CN103488060A

CN103488060A - 确定光刻曝光离焦量的方法

Info

Publication number: CN103488060A
Application number: CN201310461184.7A
Authority: CN
Inventors: 毛智彪; 智慧
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: CN103488060B

Abstract

本发明一种确定光刻曝光离焦量的方法，通过制作光刻胶线条线宽Bossung曲线和光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线，并根据可接受的光刻胶线条线宽和光刻胶形貌在两条Bossung曲线上分别选取第一曝光离焦量区域和第二曝光离焦量区域，然后于第一曝光离焦量区域内选取第一离焦量，第二曝光离焦量区域内选取第二离焦量，并取第一离焦量和第二离焦量的平均值，就得到最佳光刻曝光离焦量。因此，本发明在避免了由线宽确定光刻曝光离焦量时出现线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀这一问题的前提下，快速精确确定最佳的光刻曝光离焦量，提高了光刻工艺的稳定性，保证了产品良率及质量。

Description

确定光刻曝光离焦量的方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种确定光刻曝光离焦量的方法。

背景技术

光刻是制造半导体器件和大规模集成电路的关键工艺之一。通常，光刻工艺包括使用光致抗蚀剂（或光刻胶）层涂覆半导体晶片（或衬底）和通过具有集成电路图像的光掩模使用光化性光源（比如准分子激光、汞灯等）将光致抗蚀剂曝光，其不但要具有解析特征尺寸线宽的技术能力，还要具有保证特征尺寸线宽均匀度和稳定度的能力。尤其在芯片的大规模生产中，如何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。因此，为保证稳定的产品良率，常通过准确确定光刻工艺窗口和曝光条件来实现。其中，光刻工艺窗口是指可用于生产的曝光量和离焦量范围，曝光条件是指生产时所设定的曝光量和离焦量。

目前，常通过制作Bossung曲线图（如图1所示）来确定光刻工艺的曝光条件，并从该曲线图上确定实际生产时所设定的曝光量和离焦量。其中，Bossung曲线图的制作方法是指在硅片的不同区域设置不同的曝光量和离焦量，并对硅片上的光刻胶曝光和显影后，用扫描式电子显微镜量测不同区域特征尺寸的线宽，然后将不同曝光量下的线宽测量值记录在以线宽和离焦量为轴的二维图中，并以可接受的光刻胶线条线宽的标准确定可用于生产的离焦量。而光刻胶的线宽仅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（如图2）。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后续工艺的要求（如抵抗刻蚀、阻挡离子注入）。因此，以线宽测量值来确定曝光离焦量的方法，会存在其准确性受到线宽二维特征局限的问题。

为了准确确定光刻曝光离焦量，需要引入描述光刻胶形貌的参数。一种是直接采用扫描式电子显微镜来量测。其中，单次扫描式电子显微镜扫描并不能直接给出光刻胶的形貌参数，但是通过在光刻胶垂直方向不同截面的多次测量，并利用不同截面的多个光刻胶线宽值可以描述光刻胶的形貌。另一种是间接通过量测光刻胶线条侧墙宽度来描述光刻胶的形貌，如图3所示，其反应了光刻胶线条的线宽1和侧墙宽度2。美国专利US2003215725A1公示了利用光刻胶线条顶部和底部线宽比值变化的极值点或利用光刻胶图形侧墙宽度变化的极值点来精确确定焦深范围的上限。中国专利201110250279.5利用光刻胶线条顶部和底部线宽比值变化精确确定了可用于生产的真实焦深范围。虽然，以上专利通过引入光刻胶线条顶部和底部线宽比的判断条件，有效地避免了仅根据线宽来确定光刻曝光离焦量时，出现线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀的情况，但是在实际生产中最佳光刻曝光的离焦量不一定是光刻工艺窗口的中间值。因此，如何在避免根据线宽来确定光刻曝光离焦量时出现线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀这一问题的前提下，快速精确确定最佳的光刻曝光离焦量，以提高光刻工艺的稳定性和保证产品良率及质量是本领域技术人员需要解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的为，针对上述问题，提出了一种确定光刻曝光离焦量的方法，该方法通过对光刻胶线条线宽Bossung曲线和光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线的综合考量，在避免了根据线宽来确定光刻曝光离焦量时出现线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀这一问题的前提下，快速精确确定最佳的光刻曝光离焦量，以提高光刻工艺的稳定性和保证产品良率及质量。

