光刻机的焦距监控光罩及方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种光刻机的焦距监控光罩；本发明还涉及一种光刻机的焦距监控方法。

背景技术：

光刻机的焦距或焦点(focus)的参数表现对过货产品的质量有着至关重要的影响，需要定期确认参数以确保机台稳定。目前光刻机如asml的光刻机台使用调平检验测试(levelingverificationtest，lvt)验机光罩进行焦距监控(focusmonitor)，通过光罩上的特殊结构把垂直方向距离转变成水平方向,把机台的焦距偏移转换到套准(ovl)机台量测上，从而计算出光刻机的focus参数。因为ovl机台量测的精确度高，重复性好，且这种检测方法不影响光刻机的产能，因而被广泛运用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种光刻机的焦距监控光罩，能提高焦距模拟的精确性，且成本低易实现。为此，本发明还提供一种光刻机的焦距监控方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的光刻机的焦距监控光罩包括：

多个第一种图形结构，具有能使光线直线穿过的平面式结构。

多个第二种图形结构，由平面式结构和楔型结构叠加而成，所述第二种图形结构的平面式结构和所述第一种图形结构的平面式结构相同。

所述第二种图形结构的所述楔型结构的底部表面覆盖所述平面式结构的顶部表面，所述楔型结构能使光线方向和光程改变。

多个所述第一种图形结构和所述第二种图形结构的平面式结构在焦距监控光罩排列成阵列结构；在对应的所述平面式结构上设置所述楔型结构形成所述第二种图形结构的阵列结构。

光刻机的焦距由通过所述第一种图形结构曝光形成的第一种曝光图形和由所述第二种图形结构曝光形成的第二种曝光图形的叠加图形的套准进行测量得到，所述楔型结构对光线方向的改变使所述焦距的纵向变化转移到横向上，通过对所述叠加图形在横向上的套准计算得到所述焦距。

所有所述第二种图形结构的楔型结构的楔型方向设置相同，使得用于焦距测量的所述叠加图形的数量增加以及分布位置增加，提高对所述焦距的模拟计算的精确性。

进一步的改进是，所述楔型结构的顶部表面的第一顶点位于底部表面上，第二顶点和第三顶点的高度相同且位于所述第一顶点的两侧，第四顶点的高度最大且位于所述第一顶点的对角线上，所述第一顶点和所述第四顶点的连线方向为所述楔型结构的楔型方向。

进一步的改进是，所述楔型结构的侧面包括两个直角三角形和两个直角梯形。

进一步的改进是，在横向上，相邻的所述第二种图形结构之间间隔所述第一种图形结构的数量相等；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构之间间隔所述第一种图形结构的数量相等。

进一步的改进是，在横向上，相邻的所述第二种图形结构之间间隔所述第一种图形结构的数量为一个；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构之间间隔所述第一种图形结构的数量为二个。

进一步的改进是，在所述焦距监控光罩的正中央位置设有一个所述第二种图形结构，且在纵向上，在所述正中央位置的所述第二种图形结构的两侧分别设置有一个所述第二种图形结构并组成3个所述第二种图形结构纵向连续排列的结构。

在和所述正中央位置的所述第二种图形结构两侧的间隔有第一个所述第二种图形结构的位置上也设置有3个所述第二种图形结构纵向连续排列的结构。

进一步的改进是，所述第二种图形结构的阵列结构包括7行和7列。

为解决上述技术问题，本发明提供的光刻机的焦距监控方法包括如下步骤：

步骤一、进行光刻机的焦距监控光罩的设置，设置的所述焦距监控光罩包括：

多个第一种图形结构，具有能使光线直线穿过的平面式结构。

多个第二种图形结构，由平面式结构和楔型结构叠加而成，所述第二种图形结构的平面式结构和所述第一种图形结构的平面式结构相同。

所述第二种图形结构的所述楔型结构的底部表面覆盖所述平面式结构的顶部表面，所述楔型结构能使光线方向和光程改变。

多个所述第一种图形结构和所述第二种图形结构的平面式结构在焦距监控光罩排列成阵列结构；在对应的所述平面式结构上设置所述楔型结构形成所述第二种图形结构的阵列结构，将所有所述第二种图形结构的楔型结构的楔型方向设置相同。

步骤二、在所述光刻机中采用焦距监控光罩进行第一次曝光，所述第一次曝光通过所述第一种图形结构进行并形成第一种曝光图形。

步骤三、在所述光刻机中采用焦距监控光罩进行第二次曝光，所述第二次曝光通过所述第二种图形结构进行并形成第二种曝光图形；所述第一种曝光图形和所述第二种曝光图形相叠加形成叠加图形，所述楔型结构对光线方向的改变使所述焦距的纵向变化转移到横向上。

