CN117111398B - 光罩制程偏差的监控方法及监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光罩制程偏差的监控方法及监控系统，采用光学邻近校正模型确定监控图案；将所述监控图案排版于光罩版图上对应晶圆切割道的位置，并根据所述光罩版图制作光罩；测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸，计算所述监控图案的关键尺寸偏差并判断所述光罩的制程偏差。通过设计光罩监控图案，可以监测监控图案判断光罩的制程偏差，这种监测能够确保芯片制造的可重复性和稳定性，并且能够为芯片设计和制造提供更加精确的光罩参考数据。本发明提供的方法可以适用于不同的光罩厂，能够在各种工艺条件下监测光罩制程的偏差情况，适用性广；以及本发明提高了光罩的质量管控。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种光罩制程偏差的监控方法及监控系统。
背景技术
在芯片制造过程中，光罩的准确性对芯片产品的性能和可靠性非常关键。通常情况下，一个芯片的制造需要使用多个光罩，这些光罩往往需要从不同的光罩厂中进购。近期对光罩厂做资质认定，对不同光罩厂生产的光罩做关键尺寸量测匹配，发现不同光罩厂因为工艺需求，制造出的光罩存在关键尺寸偏差，会对光罩关键尺寸量测结果进行补偿，即在光罩关键尺寸量测结果的基础上补偏差量。如图1和图2所示，图1为位于掩模板40上的线（line）监控图案40a的SEM图片，图2为位于掩模板40上的间隔（space）监控图案40b的SEM图片，图1和图2中的目标（target）值均为0.16，图1中的分析证书（Certificate ofAnalysis，COA）值为0.148，图2中的COA值为0.158，但图1和图2中监控图案的差距明显和COA数据不匹配，也就是说不同光罩厂所使用的制造工艺及质量管理能力存在差异，制造出的光罩通常也存在一定的差异，如关键尺寸（Critical Dimension，CD）偏差，这会直接影响芯片的性能和可靠性。因此，客户需要对不同的光罩厂进行资质认定，考虑不同光罩厂所使用的工艺和质量管理能力的差别，对光罩制程偏差进行监控，审查光罩制程偏差是否正常，所以需要一种方法来监测光罩厂制造的光罩的制程偏差，以确保在不同光罩厂中制造的光罩可以达到相同的质量要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光罩制程偏差的监控方法及监控系统，以解决光罩制程偏差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光罩制程偏差的监控方法，包括：
采用光学邻近校正模型确定监控图案；
将所述监控图案排版于光罩版图上对应晶圆切割道的位置，并根据所述光罩版图制作光罩；
测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸，计算所述监控图案的关键尺寸偏差并判断所述光罩的制程偏差。
可选的，所述监控图案包括第一监控图案和第二监控图案，所述第一监控图案和第二监控图案对应光罩版图的图形区域分别为不透光和透光且所述第一监控图案和第二监控图案具有相同的关键尺寸。
可选的，所述第一监控图案的形状和所述第二监控图案的形状为一字型、十字型、L型、回字型或者米字型中的一种。
可选的，获取所述第一监控图案的关键尺寸和所述第二监控图案的关键尺寸，所述第一监控图案的关键尺寸和所述第二监控图案的关键尺寸差值的平均值为所述监控图案的关键尺寸偏差。
可选的，所述监控图案的关键尺寸小于锚点关键尺寸且大于光罩规则检查尺寸的1.2倍。
可选的，所述监控图案在曝光工艺中对光线起散射作用。
可选的，将所述监控图案排版于光罩版图上对应晶圆切割道的位置，并根据所述光罩版图制作光罩的步骤包括：
将包含所述监控图案的所述光罩版图发送至光罩制造厂；
所述光罩制造厂根据所述光罩版图制作所述光罩；
