校準標準片的製備方法及用該標準片進行校準的方法
2023-05-26 11:17:51 2
專利名稱：校準標準片的製備方法及用該標準片進行校準的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體製備中測量設備的校準標準片的製備方法。
背景技術：
隨著半導體技術的日益發展，最小關鍵尺寸不斷縮小，如何精確控制生產中的實際關鍵尺寸變得至關重要。而保證測量設備的精確性和穩定度是生產中保證控制能力的關鍵和唯一可行的監控手段。因此不斷提高測量設備日常監控的精確度對於每個半導體生產廠商都是至關重要的，直接決定了工廠的生產能力。對於現有的校準方法，通常使用高精度的標準樣片作為標尺，然後通過每天測量標準樣片和設定數據進行比對，如果發生偏差則進行設備校準。因此設備的校準精度直接依賴於標準樣片的精度。而實際上標準樣片也只是一種製造精度較高的矽片，為了得到高精度的樣片，需要使用原子級別的製造工藝，因此，無法在普通半導體工廠實現，且製備成本非常高昂。同時標準片設計時是固定的尺寸，比如lOOnm，或一系列尺寸相差較大的圖形， 比如lOOnm，105nm, llOnm。為了保證樣片的精確度，其差值不能很小，因此校準的實際精度受到制約。同時，現有的SEM測量會對樣片產生細微損傷，隨著時間推移，高精度標準樣片的精度也會逐漸降低。因此如果半導體廠商擁有很多測量設備且日常校準頻度高的話，高精度標準片的購買成本非常高昂。MEEF(Mask Error Enhanced factor光罩誤差放大係數)為表徵工藝和設備的
SCD f
基本參數，其定義為MEEF= ^afer，其中δ CDmask為光罩(也可稱光刻掩膜版)誤差，
mask
δ CDwafer為實際曝光後矽片的誤差，比如光罩上兩測試圖形CD值分別為IOOnm和lOlnm，當 MEEF值為2時，則實際矽片上測試圖形⑶值的結果為IOOnm和102nm。MEEF值為表徵光刻工藝的基本參數，其數值與具體工藝條件相關，對於相同的工藝條件，其值是固定的。因此對於不同MEEF的工藝，使用相同光罩時，光罩上誤差恆定的兩點在矽片上誤差就會不同。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種校準標準片的製備方法，其能製備出低成本、高精度的校準標準片。為解決上述技術問題，本發明的校準標準片的製備方法，包括如下步驟1)製備一塊光刻掩膜版，所述光刻掩膜版的2個以上不同位置放置有相同的測試圖形；2)採用至少兩個使MEEF值不同的曝光條件，用所述光刻掩膜版在同一矽片的不同位置進行曝光，而後顯影刻蝕，即為校準標準片。本發明的校準標準片的製備方法，利用對於不同的照明條件MEEF值不同的特點，對於固定的兩組不同的光罩CD，使用不同照明條件曝光可以得到一系列連續可變的矽片 CD，其變化間隔遠遠小於光罩製作所能控制的間隔差異，同時利用光罩的製造中必然出現的各區域光罩⑶的差異，因此可以在矽片上產生一系列恆定微小差值的測量圖形。通過對這一系列測量圖形進行測量作為校準標準，可以大大提高設備的測量精度。同時測量圖形的差異不是由事先設定的設計尺寸差異產生，而是通過不同照明條件產生，在普通半導體廠即可實現生產，極大降低了標準樣片的成本。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1為本發明的製備方法中一具體測試圖形實例；圖2為本發明的製備方法中所製備的光罩實例；圖3為本發明的製備方法中所製備的校準標準片的實例；圖4為本發明的校準測量方法示意圖。
