光刻散焦的检测方法、检测系统及光刻工艺的优化方法

摘要

本发明一种光刻散焦的检测方法和检测系统及光刻工艺的优化方法，采用三维OCD检测光刻工艺的散焦问题。通过建立三维图形模拟库，三维图形模拟库包括散焦类型不同的多组参考图形单元的三维图形信息，利用三维OCD扫描的待检测区域，获得待检测图形单元的三维图形信息，将待检测图形单元的三维图形信息与多组参考图形单元的三维图形信息进行比对，找到与待检测图形单元的三维图形信息相似度最高的参考图形单元，从而确定待检测区域的散焦或发生散焦的类型，通过优化光刻工艺的曝光参数并多次重复上述检测方法可以达到逐步优化光刻工艺的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及光刻工艺，尤其涉及一种光刻散焦的检测方法和系统及光刻工 艺的优化方法。

背景技术

随着半导体器件的尺寸日趋缩小，光刻工艺面临巨大挑战。随着光刻的焦 深日益减小，细微的问题也会影响光刻的对焦，例如晶圆不平、机械振动、或 图形自身问题等。光刻散焦(Defocus)会因此桥缺陷(Bridge Defect)、图形塌 陷(Pattern Shrinkage)等问题。

现有技术中，通常利用FEM(Focus Energy Matrix，聚焦能量矩阵)电子显 微镜扫描和桥缺陷扫描设备(Bridge Defect Scan)检测光刻散焦。其中FEM电 子显微镜扫描用于定义光刻中光照的能量和焦距工艺的窗口，但是这种测量方 法仅能应用于特定图形及特定区域，无法反应图形信息和晶圆不平引起的散焦 问题。通常，桥缺陷扫描设备用于探测已成型的光刻缺陷，且桥缺陷扫描设备 检测的滞后性亦影响了检测效率，并且桥缺陷扫描设备的缺陷检测率取决于扫 描像素设置，当设定桥缺陷扫描设备的扫描像素较高时，对桥缺陷扫描设备的 要求高，且扫描时间长，当设定桥缺陷扫描设备的扫描像素较低时，桥缺陷扫 描设备的检测率过低，很多缺陷问题无法检测出。故光刻散焦的检测是一件业 界亟待解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种利用三维OCD检测光刻工艺散焦的 方法、检测系统，以达到快速、准确获得散焦位置的目的，并通过优化曝光参 数并多次重复上述检测方法可以达到逐步优化光刻工艺的目的。

为解决上述问题，本发明提供一种光刻散焦的检测方法，包括以下步骤：设定 掩模图形，根据所述掩模图形建立三维图形模拟库，所述三维图形模拟库包括 散焦类型不同的多组参考图形单元的三维图形信息；在晶圆上选取待检测区域， 利用光刻和刻蚀工艺，将掩模图形转移到所述晶圆的待检测区域上，形成多组 待检测图形单元；利用三维OCD扫描所述多组待检测图形单元，获取多组待检 测图形单元的平均图形信息；将所述多组待检测图形单元的平均图形信息与所 述多组参考图形单元的三维图形信息进行对比，以确定所述待检测区域的散焦 情况。

进一步的，针对光刻散焦的检测方法，利用三维OCD扫描所述多组待检测图形 单元，获取多组待检测图形单元的平均图形信息的步骤中，包括：利用所述三 维OCD扫描所述晶圆的待检测区域，获得多组待检测图形单元的反射光，并根 据所述反射光获取光谱线；根据所述光谱线获取多组待检测图形单元的信息； 对所述多组待检测图形单元的信息进行处理，获得多组待检测图形单元的平均 信息。