所述光罩制造厂测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸形成第一测试数据并拍摄SEM图片。
可选的，半导体厂根据所述SEM图片测量所述监控图案形成第二测试数据，比较所述第一测试数据和所述第二测试数据，以评估所述光罩制造工艺的精度。
可选的，根据光刻工艺平台确定所述光学邻近校正模型。
基于同一发明构思，本发明还提供一种光罩制程偏差的监控系统，包括：
光学邻近校正模型，用于模拟并确定监控图案；
光罩，所述光罩对应晶圆切割道的位置处设置有所述监控图案；
测试模块，用于测量所述光罩的监控图案的关键尺寸；
计算模块，用于计算所述监控图案的关键尺寸偏差；
判断模块，用于判断所述光罩的制程偏差。
在本发明提供的一种光罩制程偏差的监控方法及监控系统中，采用光学邻近校正模型确定监控图案；将所述监控图案排版于光罩版图上对应晶圆切割道的位置，并根据所述光罩版图制作光罩；测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸，计算所述监控图案的关键尺寸偏差并判断所述光罩的制程偏差。通过设计光罩监控图案，可以监测监控图案判断光罩的制程偏差，这种监测能够确保芯片制造的可重复性和稳定性，并且能够为芯片设计和制造提供更加精确的光罩参考数据。本发明提供的方法可以适用于不同的光罩厂，能够在各种工艺条件下监测光罩制程的偏差情况，适用性广。本发明的方法步骤清晰明了，要求的材料设备简单常见，操作相对简便容易。通过定期监测光罩制程误差，可以增加对光罩厂的质量管控和制度执行的监督，提高了光罩的质量管控。
进一步的，所述监控图案的关键尺寸远小于锚点关键尺寸且大于光罩规则检查尺寸的1.2倍。以及监控图案在产品制程窗口范围内不被显影等，这可以减少制作误差，提高测量结果的准确性。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是现有技术中的线监控图案的SEM图。
图2是现有技术中的间隔监控图案的SEM图。
图3是本发明实施例的光罩制程偏差的监控方法流程图。
图4是本发明实施例的监控图案的版图示意图。
图5是本发明实施例的监控图案的光学模型仿真图。
图6是本发明实施例的监控图案的实验验证的SEM图。
附图中：10-监控图案；11-第一监控图案；12-第二监控图案；13-标记图案；20-光刻胶；30-晶圆；40-掩模板；40a-线监控图案；40b-间隔监控图案。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图3是本发明实施例的光罩制程偏差的监控方法流程图。如图3所示，本实施例提供一种光罩制程偏差的监控方法，包括：
步骤S10，采用光学邻近校正模型确定监控图案；
步骤S20，将所述监控图案排版于光罩版图上对应晶圆切割道的位置，并根据所述光罩版图制作光罩；
步骤S30，测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸，计算所述监控图案的关键尺寸偏差并判断所述光罩的制程偏差。
在步骤S10之前，根据光刻工艺平台确定所述光学邻近校正模型。光刻工艺平台包括光刻机与晶圆的距离，也即晶圆位于光刻机的焦面位置，晶圆上形成有光刻胶，也即光刻胶位于光刻机的焦面位置；以及正常光刻工艺中掩膜版图形的关键尺寸范围。OPC模型(OPCmodel)主要由掩模模型(mask model，高技术节点opc模型才使用)，光学模型(opticalmodel)及光阻模型(resist model)三部分组成。其中，光学模型(optical model)最能反映OPC模型的物理意义，它决定着最终OPC模型的各项性能。
在步骤S10中，采用光学邻近校正模型确定监控图案。
如图4所示，首先设计监控图案10，监控图案10包括述第一监控图案11和第二监控图案12，所述第一监控图案11和第二监控图案12对应光罩版图的图形区域分别为不透光和透光且所述第一监控图案11和第二监控图案12具有相同的关键尺寸。
