专利名称：校准标准片的制备方法及用该标准片进行校准的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制备中测量设备的校准标准片的制备方法。
背景技术：
随着半导体技术的日益发展，最小关键尺寸不断缩小，如何精确控制生产中的实际关键尺寸变得至关重要。而保证测量设备的精确性和稳定度是生产中保证控制能力的关键和唯一可行的监控手段。因此不断提高测量设备日常监控的精确度对于每个半导体生产厂商都是至关重要的，直接决定了工厂的生产能力。对于现有的校准方法，通常使用高精度的标准样片作为标尺，然后通过每天测量标准样片和设定数据进行比对，如果发生偏差则进行设备校准。因此设备的校准精度直接依赖于标准样片的精度。而实际上标准样片也只是一种制造精度较高的硅片，为了得到高精度的样片，需要使用原子级别的制造工艺，因此，无法在普通半导体工厂实现，且制备成本非常高昂。同时标准片设计时是固定的尺寸，比如lOOnm，或一系列尺寸相差较大的图形， 比如lOOnm，105nm, llOnm。为了保证样片的精确度，其差值不能很小，因此校准的实际精度受到制约。同时，现有的SEM测量会对样片产生细微损伤，随着时间推移，高精度标准样片的精度也会逐渐降低。因此如果半导体厂商拥有很多测量设备且日常校准频度高的话，高精度标准片的购买成本非常高昂。MEEF(Mask Error Enhanced factor光罩误差放大系数)为表征工艺和设备的
SCD f
基本参数，其定义为MEEF= ^afer，其中δ CDmask为光罩(也可称光刻掩膜版)误差，
mask
δ CDwafer为实际曝光后硅片的误差，比如光罩上两测试图形CD值分别为IOOnm和lOlnm，当 MEEF值为2时，则实际硅片上测试图形⑶值的结果为IOOnm和102nm。MEEF值为表征光刻工艺的基本参数，其数值与具体工艺条件相关，对于相同的工艺条件，其值是固定的。因此对于不同MEEF的工艺，使用相同光罩时，光罩上误差恒定的两点在硅片上误差就会不同。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种校准标准片的制备方法，其能制备出低成本、高精度的校准标准片。为解决上述技术问题，本发明的校准标准片的制备方法，包括如下步骤1)制备一块光刻掩膜版，所述光刻掩膜版的2个以上不同位置放置有相同的测试图形；2)采用至少两个使MEEF值不同的曝光条件，用所述光刻掩膜版在同一硅片的不同位置进行曝光，而后显影刻蚀，即为校准标准片。本发明的校准标准片的制备方法，利用对于不同的照明条件MEEF值不同的特点，对于固定的两组不同的光罩CD，使用不同照明条件曝光可以得到一系列连续可变的硅片 CD，其变化间隔远远小于光罩制作所能控制的间隔差异，同时利用光罩的制造中必然出现的各区域光罩⑶的差异，因此可以在硅片上产生一系列恒定微小差值的测量图形。通过对这一系列测量图形进行测量作为校准标准，可以大大提高设备的测量精度。同时测量图形的差异不是由事先设定的设计尺寸差异产生，而是通过不同照明条件产生，在普通半导体厂即可实现生产，极大降低了标准样片的成本。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1为本发明的制备方法中一具体测试图形实例；图2为本发明的制备方法中所制备的光罩实例；图3为本发明的制备方法中所制备的校准标准片的实例；图4为本发明的校准测量方法示意图。
