CN101231459A - 光刻工艺监测标记用光掩模图案及其应用 - Google Patents

Abstract

一种光刻工艺监测标记用光掩模图案，以及利用其的监测光刻工艺的方法。此光掩模图案包括不透光或半透光层，其中形成有至少一列沿短轴方向排列的多个扁菱形开口，以及位于扁菱形开口旁的孔；并包括位于此孔中的至少一列沿短轴方向排列的多个扁菱形图形，其材料与前述不透光或半透光层相同。光刻工艺监测方法则是在光掩模上的图案转移至光致抗蚀剂层之后，检查光致抗蚀剂层中对应该至少一列扁菱形开口的至少一沟槽的边缘及对应该至少一列扁菱形图形的至少一条状光致抗蚀剂图形的边缘是否皆呈锯齿状，如是则表示该光刻工艺符合要求，反之则否。

Description

光刻工艺监测标记用光掩模图案及其应用

技术领域

本发明是有关于光刻工艺的相关技术，且特别是有关于一种光刻工艺监测标记(monitor mark)用光掩模图案，以及及其利用此光掩模图案的光刻工艺监测方法。

背景技术

光刻工艺是集成电路制造中十分重要的一环，其图案转移的正确性对产品成品率的影响甚大，所以必须随时加以监控，以确保光掩模上的图案正确地转移到晶片上。监控光刻工艺的方法一般包括在光掩模上加上各种监测用图案，并在进行该光刻工艺后量测晶片上对应各监测用光掩模图案的各光致抗蚀剂图案(即监测标记)的相关参数，以推知该光刻工艺的条件设定是否符合要求。如不符合，即可立即进行调整，以使后续晶片的图案转移品质符合要求。

上述监测标记一般包括用以检查上下两图案化晶片层之间是否对准的重叠标记(overlay mark)及用以检查曝光量(exposure dose)及聚焦位置(focus)的监测标记。常见的重叠标记是所谓的BiB(box-in-box)重叠标记，其一般包括晶片层中排成正方形的4条沟槽，以及该晶片层上方被该4沟槽围绕且排成正方形的4个条状光致抗蚀剂图形。另外，在i-line(365nm)光刻工艺中，常见的用以检查曝光量及聚焦位置的监测标记的对应光掩模图案包括排成一列的多个长条矩形图形及排成一列的多个沟槽图形。只要检查光致抗蚀剂层上的监测标记的形状，即可得知曝光工艺的曝光量及聚焦位置是否适当。

然而，上述曝光量/聚焦位置监测标记的形状变化对曝光量及聚焦位置的改变的灵敏度常不够高，使得曝光工艺的曝光量及聚焦位置的异常无法被即时发现。尤其是i-line工艺因较稳定，故检测的抽样率较低，所以如果异常无法被即时发现，即会造成严重的晶片报废。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种可用以检查曝光量及聚焦位置的监测标记用光掩模图案。

本发明的再一目的是提供一种光刻工艺的监测方法，其利用上述本发明的光掩模图案来进行。

本发明的光刻工艺监测标记用光掩模图案包括不透光层或半透光层，其中形成有至少一列沿短轴方向排列的多个扁菱形开口，以及位于这些扁菱形开口旁的孔；并包括位于此孔中的至少一列沿短轴方向排列的多个扁菱形图形，其材料与该不透光层或该半透光层相同。

本发明的光刻工艺的监测方法，则包括在此光刻工艺所用的光掩模上形成上述监测标记用光掩模图案，并在光掩模上的图案转移至基底上的光致抗蚀剂层之后，检查此光致抗蚀剂层中形成的监测标记中对应该至少一列扁菱形开口的至少一沟槽的边缘及对该至少一列扁菱形图形的至少一条状光致抗蚀剂图形的边缘是否皆呈锯齿状，如是则表示光刻工艺的曝光量与聚焦位置符合要求，反之则否。

依照本发明的实施例，上述光刻工艺例如为i-line(365nm)光刻工艺。各扁菱形开口的短轴长度及间距(pitch)例如是与各扁菱形图形相同，但长轴长度大于后者。例如，对i-line工艺的应用而言，每一扁菱形开口及扁菱形图形的短轴长度可为0.5μm左右，两相邻扁菱形开口及两相邻扁菱形图形之间距可为1.0μm左右，每一扁菱形开口的长轴长度可为8.0μm左右，每一扁菱形图形的长轴长度可为4.0μm左右。

另外，上述扁菱形开口例如有4列，其定义出第一矩形，并围绕前述孔；同时孔中的扁菱形图形亦有4列，其定义出第二矩形。此第一矩形、孔及第二矩形三者的中心可重合，而孔的形状及第一第二矩形可皆为正方形。

