CN103676464A

CN103676464A - 建模用光刻图形及其量测方法

Info

Publication number: CN103676464A
Application number: CN201410006853.6A
Authority: CN
Inventors: 钟政; 金晓亮
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2034-01-07
Also published as: CN103676464B

Abstract

一种建模用光刻图形及其量测方法，其中所述建模用光刻图形，包括：呈行列分布的若干基准图形，每个基准图形包括若干间隔分布的第一线状图形；位于相邻的基准图形之间的辅助图形，所述辅助图形包括位置图形和数据图形，所述位置图形用于定位相邻的基准图形的参考位置信息和数据图形的参考位置信息，所述数据图形用于在定位基准图形所在行或列的信息。提高了采集数据的精度。

Description

建模用光刻图形及其量测方法

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种建模用光刻图形及其量测方法。

背景技术

光刻是集成电路制作的主要工艺，光刻工艺的任务是实现掩膜版上的图形向硅片上的光刻胶层的转移。投影光通过掩膜图形后传播到硅片上，掩膜图形对光波来说，相当于传播路径上的障碍，从而在硅片上得到与掩膜图形相关的光刻图形。根据光波的衍射和干涉原理，光波通过掩膜版时会发生衍射，掩膜版不同位置之间的光波还会发生干涉，因此，实际投射到硅片上的光强分布是这些衍射光波的叠加结果，在硅片上形成的光刻图形与掩模图形并不是完全相同的。

根据光波的衍射原理，当障碍的尺寸远大于光波的波长时，有衍射产生的图形的偏差可以忽略不计，也就是说，当掩模图形的尺寸（集成电路的特征尺寸）远大于光波波长时，硅片上的光刻图形与掩膜图形基本相同。但在超深亚微米工艺下，集成电路的特征尺寸在0.13微米甚至0.09微米一下，已经接近甚至小于光波波长的情况下，光的衍射效果将非常明显，硅片上的光刻图形与掩膜图形之间的偏差不可以忽略，随着集成电路特征尺寸的不断减小，这种光刻图形的变形和偏差变得越来越严重，成为影响芯片的性能和成品率的重要因素。

特别是在图形相互邻近的部位，由于光波和衍射的作用明显，图形的偏差相对较大，例如，在线段的顶端和图形的拐角处的偏差就比较明显，又例如：当要形成行列规则排布的图形（比如：通孔）时，曝光光线经过掩膜版上的行列排布的掩膜图形后的光强分布在横向和对角线方向的光强分布是不均匀的，使得在光刻胶中形成的图形（比如：通孔）是变形的，在集成电路的制作中，某些图形部位往往对电路的电学性能和电路功能起关键作用的地方，从而影响了整个芯片的性能，甚至导致电路的失效。这种由于光波的衍射、干涉而使光刻图形与掩膜图形产生偏差的现象称为光学邻近效应（OPE：optical proximity effect）。

在光刻工艺中，光学邻近效应是不可避免的，因此在将半导体图形制作成光刻版图之前，有必要建立OPC（Optical Proximity Correction）模型，以补偿或消除光学邻近效应带来的影响。而怎样建立有效的OPC模型，就需要大量的数据支持。而大量数据的获得是通过量测建模用光刻图形（OPC图形）的尺寸来获得，其具体过程为：首先在光刻设备中，将建模用光刻图形通过曝光和显影转移到光刻胶层中，然后通过量测光刻胶图形（与OPC图形对应）的尺寸（间距）等信息，可以得到与机台、环境、材料、和工艺程式相关的若干数据，通过将数据输入模拟软件，分析后可以得出OPC模型。

现有通过测量OPC图形获得数量精度较低，不利于OPC模型的建立。

发明内容

本发明解决的问题是怎样提高OPC建模过程中获得数据的精度。

为解决上述问题，本发明提供一种建模用光刻图形，包括：

呈行列分布的若干基准图形，每个基准图形包括若干间隔分布的第一线状图形；

位于相邻的基准图形之间的辅助图形，所述辅助图形包括位置图形和数据图形，所述位置图形用于定位相邻的基准图形的参考位置信息和数据图形的参考位置信息，所述数据图形用于在定位基准图形所在行或列的信息。

