專利名稱：確定光刻機的最佳焦距的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種光刻機的最佳焦距的確定方法。
背景技術(shù)：
半導體集成電路制造工藝中，通過光刻工藝將掩膜板上的版案轉(zhuǎn)移到半導體襯底的光刻膠層中，在光刻膠層中形成光刻膠圖案，然后以光刻膠圖案作為掩膜層，對半導體襯底執(zhí)行后續(xù)的刻蝕或離子注入工藝。光刻機焦距在一定范圍內(nèi)變化，在不同焦距下光刻機的曝光效果不同，而將光刻機曝光效果較好時對應的焦距稱為最佳焦距。光刻機的最佳焦距對于光刻工藝極其重要， 它是決定光刻膠圖案的尺寸及立體物理形貌的主要因素，會最終對產(chǎn)品的成品率產(chǎn)生影響，光刻機焦距對光刻圖形的影響主要分成兩個方面，立體形貌的變化和圖形尺寸的變化。 圖1給出現(xiàn)有技術(shù)中的不同焦距下光刻膠圖案形貌的示意圖，可以看出，在最佳焦距時，光刻膠圖案的形貌比較陡直，而在偏離最佳焦距時，光刻膠圖案的形貌會產(chǎn)生失真變形。圖2 給出焦距與圖形尺寸之間的關(guān)系，在最佳焦距時，圖形尺寸受焦距的影響較小，當偏移最佳焦距后，圖形尺寸變動較大，不利于工藝控制。由于光刻機的最佳焦距會隨光刻機狀態(tài)或外界環(huán)境漂移，因此實際光刻工藝中， 難以每次將光刻機調(diào)整到最佳焦距，如上所示，這樣引起光刻膠圖案形貌以及線寬發(fā)生變化。若偏離最佳焦距較大時，可能還會造成曝光后的圖案模糊。根據(jù)圖2所示，一個掩膜板圖案，通過光刻機在不同的焦距下進行曝光而形成的光刻膠圖案，在最佳焦距時線寬變化最平緩?，F(xiàn)有技術(shù)中的光刻機的焦距檢測方法多是基于上述原理設計的，例如，中國專利公開第CN1459670A號公開了一種焦距檢測方法。然而，該現(xiàn)有技術(shù)在對光刻機的焦距進行檢測時，需要一一測量由若干線條組成的測試圖案在不同焦距下進行曝光后形成的光刻膠圖案的線寬，然后通過比較找出線寬變化最小的光刻膠圖案，根據(jù)該線寬變化最小的光刻膠圖案對應的焦距獲得光刻機的最佳焦距，步驟復雜而繁瑣，效率低下；此外，由于該現(xiàn)有技術(shù)中采用的測試圖案為規(guī)則的長條形線條，光刻機對這種測試圖案的靈敏度不高，導致焦距測量結(jié)果不準；而且現(xiàn)有技術(shù)中線寬一般需要使用掃描電鏡手動測量，更大大降低了檢測效率，并且掃描電鏡價格昂貴，從而增加了企業(yè)生產(chǎn)成本。鑒于以上所述，有必要對現(xiàn)有的光刻機焦距檢測方法進行改良，以彌補上述的不足。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種改進的光刻機的最佳焦距的確定方法，該方法步驟簡單，操作方便，可很好的提高檢測效率，并可提高焦距測試結(jié)果的準確度，還可降低企業(yè)生產(chǎn)成本。為達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種確定光刻機的最佳焦距的方法，該方法包括如下步驟提供具有測試標記的掩膜板，所述測試標記包括不對稱的且具有尖銳結(jié)構(gòu)的第二測試標記；將所述測試標記轉(zhuǎn)移到基底上；測試不同焦距下光刻機的套刻偏移量值；找出最小的套刻偏移量值，則其對應的焦距即為光刻機的最佳焦距。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過將測試標記設計為尖銳的不對稱結(jié)構(gòu)，僅需采用套刻測試設備在不同焦距下檢測測試標記的套刻偏移量值，然后比較找出最小的焦距偏移量，就可確定光刻機的最佳焦距，步驟簡單，可較大幅度提高光刻機的最佳焦距檢測效率；而且本發(fā)明的測試標記采用了尖銳的不對稱結(jié)構(gòu)，光刻機對此比較靈敏，可更好地提高焦距測試結(jié)果的準確率；進一步地，本發(fā)明采用套刻檢測設備檢測，相比現(xiàn)有技術(shù)中的掃描電鏡，價格便宜，有效降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的不同焦距下光刻膠圖案形貌的示意圖；圖2為光刻機焦距與圖形尺寸之間關(guān)系示意圖；圖3為本發(fā)明的具有測試標記的掩膜板的示意圖；圖4為圖3中的第二測試標記的相鄰兩個鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊放大后的示意圖；圖5為本發(fā)明光刻機的焦距監(jiān)測方法流程圖；圖6為本發(fā)明的鋸齒形測試標記隨焦距變化其中心點的偏移狀況圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其他方式來實施，本領域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此，本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍，此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三位空間尺寸。