掩模板、散焦量的测试方法及其测试系统与流程

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种掩模板、散焦量的测试方法及其测试系统。

背景技术：

在半导体领域中，曝光是最重要的工艺之一。用于实现曝光的曝光机主要包括照明单元、承掩模板台、承片台、对准系统、透镜系统等多个单元。在采用曝光机进行曝光工艺时，将晶圆放置于承片台上，将掩模板放置于承掩模板台上，照明单元发出光，透过掩模板上的图形后，进入透镜系统，之后照射到晶圆上，以使晶圆上的光阻材料发生反应。

一般在进行光刻时，会尽量使承片台置于最佳焦深的位置上，进而使承片台上的晶圆位于最佳焦深位置处。但是由于每个晶圆在进入曝光机后的状态不同，每个晶圆与曝光机透镜系统的距离不同，难以做到每个晶圆均位于最佳焦深的位置上。这就需要对晶圆与最佳焦深的距离(defocus，散焦量)进行检测，当散焦量较大时，根据散焦量对晶圆与曝光机透镜系统的距离进行调整，以确保晶圆落在最佳焦深附近。

现有技术中，一般采用在晶圆上形成在线测试图形(inline monitor)的方法对晶圆的散焦量进行检测。具体地，所述在线测试图形为包括多个并排排列的条形的光栅状图形。当对所述晶圆进行光刻时，如果晶圆不在最佳焦深的位置上，对所述在线图形进行光刻所形成的图形中，多个条形之间的间距(CD)发生变化，所述间距与晶圆的散焦量相关，通过测量所述间距能够得到晶圆的散焦量，从而为后续晶圆制作时，如何调节晶圆与曝光机透镜系统之间的距离提供参考量。

然而，所述在线测试图形对所述晶圆的散焦量变化的反应不够灵敏，所述散焦量变化引起的多个条形之间的间距变化很小，CD检测机台(CDSEM)难以捕捉到所述散焦量变化引起的多个条形之间的间距变化，使得现有技术测量得到的散焦量误差较大，在光刻工艺中，根据所述散焦量对晶圆与曝光 机透镜系统的距离进行调整的误差也较大，晶圆不容易落在最佳焦深附近。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种掩模板、散焦量的测试方法及其测试系统，在实际生产中，能够提高在线测量散焦量的精度。

为解决上述问题，本发明提供一种掩模板，所述掩模板上具有测试图形，用于在晶圆上形成测试结构，以测试晶圆的散焦量，其特征在于，所述测试图形包括：

基准光栅图形组，包括多个平行排布的第一条状图形；

测试光栅图形组，包括多个平行排布的第二条状图形，所述第二条状图形和第一条状图形沿同一方向延伸，每一所述第二条状图形包括一条基准条形和若干测试条形，所述基准条形和所述若干测试条形平行排布，所述基准条形的宽度大于所述测试条形的宽度。

可选的，所述基准光栅图形组与测试光栅图形组相邻排布，并且基准光栅图形组的第一条状图形和测试光栅图形组的第二条状图形一一对应地沿同一直线排布。

可选的，所述第一条状图形和第二条状图形的宽度相同。

可选的，所述第一条状图形的宽度和相邻第一条状图形之间的间距相同。

可选的，所述第一条状图形的宽度在12到20微米的范围内，相邻第一条状图形之间的间距在12到20微米的范围内。

可选的，所述测试条形的宽度和相邻测试条形之间的间距相同。

可选的，所述基准条形的宽度在4到12微米的范围内，所述测试条形的宽度在4纳米到12纳米的范围内，相邻测试条形之间的间距在600纳米到800纳米的范围内。

可选的，所述测试图形包括四个基准光栅图形组：第一基准光栅图形组、第二基准光栅图形组、第三基准光栅图形组和第四基准光栅图形组；

所述测试图形还包括四个测试光栅图形组：第一测试光栅图形组、第二 测试光栅图形组、第三测试光栅图形组和第四测试光栅图形组；

其中，第一基准光栅图形组和第一测试光栅图形组相邻排布并组成矩形的第一测试图形，第二基准光栅图形组和第二测试光栅图形组相邻排布并组成矩形的第二测试图形，第三基准光栅图形组和第三测试光栅图形组相邻排布并组成矩形的第三测试图形，第四基准光栅图形组和第四测试光栅图形组相邻排布并组成矩形的第四测试图形；

第一、第二、第三、第四测试图形呈2行2列的矩阵排布，在第一和第三测试图形中，第一条状图形和第二条状图形沿第一方向延伸；在第二和第四测试图形中，第一条状图形和第二条状图形沿第二方向延伸，所述第一方向与第二方向正交。

可选的，所述掩模板上包括多个曝光区域，所述曝光区域用于在晶圆上形成曝光单元，所述测试图形设置于所述曝光区域边缘的掩模板上。

本发明还提供一种散焦量的测试方法，包括：

提供本发明所提供的掩模板；

提供晶圆，所述晶圆上形成有光阻层；

以所述掩模板对晶圆进行曝光以图形化所述光阻层，在光阻层上形成对应测试图形的测试结构，所述测试结构包括：

对应基准光栅图形组的基准标记，所述基准标记包括多个对应第一条状图形的第一条形结构；

对应测试光栅图形组的测试标记，所述测试标记包括多个对应第二条状图形的第二条形结构，每个所述第二条形结构包括一个基准条形结构和多个测试条形结构，所述基准条形结构和所述多个测试条形结构平行排布，所述基准条形结构的宽度大于所述测试条形结构的宽度；

