CN119381383A - 半导体结构、掩模版组及光刻制程的监测方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种半导体结构、掩模版组及光刻制程的监测方法。半导体结构包括：图案区及位于图案区至少一侧的切割道。半导体结构还包括：位于图案区的设计图形，以及位于切割道的监测图形。其中，监测图形包括：由至少两个待测图形交叠形成的拼接图形。上述半导体结构通过对比待测图形的交叠区域与非交叠区域的轮廓差异，即可判断曝光工艺或刻蚀工艺是否正常。从而实现简单且高效地监测光刻制程，进而有利于确保芯片的良率。

Description

半导体结构、掩模版组及光刻制程的监测方法

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种半导体结构、掩模版组及光刻制程的监测方法。

背景技术

在芯片光刻制程中，由于光源的穿透深度有限，高深宽比光刻对于光刻制程来说一直是一个难题。高深宽比光刻胶容易出现显影不完全，若不能及时发现并改善，势必会影响芯片的良率。

由上，如何简单且高效地监测光刻制程，也成为了相关技术中一个亟待解决的难题。

发明内容

基于此，本公开实施例提供了一种半导体结构、掩模版组及光刻制程的监测方法，可以简单且高效地监测光刻制程，进而有利于确保芯片的良率。

本公开一些实施例提供了一种半导体结构，包括：图案区及位于图案区至少一侧的切割道。半导体结构还包括：位于图案区的设计图形，以及位于切割道的监测图形。其中，监测图形包括：由至少两个待测图形交叠形成的拼接图形。

在本公开一些实施例中，同一个监测图形内不同的待测图形采用不同曝光工艺或不同刻蚀工艺形成。

在本公开一些实施例中，半导体结构还包括：位于切割道的至少两个参考图形。其中，参考图形和待测图形一一对应，且参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸。

在本公开一些实施例中，图案区的数量为至少两个。监测图形位于相邻图案区之间的切割道内。监测图形内的各待测图形和相邻图案区内对应的设计图形具有相同的形状及特征尺寸。

在本公开一些实施例中，同一个监测图形内的各待测图形和相邻的图案区一一对应。同一个监测图形内的各待测图形交叠于同一区域。

在本公开一些实施例中，同一个监测图形内的各待测图形的形状及特征尺寸均相同。

在本公开一些实施例中，待测图形包括线性图形或孔形图形。

本公开一些实施例还提供了一种掩模版组，用于制备如前述实施例中任一项的半导体结构。其中，掩模版组包括：至少两个掩模版，且各掩模版均具有对应设计图形及对应监测图形中任一待测图形的掩模图形。

在本公开一些实施例中，不同掩模版具有对应相同设计图形的掩模图形。

本公开一些实施例还提供了一种光刻制程的监测方法，包括以下步骤：

提供衬底，衬底具有图案区及位于图案区至少一侧的切割道；

于衬底上形成光刻胶层；

于图案区的光刻胶层中曝光显影形成设计图形，且同步于切割道的光刻胶层中曝光显影形成监测图形；其中，监测图形包括：由至少两个待测图形交叠形成的拼接图形，且不同待测图形至少采用不同曝光工艺形成；

观测监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓；

根据显影轮廓的观测结果，确定图案区设计图形的曝光工艺是否存在异常。

在本公开一些实施例中，光刻制程的监测方法还包括：

在形成监测图形的同时，于切割道的光刻胶层中曝光显影形成至少两个参考图形；

参考图形和待测图形一一对应，且参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸参考图形；

在观测监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓的同时，观测参考图形的显影轮廓。

其中，根据显影轮廓的观测结果，确定曝光工艺是否存在异常，还包括：将参考图形的显影轮廓的观测结果作为参考，确定监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓是否存在异常，以根据显影轮廓的异常确定对应曝光工艺的异常。

在本公开一些实施例中，确定曝光工艺是否存在异常，包括：确定曝光工艺的曝光量是否足够。

监测方法还包括：根据显影轮廓的观测结果，确定光刻胶层的显影是否完全。

在本公开一些实施例中，光刻制程的监测方法还包括：

于曝光工艺无异常时，采用刻蚀工艺将设计图形转移至衬底上形成目标图形，以及将监测图形转移至衬底上形成光刻监测图形；

观测光刻监测图形中待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓；

根据刻蚀轮廓的观测结果，确定刻蚀工艺是否存在异常。

在本公开一些实施例中，光刻制程的监测方法还包括：

根据刻蚀轮廓的观测结果，确定目标图形的底部形貌。

在本公开一些实施例中，监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓的观测结果，以及光刻监测图形中待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓的观测结果，均采用扫描电子显微镜观测获得。