步骤四、在横向上对所述叠加图形进行套准测量并计算得到所述光刻机的焦距；所有所述第二种图形结构的楔型结构的楔型方向设置相同，使得能用于焦距测量的所述叠加图形的数量增加以及分布位置增加，提高对所述焦距的模拟计算的精确性。

进一步的改进是，所述楔型结构的顶部表面的第一顶点位于底部表面上，第二顶点和第三顶点的高度相同且位于所述第一顶点的两侧，第四顶点的高度最大且位于所述第一顶点的对角线上，所述第一顶点和所述第四顶点的连线方向为所述楔型结构的楔型方向。

进一步的改进是，所述楔型结构的侧面包括两个直角三角形和两个直角梯形。

进一步的改进是，在横向上，相邻的所述第二种图形结构之间间隔所述第一种图形结构的数量相等；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构之间间隔所述第一种图形结构的数量相等。

进一步的改进是，在横向上，相邻的所述第二种图形结构之间间隔所述第一种图形结构的数量为一个；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构之间间隔所述第一种图形结构的数量为二个。

进一步的改进是，在所述焦距监控光罩的正中央位置设有一个所述第二种图形结构，且在纵向上，在所述正中央位置的所述第二种图形结构的两侧分别设置有一个所述第二种图形结构并组成3个所述第二种图形结构纵向连续排列的结构。

在和所述正中央位置的所述第二种图形结构两侧的间隔有第一个所述第二种图形结构的位置上也设置有3个所述第二种图形结构纵向连续排列的结构。

进一步的改进是，所述第二种图形结构的阵列结构包括7行和7列。

进一步的改进是，步骤四中采用ovl机台进行套准测量。

本发明对由平面式结构组成的第一种图形新结构和由平面式结构和楔型结构叠加而成的第二种图形结构中的第二种图形结构的排列方式进行了特别的设置，这种特别设置是将所有第二种图形结构的楔型结构的楔型方向设置相同，使得用于焦距测量的叠加图形的数量增加以及分布位置增加，从而提高对焦距的模拟计算的精确性；由于本发明仅需对第二种图形结构的楔型结构的楔型方向进行设置即可实现，和现有光罩的成本相同，所以本发明还具有成本低易实现的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有光刻机的焦距监控光罩图；

图2a是现有光刻机的焦距监控光罩中的楔型结构图；

图2b是现有光刻机的焦距监控光罩中两种图形结构的光路示意图；

图3是采用图1所示的焦距监控光罩经过两次曝光后形成用于模拟焦距的叠加图形；

图4是本发明实施例光刻机的焦距监控光罩图；

图5是采用图4所示的焦距监控光罩经过两次曝光后形成用于模拟焦距的叠加图形。

具体实施方式

现有光刻机的焦距监控光罩是在对现有光刻机的焦距监控光罩做详细分析的基础上得到的，在详细介绍现有结构之前先介绍一下现有结构：

如图1所示，是现有光刻机的焦距监控光罩图；现有光刻机的焦距监控光罩1a包括：

多个第一种图形结构101，具有能使光线直线穿过的平面式结构。

多个第二种图形结构102，由平面式结构和楔型结构103叠加而成，所述第二种图形结构102的平面式结构和所述第一种图形结构101的平面式结构相同。楔型结构103的结构图请参考图2a所示。

所述楔型结构103的侧面包括两个直角三角形和两个直角梯形。所述楔型结构103的顶部表面的第一顶点位于底部表面上，第二顶点和第三顶点的高度相同且位于所述第一顶点的两侧，第四顶点的高度最大且位于所述第一顶点的对角线上，所述第一顶点和所述第四顶点的连线方向为所述楔型结构103的楔型方向。

所述第二种图形结构102的所述楔型结构103的底部表面覆盖所述平面式结构的顶部表面，所述楔型结构103能使光线方向和光程改变。

两种图形结构的光路示意图请参考图2b所示，光线105a直线穿过所述第一种图形结构101。光线105b在穿过所述第二种图形结构102的所述楔型结构103时会产生方向改变以及光程改变，光程改变会改变聚焦的纵向位置，光线的方向改变会改变图形在焦距上聚焦的横向位置；本发明说明书中，纵向是指z轴方向，横向是指x轴或y轴方向即xy平面方向。

多个所述第一种图形结构101和所述第二种图形结构102的平面式结构在焦距监控光罩排列成阵列结构；图1中所述第二种图形结构102的平面式结构也用一个和所述第一种图形结构101相同的小方块表示。

在对应的所述平面式结构上设置所述楔型结构103形成所述第二种图形结构102的阵列结构。

在横向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量相等；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量相等。图1中，在横向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量为一个；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量为二个。

