掩模板及利用掩模板進(jìn)行光刻和測(cè)量步進(jìn)精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光刻工藝中的一種掩模板及利用掩模板進(jìn)行光刻和測(cè)量步進(jìn)精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻是半導(dǎo)體工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路、LED 二極管、液晶顯示屏等工藝中，其中半導(dǎo)體集成電路對(duì)光刻設(shè)備和工藝的依賴度最大。
[0003]所有半導(dǎo)體集成電路的制造工藝都是在晶圓上實(shí)施的，晶圓是圓形的半導(dǎo)體襯底(襯底材料為單晶硅、鍺、鍺硅等，襯底的直徑為3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸或12英寸)。在集成電路的晶圓制造工藝中的，需要經(jīng)歷幾次、十幾次或幾十次的光刻工藝，通過這些光刻工藝把掩模版上的圖形一一復(fù)制到晶圓上，在半導(dǎo)體技術(shù)中，習(xí)慣把每“一次”光刻稱呼為“ 一層”光刻。
[0004]光刻工藝的基本流程:首先在晶圓上涂覆一層光刻膠，然后通過曝光、顯影把一部分區(qū)域的光刻膠去除掉，保留其它區(qū)域的光刻膠，從而形成由光刻膠組成的圖形，這些圖形都來源于掩模板上的圖形。
[0005]衡量光刻工藝精度的主要參數(shù)包括關(guān)鍵尺寸(⑶)和對(duì)準(zhǔn)精度(Overlay)，關(guān)鍵尺寸表不加工最小光刻尺寸的精度，對(duì)準(zhǔn)精度表不某一層光刻與其它層光刻之間的套準(zhǔn)偏差，當(dāng)任何一層光刻出現(xiàn)不可容許的對(duì)準(zhǔn)偏差，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)集成電路失效。
[0006]實(shí)現(xiàn)光刻工藝的最關(guān)鍵設(shè)備是光刻機(jī)，在1.0?3.0微米、亞微米(0.35?0.8微米)、深亞微米(小于0.25微米)以及更小尺寸的半導(dǎo)體集成電路工藝中，通常都使用步進(jìn)式光刻機(jī)，因?yàn)檫@樣可以提高光刻工藝的精度。如圖1所示，半導(dǎo)體晶圓被分成若干個(gè)曝光場(呈矩形)并且依次被曝光(如圖1所示蛇形路線)，每個(gè)曝光場的尺寸為10?50毫米。光刻機(jī)在完成第N個(gè)曝光場之后按照設(shè)定尺寸步進(jìn)至第N+1曝光場進(jìn)行聚焦曝光。光刻機(jī)從第N個(gè)曝光場步進(jìn)至第N+1個(gè)曝光場的距離即步進(jìn)長度，步進(jìn)長度包括X和Y兩個(gè)方向的值，圖1所示的每一個(gè)箭頭代表步進(jìn)一次。
[0007]步進(jìn)精度是光刻機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，直接影響到光刻工藝的對(duì)準(zhǔn)精度?！安竭M(jìn)精度”指的是光刻機(jī)執(zhí)行設(shè)定的步進(jìn)長度的精度，具體包括兩個(gè)方面:〈1>光刻機(jī)執(zhí)行設(shè)定的步進(jìn)長度的偏差情況(簡稱“步進(jìn)偏差”，比如設(shè)定的步進(jìn)長度為20000微米，但光刻機(jī)實(shí)際的步進(jìn)長度為20000.1微米，則偏差量為0.1微米；〈2>光刻機(jī)多次執(zhí)行設(shè)定的步進(jìn)長度的重復(fù)性(簡稱“步進(jìn)重復(fù)性”)，比如，光刻機(jī)需要步進(jìn)50次才能完成一整片晶圓的曝光，步進(jìn)重復(fù)性反映的是這50次步進(jìn)的偏差量的一致性情況，假設(shè)光刻機(jī)在步進(jìn)至第N個(gè)曝光場時(shí)存在機(jī)械缺陷，則有可能導(dǎo)致步進(jìn)重復(fù)性變差。
[0008]現(xiàn)有方法中，測(cè)量光刻機(jī)步進(jìn)精度的方法是這樣的:使用指定的掩模板，先后共執(zhí)行兩次光刻，第二次光刻以第一次光刻為對(duì)準(zhǔn)參照，然后測(cè)量兩次光刻之間的對(duì)準(zhǔn)精度，再反向計(jì)算出步進(jìn)精度的值。由于對(duì)準(zhǔn)精度不僅受步進(jìn)精度的影響，還受其它諸多參數(shù)和因素的影響，所以這種由對(duì)準(zhǔn)精度反向計(jì)算步進(jìn)精度的過程就因?yàn)樾枰紤]其他諸多參數(shù)和因素的影響而變得比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種掩模板及利用掩模板進(jìn)行光刻和測(cè)量步進(jìn)精度的方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的測(cè)量步進(jìn)精度過程復(fù)雜的問題。
[0010]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種掩模板，以該掩模板的矩形曝光區(qū)域的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸與矩形曝光區(qū)域的一對(duì)邊平行，Y軸與矩形曝光區(qū)域的另一對(duì)邊平行的X-Y坐標(biāo)系中，該掩模板包括:
[0011]位于矩形曝光區(qū)域內(nèi)、用于使光刻膠在經(jīng)過光刻后被保留的第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案，以及位于矩形曝光區(qū)域內(nèi)、用于使光刻膠在經(jīng)過光刻后被刻蝕的第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案；
[0012]上述第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案位于Y軸兩側(cè)、在Y軸上的投影有重疊，且均有兩條垂直于X軸的平行邊線，該第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案的兩條垂直于X軸的平行邊線之間的距離大于上述第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案的兩條垂直于X軸的平行邊線之間的距離；上述第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心與上述第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心在X軸上投影的距離為光刻機(jī)在X方向的步進(jìn)長度；
[0013]上述第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案位于X軸兩側(cè)、在X軸上的投影有重疊，且均有兩條垂直于Y軸的平行邊線，該第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案的兩條垂直于Y軸的平行邊線之間的距離大于上述第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案的兩條垂直于Y軸的平行邊線之間的距離；上述第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心與上述第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心在Y軸上投影的距離為光刻機(jī)在Y方向的步進(jìn)長度。
