CN104701212B - 检测刻蚀负载效应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测刻蚀负载效应的方法，通过预先定义密集沟槽结构、稀疏沟槽结构、完全刻蚀区和完全未刻蚀区等量测结构，然后光学线宽测量仪测量刻蚀后每个量测结构的量测参数，如关键尺寸、膜厚等，并通过简单数据处理即可得到刻蚀过程中该量测参数的负载效应。通过本发明的方法可以实时监控不同产品或刻蚀机台在刻蚀过程中的负载效应的变化，能够快速检测出刻蚀工艺或机台的异常情况，有利于维护刻蚀工艺的稳定性；同时，在新产品下线或新工艺开发过程中，也有利于快速确认刻蚀工艺的适用性。

Description

检测刻蚀负载效应的方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种检测刻蚀过程中负载效应的方法。
背景技术
随着集成电路工艺的发展以及关键尺寸不断缩小，半导体器件等比例缩小的技术也在不断的发展，尤其作为半导体器件等比例缩小的关键技术之一薄膜制备技术越来越受到工艺厂家的重视；半导体器件的等比例缩小不仅仅是把传统的器件结构缩小而已，同时也包括新型材料和器件结构在每个集成电路技术节点的引入。
刻蚀是半导体制造工艺中的一个相当重要的步骤，刻蚀决定了最终结构的关键尺寸(CD)。由于集成电路中芯片的图形密度存在差异，如图形稀疏区(isolation，简称ISO)和图形密集区(Dense)，在进行干法刻蚀时不同图形密度下的刻蚀速率就会有所差异，造成刻蚀形成的沟槽的深度和关键尺寸出现差异，这种情况就叫做负载效应(loading effect)。为了提高器件结构关键尺寸的精确性，减小不同图形密度区域之间关键尺寸的差异，提高器件性能，检测刻蚀过程中的负载效应，以便于做出后续适应性变化，是非常重要的。
目前，现有技术常用的检测是通过在线量测设备，如CDSEM(关键尺寸扫描电镜)、THK(膜厚机)。但是，这些设备只能单一的检测出特定结构的结果。例如，CDSEM只能量测出某种结构的关键尺寸，膜厚机台只能量测大块刻蚀区域在刻蚀后的薄膜厚度，而不能量测出密集图形区域在刻蚀后的薄膜厚度。因此，这些方法都无法给出因为图形密度不同在刻蚀中产生的差异。
此外，对于负载效应，现有的检测方法仅仅是通过对比不同结构的TEM(透射电镜)、SEM(扫描电镜)切片的结果来确认，无法进行实时有效的监测。特别是当刻蚀机台或工艺出现异常需要确认刻蚀过程中的负载效应时，如果要得到切片的结果，是一个费时、费力且高成本的过程。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种检测刻蚀负载效应的方法，用于实时监控刻蚀过程中的负载效应，能够快速检测出刻蚀工艺或机台的异常情况，有利于维护刻蚀工艺的稳定性。同时，在新产品下线或新工艺开发过程中，也有利于快速确认刻蚀工艺的适用性。
本发明提供的检测刻蚀负载效应的方法，其包括以下步骤：
在硅片中定义量测结构，所述量测结构包括密集沟槽结构(dense)、稀疏沟槽结构(iso)、完全刻蚀区(clear pad)和完全未刻蚀区(dark pad)；
对所述硅片进行刻蚀，以形成所述密集沟槽结构、稀疏沟槽结构、完全刻蚀区和完全未刻蚀区；
通过光学线宽测量仪(OCD)测量刻蚀后每个所述量测结构的量测参数，并计算刻蚀的负载效应。
