球差测试掩膜版及光刻机台的球差检测方法与流程

本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种球差测试掩膜版及光刻机台的球差检测方法。

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。

当投影透镜存在球差时，表现为不同大小的关键尺寸(cd，criticaldemotion)对应的最佳焦距(bestfoucs)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，本申请提供了一种球差测试掩膜版及光刻机台的球差检测方法。该技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种球差测试掩膜版，该球差测试掩膜版上布满对应不同cd的球差测试标记，球差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；

每个球差测试标记由第一测试子标记和第二测试子标记构成，第一测试子标记位于第二测试子标记的上方，第一测试子标记与第二测试子标记的形状相同，第一测试子标记的cd大于第二测试子标记的cd；

测试子标记包括第一类透光矩形条和第二类透光矩形条，第二类透光矩形条的上方设置有两个平行的第一类透光矩形条，第二类透光矩形条的右侧设置有两个平行的第一类透光矩形条，第二类透光矩形条的cd是第一类透光矩形条的cd的2倍以上；

在第二测试子标记中，第一类透光矩形条的cd与待测光刻机台的最小分辨率相同。

第二方面，本申请实施例提供了一种光刻机台的球差检测方法，该方法包括：

在晶圆表面涂布光刻胶；

利用球差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球差值；

其中，球差测试掩膜版上布满对应不同cd的球差测试标记，球差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；

每个球差测试标记由第一测试子标记和第二测试子标记构成，第一测试子标记位于第二测试子标记的上方，第一测试子标记与第二测试子标记的形状相同，第一测试子标记的cd大于第二测试子标记的cd；

测试子标记包括第一类透光矩形条和第二类透光矩形条，第二类透光矩形条的上方设置有两个平行的第一类透光矩形条，第二类透光矩形条的右侧设置有两个平行的第一类透光矩形条，第二类透光矩形条的cd是第一类透光矩形条的cd的2倍以上；

在第二测试子标记中，第一类透光矩形条的cd与待测光刻机台的最小分辨率相同。

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：

利用上述第一方面提供的球差测试掩膜版和待测光刻机台对晶圆进行曝光，经过显影后，球差测试掩膜版上的球差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球差测试掩膜版上的球差测试标记存在偏差，通过ovl机台(套刻机台)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球差值；解决了目前光刻机台的球差检测复杂的问题；达到了提高测量光刻机台球差的简便度的效果。

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球差测试掩膜版的示意图；

图2是本申请实施例提供的球差测试标记的示意图；

图3是图2所示的球差测试标记经过曝光显影后在晶圆上形成的测试图形；

图4是本申请实施例提供的一种光刻机台的球差检测方法的流程图。

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球差测试掩膜版的示意图。

该球差测试掩膜版11上布满对应不同cd(criticaldemotion，关键尺寸)的球差测试标记12。

球差测试掩膜版11的大小和待测光刻机台的最大曝光区域的大小相同。

如图2所示，每个球差测试标记由1个第一测试子标记21和1个第二测试子标记22构成，第一测试子标记21位于第二测试子标记22的上方，第一测试子标记21与第二测试子标记22的形状相同；第一测试子标记21的cd大于第二测试子标记22的cd。

需要说明是，球差测试掩膜版11中球差测试标记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。

每个测试子标记包括第一类透光矩形条23和第二类透光矩形条24，第二类透光矩形条24的上方设置有两个平行的第一类透光矩形条23，第二类透光矩形条24的右侧设置有两个平行的第一类透光矩形条23。

第一类透光矩形条23的长边与第二类透光矩形条24的长边平行。

第二类透光矩形条24上方设置的第一类透光矩形条23与第二类透光矩形条24右侧设置的第一类透光矩形条23相互垂直。

第二类透光矩形条24的关键尺寸是第一类透光矩形条23的关键尺寸的2倍以上。

需要说明的是，第一类透光矩形条23和第二类透光矩形条24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。

在第二测试子标记22中，第一类透光矩形条23的关键尺寸与待测光刻机台的最小分辨率相同。

由于不同cd的图形的球差不同，若需要测量不同cd对应的球差，则需要在球差测试掩膜版上设置所需检测的cd对应的球差测试标记。

在球差测试标记中，第一测试子标记21中第一类透光矩形条23的cd与所需检测的cd对应。

利用本申请实施例提供的球差测试掩膜版和待测光刻机台对晶圆进行曝光，经过显影后，球差测试掩膜版上的球差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球差测试掩膜版上的球差测试标记存在偏差，通过ovl机台(套刻机台)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球差值；解决了目前光刻机台的球差检测复杂的问题；达到了提高测量光刻机台球差的简便度的效果。

在一个例子中，若光刻机台存在球差效应，则经过光刻机台的曝光显影后，球差测试掩膜版上某一个位置的球差测试标记在晶圆表面呈现为图3所示的测试图形，测试图形中的图形31和图形32的套刻偏差不相等。

请参考图4，其示出了本申请实施例提供的一种光刻机台的球差检测方法的流程图，该方法至少包括如下步骤：

步骤401，在晶圆表面涂布光刻胶。

步骤402，利用球差测试掩膜版和待测光刻机台对晶圆进行曝光。

其中，球差测试掩膜版上布满对应不同cd的球差测试标记，球差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，每个球差测试标记由第一测试子标记和第二测试子标记构成，第一测试子标记位于第二测试子标记的上方，第一测试子标记与第二测试子标记的形状相同，第一测试子标记的cd大于第二测试子标记的cd。

测试子标记包括第一类透光矩形条和第二类透光矩形条，第二类透光矩形条的上方设置有两个平行的第一类透光矩形条，第二类透光矩形条的右侧设置有两个平行的第一类透光矩形条，第二类透光矩形条的关键尺寸是第一类透光矩形条的关键尺寸的2倍以上。

在第二测试子标记中，第一类透光矩形条的关键尺寸与待测光刻机台的最小分辨率相同。

可选的，利用球差测试掩膜版对晶圆上的至少1个区域进行曝光。

步骤403，对曝光后的晶圆进行显影。

显影后，球差测试掩膜版上对应不同cd的球差测试标记被转移到晶圆表面，晶圆表面形成与球差测试标记对应的测试图形。

步骤404，利用套刻机台测量晶圆表面形成的测试图形的套刻值。

利用球差测试掩膜版上设置的球差测试标记，将光刻机台的球差效应转换为套刻机台可以量测的套刻误差，实现利用套刻机台检测球差的效果。

步骤405，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球差值。

每个cd的套刻值与焦距变化量之间存在对应关系。

对于球差测试掩膜版上各个位置的球差测试标记，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，得到对应的球差值。

由于球差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，球差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球差值。

综上所述，本申请实施例提供的光刻机台的球差检测方法，通过在晶圆上涂布光刻胶，利用球差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，确定待测机台对应的不同曝光位置的球差值；解决了目前光刻机台的球差检测复杂的问题；达到了简便地测量光刻机台的球差的效果。

在基于图4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，预先通过实验获取不同cd对应的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球差时，可以直接根据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球差换算。

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。