CN112949236A - 刻蚀偏差的计算方法以及计算系统 - Google Patents
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Abstract
一种刻蚀偏差的计算方法以及计算系统，刻蚀偏差的计算方法包括：提供基底，包括待刻蚀层及位于待刻蚀层上的掩膜图形，基底包括待测量区域，待测量区域的掩膜图形包括多个第一待测量图形；获取第一待测量图形的光刻后线宽平均值；以掩膜图形为掩膜刻蚀待刻蚀层形成目标图形，与第一待测量图形对应的为第二待测量图形；获取第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；建立计算模型并获取第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，计算模型包括线宽校正项，适于补偿待测量区域中不同位置的第二待测量图形的实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量；计算光刻后线宽平均值和任一第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值作为刻蚀偏差。本发明提高刻蚀偏差的计算精度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种刻蚀偏差的计算方法以及计算系统。
背景技术
表征集成电路制造技术的一个关键参数为最小特征尺寸，即关键尺寸(criticaldimension，CD)。随着关键尺寸的缩小，关键尺寸的偏差对器件性能的影响也越来越大。
掩膜图形的光刻后关键尺寸通过ADI(after develop inspection)CD来表征，以所述掩膜图形的为掩膜刻蚀待刻蚀层，以形成目标图形后，所述目标图形的刻蚀后关键尺寸通过AEI(after etch inspection)CD来表征，ADI CD和AEI CD的差值用于表征刻蚀偏差(etch bias)。
刻蚀偏差由ADI CD和AEI CD的差值决定，ADI CD的变化会直接导致AEI CD发生变化，且AEI CD又会对器件的性能产生影响，因此，在半导体器件的实际制造过程中，刻蚀偏差是影响器件性能的一个重要参数。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供一种刻蚀偏差的计算方法以及计算系统，提高刻蚀偏差的计算精度。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种刻蚀偏差的计算方法，包括：提供基底，包括待刻蚀层以及形成于所述待刻蚀层上的多个掩膜图形，所述掩膜图形利用光刻工艺所形成，所述基底包括待测量区域，且在所述待测量区域中，所述掩膜图形中包括多个待测量的第一待测量图形；获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值；获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值后，以所述掩膜图形为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形，其中，与所述第一待测量图形相对应的所述目标图形作为第二待测量图形；获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；建立计算模型并利用所述计算模型获取每一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的所述实际刻蚀后线宽与所述刻蚀后线宽平均值的偏差量；计算所述光刻后线宽平均值和任一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差。
相应的，本发明实施例还提供一种刻蚀偏差的计算系统，包括：形成单元，用于形成基底，所述基底包括待刻蚀层以及形成于所述待刻蚀层上的多个掩膜图形，所述掩膜图形利用光刻工艺所形成，所述基底包括待测量区域，且在所述待测量区域中，所述掩膜图形中包括多个待测量的第一待测量图形；第一测量单元，用于获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值；刻蚀单元，用于以所述掩膜图形为掩膜、采用刻蚀工艺刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形，其中，与所述第一待测量图形相对应的所述目标图形作为第二待测量图形；第二测量单元，用于获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；建模单元，用于建立计算模型，所述计算模型用于获取每一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的所述实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量；计算单元，用于计算所述光刻后线宽平均值和任一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供一种刻蚀偏差的计算方法，用于在以掩膜图形为掩膜刻蚀待刻蚀层，形成与掩膜图形相对应的多个目标图形之后，计算掩膜图形中的第一待测量图形的光刻后线宽平均值和任一个第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差，且在计算过程中，利用计算模型获取所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量；其中，在半导体领域中，光刻后线宽平均值与每一个第一待测量图形的栅极光刻后线宽几乎相等，但是，第二待测量图形的实际刻蚀后线宽会随其在待测量区域中的位置而发生改变，从而影响刻蚀后线宽平均值的精度，因此，与利用光刻后线宽平均值和刻蚀后线宽平均值的差值来计算刻蚀偏差的方案相比，本发明实施例通过利用包含有线宽校正项的计算模型来获取所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，并利用实际刻蚀后线宽来计算刻蚀偏差，以减小第二待测量图形在待测量区域中的位置对刻蚀偏差的计算精度的影响，从而提高了刻蚀偏差的计算精度。
