一种焦面位置测试掩膜版及确定焦面位置的方法技术

本发明专利技术提供了一种焦面位置测试掩膜版及确定焦面位置的方法，包括：阻光区，包括具有设定宽度的至少一个阻光图形；透光区，包括具有设定宽度的至少一个透光图形；测试图形区，包括至少两种测试图形，所述测试图形为具有设定深度及设定宽度的图形，使得通过所述测试图形的透射光与通过所述透光区的透射光之间的相位差为90°的整数倍，且透射光相应负一级和负二级衍射光的振幅为0；所述阻光区、测试图形区、透光区依序相连，形成于透明基板上。利用本发明专利技术提供的测试掩膜版确定光刻机的最佳焦面位置，由于获取的焦面偏移量与图形偏移量的比值更大，从而提高检测光刻机的最佳焦距的灵敏度，以提升光刻精准度。

Method and device for measuring focal plane position mask plate and determining focal plane position

The invention provides a focal plane position test mask and method and apparatus for determining the position of focal plane, including: a light block, comprising at least one light blocking pattern with a certain width; the transparent area, including at least one transparent figure with a certain width; test pattern region, including at least two test the test for graphics, graphics has a certain depth and width of the graph, makes the test through the transmission light pattern and phase between the light transmitted through the transparent area of the poor to multiples of 90 degrees, and the transmission light corresponding negative amplitude level and negative two order diffraction light is 0; the the light block, test pattern area, the transparent area in sequence is formed on a transparent substrate. The invention provides the test mask to determine the optimal position of focal plane of the lithography, the ratio obtained focal plane offset and offset graphics more, so as to improve the sensitivity of detection of the best focus of lithography, in order to improve the accuracy of lithography.

