确定光刻机的最佳焦距的方法

专利名称：确定光刻机的最佳焦距的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光刻机的最佳焦距的确定方法。
背景技术：
半导体集成电路制造工艺中，通过光刻工艺将掩膜板上的版案转移到半导体衬底的光刻胶层中，在光刻胶层中形成光刻胶图案，然后以光刻胶图案作为掩膜层，对半导体衬底执行后续的刻蚀或离子注入工艺。光刻机焦距在一定范围内变化，在不同焦距下光刻机的曝光效果不同，而将光刻机曝光效果较好时对应的焦距称为最佳焦距。光刻机的最佳焦距对于光刻工艺极其重要， 它是决定光刻胶图案的尺寸及立体物理形貌的主要因素，会最终对产品的成品率产生影响，光刻机焦距对光刻图形的影响主要分成两个方面，立体形貌的变化和图形尺寸的变化。 图1给出现有技术中的不同焦距下光刻胶图案形貌的示意图，可以看出，在最佳焦距时，光刻胶图案的形貌比较陡直，而在偏离最佳焦距时，光刻胶图案的形貌会产生失真变形。图2 给出焦距与图形尺寸之间的关系，在最佳焦距时，图形尺寸受焦距的影响较小，当偏移最佳焦距后，图形尺寸变动较大，不利于工艺控制。由于光刻机的最佳焦距会随光刻机状态或外界环境漂移，因此实际光刻工艺中， 难以每次将光刻机调整到最佳焦距，如上所示，这样引起光刻胶图案形貌以及线宽发生变化。若偏离最佳焦距较大时，可能还会造成曝光后的图案模糊。根据图2所示，一个掩膜板图案，通过光刻机在不同的焦距下进行曝光而形成的光刻胶图案，在最佳焦距时线宽变化最平缓。现有技术中的光刻机的焦距检测方法多是基于上述原理设计的，例如，中国专利公开第CN1459670A号公开了一种焦距检测方法。然而，该现有技术在对光刻机的焦距进行检测时，需要一一测量由若干线条组成的测试图案在不同焦距下进行曝光后形成的光刻胶图案的线宽，然后通过比较找出线宽变化最小的光刻胶图案，根据该线宽变化最小的光刻胶图案对应的焦距获得光刻机的最佳焦距，步骤复杂而繁琐，效率低下；此外，由于该现有技术中采用的测试图案为规则的长条形线条，光刻机对这种测试图案的灵敏度不高，导致焦距测量结果不准；而且现有技术中线宽一般需要使用扫描电镜手动测量，更大大降低了检测效率，并且扫描电镜价格昂贵，从而增加了企业生产成本。鉴于以上所述，有必要对现有的光刻机焦距检测方法进行改良，以弥补上述的不足。

发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种改进的光刻机的最佳焦距的确定方法，该方法步骤简单，操作方便，可很好的提高检测效率，并可提高焦距测试结果的准确度，还可降低企业生产成本。为达成上述目的，本发明采用如下技术方案一种确定光刻机的最佳焦距的方法，该方法包括如下步骤提供具有测试标记的掩膜板，所述测试标记包括不对称的且具有尖锐结构的第二测试标记；将所述测试标记转移到基底上；测试不同焦距下光刻机的套刻偏移量值；找出最小的套刻偏移量值，则其对应的焦距即为光刻机的最佳焦距。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明通过将测试标记设计为尖锐的不对称结构，仅需采用套刻测试设备在不同焦距下检测测试标记的套刻偏移量值，然后比较找出最小的焦距偏移量，就可确定光刻机的最佳焦距，步骤简单，可较大幅度提高光刻机的最佳焦距检测效率；而且本发明的测试标记采用了尖锐的不对称结构，光刻机对此比较灵敏，可更好地提高焦距测试结果的准确率；进一步地，本发明采用套刻检测设备检测，相比现有技术中的扫描电镜，价格便宜，有效降低了企业生产成本。


图1为现有技术中的不同焦距下光刻胶图案形貌的示意图；图2为光刻机焦距与图形尺寸之间关系示意图；图3为本发明的具有测试标记的掩膜板的示意图；图4为图3中的第二测试标记的相邻两个锯齿状结构边放大后的示意图；图5为本发明光刻机的焦距监测方法流程图；图6为本发明的锯齿形测试标记随焦距变化其中心点的偏移状况图。