测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量；

根据所述位置偏移量，获得晶圆在曝光时的散焦量。

可选的，所述掩模板上设有多个测试图形，在形成测试结构的步骤中，在光阻层上形成对应多个测试图形的多个测试结构；

在对基准标记与测试标记之间的位置偏移量进行测量的步骤中，对多个所述测试结构进行测试，得到多个位置偏移量测量值；

获得散焦量的步骤中，根据多个位置偏移量测量值得到多个散焦量测量值，取所述多个散焦量测量值的平均值作为晶圆在曝光时的散焦量。

可选的，所述掩模板上包括多个曝光区域，每个所述曝光区域用于在所述晶圆上形成一个对应的曝光单元；

所述测试图形位于每个所述曝光区域边缘，在以所述掩模板图形化所述光阻层的步骤中，在每个曝光单元边缘的所述光阻层上对应形成所述测试结构；

在测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量的步骤中，对每个曝光单元上的所述测试结构进行测量，获得每个曝光单元上测试结构的位置偏移量测量值，从而得到每个曝光单元在晶圆曝光时的散焦量。

可选的，在测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量的步骤中，采用套刻精度测量设备，测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量。

可选的，以所述掩模板对晶圆进行曝光之前，还包括：通过实验获得所述位置偏移量与散焦量之间的函数关系；

在根据所述位置偏移量，获得晶圆在曝光时的散焦量的步骤中，

将所述位置偏移量代入所述函数关系，得到散焦量。

本发明还提供一种散焦量的测试系统，包括：

晶圆，所述晶圆上形成有光阻层；

光刻设备，以及本发明提供的掩模板，所述掩模板置于光刻设备中，用于在对晶圆进行曝光的过程中，图形化所述光阻层，在光阻层上形成对应测试图形的测试结构，所述测试结构包括：

对应基准光栅图形组的基准标记，所述基准标记包括多个对应第一条状图形的第一条形结构；

对应测试光栅图形组的测试标记，所述测试标记包括多个对应第二条状 图形的第二条形结构，每个所述第二条形结构包括的一个基准条形结构和多个测试条形结构，所述基准条形结构和所述多个测试条形结构平行排布，所述基准条形结构的宽度大于所述测试条形结构的宽度；

测量单元，用于测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量；

计算单元，用于根据基准标记与测试标记之间的位置偏移量，计算得到晶圆在光刻设备中的散焦量。

可选的，所述掩模板上包括多个曝光区域，每个所述曝光区域用于在所述晶圆上形成一个对应的曝光单元；

所述测试图形位于每个所述曝光区域边缘，用于在以所述掩模板图形化所述光阻层的步骤中，在每个曝光单元边缘的所述光阻层上对应形成所述测试结构；

在测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量的步骤中，所述测量单元用于对每个曝光单元上的所述测试结构进行测量，获得每个曝光单元上测试结构的位置偏移量测量值，从而得到每个曝光单元在晶圆曝光时的散焦量。

可选的，所述测试系统还包括：存储单元，用于存储通过实验获得的位置偏移量与散焦量之间的函数关系。

可选的，所述测量单元为套刻精度测量设备。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：采用本发明提供的掩模板，能够在实际生产中，在晶圆上与实际的功能器件同步地形成测试结构。可以采用现有的套刻精度测量设备对测试标记中，基准标记与测试标记之间的位置偏移量进行测试，能够得到所述晶圆的散焦量。

所述掩模板上包括测试图形，所述测试图形包括：基准光栅图形组，用于形成基准标记；测试光栅图形组，用于形成测试标记，所述基准标记和测试标记构成所述测试结构。所述测试光栅图形组包括多个平行排布的第二条状图形，每一所述第二条状图形包括一用于形成基准条形结构的基准条形和若干用于形成测试条形结构的测试条形，所述基准条形和所述若干测试条形平行排布，所述基准条形的宽度大于所述测试条形的宽度，因此所述基准条 形结构的宽度大于所述测试条形结构的宽度，当晶圆不在最佳焦深处曝光时，所述测试条形结构的顶部尺寸缩小，所述基准条形结构和的第一条形结构的顶部尺寸没有明显变化。采用套刻精度测量设备对所述基准标记和测试标记之间的位置偏移量进行测试时，套刻精度测量设备获得的所述基准标记的位置测量值不发生偏移，获得的所述测试标记位置测量值会发生偏移，进而所述基准标记与测试标记之间的位置偏移量发生变化。所述测试条形结构的顶部形状的改变很容易被套刻精度测量设备识别，因此所述位置偏移量对所述晶圆的散焦量变化的反应较为灵敏，使所述位置偏移量的测试精度较高，进而提高了散焦量的测量精度。

