[发明专利]关键尺寸测试条的结构

说明书

本发明涉及一种光刻腐蚀工艺(Lithography & Etching Process)的监测工具的结构，且特别是涉及一种关键尺寸测试条(Critical Dimension Bar；CDBar)的结构。

在半导体(Semiconductor)制造工艺的各阶段中，光刻腐蚀工艺是最重要的一个环节，其中光刻工艺的目的在欲图案化的材料层上形成图案化的光致抗蚀剂层(Photo Resist Layer)；而蚀刻制程则是以此图案化光致抗蚀剂层为掩模(Mask)蚀刻暴露出的材料层，以形成图案化的材料层。当所形成的图案化材料层的图形宽度是此电子元件特性的重要参数时(或此图形宽度是各图案化晶片层中最小者时)，此宽度即称为关键尺寸(Critical Dimension；CD)，而此材料层可称为关键材料层。由于关键尺寸的变化对电子元件的特性有重大的影响，所以关键尺寸的误差必须严加控制在一定范围之内，以免降低元件的品质。

请参照图1，在一般的光刻腐蚀工艺中，为监测图案化的关键材料层的关键尺寸误差情形，常会在晶片100上各晶方110之间的切割线(Scribe Line，即各晶方110间的粗点线)上同时形成具有简单关键材料层图案的关键尺寸测试条120。这是因为晶方110表面的集成电路图案通常十分复杂，使其上图案化的关键材料层的关键尺寸不易直接测得，所以必须先测量关键尺寸测试条120上简单关键材料层图案的关键尺寸，再据以推得晶方110上关键材料层图案的关键尺寸。

请参照图2A，其所绘示为现有关键尺寸测试条120的结构剖面示意图，而其制造过程亦大略叙述如下。首先，在未形成关键材料层之前各层的光刻腐蚀工艺中，所使用的光掩模上都不具有关键尺寸测试条120的图案，所以关键尺寸测试条120的基底200的表面是平坦的。接着，在晶方上形成未图案化的关键材料层时，此关键尺寸测试条120的基底200上即同时覆盖一层关键材料层210。接下来进行一光刻工艺，其中关键尺寸测试条120上方光致抗蚀剂层(未显示)以“与晶方上图案同类型(此处以孔洞状图案为例)”的测试光掩模图案来曝光，此测试光掩模图案与晶方光掩模图案的图形宽度相同，但其图形排列较为简单，以利于关键尺寸测试条120上测试图案的关键尺寸的测量。

请续参照图2A，在显影、光致抗蚀剂烘干等后续处理步骤与蚀刻制程后，即会于关键材料层210中形成测试开口220a。由于关键尺寸测试条120与晶方区域都以同样图形宽度的图案曝光，且都接受相同的后处理步骤与蚀刻制程，故只要测量关键尺寸测试条120上测试开口220a的关键尺寸，即可推得晶方110上开口的关键尺寸。

然而，请参照图3A，在一般制造工艺中，当关键材料层210形之前，晶方110区域的基底300必然已经过许多不同的图案化步骤，使得基底300表面的高低起伏甚为明显。因此，当光致抗蚀剂层215涂布于关键材料层210上再加以曝光时，基底300高处(P位置)与低处(Q位置)的光致抗蚀剂层215底部的焦点偏移量(Focus Offset)，即两处的光致抗蚀剂层215底部与曝光光源聚焦处的距离就会有差异。是故，请参照图3B，P位置与Q位置的图案化光致抗蚀剂层215的开口宽度，也就是蚀刻制程后关键材料层210的开口220b与220c的关键尺寸d₁与d₂即会有差异。

如上所述，由于关键尺寸测试条120在前段步骤中并未形成前层的图案，故其基底200(图2A)表面是平坦的，而无法模拟晶方110的基底300表面的高低起伏。因此，关键尺寸测试条120上的测试开口220a只有一种关键尺寸，而无法监测晶方110上关键材料层210中开口220b与220c的关键尺寸差异，此为现有关键尺寸测试条结构的问题之一。

另外，现有技术的问题之二请参照图2B，其所绘为现有关键尺寸测试条120的上视图。如图2B所示，在现有关键尺寸测试条120的测试图案中，仅具有距离甚远的数个测试开口220a，所以无法用来监测芯片上关键材料层中开口220b/c排列较密时的关键尺寸偏差情形，此偏差现象因曝光时相邻孔洞光掩模图形的透射光互相干扰所致。