具体实施例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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此，本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围，此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三位空间尺寸。诚如背景技术中描述，现有技术在对光刻机的焦距进行检测时，需要一一测量由若干线条组成的测试图案在不同焦距下进行曝光后形成的光刻胶图案的线宽，然后通过比较找出线宽变化最小的光刻胶图案，根据该线宽变化最小的光刻胶图案对应的焦距获得光刻机的最佳焦距，步骤复杂而繁琐，效率低下；此外，由于该现有技术中采用的测试图案为规则的长条形线条，光刻机对这种测试图案的灵敏度不高，导致焦距测量结果不准；而且现有技术中线宽一般需要使用扫描电镜手动测量，更大大降低了检测效率，并且扫描电镜价格昂贵，从而增加了企业生产成本。本发明人有鉴于以上现有技术的不足，基于从事半导体行业多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，并经过不断的研究、探索，反复试验论证，终于提出本发明实施方式，即本发明提供一种光刻机的最佳焦距的确定方法，该方法包括如下步骤首先进行步骤Sl 提供具有测试标记的掩膜板，所述测试标记包括不对称的且具有尖锐结构的第二测试标记；接着，实施步骤S2:将所述测试标记转移到基底上；然后，进行步骤S3:测试不同焦距下光刻机的套刻偏移量值；最后，执行步骤S4:找出最小的套刻偏移量值，则其对应的焦距即为光刻机的最佳焦距。下面结合附图详细说明本发明。如图3所示，首先提供掩膜板3，所述掩膜板3上具有产品的某一层的图案(未图示)和测试标记。所述测试标记包括第一测试标记30和第二测试标记31，并且所述第一测试标记30位于第二测试标记31内部，从而使得整个测试标记呈“回”字形。所述第二测试标记31 —侧曝光形成的图形中心位置不受光刻机焦距变化的影响，而另一侧的图形比较尖锐，光刻机任何焦距的漂移，将导致曝光形成的图形一侧收缩，引起图形中心位置的偏移。所述第一测试标记30包括四条边，即由四个独立的长条形结构边(未标号)围合而成，其上下和左右方向均呈中心轴对称。当然，在其他实施例中，所述第一测试标记30也可以为将分离的四个长条形结构改为一个单一的正方形结构。所述第一测试标记30的相对两边的距离，即相对设置的两个长条形结构边之间的中心距离为15-25 μ m，所述第一测试标记30每个长条形结构边的宽度在2_5μπι之间。所述第二测试标记31包围于第一测试标记30的外围，所述第二测试标记31由四条边围合而成，所述四条边两两相对，相对边中心之间的距离均小于40 μ m。所述第一测试标记30的四条边和所述第二测试标记31的四条边对应平行。进一步地，所述第二测试标记31包括两条独立的长条形结构边313、314和两个由数个三角形构成的锯齿状结构边311、312 (如图3中的虚线范围内所示)，并且所述两条长条形结构边313、314相邻设置，所述两个锯齿状结构边311、312也相邻设置，且任一个长条形结构边与所述两个锯齿状结构边中的一个相邻设置，而与另外一个锯齿状结构边相对设置。在其他实施例中，所述第二测试标记31的锯齿状结构边311、312还可由楔形构成，或者由其他对光刻机调焦敏感的尖锐结构构成。优化地，所述第二测试标记31的锯齿状结构边311、312可由多个相同的等腰三角形组成，所述每个等腰三角形的底边长度为2-5um，高为2-5um。在本实施例中，所述第二测试标记31相对两边，即任一个长条形结构边(313或 314)与相对设置的锯齿状结构边(312或311)之间的中心距离为25-35 μ m。所述第二测试标记31的相邻两个长条形结构边的宽度在2-5 μ m之间。