[发明专利]光刻套刻精度的测试图形及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光刻工艺在线监控图形，具体涉及一种光刻套刻精 废的测试图形。本发明还涉及一种上述测试图形所采用的光刻套刻精度的 测量方法。

背景技术

在半导体制造中，通常都会有大于一个的光刻层次，而各光刻层次间 的套刻精度的高低极大制约了最终生产的器件的特性和生产线的能力，而 在实际生产中为了测量而各光刻层次间的套刻精度，通常采用在两个光刻 层次各产生一个矩形(通常为正方形)，然后测量两个矩形的中心偏差来 表征光刻套刻精度。

现有的测量图形主要基于光学宏观测量，当前光刻层用光阻产生一个 图形，然后前层利用台阶差或材料差产生另一个图形，然后通过光学显微 镜放大后拍照然后进行图形处理来测量。这种方法主要依赖于测量图形的 对比度来进行测量。然而图形的对比度受台阶深度，台阶形貌，形成测量 图形的材料等等变化很大，导致测量的精度很差，极大的制约了光刻套刻 测量的精度，从而使提高光刻套刻精度，不断缩小芯片尺寸受到严重阻碍。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光刻套刻精度的测试图形， 它可以降低测量信号强度和测量图形制造工艺的相关性，从而提高测量对 测量图形的物理特征容忍度。为此，本发明还要提供一种上述测试图形所 采用的光刻套刻精度的测量方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种光刻套刻精度的测试图 形，其被对准层的测试图形是由多个长条组成的矩形图形，各个长条内部 由多个小矩形构成，各所述小矩形的排列结构使各所述长条分别形成衍射 光栅。

本发明还提供了一种上述测试图形所采用的光刻套刻精度的测量方 法，包括如下步骤：

(1)利用激光扫描；

(2)探测衍射光。

本发明采用衍射原理测量图形，和普通的测量图形相比，衍射光的 分布只和整个图形的空间周期和测量光的波长相关，而强度与图形的反射 率、图形形状、台阶深度、探测光波长等相关。通过使用不同波长的激光 进行扫描，可以降低测量信号强度和测量图形制造工艺的相关性，最终提 高测量对测量图形的物理特征容忍度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的测量图形示意图；

图2是本发明的测量原理图。

具体实施方式

本发明的光刻套刻精度的测试图形，如图1的右图所示，从宏观上 看测量图形与普通的套刻精度测量图形相同，其被对准层的测试图形是由 多个长条组成的矩形图形。图1的中图是光学显微镜下一个长条的放大示 意图，由于光学显微镜的分辨率不足以分辨这些微小图形，因此看到的仍 是一个长条。但微观上测量图形由一系列小矩形组成(如图1的左图所 示)，且矩形图形的空间周期不小于生成该图形的光刻层的最小设计空间 周期。

本发明的小矩形的长度应大于光刻套刻精度测量设备的极限分辨 值，且小于硅片的划片槽宽度，其值在0.5微米到10微米之间。小矩形 的宽度应大于光刻层光刻工艺的极限分辨值，且小于光刻套刻精度测量设 备的极限分辨值，其值在0.01微米到1微米之间。小矩形的空间周期应 大于光刻层光刻工艺的极限分辨值，且小于光刻套刻精度测量设备的极限 分辨值，其值在0.01微米到1微米之间。

本发明的测量图形基于衍射原理进行测量，测量原理如图2所示。和 普通的基于光学对比度进行拍照的原理不同，利用光学衍射原理，把普通 测量图形的一个宽条分解为许多细小的矩性，从而形成衍射光栅。

本发明的光刻套刻精度的测量方法包括：用激光进行扫描，然后探测 衍射光进行测量。

使用如图1所表示的测量图形进行测量。当前光刻层次利用光阻生成 其中一个图形，被对准的光刻层次生成另一个对准图形，此图形由一系列 微小的矩形组成。测量时，可使用单波长的激光或多波长的激光对测量图 形进行扫描，也可以使用固定波长的激光或不同波长的激光对测量图形进 行扫描，然后收集衍射光进行测量。衍射光可以是零级衍射光，也可以是 高级衍射光。

本发明在现有的光学宏观测量基础上，当测量图形的形貌，台阶深 度发生变化时，利用衍射只和图形周期相关的特性，利用单波长或多波长 的激光进行扫描，可以得到相对光学宏观测量更稳定的测量信号。

使用了本发明的测量图形后，可以增强测量图形对工艺的容忍度。 对于台阶深度很浅、薄膜淀积均匀性差和小线宽高对准精度的铝布线等工 艺比普通测量图形的精确度和稳定性更好。