具體實施例方式MEEF值為實際矽片⑶(特徵尺寸)差值與光罩⑶的差值的比值，對於給定的光刻工藝和曝光條件，MEEF值是穩定的，而且對於不同的曝光條件，MEEF值不同。同時光罩的製造中也必然會出現的各區域光罩CD的差異，即位於光罩(也稱光刻掩膜版)不同區域的相同測試圖形在光罩製備後所形成的特徵尺寸必然存在細微的差異。因此本發明的製備方法，對於固定的兩組不同的光罩CD值，使用不同照明條件進行曝光，可以得到一系列連續可變的矽片CD，其變化間隔遠遠小於光罩製作所能控制的間隔差異，因此可以在矽片上產生一系列恆定微小差值的測量圖形。通過對這一系列測量圖形進行測量作為校準標準，可以大大提高設備的測量精度。同時測量圖形的差異不是有事先設定的設計尺寸差異產生， 而是通過使MEEF不同的曝光條件產生，在普通半導體廠即可實現生產，極大降低了標準樣片的成本。不同的曝光條件的設置主要有以下幾種1.改變數值孔徑NA ;2.改變入射光闌和出射光闌的比率(即Sigma-非相干係數)；3.改變照明方式，比如從圓形照明改為環形照明，光源正入射改為斜入射，調整斜入射的角度等等。能改變的參數很多，但主要通過NA， 因不同的NA造成的MEEF變化最大，如果MEEF數值變化太小，產生的圖形差異太小，會被製造誤差掩蓋。因此本發明的校準標準片主要是通過NA變化來製備。本發明的校準標準片的製備方法的一個實例如下先製備一塊光罩，在光罩上如圖2所表示的3個位置處位置1、位置2和位置3分別放置相同的測試圖形。測試圖形可為如圖1所示的IOOnm線狀密集圖形，也可以是IOOnm 空間狀密集圖形。光罩製作完成後3個位置的測試圖形⑶的實際值為101nm，100nm，99nm。 光罩廠商可以精確測定該3點的值，其差值為2nm以內。而後利用此光罩進行曝光，曝光時選用多個(至少兩個)使MEEF值不同的曝光條件，在一具體實施例中分別為曝光條件A、曝光條件B和曝光條件C(主要為調整曝光機臺的數值孔徑NA)，在同一矽片的不同位置曝光而後顯影刻蝕(見圖幻。上述使MEEF值不同的曝光條件可通過調整以下參數實現透鏡數值孔徑、相干係數、光闌大小或照明方式(圓形照明，環形照明，離軸照明，雙極照明，四極照明，偏振照明等等)。得到實際的矽片位置的
4CD值與MEEF值相關。對於給定的光刻工藝，曝光時用的曝光條件和刻蝕後得到的測試圖形的CD值與MEEF值相關，可通過實驗得到曝光條件和相對應的MEEF值的關係。如在本實施例中，設定2個以上的曝光條件，如NA = 0. 8，NA = 0. 75，NA = 0. 7。測量該給定圖形在3 個條件下的MEEF值，分別為1. 5、2和2. 5。對於矽片上的A區域使用曝光條件A，即MEEF = 2. 5的曝光條件(即NA = 0. 7)，刻蝕後測量得Al為97. 5nm, A2為lOOnm，A3為102. 5nm， 其中Al為A區域中位置1的測試圖形⑶值，A2為A區域中位置2的測試圖形⑶值，A3為 A區域中位置3的測試圖形⑶值。對於矽片上的B區域使用曝光條件B，即MEEF = 2的曝光條件，刻蝕後測量得Bl為98nm，B2為lOOnm，B3為102nm，其中Bl為B區域中位置1的測試圖形⑶值，B2為B區域中位置2的測試圖形⑶值，B3為B區域中位置3的測試圖形 ⑶值。對於矽片上的C區域使用曝光條件C，即MEEF = 1. 5的曝光條件，刻蝕後測量得Cl 為98. 5nm, C2為lOOnm，C3為101. 5nm，其中Cl為C區域中位置1的測試圖形CD值，C2為 C區域中位置2的測試圖形⑶值，C3為C區域中位置3的測試圖形⑶值。因此我們分別得到3組校準圖形，其中Al、Bl和Cl分別為97. 5nm、98nm和98. 5nm, A2、B2和C2分別為 lOOnm, IOOnm 和 lOOnm，A3、B3 和 C3 分別為 102. 5nm、102nm 和 101. 5nm。
