相位誤差檢測圖案及其應用的製作方法
2023-10-05 04:20:14 1
專利名稱：相位誤差檢測圖案及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體製造過程中的檢測裝置及其應用，且特別是有關一種相位誤差(Phase Error)檢測圖案(Monitor Pattern)及其應用，它用來檢測一交替型相移式光罩(Alternative Phase Shift Mask，Alt-PSM)的相位誤差。
背景技術：
隨著半導體組件的集成度日漸提高，先進位造過程的線寬大多小於微影製造過程所使用的曝光光源波長，所以常需要採用相移式光罩以得到最佳的解析度(Resolution)。相移式光罩中發展最早的一種即是交替型相移式光罩，其通常用來製作互相平行的閘極線圖案。
請參照圖1，該圖示出了一種常見的交替型相移式光罩100，其上具有鉻(Cr)材料的不透光區110，以及位於不透光區110之間且呈交替排列的透光區120與相移區130，其中相移區130的相位(Phase)與透光區120差180°，使得光阻層(未顯示)中對應不透光區110的光波振幅能互相抵消，而得到最佳的曝光對比。
雖然有多種方法可用來製作相位與透光區120差180°的相移區130，但因光罩製造過程中相移層沉積或蝕刻時的精確度不易掌握，所以相移區130與透光區120的相位差常會偏離180°。因此，如所用的光阻型態為正光阻，且曝光光源的聚焦位置有所偏離時(即散焦(Defocus)時)，所得的光阻圖形210的位置即會向相移區130的方向偏移，如圖2所示，其中對應同一相移區130兩側之一對光阻圖形210的偏移量s相等，但方向相反。
上述光阻圖形210的偏移將導致其下方晶圓層圖案位置的誤差，故需精確地測量出來，並反推得光罩的相位誤差以作為光罩修正的參考。然而，現行微影製造過程的在線檢測(Inline Monitor)系統所使用的迭合誤差分析器(Overlay Machine)皆為光學式，其用於檢測光阻圖案位置誤差的光波波長遠大於光阻圖形210的線寬，故無法測量個別光阻圖形210的偏移量s，而只能測量數條光阻圖形210的整體偏移量。由於對應同一相移區130兩側之一對光阻圖形210是以相反方向移動相同的距離s，使得光阻圖形210的整體偏移量為0，故光阻圖形210的偏移量無法以迭合誤差分析器測量出來，而不能反推得光罩的相位誤差。
發明內容
本發明提出一種相位誤差檢測圖案，其可用來檢測一交替型相移式光罩的相位誤差。此相位誤差檢測圖案包含一交替相移圖案與一修飾圖案，其中交替相移圖案是位於交替型相移式光罩邊緣，且修飾圖案位於一修飾光罩的邊緣，此交替型相移式光罩與此修飾光罩是先後使用於同一曝光製造過程中。上述的交替相移圖案包括多個第一不透光區，以及位於第一不透光區之間且呈交替排列的多個相移區與透光區，其中每一相移區兩側的兩個第一不透光區分為一對；修飾圖案包括多個第二不透光區，其中每一個的位置皆對應一對第一不透光區中位於第一側的不透光區，且任一個第二不透光區的寬度大於任一個第一不透光區的寬度。
本發明還提出一種檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，其應用上述本發明的相位誤差檢測圖案來完成，並且其步驟如下首先使用一曝光光源與具有上述交替相移圖案(它是相位誤差檢測圖案的一部分)的一交替型相移式光罩進行曝光，以於一正光阻層中形成一未修飾光阻圖案，其中各光阻圖形的位置對應於各個第一不透光區，且各個光阻圖形區分為數對，其中每一對皆對應上述的一對第一不透光區。接著使用具有上述修飾圖案(其是為相位誤差檢測圖案的另一部分)的一修飾光罩對此正光阻層曝光，以去除每一對光阻圖形中位於第一側的光阻圖形，並保留位於第二側的光阻圖形，即完成一檢測光阻圖案。然後使用一迭合誤差分析器測量此檢測光阻圖案的偏移量，再利用曝光光源的散焦值與檢測光阻圖案的偏移量反推得交替型相移式光罩的相位誤差。
本發明又提出一種檢測由交替型相移式光罩所得的光阻圖形位置誤差的方法，它是在交替型相移式光罩曝光之後使用上述的修飾光罩進行曝光，以去除每一對光阻圖形中位於第一側的光阻圖形，並保留位於第二側光阻圖形。然後使用迭合誤差分析器測量保留在第二側的光阻圖形的偏移量。
