专利名称：相位误差检测图案及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造过程中的检测装置及其应用，且特别是有关一种相位误差(Phase Error)检测图案(Monitor Pattern)及其应用，它用来检测一交替型相移式光罩(Alternative Phase Shift Mask，Alt-PSM)的相位误差。
背景技术：
随着半导体组件的集成度日渐提高，先进制造过程的线宽大多小于微影制造过程所使用的曝光光源波长，所以常需要采用相移式光罩以得到最佳的分辨率(Resolution)。相移式光罩中发展最早的一种即是交替型相移式光罩，其通常用来制作互相平行的闸极线图案。
请参照图1，该图示出了一种常见的交替型相移式光罩100，其上具有铬(Cr)材料的不透光区110，以及位于不透光区110之间且呈交替排列的透光区120与相移区130，其中相移区130的相位(Phase)与透光区120差180°，使得光阻层(未显示)中对应不透光区110的光波振幅能互相抵消，而得到最佳的曝光对比。
虽然有多种方法可用来制作相位与透光区120差180°的相移区130，但因光罩制造过程中相移层沉积或蚀刻时的精确度不易掌握，所以相移区130与透光区120的相位差常会偏离180°。因此，如所用的光阻型态为正光阻，且曝光光源的聚焦位置有所偏离时(即散焦(Defocus)时)，所得的光阻图形210的位置即会向相移区130的方向偏移，如图2所示，其中对应同一相移区130两侧之一对光阻图形210的偏移量s相等，但方向相反。
上述光阻图形210的偏移将导致其下方晶圆层图案位置的误差，故需精确地测量出来，并反推得光罩的相位误差以作为光罩修正的参考。然而，现行微影制造过程的在线检测(Inline Monitor)系统所使用的迭合误差分析器(Overlay Machine)皆为光学式，其用于检测光阻图案位置误差的光波波长远大于光阻图形210的线宽，故无法测量个别光阻图形210的偏移量s，而只能测量数条光阻图形210的整体偏移量。由于对应同一相移区130两侧之一对光阻图形210是以相反方向移动相同的距离s，使得光阻图形210的整体偏移量为0，故光阻图形210的偏移量无法以迭合误差分析器测量出来，而不能反推得光罩的相位误差。
发明内容
本发明提出一种相位误差检测图案，其可用来检测一交替型相移式光罩的相位误差。此相位误差检测图案包含一交替相移图案与一修饰图案，其中交替相移图案是位于交替型相移式光罩边缘，且修饰图案位于一修饰光罩的边缘，此交替型相移式光罩与此修饰光罩是先后使用于同一曝光制造过程中。上述的交替相移图案包括多个第一不透光区，以及位于第一不透光区之间且呈交替排列的多个相移区与透光区，其中每一相移区两侧的两个第一不透光区分为一对；修饰图案包括多个第二不透光区，其中每一个的位置皆对应一对第一不透光区中位于第一侧的不透光区，且任一个第二不透光区的宽度大于任一个第一不透光区的宽度。
本发明还提出一种检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，其应用上述本发明的相位误差检测图案来完成，并且其步骤如下首先使用一曝光光源与具有上述交替相移图案(它是相位误差检测图案的一部分)的一交替型相移式光罩进行曝光，以于一正光阻层中形成一未修饰光阻图案，其中各光阻图形的位置对应于各个第一不透光区，且各个光阻图形区分为数对，其中每一对皆对应上述的一对第一不透光区。接着使用具有上述修饰图案(其是为相位误差检测图案的另一部分)的一修饰光罩对此正光阻层曝光，以去除每一对光阻图形中位于第一侧的光阻图形，并保留位于第二侧的光阻图形，即完成一检测光阻图案。然后使用一迭合误差分析器测量此检测光阻图案的偏移量，再利用曝光光源的散焦值与检测光阻图案的偏移量反推得交替型相移式光罩的相位误差。
本发明又提出一种检测由交替型相移式光罩所得的光阻图形位置误差的方法，它是在交替型相移式光罩曝光之后使用上述的修饰光罩进行曝光，以去除每一对光阻图形中位于第一侧的光阻图形，并保留位于第二侧光阻图形。然后使用迭合误差分析器测量保留在第二侧的光阻图形的偏移量。
