專利名稱：一種相位移焦距檢測光罩及制造方法及檢測焦距差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，尤其涉及一種相位移焦距檢測光罩、其制造方法、以及使用該相位移焦距檢測光罩檢測光刻機的焦距差的方法。
背景技術(shù)：
光刻機是半導(dǎo)體生產(chǎn)及實驗制造中，大規(guī)模集成電路、傳感器、表面波元件、磁泡、 微波和CCD等器件的重要光刻設(shè)備。光刻工藝通過曝光的方法將掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到涂覆于晶片表面的光刻膠上，然后通過顯影、刻蝕等工藝將圖形轉(zhuǎn)移到晶片上。光刻工藝直接決定了大規(guī)模集成電路的特征尺寸，是大規(guī)模集成電路制造的關(guān)鍵工藝。光刻機的焦距是對產(chǎn)品性能非常重要的參數(shù)，需要定期檢測。相位移焦距檢測光罩(Phase Shift Focus Monitor Reticle，簡稱PSFM)是一種把垂直方向距離轉(zhuǎn)變成水平方向距離的光罩，其用套刻精度機臺測量套刻精度測量標記內(nèi)外框水平方向的距離，從而計算出光刻機的焦距差。參見圖1，示出了一種相位移焦距檢測光罩的基本結(jié)構(gòu)原理圖，在三維空間坐標中，垂直(沿垂直于玻璃表面的ζ軸方向)入射到光罩的光穿過該光罩變成兩束光，分別為在開口處空氣中和未開口處玻璃中的兩束光，光在空氣和玻璃中的波長不同。兩束光相互干涉，干涉后的波面會由原來的水平(水平方向的χ軸或y軸)變成傾斜 (結(jié)合了 χ軸和y軸的水平傾斜方向)，由于出射光線的出射方向會垂直于波面，所以垂直入射的光穿過該開口會變成傾斜光。由于出射光為傾斜光，從而出射光在不同高度的水平面上水平向量(χ向量和ι向量)上具有不同的偏移量。將光罩在晶片上曝光從而晶片具有與開口對應(yīng)的套刻精度測量標記，光刻機的焦距有差異會導(dǎo)致套刻精度有差異。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中使用套刻精度測量機臺計算焦距差的示意圖。如圖2所示，穿過玻璃層的垂直光經(jīng)干涉變成傾斜光，在玻璃層下方具有鉻外框和鉻內(nèi)框，其將傾斜光限制在一定范圍內(nèi)(該范圍如圖2中鉻外框和鉻內(nèi)框下方的粗箭頭所示)，其中鉻為不透光材料。在圖2右方示出，鉻外框和鉻內(nèi)框不是完全對稱的，光罩在水平方向χ上的鉻外框中心和鉻內(nèi)框中心的偏移量為Δχ。在最佳聚焦處(BF，Best focus)的 Ztl軸上，通過套刻精度測量機臺測量出鉻外框中心和鉻內(nèi)框中心的偏移量為AJ例如為χ 軸上的偏移量，也可為y軸上的偏移量)。如果機臺的焦距發(fā)生偏移，例如從最佳聚焦處Ztl 軸偏移到Z1軸上，由于出射光是傾斜光，水平方向鉻外框中心和鉻內(nèi)框中心的偏移量也會偏移，測量出鉻外框中心和鉻內(nèi)框中心的偏移量會變?yōu)锳10也可進一步以此類推得到在Z2 軸、Z3軸等上的鉻外框中心和鉻內(nèi)框中心的偏移量Δ2、Δ3。在晶片上用不同的焦距曝光， 根據(jù)套刻精度測量機臺計算出的不同焦距下的內(nèi)外框中心偏移量進行建模，以計算出光在 Z軸上的偏移量與在X、y軸上的偏移量的線性關(guān)系。在對光刻機焦距定期檢測的時候，就可以根據(jù)這個線性關(guān)系，用當時測量出的套刻精度標記內(nèi)外框偏移量，計算出ζ軸上的偏移量。由于光刻機的焦距差與光在Z軸上的偏移量有對應(yīng)關(guān)系，可根據(jù)上述套刻精度測量標記內(nèi)外框偏移量計算出當時光刻機的焦距和最佳焦距的差異。因為套刻精度機臺的準確度和重復(fù)性比較高，所以這種檢測方法可以提高檢測結(jié)果的準確度并節(jié)約了光刻機的時間。但是因為圖1中的結(jié)構(gòu)只能在開口附近很小區(qū)域內(nèi)(鉻外框內(nèi))使垂直光變成傾斜光，這種光罩現(xiàn)在只能放很窄的條型線測量標記(Line mark)供套刻精度機臺測量，為了使晶片上條型線測量標記不倒膠，光刻膠必須很薄。