CN102466981B - 线宽均匀性的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线宽均匀性的测试方法，包括以下步骤：在光刻版上形成线宽设计值为目标值的k个线宽测试图形；遍测k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值；计算k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值；将k个线宽测试图形光刻到圆片上；测试圆片上k个线宽测试图形的线宽真实值；根据k个线宽测试图形的线宽值和线宽真实值计算MEEF校验值，线宽值是目标值或线宽实际值；计算k个差值与MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值；计算圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。本发明通过计算MEEF校验值，得到补偿制版误差的补偿值，从而消除了制版误差。

Description

线宽均匀性的测试方法

【技术领域】

本发明涉及半导体工艺，尤其涉及一种用于光刻机镜头性能评价的线宽均匀性的测试方法。

【背景技术】

光刻版图形通过光刻机镜头曝光后在圆片上的单个成像区域称为一个shot，圆片上每个shot内的线宽均匀性是光刻工艺的一个重要参数，尤其是shot大小为光刻机镜头最大可利用范围时的线宽均匀性，更是评价光刻机的一项关键指标。

传统的评价方法是在光刻版上重复放置一些线宽测试图形，在圆片上曝光后测试线宽，得到shot内(within shot，WIS)的线宽均匀性表现。图1是传统的线宽均匀性的测试方法流程图。包括以下步骤：S110，在光刻版上形成不同线宽的测试图形，每种线宽都要形成多个相同的重复图形。S120，以光刻机镜头最大可利用尺寸将光刻版上的测试图形光刻到圆片上。S130，测试圆片上WIS线宽均匀性，以评价光刻机的表现。

传统的评价方法对于实际产品的质量监控是有意义的，但确无法评价光刻机镜头本身。这是因为在制作光刻版、将测试图形转移到光刻版上时，每种线宽都要形成多个重复图形。但由于光刻版制作工艺的影响，最终光刻版上各区域重复测试图形的线宽是不一致的，因此测出的线宽均匀性会受光刻版制版时误差的影响，也就是说会受到光刻版制版及光刻机镜头的共同影响，无法真实反映光刻机镜头的性能。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能够消除光刻版制版时的误差，得到的线宽均匀性能够真实反映光刻机镜头性能的线宽均匀性的测试方法。

一种线宽均匀性的测试方法，包括以下步骤：在光刻版上形成线宽设计值为目标值A₁、A₂、......、A_k的k个线宽测试图形，所述k为自然数；遍测所述k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值；计算所述k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值；使用光刻机将所述k个线宽测试图形光刻到圆片上；测试圆片上所述k个线宽测试图形的线宽真实值；根据所述k个线宽测试图形的线宽值和线宽真实值计算MEEF校验值，所述线宽值是所述目标值或所述线宽实际值；分别计算所述k个差值与所述MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值；分别计算圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。

优选的，每一线宽测试图形均包括x方向图形和y方向图形，所述x方向图形和y方向图形相互垂直。

优选的，每一线宽测试图形均包括两个线宽图形，所述两个线宽图形互为反型图形。

再提供另一种测试结果更准确的线宽均匀性的测试方法。

一种线宽均匀性的测试方法，包括以下步骤：在光刻版上形成线宽设计值为目标值A₁、A₂、、A₂、......、A_k的k个线宽测试图形，所述k为自然数；同时形成至少k个MEEF测试结构，其中，每一个线宽测试图形与至少一个MEEF测试结构相对应；遍测所述k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值；计算所述k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值；使用光刻机将所述k个线宽测试图形和所述至少k个MEEF测试结构光刻到圆片上；测试圆片上所述k个线宽测试图形和所述至少k个MEEF测试结构的线宽真实值；根据圆片上所述至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值；分别计算k个差值与所述MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值；分别计算所述圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与所述对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。

优选的，在根据圆片上所述至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值的步骤中，是结合所述至少k个MEEF测试结构的线宽设计值采用线性拟合得到所述MEEF校验值。

优选的，还包括遍测所述至少k个MEEF测试结构在光刻版上的线宽实际值的步骤；在所述根据圆片上所述至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值的步骤中，同时结合所述至少k个MEEF测试结构的线宽实际值采用线性拟合得到所述MEEF校验值。

