CN102540737B - 用于光刻机测试的光刻版及光刻机的测试方法 - Google Patents
用于光刻机测试的光刻版及光刻机的测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于光刻机测试的套刻测试图形，包括内侧图形区域和外侧图形区域，内侧图形区域包括两条内侧条状图形，外侧图形区域包括两条外侧条状图形，两条内侧条状图形各与两条外侧条状图形中的一条平行；内侧图形区域和外侧图形区域中至少有一条状图形包括多条相互平行的分割条，多条相互平行的分割条两两之间形成多个间距，间距逐渐递增或递减，最宽的间距大于待测光刻机的最小分辨率，分割条的宽度大于待测光刻机的最小分辨率。本发明还涉及一种光刻机的测试方法。本发明通过测试套刻测量值来间接得到光刻机的WIS分辨率和最佳焦距。因为套刻测试仪价格便宜，不是生产中的关键瓶颈设备，因此提高了生产效率，降低了生产成本。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体工艺，尤其涉及一种用于光刻机测试的光刻版，以及使用该光刻版进行测试的光刻机的测试方法。
【背景技术】
光刻版图形通过光刻机镜头曝光后在圆片上的单个成像区域称为一个shot，光刻机的整个镜头投影范围内（within shot，WIS）的分辨率和焦距是光刻机验收和测试时评价光刻机的两项重要指标。
传统的测试分辨率和焦距的方法是制作光刻线宽测试版，即在光刻版的各个区域上都均匀放置一组线宽测试图形，在圆片上曝光后用扫描电镜（scanningelectron microscope，SEM）测试该图形的线宽数据，来评价光刻机镜头各区域的分辨率和最佳焦距。
具体对分辨率测试而言，是使用一个预先得到的最佳曝光条件，对光刻线宽测试版在圆片上曝光，然后使用扫描电镜测试各组线宽测试图形从大到小的线宽，最后一个可以完全分辨且形貌正常的线宽图形的线宽尺寸，即是这组线宽测试图形的最小分辨率，也就是光刻机镜头对应的投影区域的分辨率。
对焦距测试而言，则是对某一特定的线宽图形，使用不同焦距进行曝光，然后使用扫描电镜测试，将“焦距”对“使用该焦距曝光得到的线宽图形的尺寸”作图，如图1所示，并将各个点用平滑曲线相连（可以用数学拟合），可得一曲线，曲线的顶点（即线宽尺寸最大处，也是线宽尺寸变化最平缓处）对应的焦距即是光刻机镜头对应的投影区域的最佳焦距。
然而，传统的测试方法是用扫描电镜收集、测试线宽数据，由于需要收集WIS内多个区域的数据（以反映光刻机镜头上各个区域的性能），需占用扫描电镜大量机时。而扫描电镜是半导体生产中的关键设备，且价格较为昂贵，因此对它的占用会使得其他需要使用扫描电镜的工序不得不暂停，影响生产的效率。另外对于一些先进工艺而言，在曝光时需要在圆片上涂布有机抗反射层，因此在使用扫描电镜测试时会有充电效应，影响测试的准确性。
【发明内容】
为了解决传统的测试方法会影响生产效率以及因充电效应影响测试准确度的问题，有必要提供基于另一种测试思路的用于光刻机测试的光刻版。
一种用于光刻机测试的光刻版，包括套刻测试图形，所述套刻测试图形包括内侧图形区域和外侧图形区域，所述内侧图形区域包括两条内侧条状图形，所述外侧图形区域包括两条外侧条状图形，所述两条内侧条状图形各与所述两条外侧条状图形中的一条平行；所述内侧图形区域和外侧图形区域中至少有一条状图形包括多条相互平行的分割条，所述多条相互平行的分割条两两之间形成多个间距，所述间距逐渐递增或递减，最宽的所述间距大于待测光刻机的最小分辨率，所述分割条的宽度大于待测光刻机的最小分辨率。
优选的，所述内侧条状图形和外侧条状图形一共四个条状图形相互平行。
优选的，所述内侧图形区域还包括两条内侧异向条状图形，所述外侧图形区域还包括两条外侧异向条状图形，所述内侧异向条状图形和外侧异向条状图形与所述四个条状图形垂直；所述两条内侧条状图形和两条外侧条状图形中有一条状图形包括多条相互平行的分割条，且所述两条内侧异向条状图形和两条外侧异向条状图形中有一条状图形包括多条相互平行的分割条。