本公开实施例可以/至少具有以下优点：

本公开实施例提供的半导体结构、掩模版组及光刻制程的监测方法如上。在本公开实施例中，通过在切割道内设置至少两个待测图形交叠形成的拼接图形，其中，由于切割道设置于不同图案区之间，故切割道内的待测图形的交叠区域可以发生至少两次曝光或至少两次刻蚀。如此，通过对比该待测图形的交叠区域与非交叠区域的轮廓差异，即可明显判断曝光工艺或刻蚀工艺是否正常。从而在线实现简单且高效地监测光刻制程，进而有利于确保芯片的良率。此外，切割道内还设置有与待测图形一一对应设置的参考图形。如此，还可以通过对比待测图形与参考图形的轮廓差异，进一步分析曝光工艺或刻蚀工艺异常的影响因素。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)为一实施例中提供的一种半导体结构的俯视结构示意图；

图1(b)为一实施例中提供的另一种半导体结构的俯视结构示意图；

图2为一实施例中提供的另一种半导体结构的俯视结构示意图；

图3为一实施例中提供的又一种半导体结构的俯视结构示意图；

图4为一实施例中提供的又一种半导体结构的俯视结构示意图；

图5为一实施例中提供的又一种半导体结构的俯视结构示意图；

图6为一实施例中提供的又一种半导体结构的俯视结构示意图；

图7为一实施例中提供的一种掩模版组的俯视结构示意图；

图8为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法的流程图；

图9为一实施例中提供的另一种光刻制程的监测方法的流程图；

图10为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S100所得一种结构的俯视结构示意图；

图11(a)为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S200所得结构的俯视结构示意图；图11(b)为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S200所得结构的剖面结构示意图；

图12为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S300所得结构的俯视结构示意图；

图13(a)为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S400所得一种结构沿aa’方向俯视结构的扫描电子显微镜图；图13(b)为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S400所得一种结构沿bb’方向的剖面结构示意图；图13(c)为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S400所得另一种结构沿aa’方向俯视结构的扫描电子显微镜图；图13(d)为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S400所得另一种结构沿bb’方向的剖面结构示意图；

图14为一实施例中提供的一种光刻制程的监测方法中步骤S600所得结构的俯视结构示意图。

附图标记说明：

1、1a、1b-设计图形；11-第一设计图形；12-第二设计图形；13-第三设计图形；14-第四设计图形；

2、2a、2b、2c、2d、2e-监测图形；21、21a、21b、21c、21d、21e-第一待测图形；22、22a、22b、22c、22d、22e-第二待测图形；23-第三待测图形；200-光刻胶层；300-氧化物层；(2e-监测图形21e-第一待测图形22e-第二待测图形在图中没找到)

31、31a、31b、31c、31d、31e-第一参考图形；32、32a、32b、32c、32d、32e-第二参考图形；4-衬底；

P-图案区；P1-第一图案区；P2-第二图案区；

S-切割道；S1-第一切割道；S2-第二切割道；S3-第三切割道；S4-第四切割道；

Y1-第一掩模版；Y2-第二掩模版；O-待测图形交叠区域；

K11、K12、K21、K22、K31、K32-开口图形；

M-目标图形；N1-光刻监测图形；N21、N22-光刻参考图形。

具体实施方式

为了便于理解本公开，下面将参照相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的首选实施例。但是，本公开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公开的公开内容更加透彻全面。

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公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开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，不是旨在于限制本公开。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白，当术语“组成”和/或“包括”在该说明书中使用时，可以确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。同时，在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在此使用时，“沉积”工艺包括但不限于物理气相沉积(Physical VaporDeposition，简称PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)或原子层沉积(Atomic Layer Deposition，简称ALD)。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本发明的范围。

在芯片光刻制程中，由于光源的穿透深度有限，高深宽比光刻对于光刻制程来说一直是一个难题。当深宽比小于3时，光刻胶通常显影比较好，不会有光刻胶残留。但是当深宽比大于3时，光刻胶显影可能会不充分。当高深宽比光刻胶出现显影不完全时，若不能及时发现并改善，势必会影响芯片的良率。

由上，如何简单且高效地监测光刻制程，也成为了相关技术中一个亟待解决的难题。

基于此，本公开实施例提供了一种半导体结构、掩模版组及光刻制程的监测方法，可以简单且高效地监测光刻制程，进而有利于确保芯片的良率。

请参阅图1(a)，本公开一些实施例提供了一种半导体结构，包括：图案区P及位于图案区P至少一侧的切割道S。半导体结构还包括：位于图案区P的设计图形1，以及位于切割道S的监测图形2。其中，监测图形2包括：由至少两个待测图形交叠形成的拼接图形。例如，监测图形2包括由第一待测图形21和第二待测图形22交叠形成的拼接图形。