附图说明

图1和图2是本发明掩模板一实施例的示意图；

图3是图1所示掩模板上测试图形的分布图；

图4是本发明掩模板另一实施例的示意图；

图5至图9是本发明散焦量的测试方法一实施例的示意图；

图10是本发明散焦量的测试系统一实施例的示意图。

具体实施方式

现有技术晶圆曝光时，在线测试晶圆散焦量的精度较差。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种掩模板。所述掩模板上包括测试图形，所述测试图形包括：基准光栅图形组，用于形成基准标记；测试光栅图形组，用于形成测试标记，所述基准标记和测试标记构成所述测试结构。所述测试光栅图形组包括多个平行排布的第二条状图形，每一所述第二条状图形包括一用于形成基准条形结构的基准条形和若干用于形成测试条形结构的测试条形，所述基准条形和所述若干测试条形平行排布，所述基准条形的宽度大于所述测试条形的宽度，因此所述基准条形结构的宽度大于所述测试条形结构的宽度，当晶圆不在最佳焦深处曝光时，所述测试条形结构的顶部尺寸缩小，所述基准条形结构和的第一条形结构的顶部尺寸没有明显变化。采用套刻精度测量设备对所述基准标记和测试标记之间的位置偏移量进行测 试时，套刻精度测量设备获得的所述基准标记的位置测量值不发生偏移，获得的所述测试标记位置测量值会发生偏移，进而所述基准标记与测试标记之间的位置偏移量发生变化。所述测试条形结构的顶部形状的改变很容易被套刻精度测量设备识别，因此所述位置偏移量对所述晶圆的散焦量变化的反应较为灵敏，使所述位置偏移量的测试精度较高，进而提高了散焦量的测量精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图1和图2，示出了本发明掩模板一实施例的示意图。

本实施例提供的掩模板700用于在晶圆上形成测试结构，以测试晶圆的散焦量。所述掩模板700上具有测试图形，所述测试图形包括：

第一基准光栅图形组11，所述第一基准光栅图形组11包括多个平行排布的第一条状图形01。

第一测试光栅图形组12，所述第一测试光栅图形组12包括多个平行排布的第二条状图形02，所述第一条状图形01和第二条状图形02沿同一方向延伸。

图2为图1中第一测试光栅图形组12的放大图，如图2所示，每个所述第二条状图形02包括平行排布的一条基准条形201和若干条测试条形202，所述基准条形201的宽度大于所述测试条形202的宽度。

本实施例中，所述掩模板700用于在曝光机台中对晶圆上的光阻层进行曝光，当采用本实施例掩模板700对晶圆上的光阻层进行曝光显影后，所述光阻层图形化，形成对应测试图形的测试结构，所述测试结构包括：

对应第一基准光栅图形组11的基准标记，所述基准标记包括多个对应第一条状图形01的第一条形结构。

对应第一测试光栅图形组12的测试标记，所述测试标记包括多个对应第二条状图形02的第二条形结构，每个所述第二条形结构包括平行排布的一条基准条形结构和若干条测试条形结构，所述基准条形结构的宽度大于所述测 试条形结构的宽度。

所述基准条形结构为测试图形中的基准条形201经过曝光显影形成，所述测试条形结构为测试图形中的测试条形202经过曝光显影形成。

需要说明的是，在晶圆上形成光阻图形的方法为：在晶圆上涂布光阻层，放入曝光机台中，采用掩模板图形对所述光阻层进行曝光显影，图形化所述光阻层形成光阻图形。在曝光机台中通过掩模板图形进行曝光时，掩模板图形的尺寸越大，掩模板图形的景深也越大。也就是说，在晶圆的散焦量增大时，较大尺寸的掩模板图形能够在光阻层上成较清晰的像，所得到的光阻图形形貌较好；较小尺寸的掩模板图形在光阻层上成像较为模糊，所得到的光阻图形形貌较差，尤其表现为光阻图形的顶部收缩，光阻图形的顶部尺寸小于底部尺寸。

因此，采用本实施例掩模板对晶圆上的光阻层进行曝光显影时，在晶圆处在最佳焦深处曝光的情况下，晶圆的散焦量为0，因此所得到基准条形结构和测试条形结构形貌均较好，基准条形结构的顶部宽度和底部宽度基本相同，测试条形结构的顶部宽度和底部宽度也基本相同。采用套刻精度测量设备对所述基准标记和测试标记之间的位置偏移量进行测试时，套刻精度测量设备获得的所述基准标记和测试标记的位置测量值均不发生偏移，进而得到的位置偏移量为准确值，即所述基准标记和测试标记之间的位置偏移量为一预先设计值。当所述基准标记和测试标记在同一方向上的位置坐标相同时，得到的位置偏移量为0。

曝光时，如果在晶圆不在最佳焦深处的情况下，显影后形成的所述测试条形结构的顶部尺寸具有较为明显的缩小，而所述基准条形结构和的第一条形结构的顶部尺寸没有明显变化。采用套刻精度测量设备对所述基准标记和测试标记之间的位置偏移量进行测试时，套刻精度测量设备获得的所述基准标记的位置测量值不发生偏移，获得的所述测试标记位置测量值会发生偏移。

具体地，所述形成于晶圆上的测试结构实际上是一种光阻图形，所述套刻精度测量设备探测光阻图形位置的原理为：所述套刻精度测量设备以探测晶圆上的光阻图形反射回的光来获得光阻图形的位置。由于所述测试条形结 构的顶部尺寸具有较为明显的缩小，在对测试标记进行测量时，所述套刻精度测量设备接收到所述测试条形结构的反射光较少，接收到所述基准条形结构的反射光较多，因此获得的所述第二条形结构的位置测量值向所述基准条形结构的位置偏移。

