光刻胶。
可选的，形成所述光敏材料层的方法为旋涂法。
可选的，所述掩膜板是二元掩膜板或相移式掩膜板。
可选的，通过扫描电子显微镜测量光敏材料层图案的线宽。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本实施例的方法通过测量光刻胶图案的线宽分布，进而获得梯度滤 波器的光强分布，检测工艺较为简单，且在检测过程中不需要曝光设备 停止工作，可节省时间，提高曝光设备的工作时间，降低成本；
此外，在对梯度滤波器的周期性检测时，若光强分布满足工艺要求， 则曝光设备可继续正常工作，不会浪费时间；
该检测也可以通过在线检测实现，即对该曝光设备正常的跑货产品 的线宽进行抽检，并根据该抽检的结果计算梯度滤波器的光强分布，获 知该梯度滤波器的老化状况；
通过测量第一半导体衬底的光刻胶图案的线宽分布，获得曝光设备 的梯度滤波器的光强分布，并获得梯度滤波器的光强分布与目标光强分 布的差异，在曝光设备中加入光强分布调节元件，弥补现有梯度滤波器 导致的光刻胶图案的线宽与目标线宽的差异，可提高第二半导体衬底的 光刻胶层不同位置的图案的线宽的一致性。
附图说明
图1为现有的一种曝光设备的照明系统的示意图；
图2为本发明的检测曝光设备的梯度滤波器光强分布的方法的实施 例的流程图。
图3为具有相同线宽的图形的掩膜板的俯视图；
图4为具有光刻胶图案的半导体衬底的俯视图；
图5为图4所示的光刻胶图案的一个Shot的放大的示意图；
图6为本发明的提高光刻工艺线宽一致性的方法的实施例的流程 图。
图2为本发明的检测曝光设备的梯度滤波器光强分布的方法的实施 例的流程图。
图3为具有相同线宽的图形的掩膜板的俯视图；
图4为具有光刻胶图案的半导体衬底的俯视图；
图5为图4所示的光刻胶图案的一个Shot的放大的示意图；
图6为本发明的提高光刻工艺线宽一致性的方法的实施例的流程 图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在光刻工艺中，需要将掩膜板上的图形精确的复制到半导体衬底的 光敏材料上；对于同一掩膜板而言，需要掩膜板不同位置的具有相同线 宽的图形在转移到半导体衬底的光敏材料上后，仍然具有相同的线宽， 也即需要光源发出的光经过曝光设备的光学系统后会均匀的分配到掩 膜板的各个区域。
由于光学系统的像差的影响，使得曝光后掩膜板的不同位置的相同 线宽的图形在转移到光敏材料上后，形成的图案线宽并不一致。特别是 由于光学系统中的光学透镜靠近边缘的区域像差较大，掩膜板的边缘区 域的图形与中间区域的图形在转移到光敏材料上后线宽差异较为明显， 即使采用了扫描式曝光系统，在垂直于扫描方向上掩膜板边缘与中心的 图形相应的图案的线宽也还有较大的差异。
为改善由于光学系统中的光学系统的像差对曝光工艺的影响，提高 半导体衬底上的图案的线宽的一致性，在光学系统的照明系统和掩膜板 之间加入梯度滤波器，改善照射到掩膜板上的光强的分布，补偿像差的 影响。梯度滤波器在不同位置具有不同的光强穿透率，也即一束光在经 过梯度滤波器之前具有第一光强分布，经过梯度滤波器之后光强分布会 发生变化，从而具有第二光强分布，通过设计梯度滤波器在不同的位置 不同的穿透率，可获得需要的光强分布，在半导体制造工艺的曝光光学 系统中，梯度滤波器主要用于改善由于光学系统像差引起的线宽的一致 性问题。
本发明提供一种检测曝光设备的梯度滤波器光强分布的方法，图2 为本发明的检测曝光设备的梯度滤波器光强分布的方法的实施例的流 程图。