附图说明
图1是一种用于获得刻蚀后线宽的待测量区域的俯视图；
图2是采用一种线宽测量方式获得的实际刻蚀后线宽和刻蚀后线宽的比较图；
图3是本发明刻蚀偏差的计算方法一实施例的流程图；
图4和图5是图3所示实施例中步骤S1对应的结构示意图；
图6和图7是图3所示实施例中步骤S2对应的结构示意图；
图8和图9是图3所示实施例中步骤S3对应的结构示意图；
图10和图11是图3所示实施例中步骤S4对应的结构示意图；
图12是图3所示实施例中步骤S5中计算模型的拟合曲线图；
图13是是本发明刻蚀偏差的计算系统一实施例的功能框图。
具体实施方式
由背景技术可知，掩膜图形的光刻后关键尺寸通过光刻后线宽来表征，以所述掩膜图形为掩膜刻蚀待刻蚀层，形成目标图形后，所述目标图形的刻蚀后关键尺寸通过刻蚀后线宽来表征，光刻后线宽和刻蚀后线宽的差值用于表征刻蚀偏差。此处，光刻后线宽通常为多个待测量图形的光刻后线宽平均值，刻蚀后线宽也是多个待测量图形的刻蚀后线宽平均值。
但是，目前刻蚀偏差的计算精度有待提高。现结合图1和图2分析刻蚀偏差的计算精度有待提高的原因。
参考图1，示出了一种用于获得刻蚀后线宽的待测量区域10的俯视图，待测量区域10中形成有多个目标图形20，所述目标图形20的延伸方向为第一方向(如图1中y方向所示)，与所述第一方向相垂直的方向为第二方向(如图1中x方向所示所示)，所述多个目标图形20沿所述第二方向平行排列，且所述待测量区域10在所述第二方向上的任一边界适于作为起始位置(未标示)。
所述目标图形20中的部分图形作为待测量图形(未标示)，所述待测量图形用于进行线宽测量。在半导体领域中，通常采用CDSEM(critical dimension scanningelectronic microscope，关键尺寸扫描电子显微镜)测量的方式获取多个待测量图形沿第二方向的实际刻蚀后线宽w、并计算所述多个待测量图形的实际刻蚀后线宽w的平均值作为刻蚀后线宽平均值，且在半导体结构的实际制造过程中，通常以所获得的刻蚀后线宽平均值用来表征整个测量区域10中各目标图形20的实际刻蚀后线宽w。
但是，如图2所示，图2是采用一种线宽测量方式获得的实际刻蚀后线宽和刻蚀后线宽平均值的比较图，横坐标是每一个待测量图形至待测量区域起始位置的距离，纵坐标是待测量图形的实际刻蚀后线宽，虚线表示该待测量区域的中心位置，点划线表示通过CDSEM测量的方式获得的刻蚀后线宽平均值。
由图2可知，目标图形的实际刻蚀后线宽的均一性较差，目标图形的实际刻蚀后线宽会随其在待测量区域中的位置而发生改变，这就导致通过CDSEM测量的方式获得的刻蚀后线宽平均值的精度变低，所获得的刻蚀后线宽平均值无法用于表征每一个目标图形的实际刻蚀后线宽。而目前的刻蚀偏差由光刻后线宽平均值和刻蚀后线宽平均值的差值来表征，这相应导致刻蚀偏差的计算精度下降，该刻蚀偏差不能如实反映实际的工艺情况。
为了解决所述技术问题，本发明实施例提供一种刻蚀偏差的计算方法，用于在以掩膜图形为掩膜刻蚀待刻蚀层，形成与掩膜图形相对应的多个目标图形之后，计算掩膜图形中的第一待测量图形的光刻后线宽平均值和任一个第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差，且在计算过程中，利用计算模型获取所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量；其中，在半导体领域中，光刻后线宽平均值与每一个第一待测量图形的栅极光刻后线宽几乎相等，但是，第二待测量图形的实际刻蚀后线宽会随其在待测量区域中的位置而发生改变，从而影响刻蚀后线宽平均值的精度，因此，与利用光刻后线宽平均值和刻蚀后线宽平均值的差值来计算刻蚀偏差的方案相比，本发明实施例通过利用包含有线宽校正项的计算模型来获取所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，并利用实际刻蚀后线宽来计算刻蚀偏差，以减小第二待测量图形在待测量区域中的位置对刻蚀偏差的计算精度的影响，从而提高了刻蚀偏差的计算精度
参考图3，示出了本发明刻蚀偏差的计算方法一实施例的流程图。本实施例所述刻蚀偏差的计算方法包括以下基本步骤：
步骤S1：提供基底，包括待刻蚀层以及形成于所述待刻蚀层上的多个掩膜图形，所述掩膜图形利用光刻工艺所形成，所述基底包括待测量区域，且在所述待测量区域中，所述掩膜图形中包括多个待测量的第一待测量图形；
步骤S2：获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值；
步骤S3：获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值后，以所述掩膜图形为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形，其中，与所述第一待测量图形相对应的所述目标图形作为第二待测量图形；
步骤S4：获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；
步骤S5：建立计算模型并利用所述计算模型获取每一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的所述实际刻蚀后线宽与所述刻蚀后线宽平均值的偏差量；
步骤S6：计算所述光刻后线宽平均值和任一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
结合参考图4和图5，图5是图4的俯视图，执行步骤S1，提供基底(未标示)，包括待刻蚀层250以及形成于待刻蚀层250上的多个掩膜图形300，所述掩膜图形300利用光刻工艺所形成，所述基底包括待测量区域100t，且在所述待测量区域100t中，所述掩膜图形300中包括多个待测量的第一待测量图形310。
所述待刻蚀层250用于形成目标图形，即后续以所述掩膜图形300为掩膜刻蚀所述待刻蚀层250，形成与所述掩膜图形300相对应的多个目标图形。
本实施例中，所述待刻蚀层250为栅极材料层，用于形成栅极结构。作为一种示例，所述待刻蚀层250的材料为多晶硅。
