專利名稱：用于光刻機測試的套刻測試圖形及光刻機的測試方法
用于光刻機測試的套刻測試圖形及光刻機的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝，尤其涉及一種用于光刻機測試的套刻測試圖形，以及使用該套刻測試圖形進(jìn)行測試的光刻機的測試方法。
背景技術(shù)：
光刻版圖形通過光刻機鏡頭曝光后在圓片上的單個成像區(qū)域稱為一個shot，光刻機的整個鏡頭投影范圍內(nèi)(within shot,WIS)的分辨率和焦距是光刻機驗收和測試時評價光刻機的兩項重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的測試分辨率和焦距的方法是制作光刻線寬測試版，即在光刻版的各個區(qū)域上都均勻放置一組線寬測試圖形，在圓片上曝光后用掃描電鏡(scanning electron microscope, SEM)測試該圖形的線寬數(shù)據(jù)，來評價光刻機鏡頭各區(qū)域的分辨率和最佳焦距。具體對分辨率測試而言，是使用一個預(yù)先得到的最佳曝光條件，對光刻線寬測試版在圓片上曝光，然后使用掃描電鏡測試各組線寬測試圖形從大到小的線寬，最后一個可以完全分辨且形貌正常的線寬圖形的線寬尺寸，即是這組線寬測試圖形的最小分辨率，也就是光刻機鏡頭對應(yīng)的投影區(qū)域的分辨率。對焦距測試而言，則是對某一特定的線寬圖形，使用不同焦距進(jìn)行曝光，然后使用掃描電鏡測試，將“焦距”對“使用該焦距曝光得到的線寬圖形的尺寸”作圖，如圖1所示， 并將各個點用平滑曲線相連(可以用數(shù)學(xué)擬合)，可得一曲線，曲線的頂點(即線寬尺寸最大處，也是線寬尺寸變化最平緩處)對應(yīng)的焦距即是光刻機鏡頭對應(yīng)的投影區(qū)域的最佳焦距。然而，傳統(tǒng)的測試方法是用掃描電鏡收集、測試線寬數(shù)據(jù)，由于需要收集WIS內(nèi)多個區(qū)域的數(shù)據(jù)(以反映光刻機鏡頭上各個區(qū)域的性能)，需占用掃描電鏡大量機時。而掃描電鏡是半導(dǎo)體生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，且價格較為昂貴，因此對它的占用會使得其他需要使用掃描電鏡的工序不得不暫停，影響生產(chǎn)的效率。另外對于一些先進(jìn)工藝而言，在曝光時需要在圓片上涂布有機抗反射層，因此在使用掃描電鏡測試時會有充電效應(yīng)，影響測試的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容為了解決傳統(tǒng)的測試方法會影響生產(chǎn)效率以及因充電效應(yīng)影響測試準(zhǔn)確度的問題，有必要提供基于另一種測試思路的用于光刻機測試的套刻測試圖形。一種用于光刻機測試的套刻測試圖形，包括內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域包括兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形，所述外側(cè)圖形區(qū)域包括兩條外側(cè)條狀圖形，所述兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形各與所述兩條外側(cè)條狀圖形中的一條平行；所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域中至少有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，所述多條相互平行的分割條兩兩之間形成多個間距，所述間距逐漸遞增或遞減，最寬的所述間距大于待測光刻機的最小分辨率，所述分割條的寬度大于待測光刻機的最小分辨率。
優(yōu)選的，所述內(nèi)側(cè)條狀圖形和外側(cè)條狀圖形一共四個條狀圖形相互平行。優(yōu)選的，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域還包括兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形，所述外側(cè)圖形區(qū)域還包括兩條外側(cè)異向條狀圖形，所述內(nèi)側(cè)異向條狀圖形和外側(cè)異向條狀圖形與所述四個條狀圖形垂直；所述兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形和兩條外側(cè)條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且所述兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形和兩條外側(cè)異向條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條。優(yōu)選的，所述間距中寬度最小的一個小于或等于待測光刻機的最小分辨率。