如图2所示，步骤S100，提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的 图形。
如图3所示的正视图，提供掩膜板10，该掩膜板10可以是二元掩 膜板或相移式掩膜板，该掩膜板10上具有多个芯片(Chip)的图形12， 多个图形12相应位置的线宽相同，该图形可以是用于形成线(Line) 的图形，或者用于形成沟槽(Trench)的图形，也可以是用于形成孔(Hole) 的图形。
步骤S110，提供具有光敏材料层的半导体衬底，通过曝光设备将 所述掩膜板上的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案。
所述半导体衬底为可以裸片(Bare Wafer)，具有平坦的表面，以减 小由于表面的平坦度对后续形成的图案的线宽的影响。
所述半导体衬底上也可以具有其它半导体器件或结构，在该半导体 衬底上形成光敏材料层之前，可以先形成一抗反射层进行平坦化。
所述光敏材料层可以是光刻胶，所述光刻胶可以是正型光刻胶或负 型光刻胶；本实施例中，所述光刻胶为正型。
在半导体衬底上形成光刻胶的步骤如下：
首先，对半导体衬底进行清洗和脱水，然后在一定的温度下向所述 半导体衬底表面涂覆粘附剂六甲基二硅氨烷(Hexa methy ldisilazane， HMDS)，所述HMDS用于改变所述半导体衬底表面的亲水或疏水状态， 以增加后续旋涂的光刻胶和所述半导体衬底表面的粘附性；
接着，将所述半导体衬底冷却至室温，所述的冷却工艺可以在旋涂 设备的冷板上进行；
然后，将该半导体衬底置于支撑台(Wafer Chuck)上，该支撑台表面 具有真空吸盘，通过真空吸盘吸附所述半导体衬底；
将表面活性剂(Resist Reduction Consumption，RRC)的喷嘴(Nozzle) 移动至所述半导体衬底的中央上方位置，向所述半导体衬底表面喷出 RRC；
旋转所述支撑台，带动所述半导体衬底以较慢的速率旋转，以使所 述剂RRC能够沿半导体衬底表面向外流动；停止喷出RRC。将光刻胶喷 嘴移至所示半导体衬底的中央上方位置，喷出光刻胶，继续旋转所述半 导体衬底，使光刻胶在离心力的作用下沿着所述表面活性剂RRC的表面 铺开，并布满整个半导体衬底的表面。通过调整所述半导体衬底的旋转 速率，在所述半导体衬底表面形成一定厚度且厚度均匀性较好的光刻胶 层；其中，RRC可减少光刻胶在半导体衬底表面流动的阻力，有助于减 小光刻胶的用量。
完成旋涂光刻胶层后，对所述具有光刻胶层的半导体衬底执行软考 (Soft Bake)工艺，通过软考去除所述光刻胶层中的溶剂，并增加所述 光刻胶层在所述半导体衬底表面的粘附性。
在半导体衬底上形成光刻胶层后，将该半导体衬底置于曝光设备中 的衬底支撑台上，同时将掩膜板10置于该曝光设备的掩膜板支撑架 (Reticle Stage)上；
通过掩膜板10上的对准标记(未标示)和半导体衬底上的对准标 记使所述掩膜板10和半导体衬底对准；打开曝光光源，所述曝光光源 透过光学系统和掩膜板10后对所述半导体衬底上光刻胶层进行曝光， 将掩膜板10中的图形转移到所述光刻胶层中。
所述曝光设备可以是扫描式曝光设备或步进式曝光设备。
步进式曝光设备中，通过一次曝光将掩膜板上的图形完全转移到半 导体衬底的光刻胶层上，并通过按一定的步长移动所述半导体衬底，对 半导体衬底的不同位置的光刻胶层进行曝光。
扫描式曝光设备中，光学系统中的光阑的尺寸小于掩膜板的尺寸， 需要在某一方向(称为Y方向)移动掩膜板，使通过光阑以及光阑后的梯 度滤波器的光束扫过整个掩膜板，并投影到半导体衬底的光刻胶上，同 时，半导体衬底需要以一定的速率沿与掩膜板移动方向的反方向移动， 才能将整个掩膜板的图形转移到半导体衬底的光刻胶上。
