测试光罩和半导体工艺方法与流程

1.本发明涉及半导体制程测试技术，特别是涉及一种测试光罩和半导体工艺方法。

背景技术：

2.传统的半导体制程验证方案中，通常需要针对各个半导体制程工艺分别先制备光罩，然后将光罩置于晶圆上方进行光刻，在晶圆上刻蚀得到半导体结构之后，根据该半导体结构的关键参数对当前制程进行评估，判断当前制程是否合格；当判断当前制程不合格，可能需要修改光罩设计并重新制备光罩。然而，由于光罩制备成本高昂，各个半导体制程工艺分别直接制备光罩进行评估，会导致重复制备光罩，重复制备光罩会消耗大量人力、物力和财力。

技术实现要素：

3.基于此，有必要针对传统制程验证中重复制备光罩所导致的成本过高的问题，提供一种测试光罩和半导体工艺方法。
4.本技术提供一种测试光罩，测试光罩内具有多个不同半导体制程工艺的光罩图形，各所述半导体制程工艺的光罩图形间隔排布，且互不相同。
5.上述测试光罩中同时设计有多个不同半导体制程工艺的光罩图形，针对某一个制程工艺，可以在出具对应的正式光罩之前，验证各种测试光罩图形，以选出最符合要求的光罩图形，然后根据所选出的光罩图形进行正式光罩的制备。可以避免重复制备光罩所造成的人力、物力、财力和时间的浪费，降低成本，提高工作效率。此外，由于上述测试光罩具备多个不同的半导体制程工艺的光罩图形，因此，上述测试光罩可以用于验证多个半导体制程工艺的光罩制备条件。
6.在其中一个实施例中，半导体制程工艺包括：线条制程工艺、孔制程工艺及标记制程工艺。
7.在其中一个实施例中，线条制程工艺的光罩图形中包括多个平行间隔排布的线条图形。
8.在其中一个实施例中，线条制程工艺的光罩图形包括多个间隔排布的第一子光罩图形，各所述第一子光罩图形均包括多个平行间隔排布的线条图形，且不同所述第一子光罩图形中的所述线条图形的倾斜角度、相邻所述线条图形之间的间距及所述线条图形的宽度均不尽相同。
9.在其中一个实施例中，孔制程工艺的光罩图形中包括多个呈阵列排布的孔图形。
10.在其中一个实施例中，孔制程工艺的光罩图形包括多个第二子光罩图形，各所述第二子光罩图形均包括多个呈阵列排布的孔图形，且不同所述第二子光罩图形中的所述孔图形的形状、所述孔图形的宽度及相邻所述孔图形之间的间距均不尽相同。
11.在其中一个实施例中，标记制程工艺的光罩图形包括asml标记图形、canon标记图形、套准标记图形、ibo标记图形及dbo标记图形中的至少一种。
12.一种半导体工艺方法，包括：获取如上述任一实施例中所述的测试光罩；提供晶圆；将所述测试光罩中的所述光罩图形转移至所述晶圆上，以于所述晶圆上形成图形结构；对所述图形结构进行验证，以筛选出符合验证要求的图形结构；基于筛选出的图形结构所对应的光罩图形制作光罩。
13.在其中一个实施例中，采用光刻工艺将所述测试光罩中的所述光罩图形转移至所述晶圆上，以于所述晶圆上形成图形结构。
14.在其中一个实施例中，将所述测试光罩中的所述光罩图形转移至所述晶圆上，以于所述晶圆上形成图形结构，包括如下步骤：于所述晶圆的表面形成光刻胶层；基于所述测试光罩对所述光刻胶层进行曝光显影，将所述测试光罩中的所述光罩图形转移至所述光刻胶层内，以于所述光刻胶层内形成光刻图形作为所述图形结构。
15.在其中一个实施例中，对所述图形结构进行验证，以筛选出符合验证要求的图形结构，包括如下步骤：获取所述图形结构的参数；将获取的所述图形结构的参数与目标参数进行比对；根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构。
16.在其中一个实施例中，获取的所述图形结构的参数包括所述图形结构的关键尺寸，所述根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构包括：筛选比对结果位于允许误差范围之内的图形结构作为符合验证要求的图形结构。
17.在其中一个实施例中，获取的所述图形结构的参数还包括所述图形结构上的缺陷数量，所述根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构包括：筛选缺陷数量少于目标缺陷数量的图形结构作为符合验证要求的图形结构。
18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一半导体工艺方法中所述的方法的步骤。