示例地，同一个监测图形2内不同的待测图形采用不同曝光工艺或不同刻蚀工艺形成。

此处，可以理解，在一些示例中，监测图形2为光刻胶图形，该监测图形2内不同的待测图形可以采用不同的曝光工艺形成。在另一些示例中，监测图形2为刻蚀图形，该监测图形2内不同的待测图形可以采用不同的刻蚀工艺形成。如此，可以通过监测图形2轮廓形状判断对应工艺的异常与否。

本公开实施例中，通过在切割道S内设置至少两个待测图形交叠形成的拼接图形，其中，由于切割道S设置于不同图案区P之间，故切割道S内的待测图形的交叠区域可以发生至少两次曝光或至少两次刻蚀。如此，通过对比该待测图形的交叠区域与非交叠区域的轮廓差异，即可明显判断对应曝光工艺或刻蚀工艺是否正常。从而在线实现简单且高效地监测光刻制程，进而有利于确保芯片的良率。

此处，需要特别说明的是，在图1(a)示出的半导体结构中，是以监测图形2仅由两个待测图形交叠形成拼接图形为例进行的示意，但并不意味着监测图形2仅可以两个待测图形交叠。比如监测图形2可以由3个或4个待测图形交叠形成。请参阅图1(b)，监测图形2可以由第一待测图形21、第二待测图形22以及第三待测图形23交叠形成，切割道S内的监测图形2包括第一待测图形21、第二待测图形22、第三待测图形23以及由三者交叠形成的拼接图形。本公开实施例对切割道S内监测图形的数量，以及监测图形2内待测图形的数量不作限定。

示例地，在图1(a)示出的半导体结构中，是以切割道S仅位于图案区P一侧为例进行的示意，但可以理解，多个图案区P可以呈阵列状分布，相应地，切割道S位于相邻图案区P之间，例如可以位于对应图案区P的相邻两侧或相对两侧，或图案区P的周侧等等。

例如，请参阅图2，第一切割道S1、第二切割道S2、第三切割道S3、第四切割道S4依次位于图案区P周侧，此时图案区P包括设计图形1a和设计图形1b，第一切割道S1内的监测图形2a包括第一待测图形21a、第二待测图形22a以及由二者交叠形成的拼接图形，第二切割道S2内的监测图形2b包括第一待测图形21b、第二待测图形22b以及由二者交叠形成的拼接图形，第三切割道S3内的监测图形2c包括第一待测图形21c、第二待测图形22c以及由二者交叠形成的拼接图形，第四切割道S4内的监测图形2d包括第一待测图形21d、第二待测图形22d以及由二者交叠形成的拼接图形。

示例地，图案区P呈矩形区，监测图形2可以设置于相邻四个图案区P中心的切割区S交叠区域内，并由四个待测图形交叠形成。如此，该监测图形2可以采用四次曝光工艺或刻蚀工艺形成。

在一些实施例中，半导体结构还包括：位于切割道的至少两个参考图形。其中，参考图形和待测图形一一对应，且参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸。

示例地，请参阅图3，以第一切割道S1、第二切割道S2、第三切割道S3、第四切割道S4依次位于图案区P周侧为例，半导体结构还包括：位于第一切割道S1的第一参考图形31a和第二参考图形32a，位于第二切割道S2的第一参考图形31b和第二参考图形32b，位于第三切割道S3的第一参考图形31c和第二参考图形32c，位于第四切割道S4的第一参考图形31d和第二参考图形32d。其中，第一参考图形31a和第一待测图形21a相对应，第二参考图形32a和第一待测图形22a相对应，第一参考图形31b和第一待测图形21b相对应，第二参考图形32b和第一待测图形22b相对应，第一参考图形31c和第一待测图形21c相对应，第二参考图形32c和第一待测图形22c相对应，第一参考图形31d和第一待测图形21d相对应，第二参考图形32d和第一待测图形22d相对应，且上述参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸。

此处，需要补充的是，参考图形和待测图形一一对应，故每个切割道内参考图形的数量与待测图形的数量相一致。

本公开实施例中，切割道S内的参考图形与待测图形一一对应设置，且参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸。如此，通过对比待测图形的交叠区域与参考图形的轮廓差异，即可明显判断曝光工艺或刻蚀工艺是否正常。