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種相位移焦距檢測光罩，包括遮蔽層，包括具有一定寬度的多個透光區(qū)域；玻璃層，位于所述遮蔽層上方，并在所述多個透光區(qū)域處具有多個開口，其中所述多個開口的寬度為所述多個透光區(qū)域的寬度的一半，在深度為η*λ/(Ν-1)，λ為入射到所述相位移焦距檢測光罩的光在空氣中的波長，N為所述玻璃層的折射率，η為正整數(shù)。本發(fā)明還提供了一種相位移焦距檢測光罩的制造方法，包括在遮蔽層中分別蝕刻具有一定寬度的多個透光區(qū)域；于所述多個透光區(qū)域處，在所述遮蔽層上方的玻璃層中蝕刻多個開口 ；將所述相位移焦距檢測光罩在晶片上曝光，以形成溝槽測量標記(Space mark)，其中所述多個開口的寬度為所述多個透光區(qū)域的寬度的一半，深度為η* λ / (N-I)， λ為入射到所述相位移焦距檢測光罩的光在空氣中的波長，N為所述玻璃層的折射率，η為正整數(shù)。本發(fā)明還提供了一種使用上述相位移焦距檢測光罩檢測光刻機的焦距差的方法， 包括a.用光刻機將所述相位移焦距檢測光罩在晶片上曝光，以在所述晶片上形成與所述透光區(qū)域和所述開口對應(yīng)的溝槽測量標記；b.在所述光刻機的不同焦距下，用套刻精度測量機臺測量出的所述溝槽測量標記的內(nèi)外框中心的偏移量進行建模；c.根據(jù)建模結(jié)果和所述溝槽測量標記的內(nèi)外框中心的偏移量計算所述光刻機的焦距差。本發(fā)明在晶片上曝光形成溝槽測量標記代替原有的條型線測量標記，解決了光刻膠過厚而條形線測量標記過窄導(dǎo)致的倒膠問題，使相位移焦距檢測方法適用于更厚的光刻膠以及更多種類的機臺。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中相位移焦距檢測光罩的基本結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中使用套刻精度測量機臺計算焦距差的示意圖；圖3是本發(fā)明的在相位移焦距檢測光罩上蝕刻一定寬度的遮蔽層的示意圖。圖4是本發(fā)明的相位移焦距檢測光罩的光罩結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是本發(fā)明使用套刻精度測量機臺計算焦距差的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施例。應(yīng)當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供一種相位移焦距檢測光罩及其制造方法，其實施例如圖3-圖5所示。參見圖3，在玻璃層下方的遮蔽層中分別蝕刻出具有一定寬度的多個透光區(qū)域，其中遮蔽層例如為金屬鉻(Chrome)，其中所述多個透光區(qū)域可以位于遮蔽層中的任意位置。接著，參見圖4，在多個透光區(qū)域處再將玻璃層蝕刻出多個開口(例如為圖1中的開口)，所述多個開口的寬度例如為透光區(qū)域?qū)挾鹊囊话?，深度為? λ/(N-I) (λ為光刻機的光源在空氣中的波長，N為玻璃層的折射率，η為正整數(shù))，以使得在空氣和玻璃層中的兩束光能夠相互干涉。本發(fā)明的開口不限于在鉻外框和鉻內(nèi)框的范圍之中，而是可以在玻璃中與遮蔽層中的透光區(qū)域?qū)?yīng)的任意位置處。最后，將光罩在晶片上曝光，以在晶片上形成與光罩上的透光區(qū)域和開口對應(yīng)的溝槽測量標記。其中，盡管圖3-圖4中僅示出了 4個透光區(qū)域和開口，然而本發(fā)明不限于此，透光區(qū)域和開口可為大于等于4個的任意數(shù)量。參見圖5，垂直光在穿過光罩后(即穿過多個開口之后)會變成傾斜光，并通過遮蔽層中的多個透光區(qū)域發(fā)射出去，接著在晶片上曝光以在晶片上形成溝槽測量標記，從而可利用套刻精度機臺根據(jù)分別從多個透光區(qū)域發(fā)射出去的多道傾斜光計算光刻機的焦距差。詳細而言，可以以如下方法計算光刻機的焦距差，用光刻機的不同焦距在晶片上曝光， 根據(jù)套刻精度測量機臺計算出的不同焦距下的套刻精度測量標記(溝槽測量標記)內(nèi)外框中心偏移量進行建模，以計算出光在Z軸上的偏移量與在X、y軸上的偏移量的線性關(guān)系。 