CN102087468B

CN102087468B - 采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法

Info

Publication number: CN102087468B
Application number: CN 200910199999
Authority: CN
Inventors: 程洁; 黄宜斌
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: CN102087468A

Abstract

采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，包括：提供包括多组检测单元的光刻版，至少有一组检测单元位于第一区，至少有一组检测单元位于第二区；采用光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光，衬底第一区域的材料与第二区域的材料不同，且第一区对应衬底的第一区域，第二区对应衬底的第二区域；在衬底表面形成检测图形，形成与第一区的检测单元对应的检测图形位于衬底第一区域，形成与第二区对应检测单元的检测图形位于衬底第二区域；采用形成于衬底的检测图形对衬底的光刻效果进行检测，本发明能够检测多种材料区域的光刻效果，避免了因不同材料区域的图形异常情况未被检测出来而导致衬底在后续工艺中报废或者出现成品率低下的现象出现。

Description

采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法。

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衬底上。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衬底表面光刻胶上的光，并最终在衬底表面的光刻胶上形成相应的图案。半导体制造中，如何确保设计的图形被准确地转移至半导体衬底上，是必须关注的重点问题之一。

然而，图形是否能准确转移至衬底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衬底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，则会导致衬底因无法返工而报废。

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，有效防止了衬底的报废。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衬底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 ElectronicMicroscope）测试而实现。

图1为现有的光刻版版图，图2为现有光刻版版图所用的检测图形，其中，图1为多组检测图形在光刻版上的分布情况示意图，图2为每组检测图形的示意图。如图1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位置的图形，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2所示，图中110和120为通常光刻后被检测的位置，其中110位置代表了图形密集区光刻后的效果，120代表了疏散区光刻后的效果，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。在申请号为02823702.1的中国专利文件中能够发现更多的关于现有光刻版检测图形的技术方案。

随着半导体工艺的发展，半导体器件特征尺寸（CD，Critical Dimension）越来越小，对光刻图形转移到准确度要求也越来越高，当器件的特征尺寸减小至65nm一下时，上述现有的检测图形已不能满足检测要求，原因在于：在同一光刻条件下，对光刻精度的要求越来越高，并且现有的光刻版版图上的图形会成像于衬底上材料不同的区域，，例如：有一部分图形位于有源区（AA，Active Area），有一部分图形位于隔离区（STI，Shallow Trench Isolation），而衬底上的有源区材料为半导体硅，隔离区材料为氧化硅，而材料不同的区域导致的光刻效果的差别也可能影响到器件的成品率，而现有的检测图形一般都形成于单一的材料区域，不能够很好地检测其他材料区域的光刻效果，有可能因其他材料区域的图形异常情况未被检测出来而导致衬底在后续工艺中报废或者出现成品率低下的问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有的检测图形只能检测单一材料区域的光刻效果的缺陷。

为解决上述问题，本发明提供一种采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，包括：提供光刻版，所述光刻版包括基板和位于基板上的多组检测单元，其中，所述基板包括第一区和第二区，至少有一组检测单元位于第一区，至少有一组检测单元位于第二区，所述检测单元至少由2种条形组组成，每条形组内的条宽相同，每条形组内的条形组间隔相同；采用所述光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光，其中，所述衬底包括第一区域和第二区域，衬底第一区域的材料与第二区域的材料不同，且所述第一区对应衬底的第一区域，所述第二区对应衬底的第二区域；在衬底表面形成检测图形，其中形成与第一区的检测单元对应的检测图形位于衬底第一区域，形成与第二区对应检测单元的检测图形位于衬底第二区域；采用形成于衬底第一区域的检测图形和形成于衬底第二区域的检测图形对衬底的光刻效果进行检测。

本发明提供了一种光刻版，所述光刻版包括基板和位于基板上的多组检测单元；所述基板包括第一区和第二区，且采用所述光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光，形成的与第一区对应的光刻胶图形位于衬底第一区域，形成的与第二区对应的光刻胶图形位于衬底第二区域；所述检测单元至少由2种条形组组成，每条形组内的条宽相同，每条形组内的条形组间隔相同；至少有一组检测单元位于第一区，至少有一组检测单元位于第二区。

可选的，所述衬底第一区域为氧化硅区域；所述衬底第二区域为硅区域。

可选的，所述衬底第一区域为氮化硅区域；所述衬底第二区域为硅区域。

可选的，所述检测单元包括第一条形组和第二条形组。

可选的，所述第一条形组包括：4条形状相同的第一条形和一条长度为第一条形长度两倍，宽度为与条形宽度相同的第二条形，第二条形位于第一条形组中间且第一条形组的条形之间的间距相同。