以扫描式曝光为例，完成一次扫描后，在半导体衬底的光刻胶上形 成与整个掩膜板图形对应的图案(称为一个Shot或Field)；接着对半导 体衬底的其它位置的光刻胶层进行扫描式曝光，直到整个半导体衬底的 不同位置的光刻胶层全部完成曝光，形成多个Shot。如图4所示的示意图， 在半导体衬底20的光刻胶层中，具有多个Shot 22，每一个Shot 22的图案 对应于整个掩膜板的图形，每一个Shot中都有多个芯片的图案12a，如图5 所示的对其中的一个Shot 24放大的示意图。
在半导体衬底的光刻胶层中形成图案后，对所述半导体衬底执行曝 光后烘烤(Post Exposure Bake，PEB)工艺。通过PEB，一方面消除曝 光时的驻波效应(主要对于I-Line光刻胶)；另一方面引起，加速光酸 的催化反应(主要对于化学放大光刻胶)，使得被曝光的光刻胶生成可 溶于显影液的物质；
完成PEB后，用显影液对所述光刻胶层进行显影，对于正型光刻 胶，去除被曝光的区域的光刻胶，然后用去离子水进行冲洗。
显影和冲洗后，对所述半导体衬底执行硬烤(Hard Bake)工艺， 提高光刻胶图案对半导体衬底的粘附性。
步骤S120，测量所述半导体衬底的不同位置的刻胶层图案的线宽， 获得光刻胶图案的线宽分布。
对于步进式曝光设备，单次曝光可将整个掩膜板上的图形转移到光 刻胶层中，形成一个Shot；该曝光设备中的梯度滤波器不同位置的光强 穿透率会影响一个Shot中不同位置的光刻胶图案的线宽，因而一个shot 中的线宽分布可反应梯度滤波器的不同位置的光强穿透率分布(称为光 强分布)情况，为获得步进式曝光设备中的梯度滤波器的光强分布，需 要测量一个Shot中不同位置的光刻胶图案的线宽，从而获得整个Shot 中的线宽的面分布。
对于扫描式曝光设备中的梯度滤波器，在扫描方向的宽度较小，而 在垂直扫描方向(称为X方向)的宽度较大，与掩膜板的尺寸相当；而 且，该梯度滤波器的光强穿透率在扫描方向(Y方向)变化较小或者没 有变化，而在X方向由中心向边缘光强穿透率逐渐变化(或增大，或减 小)，因而，一个Shot中沿X方向的线宽分布可反应该梯度滤波器的不 同位置光强穿透率的分布情况，需测量一个Shot中沿X方向不同位置 的线宽，获得沿X方向的线宽的线分布。
在其中的一个实施例中，通过扫描电子显微镜测量光刻胶层图案的 线宽。
步骤S130，将所述光刻胶层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度 滤波器与线宽分布的函数关系，获得梯度滤波器的光强分布。
由于曝光设备中的梯度滤波器用于改善光学系统的光强分布，使得 投射到掩膜板上的光强具有需要的分布状态，从而改善穿透掩膜板后投 射到光刻胶层中的光强分布，形成线宽一致性较好的光刻胶图案，因而， 梯度滤波器的光强分布状态与通过该梯度滤波器后形成的光刻胶图案 的线宽的分布之间具有函数关系；获得光刻胶图案的线宽分布后，输入 所述的函数关系，可得到梯度滤波器的光强分布状态。梯度滤波器的光 强分布与线宽分布的函数关系可以由制造该梯度滤波器的制造商提供， 或者通过多次测量获得。
在曝光设备工作时，曝光光源的能量较大，很容易使梯度滤波器老 化，从而导致该梯度滤波器的光强穿透率发生变化，导致透过该梯度滤 波器的光强分布与目标光强分布发生变化，因而需要周期性检测该梯度 滤波器的光强分布，而现有的方法通过光强探测器检测，并需要曝光设 备停止工作，检测工艺较为复杂，且浪费时间，降低了曝光设备的工作 时间(Up Time)，增大了曝光设备的折旧成本；