【技术实现步骤摘要】
一种焦面位置测试掩膜版及确定焦面位置的方法及装置
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种焦面位置测试掩膜版及确定焦面位置的方法及装置。
技术介绍
随着半导体芯片的制程节点不断降低，光刻机的最佳焦面位置成为光刻工艺中的一项重要控制参数。光刻机焦距在一定范围内变化，在不同焦距下光刻机的曝光效果不同，而将光刻机曝光效果较好时对应的焦距称为最佳焦距。光刻机的最佳焦距对于光刻工艺极其重要，它是决定光刻胶图案的尺寸及立体物理形貌的主要因素，会最终对产品的成品率产生影响。在最佳焦距时，光刻胶图案的形貌比较陡直，而在偏离最佳焦距时，光刻胶图案的形貌会产生失真变形。此外，在最佳焦距时，图形尺寸受焦距的影响较小，当偏移最佳焦距后，图形尺寸变动较大，不利于工艺控制。现有技术在对光刻机的焦距进行检测时，可以通过相位移焦距检测掩膜版确定光刻机的最佳焦距，例如，相位移焦距检测掩膜版可以包括具有一定宽度的多个透光区的遮蔽层，并且具有多个深度为的开口，且开口的宽度为透光区域宽度的一半，其中，λ为入射光在空气中的波长，n为透明基板的折射率，k为正整数；但是基于这种相位移焦距检测掩膜版确定光刻机的最佳焦距的灵敏度有待提高；此外，还有通过专门测量设备和复杂的传感器来确定一系列物镜最佳焦面位置的方法，但是这些测量设备和传感器昂贵且操作繁杂，导致企业生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术确定光刻机的焦面位置时灵敏度低的问题，提供一种焦面位置测试掩膜版及确定焦面位置的方法及装置，能获得更高的焦距偏移量与图形偏移量的比值，提高检测光刻机的最佳焦距的灵敏度，以提升光刻精准度。本专利技术提供了一种焦面位置测试掩膜版，包括：阻光区，包括具有一定宽度的至少一个阻光图形；透光区，包括具有一定宽度的至少一个透光图形；测试图形区，包括至少两种测试图形，所述测试图形为具有一定深度及一定宽度的图形，使得通过所述测试图形的透射光与通过所述透光区的透射光之间的相位差为90°的整数倍，且透射光相应负一级和负二级衍射光的振幅为0；所述阻光区、测试图形区、透光区依序相连，形成于透明基板上。优选的，所述测试图形包括：第一开口，开口深度为与透光区相连，λ为入射光在空气中的波长，n为所述透明基板的折射率，k为正整数；第二开口，开口深度为与阻光区相连。优选的，所述阻光区、第二开口、第一开口和透光区的宽度比为：4：1：2：1。优选的，所述第二开口的宽度为41nm。一种确定焦面位置的方法，包括：确定基于所述测试掩膜版成像的图形偏移量与焦距偏移量之间的关系，构建焦距偏移量模型；通过待检测光刻系统，对所述测试掩膜版成像，获取成像的图形偏移量；利用所述焦距偏移量模型，获取所述成像的图形偏移量对应的焦距偏移量。优选的，所述掩膜版成像的图形偏移量与光刻系统的焦距偏移量之间的关系通过矢量光刻成像理论获得。优选的，所述通过待检测光刻系统，对所述测试掩膜版成像，获取成像的图形偏移量包括：提供衬底，所述衬底上形成有光刻胶层；利用所述测试掩膜版，通过光刻系统对光刻胶层曝光；进行显影工艺，获取光刻胶层上测试图形成像结果的图形偏移量。优选的，所述通过待检测光刻系统，对所述测试掩膜版成像，获取成像的图形偏移量包括：利用所述掩膜版，通过光刻系统在图像传感器上成像；对成像进行处理，获取成像的图形偏移量。一种确定焦面位置的装置，包括：准分子激光光源，用于产生照明光；照明系统，用于进行光束准直、产生任意照明形状和进行均匀偏振照明的照明系统；掩膜版台，用于搭载掩膜版的掩膜版台；投影物镜系统，用于对掩膜版成像的数值孔径>1.0的投影物镜系统；衬底台，用于搭载衬底的工件台；图形偏移量测量系统，用于获取成像的图形偏移量；数据处理系统，用于对获取的测试数据进行处理，以获取焦面位置偏移量。本专利技术提供的焦面位置测试掩膜版及确定焦面位置的方法及装置，通过将测试区的测试图形优化为具有特定深度及宽度的图形，使得通过该测试图形的透射光与通过透光区的透射光的相位差为90°的整数倍，透射光相应负一级和负二级衍射光的振幅均为0，导致根据该焦面位置测试掩膜版的特征构建的焦面偏移量模型，其输出的焦面偏移量与图形偏移量的比值更大，从而提高检测光刻机的最佳焦距的灵敏度，以提升光刻精准度。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中相位移焦距检测掩膜版的原理示意图；图2为根据本专利技术提供的焦面位置测试掩膜版的截面结构示意图；图3为根据本专利技术提供的焦面位置测试掩膜版的俯视示意图；图4为根据本专利技术提供的确定焦面位置的方法的流程图；图5为根据本专利技术提供的确定焦面位置的装置的结构示意图；图6为根据本专利技术获得的图形偏移量与最佳焦面位置之间的关系的示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，在详述本专利技术实施例时，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，此外，为便于说明，表示器件结构的截面图会不依一般比例作局部放大。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。诚如
技术介绍
中描述，现有技术在确定光刻机的最佳焦面位置时，需要一一测量由若干线条组成的测试图案在不同焦距下进行曝光后形成的光刻胶图案对应的焦距，来获取光刻机的最佳焦面位置，步骤复杂且效率低；此外，由于现有技术中采用的测试图案为规则的长条形线条，但是光刻机对这种测试图案的灵敏度不高，导致测试焦距结果不准确；一种改进的测试掩膜版是具有凹槽图形的掩膜版，也称为相位移焦距检测掩膜版，可以把垂直方向距离转变成为水平方向距离的掩膜版，这种改进加大了通过测试图形的透射光成像的图形偏移量，如图1所示，由于光在空气和玻璃中的波长不同，垂直于掩膜版的入射光穿过该掩膜版后，变成两束光，这两束光相互干涉，干涉后的波面会偏离原来的方向，使得透射光的方向偏离原入射光方向，由于出射光方向不同于入射光方向，从而增大了出射光在不同高度的垂直于入射光方向上具有的不同偏移量，改善了灵敏度不高的问题，但是，通过该测试掩膜版获取光刻机焦距的灵敏度仍然有待提高，以提高获得的光刻机焦距的精准度。本专利技术提供的焦面位置测试掩膜版，通过对测试图案进行特殊设计，可以消除更多相应透射光的高级次衍射光，使得通过该测试掩膜版的透射光成像的图形偏移量更大，可以有效提高最佳焦面位置的测量灵敏度。此外，根据该测试掩膜版进行光刻机焦距测试时，并且不需要专门的测量设备，不会增加企业的生成成本。为了更好的理解本专利技术的技术方案和技术效果，以下将结合示意图和具体的实施例进行详细的描述，焦面位置测试掩膜版的截面结构示意图如图2所示。在本实施例中，所述测试掩膜版包括阻光区、透光区和测试图形区。其中，阻光区具有一定宽度的至少一个阻光图形；透光区具有一定宽度的至少一个透光图形；测试图形区具有至少两种测试图形，所述测试图形为具有一定深度及一定宽度的图形，使得通过所述测试图形的透射光与通过所述透光区的透射光之间的相位差为90°的整数倍，且透射光相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焦面位置测试掩膜版，其特征在于，包括：阻光区，包括具有一定宽度的至少一个阻光图形；透光区，包括具有一定宽度的至少一个透光图形；测试图形区，包括至少两种测试图形，所述测试图形为具有一定深度及一定宽度的图形，使得通过所述测试图形的透射光与通过所述透光区的透射光之间的相位差为90°的整数倍，且透射光相应负一级和负二级衍射光的振幅为0；所述阻光区、测试图形区、透光区依序相连，形成于透明基板上。

【技术特征摘要】
1.一种焦面位置测试掩膜版，其特征在于，包括：阻光区，包括具有一定宽度的至少一个阻光图形；透光区，包括具有一定宽度的至少一个透光图形；测试图形区，包括至少两种测试图形，所述测试图形为具有一定深度及一定宽度的图形，使得通过所述测试图形的透射光与通过所述透光区的透射光之间的相位差为90°的整数倍，且透射光相应负一级和负二级衍射光的振幅为0；所述阻光区、测试图形区、透光区依序相连，形成于透明基板上。2.根据权利要求1所述的测试掩膜版，其特征在于，所述测试图形包括：第一开口，开口深度为与透光区相连，λ为入射光在空气中的波长，n为所述透明基板的折射率，k为正整数；第二开口，开口深度为与阻光区相连。3.根据权利要求2所述的测试掩膜版，其特征在于，所述阻光区、第二开口、第一开口和透光区的宽度比为：4：1：2：1。4.根据权利要求3所述的测试掩膜版，其特征在于，所述第二开口的宽度为41nm。5.根据权利要求1、3至4中任一项所述的测试掩膜版，其特征在于，所述测试图形为填充有折射率与透明基板材质不同的开口或通孔。6.一种基于权利要求1所述的测试掩膜版来确定光刻系统最佳焦面位置的方法，其特征在于，包括步骤：确定基于所述测试掩膜版成像的图形偏移量与焦距偏移量之间的关系，构建焦距偏移量模型；通过待检测光刻系统，对所述测试掩膜版成...

【专利技术属性】
技术研发人员：董立松，韦亚一，宋之洋，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11