具体实施例方式MEEF值为实际硅片⑶(特征尺寸)差值与光罩⑶的差值的比值，对于给定的光刻工艺和曝光条件，MEEF值是稳定的，而且对于不同的曝光条件，MEEF值不同。同时光罩的制造中也必然会出现的各区域光罩CD的差异，即位于光罩(也称光刻掩膜版)不同区域的相同测试图形在光罩制备后所形成的特征尺寸必然存在细微的差异。因此本发明的制备方法，对于固定的两组不同的光罩CD值，使用不同照明条件进行曝光，可以得到一系列连续可变的硅片CD，其变化间隔远远小于光罩制作所能控制的间隔差异，因此可以在硅片上产生一系列恒定微小差值的测量图形。通过对这一系列测量图形进行测量作为校准标准，可以大大提高设备的测量精度。同时测量图形的差异不是有事先设定的设计尺寸差异产生， 而是通过使MEEF不同的曝光条件产生，在普通半导体厂即可实现生产，极大降低了标准样片的成本。不同的曝光条件的设置主要有以下几种1.改变数值孔径NA ;2.改变入射光阑和出射光阑的比率(即Sigma-非相干系数)；3.改变照明方式，比如从圆形照明改为环形照明，光源正入射改为斜入射，调整斜入射的角度等等。能改变的参数很多，但主要通过NA， 因不同的NA造成的MEEF变化最大，如果MEEF数值变化太小，产生的图形差异太小，会被制造误差掩盖。因此本发明的校准标准片主要是通过NA变化来制备。本发明的校准标准片的制备方法的一个实例如下先制备一块光罩，在光罩上如图2所表示的3个位置处位置1、位置2和位置3分别放置相同的测试图形。测试图形可为如图1所示的IOOnm线状密集图形，也可以是IOOnm 空间状密集图形。光罩制作完成后3个位置的测试图形⑶的实际值为101nm，100nm，99nm。 光罩厂商可以精确测定该3点的值，其差值为2nm以内。而后利用此光罩进行曝光，曝光时选用多个(至少两个)使MEEF值不同的曝光条件，在一具体实施例中分别为曝光条件A、曝光条件B和曝光条件C(主要为调整曝光机台的数值孔径NA)，在同一硅片的不同位置曝光而后显影刻蚀(见图幻。上述使MEEF值不同的曝光条件可通过调整以下参数实现透镜数值孔径、相干系数、光阑大小或照明方式(圆形照明，环形照明，离轴照明，双极照明，四极照明，偏振照明等等)。得到实际的硅片位置的
4CD值与MEEF值相关。对于给定的光刻工艺，曝光时用的曝光条件和刻蚀后得到的测试图形的CD值与MEEF值相关，可通过实验得到曝光条件和相对应的MEEF值的关系。如在本实施例中，设定2个以上的曝光条件，如NA = 0. 8，NA = 0. 75，NA = 0. 7。测量该给定图形在3 个条件下的MEEF值，分别为1. 5、2和2. 5。对于硅片上的A区域使用曝光条件A，即MEEF = 2. 5的曝光条件(即NA = 0. 7)，刻蚀后测量得Al为97. 5nm, A2为lOOnm，A3为102. 5nm， 其中Al为A区域中位置1的测试图形⑶值，A2为A区域中位置2的测试图形⑶值，A3为 A区域中位置3的测试图形⑶值。对于硅片上的B区域使用曝光条件B，即MEEF = 2的曝光条件，刻蚀后测量得Bl为98nm，B2为lOOnm，B3为102nm，其中Bl为B区域中位置1的测试图形⑶值，B2为B区域中位置2的测试图形⑶值，B3为B区域中位置3的测试图形 ⑶值。对于硅片上的C区域使用曝光条件C，即MEEF = 1. 5的曝光条件，刻蚀后测量得Cl 为98. 5nm, C2为lOOnm，C3为101. 5nm，其中Cl为C区域中位置1的测试图形CD值，C2为 C区域中位置2的测试图形⑶值，C3为C区域中位置3的测试图形⑶值。因此我们分别得到3组校准图形，其中Al、Bl和Cl分别为97. 5nm、98nm和98. 5nm, A2、B2和C2分别为 lOOnm, IOOnm 和 lOOnm，A3、B3 和 C3 分别为 102. 5nm、102nm 和 101. 5nm。