可选的，每一行的相邻基准图形之间具有一个辅助图形。

可选的，每一行的相邻基准图形之间具有一个辅助图形，且每一列的相邻的基准图形之间具有一个辅助图形。

可选的，所述位置图形的形状为三角形、“十”形、“×”形、菱形或者与基准图形形状不同的图形。

可选的，每个数据图形包括若干间隔分布的第二线状图形，相邻第二线状图形之间的间距相等。

可选的，每一行中，不同数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距相等，且不同行中，数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距不相等。

可选的，不同行中，数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距随着行数的增加逐渐增大或逐渐减小。

可选的，每个基准图形中若干第一线状图形的宽度相等，相邻第一线状图形之间的间距相等，且每一行中，不同基准图形中的相邻第一线状图形之间的间距逐渐增大或减小；或者每个基准图形中，第一线状图形的数量为一个，且每一行中，所述第一线状图形的宽度逐渐增大或逐渐减小；或者所述第一线状图形包括顶端相对的第一子线状图形和第二子线状图形，每一行中，不同基准图形中的第一子线状图形和相对的第二子线状图形顶端之间的垂直距离逐渐增大或逐渐减小。

本发明还提供了一种建模用光刻图形的量测方法，包括：

在晶圆上形成建模用光刻图形，所述建模用光刻图形包括：呈行列分布的若干基准图形，每个基准图形包括若干间隔分布的第一线状图形；位于相邻的基准图形之间的辅助图形，所述辅助图形包括位置图形和数据图形，所述位置图形用于定位相邻的基准图形的参考位置信息，所述数据图形用于在定位基准图形所在行或列的信息；

量测某一行中的第一个基准图形，获得第一量测数据；

检测第一个基准图形一侧的辅助图形，获得该行第二个基准图形的参考位置信息和待测量基准图形所在行的信息；

量测第二个基准图形，获得第二量测数据；

依次检测该行剩余的辅助图形和量测剩余的基准图形，以及依次检测其他行的辅助图形和量测其他行的基准图形，直至获得所有量测数据。

可选的，所述检测第一基准图形一侧的辅助图形的过程包括：检测位置图形，获得数据图形的参考位置信息；量测数据图形，获得行量测数据，所述行量测数据代表行信息；再次检测数据图形，获得第二个基准图形的参考位置信息。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的建模用光刻图形，包括呈行列分布的若干基准图形，在相邻的基准图形之间的设置辅助图形，所述辅助图形包括位置图形和数据图形，所述位置图形用于定位相邻的基准图形的参考位置信息和数据图形的参考位置信息，所述数据图形用于在定位基准图形所在行或列的信息，在测量时，尺寸量测基台可以很方便的获得待测量的基准图形的精确位置和行列信息，从而提高了测量的效率和采集的数据的准确性。

进一步，每一行中，不同数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距相等，且不同行中，数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距不相等。不同行中，数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距随着行数的增加逐渐增大或逐渐减小，实现行信息的准确和方便的识别。

本发明的建模用光刻图形的量测方法，通过检测位置图形，减小了累计误差的叠加，实现待测量的基准图形的准确定位，提高了测量的数据的精度，通过检测数据图形，准确的获得基准图形所在行或列的信息，便于数据的分析。

附图说明

图1为现有技术一种建模用光刻图形的结构示意图；

图2～图8为本发明实施例建模用光刻图形的结构示意图。

具体实施方式

建模用光刻图形的种类繁多，参考图1，图1为现有技术一种建模用光刻图形的结构示意图，请参考图1，所述建模用光刻图形包括若干呈行列分布的基准图形100，每个基准图形100包括若干间隔分布的线状图形10，线状图形10之间相互平行，每个基准图形100中相邻的线状图形10之间的间距P相等，而每一行中（沿x轴方向），不同基准图形100中的相邻的线状图形10之间的间距P不相同，比如，每一行中，不同基准图形100中的相邻线状图形10之间的间距P逐渐增大或逐渐减小。现有OPC建模时的数据采集的主要过程为：首先，提供具有上述建模用光刻图形的掩模板，通过曝光和显影，将建模用光刻图形转移到晶圆上的光刻胶层中，形成与建模用光刻图形对应的光刻胶图形，光刻胶图形包括基准图形和线状图形，光刻胶图形结构和排布可以参考图1建模的光刻图形的结构和排布；然后将具有光刻胶图形的晶圆转移到尺寸量测机台中，所述尺寸量测机台可以为CD-SEM机台；尺寸量测机台量测光刻胶中每一个基准图形中的相邻线状图形之间的间距，获得若干尺寸数据，若干尺寸数据反映在同一曝光条件下（机台、环境、材料、和工艺程式等），线状图形在不同间距下的光学邻近效应。