優(yōu)選的，所述間距在光刻版上為透光區(qū)域。還有必要提供一種采用上述用于光刻機測試的套刻測試圖形進(jìn)行測試的光刻機的測試方法。一種光刻機的測試方法，包括下列步驟使用光刻機將套刻測試圖形曝光在涂覆有光刻膠的圓片上，所述套刻測試圖形包括內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域包括兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形，所述外側(cè)圖形區(qū)域包括兩條外側(cè)條狀圖形，所述兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形各與所述兩條外側(cè)條狀圖形中的一條平行；其特征在于，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域中至少有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，所述多條相互平行的分割條兩兩之間形成多個間距，所述間距逐漸遞增或遞減，最寬的所述間距大于待測光刻機的最小分辨率，所述分割條的寬度大于待測光刻機的最小分辨率，小于套刻測試儀的分辨率；對所述圓片顯影形成套刻圖形；使用套刻測試儀測量套刻圖形的套刻測量值；根據(jù)所述套刻測量值得到待測光刻機的測試參數(shù)。優(yōu)選的，所述內(nèi)側(cè)條狀圖形和外側(cè)條狀圖形一共四個條狀圖形相互平行。優(yōu)選的，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域還包括兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形，所述外側(cè)圖形區(qū)域還包括兩條外側(cè)異向條狀圖形，所述內(nèi)側(cè)異向條狀圖形和外側(cè)異向條狀圖形與所述四個條狀圖形垂直；所述兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形和兩條外側(cè)條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且所述兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形和兩條外側(cè)異向條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條。優(yōu)選的，所述待測光刻機的測試參數(shù)是光刻機的最佳焦距。優(yōu)選的，所述待測光刻機的測試參數(shù)是光刻機的分辨率。上述用于光刻機測試的套刻測試圖形和光刻機的測試方法，通過測試套刻測量值來間接得到光刻機的WIS分辨率和最佳焦距。因為套刻測試儀價格較掃描電鏡便宜，不是半導(dǎo)體生產(chǎn)中的關(guān)鍵瓶頸設(shè)備，且套刻測試較掃描電鏡測試速度更快，因此提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。且套刻測試使用光學(xué)顯微鏡，沒有充電效應(yīng)，測試效果較好。

圖1為傳統(tǒng)的線寬分辨率測試圖形在圓片上的線寬尺寸與光刻機焦距的關(guān)系圖；圖2為一實施例中用于光刻機測試的套刻測試圖形的示意圖；圖3為圖2中填入了多條分割條的條狀圖形的局部示意圖；圖4為一種傳統(tǒng)的套刻測試圖形示意圖；圖5為一實施例中光刻機的測試方法的流程圖；圖6是待測光刻機在不同的測試參數(shù)下將用于光刻機測試的套刻測試圖形轉(zhuǎn)移到圓片上后的示意圖；圖7為一實施例中使用套刻測試儀測量套刻圖形的套刻測量值的示意圖；圖8為套刻測量值的絕對值與光刻機焦距的關(guān)系圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。圖2為一實施例中用于光刻機測試的套刻測試圖形的示意圖，包括虛線框內(nèi)的內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和虛線框外的外側(cè)圖形區(qū)域。外側(cè)圖形區(qū)域包括兩橫向的外側(cè)條狀圖形210和兩縱向的外側(cè)異向條狀圖形220。內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域包括兩條橫向的內(nèi)側(cè)條狀圖形110和兩條豎向的內(nèi)側(cè)異向條狀圖形120，兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形110各與兩橫向的外側(cè)條狀圖形210中的一條平行，兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形120各與兩縱向的外側(cè)異向條狀圖形220中的一條平行。 兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形110和兩條外側(cè)條狀圖形210中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形120和兩條外側(cè)異向條狀圖形220中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條224，如圖3所示，條狀圖形的兩側(cè)形成臺階222。多條相互平行的分割條2M兩兩之間形成多個間距，間距(寬度)逐漸遞增或遞減，最寬的間距大于待測光刻機的最小分辨率，分割條224的寬度大于待測光刻機的最小分辨率。在本實施例中，兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形110和兩條外側(cè)條狀圖形210 —共四個條狀圖形相互平行。內(nèi)側(cè)異向條狀圖形120和外側(cè)異向條狀圖形220與四個橫向的條狀圖形垂直， 分割條224的寬度小于套刻測試儀的光學(xué)顯微鏡的分辨率。注意分割條2M不應(yīng)設(shè)置得太多太密集。內(nèi)側(cè)條狀圖形110、外側(cè)條狀圖形210、內(nèi)側(cè)異向條狀圖形120、外側(cè)異向條狀圖形220中不包括多條相互平行的分割條的，在光刻版上為不透光區(qū)域，且為下凹的圖形。多條相互平行的分割條在光刻版上也為不透光區(qū)域，且為下凹的圖形，間距在光刻版上為透光區(qū)域。在本實施例中，既包括橫向的圖形，還包括縱向的圖形。這是為了獲得更精確的測試結(jié)果。在其他實施例中可以只包括一個方向的圖形。在本實施例中，在光刻版上同時放置傳統(tǒng)的線寬分辨率測試圖形和上述用于光刻機測試的套刻測試圖形，每一個用于光刻機測試的套刻測試圖形旁對應(yīng)放置一組傳統(tǒng)的線寬分辨率測試圖形。在本實施例中，用于光刻機測試的套刻測試圖形在圓片上的一倍(IX)尺寸為40 微米左右。外側(cè)圖形中兩兩平行的條狀圖形之間相距30微米左右，內(nèi)側(cè)圖形中兩兩平行的條之間相距20微米左右，每個條狀圖形(即內(nèi)側(cè)條狀圖形110、外側(cè)條狀圖形210、內(nèi)側(cè)異向條狀圖形120、外側(cè)異向條狀圖形220)的寬度為2-5微米。圖4是一種傳統(tǒng)的套刻測試圖形示意圖，傳統(tǒng)的套刻測試方法是通過計算兩邊的內(nèi)側(cè)條狀圖形和外側(cè)條狀圖形的中心距的差異，以得到套刻測量值。以對圖4中的圖形進(jìn)行縱向套刻測試為例，就是測量左邊的縱向的條狀圖形22和豎條12的中心距b，以及測量右邊的縱向的條狀圖形22和豎條12的中心距a，用y表示縱向的套刻測量值，則y = (a-b) /2，一般可以對y取絕對值。同理，橫向的套刻測試就是測量上方和下方的橫向的條狀圖形21和橫條11的中心距的差異。另外，套刻測試圖形中的內(nèi)側(cè)圖形和外側(cè)圖形在光刻版上是不透光區(qū)域，其他部分為透光區(qū)域，且透光區(qū)域和不透光區(qū)域的交界處會形成臺階。套刻測試儀是通過臺階兩側(cè)對比度的差異，來確定臺階的位置，再定義中心線的位置而確定中心距的。由于套刻測試儀的光學(xué)分辨率遠(yuǎn)低于光刻機，所以傳統(tǒng)技術(shù)中一般不使用套刻測試儀來測試光刻機的測試參數(shù)，例如測試分辨率進(jìn)和最佳焦距。本發(fā)明的光刻機的測試方法卻使用上述用于光刻機測試的套刻測試圖形，巧妙的實現(xiàn)了通過套刻測試儀來測試光刻機的測試參數(shù)，克服了傳統(tǒng)的技術(shù)偏見。圖5為一實施例中光刻機的測試方法的流程圖，包括下列步驟S510，使用光刻機將套刻測試圖形曝光在涂覆有光刻膠的圓片上。該套刻測試圖形即為圖2所示的套刻測試圖形。S520，對圓片顯影形成套刻圖形。由于條狀圖形在顯影后是下凹的結(jié)構(gòu)，套刻圖形在條狀圖形處形成臺階222。S530，使用套刻測試儀測量套刻圖形的套刻測量值。SM0，根據(jù)套刻測量值得到待測光刻機的測試參數(shù)。由于分割條224的寬度大于待測光刻機的最小分辨率，且小于套刻測試儀的光學(xué)顯微鏡的分辨率，因此套刻測試儀只能分辨兩側(cè)的臺階222，無法分辨分割條224。也就是說，在分割條224的寬度很小時，填入了分割條的條狀圖形與傳統(tǒng)的套刻測試圖形在套刻測試儀下是一樣的，填入的分割條2M無法被分辨，就好像根本未填入一樣。待測光刻機的測試參數(shù)可以是光刻機的最佳焦距、光刻機的分辨率或其他測試參數(shù)。圖6是待測光刻機在不同的測試參數(shù)下將用于光刻機測試的套刻測試圖形轉(zhuǎn)移到圓片上后的示意圖，從圖中可以看出，隨著待測光刻機的分辨率變差及偏離最佳焦距，較細(xì)的數(shù)條間距會無法被光刻機分辨，也就是分割條2M產(chǎn)生了變形。從而在S520步驟顯影后，相應(yīng)的分割條224與那一側(cè)的臺階222粘在了一起。