[發明專利]確定光刻曝光離焦量的方法

有效

• 申請號: 201310461184.7
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103488060A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 毛智彪;智慧
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;H01L21/66
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，尤其涉及一種確定光刻曝光離焦量的方法。

背景技術

光刻是制造半導體器件和大規模集成電路的關鍵工藝之一。通常，光刻工藝包括使用光致抗蝕劑（或光刻膠）層涂覆半導體晶片（或襯底）和通過具有集成電路圖像的光掩模使用光化性光源（比如準分子激光、汞燈等）將光致抗蝕劑曝光，其不但要具有解析特征尺寸線寬的技術能力，還要具有保證特征尺寸線寬均勻度和穩定度的能力。尤其在芯片的大規模生產中，如何保證特征尺寸線寬均勻度和穩定度，對穩定產品良率有十分重要的意義。因此，為保證穩定的產品良率，常通過準確確定光刻工藝窗口和曝光條件來實現。其中，光刻工藝窗口是指可用于生產的曝光量和離焦量范圍，曝光條件是指生產時所設定的曝光量和離焦量。

目前，常通過制作Bossung曲線圖（如圖1所示）來確定光刻工藝的曝光條件，并從該曲線圖上確定實際生產時所設定的曝光量和離焦量。其中，Bossung曲線圖的制作方法是指在硅片的不同區域設置不同的曝光量和離焦量，并對硅片上的光刻膠曝光和顯影后，用掃描式電子顯微鏡量測不同區域特征尺寸的線寬，然后將不同曝光量下的線寬測量值記錄在以線寬和離焦量為軸的二維圖中，并以可接受的光刻膠線條線寬的標準確定可用于生產的離焦量。而光刻膠的線寬僅反映了光刻膠的二維特征，但是不能反映光刻膠的三維形貌。隨著離焦量的變化，光刻膠的形貌會發生很大的變化（如圖2）。在線寬滿足要求的情況下，光刻膠的形貌可能已經不能滿足后續工藝的要求（如抵抗刻蝕、阻擋離子注入）。因此，以線寬測量值來確定曝光離焦量的方法，會存在其準確性受到線寬二維特征局限的問題。

為了準確確定光刻曝光離焦量，需要引入描述光刻膠形貌的參數。一種是直接采用掃描式電子顯微鏡來量測。其中，單次掃描式電子顯微鏡掃描并不能直接給出光刻膠的形貌參數，但是通過在光刻膠垂直方向不同截面的多次測量，并利用不同截面的多個光刻膠線寬值可以描述光刻膠的形貌。另一種是間接通過量測光刻膠線條側墻寬度來描述光刻膠的形貌，如圖3所示，其反應了光刻膠線條的線寬1和側墻寬度2。美國專利US2003215725A1公示了利用光刻膠線條頂部和底部線寬比值變化的極值點或利用光刻膠圖形側墻寬度變化的極值點來精確確定焦深范圍的上限。中國專利201110250279.5利用光刻膠線條頂部和底部線寬比值變化精確確定了可用于生產的真實焦深范圍。雖然，以上專利通過引入光刻膠線條頂部和底部線寬比的判斷條件，有效地避免了僅根據線寬來確定光刻曝光離焦量時，出現線寬滿足標準但光刻膠形貌不能滿足刻蝕的情況，但是在實際生產中最佳光刻曝光的離焦量不一定是光刻工藝窗口的中間值。因此，如何在避免根據線寬來確定光刻曝光離焦量時出現線寬滿足標準但光刻膠形貌不能滿足刻蝕這一問題的前提下，快速精確確定最佳的光刻曝光離焦量，以提高光刻工藝的穩定性和保證產品良率及質量是本領域技術人員需要解決的技術問題之一。

發明內容

本發明的目的為，針對上述問題，提出了一種確定光刻曝光離焦量的方法，該方法通過對光刻膠線條線寬Bossung曲線和光刻膠線條側墻寬度Bossung曲線的綜合考量，在避免了根據線寬來確定光刻曝光離焦量時出現線寬滿足標準但光刻膠形貌不能滿足刻蝕這一問題的前提下，快速精確確定最佳的光刻曝光離焦量，以提高光刻工藝的穩定性和保證產品良率及質量。

為實現上述目的，本發明一種確定光刻曝光離焦量的方法，包括如下步驟：

步驟S01，在硅片上選取用于形成具有目標線寬的光刻膠線條；

步驟S02，經曝光和顯影后，量測不同曝光區內所述光刻膠線條的線寬和側墻寬度；

步驟S03，制作所述光刻膠線條線寬的Bossung曲線以及所述光刻膠線條側墻寬度的Bossung曲線；

步驟S04，根據可接受的所述光刻膠線條線寬與目標線寬的差值范圍，在所述光刻膠線條線寬Bossung曲線上確定第一曝光離焦量區域，以及

根據可接受的所述光刻膠線條側墻寬度范圍，在所述光刻膠線條側墻寬度Bossung曲線上確定第二曝光離焦量區域；

步驟S05，然后，于所述第一曝光離焦量區域內選取第一離焦量，第二曝光離焦量區域內選取第二離焦量，并取所述第一離焦量和第二離焦量的平均值，就得到光刻曝光離焦量。

進一步地，所述光刻膠線條位于所述硅片的主圖形區或監測圖形區。

進一步地，所述光刻膠線條為孤立線條或密集線條。

進一步地，所述量測不同曝光區內所述光刻膠線條的線寬和側墻寬度是用掃描式電子顯微鏡來量測的。