[发明专利]确定光刻工艺窗口的方法

说明书

技术领域    

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺，特别是涉及一种确定光刻工艺窗口的方法。

背景技术    

半导体工业中有多种方法确定最佳光刻曝光和剂量条件，用以认证特定的各级掩膜和工艺。最常用的光刻方法是聚焦与曝光量矩阵（FEM）和工艺窗口认证（PWQ）。通常，根据在柏桑（Bossung）图上分析CD测量结果，聚焦与曝光量矩阵（FEM）用每一芯片的少数几个位置确定最佳剂量和焦距。即使这是光刻优化的良好起点，得到的信息也局限于事先确定的芯片特定位置， 没有有关芯片其它位置图形受何影响的信息。这样，即使在所谓最佳聚焦和剂量条件下，图形缺陷仍可能存在。在完成PWC（工艺窗口对中）和工艺窗口认证（PWQ）后的实际工艺窗口一般比仅用聚焦与曝光量矩阵（FEM）和CD输出预测的窗口要小得多。

工艺窗口认证（PWQ）方法用来提供大量的缺陷特性，以确定聚焦和剂量的绝对最佳条件。这是考虑了整个芯片的缺陷和捕捉所有可能的系统性缺陷后达到的。为了确定最佳曝光条件，工艺窗口认证（PWQ）要求亮场（BF）检测的独特特征、检测和分析、以及重要的工程资源。工艺窗口认证（PWQ）的价值在于对系统性缺陷和工艺边缘性的早期完全检测。但是，这种完全的定性在工艺开发早期常常不能保证，因为有成千上万的边缘性工艺缺陷存在。

PWC（工艺窗口对中）给开发工程师提供了一个快速解决高缺陷早期学习挑战的方法。此方法包含在flopdown 晶圆或短循环晶圆上刻印特殊的聚焦或曝光行条带，以及随后对随机缺陷的检查测量。这种一阶缺陷近似提供了早期开发环境的快速解决方法，能在掩膜更新或工艺变化的任何时刻启用，以保证最佳光刻对中始终在用。此后，在集成工艺充分开发延续前（当然也是在生产提升前），保证了工艺窗口认证（PWQ）的完全特性描述。PWC（工艺窗口对中）方法是可用于光刻机更好地了解和描述早期工艺窗口的另一工具和方法，在聚焦与曝光量矩阵（FEM）CD特性描述和工艺窗口认证（PWQ）间插入用于系统性缺陷检测最佳。

随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸不断缩小到纳米级，生产工艺也越来越复杂。生产中的诸多因素会导致特征尺寸的变化，进而导致晶体管性能的变化，影响良率。先进光刻工艺不但要能够提供解析特征尺寸线宽的技术能力，还要有保证特征尺寸线宽均匀度和稳定度的能力。在芯片的大规模生产中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。为了保证稳定的产品良率，需要准确确定光刻工艺窗口，避免在工艺窗口边缘可能产生的产品质量问题。

现在使用的光刻工艺窗口的确定方法是制作柏桑（Bossung）曲线图，从该曲线图确认可用于生产的曝光量和离焦量的范围。柏桑（Bossung）曲线图的制作方法是在硅片的不同区域设置不同的曝光量和离焦量，对硅片上的光刻胶曝光和显影后，量测不同区域特征尺寸的线宽， 并将线宽测量值记录在以曝光量和离焦量为轴的二维图中。光刻胶的线宽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。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抵抗刻蚀的要求。以线宽测量值来确定光刻工艺窗口的方法，其准确性必然会受到线宽二维特征的局限。为了准确确定光刻工艺窗口，需要引入描述光刻胶形貌的参数。扫描式电子显微镜是量测特征尺寸的线宽的主要设备。扫描式电子显微镜不能直接给出光刻胶的形貌参数。但是可以通过测量光刻胶的顶部和底部的线宽间接地描述光刻胶的形貌。引入反映光刻胶的三维形貌的参数可以提高确认光刻工艺窗口的准确性。

本发明提出一种通过对柏桑（Bossung）曲线和光刻胶线条顶部和底部线宽比的综合考量来确定光刻工艺窗口的方法。随着离焦量的变化，光刻胶形貌会发生很大变化。仅根据不同曝光量和离焦量下的线宽来确定光刻工艺窗口会出现线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀的情况。引入光刻胶线条顶部和底部线宽比的判断条件可以有效避免上述情况的发生。综合考量柏桑（Bossung）曲线和光刻胶线条顶和底线宽比，达到了提高确定光刻工艺窗口的准确性，从而保证了产品的良率和质量的目的。

发明内容    

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种确定光刻工艺窗口的方法，通过对柏桑（Bossung）曲线和光刻胶线条顶部和底部线宽比的确定可用于生产的曝光量和离焦量范围。本发明涉及的方法通过增加光刻胶线条顶部和底部的线宽比的条件，避免了线宽满足标准但光刻胶形貌不能满足刻蚀的情况，提高了光刻工艺窗口的准确性，保证了产品的良率和质量，非常适于实用。