请继续参考图4，所述第一监控图案11的形状和所述第二监控图案12的形状为一字型、十字型、L型、回字型或者米字型中的一种。优选的，所述第一监控图案11的形状和所述第二监控图案12的形状为一字型。所述第一监控图案11和所述第二监控图案12也可以为其他形状，本实施例对此不予限制。第一监控图案11为暗场（dark），对应光罩版图的图形区域不透光，第一监控图案11的形状为线型（line），也称为一字型。第二监控图案12为明场（clear），对应光罩版图的图形区域透光，明场光罩刻蚀有图案的位置，第二监控图案12中有图案的位置，也即图案的间隔（space）为一字型。第一监控图案11的线宽和第二监控图案12的间隔具有相同的关键尺寸。
监控图案10用于监控光罩的制程偏差，但不能在晶圆的光刻胶上曝光显影。由于晶圆上的刻蚀会影响芯片的性能，保证监控图案10在光刻制程窗口范围内不会被曝光显影。优选的，所述监控图案10的关键尺寸(CD)远小于锚点关键尺寸且大于光罩规则检查尺寸的1.2倍。第一监控图案11的线宽和第二监控图案12的间距均例如是80nm。
具体的，监控图案10的关键尺寸远小于锚点关键尺寸（anchor CD）。所谓锚点关键尺寸，就是芯片设计中固定的、作为参考基准的尺寸。锚点关键尺寸是图形设计系统最小尺寸（Graphical Design System minimum design），是能够在晶圆上正常曝光显影的尺寸，也即正常光刻图形尺寸大于等于锚点关键尺寸，监控图案10不应在晶圆上显影，因此，至少需要保证监控图案10的关键尺寸小于锚点关键尺寸。优选的，当监控图案10的关键尺寸远小于锚点关键尺寸时，更容易达到不曝光显影的目的。以及，当监控图案10的关键尺寸越小时，光罩制造厂若有工艺制程偏差，对于相同的工艺制程偏差，生成SEM图像，监控图案10的关键尺寸越大，监控图案10占整体尺寸比例越小，反之越大，因此，监控图案10关键尺寸越小，通过SEM图像判断时更容易判别。
监控图案10的关键尺寸需大于光罩规则检查（mask rule check，MRC）的1.2倍。MRC通常指的是半导体行业中的光罩规则检查，MRC会对光罩的布图进行检查，以确保光罩上的线宽、间距、边缘等等的尺寸符合制造工艺的要求。MRC是光罩规则检查的尺寸是光罩厂制程能力能够做到的最小尺寸，一般检查GDS上是否有图形尺寸值小于MRC尺寸，若存在，光罩厂无法在制程内做到，监控图案10的关键尺寸大于光罩规则检查的尺寸的1.2倍是受限于光罩的等级和光罩厂的制程能力。监控图案10的关键尺寸大于MRC的1.2倍可以避免因监控图案10的关键尺寸接近制程极限而产生的过大变化，干扰判断。
以及，监控图案10类似于散射条的原理，在集成电路设计版图中的稀疏图形周围添加一些细小的图形，使稀疏图形在光学角度上看像密集图形，这些细小图形必须小于光刻机分辨率，曝光时，这些图形只对光线其散射作用，而不会被转移到光刻胶上。监控图案的关键尺寸需要保证不会在产品制程窗口范围内被显影形成实际的芯片结构。如果监控图案在制程窗口范围内被曝光显影，会对芯片性能产生很大的影响，且不可逆。正常情况下，芯片中额外显影原本GDS上没有的图形，可能会对电性能产生影响，会对芯片性能产生很大的影响。即使监控图案10在晶圆的切割道上，如果额外显影，由于监控图案10的尺寸设计特点，很可能会形成晶圆的缺陷（defect）。
为了确保监控图案10制造的准确性，需要采用光学邻近校正模型仿真方法。对设计好的监控图案做光学邻近校正模型仿真，确认不会曝光显影。
如图5所示，掩模板中的第一监控图案11为暗场（dark），对应光罩版图的图形区域不透光，第一监控图案11的形状为线型（line），也称为一字型。第二监控图案12为明场（clear），对应光罩版图的图形区域透光，明场光罩刻蚀有图案的位置，第二监控图案12中没有图案的位置，也即图案的间隔（space）为一字型。监控图案的光学模型仿真图显示了一组第一监控图案11的线宽和第二监控图案12的间距均为80nm的图形，通过光学邻近校正模型仿真，可预测出当前尺寸的所述第一监控图案11和第二监控图案12均未曝光显影，也即明场整体不显影，暗场整体显影，第一监控图案11对应的光刻胶全部被刻蚀，第二监控图案12对应的光刻胶20全部保留，第一监控图案和第二监控图案均未转移到光刻胶20上，只显影了标记图案13，标记图案13用于实验验证时标记图形的标签。在正常光刻工艺中的光罩中，标记图案13不保留，仅在在验证监控图案有效性的实验中保留，以避免标记图案13影响芯片的性能。