优选的，所述间距中宽度最小的一个小于或等于待测光刻机的最小分辨率。
优选的，所述间距在光刻版上为透光区域。
还有必要提供一种采用上述用于光刻机测试的套刻测试图形进行测试的光刻机的测试方法。
一种光刻机的测试方法，包括下列步骤：使用光刻机将套刻测试图形曝光在涂覆有光刻胶的圆片上，所述套刻测试图形包括内侧图形区域和外侧图形区域，所述内侧图形区域包括两条内侧条状图形，所述外侧图形区域包括两条外侧条状图形，所述两条内侧条状图形各与所述两条外侧条状图形中的一条平行；其特征在于，所述内侧图形区域和外侧图形区域中至少有一条状图形包括多条相互平行的分割条，所述多条相互平行的分割条两两之间形成多个间距，所述间距逐渐递增或递减，最宽的所述间距大于待测光刻机的最小分辨率，所述分割条的宽度大于待测光刻机的最小分辨率，小于套刻测试仪的分辨率；对所述圆片显影形成套刻图形；使用套刻测试仪测量套刻图形的套刻测量值；根据所述套刻测量值得到待测光刻机的测试参数。
优选的，所述内侧条状图形和外侧条状图形一共四个条状图形相互平行。
优选的，所述内侧图形区域还包括两条内侧异向条状图形，所述外侧图形区域还包括两条外侧异向条状图形，所述内侧异向条状图形和外侧异向条状图形与所述四个条状图形垂直；所述两条内侧条状图形和两条外侧条状图形中有一条状图形包括多条相互平行的分割条，且所述两条内侧异向条状图形和两条外侧异向条状图形中有一条状图形包括多条相互平行的分割条。
优选的，所述待测光刻机的测试参数是光刻机的最佳焦距。
优选的，所述待测光刻机的测试参数是光刻机的分辨率。
上述用于光刻机测试的套刻测试图形和光刻机的测试方法，通过测试套刻测量值来间接得到光刻机的WIS分辨率和最佳焦距。因为套刻测试仪价格较扫描电镜便宜，不是半导体生产中的关键瓶颈设备，且套刻测试较扫描电镜测试速度更快，因此提高了生产效率，降低了生产成本。且套刻测试使用光学显微镜，没有充电效应，测试效果较好。
【附图说明】
图1为传统的线宽分辨率测试图形在圆片上的线宽尺寸与光刻机焦距的关系图；
图2为一实施例中用于光刻机测试的套刻测试图形的示意图；
图3为图2中填入了多条分割条的条状图形的局部示意图；
图4为一种传统的套刻测试图形示意图；
图5为一实施例中光刻机的测试方法的流程图；
图6是待测光刻机在不同的测试参数下将用于光刻机测试的套刻测试图形转移到圆片上后的示意图；
图7为一实施例中使用套刻测试仪测量套刻图形的套刻测量值的示意图；
图8为套刻测量值的绝对值与光刻机焦距的关系图。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图2为一实施例中用于光刻机测试的套刻测试图形的示意图，包括虚线框内的内侧图形区域和虚线框外的外侧图形区域。外侧图形区域包括两横向的外侧条状图形210和两纵向的外侧异向条状图形220。内侧图形区域包括两条横向的内侧条状图形110和两条竖向的内侧异向条状图形120，两条内侧条状图形110各与两横向的外侧条状图形210中的一条平行，两条内侧异向条状图形120各与两纵向的外侧异向条状图形220中的一条平行。两条内侧条状图形110和两条外侧条状图形210中有一条状图形包括多条相互平行的分割条，且两条内侧异向条状图形120和两条外侧异向条状图形220中有一条状图形包括多条相互平行的分割条224，如图3所示，条状图形的两侧形成台阶222。多条相互平行的分割条224两两之间形成多个间距，间距（宽度）逐渐递增或递减，最宽的间距大于待测光刻机的最小分辨率，分割条224的宽度大于待测光刻机的最小分辨率。
在本实施例中，两条内侧条状图形110和两条外侧条状图形210一共四个条状图形相互平行。内侧异向条状图形120和外侧异向条状图形220与四个横向的条状图形垂直，分割条224的宽度小于套刻测试仪的光学显微镜的分辨率。注意分割条224不应设置得太多太密集。内侧条状图形110、外侧条状图形210、内侧异向条状图形120、外侧异向条状图形220中不包括多条相互平行的分割条的，在光刻版上为不透光区域，且为下凹的图形。多条相互平行的分割条在光刻版上也为不透光区域，且为下凹的图形，间距在光刻版上为透光区域。