由于以本发明的光刻工艺监测标记用光掩模图案所形成的监测标记中，对应扁菱形开口的沟槽的边缘及对扁菱形图形的条状光致抗蚀剂图形的边缘形状对曝光量及聚焦位置的变化甚为敏感，故由监测标记的形状即可容易地得知曝光量及聚焦位置是否正确。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示本发明一实施例的光刻工艺监测标记用光掩模图案。

图2绘示在光刻工艺的曝光量及聚焦位置正常的情形下，由图1所示的光掩模图案所形成的光刻工艺监测标记。

图3绘示在本发明一实验例中，不同曝光量及聚焦位置下所形成的监测标记中数个形状具代表性者。

附图标记说明

10：监测标记用光掩模图案

20：监测标记

100：半透光层或不透光层

110：扁菱形开口组

112：扁菱形开口

120：孔

130：扁菱形图形组

132：扁菱形图形

200：光致抗蚀剂层

210：沟槽

220：开口

230：条状光致抗蚀剂图形

具体实施方式

图1绘示本发明一实施例的光刻工艺监测标记用的光掩模图案。

请参照图1，本实施例的监测标记用光掩模图案10例如是用于i-line(365nm)光刻工艺，包括不透光或半透光层100，其中形成有4列扁菱形开口组110，其中每一扁菱形开口组110包括沿短轴方向排列的多个扁菱形开口112，以及被该4列扁菱形开口组110围绕的孔120；并包括位于孔120中的4列扁菱形图形组130，其中每一扁菱形图形组130包括沿短轴方向排列的多个扁菱形图形132，其材料与该不透光或半透光层100相同。

上述不透光或半透光层100及扁菱形图形132通常是与光掩模上其他部分的不透光或半透光图形一起，由光掩模的玻璃基板上所形成的整层不透光或半透光层定义而成的。当所形成的是不透光层时，此光掩模为所谓的二元式(binary)光掩模；当所形成的是半透光层时，此光掩模即所谓的半调式(half-tone)光掩模，其半透光层的透光率常为6％左右。

在本实施例中，4扁菱形开口组110定义出第一矩形，孔120的形状亦为矩形，且4扁菱形图形组130定义出位于第一矩形及孔120的中的第二矩形，而第一矩形、孔120及第二矩形三者的中心例如是重叠的。再者，第一矩形、孔120的形状及第二矩形例如皆是正方形。

另外，扁菱形开口112及扁菱形图形132的长轴长度、短轴长度及间距的尺寸设定，使得在曝光量及聚焦位置正常的情形下，扁菱形开口组110转移至光致抗蚀剂层的图案为具有锯齿状边缘的沟槽，同时扁菱形图形组130转移至光致抗蚀剂层的图案为具有锯齿状边缘的条状光致抗蚀剂图形。

在一优选实施例中，扁菱形开口112的短轴长度b等于扁菱形图形132的短轴长度e、相邻扁菱形开口112之间距(pitch)c等于相邻扁菱形图形132之间距f，但扁菱形开口112的长轴长度a大于扁菱形图形132的长轴长度d，前者例如是后者的两倍。在应用于i-line(365nm)光刻工艺的一实例中，扁菱形开口112、扁菱形图形132的短轴长度b、e约等于0.5μm，间距c、f约等于1.0μm，且长轴长度a、d分别约等于8.0μm、4.0μm。

图2绘示在光刻工艺的曝光量及聚焦位置正常的情形下，由图1所示的光掩模图案转移所形成的光刻工艺监测标记。此监测标记20包括光致抗蚀剂层200，其中有分别对应4扁菱形开口组110的4沟槽210及对应孔120的矩形开口220；并包括位在矩形开口220中分别对应4扁菱形图形组130的4个条状光致抗蚀剂图形230。其中，各沟槽210及条状光致抗蚀剂图形230皆具有锯齿状的边缘。沟槽210的每一边缘上的齿数等于扁菱形开口组110中扁菱形开口112的数目，且条状光致抗蚀剂图形230的每一边缘上的齿数等于扁菱形图形组130中扁菱形图形132的数目。

因此，本实施例的监测光刻工艺的方法，就是在光刻工艺所用的光掩模上形成上述监测标记用光掩模图案10，并在光掩模上的图案转移至基底上的光致抗蚀剂层之后，检查此光致抗蚀剂层中形成的监测标记20中对应4扁菱形开口组110的4沟槽210的边缘及对4扁菱形图形组130的4条状光致抗蚀剂图形230的边缘是否皆呈锯齿状，如是则表示光刻工艺的曝光量与聚焦位置符合要求，如否则表示光刻工艺的曝光量与聚焦位置不符合要求。

图3绘示在本发明一实验例中，不同曝光量及聚焦位置下所形成的监测标记中数个形状具代表性者，用以验证本发明的监测标记用光掩模图案的功用。本实验例是使用不同的曝光量及聚焦位置对晶片上不同的区域曝光，并拍摄各曝光区的监测标记的照片，以得知未通过图形转移正确性检查的曝光区(打x者)的监测标记与通过检查的曝光区(空白者)的监测标记之间的差异。