誠如背景技術(shù)中描述，現(xiàn)有技術(shù)在對光刻機的焦距進行檢測時，需要一一測量由若干線條組成的測試圖案在不同焦距下進行曝光后形成的光刻膠圖案的線寬，然后通過比較找出線寬變化最小的光刻膠圖案，根據(jù)該線寬變化最小的光刻膠圖案對應的焦距獲得光刻機的最佳焦距，步驟復雜而繁瑣，效率低下；此外，由于該現(xiàn)有技術(shù)中采用的測試圖案為規(guī)則的長條形線條，光刻機對這種測試圖案的靈敏度不高，導致焦距測量結(jié)果不準；而且現(xiàn)有技術(shù)中線寬一般需要使用掃描電鏡手動測量，更大大降低了檢測效率，并且掃描電鏡價格昂貴，從而增加了企業(yè)生產(chǎn)成本。本發(fā)明人有鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于從事半導體行業(yè)多年豐富的實務經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，并經(jīng)過不斷的研究、探索，反復試驗論證，終于提出本發(fā)明實施方式，即本發(fā)明提供一種光刻機的最佳焦距的確定方法，該方法包括如下步驟首先進行步驟Sl 提供具有測試標記的掩膜板，所述測試標記包括不對稱的且具有尖銳結(jié)構(gòu)的第二測試標記；接著，實施步驟S2:將所述測試標記轉(zhuǎn)移到基底上；然后，進行步驟S3:測試不同焦距下光刻機的套刻偏移量值；最后，執(zhí)行步驟S4:找出最小的套刻偏移量值，則其對應的焦距即為光刻機的最佳焦距。下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。如圖3所示，首先提供掩膜板3，所述掩膜板3上具有產(chǎn)品的某一層的圖案(未圖示)和測試標記。所述測試標記包括第一測試標記30和第二測試標記31，并且所述第一測試標記30位于第二測試標記31內(nèi)部，從而使得整個測試標記呈“回”字形。所述第二測試標記31 —側(cè)曝光形成的圖形中心位置不受光刻機焦距變化的影響，而另一側(cè)的圖形比較尖銳，光刻機任何焦距的漂移，將導致曝光形成的圖形一側(cè)收縮，引起圖形中心位置的偏移。所述第一測試標記30包括四條邊，即由四個獨立的長條形結(jié)構(gòu)邊(未標號)圍合而成，其上下和左右方向均呈中心軸對稱。當然，在其他實施例中，所述第一測試標記30也可以為將分離的四個長條形結(jié)構(gòu)改為一個單一的正方形結(jié)構(gòu)。所述第一測試標記30的相對兩邊的距離，即相對設置的兩個長條形結(jié)構(gòu)邊之間的中心距離為15-25 μ m，所述第一測試標記30每個長條形結(jié)構(gòu)邊的寬度在2_5μπι之間。所述第二測試標記31包圍于第一測試標記30的外圍，所述第二測試標記31由四條邊圍合而成，所述四條邊兩兩相對，相對邊中心之間的距離均小于40 μ m。所述第一測試標記30的四條邊和所述第二測試標記31的四條邊對應平行。進一步地，所述第二測試標記31包括兩條獨立的長條形結(jié)構(gòu)邊313、314和兩個由數(shù)個三角形構(gòu)成的鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊311、312 (如圖3中的虛線范圍內(nèi)所示)，并且所述兩條長條形結(jié)構(gòu)邊313、314相鄰設置，所述兩個鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊311、312也相鄰設置，且任一個長條形結(jié)構(gòu)邊與所述兩個鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊中的一個相鄰設置，而與另外一個鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊相對設置。在其他實施例中，所述第二測試標記31的鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊311、312還可由楔形構(gòu)成，或者由其他對光刻機調(diào)焦敏感的尖銳結(jié)構(gòu)構(gòu)成。優(yōu)化地，所述第二測試標記31的鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊311、312可由多個相同的等腰三角形組成，所述每個等腰三角形的底邊長度為2-5um，高為2-5um。在本實施例中，所述第二測試標記31相對兩邊，即任一個長條形結(jié)構(gòu)邊(313或 314)與相對設置的鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊(312或311)之間的中心距離為25-35 μ m。