如图3所示，所述第二测试标记31的一锯齿状结构边311与相邻且平行的第一测试标记30的长条形结构边之间的中心的水平方向距离为a，所述第二测试标记31的锯齿状结构边311相对的长条形结构边314与相邻且平行的第一测试标记30的长条形结构边之间的中心的水平方向距离为b，则测试标记沿X方向(即水平方向)的套刻(或称焦距)测量值为(a_b)/2 ；所述第二测试标记 31的另一锯齿状结构边312与和其相邻且平行的第一测试标记30的长条形结构边之间的中心的距离为c，所述第二测试标记31的锯齿状结构边312相对的长条形结构边313与和其相邻且平行的第一测试标记30的长条形结构边之间的中心距离为d，则测试标记沿Y方向(即竖直方向)的套刻测量值为(c-d)/2。当然，本实施例中描述的测试标记的尺寸还可在本领域普通技术人员的实际需求中作其他改动，此处对尺寸的具体描述不构成对本发明的限制。在提供所述的具有测试标记的掩膜板3后，执行光刻工艺，将所述的测试标记连同掩膜板3上的产品图案一同转移到基底的光刻胶层。其具体的工艺步骤可以如下提供基底(未图示)，所述基底一般是裸片(bare silicon wafer)，也可以是具有其他结构或器件的半成品。对所述基底进行清洗和脱水，然后在一定的温度下向所述基底表面涂覆黏附剂 (如六甲基二硅氨烷HMDS)，用于改变所述基底表面的亲水和疏水状态，以增加后续旋涂的光刻胶和所述基底表面的黏附性。接着，将所述基底冷却至室温(例如23°C )，所述的冷却工艺可以在旋涂设备的冷板上进行。然后，将该基底置于旋涂腔室的支撑台上，在所述基底上旋涂光刻胶，形成光刻胶层，其中，所述光刻胶层可以是正性或者负性光刻胶。形成所述光刻胶层之后，将所述的基底置于光刻机中的衬底支撑台(waferstage) 上，同时，将具有所述测试标记的掩膜板3置于所述光刻机的掩膜板支撑件(Reticle Stage)上。打开曝光光源，所述曝光光源透过掩膜板3后对所述基底的光刻胶层进行曝光， 将掩膜板3中的图案(包括测试标记和产品图案)转移到所述光刻胶层上。在基底上的光刻胶层中形成所述图案后，对所述基底执行曝光后烘烤(Post Exposure Bake, PEB)工艺，通过PEB，可以消除曝光时的驻波效应(指I线光刻胶)，或加速光酸的催化反应，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，对于正性光刻胶，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，对所述基底执行硬烘烤(Hard Bake)工艺，以提高测试图案的稳定性。然后，以所述光刻胶层为掩膜，执行刻蚀工艺，将所述光刻胶层中的图案和测试标记转移到基底上，在所述基底上形成产品的图案以及测试标记。通过刻蚀后，将掩膜板中的产品的所述图案连同该层的测试标记一同转移到了基底上。需说明的是，在本发明的其他实施例中，将掩膜板3上的测试标记经曝光转移到基底后，也可不需要再进行显影、冲洗、刻蚀等其他工艺。当所述掩膜板3中的测试标记完全转移到基底上后，开始检测首先，将所述曝光后的测试标记放置于检测设备的下方；接着，分别测试不同焦距下光刻机的X方向和Y方向的套刻偏移量值；
当光刻机处于最佳焦距时，图形无形变或形变较小，因此第二测试标记31的中心位置不会发生偏移或偏移很小，测试得到的套刻值较小甚至为零；当测试设备的焦距偏移时，对称条形图形的形变是上下或左右对称的，且非尖锐图形失真较小，因此图形中心的位置不变，而锯齿形一侧的尖锐处失真较大，由此组成的条状图形的中心位置会发生较大的偏移，因此测试的套刻绝对值偏大，如图6所示。最后，找出光刻机的最小套刻偏移量值，则其对应的焦距即为光刻机的最佳焦距。本发明通过将测试标记设计为尖锐的不对称结构，仅需采用套刻测试设备在不同焦距下检测测试标记的焦距偏移量值，然后比较找出最小的焦距偏移量，就可得出光刻机的最佳焦距，步骤简单，可较大幅度提高光刻机的最佳焦距检测效率；而且本发明的测试标记采用了尖锐的不对称结构，光刻机对此比较灵敏，可更好地提高焦距测试结果的准确率；进一步地，本发明采用套刻检测设备检测，相比现有技术中的扫描电镜，价格便宜，有效降低了企业生产成本。虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤提供具有测试标记的掩膜板，所述测试标记包括不对称的且具有尖锐结构的第二测试标记；将所述测试标记转移到基底上；测试不同焦距下光刻机的套刻偏移量值；找出最小的套刻偏移量值，则其对应的焦距即为光刻机的最佳焦距。