此外，在曝光時，採用使所製備的校準標準片中，至少有一個光刻掩膜版同一位置處的測試圖形CD相同的條件。該條件可通過調節曝光能量來實現。在本實施例中，即為不同曝光條件下位置2處的測試圖形CD均為lOOnm。因此，在具體實施中，可進行曝光能量的調節來得到至少一個相同位置處的測試圖形⑶相同。利用本發明所製備的校準標準片進行校準的方法，為利用此3組圖形進行校準， 我們分別得到 CD 值為 97. 5nm、98nm、98. 5nm、lOOnm、101. 5nm、102nm 和 102. 5nm 的 7 組測試圖形，可以精確地、穩定地進行標定(見圖4)。而實際矽片很難得到相差那麼小的圖形。使用本專利產生的校準片，可以使用傳統的測試方法，即分別測量各測試圖形的值與標準偏進行比較，此時因為有很多具有恆定誤差的測試圖形，其精度比傳統測試樣片高。另外還可以採用一種新的校準方法，此種方法用來進行校準的標準不是測量CD值與標準CD值的偏差，而是位於光罩同一位置處的CD值在不同MEEF工藝條件下的變化值與標準值的偏差。首先根據1. 5 2 2. 5的預先測定的MEEF值，得到差值根據MEEF換算到標準偏差值，此時可以得到不同位置的偏差值，比如其中Al、Bl和Cl分別為97. 5nm、98nm和 98. 5nm，相應的偏差值為0. 5nm, A2、B2和C2分別為lOOnm、IOOnm和lOOnm，相應的偏差值為0，而A3、B3和C3分別為102. 5nm、102nm和101. 5nm,相應的偏差值為-0. 5nm。測量時， 分別對3組圖形進行測定，而後把測量所得的CD值進行作圖，得到如圖4所示圖形，圖中可得測量偏差值；最後將得到的偏差值同標準偏差值進行比對，但兩者的差值在允許的差值範圍(由校準需要的精度所決定)以內時，被校準設備可以認為已經處於被校準狀態。採用本發明的校準方法進行校準，差值範圍一般在IOnm以內，典型值可小於2nm。採用本發明的校準標準片進行校準，被校準設備和標準偏差值的差異可以控制在小於lnm。而普通製造出來用來標定的標準⑶的值如IOOnm都遠遠大於此值(因為Si原子約為500埃，現有工藝根本無法製造出1至2nm的標準值的線條)，因此利用此偏差值來標定都可以大大提高校準的精確度。同時本發明的校準標準片是基於差值很小的密集圖形的，特別適合用來進行 OCD (Optical CD光學測量CD)的校準。
權利要求
1.一種校準標準片的製備方法，所述校準標準片用於測量納米級別尺寸的測量設備的校準，其特徵在於，包括如下步驟1)製備一塊光刻掩膜版，所述光刻掩膜版的兩個以上不同位置放置有相同的測試圖形；2)採用至少兩個使MEEF值不同的曝光條件，用所述光刻掩膜版在同一矽片的不同位置曝光，而後顯影刻蝕，所得矽片即為校準標準片。
2.按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於在曝光時，採用使所製備的校準標準片中，至少有一個光刻掩膜版同一位置處的測試圖形CD相同的條件。
3.按照權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於所述使MEEF值不同的曝光條件為調整曝光機透鏡的數值孔徑大小、相干係數，或變化照明方式。
4.一種採用權利要求1所製備的校準標準片進行校準的方法，其特徵在於 首先被校準設備對校準標準片中的測試圖形CD進行測量，得到測量值；根據所述測量值，計算不同曝光條件下得到的位於光刻掩膜版相同位置處的測試圖形之間的偏差值；比較所述偏差值和標準偏差值，當所述偏差值與標準偏差值之間的差值在允許的差值範圍內，所述被校準設備處於被校準狀態。
全文摘要
本發明公開了一種校準標準片的製備方法，所述校準標準片用於測量納米級別尺寸的測量設備的校準，其特徵在於，包括如下步驟1)製備一塊光刻掩膜版，所述光刻掩膜版的兩個以上不同位置放置有相同的測試圖形；2)採用不同曝光條件，用所述光刻掩膜版在同一矽片的不同位置曝光，而後顯影刻蝕，即為校準標準片。本發明中通過對這一系列測量圖形進行測量作為校準標準，可以大大提高設備的測量精度。同時測量圖形的差異是通過不同照明條件產生，在普通半導體廠即可實現生產，極大降低了標準樣片的成本。
文檔編號G03F7/00GK102279516SQ201010197508
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月10日 優先權日2010年6月10日
發明者王雷 申請人:上海華虹Nec電子有限公司