专利名称：监控光刻工艺的方法与监控标记的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种可利用来监控光刻工艺的监控标记与监控光刻工艺方 法，尤其涉及一种通过量测监控标记的直线末端紧缩尺寸以监控光刻工艺的 方法。
背景技术：
一般半导体装置经由上百道的半导体工艺所完成，其中芯片上的各种电
路布局则须以多道光刻工艺(photolithography processes)力。以定义形成。在执 行光刻工艺时，先在半导体晶片的表面上涂布一层光致抗蚀剂，之后再通过 曝光过程将一光掩模的电路布局图案映射至光致抗蚀剂上，以使光致抗蚀剂 的化学性质因曝光而产生变化，之后可再通过去光致抗蚀剂剂将被光源照射 过的光致抗蚀剂或未经曝光的光致抗蚀剂从晶片上去除，以形成对应于光掩 模的线路布局。通常光刻工艺的良率会受到其光刻系统的对焦位置的影响， 若对焦位置发生偏移，则会影响曝出图案的精确度与关键尺寸(critical dimension, CD)大小，进而影响到分属上、下层的电路布局是否能如预期 的接合以及半导体装置的导电性品质。
由上述可知，光刻工艺的对焦位置若发生偏差，则会对晶片上所形成光 刻图案的精确度具有相当的影响，因此在生产线上必须定期检视光刻工艺机 台的各种工艺参数，包括其对焦位置是否具有变异的情形。目前业界用来检 测机台对焦参数的方法，在光掩模上制作类似对准标记的简单几何图案，通 过量测其光刻后尺寸来判断机台是否在优选对焦位置下进行工艺。然而，上 述传统的标记图案其光刻后尺寸变异对于对焦位置变化的敏感度较小，仅能 测试单点对焦情形，或是必须制作测机光掩模，影响到整体工艺成本。此外，
现行管理机台对焦位置的方法并没有即时监控机台工艺条件的功能，亦无法 根据测试结果随时通报问题或调整工艺参数，因此无法有效掌握产品品质， 对整体产能与成本有相当的影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种设于光掩模上的监控标记以及利用该 监控标记以即时监控光刻工艺的方法，以改善已知因无法即时监控光刻工艺 机台的对焦工艺条件而影响产能与成本等问题。
根据本发明的权利要求，提供一种监控光刻工艺的方法，其包含提供一
光掩模，该光掩模包括一监控标记，其具有至少一组直线末端图案(line-end monitor pattern );提供一光刻系统，其可进行一光刻工艺以将光掩模上的图 案转移至一基底；提供一工艺条件数据库，其包含该直线末端图案经过该光 刻工艺后发生的直线末端紧缩(line end shortening )尺寸与光刻系统的对焦 位置的一相对关系；进行该光刻工艺，以将光掩模上的图案转移至基底上， 形成至少一光刻标记图案对应于监控标记，且光刻标记图案包含一光刻直线 图案，对应于该直线图案；量测光刻标记图案的光刻后直线末端紧缩尺寸， 以得到一量测结果；以及将该量测结果与工艺条件数据库进行比对，以监控 光刻工艺的对焦位置是否发生偏差。
根据本发明的权利要求，另披露一种用于监控光刻工艺的监控标记，其 具有至少一组直线末端图案。该直线末端图案包含至少一直线图案与至少一 基准图案，其中基准图案设于直线图案的一末端的一侧，且基准图案距离直 线图案的该末端具有二线距。
图1为本发明用于进行光刻工艺的一光刻系统的示意图。 图2为本发明RTFM监控标记的示意图。
图3为图2所示监控标记经光刻工艺后形成的光刻标记图案的示意图。 图4为本发明RTFM监控标记经曝光后的光刻后直线末端线距对应光刻 系统对焦位置的 一 关系曲线图。
图5为本发明RTFM监控标记的另一实施例的示意图。 图6为本发明包含图5所示监控标记的光掩模的示意图。 图7为本发明监控光刻工艺的方法的流程示意图。 图8为本发明建立工艺条件数据库的流程示意图。
附图标记说明10光刻系统
14光源
12步进机
16光掩模承座
20晶片承座
24半导体晶片
32直线末端监控图案
34a直线图案末端
30，光刻标记图案
34a，光刻直线图案末端
40监控标记
42a第一组直线末端监控图案