本实施例中，采用沉积工艺形成所述待刻蚀层250，所述沉积工艺可以为化学气相沉积工艺。
本实施例中，所述掩膜图形300为光刻胶，所述掩膜图形300利用光刻工艺所形成。
所述基底可以包括多个目标图形形成区(图未示)，且每个目标图形形成区中形成有多个掩膜图形300。例如，所述多个目标图形形成区可以呈矩阵排列。在所述多个目标图形形成区中，待测量的掩膜图形300所在的区域为待测量区域100t。本实施例中，为了便于图示，仅示意出了所述待测量区域100t。
如图5所示，在所述待测量区域100t(如图4所示)中，所述掩膜图形300的延伸方向为第一方向(如图5中Y方向所示)，与第一方向相垂直的方向为第二方向(如图5中X方向所示)，所述掩膜图形300沿所述第二方向平行排列，且所述待测量区域100t在所述第二方向上的任一边界适于作为起始位置。
具体地，在所述待测量区域100t中，所述掩膜图形300中包括多个待测量的第一待测量图形310，因此，所述多个第一待测量图形310在所述待测量区域100t中的位置均不同。
需要说明的是，所述待测量区域100t在所述第二方向上的长度x0不宜过小。所述刻蚀偏差的计算方法还包括：获取所述第一待测量图形的光刻后线宽平均值后，以所述掩膜图形为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形，其中，与所述第一待测量图形相对应的所述目标图形作为第二待测量图形，且在获取所述第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值之后，建立计算模型并利用所述计算模型获取所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的所述实际刻蚀后线宽与所述刻蚀后线宽平均值的偏差量，如果所述待测量区域100t在所述第二方向上的长度x0过小，则在建立计算模型时，容易导致采集的数据量较少，从而导致计算模型的精度降低。为此，本实施例中，所述待测量区域100t在所述第二方向上的长度x0大于或等于1微米。
其中，所述待测量区域100t在第二方向上的任一边界适于作为起始位置，相应的，所述待测量区域100t在第二方向上的另一边界作为终点位置，所述待测量区域100t在所述第二方向上的长度x0即为起始位置至终点位置的距离。
还需要说明的是，所述基底还包括衬底100。所述衬底100用于为形成所述待刻蚀层250和掩膜图形300提供工艺平台。
本实施例中，所述衬底100为平面衬底。在其他实施例中，所述衬底也可以为其表面形成有凸出的鳍部的衬底。
本实施例中，所述衬底100为硅衬底。在其他实施例中，所述衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等其他材料，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型的衬底。所述衬底的材料可以是适宜于工艺需要或易于集成的材料。
结合参考图6和图7，图7是图6的俯视图，执行步骤S2，获取所述多个第一待测量图形310的光刻后线宽平均值。
通过获得光刻后线宽平均值，从而为后续计算刻蚀偏差做准备，所述光刻后线宽平均值用于作为刻蚀偏差的计算公式中的被减数。
本实施例中，在待测量区域100t中，所述掩膜图形300的延伸方向为第一方向(如图5中Y方向所示)，与第一方向相垂直的方向为第二方向(如图5中X方向所示)，所述掩膜图形300沿所述第二方向平行排列，因此，获取所述多个第一待测量图形310的光刻后线宽平均值的步骤中，所述光刻后线宽平均值指的是所述多个第一待测量图形310在所述第二方向上的尺寸。
具体地，通过关键尺寸扫描电子显微镜(critical dimension scanningelectronic microscope，CDSEM)对所述第一待测量图形310进行第一线宽测量，获取所述多个第一待测量图形310的光刻后线宽平均值。
相应的，获取所述第一待测量图形310的光刻后线宽平均值的步骤包括：获取每一个第一待测量图形310沿第二方向的实际光刻后线宽W1，并计算所述多个第一待测量图形310的实际光刻后线宽W1的平均值作为所述第一待测量图形310的光刻后线宽平均值。
在半导体器件的实际制造过程中，整个基底上的掩膜图形300的数量较多，因此，为了提高制造效率，通常将所述第一待测量图形310的光刻后线宽平均值视为所述待测量区域100t中各掩膜图形300的实际光刻后线宽W1，也就是说，通过所获得的所述第一待测量图形310的光刻后线宽平均值，用来表征整个基底上的掩膜图形300的实际光刻后线宽W1，从而反映光刻工艺的工艺效果。其中，光刻后线宽平均值与任一个第一待测量图形310的实际光刻后线宽W1几乎相等。
结合参考图8和图9，图9是图8的俯视图，执行步骤S3，获取所述多个第一待测量图形310的光刻后线宽平均值后，以所述掩膜图形300(如图6所示)为掩膜刻蚀所述待刻蚀层250(如图6所示)，形成与所述掩膜图形300相对应的多个目标图形200，其中，与所述第一待测量图形310(如图6所示)相对应的所述目标图形200作为第二待测量图形210。
形成所述目标图形200的步骤，用于为后续形成半导体器件做准备。
本实施例中，所述待刻蚀层250为栅极材料层，因此，所述目标图形200为栅极(gate)结构。作为一种实施例，所述目标图形200的材料为多晶硅。
本实施例中，采用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀所述待刻蚀层250，形成所述目标图形200。通过采用各向异性的干法刻蚀工艺，有利于提高目标图形200的刻蚀剖面质量，从而提高栅极结构的性能。
本实施例中，形成所述目标图形200后，利用灰化或湿法去胶的方式，去除所述掩膜图形300。
结合参考图10和图11，图11是图10的俯视图，执行步骤S4，获取所述多个第二待测量图形210的刻蚀后线宽平均值。
通过获取刻蚀后线宽平均值，从而为后续计算刻蚀偏差做准备。