可选的，所述第二条形组包括：4条形状相同的第三条形，第三条形之间的间隔相同。

可选的，所述检测单元包括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轴方向的光刻效果。

可选的，所述检测单元位于光刻版版图四角和中心位置的5个点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供的光刻版版图能够对光刻图形在X轴和Y轴方向对光刻效果进行检测，并且能够对密集度不同的图形进行监控，此外，本发明提供的光刻版版图还能够检测多种材料区域的光刻效果，避免了因不同材料区域的图形异常情况未被检测出来而导致衬底在后续工艺中报废或者出现成品率低下的现象出现。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为现有的光刻版版图；

图2为现有光刻版版图所用的检测图形；

图3是本发明的光刻版的一实施例示意图；

图4为本发明的光刻版的检测单元示意图。

具体实施方式

在同一光刻条件下，对光刻精度的要求越来越高，并且现有的光刻版版图上的图形会成像于衬底上材料不同的区域，例如：有一部分图形位于有源区（AA，Active Area），有一部分图形位于隔离区（STI，Shallow TrenchIsolation），而衬底上的有源区材料为半导体硅，隔离区材料为氧化硅，而材料不同的区域导致的光刻效果的差别也可能影响到器件的成品率，而现有的检测图形一般都形成于单一的材料区域，不能够很好地检测其他材料区域的光刻效果，有可能因其他材料区域的图形异常情况未被检测出来而导致衬底在后续工艺中报废或者出现成品率低下的问题。

为此，本发明的发明人经过大量的实验，提出一种光刻版，所述光刻版包括基板和位于基板上的多组检测单元；所述基板包括第一区和第二区，且采用所述光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光，形成的与第一区对应的光刻胶图形位于衬底第一区域，形成的与第二区对应的光刻胶图形位于衬底第二区域；所述检测单元至少由2种条形组组成，每条形组内的条宽相同，每条形组内的条形组间隔相同；至少有一组检测单元位于第一区，至少有一组检测单元位于第二区。

可选的，所述检测单元包括第一条形组和第二条形组。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

半导体器件制作过程中，当光刻时的特征尺寸变化到一定程度，会影响到半导体器件的成品率高低，如器件制作时，特征尺寸的变化会影响到器件的电学特征，尤其对与0.13微米及其以下节点的器件，由于短沟道效应（ShortChannel 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。例如当门电路层的线宽制作得偏小，器件关闭电路会明显变大，使得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到今天，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的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高，在这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，对于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衬底报废或者器件成品率降低的后果。

另外，并且现有的光刻版上的图形形成在衬底上会位于衬底的不同区域，例如：有一部分图形位于有源区（AA，Active Area），有一部分图形位于隔离区（STI，Shallow Trench Isolation），而衬底上的有源区材料为半导体硅，隔离区材料为氧化硅，而材料不同的区域导致的光刻效果的差别也可能影响到器件的成品率，而现有的检测图形一般都形成于单一的材料区域，不能够很好地检测其他材料区域的光刻效果，有可能因其他材料区域的图形异常情况未被检测出来而导致衬底在后续工艺中报废或者出现成品率低下的问题。

为此，本发明提出一种光刻版，包括：所述光刻版包括基板和位于基板上的多组检测单元；所述基板包括第一区和第二区，且采用所述光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光，形成的与第一区对应的光刻胶图形位于衬底第一区域，形成的与第二区对应的光刻胶图形位于衬底第二区域；所述检测单元至少由2种条形组组成，每条形组内的条宽相同，每条形组内的条形组间隔相同；至少有一组检测单元位于第一区，至少有一组检测单元位于第二区。

图3是本发明的光刻版的一实施例示意图，图4为本发明的光刻版的检测单元示意图，下面结合图3和图4详细介绍本发明的实施例。

参考图3，本发明提供的光刻版包括基板200和位于基板200上的多组检测单元201；所述基板200可以是现有掩膜版形成工艺形成的，所述基板200材料选自透明玻璃或者透明塑料。

需要特别指出的是，本发明的基板200包括第一区210和第二区220，通过光刻版的设计，所述第一区210位置与衬底第一区域对应，所述第二区220位置与衬底第二区域对应，具体地：采用所述光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光，形成的与第一区210对应的光刻胶图形位于衬底第一区域，形成的与第二区220对应的光刻胶图形位于衬底第二区域。

还需要特别指出的是，本发明提供的光刻版，至少有一组检测单元201位于第一区210，至少有一组检测单元201位于第二区220。

为了便于理解本发明，在一实施例中，以所述光刻版为在形成有有源区和隔离区的衬底上进行光刻的光刻版为例做示范性说明，所述有源区的材料为晶体硅，所述隔离区的材料为SiO₂，所述第一区210的位置与衬底上晶体硅对应，具体的说，位于第一区210的图形在光刻工艺中形成对应的光刻胶图形应该位于衬底的晶体硅区域；同样的，所述第二区220位置与衬底上SiO₂对应，具体的，位于第二区220的图形在光刻工艺中形成对应的光刻胶图形应该位于衬底的SiO₂区域对应。所述第一区210位置与衬底第一区域对应，所述第二区220位置与衬底第二区域对应的形成方法可以在设计版图时制定下来。