如上所述，由本发明的相位误差检测图案所得的检测光阻图案中，仅保留有每一对光阻图形中位于同一侧的光阻图形。因为这些保留的光阻图形都是以相同方向移动相同的距离，所以光阻图形的整体偏移量(即检测光阻图案的偏移量)并不为0，而能被迭合误差分析器测量出来，并进一步反推得交替型相移式光罩的相位误差。
为了使本发明的上述目的、特征、和优点能更加显而易见，下文特举一最佳实施例，并结合附图进行详细的说明。
图1示出常规的交替型相移式光罩的结构；图2示出在相位误差与散焦情形下，由图1的交替型相移式光罩所得的光阻图案；图3示出本发明最佳实施例所使用的交替型相移式光罩的结构；图4示出在相位误差与散焦情形下，由图3的交替型相移式光罩所得的光阻图案；图5示出本发明最佳实施例中修饰光罩的结构，其是与图3所示之交替型相移式光罩搭配使用；图6示出以图5之修饰光罩对图4之光阻图案曝光后，再经显影而得之光阻图案；图7示出光阻图形的偏移量与散焦及相位误差的关系；图8A是示出本发明最佳实施例的交替型相移式光罩与其中的交替相移图案的结构示意图，此交替相移图案为本发明最佳实施例的相位误差检测图案的一部分；以及图8B是示出本发明最佳实施例的修饰光罩与其中的修饰图案的结构示意图，此修饰图案为本发明最佳实施例的相位误差检测图案的一部分。
具体实施例方式
请参照图3，其示出了本发明最佳实施例所使用的交替型相移式光罩的结构。如图3所示，交替型相移式光罩300上具有不透光区310，以及位于不透光区310之间且呈交替排列的透光区320与相移区330，其中相移区330与透光区320的相位差的误差即为所求目标。
请参照图4，接着使用上述交替型相移式光罩300对正光阻层400曝光，以得到光阻图形410a与410b，其对应于交替型相移式光罩300上的不透光区310，但因交替型相移式光罩300有相位误差，使得对应同一相移区330两侧的一对光阻图形410a/410b以相反的方向偏移相同的距离s，而图中虚线围出部分是光阻图形的正确位置。
请参照第5与6图，接着使用一修饰光罩500对正光阻层400曝光，此修饰光罩500上有不透光区510，其遮蔽对应于每一相移区330两侧的一对光阻图形410a/410b中的光阻图形410a，并暴露出光阻图形410b。如此每一对光阻图形410a/410b中位于右侧的光阻图形410b即会被去除，其原先轮廓是以点线表示。
此时请参照图6，由于每一对光阻图形410a/410b中位于左侧的光阻图形410a皆保留下来，且都向右偏移s距离，所以光阻图形410a的整体偏移量即为s，而能被迭合误差分析器测量出来。再者，为精确地求得光阻图形410a的迭合误差，在考虑一般线状图案的密度与迭合误差分析器的精确度的情形下，所有光阻图形410a的总宽度L可能需要5-10μm才足够。
在以上述方法得到迭合误差之后，下一步即是反推得到交替型相移式光罩的相位误差。请参照图7，其用于示出以理论计算或实验方式所得的光阻图形中心偏移量与曝光光源的散焦值以及交替型相移式光罩的相位误差的关系。如图7所示，当散焦愈大时，中心偏移量即愈大；而当相位误差愈大时，散焦-中心偏移量曲线的即斜率愈大。因此，在反推得相位误差时可以变化散焦值，再经过前述步骤以得到一系列的散焦-中心偏移量关系，然后作图以得到散焦-中心偏移量曲线的斜率，并进而比对图7以求得相位误差。
接下来请参照图8A/8B，其是示出本发明最佳实施例的交替型相移式光罩800/修饰光罩900与其中的交替相移图案888/修饰图案988的结构示意图，此交替相移图案888/修饰图案988是本发明最佳实施例的相位误差检测图案的一部分，而此交替型相移式光罩800与修饰光罩900二者搭配使用。
请参照图8A，如同一般的迭合误差标记(Overlay Mark)设计方式，交替相移图案888可制作于组件图案区802的四周，以消除其它因素所导致的迭合误差(Overlay Error)效应。再者，每一个交替相移图案888皆包含并行线状的数条不透光区810，以及位于各不透光区810之间且呈交替排列的透光区820与相移区830。此处需特别说明的是，为显示清楚起见，此图中交替相移图案888与组件图案区802的大小比例远大于实际比例。