[0014]利用上述掩模板，以上述第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心與上述第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心在X軸上投影的距離為X方向的步進(jìn)長度，和上述第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心與上述第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心在Y軸上投影的距離為Y方向的步進(jìn)長度，光刻機(jī)執(zhí)行一次光刻，在步進(jìn)過程中第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案在同一位置依次曝光，第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案在同一位置依次曝光，通過測(cè)量重疊曝光后形成的圖形就能比較簡單的確定光刻機(jī)的步進(jìn)精度(步進(jìn)偏差和步進(jìn)重復(fù)性)。
[0015]較佳的，上述第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案、第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案、第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案的形狀為矩形。但不僅限于矩形，只需保證第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案均有兩條垂直于X方向的平行邊線，第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案的均有兩條垂直于Y方向的平行邊線即可。
[0016]較佳的，上述第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案的兩條垂直于X軸的平行邊線到第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案中心的距離相等，第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案的兩條垂直于X軸的平行邊線到第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案中心的距離相等，第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案的兩條垂直于Y軸的平行邊線到第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案中心的距離相等，第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案的兩條垂直于Y軸的平行邊線到第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案中心的距離相等。
[0017]在上述任意實(shí)施例的基礎(chǔ)上，較佳的，第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案、第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案、第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案和第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案均位于矩形曝光區(qū)域的邊緣。
[0018]較佳的，如果光刻膠為正性光刻膠，第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案對(duì)應(yīng)的區(qū)域和第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)楸煌腹鈪^(qū)域包圍的不透光區(qū)域，第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案對(duì)應(yīng)的區(qū)域和第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)楸徊煌腹鈪^(qū)域包圍的透光區(qū)域；
[0019]如果光刻膠為負(fù)性光刻膠，第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案對(duì)應(yīng)的區(qū)域和第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)楸徊煌腹鈪^(qū)域包圍的透光區(qū)域，第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案對(duì)應(yīng)的區(qū)域和第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)楸煌腹鈪^(qū)域包圍的不透光區(qū)域。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種利用上述任意實(shí)施例所述掩模板進(jìn)行光刻的方法，在上述掩模板實(shí)施例描述中所參考的X-Y坐標(biāo)系中，該方法包括:
[0021]按照設(shè)定的步進(jìn)長度，利用掩模板對(duì)涂有光刻膠的晶圓進(jìn)行步進(jìn)式光刻，在晶圓上形成用于測(cè)量X方向步進(jìn)精度的第一光刻膠圖案和用于測(cè)量Y方向步進(jìn)精度的第二光刻膠圖案組成的光刻膠圖案陣列；該步進(jìn)長度包括X方向的步進(jìn)長度和Y方向的步進(jìn)長度；X方向的步進(jìn)長度為第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心與第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心在X軸上投影的距離，Y方向的步進(jìn)長度為第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心與第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心在Y軸上投影的距離；上述第一光刻膠圖案是在使用第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案進(jìn)行曝光形成的光刻膠圖案上再使用第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案進(jìn)行曝光形成的，上述第二光刻膠圖案是在使用第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案進(jìn)行曝光形成的光刻膠圖案上再使用第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案進(jìn)行曝光形成的。
[0022]上述方法以第一步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心與第二步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心在X軸上投影的距離為X方向的步進(jìn)長度，以第三步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心與第四步進(jìn)精度測(cè)量圖案的中心在Y軸上投影的距離為Y方向的步進(jìn)長度，按照上述步進(jìn)長度，利用掩模板執(zhí)行一次光刻，通過測(cè)量形成的光刻膠圖案，可比較簡單的測(cè)量出光刻機(jī)的步進(jìn)精度。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種利用上述進(jìn)行光刻方法形成的光刻膠圖案陣列測(cè)量光刻機(jī)步進(jìn)精度的方法，在上述掩模板實(shí)施例描述中所參考的X-Y坐標(biāo)系中，該方法包括:
[0024]測(cè)量