像散测试掩膜版及光刻机台的像散检测方法与流程

本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种像散测试掩膜版及光刻机台的像散检测方法。

背景技术：

光刻机是集成电路制造中的关键设备之一，通过光刻机将掩膜版上的图形转移到涂布有光刻胶的硅片上。

光刻机的种类包括接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机。目前，投影式光刻机包括投影物镜和照明系统。由于光学效应，光刻机中投影物镜不可避免地存在一些像差，像差主要分为球差、慧差、像散(astigmatism)、波像差等。

当投影透镜存在像差时，表现为x方向的最佳焦距(bestfoucs)和y方向的最佳焦距不同，将掩膜版上的图形曝光至硅片上后，硅片上的图形在x方向和y方向产生差异，从而影响制造过程中对器件关键尺寸(cd，criticaldemotion)的控制精度。

技术实现要素：

为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种像散测试掩膜版及光刻机台的像散检测方法。该技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种像散测试掩膜版，像散测试掩膜版上布满像散测试标记，像散测试掩膜版的大小与待测光刻机台的最大曝光区域的大小相同；

每个像散测试标记包括第一类透光图形和第二类透光图形；

第一类透光图形由第一透光条和第二透光条构成，第一透光条的长边与第二透光条的长边平行，第一透光条的关键尺寸与待测光刻机台的最小分辨率相同；

第二类透光图形为第三透光条，第二透光条和第二类透光图形的关键尺寸大于待测光刻机台的最小分辨率，第二透光条和第二类透光图形的关键尺寸不相同；

一个第一类透光图形和一个第二类透光图形构成一组子标记；

将每个像散测试标记分为四个象限，每个象限至少设置有3组子标记；在第一象限和第三象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的右侧；在第二象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的上方；在第四象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的下方；

第一象限和第二象限中透光图形的放置方向呈90°，第一象限和第三象限中透光图形的放置方向相同，第一象限和第四象限中透光图形的放置方向呈90°。

第二方面，本申请实施例提供了一种光刻机台的像散检测方法，该方法包括：

在晶圆表面涂布光刻胶；

利用像散测试掩膜版和待测光刻机台对晶圆进行曝光；

对曝光后的晶圆进行显影；

利用套刻机台测量晶圆表面形成的测试图形的套刻值；

根据套刻值与焦距变化量之间的对应关系，确定待测光刻机台对应不同曝光位置的像散值；

其中，像散测试掩膜版上布满像散测试标记，像散测试掩膜版的大小与待测光刻机台的最大曝光区域的大小相同；

每个像散测试标记包括第一类透光图形和第二类透光图形；

第一类透光图形由第一透光条和第二透光条构成，第一透光条的长边与第二透光条的长边平行，第一类透光图形的关键尺寸与待测光刻机台的最小分辨率相同；

第二类透光图形为第三透光条，第二透光条和第二类透光图形的关键尺寸大于待测光刻机台的最小分辨率，第二透光条和第二类透光图形的关键尺寸不相同；

一个第一类透光图形和一个第二类透光图形构成一组子标记；

将每个像散测试标记分为四个象限，每个象限至少设置有3组子标记；在第一象限和第三象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的右侧；在第二象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的上方；在第四象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的下方；

第一象限和第二象限中透光图形的放置方向呈90°，第一象限和第三象限中透光图形的放置方向相同，第一象限和第四象限中透光图形的放置方向呈90°。

可选的，该方法还包括：

获取套刻值与焦距变化量之间的对应关系。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

通过设计将像散效应转换为套刻误差的像散测试标记，并将像散测试标记布满与待测光刻机台的最大曝光区域大小相同的掩膜版，得到像散测试掩膜版，再利用光刻工艺将像散测试掩膜板上的像散测试标记转移到晶圆表面，形成测试图形；利用ovl机台量测晶圆表面测试图形的套刻值，根据套刻值与焦距变化量之间的对应关系，确定待测机台对应的不同曝光位置的像散值；解决了目前光刻机台的像散检测复杂的问题；达到了简便地测量光刻机台的像散的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种像散测试掩膜版的示意图；