19.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一半导体工艺方法中所述的步骤。
附图说明
20.图1为一实施例中测试光罩的结构示意图。
21.图2为一实施例中线条制程工艺的光罩图形的结构示意图。
22.图3为一实施例中孔制程工艺的光罩图形的结构示意图。
23.图4a为一实施例中标记制程工艺的光罩图形的结构示意图。
24.图4b为另一实施例中标记制程工艺的光罩图形的结构示意图。
25.图5为另一实施例中测试光罩的结构示意图。
26.图6为又一实施例中测试光罩的结构示意图。
27.图7为一实施例中半导体工艺方法的流程框图。
28.附图标号说明：1、测试光罩；2、线条制程工艺的光罩图形；21、第一子光罩图形；3、孔制程工艺的光罩图形；31、第二子光罩图形；4、标记制程工艺的光罩图形；51、第一子区域；52、第二子区域；53、第三子区域；54、第四子区域；55、第五子区域；56、第六子区域；57、第七子区域；58、第八子区域。
具体实施方式
29.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一膜层“上”时，其能直接在其他膜层上或亦可存在中间膜层。进一步说，当层被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间层。亦可以理解的是，当层被指为在两层“之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间层。
32.在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由
……
组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
33.在传统的半导体制程验证过程中，一般是先根据要求制备光罩，然后进行晶圆验证，如果验证不合格，则需要修改设计参数，重新制备光罩。但是光罩的制备成本高昂，重复制备会导致成本急剧攀升，而且重新制备光罩也需要花费更多时间，耽搁工艺进程。
34.为了解决上述问题，本技术的一个实施例提供了一种测试光罩，该测试光罩内具有多个不同半导体制程工艺的光罩图形，各所述半导体制程工艺的光罩图形间隔排布，且互不相同。
35.其中，半导体制程工艺可以包括线条制程工艺、孔制程工艺和标记制程工艺，也可以包括同一个工艺流程中的不同阶段，还可以包括同代或不同代产品的制程工艺。具体地，在为一个半导体制程工艺制备正式光罩之前，可以使用该测试光罩进行前期验证，基于测试光罩上的光罩图形在晶圆上形成图形结构，筛选出符合要求的图形结构，进而确定适合该半导体制程工艺的光罩图形。根据测试光罩确定的光罩图形制备正式光罩，可以实现有的放矢，一次制备即可得到符合要求的光罩，大大节省了半导体制程验证的成本和时间，提高了工作效率。
36.在一个实施例中，如图1所示，测试光罩1包括线条制程工艺的光罩图形2、孔制程工艺的光罩图形3及标记制程工艺的光罩图形4。作为示例，线条制程工艺的光罩图形2可以包括多个平行间隔排布的线条图形。
37.在一个实施例中，如图2所示，线条制程工艺的光罩图形2包括多个间隔排布的第一子光罩图形21，各第一子光罩图形21均包括多个平行间隔排布的线条图形，且不同第一子光罩图形21中的线条图形的倾斜角度、相邻线条图形之间的间距及线条图形的宽度均不尽相同。
38.作为示例，在一个第一子光罩图形21中，各线条平行于水平线间隔排布。
39.作为示例，在一个第一子光罩图形21中，各线条垂直于水平线间隔排布。
40.作为示例，在一个第一子光罩图形21中，各线条与水平线呈第一角度倾斜排布，在
另一个第一子光罩图形21中，各线条与水平线呈第二角度倾斜排布。第一角度不等于第二角度，第一角度和第二角度的取值范围可以是以水平线为基准的0度到180度，例如，第一角度和第二角度可以是0度(水平排布)、90度(垂直排布)、30度、45度、60度、100度、135度或150度。
