CN101206406B - 光刻检测图形及光刻版版图 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻检测图形及光刻版版图，其中，所述检测图形至少由三组条形组组成，每一所述条形组内的条形宽度及分布周期相同，各个所述条形组之间的条形分布周期各不相同；具有多个该检测图形的版图可以实现对多种密集度的图形的监测，改善了现有的检测图形因未能全面检测光刻效果而导致的晶片报废或器件成品率低下的问题。

Description

光刻检测图形及光刻版版图

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种光刻检测图形及光刻版版图。

背景技术

在集成电路制造领域，光刻技术被用来将图案从包含电路设计信息的光刻掩膜版上转移到晶片上。其中的光刻掩膜版(mask)，也称为光刻版、掩膜版或者光罩，是一种对于曝光光线具有透光性的平板，其上具有对于曝光光线具有遮光性的至少一个几何图形，可实现有选择地遮挡照射到晶片表面光刻胶上的光，并最终在晶片表面的光刻胶上形成相应的图案。半导体制作中，如何确保设计的图形被准确地转移至半导体晶片上，是必须关注的重点问题之一。

然而，图形是否能准确转移至晶片上是由多方面的因素决定的，如光刻版版图中的图形设计、光刻胶的分辨率大小、曝光/显影的条件设定、前烘/后烘的温度及时间等。由于上述多个因素均对最终在晶片的光刻胶上形成的图形有影响，实际光刻工艺中，难以保证每一次光刻工艺均能准确地转移图形，而若在光刻胶上形成的图形不正常的情况下进入了后续的刻蚀、离子注入等工序，则会导致晶片因无法返工而报废。为此，在光刻工艺后，必须对芯片进行检测，以确保及时发现光刻中存在的不能满足要求的缺陷，并重新进行光刻，有效防止了晶片的报废。为了在检测时不损伤正式器件，通常该检测是通过光刻时在晶片的切割线位置上形成专用于测试的检测图形，并利用扫描电子显微镜(SEM，Scan Electronic Microscope)测试而实现。

图1A和1B为现有的光刻版版图及其所用的检测图形，其中，图1A为多组检测图形在光刻版上的分布情况示意图，图1B为每组检测图形的示意图。如图1A所示，在光刻版100的四角及中心各放置了一组检测图形101，以分别检测位于光刻机镜头中心和边缘的图形，这是因为光刻机镜头具有的像差效应会导致位于镜头下不同位置的光刻图形形成情况不一致。

每一组检测图形101如图1B所示，图中110和120为通常光刻后被检测的位置，其中110位置代表了光刻后密集图形的效果，120代表了光刻后疏散图形的效果，采用该种检测图形可以兼顾对图形密集区和疏散区的光刻情况的检测，这是由于即使在同一光刻条件下，密集区和疏散区的图形往往也会呈现出不同的光刻效果。

随着器件特征尺寸越来越小，对光刻图形转移的准确度要求也越来越高，当器件特征尺寸(CD，Critical Dimension)减小至65nm以下时，上述现有的检测图形已不能满足检测的要求，原因在于：在同一光刻条件下，光刻效果会随着器件密集度的不同而有所区别，随着器件尺寸的缩小，对光刻精度的要求越来越高，这一由密集度不同而导致的光刻效果上的差别也可能会影响到器件的成品率，上述检测图形只分为了密集和疏散两种情况，不能很好地检测其他密集度下图形的光刻效果，有可能因其他密集度的图形的异常情况未被检测出来而导致晶片在后续工艺中报废或出现成品率低下的问题。

为确保65nm以下器件的光刻检测质量，有必要提出新的检测图形解决上述问题，以实现对光刻图形的全面检测，避免因光刻后的检测不全面而导致的晶片报废或产品成品率低下的问题。

申请号为02823702.1的中国专利申请提出了一种利用光刻版监控光刻CD质量的方法，该方法从减小实际CD与设定CD之间的差异的角度，减少了因光刻出现问题而导致的器件特征尺寸偏离的可能性，但该方法不能解决上述因未能全面检测光刻效果而带来的晶片报废或成品率低下问题。

发明内容

本发明提供一种光刻检测图形及光刻版版图，具有该检测图形的光刻版版图可以实现对多种密集度的图形的监测，改善了现有的检测图形因未能全面检测光刻效果而导致的晶片报废或器件成品率低下的问题。