如上所述，由本發明的相位誤差檢測圖案所得的檢測光阻圖案中，僅保留有每一對光阻圖形中位於同一側的光阻圖形。因為這些保留的光阻圖形都是以相同方向移動相同的距離，所以光阻圖形的整體偏移量(即檢測光阻圖案的偏移量)並不為0，而能被迭合誤差分析器測量出來，並進一步反推得交替型相移式光罩的相位誤差。
為了使本發明的上述目的、特徵、和優點能更加顯而易見，下文特舉一最佳實施例，並結合附圖進行詳細的說明。
圖1示出常規的交替型相移式光罩的結構；圖2示出在相位誤差與散焦情形下，由圖1的交替型相移式光罩所得的光阻圖案；圖3示出本發明最佳實施例所使用的交替型相移式光罩的結構；圖4示出在相位誤差與散焦情形下，由圖3的交替型相移式光罩所得的光阻圖案；圖5示出本發明最佳實施例中修飾光罩的結構，其是與圖3所示之交替型相移式光罩搭配使用；圖6示出以圖5之修飾光罩對圖4之光阻圖案曝光後，再經顯影而得之光阻圖案；圖7示出光阻圖形的偏移量與散焦及相位誤差的關係；圖8A是示出本發明最佳實施例的交替型相移式光罩與其中的交替相移圖案的結構示意圖，此交替相移圖案為本發明最佳實施例的相位誤差檢測圖案的一部分；以及圖8B是示出本發明最佳實施例的修飾光罩與其中的修飾圖案的結構示意圖，此修飾圖案為本發明最佳實施例的相位誤差檢測圖案的一部分。
具體實施例方式
請參照圖3，其示出了本發明最佳實施例所使用的交替型相移式光罩的結構。如圖3所示，交替型相移式光罩300上具有不透光區310，以及位於不透光區310之間且呈交替排列的透光區320與相移區330，其中相移區330與透光區320的相位差的誤差即為所求目標。
請參照圖4，接著使用上述交替型相移式光罩300對正光阻層400曝光，以得到光阻圖形410a與410b，其對應於交替型相移式光罩300上的不透光區310，但因交替型相移式光罩300有相位誤差，使得對應同一相移區330兩側的一對光阻圖形410a/410b以相反的方向偏移相同的距離s，而圖中虛線圍出部分是光阻圖形的正確位置。
請參照第5與6圖，接著使用一修飾光罩500對正光阻層400曝光，此修飾光罩500上有不透光區510，其遮蔽對應於每一相移區330兩側的一對光阻圖形410a/410b中的光阻圖形410a，並暴露出光阻圖形410b。如此每一對光阻圖形410a/410b中位於右側的光阻圖形410b即會被去除，其原先輪廓是以點線表示。
此時請參照圖6，由於每一對光阻圖形410a/410b中位於左側的光阻圖形410a皆保留下來，且都向右偏移s距離，所以光阻圖形410a的整體偏移量即為s，而能被迭合誤差分析器測量出來。再者，為精確地求得光阻圖形410a的迭合誤差，在考慮一般線狀圖案的密度與迭合誤差分析器的精確度的情形下，所有光阻圖形410a的總寬度L可能需要5-10μm才足夠。
在以上述方法得到迭合誤差之後，下一步即是反推得到交替型相移式光罩的相位誤差。請參照圖7，其用於示出以理論計算或實驗方式所得的光阻圖形中心偏移量與曝光光源的散焦值以及交替型相移式光罩的相位誤差的關係。如圖7所示，當散焦愈大時，中心偏移量即愈大；而當相位誤差愈大時，散焦-中心偏移量曲線的即斜率愈大。因此，在反推得相位誤差時可以變化散焦值，再經過前述步驟以得到一系列的散焦-中心偏移量關係，然後作圖以得到散焦-中心偏移量曲線的斜率，並進而比對圖7以求得相位誤差。
接下來請參照圖8A/8B，其是示出本發明最佳實施例的交替型相移式光罩800/修飾光罩900與其中的交替相移圖案888/修飾圖案988的結構示意圖，此交替相移圖案888/修飾圖案988是本發明最佳實施例的相位誤差檢測圖案的一部分，而此交替型相移式光罩800與修飾光罩900二者搭配使用。
請參照圖8A，如同一般的迭合誤差標記(Overlay Mark)設計方式，交替相移圖案888可製作於組件圖案區802的四周，以消除其它因素所導致的迭合誤差(Overlay Error)效應。再者，每一個交替相移圖案888皆包含並行線狀的數條不透光區810，以及位於各不透光區810之間且呈交替排列的透光區820與相移區830。此處需特別說明的是，為顯示清楚起見，此圖中交替相移圖案888與組件圖案區802的大小比例遠大於實際比例。