对所述套刻精度测量设备探测到的所述多个第二条形结构位置的测量值做处理，即可得到所述测试标记位置的测量值，所述第二条形结构的位置向所述基准条形结构的位置偏移，引起所述测试标记位置发生变化，进而引起所述基准标记与测试标记之间的位置偏移量发生变化。

通过建立所述位置偏移量和散焦量之间的函数关系，能够方便地采用测量位置偏移量的方法获得晶圆的散焦量，进而根据散焦量调节后续其他晶圆在曝光机台中的状态，例如：通过调整晶圆与掩模板之间的距离，可以使后续晶圆处于最佳焦深附近，进而有效提高后续晶圆上半导体器件的质量。

因此，采用本发明提供的掩模板，能够在实际生产中，在晶圆上与实际需求的图形同步地形成测试结构。采用现有的套刻精度测量设备对测试结构中，基准标记与测试标记之间的位置偏移量进行测试，能够得到所述晶圆的散焦量。在每一批次的晶圆制作中，根据前一个晶圆上测试结构的测试结果，得到前一晶圆的散焦量，并相应调整后续晶圆在曝光机台中的状态，使得整批晶圆在曝光时出于最佳焦深附近，有效提高了整批晶圆上半导体器件的质量。

当所述测试条形结构的顶部尺寸发生改变时，很容易引起套刻精度测量设备获得的所述第二条形结构的位置的测量值向所述基准条形结构的位置偏移，因此所述基准标记与测试标记之间的位置偏移量对所述晶圆的散焦量变化的反应较为灵敏，使所述基准标记与测试标记之间的位置偏移量的测试精度较高，进而提高了散焦量的测量精度。

需要说明的是，由于散焦量容易引起所述测试条形结构的顶部宽度变小，因此晶圆不在最佳焦深时，所述基准标记与测试标记之间的位置偏移量沿所述测试条形结构的宽度方向，即沿第一条状图形01和第二条状图形02的宽度方向。

在本实施例中，所述掩模板700应用于掩模板与晶圆尺寸比例为4:1的曝光机台，掩模板上的掩模板图形和在晶圆上形成的光阻图形的尺寸比例为4:1。

需要说明的是，掩模板图形的尺寸与掩模板图形的景深成正比。具体地，以目前光刻工艺常用的掩模板与晶圆尺寸比例为4:1的曝光机台，当掩模板图形的尺寸在16微米时，掩模板图形的景深在60微米左右，当掩模板图形的尺寸在720纳米时，掩模板图形的散焦量在30微米左右，也就是说，尺寸为16微米的掩模板图形能够在散焦量为60微米时，在光阻层上成像较清晰，尺寸为720纳米的掩模板图形能够在散焦量为30微米时，在光阻层上成像较清晰。在同样的散焦量下，尺寸为16微米的掩模板图形所形成的光阻图形形貌较好，尺寸为720纳米的掩模板图形所形成的光阻图形容易变形，在本实施例中，当晶圆不在最佳焦深时，得到的第一条形结构和基准条形结构不容易出现形变，而测试条形结构的顶部宽度容易变小。

在本实施例中，所述第一条状图形01的宽度为16微米，相邻第一条状图形01之间的间距为16微米，所述基准条形201的宽度为8微米。由于本实施例所述掩模板700应用于掩模板与晶圆尺寸比例为4:1的尺寸系统，在当采用本实施例掩模板700对晶圆上的光阻层进行曝光显影后，所述第一条状图形01对应形成的第一条形结构的宽度为4微米，所述基准条形201所对应形成的基准条形结构的宽度为2微米。当所述第一条状图形01的宽度为16微米，所述基准条形201的宽度为8微米时，对应形成的第一条形结构和基准条形结构顶部更不容易因散焦量的变化而发生变形。

但是本发明对所述第一条状图形01、基准条形201的宽度以及相邻第一条状图形01之间的间距不做限制，在其他实施例中，所述第一条状图形的宽度可以在12到20微米的范围内，相邻第一条状图形之间的间距可以在12到20微米的范围内，所述基准条形的宽度可以在4到12微米的范围内。

在本实施例中，所述测试条形202的宽度为720纳米，所述多个测试条形202之间的设计间距为720纳米，所述测试条形202对应形成的测试条形结构的宽度为180纳米，间距为180纳米。当所述测试条形202的宽度为720纳米时，对应形成的测试条形202顶部更容易因散焦量的变化而发生变形。

但是本发明对所述测试条形的宽度不做限制，在其他实施例中，所述测试条形的宽度可以在4纳米到12纳米的范围内，相邻测试条形之间的间距可以在600纳米到800纳米的范围内。

在本实施例中，所述第一条状图形01的宽度和相邻第一条状图形01之间的间距相同，所述测试条形202的宽度和相邻测试条形202之间的间距相同，这样的掩模板图形设计较为简便且不容易，形成的光阻图形结构规则，便于测量。但是本发明对所述第一条状图形01的宽度和相邻第一条状图形01之间的间距是否相同，所述测试条形202的宽度和相邻测试条形202之间的间距是否相同不做限制。