所述第二測試標記31的相鄰兩個長條形結(jié)構(gòu)邊的寬度在2-5 μ m之間。如圖3所示，所述第二測試標記31的一鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊311與相鄰且平行的第一測試標記30的長條形結(jié)構(gòu)邊之間的中心的水平方向距離為a，所述第二測試標記31的鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊311相對的長條形結(jié)構(gòu)邊314與相鄰且平行的第一測試標記30的長條形結(jié)構(gòu)邊之間的中心的水平方向距離為b，則測試標記沿X方向(即水平方向)的套刻(或稱焦距)測量值為(a_b)/2 ；所述第二測試標記 31的另一鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊312與和其相鄰且平行的第一測試標記30的長條形結(jié)構(gòu)邊之間的中心的距離為c，所述第二測試標記31的鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊312相對的長條形結(jié)構(gòu)邊313與和其相鄰且平行的第一測試標記30的長條形結(jié)構(gòu)邊之間的中心距離為d，則測試標記沿Y方向(即豎直方向)的套刻測量值為(c-d)/2。當然，本實施例中描述的測試標記的尺寸還可在本領域普通技術(shù)人員的實際需求中作其他改動，此處對尺寸的具體描述不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在提供所述的具有測試標記的掩膜板3后，執(zhí)行光刻工藝，將所述的測試標記連同掩膜板3上的產(chǎn)品圖案一同轉(zhuǎn)移到基底的光刻膠層。其具體的工藝步驟可以如下提供基底(未圖示)，所述基底一般是裸片(bare silicon wafer)，也可以是具有其他結(jié)構(gòu)或器件的半成品。對所述基底進行清洗和脫水，然后在一定的溫度下向所述基底表面涂覆黏附劑 (如六甲基二硅氨烷HMDS)，用于改變所述基底表面的親水和疏水狀態(tài)，以增加后續(xù)旋涂的光刻膠和所述基底表面的黏附性。接著，將所述基底冷卻至室溫(例如23°C )，所述的冷卻工藝可以在旋涂設備的冷板上進行。然后，將該基底置于旋涂腔室的支撐臺上，在所述基底上旋涂光刻膠，形成光刻膠層，其中，所述光刻膠層可以是正性或者負性光刻膠。形成所述光刻膠層之后，將所述的基底置于光刻機中的襯底支撐臺(waferstage) 上，同時，將具有所述測試標記的掩膜板3置于所述光刻機的掩膜板支撐件(Reticle Stage)上。打開曝光光源，所述曝光光源透過掩膜板3后對所述基底的光刻膠層進行曝光， 將掩膜板3中的圖案(包括測試標記和產(chǎn)品圖案)轉(zhuǎn)移到所述光刻膠層上。在基底上的光刻膠層中形成所述圖案后，對所述基底執(zhí)行曝光后烘烤(Post Exposure Bake, PEB)工藝，通過PEB，可以消除曝光時的駐波效應(指I線光刻膠)，或加速光酸的催化反應，使得被曝光的光刻膠生成可溶于顯影液的物質(zhì)。完成PEB后，用顯影液對所述光刻膠層進行顯影，對于正性光刻膠，去除被曝光的區(qū)域的光刻膠，然后用去離子水進行沖洗。顯影和沖洗后，對所述基底執(zhí)行硬烘烤(Hard Bake)工藝，以提高測試圖案的穩(wěn)定性。然后，以所述光刻膠層為掩膜，執(zhí)行刻蝕工藝，將所述光刻膠層中的圖案和測試標記轉(zhuǎn)移到基底上，在所述基底上形成產(chǎn)品的圖案以及測試標記。通過刻蝕后，將掩膜板中的產(chǎn)品的所述圖案連同該層的測試標記一同轉(zhuǎn)移到了基底上。需說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，將掩膜板3上的測試標記經(jīng)曝光轉(zhuǎn)移到基底后，也可不需要再進行顯影、沖洗、刻蝕等其他工藝。當所述掩膜板3中的測試標記完全轉(zhuǎn)移到基底上后，開始檢測首先，將所述曝光后的測試標記放置于檢測設備的下方；接著，分別測試不同焦距下光刻機的X方向和Y方向的套刻偏移量值；
當光刻機處于最佳焦距時，圖形無形變或形變較小，因此第二測試標記31的中心位置不會發(fā)生偏移或偏移很小，測試得到的套刻值較小甚至為零；當測試設備的焦距偏移時，對稱條形圖形的形變是上下或左右對稱的，且非尖銳圖形失真較小，因此圖形中心的位置不變，而鋸齒形一側(cè)的尖銳處失真較大，由此組成的條狀圖形的中心位置會發(fā)生較大的偏移，因此測試的套刻絕對值偏大，如圖6所示。最后，找出光刻機的最小套刻偏移量值，則其對應的焦距即為光刻機的最佳焦距。