本发明提供的一种光刻检测图形，其中，所述检测图形至少由三组条形组组成，每一组所述条形组内的条形宽度及分布周期相同，各个所述条形组之间的条形分布周期各不相同。

其中，每一条形组分为X向条形组和Y向条形组，以分别监测光刻图形在X轴和Y轴方向上的光刻效果。

其中，所述每一条形组内的X向和Y向条形组之间的间距在10至20μm之间。

其中，所述各组条形组之间的间距在10至20μm之间。

其中，所述条形组的尺寸在50×50μm至70×70μm之间。

其中，所述条形的宽度在60至90nm之间，分布周期在120至800nm之间。

其中，光刻后形成的检测图形是利用光学散射仪进行检测的。

本发明具有相同或相应技术特征的另一种光刻版版图，所述版图包含多个检测图形，其中，每一个所述检测图形至少由三组条形组组成，各条形组的条形分布周期各不相同，但每一组内各条形的宽度及分布周期都相同。

其中，所述多个检测图形是以版图的中心点为中心，在版图上放射状均匀分布的。

其中，在所述版图的各边中心处分别设置了检测图形。

其中，所述多个检测图形为13个，其中，有9个位于版图的X向和Y向的中轴线上，有4个位于版图的四个边角处。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的光刻检测图形及光刻版版图，采用了新的光刻检测图形，该检测图形中具有代表了各种典型的图形密集度的多种周期的条形图形组，可以实现对光刻后晶片上各种密集度图形的监测，避免因未能全面检测光刻效果而导致的晶片报废或器件成品率低下的问题。

本发明的光刻检测图形及光刻版版图，每种周期的条形图形组均分为X和Y轴两个方向组，通过对光刻后晶片上检测图形的检测可以得到晶片上各种具有不同密集度图形在X和Y轴两个方向的光刻情况，检测结果更为全面。

此外，本发明版图上的还具有五个以上的检测图形组，其均匀分布在版图的切割线位置上，可以全面监测因光刻机像差而导致的位于不同位置的各光刻图形间的差异。

本发明的检测图形可以实现利用光学散射仪来检测光刻效果，避免了传统的SEM检测方法易对晶片上图形造成损伤的问题，并提高了检测结果的准确性和重复性，对小尺寸器件尤为有利。

附图说明

图1A和1B为现有的光刻版版图及其所用的检测图形；

图2A和2B为本发明第一实施例的光刻检测图形的示意图；

图3为本发明第一实施例的光刻版版图示意图；

图4A至4C为本发明第二实施例的光刻检测图形示意图；

图5为本发明第二实施例的光刻版版图示意图。

具体实施方式

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

本发明的处理方法可被广泛地应用到许多应用中，并且可利用许多适当的材料制作，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

器件制作过程中，当光刻时的特征尺寸变化到一定程度，会影响到器件的成品率高低，如器件制作时，特征尺寸的变化会影响到器件的电学特征，尤其对于0.13微米及以下器件，由于短沟道效应(Short Channel Effect)变得更加明显，包括器件的阈值电压在内的多个器件参数会随线宽的变化而波动。如，当门电路层的线宽制作得偏小，器件关闭电流会明显变大，使芯片功耗大幅度增加，甚至导致器件无法正常工作。因此，在特征尺寸日益缩小的今天，对光刻工艺的要求更为严格，必须要确保光刻形成的图形质量能满足器件制作的要求。

但是，即使在同一光刻条件下，对于密集度不同的光刻区域，其光刻效果会随着器件密集度的不同而有所区别，对于大尺寸器件，其对光刻精度的要求不太高，在这一方面的检测不很严格，仅按密集区和疏散区分别检测即可满足要求。但对于特征尺寸小于65nm的器件，对光刻精度的要求较高，仅将对光刻效果的检测区分为密集区和疏散区，已不能满足对光刻精度的要求。某些密集度不同于检测图形的图形在光刻中出现的偏差，在大尺寸器件中可以容忍，在小尺寸器件中则可能会带来晶片报废或器件成品率降低的后果。为此，本发明的检测图形，根据器件制作中常用到的密集度和关键尺寸的要求，重新设置了新的可检测不同密集度的光刻效果的检测图形。