优选的，所述线宽测试图形和MEEF测试结构的每一个均包括x方向图形和y方向图形，所述x方向图形和y方向图形相互垂直。

优选的，所述线宽测试图形和MEEF测试结构的每一个均包括两个线宽图形，所述两个线宽图形互为反型图形。

上述利用了MEEF原理的线宽均匀性的测试方法，通过计算MEEF校验值，得到补偿制版误差的补偿值，从而消除了制版误差，得到的线宽均匀性数据能够真实反映光刻机镜头性能。且可以用扫描电镜自动测试线宽，避免了人工手动定位，提高了测试效率。

而上述另一种测试结果更准确的线宽均匀性的测试方法，因为特别的设置了MEEF测试结构，拟合时的样本较科学，得到的MEEF校验值更准确，修正的精度更高，测试结果更准确。

【附图说明】

图1是传统的线宽均匀性的测试方法流程图；

图2是一个实施例中线宽均匀性的测试方法的流程图；

图3是另一个实施例中线宽均匀性的测试方法的流程图；

图4是再一个实施例中线宽均匀性的测试方法的流程图。

【具体实施方式】

本发明是利用MEEF(mask error enhancement factor，光刻版误差增强因子)原理，得到测试步骤得以简化的线宽均匀性的测试方法。图2是一个实施例中线宽均匀性的测试方法的流程图，包括以下步骤：

S210，在光刻版上形成k个线宽测试图形。

在光刻版上形成均匀分布的线宽设计值为目标值A₁、A₂、......、A_k的k个线宽测试图形，k为自然数。

在本实施例中，每一个线宽测试图形包括两个线宽图形，这两个线宽图形互为反型图形(即透光和不透光的部分正好相反)，以便满足不同类型的测试需求，即对条形结构进行测试和对各条形结构之间的间隔进行测试。在优选的实施例中，每一个线宽测试图形和修正图形还可以包括密型结构(1∶1的条形和间隔结构比例)和疏型结构(完全独立的条形或间隔结构)。

在优选的实施例中，线宽测试图形包括x方向图形和y方向图形，且x方向图形和y方向图形相互垂直。如有必要还可以增加其他方向的图形，例如45度/135度等方向的图形。

S220，遍测k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值。

S230，计算k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值。

计算k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值与它们对应的目标值A₁、A₂、......、A_k的差值，例如目标值A₁的线宽测试图形，在光刻版上的线宽实际值为A₁’，则差值就是A₁-A₁’。因此一共得到k个差值。也就是计算线宽测试图形形成在光刻版上后产生了多大的误差。

S240，使用光刻机将k个线宽测试图形光刻到圆片上。

S250，测试圆片上k个线宽测试图形的线宽真实值。线宽真实值是指光刻版上的图形被转移到圆片上后，圆片上图形经测量后得到的线宽值。

S260，根据k个线宽测试图形的线宽值和线宽真实值计算MEEF校验值，该线宽值是目标值或线宽实际值。

MEEF校验值的计算公式如下： $\mathrm{MEEF}=m\frac{\∂\mathrm{CDwafer}}{\∂\mathrm{CDmask}}$

其中m是光刻机的投影倍率。MEEF校验值反映了在固定的光刻工艺条件下，在光刻机的最小分辨率附近，光刻版上线宽的微小变化对圆片上线宽的影响。在本实施例中，可以采用线性拟合得到MEEF校验值。用Y表示线宽真实值，x表示目标值(或线宽实际值)，a表示MEEF校验值，b表示一个常数，则

Y＝ax+b

因此代入多组Y和x的值，采用线性拟合，就能得到MEEF校验值。注意线性拟合计算MEEF校验值时几组x值必须相近。

S270，分别计算k个差值与MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值。

S280，分别计算圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。

得到了评价线宽均匀性的数据后进行的线宽均匀性计算是要计算平均值，方差，最大最小差值等，为本领域技术人员所习知，此处不再赘述。

上述利用了MEEF原理的线宽均匀性的测试方法，通过计算MEEF校验值，得到补偿制版误差的补偿值，从而消除了制版误差，得到的线宽均匀性数据能够真实反映光刻机镜头性能。且可以用扫描电镜自动测试线宽，避免了人工手动定位，提高了测试效率。