本实施例中，在所述待测量区域100t中，所述掩膜图形300的延伸方向为第一方向(如图5中Y方向所示)，与第一方向相垂直的方向为第二方向(如图5中X方向所示)，所述掩膜图形300沿所述第二方向平行排列，因此，获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值的步骤中，所述刻蚀后线宽平均值是所述多个第二待测量图形210在所述第二方向上的尺寸。
具体地，通过关键尺寸扫描电子显微镜对所述第二待测量图形210进行第二线宽测量，获取所述多个第二待测量图形210的刻蚀后线宽平均值。
相应的，获取所述多个第二待测量图形210的刻蚀后线宽平均值的步骤包括：获取每一个第二待测量图形210沿第二方向的实际刻蚀后线宽W2，并计算所述多个第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2的平均值，作为所述第二待测量图形210的刻蚀后线宽平均值。
需要说明的是，目标图形200的实际刻蚀后线宽W2的均一性较差，目标图形200的实际刻蚀后线宽W2会随其在待测量区域100t中的位置而发生改变，这就导致通过CDSEM测量的方式获得的刻蚀后线宽平均值的精度变低，所获得的刻蚀后线宽平均值无法用于表征每一个目标图形200的实际刻蚀后线宽W2，所获得的刻蚀后线宽平均值难以精确反映刻蚀工艺的工艺效果。
因此，本实施例中，所述刻蚀偏差的计算方法还包括：形成所述目标图形200后，获取所述第二待测量图形210沿所述第二方向至所述起始位置的距离。
目标图形200的实际刻蚀后线宽W2会随其在待测量区域100t中的位置而发生改变，因此，通过获取所述第二待测量图形210沿所述第二方向至所述起始位置的距离，为后续建立计算模型做准备。其中，所述计算模型用于基于通过CDSEM测量的方式获得的刻蚀后线宽平均值，以直接获取所述第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2，从而提高半导体器件的制造效率。
具体地，收集所述目标图形200沿所述第二方向至所述起始位置的距离的步骤包括：获取所述目标图形200在所述第二方向上的坐标值，并通过所述坐标值计算所述目标图形200沿所述第二方向至所述起始位置的距离。
具体地，所述目标图形200所对应的版图图形存储于GDS文件中，GDS文件具有坐标系，因此，通过GDS文件获取所述目标图形200在所述第二方向上的坐标值，并通过该坐标值来计算每一个目标图形200与起始位置的相对坐标，以获得所述目标图形200沿所述第二方向至所述起始位置的距离。
继续参考图3，获取所述多个第二待测量图形210的刻蚀后线宽平均值之后，执行步骤S5，建立计算模型并利用所述计算模型获取每一个所述第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域100t中不同位置处的所述第二待测量图形210的所述实际刻蚀后线宽W2与所述刻蚀后线宽平均值的偏差量。
由前述记载可知，目标图形200的实际刻蚀后线宽W2会随其在待测量区域100t中的位置而发生改变，因此，与将基于CDSEM测量的方式获得的刻蚀后线宽平均值作为计算刻蚀偏差时的减数的方案相比，利用包含有线宽校正项的计算模型来获取所述第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2，也就是说，将第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2作为计算刻蚀偏差时的减数，提高了刻蚀偏差的计算精度，从而使得该刻蚀偏差能够如实反映实际的工艺情况。
相应的，建立所述计算模型的步骤中，所述计算模型的线宽校正项是关于所述第二待测量图形210沿所述第二方向至所述起始位置的距离的函数。
具体地，建立所述计算模型的步骤包括：收集每个目标图形200的实际刻蚀后线宽W2、以及相对应的所述目标图形200沿所述第二方向至所述起始位置的距离；对所述目标图形200的实际刻蚀后线宽W2与所述刻蚀后线宽平均值的差值、以及相对应的所述目标图形200沿所述第二方向至所述起始位置的距离进行拟合，获取所述差值与所述距离的对应关系作为所述线宽校正项；将所述线宽校正项和所述刻蚀后线宽平均值之和作为所述计算模型。
如图12所示，图12是本实施例所述计算模型的拟合曲线图。横坐标是每一个目标图形200至待测量区域100t起始位置的距离，纵坐标是目标图形200的实际刻蚀后线宽W2，虚线表示该待测量区域100t的中心位置，点划线表示测量获得的刻蚀后线宽平均值，虚线拟合线410表示目标图形200的实际刻蚀后线宽W2随其在待测量区域100t中的位置的变化情况，实线拟合线420表示所述计算模型。
本实施例中，采用公式(Ⅰ)、公式(Ⅱ)和公式(Ⅲ)作为所述计算模型，
CDAEI＝f(x)+CDmean AEI (Ⅰ)；
其中，CDAEI为所述第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2，f(x)为所述线宽校正项，CDmean AEI为所述第二待测量图形210的刻蚀后线宽平均值，x为所述第二待测量图形210沿所述第二方向至所述起始位置的距离，x0为所述待测量区域100t沿所述第二方向的长度，α和μ为拟合系数。
本实施例中，对l(x)进行积分，获得等式(Ⅳ)，
由等式(Ⅳ)可知，对l(x)进行积分后，所得的值为0，因此，可以看出，本实施例所述的计算模型能够用于表征实际刻蚀后线宽W2。
继续参考图3，建立计算模型并利用所述计算模型获取所述第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2之后，执行步骤S6，计算所述光刻后线宽平均值和任一个所述第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差。
本实施例中，采用等式(Ⅴ)作为所述刻蚀偏差的计算公式，
ΔCDactual bias＝CDmean ADI-CDAEI (Ⅴ)；
其中，CDmean ADI为所述第一待测量图形310的光刻后线宽平均值，ΔCDactual bias为刻蚀偏差。