18光学装置 22光掩模 30监控标记 34直线图案 36基准图案
34'光刻直线图案 36，光刻基准图案 42直线末端监控图案
42b第二组直线末端监控图案 42c第三组直线末端监控图案 42d第四组直线末端监控图案
100 ~ 114 监控光刻工艺的方法流程 116工艺条件数据库
118光刻后直线末端紧缩尺寸最小CD值 200 ~ 204建立工艺条件数据库的方法流程
具体实施例方式
请参考图1,图1为本发明进行一光刻工艺的示意图。本发明利用一光 刻系统IO来进行光刻工艺，光刻系统IO可包含一步进机12,其具有一光源 14、 一光掩模承座16、 一光学装置18以及一晶片承座20。在进行光刻工艺 时，提供包含产品图案的光掩模22设置于光掩模承座16,并同时提供如半 导体晶片24的目标基底设置于晶片承座20上，再利用步进机12的光源14 提供曝光能量而将产品聚焦光刻至半导体晶片24表面的光致抗蚀剂材料， 以在光致抗蚀剂材料上形成光刻图案。通过步进机12重复地对半导体晶片 24的不同区域进行曝光程序(shot),以在半导体晶片24表面形成多个光刻 后的产品图案，之后可进行显影、蚀刻等其他半导体工艺，以图案化半导体 晶片24的表层材料。
44直线图案 50光掩模 54切割道区域
46、 48基准图案 52产品图案区域 56曝光区域为了监控光刻系统10是否在良好对焦位置设定下进行光刻工艺，本发
明设计在光掩模22的产品图案的一侧另设置至少一监控标记，以提供即时 监控光刻系统IO的工艺条件与良率的功能。请参考图2，图2为本发明提供 即时对焦监控(real-time focus monitor, RTFM )功能的监控标记30的示意 图。监控标记30包含一组直线末端监控图案32，其中直线末端监控图案32 包括至少一直线图案34与一基准图案36，设于直线图案34的一末端34a 的一侧，且基准图案36优选包含垂直于直线图案34的一基准直线图案(如 图2所示)，其和直线图案34的末端34a具有一线距D。在本发明的优选实 施例中，直线图案34的线宽W可为约0.15至0.3(H鼓米，而线距D可为约 0.5樣i米左右。
由于一般曝光机台的解析度极限会导致光刻图案发生直线末端紧缩效 应(line-end shortening effect),因此在光刻工艺后，本发明的监控标记30 于半导体晶片24表面所形成的图案，亦会因为直线末端紧缩效应而使得末 端34a向下紧缩一尺寸。请参考图3,图3为本发明的监控标记30经光刻工 艺后，在目标基底表面形成的光刻标记图案30，的示意图。光刻标记图案30' 包含一光刻直线图案34，与一光刻基准图案36，，分别对应于光掩模22上的 直线图案34与基准图案36,且光刻标记图案30，另包含一线距D，，对应于 原监控标记30的线距D。在直线末端紧缩效应的影响下，末端34a'因紧缩 而使得线距D，较大于原本的线距D，且线距D，为原本的线距D与 一直线末 端紧缩尺寸S的总和。由于直线末端紧缩尺寸S对于光刻系统10的对焦位 置具有相当高的敏感度，因此光刻系统10的对焦位置若稍有偏差，则直线 末端紧缩尺寸S即会有较大的变异，且对焦位置偏差越大时，直线末端紧缩 尺寸S亦越大，故本发明即利用此特性，通过量测直线末端紧缩尺寸S或线 距D，而对光刻系统10进行工艺条件的监控。
请参考图4,图4为本发明RTFM监控标记经曝光后的线距D，相对光刻 系统对焦位置的一关系曲线图，其中纵轴表示线距D，的CD值。如图所示， 当对焦位置有稍微变异的情形时，线距D，即有很明显的改变，且对焦位置 偏移越多，线距D，的CD值也越大。再者，由于线距D，对光刻系统对焦位 置的关系曲线为一呈下凹圓弧状的曲线，在圆弧状曲线的最低点即可视为光 刻系统具有最佳对焦位置的情形，此时，线距D，亦具有最小CD值，如图中 虚线圆圈标示处。如前所述，本发明利用直线末端图案对于光刻系统对焦位置具有相当高 的敏感度特性，而将其应用于监控标记中，通过量测其光刻后直线末端线距
