一种光刻工艺窗口的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种光刻工艺窗口的测量方法，包括：提供一晶圆，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。该测量方法提高了光刻工艺窗口的测量的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路
，更具体的说，涉及一种光刻工艺窗口的测量方法。
技术介绍
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(FocusEnergyMatrix，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。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术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，本专利技术提供如下技术方案：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：获取线条宽度与聚焦值曲线、线条宽度与曝光能量曲线、线条宽度与曝光能量和聚焦值的工艺窗口数据表格、线条粗糙度与聚焦值曲线、线条粗糙度与曝光能量曲线、线条粗糙度与曝光能量和聚焦值的工艺窗口数据表格中的至少一个，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：确定第一预设区间内的线条宽度对应的第一聚焦值与能量矩阵分布，确定第二预设区间内的线条粗糙度对应的第二聚焦值与能量矩阵分布，以所述第一聚焦值与能量矩阵分布与所述第二聚焦值与能量矩阵分布的交集作为目标工艺窗口。优选的，在上述测量方法中，所述第一预设区间为[90％*a，110％*a]，或[92％*a，108％*a]，或[95％*a，105％*a]；所述第二预设区间为(0，20％*a]，或(0，10％*a]，或(0，5％*a]；其中，a为线条的目标宽度。优选的，在上述测量方法中，所述线条粗糙度为指线条宽度粗糙度、或线条边缘粗糙度、或间隙宽度粗糙度。优选的，在上述测量方法中，所述待测结构包括经过光刻之后的光刻胶图形结构，或经过刻蚀转移的中间图形结构或半导体器件图形结构。优选的，在上述测量方法中，所述电子束显微镜对不同所述待测结构进行成像时的设置参数相同。通过上述描述可知，本专利技术技术方案提供的光刻工艺窗口的测量方法通过多像素阈值方法对线条图像进行分析，获取线条一维方向的边缘分布曲线，进而计算线条的粗糙度，根据像素值与线条粗糙度的关系曲线计算线条基准宽度，最后根据所有图像单元的线条基准宽度以及线条粗糙度的数据分析计算出光刻工艺窗口的数值范围。可见，在该测量方法中，采用多像素阈值的方法，每次测试中对所有像素值下的线条粗糙度进行比较，选择线条粗糙度连续变化时的最小值作为待测结构的线条粗糙度，该线条粗糙度为最佳像素值下的测量值，各个图像单元的线条基准宽度以及线条粗糙度计算更加准确，能够获取最佳的线条基准宽度以及线条粗糙度。因此，根据所有图像单元的线条基准宽度以及线条粗糙度数据分析的光刻工艺窗口的数值范围更加准确。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种光刻工艺窗口的测量方法的流程示意图；图2为具有待测结构的晶圆的SEM成像图；图3a为根据本专利技术实施例的测量方法获得的线条成像图及灰度分布；图3b为根据本专利技术实施例的测量方法获得的边缘分布曲线的示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种多像素阈值方法的流程示意图图5为基于多像素阈值方法所获得的线条宽度粗糙度与边界阈值之间的关系曲线；图6a为根据本专利技术实施例的测量方法获得的线条宽度与聚焦值的曲线图；图6b为根据本专利技术实施例的测量方法获得的线条宽度与曝光能量的曲线图；图7a为根据本专利技术实施例的测量方法获得的中频LWR与聚焦值的曲线图；图7b为根据本专利技术实施例的测量方法获得的中频LWR与曝光能量的曲线图。具体实施方式下面将结合本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻工艺窗口的测量方法，其特征在于，包括：提供一晶圆，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。

【技术特征摘要】
1.一种光刻工艺窗口的测量方法，其特征在于，包括：提供一晶圆，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。2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利斌，韦亚一，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11