请继续参照图8A，如同图6说明部分所述内容，为了精确地求得光阻图形的迭合误差以反推得交替型相移式光罩800的相位误差，最佳的情形是交替相移图案888的宽度L’足够大，使所得的检测光阻图案的对应宽度至少在5-10μm之间。
接着请参照图8B，本最佳实施例的修饰光罩900上具有保护组件区(虚线方框)内正光阻层的不透光区902，以及对应交替相移图案888的修饰图案988，而上述交替相移图案888的不透光区810的位置对应图8B中的虚线条状区。此修饰标记988是由数条不透光区910所构成，且不透光区902、910的材料都例如为铬。在每一个修饰图案988中，各个不透光区910的位置对应于上述交替相移图案888中每一相移区830两侧的一对不透光区810中位于同一侧的不透光区，且不透光区910的宽度大于不透光区810，以遮蔽对应每一相移区830两侧的一对光阻图形中位于同一侧的光阻图形。
如上所述，本发明的最佳实施例在使用交替型相移式光罩/交替相移图案得到数对光阻图形之后，以修饰光罩/修饰图案去除每一对光阻图形中位于同一侧的光阻图形，而保留位于另一侧的光阻图形。由于保留的光阻图形都是以相同方向移动相同的距离，所以光阻图形的整体偏移量(即由相位误差检测图案所得的检测光阻图案的偏移量)并不为0，而能被迭合误差分析器测量出来，并进一步反推得交替型相移式光罩的相位误差。
虽然本发明已经通过最佳实施例被如上公开，然而该实施例并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情形下，可进行各种变动与修改，因此本发明的保护范围应当以所附权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种相位误差检测图案，用于检测一交替型相移式光罩的一相位误差，该相位误差检测图案包含一交替相移图案与一修饰图案，并且该交替相移图案位于该交替型相移式光罩的边缘，且该修饰图案位于一修饰光罩的边缘，该交替型相移式光罩与该修饰光罩是先后使用于同一曝光制造过程中，且该交替相移图案之位置与该修饰图案之位置相对应；该交替相移图案包括多个第一不透光区，以及位于这些第一不透光区之间且交替排列之多个相移区与多个透光区，其中每一相移区两侧的两个第一不透光区分为一对；以及该修饰图案包括多个第二不透光区，其中每一个第二不透光区的位置都对应于一对第一不透光区中位于一第一侧的一个不透光区，且任一个第二不透光区的宽度大于任一个第一不透光区的宽度。
2.如权利要求1所述的相位误差检测图案，其中该交替相移图案/该修饰图案有多个，并位于该交替型相移式光罩/该修饰光罩的四边。
3.如权利要求1所述的相位误差检测图案，其能在一正光阻层中形成一检测光阻图案，该检测光阻图案在垂直该第一不透光区走向的方向上的宽度介于5μm至10μm之间。
4.如权利要求1所述的相位误差检测图案，其中这些第一/第二不透光区材料包括铬。
5.一种检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，通过该方法一相位误差检测图案来完成，其中该相位误差检测图案包含一交替相移图案与一修饰图案，其中该交替相移图案/该修饰图案位于该交替型相移式光罩/一修饰光罩的边缘，且该交替相移图案的位置与该修饰图案的位置相对应；该交替相移图案包括多个第一不透光区，以及位于这些第一不透光区之间且交替排列的多个相移区与多个透光区，其中每一相移区两侧的两个第一不透光区分为一对；以及该修饰图案包括多个第二不透光区，其中每一个第二不透光区的位置都对应于一对第一不透光区中位于一第一侧的一个，且任一个第二不透光区的宽度大于任一个第一不透光区的宽度，而该检测方法包括(a)使用一曝光光源与该交替型相移式光罩于一正光阻层中形成一未修饰光阻图案，其中多个光阻图形的位置对应于这些第一不透光区，且其中对应任一个相移区两侧的两个光阻图形分为一对，共分为复数对；(b)使用该修饰光罩对该正光阻层曝光，以保留每一对光阻图形中位于该第一侧的光阻图形，并去除位于一第二侧的光阻图形，即得一检测光阻图案；(c)使用一迭合误差分析器测量该检测光阻图案的偏移量；以及(d)利用该曝光光源的一散焦值与该检测光阻图案的偏移量反推得该交替型相移式光罩的相位误差。