与利用光刻后线宽平均值和刻蚀后线宽平均值的差值来计算刻蚀偏差的方案相比，本实施例中，所述第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2通过所述计算模型所获得，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域100t中不同位置处的所述第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2与刻蚀后线宽平均值的偏差量，也就是说，通过利用包含有线宽校正项的计算模型来获取第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2，并利用所述实际刻蚀后线宽W2来计算刻蚀偏差，以减小第二待测量图形210在待测量区域100t中的位置对刻蚀偏差的计算精度的影响，从而提高了刻蚀偏差的计算精度。
相应的，本发明还提供一种刻蚀偏差的计算系统。参考图13，示出了本发明刻蚀偏差的计算系统一实施例的功能框图。
所述刻蚀偏差的计算系统包括：形成单元510，用于形成基底，所述基底包括待刻蚀层以及形成于所述待刻蚀层上的多个掩膜图形，所述掩膜图形利用光刻工艺所形成，所述基底包括待测量区域，且在所述待测量区域中，所述掩膜图形中包括多个待测量的第一待测量图形；第一测量单元520，用于获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值；刻蚀单元530，用于以所述掩膜图形为掩膜、采用刻蚀工艺刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形，其中，与所述第一待测量图形相对应的所述目标图形作为第二待测量图形；第二测量单元540，用于获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；建模单元550，用于建立计算模型，所述计算模型用于获取每一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的所述实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量；计算单元560，用于计算所述光刻后线宽平均值和任一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差。
所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿待测量区域中不同位置处的第二待测量图形的实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量。其中，在半导体领域中，光刻后线宽平均值与每一个第一待测量图形的栅极光刻后线宽几乎相等，但是，第二待测量图形的实际刻蚀后线宽会随其在待测量区域中的位置而发生改变，因此，与利用光刻后线宽平均值和刻蚀后线宽平均值的差值来计算刻蚀偏差的方案相比，本实施例通过利用包含有线宽校正项的计算模型来获取所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，并利用实际刻蚀后线宽来计算刻蚀偏差，以减小第二待测量图形在待测量区域中的位置对刻蚀偏差的计算精度的影响，从而提高了刻蚀偏差的计算精度。
所述待刻蚀层用于形成目标图形，即后续以所述掩膜图形为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形。
本实施例中，所述待刻蚀层为栅极材料层，用于形成栅极结构。作为一种示例，所述待刻蚀层的材料为多晶硅。
本实施例中，所述掩膜图形为光刻胶。
所述基底可以包括多个目标图形形成区(图未示)，且每个目标图形形成区中形成有多个掩膜图形。例如，所述多个目标图形形成区可以呈矩阵排列。
在所述多个目标图形形成区中，待测量的掩膜图形所在的区域为待测量区域。在所述待测量区域中，所述掩膜图形的延伸方向为第一方向，与所述第一方向相垂直的方向为第二方向，所述掩膜图形沿所述第二方向平行排列，且所述待测量区域在所述第二方向上的任一边界适于作为起始位置。
具体地，在所述待测量区域中，所述掩膜图形中包括多个待测量的第一待测量图形，因此，所述多个第一待测量图形在所述待测量区域中的位置均不同。
需要说明的是，所述待测量区域在所述第二方向上的长度不宜过小。建模单元550用于建立计算模型，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿待测量区域中不同位置处的第二待测量图形的实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量，如果所述待测量区域在所述第二方向上的长度过小，则在建立计算模型时，容易导致采集的数据量较少，从而导致计算模型的精度降低。为此，本实施例中，所述待测量区域在所述第二方向上的长度大于或等于1微米。
其中，所述待测量区域在所述第二方向上的任一边界适于作为起始位置，相应的，所述待测量区域在所述第二方向上的另一边界作为终点位置，所述待测量区域在所述第二方向上的长度即为起始位置至终点位置的距离。
还需要说明的是，所述基底还包括衬底。所述衬底用于为形成所述待刻蚀层和掩膜图形提供工艺平台。本实施例中，所述衬底为平面衬底。在其他实施例中，所述衬底也可以为其表面形成有凸出的鳍部的衬底。
本实施例中，所述衬底为硅衬底。在其他实施例中，所述衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等其他材料，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型的衬底。所述衬底的材料可以是适宜于工艺需要或易于集成的材料。
所述第一测量单元520用于获取所述第一待测量图形的光刻后线宽平均值，从而为后续计算刻蚀偏差做准备。其中，所述光刻后线宽平均值用于作为刻蚀偏差的计算公式中的被减数。
本实施例中，在待测量区域中，所述掩膜图形的延伸方向为第一方向，与所述第一方向相垂直的方向为第二方向，所述掩膜图形沿所述第二方向平行排列，因此，所述光刻后线宽平均值指的是所述多个第一待测量图形在所述第二方向上的尺寸。
具体地，所述第一测量单元520包括关键尺寸扫描电子显微镜。相应的，通过所述关键尺寸扫描电子显微镜，所述第一测量单元520用于获取每一个第一待测量图形310沿第二方向的实际光刻后线宽W1，并计算所述多个第一待测量图形310的实际光刻后线宽W1的平均值作为所述第一待测量图形310的光刻后线宽平均值。