进一步地，所述量测参数包括关键尺寸、膜厚和/或沟槽侧壁角度。
进一步地，所述刻蚀的负载效应包括膜厚负载效应、关键尺寸负载效应和/或沟槽侧壁角度负载效应。
进一步地，所述密集沟槽结构的膜厚负载效应为完全刻蚀区的膜厚与密集沟槽结构的膜厚的差值。
进一步地，所述稀疏沟槽结构的膜厚负载效应为完全刻蚀区的膜厚与稀疏沟槽结构的膜厚的差值。
进一步地，所述密集沟槽结构与稀疏沟槽结构之间的膜厚负载效应为密集沟槽结构的膜厚与稀疏沟槽结构的膜厚的差值。
进一步地，所述密集沟槽结构的关键尺寸负载效应为密集沟槽结构的关键尺寸与关键尺寸设计规则(design rule)的差值。
进一步地，所述稀疏沟槽结构的关键尺寸负载效应为稀疏沟槽结构的关键尺寸与关键尺寸设计规则的差值。
进一步地，所述密集沟槽结构与稀疏沟槽结构之间的关键尺寸负载效应为密集沟槽结构关键尺寸比关键尺寸设计规则与稀疏沟槽结构关键尺寸比关键尺寸设计规则之间的差值。
进一步地，所述方法还包括在测量前先在光学线宽测量仪中建立每个所述量测结构的数据库(library)。
本发明提供的检测刻蚀负载效应的方法，通过预先定义密集沟槽结构、稀疏沟槽结构、完全刻蚀区和完全未刻蚀区等量测结构，然后光学线宽测量仪测量刻蚀后每个量测结构的量测参数，如关键尺寸、膜厚等，并通过简单数据处理即可得到刻蚀过程中该量测参数的负载效应。通过本发明的方法可以实时监控不同产品或刻蚀机台在刻蚀过程中的负载效应的变化，能够快速检测出刻蚀工艺或机台的异常情况，有利于维护刻蚀工艺的稳定性；同时，在新产品下线或新工艺开发过程中，也有利于快速确认刻蚀工艺的适用性。
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是本发明检测刻蚀负载效应方法的流程示意图；
图2是本发明方法中密集沟槽结构中量测参数的示意图；
图3是本发明方法中稀疏沟槽结构中量测参数的示意图；
图4是本发明方法中完全刻蚀区中量测参数的示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本实施例的检测刻蚀负载效应的方法，用于检测刻蚀过程中各个参数的负载效应，其包括以下步骤：
在硅片中定义量测结构，量测结构包括密集沟槽结构、稀疏沟槽结构、完全刻蚀区和完全未刻蚀区；
对硅片进行刻蚀，以形成密集沟槽结构、稀疏沟槽结构、完全刻蚀区和完全未刻蚀区；
通过光学线宽测量仪测量刻蚀后每个量测结构的量测参数，并计算刻蚀的负载效应。
本实施例中的量测参数包括关键尺寸、膜厚以及沟槽侧壁角度，计算得到的刻蚀负载效应包括膜厚负载效应、关键尺寸负载效应和沟槽侧壁角度负载效应。请结合参阅图2至图4，图2中密集沟槽结构的量测参数包括膜厚、关键尺寸和沟槽侧壁角度，图3中稀疏沟槽结构的量测参数包括膜厚、关键尺寸和沟槽侧壁角度，图4中完全刻蚀区的量测参数包括膜厚，通过光学线宽测量仪测量这些参数之后，通过简单处理即可得到各个参数的负载效应。
具体地：密集沟槽结构的膜厚负载效应为完全刻蚀区的膜厚与密集沟槽结构的膜厚的差值，即反映刻蚀过程中密集沟槽结构的刻蚀深度是否小于或大于沟槽深度的设计规则。其中，完全未刻蚀区可以作为参照物。
同样的原理，稀疏沟槽结构的膜厚负载效应为完全刻蚀区的膜厚与稀疏沟槽结构的膜厚的差值，即反映刻蚀过程中稀疏沟槽结构的刻蚀深度是否小于或大于沟槽深度的设计规则；密集沟槽结构与稀疏沟槽结构之间的膜厚负载效应为密集沟槽结构的膜厚与稀疏沟槽结构的膜厚的差值，即反映刻蚀过程中稀疏沟槽结构的刻蚀深度是否小于或大于密集沟槽结构的刻蚀深度，反映图形密度差异导致的沟槽深度的差异。