的CD值，并对照图4所示的曲线图，即可监控了解光刻系统或机台是否在 优选的对焦情形下进行光刻工艺。举例而言，依据图4所示，当光刻系统在 最佳的对焦位置0.1微米下进行光刻工艺时，其在目标基底上所形成的光刻 标记图案的光刻后线距D，的CD值应为约0.93微米。然而，若在光刻工艺 后，量测光刻标记图案的线距D，所得的结果大于0.93微米，即可得知光刻 系统的对焦位置发生了偏差。进一步言之，若量测所得的线距D，的CD值为 0.98微米，则根据图4的曲线图可得知，光刻系统的对焦位置可能偏移至-0.3 或0.45微米。因此，在光刻工艺之前提供一包含图4所示曲线图的工艺条件 数据库，并通过即时量测各光刻工艺后的光刻标记图案线距D，，再与工艺 条件数据库进行比对，便可即时掌握光刻系统的对焦情形，若发生对焦偏差， 亦可随时调整光刻系统的工艺参数以维持良好的工艺条件。
值得注意的是，在其他的实施例中，图4所示曲线图亦可以图3所示的 直线末端紧缩尺寸S作为纵轴座标，同样能显示出光刻标记图案对于光刻系 统对焦位置的变异的高敏感性与相对关系。
请参考图5，图5为本发明监控标记的一优选实施例的示意图。本发明 监控标记40包含多组直线末端监控图案42(图5显示出四组)，各组直线末 端监控图案42皆包含一直线图案44与二基准图案46、 48,分别设于直线图 案44的一直线末端的一侧，且与直线图案44具有一线距D。此外，各组直 线末端监控图案42的直线图案44不互相平行，例如各组直线末端监控图案 42的直线图案44与水平轴的夹角分别为0°、 45°、 90°与135°，并且相交于 一交点O,呈"米"字型排列，其中交点O优选约为直线图案44的中点。 且在对光刻工艺进行监控时，可利用量测四组直线末端监控图案42经光刻 后的线距D，，以监控不同角度图案的光刻与对焦情形。
另一方面，在实际利用本发明监控标记40来监控光刻系统IO时，将监 控标记40整合设置于包含产品图案的光掩模上。图6为本发明包含图5所 示监控标记40的光掩模的示意图。如图6所示，光掩模50包含一曝光区域 56，而在光刻工艺的一次曝光程序中，会将曝光区域56内的图案转移至目 标基底上。曝光区域56内包含多个产品图案区域52与至少 一切割道区域54， 其中切割道区域54环绕于产品图案区域52的外围。产品图案区域52内分别设置了产品图案(图未示)，进行光刻工艺的主要目的即为了将产品图案 转移至目标基底。本发明监控标记40设于切割道区域54内，相邻于产品图
案区域52，且优选位于曝光区域56的边角、中心点以及上述部分的中点， 一般而言，监控标记40亦邻近于产品图案区域52的边角外围而设置。在图 6中，进行光刻工艺的一曝光程序时，会同时将产品图案区域52内的产品图 案与切割道区域54内的监控标记40光刻至目标基底，类似地进行重复的曝 光程序，将曝光区域56光刻至目标基底表面的不同部分，以完成一光刻工
艺
本发明监控对焦情形的方法，即在进行一光刻工艺之后，利用扫描式电 子显凝:镜(scanning electron microscopy, SEM )或其他4义器对光刻在目标基 底上的光刻标记图案进行量测，例如依据需要而分别量测第一组、第二组、 第三组或第四组直线末端监控图案42a、 42b、 42c、 42d所对应的线距D，的 CD值，再与如图4所示曲线图等工艺条件数据库进行对比，进行如前所述 的光刻后直线末端线距D，的CD值比对与分析，即可得知是否发生对焦偏差 以及偏差多少距离。
在本实施例中，在一曝光区域56设置至少三监控标记40于切割道区域 54内的不同部分，以对光刻工艺进行对焦平面偏差的监控。其方法在进行光 刻工艺后或一次曝光程序后，分别纟企查至少三监控标记40对应的光刻标记 图案，量测各光刻标记图案的直线末端紧缩尺寸S或线距D，，将量测结果 与工艺条件数据库进行比对，便可了解对焦平面是否发生倾斜偏差，并进一 步得知水平、垂直方向的偏差数值。
图7为本发明监控光刻工艺的方法的流程示意图，其包含有下列步骤
步骤100:提供一光掩模，其包含至少一产品图案与至少一本发明监控 标记，如图6所示，其中本发明监控标记包含至少一组直线末端监控图案， 且在优选实施例中，其包含如图5所示的四组直线末端监控图案，且各组直 线末端监控图案皆具有一直线图案与一基准图案，又该基准图案与该直线图 案的末端具有一线距；