尺寸量测机台在进行测量时，首先需要将上述晶圆置于尺寸量测基台的载物台上，然后进行晶圆的对准（获得晶圆上基准图形的位置坐标），最后进行尺寸的量测。尺寸量测机台在完成一个基准图形尺寸的量测时，载物台根据程序设定的固定距离移动到下一个基准图形，使得下一个基准图形置于预定位置，然后对所述下一个基准图形的尺寸进行测量。但是在实际的测量过程中，由于掩膜图形到光刻胶图形的转移过程中本身会存在一定的误差、尺寸测量基台的载物台移动时会存在一定的误差、相邻基准图形之间的间距很小等因素的影响，在完成一个基准图形或多个基准图形的测量后，会产生累计误差的叠加，在进行下一个基准图形的测量时，下一个基准图形的位置会出现偏差，从而不能正常的自动完成测量，并且很容易使得测量的数据的准确度降低、另外，现有采集的数据也不能确定是哪一行和那一列的基准图形对应的数据，使得采集的数据不利于OPC模型的建立。

本发明提供了一种建模用光刻图形，在相邻的基准图形之间的设置辅助图形，所述辅助图形包括位置图形和数据图形，所述位置图形用于定位相邻的基准图形的参考位置信息和数据图形的参考位置信息，所述数据图形用于在定位基准图形所在行或列的信息，在测量时，尺寸量测基台可以很方便的获得待测量的基准图形的精确位置和行列信息，从而提高了测量的效率和采集的数据的准确性。

为使本发明的上述目的、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例做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。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。

图2～图8为本发明实施例建模用光刻图形的结构示意图。

第一实施例

请参考图2，所述建模用光刻图形包括：呈行列分布的若干基准图形201，每个基准图形201包括若干间隔分布的第一线状图形；位于每一行的相邻的基准图形201之间的辅助图形202，所述辅助图形202包括位置图形203和数据图形204，所述位置图形203用于定位相邻的基准图形201的参考位置信息和数据图形204的参考位置信息，所述数据图形204用于定位基准图形201所在行的信息。

具体的，基准图形201通常是形成在光刻掩模板上，在光刻设备中，通过曝光和显影工艺将光掩模板上的基准图形转移到光刻胶层中，然后通过测量光刻胶层中形成的图形的尺寸，获得相应的数据，该数据即为建立OPC模型时需要采集的数据，在具体的实施例中，所述基准图形201包括若干间隔分布的第一线状图形21（参考图4～6），通过对第一线状图形21的排布和宽度等进行不同的设置，通过曝光和显影将第一线状图形21转移到光刻胶层中时，可以获得同一曝光条件（机台、环境、材料、和工艺程式相同）下，第一线状图形21在不同的排布和宽度等设置下光学邻近效应，第一线状图形21的具体排布方式后续做详细介绍。

每一行（x轴方向）的相邻基准图形201之间具有一个辅助图形202，所述辅助图形202包括位置图形203和数据图形204，所述位置图形203用于定位相邻的基准图形201的参考位置信息和数据图形204的参考位置信息，所述辅助图形与基准图形201一样，也是形成在光掩模板上，通过曝光和显影工艺转移到光刻胶层中。所述位置图形203采用与基准图形的201的第一线状图形21存在区别的图形，且位置图形203的最小尺寸要大于第一线状图形21的尺寸，以便于位置图形203的检测和识别。尺寸测量基台在测量完一个基准图形201的尺寸后，然后检测与该基准图形201相邻的位置图形203，可以获得下一个基准图形201的参考位置信息以及数据图形204的参考位置信息，所述参考位置信息为尺寸测量基台的载物台所在的位置坐标，由于晶圆与载物台的位置是固定的，并且位置图形203与相邻的数据图形204之间的距离、以及与下一个基准图形201的之间的距离是固定的，因此可以很精确的获得进行下一个基准图形201的检测时，载物台应该移动的距离。相对于现有技术通过载物台移动固定的距离实现不同基准图形的量测，本发明实施例中在量测完一个基准图形201后，通过检测检测相邻的位置图形203，可以很精确的获得相邻的数据图形204和下一个基准图形201的参考位置信息，在基准图形201量测切换时，实时调整载物台应该移动的距离，防止了累计误差的叠加，在进行数据图形204和基准图形201的尺寸测量时，可以获得很精确的基准图形201所在行信息和建模数据信息。