因此在S530步驟中，套刻測試儀會將粘在一起的分割條224與臺階222 —起辨認(rèn)為臺階，從而使得中心線(即圖6中的點劃線)發(fā)生偏移。圖7是一實施例中使用套刻測試儀測量套刻圖形的套刻測量值的示意圖，包括虛線框內(nèi)的內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和虛線框外的外側(cè)圖形區(qū)域，外側(cè)圖形區(qū)域包括兩橫向的外側(cè)條狀圖形721和721a，兩縱向的外側(cè)異向條狀圖形722和72加。內(nèi)側(cè)圖形包括兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形711和兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形712。橫向的外側(cè)條狀圖形721a及縱向的外側(cè)異向條狀圖形72 均包括多條分割條，多條分割條兩兩之間形成多個間距。bl是未填入分割條的中心距，其不受待測光刻機的分辨率和焦距影響。al是最佳焦距(或一個較好的分辨率)時的中心距，a2是偏離最佳焦距(或一個較差的分辨率)時的中心距?？芍郎y光刻機分辨率越差，或偏離最佳焦距越多，套刻測量值的絕對值越大。在測試光刻機的最佳焦距時，將焦距對套刻測量值的絕對值作圖，如圖8所示，并將各個點用平滑曲線相連(可以用數(shù)學(xué)擬合)，可得一曲線，曲線的頂點(即套刻測量值的絕對值最小處，也是套刻測量值變化最平緩處)對應(yīng)的焦距即是光刻機鏡頭對應(yīng)的投影區(qū)域的最佳焦距。在測試光刻機分辨率時，可以在光刻版上同時放置傳統(tǒng)的線寬分辨率測試圖形和前述用于光刻機測試的套刻測試圖形，然后找出套刻測量值和分辨率的對應(yīng)關(guān)系(可做成一個對應(yīng)的表格)，今后再測試時只需得到套刻測量值，即可得到相應(yīng)的光刻機分辨率。上述用于光刻機測試的套刻測試圖形和光刻機的測試方法，通過測試套刻測量值來間接得到光刻機的WIS分辨率和最佳焦距。因為套刻測試儀價格較掃描電鏡便宜，不是半導(dǎo)體生產(chǎn)中的關(guān)鍵瓶頸設(shè)備，且套刻測試較掃描電鏡測試速度更快，因此提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。且套刻測試使用光學(xué)顯微鏡，沒有充電效應(yīng)，測試效果較好。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于光刻機測試的套刻測試圖形，包括內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域包括兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形，所述外側(cè)圖形區(qū)域包括兩條外側(cè)條狀圖形，所述兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形各與所述兩條外側(cè)條狀圖形中的一條平行；其特征在于，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域中至少有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，所述多條相互平行的分割條兩兩之間形成多個間距，所述間距逐漸遞增或遞減，最寬的所述間距大于待測光刻機的最小分辨率，所述分割條的寬度大于待測光刻機的最小分辨率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻機測試的套刻測試圖形，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)條狀圖形和外側(cè)條狀圖形一共四個條狀圖形相互平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于光刻機測試的套刻測試圖形，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域還包括兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形，所述外側(cè)圖形區(qū)域還包括兩條外側(cè)異向條狀圖形， 所述內(nèi)側(cè)異向條狀圖形和外側(cè)異向條狀圖形與所述四個條狀圖形垂直；所述兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形和兩條外側(cè)條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且所述兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形和兩條外側(cè)異向條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻機測試的套刻測試圖形，其特征在于，所述間距中寬度最小的一個小于或等于待測光刻機的最小分辨率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻機測試的套刻測試圖形，其特征在于，所述間距在光刻版上為透光區(qū)域。