請繼續參照圖8A，如同圖6說明部分所述內容，為了精確地求得光阻圖形的迭合誤差以反推得交替型相移式光罩800的相位誤差，最佳的情形是交替相移圖案888的寬度L』足夠大，使所得的檢測光阻圖案的對應寬度至少在5-10μm之間。
接著請參照圖8B，本最佳實施例的修飾光罩900上具有保護組件區(虛線方框)內正光阻層的不透光區902，以及對應交替相移圖案888的修飾圖案988，而上述交替相移圖案888的不透光區810的位置對應圖8B中的虛線條狀區。此修飾標記988是由數條不透光區910所構成，且不透光區902、910的材料都例如為鉻。在每一個修飾圖案988中，各個不透光區910的位置對應於上述交替相移圖案888中每一相移區830兩側的一對不透光區810中位於同一側的不透光區，且不透光區910的寬度大於不透光區810，以遮蔽對應每一相移區830兩側的一對光阻圖形中位於同一側的光阻圖形。
如上所述，本發明的最佳實施例在使用交替型相移式光罩/交替相移圖案得到數對光阻圖形之後，以修飾光罩/修飾圖案去除每一對光阻圖形中位於同一側的光阻圖形，而保留位於另一側的光阻圖形。由於保留的光阻圖形都是以相同方向移動相同的距離，所以光阻圖形的整體偏移量(即由相位誤差檢測圖案所得的檢測光阻圖案的偏移量)並不為0，而能被迭合誤差分析器測量出來，並進一步反推得交替型相移式光罩的相位誤差。
雖然本發明已經通過最佳實施例被如上公開，然而該實施例並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情形下，可進行各種變動與修改，因此本發明的保護範圍應當以所附權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種相位誤差檢測圖案，用於檢測一交替型相移式光罩的一相位誤差，該相位誤差檢測圖案包含一交替相移圖案與一修飾圖案，並且該交替相移圖案位於該交替型相移式光罩的邊緣，且該修飾圖案位於一修飾光罩的邊緣，該交替型相移式光罩與該修飾光罩是先後使用於同一曝光製造過程中，且該交替相移圖案之位置與該修飾圖案之位置相對應；該交替相移圖案包括多個第一不透光區，以及位於這些第一不透光區之間且交替排列之多個相移區與多個透光區，其中每一相移區兩側的兩個第一不透光區分為一對；以及該修飾圖案包括多個第二不透光區，其中每一個第二不透光區的位置都對應於一對第一不透光區中位於一第一側的一個不透光區，且任一個第二不透光區的寬度大於任一個第一不透光區的寬度。
2.如權利要求1所述的相位誤差檢測圖案，其中該交替相移圖案/該修飾圖案有多個，並位於該交替型相移式光罩/該修飾光罩的四邊。
3.如權利要求1所述的相位誤差檢測圖案，其能在一正光阻層中形成一檢測光阻圖案，該檢測光阻圖案在垂直該第一不透光區走向的方向上的寬度介於5μm至10μm之間。
4.如權利要求1所述的相位誤差檢測圖案，其中這些第一/第二不透光區材料包括鉻。
5.一種檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，通過該方法一相位誤差檢測圖案來完成，其中該相位誤差檢測圖案包含一交替相移圖案與一修飾圖案，其中該交替相移圖案/該修飾圖案位於該交替型相移式光罩/一修飾光罩的邊緣，且該交替相移圖案的位置與該修飾圖案的位置相對應；該交替相移圖案包括多個第一不透光區，以及位於這些第一不透光區之間且交替排列的多個相移區與多個透光區，其中每一相移區兩側的兩個第一不透光區分為一對；以及該修飾圖案包括多個第二不透光區，其中每一個第二不透光區的位置都對應於一對第一不透光區中位於一第一側的一個，且任一個第二不透光區的寬度大於任一個第一不透光區的寬度，而該檢測方法包括(a)使用一曝光光源與該交替型相移式光罩於一正光阻層中形成一未修飾光阻圖案，其中多個光阻圖形的位置對應於這些第一不透光區，且其中對應任一個相移區兩側的兩個光阻圖形分為一對，共分為複數對；(b)使用該修飾光罩對該正光阻層曝光，以保留每一對光阻圖形中位於該第一側的光阻圖形，並去除位於一第二側的光阻圖形，即得一檢測光阻圖案；(c)使用一迭合誤差分析器測量該檢測光阻圖案的偏移量；以及(d)利用該曝光光源的一散焦值與該檢測光阻圖案的偏移量反推得該交替型相移式光罩的相位誤差。