此处，可以理解，在待测图形交叠区域存在曝光工艺或刻蚀工艺异常的情况下，通过该交叠区域轮廓和对应参考图形轮廓的差异，若交叠区域轮廓和第一待测图形对应的第一参考图形一致，则可以进一步判断出交叠区域的异常源于第一待测图形的异常，若交叠区域轮廓和第二待测图形对应的第二参考图形一致，则可以进一步判断出交叠区域的异常源于第二待测图形的异常，从而有利于进一步提高在线检测的精确度。

在一些实施例中，请参阅图4，图案区P的数量为至少两个。监测图形位于相邻图案区P之间的切割道S内。监测图形内的各待测图形和相邻图案区P内对应的设计图形1具有相同的形状及特征尺寸。

示例地，请参阅图5，图5为图4中的虚线框内的区域的放大图。监测图形2位于相邻第一图案区P1和第二图案区P2之间的切割道S内。监测图形2内的第一待测图形21和对应的第一设计图形11具有相同的形状及特征尺寸，第二待测图形22和对应的第二设计图形12具有相同的形状及特征尺寸。

示例地，第一设计图形11和第二设计图形12均为线性图形。第一待测图形21和对应的第一设计图形11具有相同的形状，且二者的特征尺寸(例如线宽)也相同。第二待测图形22和对应的第二设计图形12具有相同的形状，且二者的特征尺寸(例如线宽)也相同。但并不仅限于此，第一设计图形11和第二设计图形12还可以为孔形图形或其他图形。第一设计图形11和第二设计图形12均可以在对应的图案区阵列排布。

进一步示例地，图案区阵列排布，相邻图案区之间均存在切割道。故图3中示出的第二切割道S2、第三切割道S3以及第四切割道S4背离第一图案区P1的一侧均存在图案区(图3中未示出)，切割道S5、切割道S6以及切割道S7背离第二图案区P2的一侧均存在图案区(图3中未示出)。任一切割道内的监测图形中每个待测图形对应的设计图形可以参照上述示例进行理解。

进一步示例地，图案区阵列排布，如此，第一待测图形21a和第二待测图形22a可以具有相同的形状及特征尺寸，故第一待测图形21a、第二待测图形22a、设计图形11和设计图形13均可以具有相同的形状及特征尺寸。

此处，需要特别说明的是，在图1(a)～图5示出的半导体结构中，是以每个切割道内仅一个监测图形为例进行的示意，但并不意味着每个切割道内只能设置一个监测图形。本公开实施例对每个切割道内监测图形的数量不作限定。

在一些实施例中，同一个监测图形内的各待测图形和相邻的图案区一一对应。同一个监测图形内的各待测图形交叠于同一区域。

示例地，请继续参阅图5，监测图形2内的第一待测图形21和相邻的第一图案区P1内的第一设计图形11相对应；监测图形2内的第二待测图形22和相邻的第二图案区P2内的第二设计图形12相对应。任一监测图形内中每个待测图形和相邻的图案区的对应关系可以参照上述示例进行理解。

此处，设计图形和监测图形可以位于同一水平线，也可以不位于一水平线。

在一些示例中，设计图形和监测图形位于同一水平线可以方便监测和查找。

在一些实施例中，同一个监测图形2内的各待测图形的形状及特征尺寸均相同。

在一些实施例中，待测图形包括线性图形或孔形图形。

示例地，请参阅图6，待测图形2a中的第一待测图形21a和第二待测图形22a可以为线性图形，待测图形2e中的第一待测图形21e和第二待测图形22e可以为孔形图形。监测图形2e内的第一待测图形21e和相邻的第一图案区P1内的第三设计图形13相对应；监测图形2e内的第二待测图形22e和相邻的第二图案区P2内的第四设计图形14相对应。第一参考图形31e和第一待测图形21e相对应，第二参考图形32e和第一待测图形22e相对应，且上述参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸。

在一些实施例中，同一个监测图形2内不同的待测图形采用不同曝光工艺或不同刻蚀工艺形成。

进一步示例地，位于不同图案区的设计图形采用不同曝光工艺或不同刻蚀工艺形成；不同的参考图形采用不同曝光工艺或不同刻蚀工艺形成。例如，在图6中，第三设计图形13和第四设计图形14采用不同曝光工艺或不同刻蚀工艺形成，第一参考图形31e和第二参考图形32e采用不同曝光工艺或不同刻蚀工艺形成。

基于同样的发明构思，本公开一些实施例还提供了一种掩模版组，用于制备如前述实施例中任一项的半导体结构。上述半导体结构所具有的技术优势，该掩模版组也均具备，此处不再详述。其中，掩模版组包括：至少两个掩模版，且各掩模版均具有对应设计图形及对应监测图形中任一待测图形的掩模图形。