在所述焦距监控光罩的正中央位置设有一个所述第二种图形结构102，且在纵向上，在所述正中央位置的所述第二种图形结构102的两侧分别设置有一个所述第二种图形结构102并组成3个所述第二种图形结构102纵向连续排列的结构。在和所述正中央位置的所述第二种图形结构102两侧的间隔有第一个所述第二种图形结构102的位置上也设置有3个所述第二种图形结构102纵向连续排列的结构。图1中，所述第二种图形结构102的阵列结构包括7行和7列。图1中，显示了两个纵向相邻的所述第二种图形结构102的中心位置的纵向距离为21.62mm，两个横向相邻的所述第二种图形结构102的中心位置的横向距离为16.96mm，最中心的所述第二种图形结构102的中心位置到所述光罩1a的边缘的横向距离和纵向距离都为76.2mm。

光刻机的焦距由通过所述第一种图形结构101曝光形成的第一种曝光图形和由所述第二种图形结构102曝光形成的第二种曝光图形的叠加图形202的套准进行测量得到，所述楔型结构103对光线方向的改变使所述焦距的纵向变化转移到横向上，通过对所述叠加图形202在横向上的套准计算得到所述焦距，所述叠加图形202即为焦距测量用的标记(ovlmark)。采用ovl机台进行套准测量。

现有结构中，所有所述第二种图形结构102的楔型结构103的楔型方向共包括4种，4种方向依次循环设置，标记104表示所述楔型结构103中位置最低的一个顶点104，通过该最低顶点的位置设置即可得知楔型结构103的楔型方向。图1中各最低顶点104依次设置在所述第二种图形结构102的右下角，左下角，左上角和右上角，接着进行后续的循环设置。但由于楔型方向共有四种，所以，所述楔型结构103楔型结构共分4种位置，ovl机台进行套准测量时只能选一种位置进行模型建立，故导致了量测mark数量较少，图3中显示了图形衬底201上形成的叠加图形202的数量为11个，各叠加图形202都用虚线圈标出。

本发明实施例：

如图4所示，是本发明实施例光刻机的焦距监控光罩图；本发明实施例光刻机的焦距监控光罩1包括：

多个第一种图形结构101，具有能使光线直线穿过的平面式结构。

多个第二种图形结构102，由平面式结构和楔型结构103叠加而成，所述第二种图形结构102的平面式结构和所述第一种图形结构101的平面式结构相同。楔型结构103的结构图请参考图2a所示。

所述楔型结构103的侧面包括两个直角三角形和两个直角梯形。所述楔型结构103的顶部表面的第一顶点位于底部表面上，第二顶点和第三顶点的高度相同且位于所述第一顶点的两侧，第四顶点的高度最大且位于所述第一顶点的对角线上，所述第一顶点和所述第四顶点的连线方向为所述楔型结构103的楔型方向。

所述第二种图形结构102的所述楔型结构103的底部表面覆盖所述平面式结构的顶部表面，所述楔型结构103能使光线方向和光程改变。

两种图形结构的光路示意图请参考图2b所示，光线105a直线穿过所述第一种图形结构101。光线105b在穿过所述第二种图形结构102的所述楔型结构103时会产生方向改变以及光程改变，光程改变会改变聚焦的纵向位置，光线的方向改变会改变图形在焦距上聚焦的横向位置。

多个所述第一种图形结构101和所述第二种图形结构102的平面式结构在焦距监控光罩排列成阵列结构；图4中所述第二种图形结构102的平面式结构也用一个和所述第一种图形结构101相同的小方块表示。

在对应的所述平面式结构上设置所述楔型结构103形成所述第二种图形结构102的阵列结构。

在横向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量相等；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量相等。图4中，在横向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量为一个；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量为二个。

在所述焦距监控光罩的正中央位置设有一个所述第二种图形结构102，且在纵向上，在所述正中央位置的所述第二种图形结构102的两侧分别设置有一个所述第二种图形结构102并组成3个所述第二种图形结构102纵向连续排列的结构。在和所述正中央位置的所述第二种图形结构102两侧的间隔有第一个所述第二种图形结构102的位置上也设置有3个所述第二种图形结构102纵向连续排列的结构。图4中，所述第二种图形结构102的阵列结构包括7行和7列。

光刻机的焦距由通过所述第一种图形结构101曝光形成的第一种曝光图形和由所述第二种图形结构102曝光形成的第二种曝光图形的叠加图形302的套准进行测量得到，所述楔型结构103对光线方向的改变使所述焦距的纵向变化转移到横向上，通过对所述叠加图形302在横向上的套准计算得到所述焦距，所述叠加图形302即为焦距测量用的标记。采用ovl机台进行套准测量。