另一方面，密集沟槽结构的关键尺寸负载效应为密集沟槽结构的关键尺寸与关键尺寸设计规则的差值，即反映刻蚀过程中密集沟槽结构的关键尺寸是否大于或小于关键尺寸的设计规则。其中，关键尺寸设计规则可以预设或预存于光学线宽测量仪中。
同样的原理，稀疏沟槽结构的关键尺寸负载效应为稀疏沟槽结构的关键尺寸与关键尺寸设计规则的差值，即反映刻蚀过程中稀疏沟槽结构的关键尺寸是否大于或小于关键尺寸的设计规则；密集沟槽结构与稀疏沟槽结构之间的关键尺寸负载效应为密集沟槽结构关键尺寸比(除以)关键尺寸设计规则与稀疏沟槽结构关键尺寸比(除以)关键尺寸设计规则之间的差值，即反映刻蚀过程中稀疏沟槽结构的关键尺寸与密集沟槽结构的关键尺寸之间的关系，反映图形密度差异导致的关键尺寸的差异。
在实际应用中，为了便于光学线宽测量仪对每个量测结构的量测参数进行测量和分类统计，本实施例的方法较佳地还包括在测量前先在光学线宽测量仪中建立每个所述量测结构的数据库。
本实施例的检测刻蚀负载效应的方法可以实时、方便、快捷且有效地监控刻蚀过程中的负载效应。

Claims (8)

1.一种检测刻蚀负载效应的方法，用于实时监控刻蚀过程中的负载效应，其特征在于，其包括以下步骤：
在硅片中定义量测结构，所述量测结构包括密集沟槽结构、稀疏沟槽结构、完全刻蚀区和完全未刻蚀区；
对所述硅片进行刻蚀，以形成所述密集沟槽结构、稀疏沟槽结构、完全刻蚀区和完全未刻蚀区；
通过光学线宽测量仪测量刻蚀后每个所述量测结构的量测参数，且以每个所述量测结构的在完全未刻蚀区的负载效应作为参照物，计算刻蚀的每个所述量测结构的在完全刻蚀区的负载效应，以检测出刻蚀工艺或机台的异常情况；其中，所述量测参数包括关键尺寸、膜厚和/或沟槽侧壁角度；所述刻蚀的负载效应包括膜厚负载效应、关键尺寸负载效应和/或沟槽侧壁角度负载效应。
2.根据权利要求1所述的检测刻蚀负载效应的方法，其特征在于：所述密集沟槽结构的膜厚负载效应为完全刻蚀区的膜厚与密集沟槽结构的膜厚的差值。
3.根据权利要求1所述的检测刻蚀负载效应的方法，其特征在于：所述稀疏沟槽结构的膜厚负载效应为完全刻蚀区的膜厚与稀疏沟槽结构的膜厚的差值。
4.根据权利要求1所述的检测刻蚀负载效应的方法，其特征在于：所述密集沟槽结构与稀疏沟槽结构之间的膜厚负载效应为密集沟槽结构的膜厚与稀疏沟槽结构的膜厚的差值。
5.根据权利要求1所述的检测刻蚀负载效应的方法，其特征在于：所述密集沟槽结构的关键尺寸负载效应为密集沟槽结构的关键尺寸与关键尺寸设计规则的差值。
6.根据权利要求1所述的检测刻蚀负载效应的方法，其特征在于：所述稀疏沟槽结构的关键尺寸负载效应为稀疏沟槽结构的关键尺寸与关键尺寸设计规则的差值。
7.根据权利要求1所述的检测刻蚀负载效应的方法，其特征在于：所述密集沟槽结构与稀疏沟槽结构之间的关键尺寸负载效应为密集沟槽结构关键尺寸比关键尺寸设计规则与稀疏沟槽结构关键尺寸比关键尺寸设计规则之间的差值。
8.根据权利要求1至7任一项所述的检测刻蚀负载效应的方法，其特征在于：所述方法还包括在测量前先在光学线宽测量仪中建立每个所述量测结构的数据库。
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