由图3中的多张照片可知，当光刻工艺的曝光量与聚焦位置符合要求时，监测标记中对应扁菱形开口组的沟槽边缘及对扁菱形图形组的条状光致抗蚀剂图形的边缘皆呈锯齿状。反之，当光刻工艺的曝光量与聚焦位置不符合要求时，监测标记中的沟槽边缘及条状光致抗蚀剂图形的边缘即非皆呈锯齿状。

由此可知，以本发明的监测标记用光掩模图案所形成的监测标记中，对应扁菱形开口的沟槽边缘及对扁菱形图形的条状光致抗蚀剂图形的边缘形状对曝光量及聚焦位置的变化甚为敏感，故由监测标记的形状即可容易地得知曝光量及聚焦位置是否正确。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种光刻工艺监测标记用光掩模图案，包括：

不透光或半透光层，其中形成有至少一列沿短轴方向排列的多个扁菱形开口，以及位于该至少一列扁菱形开口旁的孔；以及

位于该孔中的至少一列沿短轴方向排列的多个扁菱形图形，其材料与该不透光或半透光层相同。

2.权利要求1所述的光刻工艺监测标记用光掩模图案，其中该光刻工艺为i-line(365nm)光刻工艺。

3.权利要求2所述的光刻工艺监测标记用光掩模图案，其中这些扁菱形开口的短轴长度及间隔与这些扁菱形图形相同，但长轴长度大于这些扁菱形图形。

4.权利要求3所述的光刻工艺监测标记用光掩模图案，其中每一扁菱形开口及每一扁菱形图形的短轴长度为0.5μm左右，两相邻扁菱形开口及两相邻扁菱形图形的间距为1.0μm左右，每一扁菱形开口的长轴长度为8.0μm左右，且每一扁菱形图形的长轴长度为4.0μm左右。

5.权利要求1所述的光刻工艺监测标记用光掩模图案，其中这些扁菱形开口的短轴长度及间隔与这些扁菱形图形相同，但长轴长度大于这些扁菱形图形。

6.权利要求1所述的光刻工艺监测标记用光掩模图案，其中

这些扁菱形开口共有4列，其定义出第一矩形，并围绕该孔；并且

该孔中的这些扁菱形图形共有4列，其定义出第二矩形。

7.权利要求6所述的光刻工艺监测标记用光掩模图案，其中该第一矩形、该孔及该第二矩形三者的中心重合。

8.权利要求6所述的光刻工艺监测标记用光掩模图案，其中该孔的形状、该第一矩形及该第二矩形及皆为正方形。

9.一种光刻工艺的监测方法，包括：

在该光刻工艺所使用的光掩模上形成监测标记用光掩模图案，其包括不透光或半透光层，其中有孔及至少一列沿短轴方向排列的多个扁菱形开口，并包括位于该孔中的至少一列沿短轴方向排列的多个扁菱形图形，其材料与该不透光或半透光层相同；以及

在该光掩模上的图案转移至基底上的光致抗蚀剂层之后，检查该光致抗蚀剂层中形成的监测标记中对应该至少一列扁菱形开口的至少一沟槽的边缘及对应该至少一列扁菱形图形的至少一条状光致抗蚀剂图形的边缘是否皆呈锯齿状，如是则表示该光刻工艺的曝光量与聚焦位置符合要求，如否则表示该光刻工艺的曝光量与聚焦位置不符合要求。

10.权利要求9所述的光刻工艺的监测方法，其中该光刻工艺为i-line(365nm)光刻工艺。

11.权利要求10所述的光刻工艺的监测方法，其中这些扁菱形开口的短轴长度及间隔与这些扁菱形图形相同，但长轴长度大于这些扁菱形图形。

12.权利要求11所述的光刻工艺的监测方法，其中每一扁菱形开口及每一扁菱形图形的短轴长度为0.5μm左右，两相邻扁菱形开口及两相邻扁菱形图形之间距为1.0μm左右，每一扁菱形开口的长轴长度为8.0μm左右，且每一扁菱形图形的长轴长度为4.0μm左右。

13.权利要求9所述的光刻工艺的监测方法，其中这些扁菱形开口的短轴长度及间隔与这些扁菱形图形相同，但长轴长度大于这些扁菱形图形。

14.权利要求9所述的光刻工艺的监测方法，其中

这些扁菱形开口共有4列，其定义出第一矩形，并围绕该孔；并且

该孔中的这些扁菱形图形共有4列，其定义出第二矩形。

15.权利要求14所述的光刻工艺的监测方法，其中该第一矩形、该孔及该第二矩形三者的中心重合。

16.权利要求14所述的光刻工艺的监测方法，其中该孔的形状、该第一矩形及该第二矩形及皆为正方形。

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