示例地，以监测图形2由两个待测图形交叠形成为例，掩模版组可以仅包括两个掩模版。而若该监测图形2包含有更多待测图形，则掩模版组也同样包含有更多个掩模版。以下一些实施例以掩模版组包括两个掩模版为例进行了说明，而掩模版组包括更多掩模版的情况可以同理扩展。

在一些实施例中，请参阅图7，掩模版组包括第一掩模版Y1和第二掩模版Y2，其中，第一掩模版Y1的结构例如图7中的(a)图所示，第二掩模版Y2的结构例如图7中的(b)图所示。第一掩模版Y1具有对应第一设计图形11及对应监测图形2中任一第一待测图形21的掩模图形(例如开口图形K11、K21和K31，其中开口图形K11用于形成第一设计图形11，开口图形K21用于形成监测图形2中的第一待测图形21，开口图形K31用于形成第一参考图形31)。第二掩模版Y2具有对应第二设计图形12及对应监测图形2中任一第二待测图形22的掩模图形(例如开口图形K12、K22和K32，其中开口图形K12用于形成第二设计图形12，开口图形K22用于形成监测图形2中的第二待测图形22，开口图形K32用于形成第二参考图形32)。

可以理解，上述第一掩模版Y1中的开口图形K21和第二掩模版Y2中的开口图形K22用于形成能够构成拼接图形的第一待测图形和第二待测图形，因此第一掩模版Y1和第二掩模版Y2在使用时可以针对同一目标区域存在交叠，该目标区域例如为切割道区域。

在一些示例中，第一掩模版Y1和第二掩模版Y2可以具有相同的尺寸规格，以便于对准。

在另一些示例中，第一掩模版Y1的尺寸规格略大于对应第一图案区及切割道在相同方向上的尺寸，第二掩模版Y2的尺寸规格略大于对应第二图案区及切割道在相同方向上的尺寸，且第一掩模版Y1和第二掩模版Y2上均设有对准标记，以确保在使用第一掩模版Y1中的开口图形K21和第二掩模版Y2中的开口图形K22分别进行两次曝光或刻蚀后，可以获得由第一待测图形和第二待测图形交叠形成的监测图形。

由上，本公开实施例中，第一掩模版Y1和第二掩模版Y2分别用于执行不同的曝光工艺或不同刻蚀工艺，故第一掩模版Y1和第二掩模版Y2成像区域的交叠区域可以发生多重曝光或多重刻蚀，以便于后续通过比较多重曝光或双重刻蚀区域与单曝光或单刻蚀区域的轮廓差异，实现工艺制程的在线监测。

在本公开一些实施例中，不同掩模版具有对应相同设计图形的掩模图形。

示例地，第一待测图形21和相邻第一图案区P1内对应的第一设计图形11具有相同的形状及特征尺寸，第二待测图形22和相邻第二图案区P2内对应的第二设计图形12具有相同的形状及特征尺寸，同一个监测图形2内的第一待测图形21和第二待测图形22的形状及特征尺寸均相同，故第一设计图形11和第二设计图形12具有相同的形状及特征尺寸，则第一掩模版Y1和第二掩模版Y2具有对应相同设计图形的掩模图形。

本公开一些实施例还提供了一种光刻制程的监测方法，请参阅图8，包括以下步骤：

S100：提供衬底，衬底具有图案区及位于图案区至少一侧的切割道。

S200：于衬底上形成光刻胶层。

S300：于图案区的光刻胶层中曝光显影形成设计图形，且同步于切割道的光刻胶层中曝光显影形成监测图形；其中，监测图形包括：由至少两个待测图形交叠形成的拼接图形，且不同待测图形至少采用不同曝光工艺形成。

S400：观测监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓。

S500：根据显影轮廓的观测结果，确定图案区设计图形的曝光工艺是否存在异常。

本公开实施例中，于图案区的光刻胶层中曝光显影形成设计图形，且同步于切割道的光刻胶层中曝光显影形成监测图形。如此，监测图形中待测图形的交叠区域会发生多重曝光，通过对比该待测图形的交叠区域与非交叠区域的轮廓差异，即可明显判断曝光工艺是否正常。从而在线实现简单且高效地监测光刻制程，进而有利于确保芯片的良率。

在一些实施例中，光刻制程的监测方法还包括：

在步骤S300中形成监测图形的同时，于切割道的光刻胶层中曝光显影形成至少两个参考图形；参考图形和待测图形一一对应，且参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸参考图形。

本公开实施例中，在形成监测图形的同时，于切割道的光刻胶层中曝光显影形成至少两个参考图形，其中，参考图形与待测图形一一对应设置，且参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸。如此，通过对比待测图形的交叠区域与参考图形的轮廓差异，即可判断曝光工艺是否正常。

