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
技術領域：
本發明涉及半導體工藝，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行測試的光刻機的測試方法。
背景技術：
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域稱為一個shot，光刻機的整個鏡頭投影范圍內(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。傳統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據，來評價光刻機鏡頭各區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的投影區域的分辨率。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(可以用數學擬合)，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)對應的焦距即是光刻機鏡頭對應的投影區域的最佳焦距。然而，傳統的測試方法是用掃描電鏡收集、測試線寬數據，由于需要收集WIS內多個區域的數據(以反映光刻機鏡頭上各個區域的性能)，需占用掃描電鏡大量機時。而掃描電鏡是半導體生產中的關鍵設備，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，影響生產的效率。另外對于一些先進工藝而言，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，影響測試的準確性。

發明內容為了解決傳統的測試方法會影響生產效率以及因充電效應影響測試準確度的問題，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，包括內側圖形區域和外側圖形區域，所述內側圖形區域包括兩條內側條狀圖形，所述外側圖形區域包括兩條外側條狀圖形，所述兩條內側條狀圖形各與所述兩條外側條狀圖形中的一條平行；所述內側圖形區域和外側圖形區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。
優選的，所述內側條狀圖形和外側條狀圖形一共四個條狀圖形相互平行。優選的，所述內側圖形區域還包括兩條內側異向條狀圖形，所述外側圖形區域還包括兩條外側異向條狀圖形，所述內側異向條狀圖形和外側異向條狀圖形與所述四個條狀圖形垂直；所述兩條內側條狀圖形和兩條外側條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且所述兩條內側異向條狀圖形和兩條外側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。優選的，所述間距在光刻版上為透光區域。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側圖形區域和外側圖形區域，所述內側圖形區域包括兩條內側條狀圖形，所述外側圖形區域包括兩條外側條狀圖形，所述兩條內側條狀圖形各與所述兩條外側條狀圖形中的一條平行；其特征在于，所述內側圖形區域和外側圖形區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；根據所述套刻測量值得到待測光刻機的測試參數。優選的，所述內側條狀圖形和外側條狀圖形一共四個條狀圖形相互平行。優選的，所述內側圖形區域還包括兩條內側異向條狀圖形，所述外側圖形區域還包括兩條外側異向條狀圖形，所述內側異向條狀圖形和外側異向條狀圖形與所述四個條狀圖形垂直；所述兩條內側條狀圖形和兩條外側條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且所述兩條內側異向條狀圖形和兩條外側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。優選的，所述待測光刻機的測試參數是光刻機的最佳焦距。優選的，所述待測光刻機的測試參數是光刻機的分辨率。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，不是半導體生產中的關鍵瓶頸設備，且套刻測試較掃描電鏡測試速度更快，因此提高了生產效率，降低了生產成本。且套刻測試使用光學顯微鏡，沒有充電效應，測試效果較好。

圖1為傳統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下將用于光刻機測試的套刻測試圖形轉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系圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。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，包括虛線框內的內側圖形區域和虛線框外的外側圖形區域。外側圖形區域包括兩橫向的外側條狀圖形210和兩縱向的外側異向條狀圖形220。內側圖形區域包括兩條橫向的內側條狀圖形110和兩條豎向的內側異向條狀圖形120，兩條內側條狀圖形110各與兩橫向的外側條狀圖形210中的一條平行，兩條內側異向條狀圖形120各與兩縱向的外側異向條狀圖形220中的一條平行。 兩條內側條狀圖形110和兩條外側條狀圖形210中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且兩條內側異向條狀圖形120和兩條外側異向條狀圖形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，兩條內側條狀圖形110和兩條外側條狀圖形210 —共四個條狀圖形相互平行。內側異向條狀圖形120和外側異向條狀圖形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顯微鏡的分辨率。注意分割條2M不應設置得太多太密集。內側條狀圖形110、外側條狀圖形210、內側異向條狀圖形120、外側異向條狀圖形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域，且為下凹的圖形，間距在光刻版上為透光區域。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放置一組傳統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。外側圖形中兩兩平行的條狀圖形之間相距30微米左右，內側圖形中兩兩平行的條之間相距20微米左右，每個條狀圖形(即內側條狀圖形110、外側條狀圖形210、內側異向條狀圖形120、外側異向條狀圖形220)的寬度為2-5微米。