本实施例的方法通过测量光刻胶图案的线宽分布，进而获得梯度滤 波器的光强分布，检测工艺较为简单，且在检测过程中不需要曝光设备 停止工作，可节省时间，提高曝光设备的工作时间，降低成本；
此外，在对梯度滤波器的周期性检测时，若光强分布满足工艺要求， 则曝光设备可继续正常工作，不会浪费时间；
该检测也可以通过在线(In-line)检测实现，即对该曝光设备正常 的跑货产品的线宽进行抽检，并根据该抽检的结果计算梯度滤波器的光 强分布，获知该梯度滤波器的老化状况。
本发明还提供一种提高光刻工艺线宽一致性的方法，图6为本发明 的提高光刻工艺线宽一致性的方法的实施例的流程图。
如图6所示，步骤S200，提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的 图形。所述掩膜板是二元掩膜板或相移式掩膜板。
步骤S210，提供具有光敏材料层的第一半导体衬底，通过曝光设 备将所述掩膜板上的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图 案。所述光敏材料层可以是光刻胶，其形成的方法可以是旋涂法。
步骤S220，测量所述第一半导体衬底的不同位置的光敏材料层图 案的线宽，获得光敏材料层图案的线宽分布。
通过扫描电子显微镜测量光敏材料层图案的线宽。
步骤S230，将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯 度滤波器的光强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强 分布。
步骤S240，根据所述光敏材料层的线宽分布与其目标线宽分布的 差异，获得形成该光敏材料层图案的曝光设备的梯度滤波器的光强分布 与目标光强分布的差异。
步骤S250，在所述曝光设备中加入光强分布调节元件，减小或消 除所述梯度滤波器光强分布与目标光强分布的差异；
所述光强分布调节元件为梯度滤波器或自适应光学元件。
步骤S260，用具有光强分布调节元件的曝光设备对第二半导体衬 底的光敏材料层进行曝光，在所述第二半导体衬底上形成光敏材料层图 案。
通过测量第一半导体衬底的光刻胶图案的线宽分布，获得曝光设备 的梯度滤波器的光强分布，并获得梯度滤波器的光强分布与目标光强分 布的差异，在曝光设备中加入光强分布调节元件，弥补现有梯度滤波器 导致的光刻胶图案的线宽与目标线宽的差异，提高第二半导体衬底的光 刻胶层不同位置的图案的线宽的一致性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明， 任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能 的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的 范围为准。
在光刻工艺中，需要将掩膜板上的图形精确的复制到半导体衬底的 光敏材料上；对于同一掩膜板而言，需要掩膜板不同位置的具有相同线 宽的图形在转移到半导体衬底的光敏材料上后，仍然具有相同的线宽， 也即需要光源发出的光经过曝光设备的光学系统后会均匀的分配到掩 膜板的各个区域。
由于光学系统的像差的影响，使得曝光后掩膜板的不同位置的相同 线宽的图形在转移到光敏材料上后，形成的图案线宽并不一致。特别是 由于光学系统中的光学透镜靠近边缘的区域像差较大，掩膜板的边缘区 域的图形与中间区域的图形在转移到光敏材料上后线宽差异较为明显， 即使采用了扫描式曝光系统，在垂直于扫描方向上掩膜板边缘与中心的 图形相应的图案的线宽也还有较大的差异。