在步骤S400观测监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓的同时，观测参考图形的显影轮廓。其中，步骤S500根据显影轮廓的观测结果，确定曝光工艺是否存在异常，还包括：将参考图形的显影轮廓的观测结果作为参考，确定监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓是否存在异常，以根据显影轮廓的异常确定对应曝光工艺的异常。

在一些实施例中，步骤S500中确定曝光工艺是否存在异常，包括：确定曝光工艺的曝光量是否足够。步骤S500还包括：根据显影轮廓的观测结果，确定光刻胶层的显影是否完全。

在一些实施例中，请参阅图9，光刻制程的监测方法还包括：S600～S800。

S600：于曝光工艺无异常时，采用刻蚀工艺将设计图形转移至衬底上形成目标图形，以及将监测图形转移至衬底上形成光刻监测图形。

S700：观测光刻监测图形中待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓。

S800：根据刻蚀轮廓的观测结果，确定刻蚀工艺是否存在异常。

在一些实施例中，光刻制程的监测方法还包括：S900。

S900：根据刻蚀轮廓的观测结果，确定目标图形的底部形貌。

本公开实施例中，于曝光工艺无异常时，采用刻蚀工艺将设计图形转移至衬底上形成目标图形，以及将监测图形转移至衬底上形成光刻监测图形。如此，通过对比该待测图形的交叠区域与非交叠区域的轮廓差异，即可判断刻蚀工艺是否正常。从而在线实现简单且高效地监测光刻制程，进而有利于确保芯片的良率。

在一些实施例中，监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓的观测结果，以及光刻监测图形中待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓的观测结果，均可以采用扫描电子显微镜观测获得。

为了更清楚地说明上述一些实施例中光刻制程的监测方法，以下一些实施例请结合图10～图14予以理解。

在步骤S100中，请参阅图10，步骤S100提供衬底4，衬底4具有图案区P及位于图案区P至少一侧的切割道S。

示例地，衬底4可以采用半导体材料、绝缘材料、导体材料或者它们的任意组合构成。衬底4可以为单层结构，也可以为多层结构。例如，衬底4可以是诸如硅(Si)衬底、硅锗(SiGe)衬底、硅锗碳(SiGeC)衬底、碳化硅(SiC)衬底、砷化镓(GaAs)衬底、砷化铟(InAs)衬底、磷化铟(InP)衬底或其它的III/V半导体衬底或II/VI半导体衬底。或者，还例如，衬底4可以是包括诸如Si/SiGe、Si/SiC、绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上硅锗的层状衬底。

在一些示例中，衬底4包括但不仅限于硅衬底或硅基衬底。可选的，衬底4为蓝宝石衬底、锗化硅衬底或碳化硅衬底。

示例地，在图10示出的半导体结构中，是两个图案区P并排且以切割道S位于两个图案区P之间为例进行的示意，但可以理解，图案区P的数目及排布，以及各切割道S的设置，视需求可以有多种具体实施。本公开实施例对此不作限定。

在步骤S200中，请参阅图11(a)和图11(b)，于衬底4上形成光刻胶层200。

在一些示例中，衬底4上设有保护层，光刻胶层200形成于保护层表面。

示例地，保护层为氧化物层300。在步骤S200于衬底4上形成光刻胶层200之前，半导体结构的制备方法还可以包括：于衬底4上形成氧化物层300。相应地，光刻胶层200形成于氧化物层300表面。

示例地，氧化物层300可以整层覆盖衬底4表面或局部覆盖衬底4表面。同理，光刻胶层200也可以整层覆盖氧化物层300表面或局部覆盖氧化物层300表面。

在一些实施例中，待测图形为光刻胶层中的图形。

在步骤S300中，于图案区的光刻胶层中曝光显影形成设计图形，且同步于切割道的光刻胶层中曝光显影形成监测图形还包括：基于如上述实施例中所述的任一掩模版组，于图案区的光刻胶层中曝光显影形成设计图形，且同步于切割道的光刻胶层中曝光显影形成监测图形。其中，监测图形包括：由至少两个待测图形交叠形成的拼接图形，且不同待测图形至少采用不同曝光工艺形成。

此外，在一些实施例中，步骤S300中在形成监测图形的同时，可以于切割道的光刻胶层中曝光显影形成至少两个参考图形；参考图形和待测图形一一对应，且参考图形和对应的待测图形具有相同的形状及特征尺寸参考图形。