图3是另一个实施例中线宽均匀性的测试方法的流程图，包括以下步骤：

S310，在光刻版上形成k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构。

在光刻版上形成线宽设计值为目标值A₁、A₂、......、A_k的k个线宽测试图形，k为自然数。同时形成至少k个MEEF测试结构，线宽测试图形的每一个至少有一个相对应的MEEF测试结构。在每一个线宽测试图形有多个对应的MEEF测试结构的情况下，MEEF测试结构的线宽设计值以对应的线宽测试图形的目标值为中心值递增或递减，例如目标值A₁的线宽测试图形，其MEEF测试结构的线宽设计值可以为A₁-1、A₁+1、A₁-2、A₁+2......。注意此处的1、2等并不表示具体的1纳米或2纳米，而是表示大于或小于目标值这样一种相对关系。

在本实施例中，MEEF测试结构为均匀放置，其线宽设计值按第二预设值的步距递增(或递减)，该第二预设值为3至5纳米。

在本实施例中，MEEF测试结构的数量为5至9组(对应同一目标值的为一组)。在优选的实施例中，每一个线宽测试图形包括两个线宽图形，这两个线宽图形互为反型图形(即透光和不透光的部分正好相反)，以便满足不同类型的测试需求，即对条形结构进行测试和对各条形结构之间的间隔进行测试。且还包括密型结构(1∶1的条形和间隔结构比例)和疏型结构(完全独立的条形或间隔结构)。

在优选的实施例中，线宽测试图形以及MEEF测试结构均包括x方向图形和y方向图形，且x方向图形和y方向图形相互垂直。如有必要还可以增加其他方向的图形，例如45度/135度等方向的图形。

S320，遍测k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值。

S330，计算k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值。

计算k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值与它们对应的目标值A₁、A₂、......、A_k的差值，例如目标值A₁的线宽测试图形，在光刻版上的线宽实际值为A₁’，则差值就是A₁-A₁’。因此一共得到k个差值。也就是计算线宽测试图形形成在光刻版上后产生了多大的误差。

S340，使用光刻机将k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构光刻到圆片上。

S350，测试圆片上k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构的线宽真实值。线宽真实值是指光刻版上的图形被转移到圆片上后，圆片上图形经测量后得到的线宽值。

S360，根据圆片上至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值。

MEEF校验值的计算公式如下： $\mathrm{MEEF}=m\frac{\∂\mathrm{CDwafer}}{\∂\mathrm{CDmask}}$

其中m是光刻机的投影倍率。MEEF校验值反映了在固定的光刻工艺条件下，在光刻机的最小分辨率附近，光刻版上线宽的微小变化对圆片上线宽的影响。可以采用线性拟合得到MEEF校验值，在本实施例中，用Y表示线宽真实值，x表示线宽设计值，a表示MEEF校验值，b表示一个常数，则

Y＝ax+b

因此代入多组Y和x的值，采用线性拟合，就能得到MEEF校验值。在本实施例中，可以采用一组MEEF测试结构及其对应的线宽测试图形来拟合得到一个MEEF校验值。

S370，分别计算k个差值与MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值。

每一组MEEF测试结构可以得到一个MEEF校验值，在本实施例中，是将所有的MEEF校验值求均值后，分别乘以S330步骤中得到的k个差值，得到k个补偿值。

S380，分别计算圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。

图3所示实施例相比图2所示实施例，因为特别的设置了MEEF测试结构，拟合时的样本较科学，得到的MEEF校验值更准确，修正的精度更高，测试结果更准确。

图4是再一个实施例中线宽均匀性的测试方法的流程图，包括以下步骤：

S410，在光刻版上形成k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构。

在光刻版上形成线宽设计值为目标值A₁、A₂、......、A_k的k个线宽测试图形，k为自然数。同时形成至少k个MEEF测试结构，线宽测试图形的每一个至少有一个相对应的MEEF测试结构，在每一个线宽测试图形有多个对应的MEEF测试结构的情况下，MEEF测试结构的线宽设计值以对应的线宽测试图形的目标值为中心值递增或递减，例如目标值A₁的线宽测试图形，其MEEF测试结构的线宽设计值可以为A₁-1、A₁+1、A₁-2、A₁+2......