步骤102:提供用来进行一光刻工艺的一光刻系统，以将步骤100中光 掩模的图案转移至一目标基底的表层上，例如一光致抗蚀剂材料上，其中本 发明监控标记经光刻后会在该表层上形成对应的光刻标记图案；
步骤104:提供该光刻系统的一工艺条件数据库116,其有关于光刻标记图案的线距D，(或直线末端紧缩尺寸S)与光刻系统的对焦位置的相对关 系数据，如图4所示的曲线步骤106:可选择性地(optionally)根据工艺条件数据库116，设定该 光刻工艺的最佳对焦位置与相对应的一线距D，(或直线末端紧缩尺寸S) 的最小CD值118;
步骤108:进行光刻工艺，将光掩模上的监控标记转移至目标基底上， 以得到一光刻标记图案；
步骤110:量测该光刻标记图案的直线末端紧缩尺寸S或线距D，的CD 值，以得到一量测结果；
步骤112:将步骤110的量测结果与步骤104的工艺条件数据库116进 行比对，或将量测结果与线距D， /直线末端紧缩尺寸S的最小CD值118进 行比对，即可得知光刻系统是否发生对焦偏差与偏差的距离；以及
步骤114:当步骤110的量测结果大于线距D， /直线末端紧缩尺寸S的 最小CD值118时，可根据工艺条件数据库116进行检测与调整该光刻工艺 的工艺条件。
其中，才艮据本发明的方法，可另外才是供一工艺统计控制(statistical process control, SPC)系统，并将步骤112的比对结果即时回传给SPC系统，若发 现光刻工艺的对焦位置发生偏差时，SPC系统即可于步骤114中通知相关操 作人员根据比对结果对光刻系统进行检测与调整，以达到即时监控与调整工 艺参数的目的，将光刻系统维持在优选的对焦位置等工艺条件下，同时改善 产品良率。另一方面，SPC系统亦可纪录每一次步骤112的比对结果，或设 定SPC系统在固定周期下对光刻工艺进行对焦平面偏差检测，以提供光刻系 统性能的周期性分析。
此外，在步骤104中提供工艺条件数据库116时，可预先提供本发明光 刻系统的一标准工艺条件，其包含光刻工艺的光致抗蚀剂材料、曝光条件和 光刻系统的工艺参数及其相关设定，例如对焦位置，再根据该标准工艺条件 而建立工艺条件数据库116。此外，建立工艺条件数据库116的方法显示于 图8,其包含下列步骤
步骤200:提供至少一测试基底；
步骤202:利用光刻系统进行光刻测试工艺，包括以不同的对焦位置而 进行多次光刻工艺，反复地将步骤100的光掩模的图案光刻于该测试基底上，形成多个测试标记图案；以及
步骤204:量测该测试基底上的各测试标记图案的线距D，或直线末端紧 缩尺寸S，将量测所得的数据与这些测试工艺的相对应对焦位置制作成如图 4的曲线图，以建立工艺条件数据库116。
另一方面，除了在线上量产时可利用本发明监控标记来即时监控光刻系 统的对焦位置，本发明如图5所示的监控标记40亦可应用于测试光掩模的 开发上，同样地，通过在测试光掩模的切割道区域设置至少三监控标记40 并进行测试光刻工艺，即可了解机台在进行光刻工艺时是否发生聚焦平面偏 差、倾斜(tilt )、光学系统变形(lens aberration )或几何曲率(curvature )变 异等情形，进而改善光掩模设计或机台设定。
相较于已知技术，本发明利用直线图案末端相对机台对焦位置的敏感度 特性，提供一对于对焦位置具有高敏感的监控标记。此外，本发明监控光刻 工艺的方法细将监控标记设于光掩模的切割道区域中，在进行曝光工艺时， 同时将本发明监控标记与产品图案光刻至目标基底上，并在线上量产的每一 批次光刻工艺后，通过量测本发明监控标记的直线末端线距或者直线末端紧 缩尺寸而即时得知机台对焦位置是否发生偏差，因此不需要停机进行测试， 可配合SPC系统随产品进行监控，不会影响工艺产能，更可即时掌握光刻工 艺结果，提高良率与降低工艺成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变 