另外，现有的光刻检测图形只能利用SEM进行检测，而SEM在检测过程中存在着对晶片的电子束损伤及检测准确性、重复性不高等问题，这些问题对于大尺寸器件的影响比较小，但对于小尺寸器件，对上述问题也必须予以足够的重视。为此，本发明的检测图形由排列周期不同的多个条形组组成，其可采用光学特征尺寸(OCD)的方法利用光学散射仪对不同密集度的区域的光刻效果进行测试，该测试方法可以克服采用SEM检测光刻图形时出现的上述问题。

本发明的检测图形为实现利用OCD方法对各种密集度图形的光刻情况进行监测，由至少三组条形组组成，且每一组内的条形宽度及分布周期相同，各组之间的条形分布周期不相同。这些分布周期各不相同的多个条形组可分别用于监测不同密集度的器件图形的光刻情况。

图2A和2B为本发明第一实施例的光刻检测图形的示意图，图3为本发明第一实施例的光刻版版图示意图，下面结合图2A和2B以及图3详细介绍本发明的第一实施例。

图2A为本发明第一实施例的光刻检测图形的简图，如图2A所示，本实施例中的光刻检测图形200由三组条形组201、202和203组成，其中，各个条形组整体的尺寸(长L1和高L2)是相同的，为了确保光学散射仪检测的结果，L1×L2的尺寸范围最好在50×50μm至70×70μm之间。另外，各条形组之间的间距L3可以设置在10μm至20μm之间。

图2B为本发明第一实施例的光刻检测图形的示意图，如图2B所示，本实施例中，各条形组201、202和203中的条形210的形状(长与宽)是相同的，如可以将条形的长度设置在50μm至70μm之间，宽度设置为器件的特征尺寸，如在60nm至90nm之间，例如为65nm等，各条形组的差别仅存在于各条形的分布周期中，如图2B所示，条形组201的分布周期为a1，其反应了密集度最大处的图形光刻质量，本实施例中，三组条形组的分布周期a1、a2和a3各不相同，可以分别设置在120nm至800nm之间，其中最小的分布周期a1可设置在120至180nm之间，具体设置参数可由制作器件的特征尺寸确定；其余两个条形组202和203的分布周期可根据光刻图形的密集度分布进行设定，如可以分别设置为光刻时的器件图形的典型间距410nm和560nm，以实现对器件制作中的各关键图形的全面监测。

此外，为了实现对器件光刻结果的全面监测，还可以对检测图形在版图中的分布进行改进。图3为本发明第一实施例的光刻版版图示意图，如图3所示，在版图的中部及边缘处分别设置了多个检测图形200，其中，每一个检测图形200至少由图2B所示的三组条形组201、202和203组成，各条形组的条形分布周期各不相同，但每一组内各条形的宽度及分布周期都相同。

现有的检测图形中只对镜头下区域的四角和中心位置的5个点进行了监测，而实际光刻图形的质量会受到光刻机镜头像差的影响，位于光刻机镜头下不同位置所形成的图形的情况都会有所不同，随着器件尺寸的缩小，对这些因光刻镜头带来的细微差别也必须加以考虑，另外，对于小尺寸器件，晶片表面任何一部分都不允许闲置不用，对晶片边缘的检测也非常重要，因此，本实施例中，为避免因未监测出位于光刻镜头下不同位置的光刻图形的差别对器件图形的正常形成是否有影响，在传统版图的切割线上均匀地增加了几个检测图形。具体的检测图形位置设置思路为：除了在传统的版图中心和四角位置上放置检测图形外，还在版图的各条边的中心分别增加了一个检测图形，这四个位置与传统检测的五个位置相比，位于光刻机镜头下的距离及方向均有所不同，因此，其光刻出的图形效果也会有所差别，虽然这一差别并不大，在大尺寸下不会造成对器件性能的影响，但对于小尺寸的器件，尤其是65nm以下的器件，这一差别导致的光刻图形的形变就可能会引起器件失效，产品成品率降低。此外，为了更全面地对各位置的光刻情况进行监测，本实施例中，还在位于版图中心及版图各边的中心之间的位置加入了四个检测图形，实现对整个光刻区间的全面监测。