本实施例中，所述第一基准光栅图形组11与第一测试光栅图形组12相邻排布，并且每个第一条状图形01和分别和一个第二条状图形02一一对应地沿同一直线排布。这样的好处在于，当晶圆处于最佳焦深时，第一条状图形01与第二条状图形02分别对应形成的第一条形结构和第二条形结构一一对应地沿同一直线排布，所述基准标记与测试标记在第一条形结构宽度方向上的位置坐标相同，得到的位置偏移量为0；当晶圆不在最佳焦深时，所述基准标记与测试标记之间的位置偏移量增大，这样所得到的位置偏移量与散焦量之间的函数关系较为简单，便于计算。

参考图3，示出了本实施例掩模板700上测试图形的分布图，如图3所示，在本实施例中，所述掩模板700上包括多个曝光区域701，所述曝光区域701用于在晶圆上形成曝光单元，所述测试图形设置于所述曝光区域边缘的掩模板700上。本实施例中，在每个所述曝光区域701的边缘外设有三个所述测试图形，但是本发明对个所述曝光区域701的边缘外测试图形10的数量不做限制。这样的好处在于，所述多个曝光区域701在晶圆上对应形成多个曝光单元，在每个所述曝光区域701的边缘外形成多个所述测试图形10，这样可以在每个曝光单元周边形成多个测试结构，以便于测量每个曝光单元所在位置在晶圆曝光时的散焦量。

参考图4，示出了本发明掩模板另一实施例的示意图。

本实施例掩模板上的测试图形包括四个基准光栅图形组：第一基准光栅 图形组11、第二基准光栅图形组21、第三基准光栅图形组31和第四基准光栅图形组41。

所述测试图形还包括四个测试光栅图形组：第一测试光栅图形组12、第二测试光栅图形组22、第三测试光栅图形组32和第四测试光栅图形组42。

每个基准光栅图形组分别和一个测试光栅图形组相邻，第一基准光栅图形组11和第一测试光栅图形组12相邻排布并组成矩形的第一测试图形10，第二基准光栅图形组21和第二测试光栅图形组22相邻排布并组成矩形的第二测试图形20，第三基准光栅图形组31和第三测试光栅图形组32相邻排布并组成矩形的第三测试图形30，第四基准光栅图形组41和第四测试光栅图形42相邻排布并组成矩形的第四测试图形40。

第一测试图形10、第二测试图形20、第三测试图形30和第四测试图形40呈2行2列的矩阵排布，在第一测试图形10和第三测试图形中，第一基准光栅图形组11、第一测试光栅图形组12、第三基准光栅图形组31和第三测试光栅图形组32沿第一方向(图中YY`方向)延伸，在第二和第四测试图形中，第二基准光栅图形组21、第二测试光栅图形组22、第四基准光栅图形组41和第四测试光栅图形42沿第二方向(图中XX`方向)延伸，所述第一方向与第二方向正交，所述第一测试图形10、第二测试图形20、第三测试图形30和第四测试图形40以一中心呈中心对称。

在本实施例中，所述第一测试图形10能够在光阻层上形成第一测试结构，所述第二测试图形20能够在光阻层上形成第二测试结构，所述第三测试图形30能够在光阻层上形成第三测试结构，所述第四测试图形40能够在光阻层上形成第四测试结构。

所述第一、第二、第三、第四测试结构中均包括多条平行排布的第一条形结构和第二条形结构。其中，在第一、第三测试结构的第一条形结构和第二条形结构沿第一方向延伸，在第一、第三测试结构的第一条形结构和第二条形结构的宽度方向沿第二方向，因此，根据所述第一、第三测试结构中，散焦量引起的基准标记与测试标记之间的位置偏移量沿第二方向。在第二、第四测试结构的第一条形结构和第二条形结构沿第二方向延伸，在第二、第 四测试结构的第一条形结构和第二条形结构的宽度方向沿第一方向，因此，根据所述第二、第四测试结构中，散焦量引起的基准标记与测试标记之间的位置偏移量沿第一方向。

根据所述分别沿第一方向和第二方向的位置偏移量，能够获得更准确的散焦量。

本发明还提供一种散焦量的测试方法，包括：

提供光刻设备。

提供掩模板，所述掩模板上具有本发明提供的测试图形。

提供晶圆，所述晶圆上形成有光阻层。

以所述掩模板进行曝光以图形化所述光阻层，在光阻层上形成对应测试图形的测试结构，所述测试结构包括：

对应基准光栅图形组的基准标记，所述基准标记包括多个对应第一条状图形的第一条形结构；

对应测试光栅图形组的测试标记，所述测试标记包括多个对应第二条状图形的第二条形结构，每个所述第二条形结构包括平行排布的一个基准条形结构和多个测试条形结构，所述基准条形结构的宽度大于所述测试条形结构的宽度；