在半导体器件的实际制造过程中，整个基底上的掩膜图形的数量较多，因此，为了提高制造效率，通常将所述第一待测量图形的光刻后线宽平均值视为所述待测量区域中各掩膜图形的实际光刻后线宽，也就是说，通过所获得的所述第一待测量图形的光刻后线宽平均值，用来表征整个基底上的掩膜图形的实际光刻后线宽，从而反映光刻工艺的工艺效果。其中，光刻后线宽平均值与任一个第一待测量图形的实际光刻后线宽几乎相等。
所述刻蚀单元530用于以所述掩膜图形为掩膜、采用刻蚀工艺刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形，从而为后续形成半导体器件做准备。
本实施例中，所述待刻蚀层为栅极材料层，因此，所述目标图形为栅极结构。作为一种示例，所述目标图形的材料为多晶硅。
本实施例中，所述刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺。通过采用各向异性的干法刻蚀工艺，有利于提高目标图形的刻蚀剖面质量，从而提高栅极结构的性能。
所述第二测量单元540用于获取所述第二待测量图形的刻蚀后线宽，从而为后续计算刻蚀偏差做准备。
本实施例中，所述掩膜图形的延伸方向为第一方向，与所述第一方向相垂直的方向为第二方向，所述掩膜图形沿所述第二方向平行排列，因此，所述刻蚀后线宽平均值指的是所述多个第二待测量图形在所述第二方向上的尺寸。
具体地，所述第二测量单元540包括关键尺寸扫描电子显微镜。相应的，通过关键尺寸扫描电子显微镜，所述第二测量单元540用于获取每一个第二待测量图形210沿第二方向的实际刻蚀后线宽W2，还用于计算多个第二待测量图形210的实际刻蚀后线宽W2的平均值，作为第二待测量图形210的刻蚀后线宽平均值。
需要说明的是，目标图形的实际刻蚀后线宽的均一性较差，目标图形的实际刻蚀后线宽会随其在待测量区域中的位置而发生改变，这就导致通过CDSEM测量的方式获得的刻蚀后线宽平均值的精度变低，所获得的刻蚀后线宽平均值无法用于表征每一个目标图形的实际刻蚀后线宽，所获得的刻蚀后线宽平均值难以精确反映刻蚀工艺的工艺效果。
因此，本实施例中，所述刻蚀偏差的计算系统还包括：建模单元，用于建立计算模型，所述计算模型用于获取每一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的所述实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量。
其中，所述计算模型适于根据通过CDSEM测量的方式获得的刻蚀后线宽平均值，直接获取所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，从而提高半导体器件的制造效率。
由前述记载可知，目标图形的实际刻蚀后线宽会随其在待测量区域100t中的位置而发生改变，因此，所述建模单元560用于建立具有线宽校正项的计算模型，且通过所述计算模型来获取所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，也就是说，将第二待测量图形的实际刻蚀后线宽来作为计算刻蚀偏差时的减数，提高了刻蚀偏差的计算精度，从而有利于使得该刻蚀偏差能够如实反映实际的工艺情况。
因此，本实施例中，在所述建模单元560中，所述计算模型的线宽校正项是关于所述第二待测量图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离的函数。
本实施例中，所述建模单元560包括：数据收集子单元561，用于收集每个目标图形的实际刻蚀后线宽、以及相对应的所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离；数据处理子单元562，用于对所述目标图形的实际刻蚀后线宽与所述刻蚀后线宽平均值的差值、以及相对应的所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离进行拟合，获取所述差值与所述距离的对应关系作为所述线宽校正项，还用于输出所述线宽校正项和所述刻蚀后线宽平均值之和作为所述计算模块。
本实施例中，所述数据收集子单元561适于获取所述目标图形在所述第二方向上的坐标值，并通过所述坐标值计算所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离。
具体地，目标图形所对应的版图图形存储于GDS文件中，GDS文件具有坐标系，因此，通过GDS文件获取所述目标图形在所述第二方向上的坐标值，并通过该坐标值来计算每一个目标图形与起始位置的相对坐标，以获得所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离。
如图12所示，图12是本实施例所述计算模型的拟合曲线图。横坐标是每一个目标图形至待测量区域起始位置的距离，纵坐标是目标图形的实际刻蚀后线宽，虚线表示该待测量区域的中心位置，点划线表示测量获得的刻蚀后线宽平均值，虚线拟合线410表示目标图形的实际刻蚀后线宽随其在待测量区域中的位置的变化情况，实线拟合线420表示所述计算模型。
本实施例中，采用公式(Ⅰ)、公式(Ⅱ)和公式(Ⅲ)作为所述计算模型，
CDAEI＝f(x)+CDmean AEI (Ⅰ)；
其中，CDAEI为所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，f(x)为所述线宽校正项，CDmean AEI为所述第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值，x为所述第二待测量图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离，x0为所述待测量区域沿所述第二方向的长度，α和μ为拟合系数。
本实施例中，对l(x)进行积分，获得等式(Ⅳ)，
由等式(Ⅳ)可知，对l(x)进行积分后，所得的值为0，因此，可以看出，本实施例所述的计算模型能够用于表征实际刻蚀后线宽。
所述计算单元570用于计算所述光刻后线宽平均值和任一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差。