化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1、一种监控光刻工艺的方法，其包含(a)提供一光掩模，其包含一监控标记，该监控标记包含至少一组直线末端图案；(b)提供一光刻系统，该光刻系统可进行一光刻工艺，以将该光掩模上的图案转移至一基底；(c)提供该光刻工艺的一工艺条件数据库，其包含该直线末端图案经过该光刻工艺后发生的直线末端紧缩尺寸与该光刻系统的对焦位置的一相对关系；(d)进行该光刻工艺，将该光掩模上的图案转移至该基底上而形成至少一光刻标记图案对应于该监控标记；(e)量测该光刻标记图案的一直线末端紧缩尺寸，以得到一量测结果；以及(f)将该量测结果与该工艺条件数据库进行比对，以监控该光刻工艺的对焦位置是否发生偏差。
2、 如权利要求1所述的方法，其中该组直线末端图案至少由一直线图 案以及一基准图案所构成，该基准图案与该直线图案的一末端具有一线距。
3、 如权利要求2所述的方法，其中该工艺条件数据库包含该光刻标记 图案的该线距相对该光刻系统的对焦位置变异的 一 曲线图。
4、 如权利要求2所述的方法，其中该基准图案包含一基准直线图案， 垂直于该直线图案。
5、 如权利要求2所述的方法，其中该监控标记包含多组直线末端图案， 且这些直线末端图案的这些直线图案不互相平行。
6、 如权利要求1所述的方法，其中该工艺条件数据库包含该光刻系统 在最佳对焦位置所对应的一直线末端紧缩尺寸，并且该直线末端紧缩尺寸具 有一最小值。
7、 如权利要求1所述的方法，其中该光掩模包含一产品图案区域与一 切割道区域，且该监控标记设于该切割道区域内。
8、 如权利要求7所述的方法，其中该光掩模包含至少三监控标记设于 该切割道区域内，.以利用这些监控标记监控该光刻系统是否发生对焦平面偏差。
9、 如权利要求l所述的方法，其另包含 提供一工艺统计控制系统；以及将该直线末端紧缩尺寸与该工艺条件数据库的比对结果回传至该工艺 统计控制系统，当监控出该光刻工艺的对焦位置发生偏差时，即时调整该光 刻工艺的工艺条件。
10、 一种用于监控光刻工艺的监控标记，其具有至少一组直线末端图案， 其包含至少一直线图案；以及至少一基准图案，设于该直线图案的一末端的一侧，该基准图案距离该 直线图案的该末端具有一线距。
11、 如权利要求10所述的监控标记，其中该基准图案包含一基准直线 图案，垂直于该直线图案，且该基准直线图案与该直线图案的距离为该线距。
12、 如权利要求10所述的监控标记，其包含多组直线末端图案，且这 些直线末端图案的这些直线图案不互相平行。
13、 如权利要求12所述的监控标记，其包含四组直线末端图案，且这 些直线末端图案的这些直线图案与一水平轴的夹角分别为0°、 45°、 90°与 135。。
14、 如权利要求13所述的监控标记，其中这些直线末端图案的这些直 线图案相交于一交点。
15、 如权利要求14所述的监控标记，其中该交点为这些直线图案的一 巾点。
16、 如权利要求14所述的监控标记，其中这些直线图案呈一 "米"字 型排列。
17、 如权利要求12所述的监控标记，其中各该直线末端图案包含二基 准图案，分别设于相对应的该直线图案的一末端的一侧。
18、 如权利要求10所述的监控标记，其设于一光掩模的一切割道区域 内，并且该监控标记与该光掩模上的 一产品图案经过一光刻工艺同时转移至 一基底上。
全文摘要
本发明提供一种监控光刻工艺的方法与一种监控标记，其提供对于光刻工艺的对焦位置具高敏感度的监控标记，并在光刻工艺中同时形成该监控标记，通过量测该监控标记经光刻后图案尺寸的变异，以即时监控光刻工艺的对焦位置。该监控标记具有至少一组直线末端图案，并包含至少一直线图案；以及至少一基准图案，设于该直线图案的一末端的一侧，该基准图案距离该直线图案的该末端具有一线距。
文档编号G03F1/44GK101561633SQ20081009331
公开日2009年10月21日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者吴健民, 陈建志 申请人:力晶半导体股份有限公司