本实施例一共在版图中加入了13个检测图形，其中，有9个位于版图的X向和Y向的中轴线上，有4个位于版图的四个边角处，实现了对65nm器件的光刻质量的较为全面的监测。但要注意到，并不是加入的检测图形越多越好，检测图形加入的越多，需检测的点就越多，结果会导致生产周期的延长。因此，在版图中对检测图形进行设置时，要进行折衷考虑，既要满足光刻质量监测的要求，又要满足生产效率的要求。具体操作时，可以结合所制作器件的光刻精度要求设定检测图形的个数，如，当器件特征尺寸较大，对光刻精度要求不高时，可以适当减小检测图形的个数，当器件特征尺寸较小时，可以适当增多检测图形的个数。但要注意到，因为检测图形在版图上的分布较为均匀时监测效率会较高，通常可将检测图形以版图中心点为中心，呈放射状地均匀地设置在版图上。

此外，为了达到更好的光刻结果监测效果，本发明的第二实施例还将每一条形组分为X向条形组和Y向条形组，以分别监测光刻图形在X轴和Y轴方向上的光刻效果。图4A至4C为本发明第二实施例的光刻检测图形示意图，图5为本发明第二实施例的光刻版版图示意图，下面结合图4A至4C以及图5详细介绍本发明的第二实施例。

图4A和4B为本发明第二实施例的光刻检测图形的条形组示意图，其中，图4A为一个条形组中的X向条形组401X的示意图。如图4A所示，本发明的检测图形中的条形组由多个周期性排列的纵向的条形410组成，且各条形的宽度及分布周期都相同。其中，每一条形的宽度通常可以设置在60至90nm之间，如为90nm，高度L2可以设置在50至70μm之间，如为70μm。条形排列的周期a通常设置在120至800nm之间，如为180nm，光刻后对该条形组的光刻结果进行的检测可以代表某一密集度区域的光刻情况，如本实施例中的条形组可以代表特征尺寸为90nm，图形间距为90nm的区域的光刻情况。另外，如图4A所示，由多个条形组成的检测图形整体的长度为L1，高度为L2，本实施例中，为了确保光学散射仪检测的结果，L1×L2的尺寸范围最好在50×50μm至70×70μm之间。

光刻后，通过对图4A所示的X向条形组401X的检测，可以得到特征尺寸为90nm，图形间距为90nm的密集度区域的光刻情况。但是，要注意到该条形组只能是对于该种区域的X轴方向的光刻情况进行监测，对于该种尺寸及密集度的Y轴方向的光刻情况，并不能由对条形组401X的检测得出。这是因为：光刻时图像的转移质量会受到光刻机成像质量的影响，而光刻机在X轴和在Y轴的成像质量是会有差别的，对于小尺寸器件即使这两个方向上的光刻质量仅小微小差别，也可能影响到器件的形成质量。如果在检测图形中仅有对X轴方向的质量检测，没有对Y轴方向的质量检测，可能会造成某些Y轴方向的图形异常未能被检测出来。因此，本发明第二实施例的检测图形还包含有Y向条形组，以实现对X和Y两个方向的光刻效果的同时监测，避免因未能检测到Y轴方向上光刻结果的异常，导致晶片在后续工艺中报废。

图4B为一个条形组中的Y向条形组401Y的示意图。如图4B所示，该Y向条形组401Y由多个周期性排列的横向的条形420组成，且各条形的宽度及分布周期都与X向条形组401X相同。如，每一条形的宽度通常可以设置在60至90nm之间，如为90nm，高度(长度)L1可以设置在50至70μm之间，如为70μm。条形排列的周期a可以设置在120至800nm之间，如为180nm，光刻后对该条形组的光刻结果进行的检测可以代表某一密集度区域的Y轴方向上的光刻情况，如本实施例中的条形组可以代表特征尺寸为90nm，图形间距为90nm的区域的Y轴方向的光刻情况。另外，如图4B所示，Y向条形组401Y的整体尺寸与X向条形组401X的相同。其长度仍为L1(其中任一条形的长度)，高度仍为L2，本实施例中，为了确保光学散射仪检测的结果，L1×L2的尺寸范围最好在50×50μm至70×70μm之间。

至此，在光刻后，通过对由X向条形组401X与Y向条形组401Y组成的一组条形组进行OCD监测，即可得到某一特征尺寸(如90nm)和某一密集度(如间距90nm)的器件在X轴和Y轴两个方向上的光刻情况。