41.可选地，不同的第一子光罩图形21中，线条图形之间的间距可以相同或不同。作为示例，线条图形之间的间距取值可以是30nm至350nm，例如30nm、50nm、100nm、150nm、200nm、300nm或350nm。可选地，不同的第一子光罩图形21中，线条图形宽度可以相同或不同。作为示例，线条图形的宽度取值可以是10nm至280nm，例如10nm、30nm、50nm、100nm、150nm、200nm或280nm。
42.在一个实施例中，孔制程工艺的光罩图形3中包括多个呈阵列排布的孔图形。作为示例，如图3所示，孔制程工艺的光罩图形3包括多个第二子光罩图形31，各第二子光罩图形31均包括多个呈阵列排布的孔图形，且不同第二子光罩图形31中的孔图形的形状、孔图形的宽度及相邻孔图形之间的间距均不尽相同。
43.作为示例，在一个第二子光罩图形31中，孔图形的形状为正方形。
44.作为示例，在一个第二子光罩图形31中，孔图形的形状为长方形。
45.作为示例，在不同的两个第二子光罩图形31中，孔图形的宽度不同，孔图形的宽度取值范围可以是10nm至280nm，例如10nm、30nm、50nm、100nm、150nm、200nm或280nm。
46.作为示例，在不同的两个第二子光罩图形31中，孔图形之间的间距不同，孔图形之间的间距取值范围可以是30nm至300nm，例如30nm至350nm，例如30nm、50nm、100nm、150nm、200nm、300nm或350nm。
47.作为示例，在一个第二子光罩图形31中，孔图形的形状为长方形且各长方形的长边平行于水平线。
48.作为示例，在一个第二子光罩图形31中，孔图形的形状为长方形且各长方形的长边垂直于水平线。
49.作为示例，在一个第二子光罩图形31中，孔图形的形状为正方形且各正方形的边平行于水平线。
50.作为示例，在一个第二子光罩图形31中，孔图形的形状为正方形且各正方形的边与水平线之间具有第三角度，第三角度的取值可以是0度至90度，例如0度、45度或90度。
51.作为示例，在一个第二子光罩图形31中，同一行的孔图形沿着平行于水平线的方向排布。可选地，同一行的孔图形沿一斜线排布，该斜线与水平线之间具有第四角度，第四角度的取值可以大于0度且小于180度，例如30度、45度、90度、135度或150度。
52.在一个实施例中，标记制程工艺的光罩图形4包括asml标记图形、canon标记图形、套准标记图形、ibo标记图形及dbo标记图形中的至少一种。其中，ibo的全称为image based overlay，基于图片覆盖，dbo的全称为diffraction based overlay，基于光学衍射覆盖。asml为荷兰阿斯麦尔公司的名称缩写，canon为佳能公司名称，不同的公司可以根据自己的需要设计相应的标记图形。标记图形可以作为对准图形，以用于晶圆的对准。
53.作为示例，图4a和图4b展示了一部分标记制程工艺的光罩图形4，包括asml标记图形、ovl标记图形(overlay mark)和dbo标记图形。其中，各种标记图形整体上又可以分为两类，第一类标记图形的基本图形元素为线条图形，即，由线条图形组成不同形状的标记图
形，如图4a所示。第二类标记图形的基本图形元素为孔图形，即，由孔图形组成不同形状的标记图形，如图4b所示。图4a和图4b所示的标记图形可以位于同一个测试光罩1上。
54.在一个实施例中，如图5所示，一个测试光罩1可以包括8个子区域，其中，第一子区域51为线条制程工艺光罩图形区(process l/s)，可以包含一个或多个前述实施例中的线条制程工艺的光罩图形2。第二子区域52为孔制程工艺光罩图形区(process hole)，可以包含一个或多个前述实施例中的孔制程工艺的光罩图形3。第三子区域53为asml标记图形区。第四子区域54为canon标记图形区。第五子区域55为ibo前层光罩图形区，第六子区域56为ibo当层光罩图形区。第七子区域57为dbo前层光罩图形区，第八子区域58为dbo当层光罩图形区。
55.在一个实施例中，如图6所示，一个测试光罩1可以包括2个子区域。其中一个子区域为线条制程工艺光罩图形区，包括包含一个或多个前述实施例中的线条制程工艺的光罩图形2。另一个子区域为孔制程工艺光罩图形区，包含一个或多个前述实施例中的孔制程工艺的光罩图形3。
56.本技术的另一方面还公开了一种半导体工艺方法，包括：
57.s11：获取如前述任一实施例中的测试光罩1；