6.一種光刻機的測試方法，包括下列步驟使用光刻機將套刻測試圖形曝光在涂覆有光刻膠的圓片上，所述套刻測試圖形包括內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域包括兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形，所述外側(cè)圖形區(qū)域包括兩條外側(cè)條狀圖形，所述兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形各與所述兩條外側(cè)條狀圖形中的一條平行；其特征在于，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域中至少有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，所述多條相互平行的分割條兩兩之間形成多個間距，所述間距逐漸遞增或遞減，最寬的所述間距大于待測光刻機的最小分辨率，所述分割條的寬度大于待測光刻機的最小分辨率，小于套刻測試儀的分辨率；對所述圓片顯影形成套刻圖形；使用套刻測試儀測量套刻圖形的套刻測量值；根據(jù)所述套刻測量值得到待測光刻機的測試參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光刻機的測試方法，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)條狀圖形和外側(cè)條狀圖形一共四個條狀圖形相互平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光刻機的測試方法，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域還包括兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形，所述外側(cè)圖形區(qū)域還包括兩條外側(cè)異向條狀圖形，所述內(nèi)側(cè)異向條狀圖形和外側(cè)異向條狀圖形與所述四個條狀圖形垂直；所述兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形和兩條外側(cè)條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且所述兩條內(nèi)側(cè)異向條狀圖形和兩條外側(cè)異向條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項所述的光刻機的測試方法，其特征在于，所述待測光刻機的測試參數(shù)是光刻機的最佳焦距。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項所述的光刻機的測試方法，其特征在于，所述待測光刻機的測試參數(shù)是光刻機的分辨率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光刻機測試的套刻測試圖形，包括內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域，內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域包括兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形，外側(cè)圖形區(qū)域包括兩條外側(cè)條狀圖形，兩條內(nèi)側(cè)條狀圖形各與兩條外側(cè)條狀圖形中的一條平行；內(nèi)側(cè)圖形區(qū)域和外側(cè)圖形區(qū)域中至少有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，多條相互平行的分割條兩兩之間形成多個間距，間距逐漸遞增或遞減，最寬的間距大于待測光刻機的最小分辨率，分割條的寬度大于待測光刻機的最小分辨率。本發(fā)明還涉及一種光刻機的測試方法。本發(fā)明通過測試套刻測量值來間接得到光刻機的WIS分辨率和最佳焦距。因為套刻測試儀價格便宜，不是生產(chǎn)中的關(guān)鍵瓶頸設(shè)備，因此提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號G03F7/22GK102540737SQ20101058623
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者黃瑋 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司