一種光刻工藝窗口的測量方法技術

本發明專利技術公開了一種光刻工藝窗口的測量方法，包括：提供一晶圓，所述晶圓具有通過光刻聚焦值與曝光能量矩陣形成的多個陣列排布的待測結構；通過電子束顯微鏡獲取所述待測結構的線條成像圖；通過多像素閾值方法對所述線條成像圖進行分析，獲取線條一維方向的邊緣分布曲線，根據所述邊緣分布曲線計算線條粗糙度，繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線；以連續變化的最小線條粗糙度對應的邊緣像素值作為線條邊緣位置基準，根據所述線條邊緣位置基準計算線條基準寬度；對所有所述待測結構的所述線條基準寬度、所述最小線條粗糙度進行數據分析，計算光刻工藝窗口的數值范圍。該測量方法提高了光刻工藝窗口的測量的準確度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及集成電路
，更具體的說，涉及一種光刻工藝窗口的測量方法。
技術介紹
在集成電路新產品研發和制造工藝中，確定光刻最佳工藝窗口，即確定最佳曝光能量、最佳聚焦值及其范圍是最重要的工藝過程，而該工藝高度依賴于準確的電子束掃描成像。隨著集成電路集成度的不斷提高，器件的特征尺寸不斷減小，電子束顯微鏡(SEM)對納米尺度線條的成像受到電子束邊緣效應影響，使得成像誤差增大。特別是測量包含聚焦值與曝光能量矩陣(FocusEnergyMatrix，FEM)的晶圓中的待測結構時，不同聚焦值或不同曝光能量形成的待測結構的SEM的成像結果可能具有不同的隨機噪聲或測量噪聲，造成較大的測量誤差，使得難以精確確定最佳的光刻工藝窗口?，F有技術在確定最佳光刻工藝窗口時，通過SEM成像在線測量待測結構的線寬從而確定最佳聚焦值、最佳曝光能量及其范圍。對待測結構進行SEM量測時，一般固定線條邊緣像素值，或僅使用不超過32個點的單線條量測方法。這種方法對于線條寬度較大，例如100納米及以上的線條寬度，具有較小的測量誤差比例。但是當線條寬度小于100納米，特別是使用雙重或多重光刻技術之后，光刻之后的線條寬度已經遠小于100納米，再經過刻蝕裁剪或其他工藝之后，最小線條寬度可能降至50納米以下，從而導致SEM成像過程中的邊沿效應異常顯著。在此情形下，現有技術在確定最佳光刻工藝窗口時存在很大誤差，特別是輕微的邊緣閾值波動或圖像噪聲起伏都將出現幾個納米的測量寬度變化，從而很難實現如大尺寸線條確定FEM工藝窗口時的有規律的關系曲線，導致測量結果準確性和可比性下降，線條寬度隨曝光能量或聚焦值的關系曲線出現嚴重波動。通過上述描述可知，只依賴于線條寬度與曝光能量以及聚焦值關系的現有測量方法，隨著待測結構線條的越來越窄，越來越難以精確測量最佳光刻工藝窗口。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種光刻工藝窗口的測量方法，提高了光刻工藝窗口的測量的準確度。為了實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種光刻工藝窗口的測量方法，該測量方法包括：提供一具有待測結構的晶圓，所述晶圓具有通過光刻聚焦值與曝光能量矩陣形成的多個陣列排布的待測結構；通過電子束顯微鏡獲取所述待測結構的線條成像圖；通過多像素閾值方法對所述線條成像圖進行分析，獲取線條一維方向的邊緣分布曲線，根據所述邊緣分布曲線計算線條粗糙度，繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線；以連續變化的最小線條粗糙度對應的邊緣像素值作為線條邊緣位置基準，根據所述線條邊緣位置基準計算線條基準寬度；對所有所述待測結構的所述線條基準寬度、所述最小線條粗糙度進行數據分析，計算光刻工藝窗口的數值范圍。優選的，在上述測量方法中，所述通過多像素閾值方法對所述線條成像圖進行分析，獲取線條一維方向的邊緣分布曲線，根據所述邊緣分布曲線計算線條粗糙度，繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線包括：獲取所述線條成像圖中線條邊緣沿寬度方向的像素值分布；根據所述像素值分布選擇多個像素值；確定每個像素值下的邊緣分布曲線，計算所述線條粗糙度；繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線。優選的，在上述測量方法中，所述計算線條粗糙度包括：采用功率譜密度方法，并選擇低頻和/或中頻功率譜面積作為粗糙度值。優選的，在上述測量方法中，所述線條成像圖具有N條線條，N為正整數；在繪制所述關系曲線時，若N不小于3，在所述線條成像圖中選擇具有至少3條線條區域作為待測圖形區域，對所述待測圖像區域中的多個邊緣分布曲線的線條粗糙度進行平均處理，獲取所述線條成像圖的平均線條粗糙度，根據所述平均線條粗糙度繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線；若N小于3，選擇所述待測圖像區域中具有長度不小于500nm的區域作為待測圖形區域，根據所述待測圖像區域中的邊緣分布曲線計算線條粗糙度，繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線。優選的，在上述測量方法中，所述對所有所述待測結構的所述線條基準寬度、所述最小線條粗糙度進行數據分析，計算光刻工藝窗口的數值范圍包括：獲取線條寬度與聚焦值曲線、線條寬度與曝光能量曲線、線條寬度與曝光能量和聚焦值的工藝窗口數據表格、線條粗糙度與聚焦值曲線、線條粗糙度與曝光能量曲線、線條粗糙度與曝光能量和聚焦值的工藝窗口數據表格中的至少一個，計算光刻工藝窗口的數值范圍。