如图6所示，发明人在晶圆30上利用扫描电子显微镜（Scanner ElectronicMicroscopy，SEM）量测第一监控图案11的线宽和第二监控图案12，证实光学邻近校正模型的结果与晶圆30实际显影情况一致，即图4所示的一组监控图案10，在光学邻近校正模型模拟的条件下不会在晶圆30上曝光显影。
在步骤S20中，将所述监控图案10排版于光罩版图上对应晶圆切割道的位置，并根据所述光罩版图制作光罩。具体的，第一，半导体厂将包含所述监控图案10的所述光罩版图以及图形关键尺寸测量需求发送至光罩制造厂；所述光罩版图包括正常刻蚀工艺的图形和用于监控光罩制程偏差的监控图案10，正常刻蚀工艺的图形对应于晶圆30的器件区，监控图案10对应于晶圆30的切割道区域，以避免监控图案10对晶圆的影响。第二，所述光罩制造厂根据所述光罩版图制作所述光罩；光罩制造厂根据客户承认并归档的主要实施方案（Plan of Record，POR）完成制作。第三，光罩制造厂测量所述光罩中正常刻蚀工艺的图形和监控图案10的关键尺寸形成第一测试数据并拍摄SEM图片。光罩制造厂根据第一测试数据形成分析证书（Certificate of Analysis，COA），分析证书记录了光罩的质量细节和性能参数，包括监控图案10的测量结果。光罩制造厂将COA和SEM 图片提供给半导体厂（FAB）。
在步骤S30中，半导体厂测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸，计算所述监控图案的关键尺寸偏差并判断所述光罩的制程偏差。具体的，半导体厂根据所述SEM图片测量所述监控图案10形成第二测试数据，第二测试数据包括所述第一监控图案11的关键尺寸和所述第二监控图案12的关键尺寸，所述第一监控图案11的关键尺寸和所述第二监控图案12的关键尺寸差值的平均值为所述监控图案的关键尺寸偏差，也即光罩的制造偏差。公式如下：
（1）
其中，d为光罩的制造偏差，CDdark为第二监控图案12的关键尺寸，CDclear为第一监控图案11的关键尺寸。
当所述第一监控图案11的关键尺寸和所述第二监控图案12为一字型时，也即一字型，可以纵向设置，也可以横向设置，可以监控光罩一个方向的制造偏差。当所述第一监控图案11的关键尺寸和所述第二监控图案12为十字型、L型或者回字型线时，可以监控光罩两个方向的制造偏差。当所述第一监控图案11的关键尺寸和所述第二监控图案12为米字型时，可以测试光罩多个方向的制造偏差。
以及比较光罩制造厂测试的所述第一测试数据和半导体厂测试的所述第二测试数据，以评估所述光罩制造工艺的精度。若第一测试数据和所述第二测试数据之间存在差异，可以判断光罩厂加了差异值。
本实施例提供的一种光罩制程偏差的监控方法通过在光罩中设置监控图案，监控光罩制造的偏差，所述监控方法适用性广、技术要求严格、操作简便并且提高了质量管控。具体的，本实施例提供的监控方法可以适用于不同的光罩厂，能够在各种工艺条件下监测光罩制程的偏差情况。本实施例的监控图案具有一定的技术要求，例如监控图案关键尺寸远小于锚点关键尺寸且大于MRC的1.2倍、监控图案在产品制程窗口范围内不被显影，这可以减少制作误差，提高测量结果的准确性。本实施例的监控方法步骤清晰明了，要求的材料设备简单常见，操作相对简便容易。以及通过定期监测光罩制程误差，可以增加对光罩厂的质量管控和制度执行的监督。此外，本实施例还可进一步优化和改进。例如，可以采用更严格的关键尺寸测量方法来提高准确性，也可以改进监控图案的设计方案，如尝试不同的形状、尺寸和布局，以获得更优的监测效果，本实施例对此不予限制。因此，本发明具有广泛的应用前景，可以在微电子制造领域发挥重要作用。
