[发明专利]一种在线确定光刻工艺窗口的方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，更具体地说，涉及一种半导体器件制造工艺中确定光刻工艺窗口的方法。

背景技术

随着集成电路半导体器件的制造技术中光刻工艺的发展，集成电路向体积小、低功耗和低成本的方向发展，其中制造集成电路的时间成本是一个重要的考量因素。光刻工艺是制造集成电路工艺中的重要一环，光刻工艺是用光刻机在晶圆上进行小尺寸图形结构的刻蚀制备，刻蚀制备过程是指将衬底上没有被光刻胶保护的部分以物理或化学的方法去除，从而达到将光掩膜上的图案转移到衬底上的目的；随着半导体器件体积的减小和集成度的提高，要求在保证半导体器件性能的前提下，不断减小晶圆上图形结构的尺寸；光刻工艺中一个重要步骤就是确定光刻工艺层的关键参数：能量梯度、可用焦深、最佳能量和最佳焦距。如果光刻工艺层的关键参数选择不合理，光刻工艺的图形就存在倒塌和/或残缺、散焦、桥接等缺陷，特别是60纳米及其以下的光刻技术中，由于光刻工艺窗口或者栅极宽度要求进一步减小，光刻工艺层的关键参数直接影响到刻蚀中沟槽侧壁的平整度和沟槽深度的均匀性。所以在晶圆批量刻蚀生产之前，需要进行光刻工艺层关键参数的确定。

在现有技术中，对于光刻工艺层关键参数的确定方法，目前业界的先进方法是，首先在光刻机上设定不同能量分别对应不同焦距参数，然后在同一张晶圆上刻蚀出不同能量对应不同焦距的图形，并利用扫描电子显微镜对光刻后的图形进行扫描，如图1所示，图1为现有技术中用扫描电子显微镜对晶圆进行扫描的工艺示意图，其中，1为晶圆，2为扫描电子显微镜；扫描电子显微镜根据扫描的原始数值画出关键尺寸-焦距关系的泊松曲线，并根据扫描结果收集原始图片，以帮助扫描电子显微镜对刻蚀图形中沟槽侧壁的平整度和沟槽深度的均匀性进行判断。

然而，目前的扫描电子显微镜对光刻后图形进行扫描的方法，只能生成单一的泊松曲线和图片，不具备在线报告能量梯度、可用焦深、最佳能量和最佳焦距的功能。

如果希望在扫描电子显微镜扫描的基础上得到符合关键尺寸要求的能量梯度、可用焦深、最佳能量和最佳焦距，可以通过人为分析所生成的泊松曲线和图片的方法，找出沟槽侧壁平整且沟槽深度均匀的图形，然后判断其所对应的关键参数。

然而，本领域技术人员清楚，目前在线作业过程中，通过人为分析与判断，无法准确判断图形中关键尺寸与目标关键尺寸相差的大小，也不易确定图形在晶圆上刻蚀时的具体位置，也无法建立焦距、能量和关键尺寸之间的具体对应关系，所以无法确定能量梯度、可用焦深、最佳能量和最佳焦距等数据；且增加了判断的时间成本，又耗费人力。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种在线确定光刻工艺窗口的方法，以在线准确快速报告出刻蚀图形的最佳关键参数。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于扫描电子显微镜能在线准确快速的报告出刻蚀图形的能量梯度、可用焦深、最佳能量和最佳焦距等关键参数，以在线确定光刻工艺窗口的大小。

为实现上述目的，本发明提供了一种在线确定光刻工艺窗口的方法，其通过扫描电子显微镜生成的泊松曲线淘汰不可信的并保留可用的泊松曲线，并根据扫描电子显微镜生成的图片矩阵剔除有图形倒塌等不合格的并保留合格的图片；然后扫描电子显微镜根据选择过的泊松曲线和图片矩阵，快速准确的报告出能量梯度、可用焦深、最佳能量和最佳焦距；基于该方法，能够缩短关键参数的判断和调整周期，以缩短获得光刻工艺窗口的时间，并提高刻蚀图形的质量。本发明的技术方案如下：

一种在线确定光刻工艺窗口的方法，包括如下步骤：

步骤S1：用扫描电子显微镜对已在光刻机上完成刻蚀的晶圆表面图形的关键尺寸进行量测，并对量测点所在区域进行图形扫描，得到对应量测点所在区域的原始图片；从光刻机的数据服务器系统导入每个关键尺寸量测点所在区域在刻蚀时对应的能量和焦距数据；

步骤S2：根据步骤S1中得到的具有对应关系的关键尺寸、能量和焦距数据，在扫描电子显微镜中生成对应不同能量下的关键尺寸随焦距变化的泊松曲线，并生成将原始图片按照量测点在晶圆上的分布所形成的图片矩阵；

步骤S3：在扫描电子显微镜建立筛选条件，对步骤S2中生成的泊松曲线和图片矩阵进行筛选，淘汰不可信的泊松曲线、保留可用的泊松曲线，并剔除不合格的图片、保留合格的图片；

步骤S4：在扫描电子显微镜建立确定光刻工艺窗口的关键参数的报告条件，根据筛选保留的泊松曲线和图片矩阵，报告关键参数，并根据关键参数确定光刻工艺窗口。

优选地，所述关键参数包括刻蚀时的能量梯度、可用焦深、最佳能量和最佳焦距。