图2是本申请实施例提供的像散测试标记的示意图；

图3是本申请实施例提供的第一类透光图形的示意图；

图4是图3所示的像散测试标记经过曝光显影后在晶圆上形成的测试图形；

图5是本申请实施例提供的一种光刻机台的像散检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参考图1，其示出了本申请实施例提供的一种像散测试掩膜版的示意图。

该像散测试掩膜版11上布满像散测试标记12，像散测试掩膜版11的大小与待测光刻机台的最大曝光区域的大小相同。

如图2所示，每个像散测试标记包括第一类透光图形21和第二类透光图形22。

如图3所示，第一类透光图形21由第一透光条31和第二透光条32构成，第一透光条31的长边与第二透光条32的长边平行，第一透光条31的关键尺寸(cd)与待测光刻机台的最小分辨率相同。

第二类透光图形22为第三透光条。

第二透光条32的关键尺寸(cd)和第二类透光图形22的关键尺寸(cd)大于待测光刻机台的最小分辨率，第二透光条32的关键尺寸(cd)和第二类透光图形22的关键尺寸(cd)不相同。

可选的，第二透光条32的cd和第二类透光图形22的cd远大于待测光刻机台的最小分辨率。

一个第一类透光图形21和一个第二类透光图形22构成一组子标记20。

将每个像散测试标记12分为四个象限，即第一象限ⅰ、第二象限ⅱ、第三象限ⅲ、第四象限ⅳ；每个象限至少设置3组子标记20。

在第一象限ⅰ和第三象限ⅲ中，第一类透光图形21位于第二类透光图形22的右侧。

在第二象限ⅱ中，第一类透光图形21位于第二类透光图形22的上方。

在第四象限中ⅳ，第一类透光图形21位于第二类透光图形22的下方。

第一象限ⅰ和第二象限ⅱ中透光图形的放置方向呈90°，如图2所示，第一象限ⅰ中的第一透光条和第二象限ⅱ中的第一透光条垂直，第一象限ⅰ中的第二透光条和第二象限ⅱ中的第二透光条垂直，第一象限ⅰ中的第二类透光图形22和第二象限ⅱ中的第二类透光图形22垂直。

第一象限ⅰ和所述第三象限ⅲ中透光图形的放置方向相同。

透光图形为第一类透光图形21和第二类透光图形22。

第一象限ⅰ和第四象限ⅳ中透光图形的放置方向呈90°，如图2所示，第一象限ⅰ中的第一透光条和第四象限ⅳ中的第一透光条垂直，第一象限ⅰ中的第二透光条和第四象限ⅳ中的第二透光条垂直，第一象限ⅰ中的第二类透光图形22和第四象限ⅳ中的第二类透光图形22垂直。

需要说明是，像散测试掩膜版11中像散测试标记12的数量和放置位置根据实际情况确定，图1仅作示例性说明，本申请实施例对此不作限定。透光条之间的间距根据实际情况确定，本申请实施例对此不作限定。

图1所示的像散测试掩膜版中的像散测试标记可以将光刻机台的像散(astigmatism)效应转换为ovl(套刻机台)可以量测的套刻误差。

利用本申请实施例提供的像散测试掩膜版和待测光刻机台对晶圆进行曝光，经过显影后，像散测试掩膜版上的像散测试标记被转移到晶圆表面的光刻胶层中，晶圆表面形成测试图形；由于光刻机台的投影物镜会不可避免地存在一些像差，晶圆表面形成的测试图形会与像散测试掩膜版上的像散差测试标记存在偏差，通过ovl机台测量晶圆表面的测试图形的套刻值，以及套刻值和焦距变化量之间的对应关系，可以得到待测光刻机台对应不同曝光位置的像散值；解决了目前光刻机台的像散检测复杂的问题；达到了提高测量光刻机台像散的简便程度的效果。