本發(fā)明通過將測試標記設計為尖銳的不對稱結(jié)構(gòu)，僅需采用套刻測試設備在不同焦距下檢測測試標記的焦距偏移量值，然后比較找出最小的焦距偏移量，就可得出光刻機的最佳焦距，步驟簡單，可較大幅度提高光刻機的最佳焦距檢測效率；而且本發(fā)明的測試標記采用了尖銳的不對稱結(jié)構(gòu)，光刻機對此比較靈敏，可更好地提高焦距測試結(jié)果的準確率；進一步地，本發(fā)明采用套刻檢測設備檢測，相比現(xiàn)有技術(shù)中的掃描電鏡，價格便宜，有效降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟提供具有測試標記的掩膜板，所述測試標記包括不對稱的且具有尖銳結(jié)構(gòu)的第二測試標記；將所述測試標記轉(zhuǎn)移到基底上；測試不同焦距下光刻機的套刻偏移量值；找出最小的套刻偏移量值，則其對應的焦距即為光刻機的最佳焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述測試標記還包括位于第二測試標記內(nèi)部的第一測試標記，所述第一測試標記與第二測試標記相互配合，所述測試標記整體呈“回”字形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第一測試標記由四個獨立的長條形結(jié)構(gòu)邊圍合而成，其上下和左右方向均呈中心軸對稱，所述第二測試標記由兩條獨立的長條形結(jié)構(gòu)邊和兩個鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊圍合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第二測試標記的兩條獨立的長條形結(jié)構(gòu)邊相鄰設置，所述兩個鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊相鄰設置，且任一個長條形結(jié)構(gòu)邊與所述兩個鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊中的一個相鄰設置，與另外一個鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊相對設置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第一和第二測試標記通過一次光刻工藝同時形成于基底上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊系由數(shù)個三角形或者楔形組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述測試標記的尺寸小于40 μ mX40 μ m，所述第二測試標記任一個長條形結(jié)構(gòu)邊與和其相對的鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊之間的中心距離為25-35 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第一測試標記的相對設置的兩個長條形結(jié)構(gòu)邊之間的中心距離為15-25 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述每個長條形結(jié)構(gòu)邊的寬度在2-5 μ m之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述第一測試標記為一個單一的正方形結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于， 所述檢測設備為套刻檢測設備。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的確定光刻機的最佳焦距的方法，其特征在于，所述鋸齒狀結(jié)構(gòu)邊系由數(shù)個等腰三角形組成，所述每個等腰三角形的底邊長度為2-5um，高為2-5um。
全文摘要
本發(fā)明提供一種確定光刻機的最佳焦距的方法，包括如下步驟提供具有測試標記的掩膜板，所述測試標記包括不對稱的且具有尖銳結(jié)構(gòu)的第二測試標記；將所述測試標記轉(zhuǎn)移到基底上；測試不同焦距下光刻機的套刻偏移量值；找出最小的套刻偏移量值，則其對應的焦距即為光刻機的最佳焦距。本發(fā)明通過將測試標記設計為尖銳的不對稱結(jié)構(gòu)，僅需采用套刻測試設備在不同焦距下檢測測試標記的套刻偏移量值，然后比較找出最小的焦距偏移量，就可確定光刻機的最佳焦距，步驟簡單，可較大幅度提高光刻機的最佳焦距檢測效率；而且本發(fā)明的測試標記采用了尖銳的不對稱結(jié)構(gòu)，光刻機對此比較靈敏，可更好地提高焦距測試結(jié)果的準確率。
文檔編號G03F7/20GK102236262SQ20101017009
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)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