为实现上述目的，本发明一种确定光刻曝光离焦量的方法，包括如下步骤：

步骤S01，在硅片上选取用于形成具有目标线宽的光刻胶线条；

步骤S02，经曝光和显影后，量测不同曝光区内所述光刻胶线条的线宽和侧墙宽度；

步骤S03，制作所述光刻胶线条线宽的Bossung曲线以及所述光刻胶线条侧墙宽度的Bossung曲线；

步骤S04，根据可接受的所述光刻胶线条线宽与目标线宽的差值范围，在所述光刻胶线条线宽Bossung曲线上确定第一曝光离焦量区域，以及

根据可接受的所述光刻胶线条侧墙宽度范围，在所述光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线上确定第二曝光离焦量区域；

步骤S05，然后，于所述第一曝光离焦量区域内选取第一离焦量，第二曝光离焦量区域内选取第二离焦量，并取所述第一离焦量和第二离焦量的平均值，就得到光刻曝光离焦量。

进一步地，所述光刻胶线条位于所述硅片的主图形区或监测图形区。

进一步地，所述光刻胶线条为孤立线条或密集线条。

进一步地，所述量测不同曝光区内所述光刻胶线条的线宽和侧墙宽度是用扫描式电子显微镜来量测的。

进一步地，所述不同曝光区内的离焦量不同，其他条件均相同。

进一步地，所述第一离焦量为所述光刻胶线条线宽Bossung曲线上线条线宽与目标线宽差值最小处。

进一步地，所述第二离焦量为所述光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线上侧墙宽度最小处。

从上述技术方案可以看出，本发明一种确定光刻曝光离焦量的方法，通过制作光刻胶线条线宽Bossung曲线和光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线，并根据可接受的光刻胶线条线宽和光刻胶形貌在两条Bossung曲线上分别选取第一曝光离焦量区域和第二曝光离焦量区域，然后于第一曝光离焦量区域内选取第一离焦量，第二曝光离焦量区域内选取第二离焦量，取第一离焦量和第二离焦量的平均值，就得到了最佳光刻曝光离焦量。因此，本发明在避免了由线宽确定光刻曝光离焦量时出现线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀这一问题的前提下，快速精确确定最佳的光刻曝光离焦量，提高了光刻工艺的稳定性，保证了产品良率及质量。

附图说明

为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：

图1是光刻图形的Bossung曲线示意图；

图2是不同离焦量条件下光刻胶形貌示意图；

图3是光刻胶线条的剖面图；

图4是本发明确定光刻曝光离焦量的光刻胶线条线宽Bossung曲线和光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

上述及其它技术特征和有益效果，将结合附图4对本发明确定光刻曝光离焦量的方法进行详细说明。

本发明一种确定光刻曝光离焦量的方法，包括如下步骤：

步骤S01，在硅片上选取用于形成具有目标线宽的光刻胶线条。

具体来说，也就是在硅片上涂布一层光刻胶，通过具有集成电路图像的光掩模并使用光化性光源（比如准分子激光、汞灯等）将该光刻胶曝光，形成具有图形化的光刻胶。然后，选取用来形成具有目标线宽的光刻胶线条。

在本实施中，上述光刻胶线条可以位于硅片的主图形区，也可以位于监测图形区；上述光刻胶线条可以为孤立线条，也可以为密集线条。

步骤S02，经曝光和显影后，量测不同曝光区内光刻胶线条的线宽和侧墙宽度。

在本实施例中，硅片上的不同曝光区内光刻胶线条的线宽和侧墙宽度是通过扫描式电子显微镜来量测的，其中上述光刻胶线条的线宽可以为该光刻胶线条的顶部宽度，也可以为该光刻胶线条的底部宽度，更近一步地，上述光刻胶线条的线宽为该光刻胶线条的顶部宽度。优选地，在使用扫描式电子显微镜来量测同一片硅片上的不同曝光区内光刻胶线条的线宽和侧墙宽度之前，还包括对上述光刻胶线条的曝光和显影工艺过程。另外，上述不同曝光区内所设置的离焦量不同，其他条件均相同。