2.根据权利要求1所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述测试标记还包括位于第二测试标记内部的第一测试标记，所述第一测试标记与第二测试标记相互配合，所述测试标记整体呈“回”字形。
3.根据权利要求2所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第一测试标记由四个独立的长条形结构边围合而成，其上下和左右方向均呈中心轴对称，所述第二测试标记由两条独立的长条形结构边和两个锯齿状结构边围合而成。
4.根据权利要求3所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第二测试标记的两条独立的长条形结构边相邻设置，所述两个锯齿状结构边相邻设置，且任一个长条形结构边与所述两个锯齿状结构边中的一个相邻设置，与另外一个锯齿状结构边相对设置。
5.根据权利要求4所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第一和第二测试标记通过一次光刻工艺同时形成于基底上。
6.根据权利要求4所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述锯齿状结构边系由数个三角形或者楔形组成。
7.根据权利要求5或6所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述测试标记的尺寸小于40 μ mX40 μ m，所述第二测试标记任一个长条形结构边与和其相对的锯齿状结构边之间的中心距离为25-35 μ m。
8.根据权利要求7所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第一测试标记的相对设置的两个长条形结构边之间的中心距离为15-25 μ m。
9.根据权利要求8所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述每个长条形结构边的宽度在2-5 μ m之间。
10.根据权利要求9所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第一测试标记为一个单一的正方形结构。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于， 所述检测设备为套刻检测设备。
12.根据权利要求6所述的确定光刻机的最佳焦距的方法，其特征在于，所述锯齿状结构边系由数个等腰三角形组成，所述每个等腰三角形的底边长度为2-5um，高为2-5um。
全文摘要
本发明提供一种确定光刻机的最佳焦距的方法，包括如下步骤提供具有测试标记的掩膜板，所述测试标记包括不对称的且具有尖锐结构的第二测试标记；将所述测试标记转移到基底上；测试不同焦距下光刻机的套刻偏移量值；找出最小的套刻偏移量值，则其对应的焦距即为光刻机的最佳焦距。本发明通过将测试标记设计为尖锐的不对称结构，仅需采用套刻测试设备在不同焦距下检测测试标记的套刻偏移量值，然后比较找出最小的焦距偏移量，就可确定光刻机的最佳焦距，步骤简单，可较大幅度提高光刻机的最佳焦距检测效率；而且本发明的测试标记采用了尖锐的不对称结构，光刻机对此比较灵敏，可更好地提高焦距测试结果的准确率。
文档编号G03F7/20GK102236262SQ20101017009
公开日2011年11月9日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者黄玮 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司