[发明专利]一种光刻工艺窗口的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，更具体的说，涉及一种光刻工艺窗口的测量方法。

背景技术

在集成电路新产品研发和制造工艺中，确定光刻最佳工艺窗口，即确定最佳曝光能量、最佳聚焦值及其范围是最重要的工艺过程，而该工艺高度依赖于准确的电子束扫描成像。随着集成电路集成度的不断提高，器件的特征尺寸不断减小，电子束显微镜(SEM)对纳米尺度线条的成像受到电子束边缘效应影响，使得成像误差增大。特别是测量包含聚焦值与曝光能量矩阵(Focus Energy Matrix，FEM)的晶圆中的待测结构时，不同聚焦值或不同曝光能量形成的待测结构的SEM的成像结果可能具有不同的随机噪声或测量噪声，造成较大的测量误差，使得难以精确确定最佳的光刻工艺窗口。

现有技术在确定最佳光刻工艺窗口时，通过SEM成像在线测量待测结构的线宽从而确定最佳聚焦值、最佳曝光能量及其范围。对待测结构进行SEM量测时，一般固定线条边缘像素值，或仅使用不超过32个点的单线条量测方法。这种方法对于线条宽度较大，例如100纳米及以上的线条宽度，具有较小的测量误差比例。但是当线条宽度小于100纳米，特别是使用双重或多重光刻技术之后，光刻之后的线条宽度已经远小于100纳米，再经过刻蚀裁剪或其他工艺之后，最小线条宽度可能降至50纳米以下，从而导致SEM成像过程中的边沿效应异常显著。在此情形下，现有技术在确定最佳光刻工艺窗口时存在很大误差，特别是轻微的边缘阈值波动或图像噪声起伏都将出现几个纳米的测量宽度变化，从而很难实现如大尺寸线条确定FEM工艺窗口时的有规律的关系曲线，导致测量结果准确性和可比性下降，线条宽度随曝光能量或聚焦值的关系曲线出现严重波动。

通过上述描述可知，只依赖于线条宽度与曝光能量以及聚焦值关系的现有测量方法，随着待测结构线条的越来越窄，越来越难以精确测量最佳光刻工艺窗口。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种光刻工艺窗口的测量方法，提高了光刻工艺窗口的测量的准确度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光刻工艺窗口的测量方法，该测量方法包括：

提供一具有待测结构的晶圆，所述晶圆具有通过光刻聚焦值与曝光能量矩阵形成的多个阵列排布的待测结构；

通过电子束显微镜获取所述待测结构的线条成像图；

通过多像素阈值方法对所述线条成像图进行分析，获取线条一维方向的边缘分布曲线，根据所述边缘分布曲线计算线条粗糙度，绘制像素值与线条粗糙度的关系曲线；

以连续变化的最小线条粗糙度对应的边缘像素值作为线条边缘位置基准，根据所述线条边缘位置基准计算线条基准宽度；

对所有所述待测结构的所述线条基准宽度、所述最小线条粗糙度进行数据分析，计算光刻工艺窗口的数值范围。

优选的，在上述测量方法中，所述通过多像素阈值方法对所述线条成像图进行分析，获取线条一维方向的边缘分布曲线，根据所述边缘分布曲线计算线条粗糙度，绘制像素值与线条粗糙度的关系曲线包括：

获取所述线条成像图中线条边缘沿宽度方向的像素值分布；

根据所述像素值分布选择多个像素值；

确定每个像素值下的边缘分布曲线，计算所述线条粗糙度；

绘制像素值与线条粗糙度的关系曲线。

优选的，在上述测量方法中，所述计算线条粗糙度包括：

采用功率谱密度方法，并选择低频和/或中频功率谱面积作为粗糙度值。

优选的，在上述测量方法中，所述线条成像图具有N条线条，N为正整数；在绘制所述关系曲线时，

若N不小于3，在所述线条成像图中选择具有至少3条线条区域作为待测图形区域，对所述待测图像区域中的多个边缘分布曲线的线条粗糙度进行平均处理，获取所述线条成像图的平均线条粗糙度，根据所述平均线条粗糙度绘制像素值与线条粗糙度的关系曲线；

若N小于3，选择所述待测图像区域中具有长度不小于500nm的区域作为待测图形区域，根据所述待测图像区域中的边缘分布曲线计算线条粗糙度，绘制像素值与线条粗糙度的关系曲线。

优选的，在上述测量方法中，所述对所有所述待测结构的所述线条基准宽度、所述最小线条粗糙度进行数据分析，计算光刻工艺窗口的数值范围包括：