[發明專利]一種相位移焦距檢測光罩及制造方法及檢測焦距差的方法

有效

• 申請號: 201110392792.8
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102519521A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 李文亮;吳鵬
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: G01F1/44
• 分類號: G01F1/44;G03F7/20
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 李琳;張龍哺

技術領域

本發明涉及微電子領域，尤其涉及一種相位移焦距檢測光罩、其制造方法、以及使用該相位移焦距檢測光罩檢測光刻機的焦距差的方法。

背景技術

光刻機是半導體生產及實驗制造中，大規模集成電路、傳感器、表面波元件、磁泡、微波和CCD等器件的重要光刻設備。光刻工藝通過曝光的方法將掩模上的圖形轉移到涂覆于晶片表面的光刻膠上，然后通過顯影、刻蝕等工藝將圖形轉移到晶片上。光刻工藝直接決定了大規模集成電路的特征尺寸，是大規模集成電路制造的關鍵工藝。

光刻機的焦距是對產品性能非常重要的參數，需要定期檢測。相位移焦距檢測光罩(Phase?Shift?Focus?Monitor?Reticle，簡稱PSFM)是一種把垂直方向距離轉變成水平方向距離的光罩，其用套刻精度機臺測量套刻精度測量標記內外框水平方向的距離，從而計算出光刻機的焦距差。參見圖1，示出了一種相位移焦距檢測光罩的基本結構原理圖，在三維空間坐標中，垂直(沿垂直于玻璃表面的z軸方向)入射到光罩的光穿過該光罩變成兩束光，分別為在開口處空氣中和未開口處玻璃中的兩束光，光在空氣和玻璃中的波長不同。兩束光相互干涉，干涉后的波面會由原來的水平(水平方向的x軸或y軸)變成傾斜(結合了x軸和y軸的水平傾斜方向)，由于出射光線的出射方向會垂直于波面，所以垂直入射的光穿過該開口會變成傾斜光。由于出射光為傾斜光，從而出射光在不同高度的水平面上水平向量(x向量和y向量)上具有不同的偏移量。

將光罩在晶片上曝光從而晶片具有與開口對應的套刻精度測量標記，光刻機的焦距有差異會導致套刻精度有差異。圖2為現有技術中使用套刻精度測量機臺計算焦距差的示意圖。如圖2所示，穿過玻璃層的垂直光經干涉變成傾斜光，在玻璃層下方具有鉻外框和鉻內框，其將傾斜光限制在一定范圍內(該范圍如圖2中鉻外框和鉻內框下方的粗箭頭所示)，其中鉻為不透光材料。在圖2右方示出，鉻外框和鉻內框不是完全對稱的，光罩在水平方向x上的鉻外框中心和鉻內框中心的偏移量為Δx。在最佳聚焦處(BF，Best?focus)的z₀軸上，通過套刻精度測量機臺測量出鉻外框中心和鉻內框中心的偏移量為Δ₀(例如為x軸上的偏移量，也可為y軸上的偏移量)。如果機臺的焦距發生偏移，例如從最佳聚焦處z₀軸偏移到z₁軸上，由于出射光是傾斜光，水平方向鉻外框中心和鉻內框中心的偏移量也會偏移，測量出鉻外框中心和鉻內框中心的偏移量會變為Δ₁。也可進一步以此類推得到在z₂軸、z₃軸等上的鉻外框中心和鉻內框中心的偏移量Δ₂、Δ₃。在晶片上用不同的焦距曝光，根據套刻精度測量機臺計算出的不同焦距下的內外框中心偏移量進行建模，以計算出光在z軸上的偏移量與在x、y軸上的偏移量的線性關系。在對光刻機焦距定期檢測的時候，就可以根據這個線性關系，用當時測量出的套刻精度標記內外框偏移量，計算出z軸上的偏移量。由于光刻機的焦距差與光在z軸上的偏移量有對應關系，可根據上述套刻精度測量標記內外框偏移量計算出當時光刻機的焦距和最佳焦距的差異。

因為套刻精度機臺的準確度和重復性比較高，所以這種檢測方法可以提高檢測結果的準確度并節約了光刻機的時間。但是因為圖1中的結構只能在開口附近很小區域內(鉻外框內)使垂直光變成傾斜光，這種光罩現在只能放很窄的條型線測量標記(Line?mark)供套刻精度機臺測量，為了使晶片上條型線測量標記不倒膠，光刻膠必須很薄。

發明內容

針對現有技術中的上述缺陷，本發明提供了一種相位移焦距檢測光罩，包括：遮蔽層，包括具有一定寬度的多個透光區域；玻璃層，位于所述遮蔽層上方，并在所述多個透光區域處具有多個開口，其中所述多個開口的寬度為所述多個透光區域的寬度的一半，在深度為n*λ/(N-1)，λ為入射到所述相位移焦距檢測光罩的光在空氣中的波長，N為所述玻璃層的折射率，n為正整數。

本發明還提供了一種相位移焦距檢測光罩的制造方法，包括：在遮蔽層中分別蝕刻具有一定寬度的多個透光區域；于所述多個透光區域處，在所述遮蔽層上方的玻璃層中蝕刻多個開口；將所述相位移焦距檢測光罩在晶片上曝光，以形成溝槽測量標記(Space?mark)，其中所述多個開口的寬度為所述多個透光區域的寬度的一半，深度為n*λ/(N-1)，λ為入射到所述相位移焦距檢測光罩的光在空氣中的波長，N為所述玻璃層的折射率，n為正整數。