在本实施例中，MEEF测试结构为均匀放置，其线宽设计值按第二预设值的步距递增(或递减)，该第二预设值为3至5纳米。

在本实施例中，MEEF测试结构的数量为5至9组(对应同一目标值的为一组)。在优选的实施例中，每一个线宽测试图形包括两个线宽图形，这两个线宽图形互为反型图形(即透光和不透光的部分正好相反)，以便满足不同类型的测试需求，即对条形结构进行测试和对各条形结构之间的间隔进行测试。且还包括密型结构(1∶1的条形和间隔结构比例)和疏型结构(完全独立的条形或间隔结构)。

在优选的实施例中，线宽测试图形以及MEEF测试结构均包括x方向图形和y方向图形，且x方向图形和y方向图形相互垂直。如有必要还可以增加其他方向的图形，例如45度/135度等方向的图形。

S420，遍测k个线宽测试图形和MEEF测试结构在光刻版上的线宽实际值。

S430，计算k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值。

计算k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值与它们对应的目标值A₁、A₂、......、A_k的差值，例如目标值A₁的线宽测试图形，在光刻版上的线宽实际值为A₁’，则差值就是A₁-A₁’。因此一共得到k个差值。也就是计算线宽测试图形形成在光刻版上后产生了多大的误差。

S440，使用光刻机将k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构光刻到圆片上。

S450，测试圆片上k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构的线宽真实值。线宽真实值是指光刻版上的图形被转移到圆片上后，圆片上图形经测量后得到的线宽值。

S460，根据至少k个MEEF测试结构的线宽实际值和圆片上至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值。

MEEF校验值的计算公式如下： $\mathrm{MEEF}=m\frac{\∂\mathrm{CDwafer}}{\∂\mathrm{CDmask}}$

其中m是光刻机的投影倍率。MEEF校验值反映了在固定的光刻工艺条件下，在光刻机的最小分辨率附近，光刻版上线宽的微小变化对圆片上线宽的影响。可以采用线性拟合得到MEEF校验值，在本实施例中，用Y表示MEEF测试结构的线宽真实值，x表示线宽实际值，a表示MEEF校验值，b表示一个常数，则

Y＝ax+b

因此代入多组Y和x的值，采用线性拟合，就能得到MEEF校验值。在本实施例中，可以采用一组MEEF测试结构及其对应的线宽测试图形来拟合得到一个MEEF校验值。

S470，分别计算k个差值与MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值。

每一组MEEF测试结构可以得到一个MEEF校验值，在本实施例中，是将所有的MEEF校验值求均值后，分别乘以S430步骤中得到的k个差值，得到k个补偿值。

S480，分别计算圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。

图4所示实施例相比图3所示实施例，x的取值采用光刻版上MEEF测试结构的线宽实际值，得到的MEEF校验值更准确，修正的精度更高，测试结果更准确。

再通过一个具体的实施例来说明一下线宽最终值的求得过程。现假设某个线宽测试图形的目标值为A₁，要求出其线宽最终值SA₁。

S410，在光刻版上形成k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构。

其中第一线宽测试图形的目标值为A₁，其对应的MEEF测试结构的线宽设计值为分别为A₁-1，A₁+1，A₁-2，A₁+2。

S420，遍测k个线宽测试图形和MEEF测试结构在光刻版上的线宽实际值。

其中第一线宽测试图形的线宽实际值为A₁’。其对应的MEEF测试结构的线宽实际值分别为A_1a’，A_1b’，A_1c’，A_1d’。

S430，计算k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值。

对于第一线宽测试图形为A₁-A₁’。

S440，使用光刻机将k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构光刻到圆片上。

S450，测试圆片上k个线宽测试图形和至少k个MEEF测试结构的线宽真实值。

其中第一线宽测试图形的线宽真实值为A₁”。其对应的MEEF测试结构的线宽真实值分别为A_1a”，A_1b”，A_1c”，A_1d”。

S460，根据至少k个MEEF测试结构的线宽实际值和圆片上至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值。