在本实施例中，既包括横向的图形，还包括纵向的图形。这是为了获得更精确的测试结果。在其他实施例中可以只包括一个方向的图形。
在本实施例中，在光刻版上同时放置传统的线宽分辨率测试图形和上述用于光刻机测试的套刻测试图形，每一个用于光刻机测试的套刻测试图形旁对应放置一组传统的线宽分辨率测试图形。
在本实施例中，用于光刻机测试的套刻测试图形在圆片上的一倍（1X）尺寸为40微米左右。外侧图形中两两平行的条状图形之间相距30微米左右，内侧图形中两两平行的条之间相距20微米左右，每个条状图形（即内侧条状图形110、外侧条状图形210、内侧异向条状图形120、外侧异向条状图形220）的宽度为2-5微米。
图4是一种传统的套刻测试图形示意图，传统的套刻测试方法是通过计算两边的内侧条状图形和外侧条状图形的中心距的差异，以得到套刻测量值。以对图4中的图形进行纵向套刻测试为例，就是测量左边的纵向的条状图形22和竖条12的中心距b，以及测量右边的纵向的条状图形22和竖条12的中心距a，用y表示纵向的套刻测量值，则y=(a-b)/2，一般可以对y取绝对值。同理，横向的套刻测试就是测量上方和下方的横向的条状图形21和横条11的中心距的差异。另外，套刻测试图形中的内侧图形和外侧图形在光刻版上是不透光区域，其他部分为透光区域，且透光区域和不透光区域的交界处会形成台阶。套刻测试仪是通过台阶两侧对比度的差异，来确定台阶的位置，再定义中心线的位置而确定中心距的。
由于套刻测试仪的光学分辨率远低于光刻机，所以传统技术中一般不使用套刻测试仪来测试光刻机的测试参数，例如测试分辨率和最佳焦距。本发明的光刻机的测试方法却使用上述用于光刻机测试的套刻测试图形，巧妙的实现了通过套刻测试仪来测试光刻机的测试参数，克服了传统的技术偏见。
图5为一实施例中光刻机的测试方法的流程图，包括下列步骤：
S510，使用光刻机将套刻测试图形曝光在涂覆有光刻胶的圆片上。该套刻测试图形即为图2所示的套刻测试图形。
S520，对圆片显影形成套刻图形。由于条状图形在显影后是下凹的结构，套刻图形在条状图形处形成台阶222。
S530，使用套刻测试仪测量套刻图形的套刻测量值。
S540，根据套刻测量值得到待测光刻机的测试参数。
由于分割条224的宽度大于待测光刻机的最小分辨率，且小于套刻测试仪的光学显微镜的分辨率，因此套刻测试仪只能分辨两侧的台阶222，无法分辨分割条224。也就是说，在分割条224的宽度很小时，填入了分割条的条状图形与传统的套刻测试图形在套刻测试仪下是一样的，填入的分割条224无法被分辨，就好像根本未填入一样。
待测光刻机的测试参数可以是光刻机的最佳焦距、光刻机的分辨率或其他测试参数。
图6是待测光刻机在不同的测试参数下将用于光刻机测试的套刻测试图形转移到圆片上后的示意图，从图中可以看出，随着待测光刻机的分辨率变差及偏离最佳焦距，较细的数条间距会无法被光刻机分辨，也就是分割条224产生了变形。从而在S520步骤显影后，相应的分割条224与那一侧的台阶222粘在了一起。因此在S530步骤中，套刻测试仪会将粘在一起的分割条224与台阶222一起辨认为台阶，从而使得中心线（即图6中的点划线）发生偏移。
图7是一实施例中使用套刻测试仪测量套刻图形的套刻测量值的示意图，包括虚线框内的内侧图形区域和虚线框外的外侧图形区域，外侧图形区域包括两横向的外侧条状图形721和721a，两纵向的外侧异向条状图形722和722a。内侧图形包括两条内侧条状图形711和两条内侧异向条状图形712。横向的外侧条状图形721a及纵向的外侧异向条状图形722a均包括多条分割条，多条分割条两两之间形成多个间距。b1是未填入分割条的中心距，其不受待测光刻机的分辨率和焦距影响。a1是最佳焦距（或一个较好的分辨率）时的中心距，a2是偏离最佳焦距（或一个较差的分辨率）时的中心距。可知待测光刻机分辨率越差，或偏离最佳焦距越多，套刻测量值的绝对值越大。