在一个例子中，若光刻机台存在像散效应，则经过光刻机台的曝光显影后，像散测试掩膜版上某一个位置的像散测试标记在晶圆表面呈现为图4所示的测试图形，测试图形在x方向和y方向的套刻值不相等。

请参考图5，其示出了本申请实施例提供的一种光刻机台的像散检测方法的流程图，该方法至少包括如下步骤：

步骤501，在晶圆表面涂布光刻胶。

步骤502，利用像散测试掩膜版和待测光刻机台对晶圆进行曝光。

其中，像散测试掩膜版上布满像散测试标记，像散测试掩膜版的大小与待测光刻机台的最大曝光区域的大小相同；

如图1和图2所示，每个像散测试标记包括第一类透光图形和第二类透光图形。

如图3所示，第一类透光图形由第一透光条和第二透光条构成，第一透光条的长边与第二透光条的长边平行。

第一透光条的关键尺寸与待测光刻机台的最小分辨率相同。

第二类透光图形为第三透光条，第二透光条和第二类透光图形的关键尺寸大于待测光刻机台的最小分辨率，第二透光条和第二类透光图形的关键尺寸不相同。

可选的，第二透光条的关键尺寸和第二类透光图形的关键尺寸远大于待测光刻机台的最小分辨率。

一个第一类透光图形和一个第二类透光图形构成一组子标记；

将每个像散测试标记分为四个象限，每个象限至少设置有3组子标记；在第一象限和第三象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的右侧；在第二象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的上方；在第四象限中，第一类透光图形位于第二类透光图形的下方；

第一象限和第二象限中透光图形的放置方向呈90°，第一象限和第三象限中透光图形的放置方向相同，第一象限和第四象限中透光图形的放置方向呈90°。

可选的，利用像散测试掩膜版对晶圆上的至少1个区域进行曝光。

步骤503，对曝光后的晶圆进行显影。

显影后，像散测试掩膜版上的像散测试标记被转移到晶圆表面，晶圆表面形成与像散测试标记对应的测试图形。

步骤504，利用套刻机台测量晶圆表面形成的测试图形的套刻值。

像散测试掩膜版上的像散测试标记经过曝光、显影后成为晶圆表面的测试图形，利用ovl机台量测测试图形的套刻值。

步骤505，根据套刻值与焦距变化量之间的对应关系，确定待测光刻机台对应不同曝光位置的像散值。

套刻值与焦距变化量之间存在对应关系。

对于像散测试掩膜版上各个位置的像散测试标记，根据ovl机台量测到的套刻值、套刻值与焦距变化量之间的对应关系，得到对应的像散值。

由于像散测试掩膜版的大小与待测光刻机台的最大曝光区域的大小一致，像散测试掩膜版上的位置与待测光刻机台的最大曝光区域的位置存在一一对应关系，因此，可以根据ovl机台量测出的套刻值可以得到待测光刻机台对应不同曝光位置的像散值。

综上所述，本申请实施例提供的光刻机台的像散检测方法，通过设计将像散效应转换为套刻误差的像散测试标记，并将像散测试标记布满与待测光刻机台的最大曝光区域大小相同的掩膜版，得到像散测试掩膜版，再利用光刻工艺将像散测试掩膜板上的像散测试标记转移到晶圆表面，形成测试图形；利用ovl机台量测晶圆表面测试图形的套刻值，根据套刻值与焦距变化量之间的对应关系，确定待测机台对应的不同曝光位置的像散值；解决了目前光刻机台的像散检测复杂的问题；达到了简便地测量光刻机台的像散的效果。

在基于图5所示实施例的可选实施例中，该方法还包括获取套刻值与焦距变化量之间的对应关系。

可选的，预先通过实验获取套刻值与焦距变化量之间的对应关系。

在获取套刻值与焦距变化量之间的对应关系之后，在利用ovl机台检测光刻机台的像散时，直接根据ovl量测得到的套刻值、套刻值与焦距变化量之间的对应关系进行像散换算。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。