具体实施例中，所述位置图形203的形状可以为三角形、“十”形、“×”形、菱形或者与基准图形形状不同的图形。位置图形203的检测可以采用现有的成像对比技术，具体过程为：光源对晶圆上的位置图形203进行照明，位置图形203发出反射光，将来自位置图形203的反射光通过光学成像系统，由摄像元件接收，使位置图形203成像在摄像元件的视场范围上，并通过对摄像元件上的图像信号进行信号处理，获得位置图形203相对于视场范围中央的位置关系，载物台调整位置，直至位置图形203出现在摄像元件的视场范围中央，完成对位置图形203的检测。

所述数据图形204用于在定位基准图形201所在行的信息，所述数据图形201包括若干间隔分布的第二线状图形22（参考图4～6），相邻第二线状图形22之间的间距P2相等。通过测量相邻的第二线状图形22之间的间距P2的大小，获得行信息，为了实现行信息方便和准确识别，每一行中，不同的数据图形201中的相邻的第二线状图形22之间的间距P2是相等的，不同行中，相邻的第二线状图形22之间的间距P2是不相同的。第二线状图形22数量至少大于等于2个，比如可以为2个、3个或5个。本实施例中，所述第二线状图形22的数量为3个，节省了第二线状图形22占据的空间，并且不会影响测量的精度。

为了更方便和准确的实现行信息的识别，数据图形201中的所述相邻第二线状图形22之间的间距P2大于相邻的第一线状图形21之间的间距P1，不同行中，数据图形204中的相邻的第二线状图形22之间的间距P2随着行数的增加（沿y轴正方向或负方向）逐渐增大或逐渐减小。

所述数据图形204位于位置图形203的下方，在本发明的其他实施例中，所述数据图形204可以位于位置图形203的上方、左方和右方。

第二实施例

请参考图3，所述建模用光刻图形包括：呈行列分布的若干基准图形201，每个基准图形201包括若干间隔分布的第一线状图形；位于每一行的相邻的基准图形201之间以及位于每一列的相邻的基准图形201之间的辅助图形202，所述辅助图形202包括位置图形203和数据图形204，所述位置图形203用于定位相邻的基准图形201的参考位置信息和数据图形204的参考位置信息，每一行的所述数据图形204用于在定位基准图形201所在行的信息，每一列的所述数据图形204用于在定位基准图形201所在列的信息。

相比于第一实施例，本实施例中，每一列的相邻的基准图形201之间也具有辅助图形202，因此在量测完某一行中的基准图形201的尺寸后，需要对下一行的中的基准图形201的尺寸进行测量时，可以通过检测相应列中的辅助图形202，从而获得下一行的基准图形201的参考位置信息以及该基准图形201所在列的信息，通过相应列中的辅助图形202的检测，可以很精确的确定在行与行转换时，载物台应该移动的距离，防止了载物台移动过程中的累计误差的叠加。

关于基准图形201和辅助图形202的其他限定和描述请参考第一实施例，在此不再赘述。

下面将对上述用于建模的光刻图形中的基准图形201和辅助图形202在某一行中的排布进行进一步的描述。

请参考图4，每个基准图形201包括至少一个第一线状图形21，且每一行中，所述第一线状图形21的宽度W1逐渐增大或逐渐减小，可以测量同一曝光条件下的，不同宽度的第一线状图形21的光学邻近效应。所述位置图形203的形状为三角形，数据图形204包括若干间隔分布的第二线状图形22，并且一行中，每个数据图形204的相邻第二线状图形22之间的间距P2相等。本实施例和后续实施例中，基准图形201行列排布时，相邻行中的基准图形201中的第一线状图形21的排布相同或不相同。

请参考图5，每个基准图形201中包括若干间隔分布的第一线状图形21，每个基准图形201中第一线状图形21的数量大于2，第一线状图形21的宽度相等，相邻第一线状图形21之间的间距P1相等，且每一行中，不同基准图形201中的相邻第一线状图形21之间的间距P1逐渐增大或减小，可以测量同一曝光条件下的，不同间距的第一线状图形21的光学邻近效应。所述位置图形203的形状为“+”形，数据图形204包括若干间隔分布的第二线状图形22，并且一行中，每个数据图形204的相邻第二线状图形22之间的间距P2相等。在本发明的其他实施例中，请参考图6，所述位置图形203的形状还可以为“×”形