6.如权利要求5所述的检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，其中反推得该交替型相移式光罩的相位误差的方法包括下列步骤改变该曝光光源的该散焦值，并重复进行步骤(a)-(c)，以得到一系列的该检测光阻图案的偏移量；以这些偏移量对该曝光光源的该散焦值作图而得一直线；以及以该直线的斜率反推得该交替型相移式光罩的相位误差。
7.如权利要求5所述的检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，其中该检测光阻图案在垂直这些第一不透光区走向的方向上的宽度介于5μm至10μm之间。
8.如权利要求5所述的检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，其中构成这些第一/第二不透光区的材料包括铬。
9.一种检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，该交替型相移式光罩上具有多个第一不透光区，以及位于这些第一不透光区之间且呈交替排列的多个相移区与多个透光区，该方法包括下列步骤(a)使用一曝光光源与该交替型相移式光罩于一正光阻层中形成一光阻图案，其中多个光阻图形的位置是对应这些第一不透光区，且其中位置对应于任一个相移区两侧的两个光阻图形分为一对，共分为复数对；(b)使用一修饰光罩进行曝光，以保留每一对光阻图形中位于一第一侧的光阻图形，并去除位于一第二侧的光阻图形；(c)使用一迭合误差分析器测量保留在该第一侧的这些光阻图形的一偏移量；以及(d)利用该曝光光源的一散焦值与这些光阻图形的该偏移量反推得该交替型相移式光罩的相位误差。
10.如权利要求9所述的检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，其中反推得该交替型相移式光罩的相位误差的方法包括下列步骤改变该曝光光源的该散焦值，并重复进行步骤(a)-(c)，以得到一系列的偏移量；以这些偏移量对该曝光光源的该散焦值作图而得一直线；以及以该直线之斜率反推得该交替型相移式光罩的相位误差。
11.如权利要求9所述的检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，其中这些光阻图形在垂直这些第一不透光区走向的方向上的总宽度至少介于5μm至10μm之间。
12.如权利要求9所述的检测交替型相移式光罩的相位误差的方法，其中该修饰光罩具有遮蔽每一对光阻图形中位于该第一侧的光阻图形的多个第二不透光区，这些第二不透光区的材料包括铬。
13.一种检测由交替型相移式光罩所得的光阻图案的偏移量的方法，该交替型相移式光罩上具有多个第一不透光区，以及位于这些不透光区之间且呈交替排列的多个相移区与多个透光区，且该光阻图案中的多个光阻图形的位置对应于这些第一不透光区，而对应任一个相移区两侧的两个光阻图形分为一对，共分为复数对，该方法包括下列步骤使用一修饰光罩进行曝光，以保留每一对光阻图形中位于一第一侧的光阻图形，并去除位于一第二侧的光阻图形；以及使用一迭合误差分析器测量保留的这些光阻图形的一偏移量。
14.如权利要求13所述的检测方法，其中该修饰光罩具有能够遮蔽每一对光阻图形中位于该第一侧的光阻图形的多个第二不透光区，这些第二不透光区的材料包括铬。
全文摘要
一种相位误差检测图案及其应用，此相位误差检测图案包含位于一交替型相移式光罩边缘的一交替相移图案，以及位于一修饰光罩边缘的一修饰图案，而此交替型相移式光罩与此修饰光罩搭配使用。其中，交替相移图案具有数对第一不透光区，其中每一对不透光区都位于一相移区的两侧；修饰图案具有多个第二不透光区，其中每一个的位置是对应一对第一不透光区中位于第一侧的不透光区。另外，此相位误差检测图案的应用方法如下首先按顺序以上述交替型相移式光罩及修饰光罩对一正光阻层曝光，再测量所得的检测光阻图案的偏移量，并以检测光阻图案的偏移量与曝光光源的散焦值反推得交替型相移式光罩的相位误差。
文档编号G03F1/00GK1392452SQ0212269
公开日2003年1月22日 申请日期2002年6月20日 优先权日2001年6月20日
发明者赖建文, 蔡澄贤 申请人:联华电子股份有限公司