所有所述第二种图形结构102的楔型结构103的楔型方向设置相同，标记104表示所述楔型结构103中位置最低的一个顶点104，通过该最低顶点的位置设置即可得知楔型结构103的楔型方向。图4中各最低顶点104都设置在所述第二种图形结构102的右下角。所有所述第二种图形结构102的楔型结构103的楔型方向相同，使得用于焦距测量的所述叠加图形302的数量增加以及分布位置增加，提高对所述焦距的模拟计算的精确性。如图5所示，是采用图4所示的焦距监控光罩经过两次曝光后形成用于模拟焦距的叠加图形302，整个图形衬底301上形成的叠加图形302的数量相对于图3明显增加，数量约为图3中的4倍；由于图5黑白打印后叠加图形302不太清楚，在图5中用虚线圈将各叠加图形302圈出。

本发明实施例对由平面式结构组成的第一种图形新结构和由平面式结构和楔型结构103叠加而成的第二种图形结构102中的第二种图形结构102的排列方式进行了特别的设置，这种特别设置是将所有第二种图形结构102的楔型结构103的楔型方向设置相同，使得用于焦距测量的叠加图形302的数量增加以及分布位置增加，从而提高对焦距的模拟计算的精确性；由于本发明实施例仅需对第二种图形结构102的楔型结构103的楔型方向进行设置即可实现，和现有光罩的成本相同，所以本发明实施例还具有成本低易实现的优点。

本发明实施例光刻机的焦距监控方法包括如下步骤：

步骤一、进行光刻机的焦距监控光罩的设置，设置的所述焦距监控光罩包括：

多个第一种图形结构101，具有能使光线直线穿过的平面式结构。

多个第二种图形结构102，由平面式结构和楔型结构103叠加而成，所述第二种图形结构102的平面式结构和所述第一种图形结构101的平面式结构相同。

所述楔型结构103的侧面包括两个直角三角形和两个直角梯形。所述楔型结构103的顶部表面的第一顶点位于底部表面上，第二顶点和第三顶点的高度相同且位于所述第一顶点的两侧，第四顶点的高度最大且位于所述第一顶点的对角线上，所述第一顶点和所述第四顶点的连线方向为所述楔型结构103的楔型方向。

所述第二种图形结构102的所述楔型结构103的底部表面覆盖所述平面式结构的顶部表面，所述楔型结构103能使光线方向和光程改变。

两种图形结构的光路示意图请参考图2b所示，光线105a直线穿过所述第一种图形结构101。光线105b在穿过所述第二种图形结构102的所述楔型结构103时会产生方向改变以及光程改变，光程改变会改变聚焦的纵向位置，光线的方向改变会改变图形在焦距上聚焦的横向位置。

多个所述第一种图形结构101和所述第二种图形结构102的平面式结构在焦距监控光罩排列成阵列结构；在对应的所述平面式结构上设置所述楔型结构103形成所述第二种图形结构102的阵列结构。

在横向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量相等；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量相等。图4中，在横向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量为一个；在纵向上，相邻的所述第二种图形结构102之间间隔所述第一种图形结构101的数量为二个。

在所述焦距监控光罩的正中央位置设有一个所述第二种图形结构102，且在纵向上，在所述正中央位置的所述第二种图形结构102的两侧分别设置有一个所述第二种图形结构102并组成3个所述第二种图形结构102纵向连续排列的结构。在和所述正中央位置的所述第二种图形结构102两侧的间隔有第一个所述第二种图形结构102的位置上也设置有3个所述第二种图形结构102纵向连续排列的结构。图4中，所述第二种图形结构102的阵列结构包括7行和7列。

所有所述第二种图形结构102的楔型结构103的楔型方向设置相同，标记104表示所述楔型结构103中位置最低的一个顶点104，通过该最低顶点的位置设置即可得知楔型结构103的楔型方向。图4中各最低顶点104都设置在所述第二种图形结构102的右下角。

步骤二、在所述光刻机中采用焦距监控光罩进行第一次曝光，所述第一次曝光通过所述第一种图形结构101进行并形成第一种曝光图形。

步骤三、在所述光刻机中采用焦距监控光罩进行第二次曝光，所述第二次曝光通过所述第二种图形结构102进行并形成第二种曝光图形；所述第一种曝光图形和所述第二种曝光图形相叠加形成叠加图形302，所述楔型结构103对光线方向的改变使所述焦距的纵向变化转移到横向上。

步骤四、在横向上对所述叠加图形302进行套准测量并计算得到所述光刻机的焦距，采用ovl机台进行套准测量。所有所述第二种图形结构102的楔型结构103的楔型方向设置相同，使得能用于焦距测量的所述叠加图形302的数量增加以及分布位置增加，提高对所述焦距的模拟计算的精确性。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。