用Y表示MEEF测试结构的线宽真实值，x表示线宽实际值，a表示MEEF校验值，b表示一个常数，则

Y＝ax+b

因此代入多组Y和x的值，采用线性拟合，就能得到MEEF校验值。对于第一线宽测试图形，是将A_1a”，A_1b”，A_1c”，A_1d”分别代入Y，将A_1a’，A_1b’，A_1c’，A_1d’分别代入x。

S470，分别计算k个差值与MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值。

每一组MEEF测试结构可以得到一个MEEF校验值，假设将所有的MEEF校验值求均值后得到的值为1，则第一线宽测试图形对应的补偿值为(A₁-A₁’)*1。

S480，分别计算圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。

则第一线宽测试图形的线宽最终值SA₁＝A₁”+(A₁-A₁’)*1。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种线宽均匀性的测试方法，包括以下步骤：

在光刻版上形成线宽设计值为目标值A₁、A₂、......、A_k的k个线宽测试图形，所述k为自然数；

遍测所述k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值；

计算所述k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值；

使用光刻机将所述k个线宽测试图形光刻到圆片上；

测试圆片上所述k个线宽测试图形的线宽真实值；

根据所述k个线宽测试图形的线宽值和线宽真实值计算MEEF校验值，所述线宽值是所述目标值或所述线宽实际值；

分别计算所述k个差值与所述MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值；

分别计算圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。

2.根据权利要求1所述的线宽均匀性的测试方法，其特征在于，每一线宽测试图形均包括x方向图形和y方向图形，所述x方向图形和y方向图形相互垂直。

3.根据权利要求1所述的线宽均匀性的测试方法，其特征在于，每一线宽测试图形均包括两个线宽图形，所述两个线宽图形互为反型图形。

4.一种线宽均匀性的测试方法，包括以下步骤：

在光刻版上形成线宽设计值为目标值A₁、A₂、......、A_k的k个线宽测试图形，所述k为自然数；同时形成至少k个MEEF测试结构，其中，每一个线宽测试图形与至少一个MEEF测试结构相对应；

遍测所述k个线宽测试图形在光刻版上的线宽实际值；

计算所述k个线宽测试图形的线宽实际值与对应的目标值的差值；

使用光刻机将所述k个线宽测试图形和所述至少k个MEEF测试结构光刻到圆片上；

测试圆片上所述k个线宽测试图形和所述至少k个MEEF测试结构的线宽真实值；

根据圆片上所述至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值；

分别计算k个差值与所述MEEF校验值的乘积，得到对应的k个补偿值；

分别计算所述圆片上的k个线宽测试图形的线宽真实值与所述对应的k个补偿值之和，得到k个线宽最终值，作为评价线宽均匀性的数据。

5.根据权利要求4所述的线宽均匀性的测试方法，其特征在于，在根据圆片上所述至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值的步骤中，是结合所述至少k个MEEF测试结构的线宽设计值采用线性拟合得到所述MEEF校验值。

6.根据权利要求4所述的线宽均匀性的测试方法，其特征在于，还包括遍测所述至少k个MEEF测试结构在光刻版上的线宽实际值的步骤；在所述根据圆片上所述至少k个MEEF测试结构的线宽真实值计算MEEF校验值的步骤中，同时结合所述至少k个MEEF测试结构的线宽实际值采用线性拟合得到所述MEEF校验值。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的线宽均匀性的测试方法，其特征在于，所述线宽测试图形和MEEF测试结构的每一个均包括x方向图形和y方向图形，所述x方向图形和y方向图形相互垂直。

8.根据权利要求4-6中任意一项所述的线宽均匀性的测试方法，其特征在于，所述线宽测试图形和MEEF测试结构的每一个均包括两个线宽图形，所述两个线宽图形互为反型图形。

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