在测试光刻机的最佳焦距时，将焦距对套刻测量值的绝对值作图，如图8所示，并将各个点用平滑曲线相连（可以用数学拟合），可得一曲线，曲线的顶点（即套刻测量值的绝对值最小处，也是套刻测量值变化最平缓处）对应的焦距即是光刻机镜头对应的投影区域的最佳焦距。
在测试光刻机分辨率时，可以在光刻版上同时放置传统的线宽分辨率测试图形和前述用于光刻机测试的套刻测试图形，然后找出套刻测量值和分辨率的对应关系（可做成一个对应的表格），今后再测试时只需得到套刻测量值，即可得到相应的光刻机分辨率。
上述用于光刻机测试的套刻测试图形和光刻机的测试方法，通过测试套刻测量值来间接得到光刻机的WIS分辨率和最佳焦距。因为套刻测试仪价格较扫描电镜便宜，不是半导体生产中的关键瓶颈设备，且套刻测试较扫描电镜测试速度更快，因此提高了生产效率，降低了生产成本。且套刻测试使用光学显微镜，没有充电效应，测试效果较好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种用于光刻机测试的光刻版，包括套刻测试图形，所述套刻测试图形包括内侧图形区域和外侧图形区域，所述内侧图形区域包括两条内侧条状图形，所述外侧图形区域包括两条外侧条状图形，所述两条内侧条状图形各与所述两条外侧条状图形中的一条平行；其特征在于，所述内侧图形区域和外侧图形区域中至少有一条状图形包括多条相互平行的分割条，所述多条相互平行的分割条两两之间形成多个间距，所述间距逐渐递增或递减，最宽的所述间距大于待测光刻机的最小分辨率，所述分割条的宽度大于待测光刻机的最小分辨率。
2.根据权利要求1所述的用于光刻机测试的光刻版，其特征在于，所述内侧条状图形和外侧条状图形一共四个条状图形相互平行。
3.根据权利要求2所述的用于光刻机测试的光刻版，其特征在于，所述内侧图形区域还包括两条内侧异向条状图形，所述外侧图形区域还包括两条外侧异向条状图形，所述内侧异向条状图形和外侧异向条状图形与所述四个条状图形垂直；所述两条内侧条状图形和两条外侧条状图形中有一条状图形包括多条相互平行的分割条，且所述两条内侧异向条状图形和两条外侧异向条状图形中有一条状图形包括多条相互平行的分割条。
4.根据权利要求1所述的用于光刻机测试的光刻版，其特征在于，所述间距中宽度最小的一个小于或等于待测光刻机的最小分辨率。
5.根据权利要求1所述的用于光刻机测试的光刻版，其特征在于，所述间距在光刻版上为透光区域。
6.一种光刻机的测试方法，包括下列步骤：
使用光刻机将套刻测试图形曝光在涂覆有光刻胶的圆片上，所述套刻测试图形包括内侧图形区域和外侧图形区域，所述内侧图形区域包括两条内侧条状图形，所述外侧图形区域包括两条外侧条状图形，所述两条内侧条状图形各与所述两条外侧条状图形中的一条平行；其特征在于，所述内侧图形区域和外侧图形区域中至少有一条状图形包括多条相互平行的分割条，所述多条相互平行的分割条两两之间形成多个间距，所述间距逐渐递增或递减，最宽的所述间距大于待测光刻机的最小分辨率，所述分割条的宽度大于待测光刻机的最小分辨率，小于套刻测试仪的分辨率；
对所述圆片显影形成套刻图形；
使用套刻测试仪测量套刻图形的套刻测量值，所述套刻测量值是套刻测试图形两边的内侧条状图形和外侧条状图形的中心距的差异；
根据所述套刻测量值得到待测光刻机的测试参数，所述测试参数是光刻机的最佳焦距和/或光刻机的分辨率。
7.根据权利要求6所述的光刻机的测试方法，其特征在于，所述内侧条状图形和外侧条状图形一共四个条状图形相互平行。
8.根据权利要求6所述的光刻机的测试方法，其特征在于，所述内侧图形区域还包括两条内侧异向条状图形，所述外侧图形区域还包括两条外侧异向条状图形，所述内侧异向条状图形和外侧异向条状图形与所述四个条状图形垂直；所述两条内侧条状图形和两条外侧条状图形中有一条状图形包括多条相互平行的分割条，且所述两条内侧异向条状图形和两条外侧异向条状图形中有一条状图形包括多条相互平行的分割条。
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