测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量；

根据所述位置偏移量，获得晶圆在曝光时的散焦量。

参考图5至9，示出了本发明散焦量的测试方法一实施例的示意图。首先参考图5，本实施例散焦量的测试方法包括：

提供掩模板，所述掩模板为本发明第一实施例提供的掩模板700。

继续参考图5，提供晶圆500，所述晶圆500上形成有光阻层600。

以所述掩模板700图形化所述光阻层600，在光阻层600上形成对应测试图形的测试结构。在本实施例中，具体地，图形化所述光阻层600的步骤包括：在光刻设备中对晶圆500进行曝光，然后对所述光阻层600进行显影， 在所述光阻层600上形成第一测试结构。

本实施例中，由于所述掩模板为本发明第一实施例提供的掩模板700，因此可以继续参考图1、图2，所述测试图形包括：

第一基准光栅图形组11，所述第一基准光栅图形组11包括多个平行排布的第一条状图形01。

第一测试光栅图形组12，所述第一测试光栅图形组12包括多个平行排布的第二条状图形02，所述第一条状图形01和第二条状图形02沿同一方向延伸。

如图2所示，每个所述第二条状图形02包括平行排布的一条基准条形201和若干条测试条形202，所述基准条形201的宽度大于所述测试条形202的宽度。

参考图6，示出了本实施例测试方法所形成的第一测试结构的示意图，并结合参考图1，所述第一测试结构包括：

对应第一基准光栅图形组11的基准标记110，所述基准标记110包括多个对应第一条状图形01的第一条形结构101。

对应第一测试光栅图形组12的测试标记120，所述测试标记120包括多个对应第二条状图形02的第二条形结构102。

参考图7，并结合参考图2，每个所述第二条形结构102包括平行排布的一条基准条形结构1021和若干条测试条形结构1022，所述第一条状结构101和基准条形结构1021的宽度大于所述测试条形结构1022的宽度。

本实施例中，形成所述基准标记110与测试标记120之后，采用套刻精度测量设备测量所述基准标记110和测试标记120之间的位置偏移量，根据所述位置偏移量，获得晶圆在曝光时的散焦量。

在曝光机台中通过掩模板图形曝光显影形成光阻图形时，掩模板图形的尺寸越大，掩模板图形的景深也越大。也就是说，在晶圆的散焦量增大时，较大尺寸的掩模板图形能够在光阻层上成较清晰的像，所得到的光阻图形形貌较好；较小尺寸的掩模板图形在光阻层上成像较为模糊，所得到的光阻图 形形貌较差，由其表现为光阻图形的顶部收缩，光阻图形的顶部尺寸小于底部尺寸。

结合参考图8，示出了在晶圆在最佳焦深处(如图中虚线501处)曝光时，得到基准条形结构1021和测试条形结构1022的剖视图。在最佳焦深处，晶圆的散焦量为0，因此所得到基准条形结构1021和测试条形结构1022形貌均较好，基准条形结构1021的顶部宽度和底部宽度基本相同，测试条形结构1022的顶部宽度和底部宽度也基本相同。

采用套刻精度测量设备测量所述基准标记110和测试标记120之间的位置偏移量时，所述第二条形结构102的位置的测量值在所述第二条形结构102的中心位置处(图7中箭头示出了获得的所述第二条形结构102的位置的测量值)。套刻精度测量设备获得的所述基准标记110和测试标记120的位置均不发生偏移，进而得到的位置偏移量为准确值，即所述基准标记110和测试标记120之间的位置偏移量为一预先设计值。当所述基准标记110和测试标记120在同一方向上的位置坐标相同时，得到的位置偏移量为0。

结合参考图9，示出了当晶圆不在最佳焦深处(如图4中虚线502或虚线503处)曝光时，得到基准条形结构1021和测试条形结构1022的剖视图。当晶圆不在最佳焦深处曝光时，得到的所述测试条形结构1022的顶部尺寸具有较为明显的缩小，而所述基准条形结构1021和第一条形结构101(图8中未示出)的顶部尺寸没有明显变化。

采用套刻精度测量设备对所述基准标记和测试标记之间的位置偏移量进行测试时，套刻精度测量设备获得的所述基准标记110位置的测量值不发生偏移，获得的所述测试标记120位置的测量值会发生偏移。

具体地，所述套刻精度测量设备探测晶圆上的光阻图形反射回的光来获得光阻图形的位置。由于所述测试条形结构1022的顶部尺寸具有较为明显的缩小，所述套刻精度测量设备接收到述测试条形结构1022的反射光较少，接收到所述基准条形结构1021的反射光较多，获得的所述第二条形结构102的位置的测量值向所述基准条形结构1021的位置偏移(图8中箭头示出了获得的所述第二条形结构102的位置的测量值)，即所述测试标记120的位置测量 值发生偏移，使得所述套刻精度测量设备探测所得的基准标记110和所述测试标记120位置测量值产生位置偏移量。

对所述套刻精度测量设备探测到的所述多个第二条形结构102位置的测量值做处理，即可得到所述测试标记120的位置测量值，所述第二条形结构102的位置测量值向所述基准条形结构1021偏移，引起所述测试标记120位置测量值发生变化，进而引起所述基准标记110与测试标记120之间的位置偏移量发生变化。

在本实施例中，可以通过实验获得所述位置偏移量与散焦量之间的函数关系。通过建立所述基准标记110与测试标记120之间的位置偏移量和散焦量之间的函数关系，能够方便地采用测量位置偏移量的方法获得晶圆的散焦量，进而根据散焦量调节后续其他晶圆在曝光机台中的状态，例如晶圆与掩模板之间的距离，以使后续晶圆处于最佳焦深附近，进而有效提高后续晶圆上半导体器件的质量。