圖4是一種傳統的套刻測試圖形示意圖，傳統的套刻測試方法是通過計算兩邊的內側條狀圖形和外側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側圖形和外側圖形在光刻版上是不透光區域，其他部分為透光區域，且透光區域和不透光區域的交界處會形成臺階。套刻測試儀是通過臺階兩側對比度的差異，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分辨率遠低于光刻機，所以傳統技術中一般不使用套刻測試儀來測試光刻機的測試參數，例如測試分辨率進和最佳焦距。本發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，巧妙的實現了通過套刻測試儀來測試光刻機的測試參數，克服了傳統的技術偏見。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構，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，根據套刻測量值得到待測光刻機的測試參數。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顯微鏡的分辨率，因此套刻測試儀只能分辨兩側的臺階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。圖6是待測光刻機在不同的測試參數下將用于光刻機測試的套刻測試圖形轉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，較細的數條間距會無法被光刻機分辨，也就是分割條2M產生了變形。從而在S520步驟顯影后，相應的分割條224與那一側的臺階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 —起辨認為臺階，從而使得中心線(即圖6中的點劃線)發生偏移。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，包括虛線框內的內側圖形區域和虛線框外的外側圖形區域，外側圖形區域包括兩橫向的外側條狀圖形721和721a，兩縱向的外側異向條狀圖形722和72加。內側圖形包括兩條內側條狀圖形711和兩條內側異向條狀圖形712。橫向的外側條狀圖形721a及縱向的外側異向條狀圖形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。可知待測光刻機分辨率越差，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(可以用數學擬合)，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)對應的焦距即是光刻機鏡頭對應的投影區域的最佳焦距。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關系(可做成一個對應的表格)，今后再測試時只需得到套刻測量值，即可得到相應的光刻機分辨率。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，不是半導體生產中的關鍵瓶頸設備，且套刻測試較掃描電鏡測試速度更快，因此提高了生產效率，降低了生產成本。且套刻測試使用光學顯微鏡，沒有充電效應，測試效果較好。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種用于光刻機測試的套刻測試圖形，包括內側圖形區域和外側圖形區域，所述內側圖形區域包括兩條內側條狀圖形，所述外側圖形區域包括兩條外側條狀圖形，所述兩條內側條狀圖形各與所述兩條外側條狀圖形中的一條平行；其特征在于，所述內側圖形區域和外側圖形區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.根據權利要求1所述的用于光刻機測試的套刻測試圖形，其特征在于，所述內側條狀圖形和外側條狀圖形一共四個條狀圖形相互平行。
3.根據權利要求2所述的用于光刻機測試的套刻測試圖形，其特征在于，所述內側圖形區域還包括兩條內側異向條狀圖形，所述外側圖形區域還包括兩條外側異向條狀圖形， 所述內側異向條狀圖形和外側異向條狀圖形與所述四個條狀圖形垂直；所述兩條內側條狀圖形和兩條外側條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且所述兩條內側異向條狀圖形和兩條外側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.根據權利要求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.根據權利要求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側圖形區域和外側圖形區域，所述內側圖形區域包括兩條內側條狀圖形，所述外側圖形區域包括兩條外側條狀圖形，所述兩條內側條狀圖形各與所述兩條外側條狀圖形中的一條平行；其特征在于，所述內側圖形區域和外側圖形區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；根據所述套刻測量值得到待測光刻機的測試參數。
7.根據權利要求6所述的光刻機的測試方法，其特征在于，所述內側條狀圖形和外側條狀圖形一共四個條狀圖形相互平行。
8.根據權利要求6所述的光刻機的測試方法，其特征在于，所述內側圖形區域還包括兩條內側異向條狀圖形，所述外側圖形區域還包括兩條外側異向條狀圖形，所述內側異向條狀圖形和外側異向條狀圖形與所述四個條狀圖形垂直；所述兩條內側條狀圖形和兩條外側條狀圖形中有一條狀圖形包括多條相互平行的分割條，且所述兩條內側異向條狀圖形和兩條外側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.根據權利要求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是光刻機的最佳焦距。
10.根據權利要求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是光刻機的分辨率。
全文摘要
本發明涉及一種用于光刻機測試的套刻測試圖形，包括內側圖形區域和外側圖形區域，內側圖形區域包括兩條內側條狀圖形，外側圖形區域包括兩條外側條狀圖形，兩條內側條狀圖形各與兩條外側條狀圖形中的一條平行；內側圖形區域和外側圖形區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。本發明還涉及一種光刻機的測試方法。本發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，不是生產中的關鍵瓶頸設備，因此提高了生產效率，降低了生產成本。
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 優先權日2010年12月14日
發明者黃瑋 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司