为改善由于光学系统中的光学系统的像差对曝光工艺的影响，提高 半导体衬底上的图案的线宽的一致性，在光学系统的照明系统和掩膜板 之间加入梯度滤波器，改善照射到掩膜板上的光强的分布，补偿像差的 影响。梯度滤波器在不同位置具有不同的光强穿透率，也即一束光在经 过梯度滤波器之前具有第一光强分布，经过梯度滤波器之后光强分布会 发生变化，从而具有第二光强分布，通过设计梯度滤波器在不同的位置 不同的穿透率，可获得需要的光强分布，在半导体制造工艺的曝光光学 系统中，梯度滤波器主要用于改善由于光学系统像差引起的线宽的一致 性问题。
本发明提供一种检测曝光设备的梯度滤波器光强分布的方法，图2 为本发明的检测曝光设备的梯度滤波器光强分布的方法的实施例的流 程图。
如图2所示，步骤S100，提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的 图形。
如图3所示的正视图，提供掩膜板10，该掩膜板10可以是二元掩 膜板或相移式掩膜板，该掩膜板10上具有多个芯片(Chip)的图形12， 多个图形12相应位置的线宽相同，该图形可以是用于形成线(Line) 的图形，或者用于形成沟槽(Trench)的图形，也可以是用于形成孔(Hole) 的图形。
步骤S110，提供具有光敏材料层的半导体衬底，通过曝光设备将 所述掩膜板上的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图案。
所述半导体衬底为可以裸片(Bare Wafer)，具有平坦的表面，以减 小由于表面的平坦度对后续形成的图案的线宽的影响。
所述半导体衬底上也可以具有其它半导体器件或结构，在该半导体 衬底上形成光敏材料层之前，可以先形成一抗反射层进行平坦化。
所述光敏材料层可以是光刻胶，所述光刻胶可以是正型光刻胶或负 型光刻胶；本实施例中，所述光刻胶为正型。
在半导体衬底上形成光刻胶的步骤如下：
首先，对半导体衬底进行清洗和脱水，然后在一定的温度下向所述 半导体衬底表面涂覆粘附剂六甲基二硅氨烷(Hexa methy ldisilazane， HMDS)，所述HMDS用于改变所述半导体衬底表面的亲水或疏水状态， 以增加后续旋涂的光刻胶和所述半导体衬底表面的粘附性；
接着，将所述半导体衬底冷却至室温，所述的冷却工艺可以在旋涂 设备的冷板上进行；
然后，将该半导体衬底置于支撑台(Wafer Chuck)上，该支撑台表面 具有真空吸盘，通过真空吸盘吸附所述半导体衬底；
将表面活性剂(Resist Reduction Consumption，RRC)的喷嘴(Nozzle) 移动至所述半导体衬底的中央上方位置，向所述半导体衬底表面喷出 RRC；
旋转所述支撑台，带动所述半导体衬底以较慢的速率旋转，以使所 述剂RRC能够沿半导体衬底表面向外流动；停止喷出RRC。将光刻胶喷 嘴移至所示半导体衬底的中央上方位置，喷出光刻胶，继续旋转所述半 导体衬底，使光刻胶在离心力的作用下沿着所述表面活性剂RRC的表面 铺开，并布满整个半导体衬底的表面。通过调整所述半导体衬底的旋转 速率，在所述半导体衬底表面形成一定厚度且厚度均匀性较好的光刻胶 层；其中，RRC可减少光刻胶在半导体衬底表面流动的阻力，有助于减 小光刻胶的用量。
完成旋涂光刻胶层后，对所述具有光刻胶层的半导体衬底执行软考 (Soft Bake)工艺，通过软考去除所述光刻胶层中的溶剂，并增加所述 光刻胶层在所述半导体衬底表面的粘附性。