示例地，请参阅图12，于第一图案区P1和第二图案区P2的光刻胶层200中曝光显影形成第一设计图形11和第二设计图形12，且同步于切割道S的光刻胶层200中曝光显影形成监测图形2。

此处，图12中以第一设计图形11和第二设计图形12为开口图形为例进行了示意。但可以理解，在另一些实施例中，第一设计图形11和第二设计图形12也可以为光刻胶层200的实体保留图形。

进一步示例地，监测图形2包括由第一待测图形21和第二待测图形22交叠形成的拼接图形。第一待测图形21和第二待测图形22采用不同曝光工艺形成。并且，在形成监测图形2的同时，可以于切割道S的光刻胶层200中和第一待测图形21同步曝光显影形成第一参考图形31，以及和第二待测图形22同步曝光显影形成第二参考图形32。第一参考图形31与第一待测图形21相对应，且可以具有相同的形状及特征尺寸参考图形；第二参考图形32与第二待测图形22相对应且可以具有相同的形状及特征尺寸参考图形。

在步骤S400和S500中，请参阅图13(a)～图13(d)，观测监测图形2中待测图形交叠区域O的显影轮廓，根据该显影轮廓的观测结果，确定图案区设计图形的曝光工艺是否存在异常。

示例地，以待测图形为线性图形为例，图13(a)图示出了光刻胶层200良好曝光显影后监测图形2中待测图形交叠区域O在扫描电子显微镜下的显影轮廓，图13(b)图示出了一种图13(a)所示监测图形2的剖面结构。如图13(a)和图13(b)所示，该监测图形2的曝光显影完全，该监测图形2中待测图形的交叠区域O通过双重曝光工艺形成，会有非常明显凸起的轮廓，以被有效观测到清晰光滑的轮廓边界。图13(c)图示出了光刻胶层200未充分曝光显影后监测图形2中待测图形交叠区域O在扫描电子显微镜下的显影轮廓，图13(d)图示出了一种图13(c)所示监测图形2的剖面结构的示意图。如图13(c)和图13(d)所示，该监测图形2的曝光显影不完全，该监测图形2中待测图形的交叠区域O通过双重曝光工艺形成，会有非常明显凸起的轮廓，以被有效观测到模糊粗糙的轮廓边界。

可见，本公开实施例通过扫描电子显微镜的在线检测，即可通过监测图形2中待测图形的交叠区域O的轮廓边界明显判断出对应曝光工艺的异常与否。从而无需进行切片检测，也能有效确定出光刻制程的最佳条件，例如最佳的工艺窗口。

此外，在一些实施例中，在执行步骤S400观测监测图形2中待测图形交叠区域O的显影轮廓的同时，还可以同步观测第一参考图形31和第二参考图形32的显影轮廓，以将第一参考图形31和第二参考图形32的显影轮廓的观测结果作为参考，确定监测图形2中待测图形交叠区域O的显影轮廓是否存在异常，以根据所述显影轮廓的异常确定对应曝光工艺的异常。例如，在待测图形交叠区域O存在曝光工艺的情况下，通过该交叠区域轮廓和对应参考图形轮廓的差异，可以进一步判断出交叠区域的异常源于第一待测图形的异常，还是源于第二待测图形的异常，从而有利于进一步提高在线检测的精确度。

需要补充的是，上述确定对应曝光工艺的异常，包括确定曝光量是否足够，以及确定光刻胶层的显影是否完全。

在步骤S600～S800中，请参阅图14，于前述判断曝光工艺无异常时，采用刻蚀工艺将设计图形转移至衬底4上形成目标图形M，将监测图形2转移至衬底4上形成光刻监测图形N1。如此，通过观测光刻监测图形N1中待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓，还可以根据该刻蚀轮廓的观测结果确定刻蚀工艺是否存在异常。

此处，确定刻蚀工艺是否异常，包括确定刻蚀制程的刻蚀量是否足够。

在一些示例中，采用前述刻蚀工艺还可以将参考图形转移至衬底4上形成光刻参考图形，例如第一参考图形31对应的第一光刻参考图形N21，第二参考图形32对应的第二光刻参考图形N22。如此，光刻监测图形N1中待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓还可以与第一光刻参考图形N21的刻蚀轮廓、第二光刻参考图形N22的刻蚀轮廓进行比较，以综合确定刻蚀工艺有无异常以及分析异常原因。

此外，在步骤S900中，还可以根据前述刻蚀轮廓的观测结果，确定目标图形的底部形貌，例如确定具有深度尺寸特征的结构的底部侧壁形貌等。

在一些实施例中，上述监测图形中待测图形交叠区域的显影轮廓的观测结果，以及光刻监测图形中待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓的观测结果，均可以采用扫描电子显微镜在线观测获得。