因此，采用本发明提供的散焦量的测试方法，能够在实际生产中，在晶圆上与实际需求的图形同步地形成测试结构。采用现有的套刻精度测量设备对测试结构中，基准标记110与测试标记120之间的位置偏移量进行测试，能够得到所述晶圆的散焦量。在每一批次的晶圆制作中，根据前一个晶圆上测试标记的测试结果，得到前一晶圆的散焦量，并相应调整后续晶圆在曝光机台中的状态，使得整批晶圆在曝光时出于最佳焦深附近，有效提高了整批晶圆上半导体器件的质量。

所述测试条形结构1022的顶部尺寸的改变很容易引起套刻精度测量设备获得的所述第二条形结构102的位置的测量值向所述基准条形结构1021的位置偏移，因此所述基准标记110与测试标记120之间的位置偏移量对所述晶圆的散焦量变化的反应较为灵敏，使所述基准标记110与测试标记120之间的位置偏移量的测试精度较高，进而提高了散焦量的测量精度。

需要说明的是，由于散焦量增大容易引起所述测试条形结构1022的顶部宽度变小，因此晶圆不在最佳焦深时，所述基准标记与测试标记之间的位置偏移量沿所述测试条形结构1022的宽度方向，即沿第一条状图形01和第二 条状图形02的宽度方向。

在本实施例中，所述第一条状图形01的宽度为16微米，所述基准条形201的宽度为8微米，所述多个第一条状图形01之间的间距为16微米，所述第一条状图形01对应形成的第一条形结构101的宽度为4微米，所述基准条形201对应形成的基准条形结构1021的宽度为2微米，所述多个第一条形结构101之间的间距为4微米。

所述测试条形202的宽度为720纳米，所述多个测试条形202之间的间距为720纳米，所述测试条形202对应形成的测试条形结构1022的宽度为180纳米，间距为180纳米。

需要说明的是，掩模板图形的尺寸与掩模板图形的景深成正比。具体地，以目前光刻工艺常用的掩模板与晶圆尺寸比例为4:1的曝光机台，当掩模板图形的尺寸在4微米时，掩模板图形的景深在60微米左右，当掩模板图形的尺寸在180纳米时，掩模板图形的散焦量在30微米左右，也就是说，尺寸为4微米的掩模板图形能够在散焦量为60微米时，在光阻层上成像较清晰，尺寸为180纳米的掩模板图形能够在散焦量为30微米时，在光阻层上成像较清晰。在同样的散焦量下，尺寸为4微米的掩模板图形所形成的光阻图形形貌较好，尺寸为180纳米的掩模板图形所形成的光阻图形容易变形，在本实施例中，当晶圆不在最佳焦深时，得到的第一条形结构101和基准条形结构1021不容易出现形变，而测试条形结构1022的顶部宽度容易变小。

但是本发明对第一条形结构101和基准条形结构1021、测试条形结构1022的宽度和间距不做限制，可选的，所述第一条形结构101的宽度可以在3到5微米的范围内，所述多个第一条形结构101之间的间距可以在3到5微米的范围内，所述基准条形结构1021的宽度可以在1到3微米的范围内，所述测试条形结构1022的宽度可以在150纳米到200纳米的范围内，所述多个测试条形202之间的间距可以在150纳米到200纳米的范围内。

所述第一条状图形01的宽度和多个第一条状图形01之间的间距相同，所述测试条形202的宽度和多个测试条形202之间的间距相同，这样的掩模板图形设计较为简便且不容易，形成的光阻图形结构规则，便于测量。但是 本发明对所述第一条状图形01的宽度和多个第一条状图形01之间的间距是否相同，所述测试条形202的宽度和多个测试条形202之间的间距是否相同不做限制。

需要说明的是，在本实施例中，在所述掩模板上具有多个所述测试图形，在光阻层上对应形成多个测试结构，在对基准标记110与测试标记120之间的位置偏移量进行测试的步骤中，对多个所述测试结构进行测试，得到多个位置偏移量测量值，从而得到多个散焦量测量值。接下来可以取所述多个散焦量测量值的平均值作为晶圆在曝光时的散焦量，作为调整晶圆位置的参考值，也可以将所述多个散焦量测量值综合考虑，作为调整晶圆位置的参考值。

需要说明的是，在本实施例中，所述晶圆上包括多个曝光单元(die)，所述曝光单元由掩模板700上的曝光区域对应形成，在以所述掩模板700图形化所述光阻层的步骤中，在每个曝光单元边缘外形成所述测试结构。

具体地，在本实施例中，所述掩模板700为本发明提供的掩模板第一实施例中的掩模板700，可以结合参考图3，在所述掩模板700上包括多个曝光区域701，每个所述曝光区域701的边缘外设有三个所述测试图形10，因此，在每个曝光单元边缘外形成三个所述测试结构。

在测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量的步骤中，还可以对每个曝光单元上的所述测试结构进行测试，获得每个曝光单元上三个测试结构的位置偏移量测量值，并得出三个测试结构的位置偏移量测量值的平均值，将所述平均值带入位置偏移量与散焦量之间的函数关系，从而得到每个曝光单元所在位置在晶圆曝光时的散焦量。