在采用本发明提供的光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光时，会有一组检测单元201的图形位于衬底的晶体硅表面，有一组检测单元201的图形位于SiO₂表面，采用本发明的光刻版就能够同时对形成在衬底的晶体硅表面和SiO₂表面的图形进行检测，避免了因不同材料区域的图形异常情况未被检测出来而导致衬底在后续工艺中报废或者出现成品率低下的现象出现。

在另一实施例中，所述光刻版为在形成有氮化硅区域和硅的衬底上进行光刻的光刻版版图，那么，所述第一区210位置与衬底第一区域对应即为与衬底氮化硅区域对应；所述第二区220位置与衬底第二区域对应即为与衬底硅区域对应，在采用本发明提供的光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光时，会有一组检测单元201的图形位于衬底的氮化硅表面，有一组检测单元201的图形位于衬底硅表面。

依旧参考图3，在本实施例中提供的光刻版考虑到了区域的四角和中心位置的5个点的监测，而实际光刻图形的质量会因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情况都会不同，随着器件尺寸的缩小，对于这些因为镜头带来的细微差别有可能也必须加以考虑，本领域的专业人员可以根据实际的光刻机镜头选用不同的布局，在此特地说明，不应过分限制本发明的保护范围。

图4为本发明的光刻版的检测单元示意图，如图4所示，所述检测单元包括第一条形组230和第二条形组240，其中，第一条形组230由4条形状（长L1与宽L2）相同的第一条形2301和一条长度L3为第一条形2301长度L1两倍，宽度为与第一条形2301宽度相同的第二条形2302组成，第二条形2302位于第一条形组230中间，第一条形组230的条形之间的间距L4相同；第二条形组240由4条形状（长L5与宽L6）相同的第三条形2401组成，第三条形2401之间的间隔为L7。

本发明的提供的检测单元可以通过设定L4，来获得图形密集区和疏散区的光刻情况的检测，设定L7来获得介于图形密集区和疏散区的之间的光刻情况的检测，所述L4和L7的具体设置参数可以由制作器件的特征尺寸确定。

此外，本发明的检测单元还提供了第三条形组230a和第四条形组240b，第三条形组230a为第一条形组230旋转90度后获得的条形组，第四条形组240b为第二条形组240旋转90度后获得的条形组。通过第一条形组230和第三条形组230a，以及第二条形组240和第四条形组240b，本发明的检测图形能够对光刻图形在X轴和Y轴方向对光刻效果进行检测。

本发明提供的光刻版版图能够对光刻图形在X轴和Y轴方向对光刻效果进行检测，并且能够对密集度不同的图形进行监控，此外，本发明提供的光刻版版图还能够检测多种材料区域的光刻效果，避免了因不同材料区域的图形异常情况未被检测出来而导致衬底在后续工艺中报废或者出现成品率低下的现象出现。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，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。

Claims

1.一种采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，其特征在于，包括：

提供光刻版，所述光刻版包括基板和位于基板上的多组检测单元，其中，所述基板包括第一区和第二区，至少有一组检测单元位于第一区，至少有一组检测单元位于第二区，所述检测单元至少由2种条形组组成，每条形组内的条宽相同，每条形组内的条形组间隔相同；

采用所述光刻版对衬底上的光刻胶进行曝光，其中，所述衬底包括第一区域和第二区域，衬底第一区域的材料与第二区域的材料不同，且所述第一区对应衬底的第一区域，所述第二区对应衬底的第二区域；

在衬底表面形成检测图形，其中形成与第一区的检测单元对应的检测图形位于衬底第一区域，形成与第二区对应检测单元的检测图形位于衬底第二区域；

采用形成于衬底第一区域的检测图形和形成于衬底第二区域的检测图形对衬底的光刻效果进行检测。

2.如权利要求1所述的采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，其特征在于，所述衬底第一区域为氧化硅区域；所述衬底第二区域为硅区域。

3.如权利要求1所述的采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，其特征在于，所述衬底第一区域为氮化硅区域；所述衬底第二区域为硅区域。

4.如权利要求1所述的采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，其特征在于，所述检测单元包括第一条形组和第二条形组。

5.如权利要求4所述的采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，其特征在于，所述第一条形组包括：4条形状相同的第一条形和一条长度为第一条形长度两倍，宽度为与第一条形宽度相同的第二条形，第二条形位于第一条形组中间且第一条形组的条形之间的间距相同。

6.如权利要求4所述的采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，其特征在于，所述第二条形组包括：4条形状相同的第三条形，第三条形之间的间隔相同。

7.如权利要求1所述的采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，其特征在于，所述检测单元包括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轴方向的光刻效果。

8.如权利要求1所述的采用光刻版在衬底光刻胶上形成检测图形的方法，其特征在于，所述检测单元位于光刻版版图四角和中心位置的5个点。