需要补充的是，对于监测图形2为刻蚀图形的一些实施例，该监测图形2可以采用了前述掩模版组中的各掩模版分别对待刻蚀结构直接进行刻蚀获得。相应地，该监测图形2的观测判定，可以参考前述监测图形2为光刻胶层中图形时的观测判定进行。本公开实施例对此不再展开详述。

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。

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

Claims (15)

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：图案区及位于所述图案区至少一侧的切割道；所述半导体结构还包括：位于所述图案区的设计图形，以及位于所述切割道的监测图形；其中，所述监测图形包括：由至少两个待测图形交叠形成的拼接图形。

2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，同一个所述监测图形内不同的所述待测图形采用不同曝光工艺或不同刻蚀工艺形成。

3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括：位于所述切割道的至少两个参考图形；

其中，所述参考图形和所述待测图形一一对应，且所述参考图形和对应的所述待测图形具有相同的形状及特征尺寸。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体结构，其特征在于，

所述图案区的数量为至少两个；

所述监测图形位于相邻所述图案区之间的所述切割道内；

所述监测图形内的各所述待测图形和相邻所述图案区内对应的所述设计图形具有相同的形状及特征尺寸。

5.根据权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，同一个所述监测图形内的各所述待测图形和相邻的所述图案区一一对应；同一个所述监测图形内的各所述待测图形交叠于同一区域。

6.根据权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，同一个所述监测图形内的各所述待测图形的形状及特征尺寸均相同。

7.根据权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，所述待测图形包括线性图形或孔形图形。

8.一种掩模版组，其特征在于，用于制备如权利要求1～7中任一项所述的半导体结构；其中，所述掩模版组包括：至少两个掩模版，且各所述掩模版均具有对应所述设计图形及对应所述监测图形中任一所述待测图形的掩模图形。

9.根据权利要求8所述的掩模版组，其特征在于，不同所述掩模版具有对应相同所述设计图形的所述掩模图形。

10.一种光刻制程的监测方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底具有图案区及位于所述图案区至少一侧的切割道；

于所述衬底上形成光刻胶层；

于所述图案区的所述光刻胶层中曝光显影形成设计图形，且同步于所述切割道的所述光刻胶层中曝光显影形成监测图形；其中，所述监测图形包括：由至少两个待测图形交叠形成的拼接图形，且不同所述待测图形至少采用不同曝光工艺形成；

观测所述监测图形中所述待测图形交叠区域的显影轮廓；

根据所述显影轮廓的观测结果，确定所述图案区所述设计图形的曝光工艺是否存在异常。

11.根据权利要求10所述的光刻制程的监测方法，其特征在于，还包括：

在形成所述监测图形的同时，于所述切割道的所述光刻胶层中曝光显影形成至少两个参考图形；所述参考图形和所述待测图形一一对应，且所述参考图形和对应的所述待测图形具有相同的形状及特征尺寸参考图形；

在观测所述监测图形中所述待测图形交叠区域的显影轮廓的同时，观测所述参考图形的显影轮廓；

其中，所述根据所述显影轮廓的观测结果，确定所述曝光工艺是否存在异常，还包括：将所述参考图形的显影轮廓的观测结果作为参考，确定所述监测图形中所述待测图形交叠区域的显影轮廓是否存在异常，以根据所述显影轮廓的异常确定对应所述曝光工艺的异常。

12.根据权利要求10所述的光刻制程的监测方法，其特征在于，所述确定所述曝光工艺是否存在异常，包括：确定所述曝光工艺的曝光量是否足够；

所述监测方法还包括：根据所述显影轮廓的观测结果，确定所述光刻胶层的显影是否完全。

13.根据权利要求10～12中任一项所述的光刻制程的监测方法，其特征在于，还包括：

于所述曝光工艺无异常时，采用刻蚀工艺将所述设计图形转移至所述衬底上形成目标图形，以及将所述监测图形转移至所述衬底上形成光刻监测图形；

观测所述光刻监测图形中所述待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓；

根据所述刻蚀轮廓的观测结果，确定所述刻蚀工艺是否存在异常。

14.根据权利要求13所述的光刻制程的监测方法，其特征在于，还包括：

根据所述刻蚀轮廓的观测结果，确定所述目标图形的底部形貌。

15.根据权利要求13所述的光刻制程的监测方法，其特征在于，所述监测图形中所述待测图形交叠区域的显影轮廓的观测结果，以及所述光刻监测图形中所述待测图形交叠区域对应的刻蚀轮廓的观测结果，均采用扫描电子显微镜观测获得。