请参考图7，每个基准图形201包括若干间隔分布的第一线状图形，所述第一线状图形包括顶端相对的第一子线状图形21a和第二子线状图形21b，每一行中，不同基准图形中的第一子线状图形21a和相对的第二子线状图形21b顶端之间的垂直距离W1逐渐增大或逐渐减小，可以测量同一曝光条件下的，不同顶端距离的第一子线状图形21a和相对的第二子线状图形21b的光学邻近效应。所述位置图形203的形状为菱形，数据图形204包括若干间隔分布的第二线状图形22，并且一行中，每个数据图形204的相邻第二线状图形22之间的间距P2相等。

需要说明的是，除了上述图4～图7列举的基准图形201和辅助图形202排布之外，本发明的其他实施例中，还可以为上述图4～图7中基准图形201排布和辅助图形202排布的其他组合。

本发明实施例，还提供了一种建模用光刻图形的量测方法，请参考图8，包括：

首先，通过曝光和显影工艺，在晶圆上形成建模用光刻图形，所述建模用光刻图形包括：呈行列分布的若干基准图形，每个基准图形包括若干间隔分布的第一线状图形；位于相邻的基准图形之间的辅助图形，所述辅助图形包括位置图形和数据图形，所述位置图形用于定位相邻的基准图形的参考位置信息，所述数据图形用于在定位基准图形所在行或列的信息。

然后，将所述晶圆置于尺寸量测基台的载物台上。

接着，量测某一行中的第一个基准图形201a，获得第一量测数据。本实施例中，以量测图8中第一行的几个基准图形201作为示例。

然后，检测第一个基准图形201a一侧的辅助图形202，获得该行第二个基准图形201b的参考位置信息和待测量基准图形201b所在行的信息，具体包括：检测位置图形203a，获得数据图形204a的参考位置信息；载物台移动，量测数据图形204a，获得行量测数据，所述行量测数据代表行信息；再次检测数据图形203a，获得第二个基准图形201b的参考位置信息。在本发明的其他实施例中，也可以只进行一次位置图形203a的检测，同时获得数据图形204a的参考位置信息和第二个基准图形201b的参考位置信息。

接着，载物台移动，量测第二个基准图形201b，获得第二量测数据。

最后，依次检测该行剩余的辅助图形和量测剩余的基准图形，以及依次检测其他行的辅助图形和量测其他行的基准图形，直至获得所有量测数据。

虽然本发明披露如上，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

1.一种建模用光刻图形，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的建模用光刻图形，其特征在于，每一行的相邻基准图形之间具有一个辅助图形。

3.如权利要求1所述的建模用光刻图形，其特征在于，每一行的相邻基准图形之间具有一个辅助图形，且每一列的相邻的基准图形之间具有一个辅助图形。

4.如权利要求1所述的建模用光刻图形，其特征在于，所述位置图形的形状为三角形、“十”形、“×”形、菱形或者与基准图形形状不同的图形。

5.如权利要求1所述的建模用光刻图形，其特征在于，每个数据图形包括若干间隔分布的第二线状图形，相邻第二线状图形之间的间距相等。

6.如权利要求5所述的建模用光刻图形，其特征在于，每一行中，不同数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距相等，且不同行中，数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距不相等。

7.如权利要求6所述的建模用光刻图形，其特征在于，不同行中，数据图形中的相邻的第二线状图形之间的间距随着行数的增加逐渐增大或逐渐减小。

8.如权利要求1所述的建模用光刻图形，其特征在于，每个基准图形中若干第一线状图形的宽度相等，相邻第一线状图形之间的间距相等，且每一行中，不同基准图形中的相邻第一线状图形之间的间距逐渐增大或减小；或者每个基准图形中，第一线状图形的数量为一个，且每一行中，所述第一线状图形的宽度逐渐增大或逐渐减小；或者所述第一线状图形包括顶端相对的第一子线状图形和第二子线状图形，每一行中，不同基准图形中的第一子线状图形和相对的第二子线状图形顶端之间的垂直距离逐渐增大或逐渐减小。

9.一种建模用光刻图形的量测方法，其特征在于，包括：

量测某一行中的第一个基准图形，获得第一量测数据；

量测第二个基准图形，获得第二量测数据；

10.如权利要求9所述的量测方法，其特征在于，所述检测第一基准图形一侧的辅助图形的过程包括：检测位置图形，获得数据图形的参考位置信息；量测数据图形，获得行量测数据，所述行量测数据代表行信息；再次检测数据图形，获得第二个基准图形的参考位置信息。