優選的，在上述測量方法中，所述對所有所述待測結構的所述線條基準寬度、所述最小線條粗糙度進行數據分析，計算光刻工藝窗口的數值范圍包括：確定第一預設區間內的線條寬度對應的第一聚焦值與能量矩陣分布，確定第二預設區間內的線條粗糙度對應的第二聚焦值與能量矩陣分布，以所述第一聚焦值與能量矩陣分布與所述第二聚焦值與能量矩陣分布的交集作為目標工藝窗口。優選的，在上述測量方法中，所述第一預設區間為[90％*a，110％*a]，或[92％*a，108％*a]，或[95％*a，105％*a]；所述第二預設區間為(0，20％*a]，或(0，10％*a]，或(0，5％*a]；其中，a為線條的目標寬度。優選的，在上述測量方法中，所述線條粗糙度為指線條寬度粗糙度、或線條邊緣粗糙度、或間隙寬度粗糙度。優選的，在上述測量方法中，所述待測結構包括經過光刻之后的光刻膠圖形結構，或經過刻蝕轉移的中間圖形結構或半導體器件圖形結構。優選的，在上述測量方法中，所述電子束顯微鏡對不同所述待測結構進行成像時的設置參數相同。通過上述描述可知，本專利技術技術方案提供的光刻工藝窗口的測量方法通過多像素閾值方法對線條圖像進行分析，獲取線條一維方向的邊緣分布曲線，進而計算線條的粗糙度，根據像素值與線條粗糙度的關系曲線計算線條基準寬度，最后根據所有圖像單元的線條基準寬度以及線條粗糙度的數據分析計算出光刻工藝窗口的數值范圍?？梢?，在該測量方法中，采用多像素閾值的方法，每次測試中對所有像素值下的線條粗糙度進行比較，選擇線條粗糙度連續變化時的最小值作為待測結構的線條粗糙度，該線條粗糙度為最佳像素值下的測量值，各個圖像單元的線條基準寬度以及線條粗糙度計算更加準確，能夠獲取最佳的線條基準寬度以及線條粗糙度。因此，根據所有圖像單元的線條基準寬度以及線條粗糙度數據分析的光刻工藝窗口的數值范圍更加準確。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術實施例提供的一種光刻工藝窗口的測量方法的流程示意圖；圖2為具有待測結構的晶圓的SEM成像圖；圖3a為根據本專利技術實施例的測量方法獲得的線條成像圖及灰度分布；圖3b為根據本專利技術實施例的測量方法獲得的邊緣分布曲線的示意圖；圖4為本專利技術實施例提供的一種多像素閾值方法的流程示意圖圖5為基于多像素閾值方法所獲得的線條寬度粗糙度與邊界閾值之間的關系曲線；圖6a為根據本專利技術實施例的測量方法獲得的線條寬度與聚焦值的曲線圖；圖6b為根據本專利技術實施例的測量方法獲得的線條寬度與曝光能量的曲線圖；圖7a為根據本專利技術實施例的測量方法獲得的中頻LWR與聚焦值的曲線圖；圖7b為根據本專利技術實施例的測量方法獲得的中頻LWR與曝光能量的曲線圖。具體實施方式下面將結合本發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光刻工藝窗口的測量方法，其特征在于，包括：提供一晶圓，所述晶圓具有通過光刻聚焦值與曝光能量矩陣形成的多個陣列排布的待測結構；通過電子束顯微鏡獲取所述待測結構的線條成像圖；通過多像素閾值方法對所述線條成像圖進行分析，獲取線條一維方向的邊緣分布曲線，根據所述邊緣分布曲線計算線條粗糙度，繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線；以連續變化的最小線條粗糙度對應的邊緣像素值作為線條邊緣位置基準，根據所述線條邊緣位置基準計算線條基準寬度；對所有所述待測結構的所述線條基準寬度、所述最小線條粗糙度進行數據分析，計算光刻工藝窗口的數值范圍。

【技術特征摘要】
1.一種光刻工藝窗口的測量方法，其特征在于，包括：提供一晶圓，所述晶圓具有通過光刻聚焦值與曝光能量矩陣形成的多個陣列排布的待測結構；通過電子束顯微鏡獲取所述待測結構的線條成像圖；通過多像素閾值方法對所述線條成像圖進行分析，獲取線條一維方向的邊緣分布曲線，根據所述邊緣分布曲線計算線條粗糙度，繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線；以連續變化的最小線條粗糙度對應的邊緣像素值作為線條邊緣位置基準，根據所述線條邊緣位置基準計算線條基準寬度；對所有所述待測結構的所述線條基準寬度、所述最小線條粗糙度進行數據分析，計算光刻工藝窗口的數值范圍。2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述通過多像素閾值方法對所述線條成像圖進行分析，獲取線條一維方向的邊緣分布曲線，根據所述邊緣分布曲線計算線條粗糙度，繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線包括：獲取所述線條成像圖中線條邊緣沿寬度方向的像素值分布；根據所述像素值分布選擇多個像素值；確定每個像素值下的邊緣分布曲線，計算所述線條粗糙度；繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線。3.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述計算線條粗糙度包括：采用功率譜密度方法，并選擇低頻和/或中頻功率譜面積作為粗糙度值。4.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述線條成像圖具有N條線條，N為正整數；在繪制所述關系曲線時，若N不小于3，在所述線條成像圖中選擇具有至少3條線條區域作為待測圖形區域，對所述待測圖像區域中的多個邊緣分布曲線的線條粗糙度進行平均處理，獲取所述線條成像圖的平均線條粗糙度，根據所述平均線條粗糙度繪制像素值與線條粗糙度的關系曲線；若N小于3，選擇所述待測圖像區域中具有長度不小于500nm的區域作為待測圖形區域，根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張利斌，韋亞一，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11