CN102436149A

CN102436149A - 确定光刻工艺窗口的方法

Info

Publication number: CN102436149A
Application number: CN2011102502795A
Authority: CN
Inventors: 毛智彪; 王剑; 戴韫青
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明提出一种确定光刻工艺窗口的方法，即一种通过对柏桑（Bossung）曲线和光刻胶线条顶部和底部线宽比的综合考量来确定光刻工艺窗口的方法。其步骤如下：用扫描式电子显微镜分别量测在不同曝光区内的选定的光刻胶线条的顶部和底部的线条线宽；计算在不同曝光区内的选定的光刻胶线条顶部和底部的线宽比；并根据可接受的底部线条线宽和光刻胶线条顶部和底部的线宽比的标准确定可用于生产的曝光量和离焦量范围。本发明涉及的方法通过增加光刻胶线条顶部和底部的线宽比的条件，避免了线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀的情况，提高了光刻工艺窗口的准确性，保证了产品的良率和质量，非常适于实用。

Description

确定光刻工艺窗口的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺，特别是涉及一种确定光刻工艺窗口的方法。

背景技术

半导体工业中有多种方法确定最佳光刻曝光和剂量条件，用以认证特定的各级掩膜和工艺。最常用的光刻方法是聚焦与曝光量矩阵（FEM）和工艺窗口认证（PWQ）。通常，根据在柏桑（Bossung）图上分析CD测量结果，聚焦与曝光量矩阵（FEM）用每一芯片的少数几个位置确定最佳剂量和焦距。即使这是光刻优化的良好起点，得到的信息也局限于事先确定的芯片特定位置，没有有关芯片其它位置图形受何影响的信息。这样，即使在所谓最佳聚焦和剂量条件下，图形缺陷仍可能存在。在完成PWC（工艺窗口对中）和工艺窗口认证（PWQ）后的实际工艺窗口一般比仅用聚焦与曝光量矩阵（FEM）和CD输出预测的窗口要小得多。

工艺窗口认证（PWQ）方法用来提供大量的缺陷特性，以确定聚焦和剂量的绝对最佳条件。这是考虑了整个芯片的缺陷和捕捉所有可能的系统性缺陷后达到的。为了确定最佳曝光条件，工艺窗口认证（PWQ）要求亮场（BF）检测的独特特征、检测和分析、以及重要的工程资源。工艺窗口认证（PWQ）的价值在于对系统性缺陷和工艺边缘性的早期完全检测。但是，这种完全的定性在工艺开发早期常常不能保证，因为有成千上万的边缘性工艺缺陷存在。

PWC（工艺窗口对中）给开发工程师提供了一个快速解决高缺陷早期学习挑战的方法。此方法包含在flopdown 晶圆或短循环晶圆上刻印特殊的聚焦或曝光行条带，以及随后对随机缺陷的检查测量。这种一阶缺陷近似提供了早期开发环境的快速解决方法，能在掩膜更新或工艺变化的任何时刻启用，以保证最佳光刻对中始终在用。此后，在集成工艺充分开发延续前（当然也是在生产提升前），保证了工艺窗口认证（PWQ）的完全特性描述。PWC（工艺窗口对中）方法是可用于光刻机更好地了解和描述早期工艺窗口的另一工具和方法，在聚焦与曝光量矩阵（FEM）CD特性描述和工艺窗口认证（PWQ）间插入用于系统性缺陷检测最佳。

随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸不断缩小到纳米级，生产工艺也越来越复杂。生产中的诸多因素会导致特征尺寸的变化，进而导致晶体管性能的变化，影响良率。先进光刻工艺不但要能够提供解析特征尺寸线宽的技术能力，还要有保证特征尺寸线宽均匀度和稳定度的能力。在芯片的大规模生产中保证特征尺寸线宽均匀度和稳定度对稳定产品良率有十分重要的意义。为了保证稳定的产品良率，需要准确确定光刻工艺窗口，避免在工艺窗口边缘可能产生的产品质量问题。

现在使用的光刻工艺窗口的确定方法是制作柏桑（Bossung）曲线图，从该曲线图确认可用于生产的曝光量和离焦量的范围。柏桑（Bossung）曲线图的制作方法是在硅片的不同区域设置不同的曝光量和离焦量，对硅片上的光刻胶曝光和显影后，量测不同区域特征尺寸的线宽，并将线宽测量值记录在以曝光量和离焦量为轴的二维图中。光刻胶的线宽反映了光刻胶的二维特征，但是不能反映光刻胶的三维形貌。随着离焦量的变化，光刻胶的形貌会发生很大的变化。在线宽满足要求的情况下，光刻胶的形貌可能已经不能满足抵抗刻蚀的要求。以线宽测量值来确定光刻工艺窗口的方法，其准确性必然会受到线宽二维特征的局限。为了准确确定光刻工艺窗口，需要引入描述光刻胶形貌的参数。扫描式电子显微镜是量测特征尺寸的线宽的主要设备。扫描式电子显微镜不能直接给出光刻胶的形貌参数。但是可以通过测量光刻胶的顶部和底部的线宽间接地描述光刻胶的形貌。引入反映光刻胶的三维形貌的参数可以提高确认光刻工艺窗口的准确性。