58.s12：提供晶圆；
59.s13：将测试光罩1中的光罩图形转移至晶圆上，以于晶圆上形成图形结构；
60.s14：对图形结构进行验证，以筛选出符合验证要求的图形结构；
61.s15：基于筛选出的图形结构所对应的光罩图形制作光罩。
62.上述半导体工艺方法，在制作正式光罩之前，通过使用测试光罩1验证半导体制程，以选出最合适的光罩图形，根据选出的光罩图形制备正式光罩，光罩可行性高，不会因为未经验证就直接制备光罩而导致光罩不可行，节省了重复制备光罩所需要花费的财力成本和时间成本。
63.具体地，在步骤s11中，获取测试光罩1的工艺与制备正式光罩的工艺相同。测试光罩1与正式光罩最大的区别点在于，正式光罩上的光罩图形一般只用于实现某一个制程，或者只用于工艺步骤中的某一层的制备。而测试光罩1则设计有多种不同的光罩图形，可以对应不同的半导体制程工艺，因此，可以同时验证多个制程，不拘泥于单个层的制备。并且，测试光罩1还可以用于验证同代或者不同代的产品，例如，可以在测试光罩1上设计未来产品所需的光罩图形，以验证未来多代产品的可行性和成功率。
64.在步骤s13中，可以采用光刻工艺将测试光罩1中的光罩图形转移至晶圆上，以于晶圆上形成图形结构。作为示例，具体步骤包括：
65.s131：于晶圆的表面形成光刻胶层；
66.s132：基于测试光罩1对光刻胶层进行曝光显影，将测试光罩1中的光罩图形转移至光刻胶层内，以于光刻胶层内形成光刻图形作为图形结构。
67.在步骤s14中，对图形结构进行验证，以筛选出符合验证要求的图形结构的具体步骤可以包括：
68.s141：获取图形结构的参数；
69.s142：将获取的图形结构的参数与目标参数进行比对；
70.s143：根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构。
71.作为示例，图形结构的参数包括图形结构的关键尺寸(cd)。例如，可以通过使用cdsem机台(critical dimension scanning electron microscope)量测图形结构的cd，然后将获得的参数值与目标参数进行比对，获取比对结果，判断图形结构的cd是否达到目标参数值，并根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构。
72.在一个实施例中，根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构的步骤包括：
73.筛选比对结果位于允许误差范围之内的图形结构作为符合验证要求的图形结构。
74.作为示例，获取图形结构的cd与目标参数之间的误差，只有误差位于允许误差范围之内的图形结构，才可以作为符合验证要求的图形结构。符合验证要求的图形结构所对应的光罩图形即可作为制备正式光罩所参考的图形，例如，根据该光罩图形的参数制备正式光罩。
75.在一个实施例中，获取的图形结构的参数还包括图形结构上的缺陷数量。根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构的步骤可以包括：
76.筛选缺陷数量少于目标缺陷数量的图形结构作为符合验证要求的图形结构。
77.作为示例，可以使用review sem机台(review scanning electron microscope)检测图形结构上是否存在粒子(particle)，当粒子的数量少于目标缺陷数量时，该图形结构可以作为符合验证要求的图形结构。符合验证要求的图形结构所对应的光罩图形即可作为制备正式光罩所参考的图形，例如，根据该光罩图形的参数制备正式光罩。
78.本技术还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时，可以实现上述任一半导体工艺方法所述的方法的步骤。
79.本技术还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一半导体工艺方法中所述的步骤。
80.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
81.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。