步骤S03，制作光刻胶线条线宽的Bossung曲线以及光刻胶线条侧墙宽度的Bossung曲线。

具体来说，为便于对光刻胶线条线宽的Bossung曲线和光刻胶线条侧墙宽度的Bossung曲线进行综合考量，将光刻胶线条线宽的Bossung曲线和光刻胶线条侧墙宽度的Bossung曲线置于同一坐标系下，以快速准确的确定光刻曝光的离焦量。其中，上述光刻胶线条线宽的Bossung曲线是根据所测量出的光刻胶线条线宽来制作的，上述光刻胶线条侧墙宽度的Bossung曲线是根据所测量出的光刻胶线条侧墙宽度来制作的。

步骤S04，根据可接受的光刻胶线条线宽与目标线宽的差值范围，在光刻胶线条线宽Bossung曲线上确定第一曝光离焦量区域，以及根据可接受的光刻胶线条侧墙宽度范围，在光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线上确定第二曝光离焦量区域。

在本实施例中，根据可接受的光刻胶线条线宽与目标线宽的差值范围，在光刻胶线条线宽Bossung曲线上确定可用于生产的离焦量区域，即第一曝光离焦量区域。具体地，可接受的光刻胶线条线宽与目标线宽的差值范围为-10μm到10μm。根据可接受的光刻胶线条侧墙宽度范围，在光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线上确定可用于生产的离焦量区域，即第二曝光离焦量区域。具体地，可接受的光刻胶线条侧墙宽度范围为-0.1μm到0.1μm。

步骤S05，然后，于第一曝光离焦量区域内选取第一离焦量，第二曝光离焦量区域内选取第二离焦量，并取上述第一离焦量和第二离焦量的平均值，就得到光刻曝光离焦量。

如图4所示，在光刻胶线条线宽Bossung曲线上的第一曝光离焦量区域内选取第一离焦量A，其中，该第一离焦量A为光刻胶线条线宽Bossung曲线上线条线宽与目标线宽差值最小处的离焦量，也即该光刻胶线条线宽Bossung曲线的拐点所对应的离焦量。在光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线上的第二曝光离焦量区域内选取第二离焦量B，其中，该第二离焦量B为光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线上侧墙宽度最小处的离焦量，也即该光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线上侧墙宽度为0处所对应的离焦量。

根据上述的第一离焦量A和第二离焦量B，取此二者的平均值为第三离焦量C，即得到了最佳光刻曝光的离焦量。

综上所述，本发明一种确定光刻曝光离焦量的方法，通过制作光刻胶线条线宽Bossung曲线和光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线，并根据可接受的光刻胶线条线宽和光刻胶形貌在两条Bossung曲线上分别选取第一曝光离焦量区域和第二曝光离焦量区域，然后于第一曝光离焦量区域内选取第一离焦量，第二曝光离焦量区域内选取第二离焦量，并取第一离焦量和第二离焦量的平均值，就得到最佳光刻曝光离焦量。因此，本发明在避免了由线宽确定光刻曝光离焦量时出现线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀这一问题的前提下，快速精确确定最佳的光刻曝光离焦量，提高了光刻工艺的稳定性，保证了产品良率及质量。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种确定光刻曝光离焦量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种确定光刻曝光离焦量的方法，其特征在于，所述光刻胶线条位于所述硅片的主图形区或监测图形区。

3.根据权利要求1所述的一种确定光刻曝光离焦量的方法，其特征在于，所述光刻胶线条为孤立线条或密集线条。

4.根据权利要求1所述的一种确定光刻曝光离焦量的方法，其特征在于，所述量测不同曝光区内所述光刻胶线条的线宽和侧墙宽度是用扫描式电子显微镜来量测的。

5.根据权利要求1所述的一种确定光刻曝光离焦量的方法，其特征在于，所述不同曝光区内的离焦量不同，其他条件均相同。

6.根据权利要求1所述的一种确定光刻曝光离焦量的方法，其特征在于，所述第一离焦量为所述光刻胶线条线宽Bossung曲线上线条线宽与目标线宽差值最小处。

7.根据权利要求1所述的一种确定光刻曝光离焦量的方法，其特征在于，所述第二离焦量为所述光刻胶线条侧墙宽度Bossung曲线上侧墙宽度最小处。