其中，該套刻精度測量標記的內(nèi)外框的范圍如圖5中的開口和透光區(qū)域下方的出射光的粗箭頭所示。例如，在對光刻機焦距定期檢測的時候，就可以根據(jù)這個線性關(guān)系，用當時套刻精度偏移量，計算出ζ軸上的偏移量。由于光刻機的焦距差與光在ζ軸上的偏移量有對應(yīng)關(guān)系，可根據(jù)上述套刻精度測量標記的內(nèi)外框偏移量計算出當時光刻機的焦距和最佳焦距的差異。在本發(fā)明中，入射光可以從多個透光區(qū)域發(fā)射出去形成測量標記，因為溝槽測量標記不會有倒膠的問題，從而使相位移焦距檢測方法適用于更厚的光刻膠，更多種類的機臺。上面以實施例對本發(fā)明進行了說明，但需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而并非是對本發(fā)明保護范圍的限制。盡管參照以上優(yōu)選實施例對本發(fā)明作了盡可能詳盡的說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，仍然屬于本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。只要對本發(fā)明所做的任何改進或變型，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求主張保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種相位移焦距檢測光罩，包括遮蔽層，包括具有一定寬度的多個透光區(qū)域；玻璃層，位于所述遮蔽層上方，并具有與所述多個透光區(qū)域連通且對應(yīng)的多個開口， 其中所述多個開口的寬度為所述多個透光區(qū)域的寬度的一半，深度為η* λ/(N-I)，λ 為入射到所述相位移焦距檢測光罩的光在空氣中的波長，N為所述玻璃層的折射率，η為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位移焦距檢測光罩，其中所述遮蔽層為鉻層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位移焦距檢測光罩，其中所述多個透光區(qū)域的個數(shù)大于等于4。
4.一種相位移焦距檢測光罩的制造方法，包括在遮蔽層中分別蝕刻具有一定寬度的多個透光區(qū)域； 于所述多個透光區(qū)域處，在所述遮蔽層上方的玻璃層中蝕刻多個開口， 其中所述多個開口的寬度為所述多個透光區(qū)域的寬度的一半，深度為η* λ / (N-I)，λ 為入射到所述相位移焦距檢測光罩的光在空氣中的波長，N為所述玻璃層的折射率，η為正整數(shù)。
5.一種使用權(quán)利要求1所述的相位移焦距檢測光罩檢測光刻機的焦距差的方法，包括a.用光刻機在不同焦距下將所述相位移焦距檢測光罩在晶片上曝光，以在所述晶片上形成與各焦距對應(yīng)的溝槽測量標記；b.用套刻精度測量機臺測量出的所述溝槽測量標記的內(nèi)外框中心的偏移量進行建模；c.根據(jù)建模結(jié)果和所述溝槽測量標記的內(nèi)外框中心的偏移量計算所述光刻機的焦距差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測焦距差的方法，其中所述建模包括確定所述溝槽測量標記的內(nèi)外框中心的偏移量和不同焦距的對應(yīng)線性關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種相位移焦距檢測光罩、其制造方法以及使用該相位移焦距檢測光罩檢測光刻機的焦距差的方法，該相位移焦距檢測光罩包括遮蔽層，包括具有一定寬度的多個透光區(qū)域；玻璃層，位于所述遮蔽層上方，并在所述多個透光區(qū)域處具有多個開口，其中所述多個開口的寬度為所述多個透光區(qū)域的寬度的一半，深度為n*λ/(N-1)，λ為入射到所述相位移焦距檢測光罩的光在空氣中的波長，N為所述玻璃層的折射率，n為正整數(shù)。本發(fā)明適用于更厚的光刻膠以及更多種類的機臺。
文檔編號G03F7/20GK102519521SQ20111039279
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者吳鵬, 李文亮 申請人:上海華力微電子有限公司