图4C为本发明第二实施例的光刻检测图形的简图，由图4C可以看到，本实施例中的检测图形400由三组条形组401、402和403组成，其中，每个条形组内的条形的尺寸及分布周期a都相同，但为了更全面地监测光刻时的细微差别，每一条形组又分为了X向和Y向两个条形组，如401组分为了401X和401Y组，分别监测同一密集情况下在X和Y轴方向上的光刻情况。各条形组内的X和Y向条形组的整体尺寸L1、L2均相同，通常将L1×L2的尺寸范围设置在50×50μm至70×70μm之间。另外，各条形组之间以及X向和Y向条形组之间的间距L3可以设置在10μm至20μm之间。

图5为本发明第二实施例的光刻版版图示意图。假设本发明第二实施例中的器件制作对光刻精度的要求比第一实施例更高，对更细微的差别也要求能检测出来，为此，该版图在设计时又新增了几个检测图形，以确保对光刻质量的监测能满足器件制作的要求。如图5所示，本发明的第二实施例中，在第一实施例检测图形的分布基础上又增加了四个检测图形，为提高监测效果，将这四个图形被均匀地设置于版图上，新增的检测图形以版图中心点为中心，放射状地加入到版图上，具体位置是分别位于由第一实施例中的检测图形分割而成的四个象限的中心处。最终，本发明的第二实施例在版图上形成了17个检测图形400，且各检测图形以版图中心点为中心，呈放射状地均匀分布在版图上，实现了对光刻时各方向、各位置的光刻效果的细微差别的全面监控。

上述实施例中，检测图形分为了三组，分别用于监测不同密集度的图形的光刻情况，在本发明的其他实施例中，当器件尺寸更小，图形的密集度情况更为复杂时，仅由三组条形组可能不能实现全面监测光刻情况，此时，可以增加检测图形内的条形组数，如，可将检测图形中的条形组增加至五组不同分布周期的条形组，以进一步增强对密集度不同的图形的监控。

上述实施例中，各条形组内的条形宽度都相同，主要是用于监测不同密集度的图形的光刻情况，在本发明的其他实施例中，也可以将各条形组内的条形宽度设置得不相同，以监测器件制作中不同尺寸图形的光刻情况。

因为本发明的上述检测图形都设置在晶片的切割线上，所以对器件的正常生产没有影响，但若检测图形过多，会影响器件的生产效率，因此，在设置上述检测图形时，要根据对器件光刻精度的要求和生产效率的要求折衷确定版图中检测图形内条形组的组数及检测图形的个数。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种光刻检测图形，其特征在于：所述检测图形至少由三组条形组组成，其中，每一个所述条形组内的条形分布周期相同，各个所述条形组之间的条形分布周期各不相同，所有条形组内的条形形状相同；每一条形组分为X向条形组和Y向条形组，以分别监测光刻图形在X轴和Y轴方向上的光刻效果。

2.如权利要求1所述的检测图形，其特征在于：所述每一条形组内的X向和Y向条形组之间的间距在10至20μm之间。

3.如权利要求1所述的检测图形，其特征在于：所述各组条形组之间的间距在10至20μm之间。

4.如权利要求1所述的检测图形，其特征在于：所述条形组的尺寸在50×50μm至70×70μm之间。

5.如权利要求1所述的检测图形，其特征在于：所述条形的宽度在60至90nm之间，分布周期在120至800nm之间。

6.如权利要求1所述的检测图形，其特征在于：光刻后形成的检测图形是利用光学散射仪进行检测的。

7.一种光刻版版图，所述版图包含多个检测图形，其特征在于：每一个所述检测图形至少由三组条形组组成，其中，各个条形组之间的条形分布周期各不相同，每一个条形组内的条形分布周期相同，所有条形组内的条形形状相同；每一条形组分为X向条形组和Y向条形组，以分别监测光刻图形在X轴和Y轴方向上的光刻效果。

8.如权利要求7所述的光刻版版图，其特征在于：所述多个检测图形是以版图的中心点为中心，在版图上放射状均匀分布的。

9.如权利要求7所述的光刻版版图，其特征在于：在所述版图的各边中心处分别设置了检测图形。

10.如权利要求7所述的光刻版版图，其特征在于：所述多个检测图形为13个，其中，有9个位于版图的X向和Y向的中轴线上，有4个位于版图的四个边角处。

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