6.如權利要求5所述的檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，其中反推得該交替型相移式光罩的相位誤差的方法包括下列步驟改變該曝光光源的該散焦值，並重複進行步驟(a)-(c)，以得到一系列的該檢測光阻圖案的偏移量；以這些偏移量對該曝光光源的該散焦值作圖而得一直線；以及以該直線的斜率反推得該交替型相移式光罩的相位誤差。
7.如權利要求5所述的檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，其中該檢測光阻圖案在垂直這些第一不透光區走向的方向上的寬度介於5μm至10μm之間。
8.如權利要求5所述的檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，其中構成這些第一/第二不透光區的材料包括鉻。
9.一種檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，該交替型相移式光罩上具有多個第一不透光區，以及位於這些第一不透光區之間且呈交替排列的多個相移區與多個透光區，該方法包括下列步驟(a)使用一曝光光源與該交替型相移式光罩於一正光阻層中形成一光阻圖案，其中多個光阻圖形的位置是對應這些第一不透光區，且其中位置對應於任一個相移區兩側的兩個光阻圖形分為一對，共分為複數對；(b)使用一修飾光罩進行曝光，以保留每一對光阻圖形中位於一第一側的光阻圖形，並去除位於一第二側的光阻圖形；(c)使用一迭合誤差分析器測量保留在該第一側的這些光阻圖形的一偏移量；以及(d)利用該曝光光源的一散焦值與這些光阻圖形的該偏移量反推得該交替型相移式光罩的相位誤差。
10.如權利要求9所述的檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，其中反推得該交替型相移式光罩的相位誤差的方法包括下列步驟改變該曝光光源的該散焦值，並重複進行步驟(a)-(c)，以得到一系列的偏移量；以這些偏移量對該曝光光源的該散焦值作圖而得一直線；以及以該直線之斜率反推得該交替型相移式光罩的相位誤差。
11.如權利要求9所述的檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，其中這些光阻圖形在垂直這些第一不透光區走向的方向上的總寬度至少介於5μm至10μm之間。
12.如權利要求9所述的檢測交替型相移式光罩的相位誤差的方法，其中該修飾光罩具有遮蔽每一對光阻圖形中位於該第一側的光阻圖形的多個第二不透光區，這些第二不透光區的材料包括鉻。
13.一種檢測由交替型相移式光罩所得的光阻圖案的偏移量的方法，該交替型相移式光罩上具有多個第一不透光區，以及位於這些不透光區之間且呈交替排列的多個相移區與多個透光區，且該光阻圖案中的多個光阻圖形的位置對應於這些第一不透光區，而對應任一個相移區兩側的兩個光阻圖形分為一對，共分為複數對，該方法包括下列步驟使用一修飾光罩進行曝光，以保留每一對光阻圖形中位於一第一側的光阻圖形，並去除位於一第二側的光阻圖形；以及使用一迭合誤差分析器測量保留的這些光阻圖形的一偏移量。
14.如權利要求13所述的檢測方法，其中該修飾光罩具有能夠遮蔽每一對光阻圖形中位於該第一側的光阻圖形的多個第二不透光區，這些第二不透光區的材料包括鉻。
全文摘要
一種相位誤差檢測圖案及其應用，此相位誤差檢測圖案包含位於一交替型相移式光罩邊緣的一交替相移圖案，以及位於一修飾光罩邊緣的一修飾圖案，而此交替型相移式光罩與此修飾光罩搭配使用。其中，交替相移圖案具有數對第一不透光區，其中每一對不透光區都位於一相移區的兩側；修飾圖案具有多個第二不透光區，其中每一個的位置是對應一對第一不透光區中位於第一側的不透光區。另外，此相位誤差檢測圖案的應用方法如下首先按順序以上述交替型相移式光罩及修飾光罩對一正光阻層曝光，再測量所得的檢測光阻圖案的偏移量，並以檢測光阻圖案的偏移量與曝光光源的散焦值反推得交替型相移式光罩的相位誤差。
文檔編號G03F1/00GK1392452SQ0212269
公開日2003年1月22日 申請日期2002年6月20日 優先權日2001年6月20日
發明者賴建文, 蔡澄賢 申請人:聯華電子股份有限公司