本实施例中，采用等式(Ⅴ)作为所述刻蚀偏差的计算公式，
ΔCDactual bias＝CDmean ADI-CDAEI (Ⅴ)；
其中，CDmean ADI为所述第一待测量图形310的光刻后线宽平均值，ΔCDactual bias为刻蚀偏差。
所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽通过本实施例所述的计算模型所获得，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量，也就是说，通过利用包含有线宽校正项的计算模型来获取第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，并利用实际刻蚀后线宽来计算刻蚀偏差，以减小第二待测量图形在待测量区域中的位置对刻蚀偏差的计算精度的影响，从而提高了刻蚀偏差的计算精度。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (18)
1.一种刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，包括：
提供基底，包括待刻蚀层以及形成于所述待刻蚀层上的多个掩膜图形，所述掩膜图形利用光刻工艺所形成，所述基底包括待测量区域，且在所述待测量区域中，所述掩膜图形中包括多个待测量的第一待测量图形；
获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值；
获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值后，以所述掩膜图形为掩膜刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形，其中，与所述第一待测量图形相对应的所述目标图形作为第二待测量图形；
获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；
建立计算模型并利用所述计算模型获取每一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的所述实际刻蚀后线宽与所述刻蚀后线宽平均值的偏差量；
计算所述光刻后线宽平均值和任一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差。
2.如权利要求1所述的刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，所述掩膜图形的延伸方向为第一方向，与所述第一方向相垂直的方向为第二方向，所述掩膜图形沿所述第二方向平行排列，且所述待测量区域在所述第二方向上的任一边界适于作为起始位置；
获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值的步骤中，所述光刻后线宽平均值是所述多个第一待测量图形在所述第二方向上的尺寸；
获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值的步骤中，所述刻蚀后线宽平均值是所述多个第二待测量图形在所述第二方向上的尺寸；
建立所述计算模型的步骤中，所述计算模型的线宽校正项是关于所述第二待测量图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离的函数。
3.如权利要求2所述的刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值的步骤包括：获得所述第二待测量图形对应的多个实际刻蚀后线宽；计算所述多个实际刻蚀后线宽的平均值，作为所述第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；
建立所述计算模型的步骤包括：收集每个目标图形的实际刻蚀后线宽、以及相对应的所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离；对所述目标图形的实际刻蚀后线宽与所述刻蚀后线宽平均值的差值、以及相对应的所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离进行拟合，获取所述差值与所述距离的对应关系作为所述线宽校正项；将所述线宽校正项和所述刻蚀后线宽平均值之和作为所述计算模型。
4.如权利要求3所述的刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，收集所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离的步骤包括：获取所述目标图形在所述第二方向上的坐标值，并通过所述坐标值计算所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离。
5.如权利要求2或3所述的刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，采用公式(Ⅰ)、公式(Ⅱ)和公式(Ⅲ)作为所述计算模型，
CDAEI＝f(x)+CDmean AEI (Ⅰ)；
其中，CDAEI为所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，f(x)为所述线宽校正项，CDmean AEI为所述第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值，x为所述第二待测量图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离，x0为所述待测量区域沿所述第二方向的长度，α和μ为拟合系数。
6.如权利要求1所述的刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，通过关键尺寸扫描电子显微镜对所述多个第一待测量图形进行第一线宽测量，获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值；