在根据散焦量调整后续晶圆在曝光机台中的状态的步骤中，根据每个曝光单元在晶圆曝光时的散焦量的调整后续晶圆在曝光机台中的状态，使得后续晶圆中每个对应曝光单元在晶圆曝光时都能出于最佳焦深附近，从而更有利于每个曝光单元上的半导体器件都具有较好的质量。

需要说明的是，在其他实施例中，在后续根据散焦量调整后续晶圆在曝光机台中的状态的步骤中，还可以根据所有曝光单元的多个散焦量测量值的平均值调整后续晶圆在曝光机台中的状态，例如后续晶圆在与所述掩模板700 垂直方向上的位置，能够使后续晶圆处于最佳焦深附近，这样的调节后续晶圆状态的步骤比较简单，容易操作。

本发明还提供一种散焦量的测试系统，所述散焦量的测试系统可以但不限于用于本发明提供的测试方法。

图10是出了本发明散焦量的测试系统一实施例的示意图，参考图10，在本实施例中，所述测试系统包括：

晶圆500`，在本实施例中，所述晶圆500`上形成有光阻层600`。

光刻设备800，在本实施例中，所述光刻设备800包括曝光设备和显影设备。

本发明提供的掩模板700`，所述掩模板700`包括测试图形，所述掩模板700`置于光刻设备800中，用于在对晶圆500`进行曝光的过程中，图形化所述光阻层600`，在光阻层600`上形成对应测试图形的测试结构。在本实施例中，所述掩模板为本发明掩模板第一实施例提供的掩模板700`。

在本实施例中，在所述光刻设备中，以所述掩模板700`图形化所述光阻层600`，能够在光阻层600`上形成对应测试图形的测试结构。所述测试结构包括基准标记和测试标记。所述测试结构包括：

对应基准光栅图形组的基准标记，所述基准标记包括多个对应第一条状图形的第一条形结构；

对应测试光栅图形组的测试标记，所述测试标记包括多个对应第二条状图形的第二条形结构，每个所述第二条形结构包括的一个基准条形结构和多个测试条形结构，所述基准条形结构和所述多个测试条形结构平行排布，所述基准条形结构的宽度大于所述测试条形结构的宽度。

在本实施例中，所述测试系统还包括：

测量单元801，与所述光刻设备800相连，用于测量晶圆上基准标记与测试标记之间的位置偏移量。在本实施例中，所述测量单元为套刻精度测量设备。

存储单元803，用于存储通过实验获得的位置偏移量与散焦量之间的函数 关系。

计算单元802，与所述测量单元801和存储单元803相连，用于根据基准标记与测试标记之间的位置偏移量，计算得到晶圆在光刻设备中的散焦量。

在所述光刻设备中进行曝光时，如果在晶圆500`不处于最佳焦深处的情况下，显影后形成的所述测试条形结构的顶部尺寸具有较为明显的缩小，而所述基准条形结构和的第一条形结构的顶部尺寸没有明显变化。采用所述套刻精度测量设备对所述基准标记和测试标记之间的位置偏移量进行测试时，套刻精度测量设备获得的所述基准标记的位置测量值不发生偏移，获得的所述测试标记位置测量值会发生偏移，进而使所述位置偏移量发生变化。

本实施例测试系统的存储单元803存储有通过实验获得的位置偏移量与散焦量之间的函数关系，所述计算单元802能够根据测量单元801所测得的位置偏移量，并调用存储单元803中的函数关系，计算得到晶圆在光刻设备中的散焦量。

需要说明的是，本发明对是否包括存储单元803不做限制，在其他实施例中，还可以不包括所述存储单元803。所述计算单元802可以直接根据所述位置偏移量计算得到所述散焦量。

本发明测试系统可以用于本发明提供的测量散焦量的方法，由于集成有用于计算散焦量的计算单元，采用本发明提供的测试系统，能够便捷地实施本发明提供的散焦量的测试方法，得到晶圆的散焦量，并根据散焦量相应调整后续晶圆在曝光机台中的状态，使得整批晶圆在曝光时出于最佳焦深附近，有效提高了整批晶圆上半导体器件的质量。

需要说明的是，在本实施例中，所述掩模板700`上包括多个曝光区域，每个所述曝光区域用于在所述晶圆500`上形成一个对应的曝光单元；所述测试图形位于每个所述曝光区域边缘，在以所述掩模板图形化所述光阻层的步骤中，在每个曝光单元边缘的所述光阻层600`上对应形成所述测试结构。

在测量基准标记与测试标记之间的位置偏移量的步骤中，对每个曝光单元上的所述测试结构进行测量，获得每个曝光单元上测试结构的位置偏移量测量值，从而得到每个曝光单元在晶圆曝光时的散焦量。

在根据散焦量调整后续晶圆在曝光机台中的状态的步骤中，根据每个曝光单元在晶圆曝光时的散焦量的调整后续晶圆在曝光机台中的状态，使得后续晶圆中每个对应曝光单元在晶圆曝光时都能出于最佳焦深附近，从而更有利于每个曝光单元上的半导体器件都具有较好的质量。

虽然本发明披露如上，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。