技术特征：

1.一种测试光罩，其特征在于，所述测试光罩内具有多个不同半导体制程工艺的光罩图形，各所述半导体制程工艺的光罩图形间隔排布，且互不相同。2.根据权利要求1所述的测试光罩，其特征在于，所述半导体制程工艺包括：线条制程工艺、孔制程工艺及标记制程工艺。3.根据权利要求2所述的测试光罩，其特征在于，所述线条制程工艺的光罩图形中包括多个平行间隔排布的线条图形。4.根据权利要求3所述的测试光罩，其特征在于，所述线条制程工艺的光罩图形包括多个间隔排布的第一子光罩图形，各所述第一子光罩图形均包括多个平行间隔排布的线条图形，且不同所述第一子光罩图形中的所述线条图形的倾斜角度、相邻所述线条图形之间的间距及所述线条图形的宽度均不尽相同。5.根据权利要求2所述的测试光罩，其特征在于，所述孔制程工艺的光罩图形中包括多个呈阵列排布的孔图形。6.根据权利要求5所述的测试光罩，其特征在于，所述孔制程工艺的光罩图形包括多个第二子光罩图形，各所述第二子光罩图形均包括多个呈阵列排布的孔图形，且不同所述第二子光罩图形中的所述孔图形的形状、所述孔图形的宽度及相邻所述孔图形之间的间距均不尽相同。7.根据权利要求2所述的测试光罩，其特征在于，所述标记制程工艺的光罩图形包括asml标记图形、canon标记图形、套准标记图形、ibo标记图形及dbo标记图形中的至少一种。8.一种半导体工艺方法，其特征在于，包括：获取如权利要求1至7中任一项所述的测试光罩；提供晶圆；将所述测试光罩中的所述光罩图形转移至所述晶圆上，以于所述晶圆上形成图形结构；对所述图形结构进行验证，以筛选出符合验证要求的图形结构；基于筛选出的图形结构所对应的光罩图形制作光罩。9.根据权利要求8所述的半导体工艺方法，其特征在于，采用光刻工艺将所述测试光罩中的所述光罩图形转移至所述晶圆上，以于所述晶圆上形成图形结构。10.根据权利要求9所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述将所述测试光罩中的所述光罩图形转移至所述晶圆上，以于所述晶圆上形成图形结构，包括：于所述晶圆的表面形成光刻胶层；基于所述测试光罩对所述光刻胶层进行曝光显影，将所述测试光罩中的所述光罩图形转移至所述光刻胶层内，以于所述光刻胶层内形成光刻图形作为所述图形结构。11.根据权利要求8所述的半导体工艺方法，其特征在于，所述对所述图形结构进行验证，以筛选出符合验证要求的图形结构，包括：获取所述图形结构的参数；将获取的所述图形结构的参数与目标参数进行比对；根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构。12.根据权利要求11所述的半导体工艺方法，其特征在于，获取的所述图形结构的参数包括所述图形结构的关键尺寸，所述根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构包括：
筛选比对结果位于允许误差范围之内的图形结构作为符合验证要求的图形结构。13.根据权利要求12所述的半导体工艺方法，其特征在于，获取的所述图形结构的参数还包括所述图形结构上的缺陷数量，所述根据比对结果筛选符合验证要求的图形结构包括：筛选缺陷数量少于目标缺陷数量的图形结构作为符合验证要求的图形结构。14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8至13中任一项所述的方法的步骤。15.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8至13中任一项所述方法的步骤。

技术总结

本发明涉及一种测试光罩和一种半导体工艺方法。该测试光罩内具有多个不同半导体制程工艺的光罩图形，各半导体制程工艺的光罩图形间隔排布，且互不相同。上述测试光罩，设计有多个不同半导体制程工艺的光罩图形，针对某一个制程工艺，可以在出具对应的正式光罩之前，验证各种测试光罩图形，以选出最符合要求的光罩图形，然后根据所选出的光罩图形进行正式光罩的制备。可以避免重复制备光罩所造成的人力、物力、财力和时间的浪费，降低成本，提高工作效率。此外，由于上述测试光罩具备多个不同的半导体制程工艺的光罩图形，因此，上述测试光罩可以用于验证多个半导体制程工艺的光罩制备条件。条件。条件。