在半导体衬底上形成光刻胶层后，将该半导体衬底置于曝光设备中 的衬底支撑台上，同时将掩膜板10置于该曝光设备的掩膜板支撑架 (Reticle Stage)上；
通过掩膜板10上的对准标记(未标示)和半导体衬底上的对准标 记使所述掩膜板10和半导体衬底对准；打开曝光光源，所述曝光光源 透过光学系统和掩膜板10后对所述半导体衬底上光刻胶层进行曝光， 将掩膜板10中的图形转移到所述光刻胶层中。
所述曝光设备可以是扫描式曝光设备或步进式曝光设备。
步进式曝光设备中，通过一次曝光将掩膜板上的图形完全转移到半 导体衬底的光刻胶层上，并通过按一定的步长移动所述半导体衬底，对 半导体衬底的不同位置的光刻胶层进行曝光。
扫描式曝光设备中，光学系统中的光阑的尺寸小于掩膜板的尺寸， 需要在某一方向(称为Y方向)移动掩膜板，使通过光阑以及光阑后的梯 度滤波器的光束扫过整个掩膜板，并投影到半导体衬底的光刻胶上，同 时，半导体衬底需要以一定的速率沿与掩膜板移动方向的反方向移动， 才能将整个掩膜板的图形转移到半导体衬底的光刻胶上。
以扫描式曝光为例，完成一次扫描后，在半导体衬底的光刻胶上形 成与整个掩膜板图形对应的图案(称为一个Shot或Field)；接着对半导 体衬底的其它位置的光刻胶层进行扫描式曝光，直到整个半导体衬底的 不同位置的光刻胶层全部完成曝光，形成多个Shot。如图4所示的示意图， 在半导体衬底20的光刻胶层中，具有多个Shot 22，每一个Shot 22的图案 对应于整个掩膜板的图形，每一个Shot中都有多个芯片的图案12a，如图5 所示的对其中的一个Shot 24放大的示意图。
在半导体衬底的光刻胶层中形成图案后，对所述半导体衬底执行曝 光后烘烤(Post Exposure Bake，PEB)工艺。通过PEB，一方面消除曝 光时的驻波效应(主要对于I-Line光刻胶)；另一方面引起，加速光酸 的催化反应(主要对于化学放大光刻胶)，使得被曝光的光刻胶生成可 溶于显影液的物质；
完成PEB后，用显影液对所述光刻胶层进行显影，对于正型光刻 胶，去除被曝光的区域的光刻胶，然后用去离子水进行冲洗。
显影和冲洗后，对所述半导体衬底执行硬烤(Hard Bake)工艺， 提高光刻胶图案对半导体衬底的粘附性。
步骤S120，测量所述半导体衬底的不同位置的刻胶层图案的线宽， 获得光刻胶图案的线宽分布。
对于步进式曝光设备，单次曝光可将整个掩膜板上的图形转移到光 刻胶层中，形成一个Shot；该曝光设备中的梯度滤波器不同位置的光强 穿透率会影响一个Shot中不同位置的光刻胶图案的线宽，因而一个shot 中的线宽分布可反应梯度滤波器的不同位置的光强穿透率分布(称为光 强分布)情况，为获得步进式曝光设备中的梯度滤波器的光强分布，需 要测量一个Shot中不同位置的光刻胶图案的线宽，从而获得整个Shot 中的线宽的面分布。
对于扫描式曝光设备中的梯度滤波器，在扫描方向的宽度较小，而 在垂直扫描方向(称为X方向)的宽度较大，与掩膜板的尺寸相当；而 且，该梯度滤波器的光强穿透率在扫描方向(Y方向)变化较小或者没 有变化，而在X方向由中心向边缘光强穿透率逐渐变化(或增大，或减 小)，因而，一个Shot中沿X方向的线宽分布可反应该梯度滤波器的不 同位置光强穿透率的分布情况，需测量一个Shot中沿X方向不同位置 的线宽，获得沿X方向的线宽的线分布。
在其中的一个实施例中，通过扫描电子显微镜测量光刻胶层图案的 线宽。
步骤S130，将所述光刻胶层图案的线宽分布输入曝光设备的梯度 滤波器与线宽分布的函数关系，获得梯度滤波器的光强分布。