此外，在曝光时，采用使所制备的校准标准片中，至少有一个光刻掩膜版同一位置处的测试图形CD相同的条件。该条件可通过调节曝光能量来实现。在本实施例中，即为不同曝光条件下位置2处的测试图形CD均为lOOnm。因此，在具体实施中，可进行曝光能量的调节来得到至少一个相同位置处的测试图形⑶相同。利用本发明所制备的校准标准片进行校准的方法，为利用此3组图形进行校准， 我们分别得到 CD 值为 97. 5nm、98nm、98. 5nm、lOOnm、101. 5nm、102nm 和 102. 5nm 的 7 组测试图形，可以精确地、稳定地进行标定(见图4)。而实际硅片很难得到相差那么小的图形。使用本专利产生的校准片，可以使用传统的测试方法，即分别测量各测试图形的值与标准偏进行比较，此时因为有很多具有恒定误差的测试图形，其精度比传统测试样片高。另外还可以采用一种新的校准方法，此种方法用来进行校准的标准不是测量CD值与标准CD值的偏差，而是位于光罩同一位置处的CD值在不同MEEF工艺条件下的变化值与标准值的偏差。首先根据1. 5 2 2. 5的预先测定的MEEF值，得到差值根据MEEF换算到标准偏差值，此时可以得到不同位置的偏差值，比如其中Al、Bl和Cl分别为97. 5nm、98nm和 98. 5nm，相应的偏差值为0. 5nm, A2、B2和C2分别为lOOnm、IOOnm和lOOnm，相应的偏差值为0，而A3、B3和C3分别为102. 5nm、102nm和101. 5nm,相应的偏差值为-0. 5nm。测量时， 分别对3组图形进行测定，而后把测量所得的CD值进行作图，得到如图4所示图形，图中可得测量偏差值；最后将得到的偏差值同标准偏差值进行比对，但两者的差值在允许的差值范围(由校准需要的精度所决定)以内时，被校准设备可以认为已经处于被校准状态。采用本发明的校准方法进行校准，差值范围一般在IOnm以内，典型值可小于2nm。采用本发明的校准标准片进行校准，被校准设备和标准偏差值的差异可以控制在小于lnm。而普通制造出来用来标定的标准⑶的值如IOOnm都远远大于此值(因为Si原子约为500埃，现有工艺根本无法制造出1至2nm的标准值的线条)，因此利用此偏差值来标定都可以大大提高校准的精确度。同时本发明的校准标准片是基于差值很小的密集图形的，特别适合用来进行 OCD (Optical CD光学测量CD)的校准。
权利要求
1.一种校准标准片的制备方法，所述校准标准片用于测量纳米级别尺寸的测量设备的校准，其特征在于，包括如下步骤1)制备一块光刻掩膜版，所述光刻掩膜版的两个以上不同位置放置有相同的测试图形；2)采用至少两个使MEEF值不同的曝光条件，用所述光刻掩膜版在同一硅片的不同位置曝光，而后显影刻蚀，所得硅片即为校准标准片。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于在曝光时，采用使所制备的校准标准片中，至少有一个光刻掩膜版同一位置处的测试图形CD相同的条件。
3.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述使MEEF值不同的曝光条件为调整曝光机透镜的数值孔径大小、相干系数，或变化照明方式。
4.一种采用权利要求1所制备的校准标准片进行校准的方法，其特征在于 首先被校准设备对校准标准片中的测试图形CD进行测量，得到测量值；根据所述测量值，计算不同曝光条件下得到的位于光刻掩膜版相同位置处的测试图形之间的偏差值；比较所述偏差值和标准偏差值，当所述偏差值与标准偏差值之间的差值在允许的差值范围内，所述被校准设备处于被校准状态。
全文摘要
本发明公开了一种校准标准片的制备方法，所述校准标准片用于测量纳米级别尺寸的测量设备的校准，其特征在于，包括如下步骤1)制备一块光刻掩膜版，所述光刻掩膜版的两个以上不同位置放置有相同的测试图形；2)采用不同曝光条件，用所述光刻掩膜版在同一硅片的不同位置曝光，而后显影刻蚀，即为校准标准片。本发明中通过对这一系列测量图形进行测量作为校准标准，可以大大提高设备的测量精度。同时测量图形的差异是通过不同照明条件产生，在普通半导体厂即可实现生产，极大降低了标准样片的成本。
文档编号G03F7/00GK102279516SQ201010197508
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月10日 优先权日2010年6月10日
发明者王雷 申请人:上海华虹Nec电子有限公司