本实施例还提供一种光罩制程偏差的监控系统，包括：
光学邻近校正模型，用于模拟并确定监控图案；
光罩，所述光罩对应晶圆切割道的位置处设置有所述监控图案；
测试模块，用于测量所述光罩的监控图案的关键尺寸；
计算模块，用于计算所述监控图案的关键尺寸偏差；
判断模块，用于判断所述光罩的制程偏差。
综上可见，在本发明实施例提供的一种光罩制程偏差的监控方法及监控系统中，采用光学邻近校正模型确定监控图案；将所述监控图案排版于光罩版图上对应晶圆切割道的位置，并根据所述光罩版图制作光罩；测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸，计算所述监控图案的关键尺寸偏差并判断所述光罩的制程偏差。通过设计光罩监控图案，可以监测监控图案判断光罩的制程偏差，这种监测能够确保芯片制造的可重复性和稳定性，并且能够为芯片设计和制造提供更加精确的光罩参考数据。本发明提供的方法可以适用于不同的光罩厂，能够在各种工艺条件下监测光罩制程的偏差情况，适用性广。本发明的方法步骤清晰明了，要求的材料设备简单常见，操作相对简便容易。通过定期监测光罩制程误差，可以增加对光罩厂的质量管控和制度执行的监督，提高了光罩的质量管控。进一步的，所述监控图案的关键尺寸远小于锚点关键尺寸且大于光罩规则检查尺寸的1.2倍。以及监控图案在产品制程窗口范围内不被显影等，这可以减少制作误差，提高测量结果的准确性。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，此外，各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用，本发明对此不作限定。
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (5)
1.一种光罩制程偏差的监控方法，其特征在于，包括：
采用光学邻近校正模型确定监控图案，所述监控图案包括第一监控图案和第二监控图案，所述第一监控图案和第二监控图案对应光罩版图的图形区域分别为不透光和透光且所述第一监控图案和第二监控图案具有相同的关键尺寸；
将所述监控图案排版于光罩版图上对应晶圆切割道的位置，并根据所述光罩版图制作光罩，其中，将包含所述监控图案的所述光罩版图发送至光罩制造厂，所述光罩制造厂根据所述光罩版图制作所述光罩，所述光罩制造厂测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸形成第一测试数据并拍摄SEM图片；
测量所述光罩中的监控图案的关键尺寸，所述监控图案的关键尺寸小于锚点关键尺寸且大于光罩规则检查尺寸的1.2倍；
计算所述监控图案的关键尺寸偏差并判断所述光罩的制程偏差，其中，获取所述第一监控图案的关键尺寸和所述第二监控图案的关键尺寸，所述第一监控图案的关键尺寸和所述第二监控图案的关键尺寸差值的平均值为所述监控图案的关键尺寸偏差，以及半导体厂根据所述SEM图片测量所述监控图案形成第二测试数据，比较所述第一测试数据和所述第二测试数据，以评估光罩制造工艺的精度。
2.根据权利要求1所述的光罩制程偏差的监控方法，其特征在于，所述第一监控图案的形状和所述第二监控图案的形状均为一字型、十字型、L型或者回字型中的一种。
3.根据权利要求1所述的光罩制程偏差的监控方法，其特征在于，所述监控图案在曝光工艺中对光线起散射作用。
4.根据权利要求1所述的光罩制程偏差的监控方法，其特征在于，根据光刻工艺平台确定所述光学邻近校正模型。
5.一种光罩制程偏差的监控系统，其特征在于，用于执行如权利要求1~4任一项所述的光罩制程偏差的监控方法，包括：
光学邻近校正模型，用于模拟并确定监控图案；
光罩，所述光罩对应晶圆切割道的位置处设置有所述监控图案；
测试模块，用于测量所述光罩的监控图案的关键尺寸；
计算模块，用于计算所述监控图案的关键尺寸偏差；
判断模块，用于判断所述光罩的制程偏差。
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