由于曝光设备中的梯度滤波器用于改善光学系统的光强分布，使得 投射到掩膜板上的光强具有需要的分布状态，从而改善穿透掩膜板后投 射到光刻胶层中的光强分布，形成线宽一致性较好的光刻胶图案，因而， 梯度滤波器的光强分布状态与通过该梯度滤波器后形成的光刻胶图案 的线宽的分布之间具有函数关系；获得光刻胶图案的线宽分布后，输入 所述的函数关系，可得到梯度滤波器的光强分布状态。梯度滤波器的光 强分布与线宽分布的函数关系可以由制造该梯度滤波器的制造商提供， 或者通过多次测量获得。
在曝光设备工作时，曝光光源的能量较大，很容易使梯度滤波器老 化，从而导致该梯度滤波器的光强穿透率发生变化，导致透过该梯度滤 波器的光强分布与目标光强分布发生变化，因而需要周期性检测该梯度 滤波器的光强分布，而现有的方法通过光强探测器检测，并需要曝光设 备停止工作，检测工艺较为复杂，且浪费时间，降低了曝光设备的工作 时间(Up Time)，增大了曝光设备的折旧成本；
本实施例的方法通过测量光刻胶图案的线宽分布，进而获得梯度滤 波器的光强分布，检测工艺较为简单，且在检测过程中不需要曝光设备 停止工作，可节省时间，提高曝光设备的工作时间，降低成本；
此外，在对梯度滤波器的周期性检测时，若光强分布满足工艺要求， 则曝光设备可继续正常工作，不会浪费时间；
该检测也可以通过在线(In-line)检测实现，即对该曝光设备正常 的跑货产品的线宽进行抽检，并根据该抽检的结果计算梯度滤波器的光 强分布，获知该梯度滤波器的老化状况。
本发明还提供一种提高光刻工艺线宽一致性的方法，图6为本发明 的提高光刻工艺线宽一致性的方法的实施例的流程图。
如图6所示，步骤S200，提供掩膜板，该掩膜板具有线宽相同的 图形。所述掩膜板是二元掩膜板或相移式掩膜板。
步骤S210，提供具有光敏材料层的第一半导体衬底，通过曝光设 备将所述掩膜板上的图形转移到所述光敏材料层上，形成光敏材料层图 案。所述光敏材料层可以是光刻胶，其形成的方法可以是旋涂法。
步骤S220，测量所述第一半导体衬底的不同位置的光敏材料层图 案的线宽，获得光敏材料层图案的线宽分布。
通过扫描电子显微镜测量光敏材料层图案的线宽。
步骤S230，将所述光敏材料层图案的线宽分布输入曝光设备的梯 度滤波器的光强分布与线宽分布的函数关系中，获得梯度滤波器的光强 分布。
步骤S240，根据所述光敏材料层的线宽分布与其目标线宽分布的 差异，获得形成该光敏材料层图案的曝光设备的梯度滤波器的光强分布 与目标光强分布的差异。
步骤S250，在所述曝光设备中加入光强分布调节元件，减小或消 除所述梯度滤波器光强分布与目标光强分布的差异；
所述光强分布调节元件为梯度滤波器或自适应光学元件。
步骤S260，用具有光强分布调节元件的曝光设备对第二半导体衬 底的光敏材料层进行曝光，在所述第二半导体衬底上形成光敏材料层图 案。
通过测量第一半导体衬底的光刻胶图案的线宽分布，获得曝光设备 的梯度滤波器的光强分布，并获得梯度滤波器的光强分布与目标光强分 布的差异，在曝光设备中加入光强分布调节元件，弥补现有梯度滤波器 导致的光刻胶图案的线宽与目标线宽的差异，提高第二半导体衬底的光 刻胶层不同位置的图案的线宽的一致性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明， 任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能 的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的 范围为准。