通过关键尺寸扫描电子显微镜对所述多个第二待测量图形进行第二线宽测量，获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值。
7.如权利要求2所述的刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，所述待测量区域在所述第二方向上的长度大于或等于1微米。
8.如权利要求1所述的刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，采用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀所述待刻蚀层。
9.如权利要求1所述的刻蚀偏差的计算方法，其特征在于，所述提供基底的步骤中，所述待刻蚀层为栅极材料层；
以所述掩膜图形为掩膜刻蚀所述待刻蚀层的步骤中，所述目标图形为栅极结构。
10.一种刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，包括：
形成单元，用于形成基底，所述基底包括待刻蚀层以及形成于所述待刻蚀层上的多个掩膜图形，所述掩膜图形利用光刻工艺所形成，所述基底包括待测量区域，且在所述待测量区域中，所述掩膜图形中包括多个待测量的第一待测量图形；
第一测量单元，用于获取所述多个第一待测量图形的光刻后线宽平均值；
刻蚀单元，用于以所述掩膜图形为掩膜、采用刻蚀工艺刻蚀所述待刻蚀层，形成与所述掩膜图形相对应的多个目标图形，其中，与所述第一待测量图形相对应的所述目标图形作为第二待测量图形；
第二测量单元，用于获取所述多个第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；
建模单元，用于建立计算模型，所述计算模型用于获取每一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，所述计算模型包括线宽校正项，所述线宽校正项适于补偿所述待测量区域中不同位置处的所述第二待测量图形的所述实际刻蚀后线宽与刻蚀后线宽平均值的偏差量；
计算单元，用于计算所述光刻后线宽平均值和任一个所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽的差值，作为刻蚀偏差。
11.如权利要求10所述的刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，所述掩膜图形的延伸方向为第一方向，与所述第一方向相垂直的方向为第二方向，所述掩膜图形沿所述第二方向平行排列，且所述待测量区域在所述第二方向上的任一边界适于作为起始位置；
在所述第一测量单元中，所述光刻后线宽平均值是所述多个第一待测量图形在所述第二方向上的尺寸；
在所述第二测量单元中，所述刻蚀后线宽平均值是所述多个第二待测量图形在所述第二方向上的尺寸；
在所述建模单元中，所述计算模型的线宽校正项是关于所述第二待测量图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离的函数。
12.如权利要求11所述的刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，所述第二测量单元用于获取所述第二待测量图形对应的多个实际刻蚀后线宽，还用于计算所述多个实际刻蚀后线宽的平均值，作为所述第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值；
所述建模单元包括：数据收集子单元，用于收集每个目标图形的实际刻蚀后线宽、以及相对应的所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离；数据处理子单元，用于对所述目标图形的实际刻蚀后线宽与所述刻蚀后线宽平均值的差值、以及相对应的所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离进行拟合，获取所述差值与所述距离的对应关系作为所述线宽校正项，还用于输出所述线宽校正项和所述刻蚀后线宽平均值之和作为所述计算模块。
13.如权利要求12所述的刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，所述数据收集子单元适于获取所述目标图形在所述第二方向上的坐标值，并通过所述坐标值计算所述目标图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离。
14.如权利要求11或12所述的刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，采用公式(Ⅰ)、公式(Ⅱ)和公式(Ⅲ)作为所述计算模型，
CDAEI＝f(x)+CDmean AEI (Ⅰ)；
其中，CDAEI为所述第二待测量图形的实际刻蚀后线宽，f(x)为所述线宽校正项，CDmean AEI为所述第二待测量图形的刻蚀后线宽平均值，x为所述第二待测量图形沿所述第二方向至所述起始位置的距离，x0为所述待测量区域沿所述第二方向的长度，α和μ为拟合系数。
15.如权利要求10所述的刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，所述第一测量单元包括关键尺寸扫描电子显微镜；所述第二测量单元包括关键尺寸扫描电子显微镜。
16.如权利要求10所述的刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，所述待测量区域在所述第二方向上的长度大于或等于1微米。
17.如权利要求10所述的刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，所述刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺。
18.如权利要求10所述的刻蚀偏差的计算系统，其特征在于，所述待刻蚀层为栅极材料层；所述目标图形为栅极结构。
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