本发明提出一种通过对柏桑（Bossung）曲线和光刻胶线条顶部和底部线宽比的综合考量来确定光刻工艺窗口的方法。随着离焦量的变化，光刻胶形貌会发生很大变化。仅根据不同曝光量和离焦量下的线宽来确定光刻工艺窗口会出现线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀的情况。引入光刻胶线条顶部和底部线宽比的判断条件可以有效避免上述情况的发生。综合考量柏桑（Bossung）曲线和光刻胶线条顶和底线宽比，达到了提高确定光刻工艺窗口的准确性，从而保证了产品的良率和质量的目的。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种确定光刻工艺窗口的方法，通过对柏桑（Bossung）曲线和光刻胶线条顶部和底部线宽比的确定可用于生产的曝光量和离焦量范围。本发明涉及的方法通过增加光刻胶线条顶部和底部的线宽比的条件，避免了线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀的情况，提高了光刻工艺窗口的准确性，保证了产品的良率和质量，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出的一种确定光刻工艺窗口的方法，即一种确定可用于生产的曝光量和离焦量范围的方法，其工艺步骤如下：

1）选定要量测的孤立线和密集线；

2）制作量测柏桑（Bossung）曲线的硅片；

3）用扫描式电子显微镜分别量测在不同曝光区内的选定的光刻胶线条的顶部和底部的线条线宽；

4）用光刻胶底部的线条线宽制作柏桑（Bossung）曲线；

5）计算在不同曝光区内的选定的光刻胶线条顶部和底部的线宽比；

6）根据可接受的底部线条线宽和光刻胶线条顶部和底部的线宽比的标准确定可用于生产的曝光量和离焦量范围。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现：

前述的步骤（1）中量测的孤立线和密集线在芯片主图形区内选定。

前述的步骤（1）中量测的孤立线和密集线在监测图形区内选定。

前述的步骤（3）中光刻胶线条的线宽尺寸为当层光刻工艺的特征尺寸。

前述的步骤（4）中柏桑（Bossung）曲线的制作方法是通过在同一片硅片的不同曝光区设置不同的曝光量和离焦量，曝光和显影后，用扫描式电子显微镜量测各区域的线条线宽。

前述的步骤（5）中光刻胶线条顶和底线的线宽比，其量测是用扫描式电子显微镜对步骤（3）中所述的不同曝光区的光刻胶线条的顶部和底部分别量测线条线宽，并计算线宽比。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1绘示光刻胶线条顶部和底部的线条线宽的结构图。

图2绘示光刻胶的线条线宽柏桑（Bossung）曲线。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的确定光刻工艺窗口的方法，即一种确定可用于生产的曝光量和离焦量范围的方法，详细说明如下。

本发明的不同实施例将详述如下，以实施本发明的不同的技术特征，可理解的是，以下所述的特定实施例的单元和配置用以简化本发明，其仅为范例而不限制本发明的范围。

在芯片主图形区内选定选定要量测的孤立线和密集线，制作量测柏桑（Bossung）曲线的硅片；用扫描式电子显微镜分别量测在不同曝光区内的选定的光刻胶线条的顶部线条线宽（1）和底部线条线宽（2）。通过在同一片硅片的不同曝光区设置不同的曝光量和离焦量，曝光和显影后，用扫描式电子显微镜量测各区域的线条线宽，用光刻胶底部的线条线宽制作柏桑（Bossung）曲线；用扫描式电子显微镜对上述不同曝光区的光刻胶线条的顶部和底部分别量测线条线宽，并计算在不同曝光区内的选定的光刻胶线条顶部和底部的线宽比。最后根据可接受的底部线条线宽和光刻胶线条顶部和底部的线宽比的标准确定可用于生产的曝光量和离焦量范围，从而确定光刻工艺窗口。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims

1.一种确定光刻工艺窗口的方法，即一种确定可用于生产的曝光量和离焦量范围的方法，其特征在于：其工艺步骤如下：

1）选定要量测的孤立线和密集线；

2）制作量测柏桑（Bossung）曲线的硅片；

4）用光刻胶底部的线条线宽制作柏桑（Bossung）曲线；

2.如权利要求1所述的一种确定光刻工艺窗口的方法，其特征在于：所述步骤（1）中量测的孤立线和密集线在芯片主图形区内选定。

3.如权利要求1所述的一种确定光刻工艺窗口的方法，其特征在于：所述步骤（1）中量测的孤立线和密集线在监测图形区内选定。

4.如权利要求1所述的一种确定光刻工艺窗口的方法，其特征在于：所述步骤（3）中光刻胶线条的线宽尺寸为当层光刻工艺的特征尺寸。

5.如权利要求1所述的一种确定光刻工艺窗口的方法，其特征在于：所述步骤（4）中柏桑（Bossung）曲线的制作方法是通过在同一片硅片的不同曝光区设置不同的曝光量和离焦量，曝光和显影后，用扫描式电子显微镜量测各区域的线条线宽。

6.如权利要求1所述的一种确定光刻工艺窗口的方法，其特征在于：所述步骤（5）中光刻胶线条顶和底线的线宽比，其量测是用扫描式电子显微镜对步骤（3）中所述的不同曝光区的光刻胶线条的顶部和底部分别量测线条线宽，并计算线宽比。