进一步的，针对光刻散焦的检测方法，所述多组参考图形单元中每一组参 考图形单元包括一个或多个图形。

进一步的，针对光刻散焦的检测方法，所述每一组参考图形单元的三维图 形信息包括图形的高度、宽度、长度、深度、间距中的一种或多种。

进一步的，针对光刻散焦的检测方法，所述多组待检测图形单元中每一组 待检测图形单元包括一个或多个图形。

进一步的，针对光刻散焦的检测方法，所述每一组待检测图形单元的三维 图形信息包括图形的高度、宽度、长度、深度、间距中的一种或多种。 本发明还提供一种光刻散焦的检测系统，包括：三维图形模拟库，包括散焦类 型不同的多组参考图形单元的三维图形信息；三维OCD，用于扫描晶圆的待检 测区域的多组待检测图形单元，并获取多组待检测图形单元的平均图形信息。

进一步的，所述光刻散焦的检测系统还包括：对比单元，用于将所述多组 待检测图形单元的平均图形信息与所述多组参考图形单元的三维图形信息进行 对比，以确定所述待检测区域的散焦情况。

进一步的，针对所述光刻散焦的检测系统，所述多组参考图形单元中每一 组参考图形单元包括一个或多个图形。

进一步的，针对所述光刻散焦的检测系统，所述每一组参考图形单元的三 维图形信息包括图形的高度、宽度、长度、深度、间距中的一种或多种。

进一步的，针对所述光刻散焦的检测系统，所述多组待检测图形单元中每 一组待检测图形单元包括一个或多个图形。

进一步的，针对所述光刻散焦的检测系统，所述每一组待检测图形单元的 三维图形信息包括图形的高度、宽度、长度、深度、间距中的一种或多种。 本发明还提供一种光刻工艺的优化方法，包括：步骤一：设定光刻工艺的曝光 参数；步骤二：根据所述光刻工艺的曝光参数执行光刻工艺，并执行刻蚀工艺， 将掩模图形转移到晶圆的待检测区域上，形成多组待检测图形单元；利用三维 OCD扫描所述多组待检测图形单元，获取多组待检测图形单元的平均图形信息； 将所述多组待检测图形单元的平均图形信息与所述多组参考图形单元的三维图 形信息进行对比，以确定所述待检测区域的散焦情况；步骤三：根据所述待检 测区域的散焦情况对光刻工艺的曝光参数进行优化；步骤四：利用优化后的曝 光参数重复进行步骤二和步骤三，直至晶圆的待检测区域不发生散焦。

进一步的，针对所述光刻工艺的优化方法，在获取待检测图形单元信息的 步骤中，包括：利用三维OCD扫描所述多组待检测图形单元，获取多组待检测 图形单元的平均图形信息的步骤中，包括：利用所述三维OCD扫描所述晶圆的 待检测区域，获得多组待检测图形单元的反射光，并根据所述反射光获取光谱 线；根据所述光谱线获取多组待检测图形单元的信息；对所述多组待检测图形 单元的信息进行处理，获得多组待检测图形单元的平均信息。

进一步的，针对所述光刻工艺的优化方法，所述多组参考图形单元中每一 组参考图形单元包括一个或多个图形。

进一步的，针对所述光刻工艺的优化方法，所述每一组参考图形单元的三 维图形信息包括图形的高度、宽度、长度、深度、间距中的一种或多种。

进一步的，针对所述光刻工艺的优化方法，所述多组待检测图形单元中每 一组待检测图形单元包括一个或多个图形。

进一步的，针对所述光刻工艺的优化方法，所述每一组待检测图形单元的 三维图形信息包括图形的高度、宽度、长度、深度、间距中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的光刻散焦的检测方法和检测系统，首先建立三维图形模拟库 (三维图形模拟库包括散焦类型不同的多组参考图形单元的三维图形信息)，然 后利用三维OCD(Optical Critical Dimension，光学线宽测量仪)扫描晶圆的待 检测区域，获取多组待检测图形单元的平均图形信息，再将所述多组待检测图 形单元的平均图形信息与所述多组参考图形单元的三维图形信息进行对比，以 确定所述待检测区域的散焦情况，不仅可以准确的确定待检测区域的散焦情况 (是否发生散焦以及发生散焦类型)，并且三维OCD处理速度快、工作效率高。

本发明还提供一种光刻工艺的优化方法，根据所述待检测区域的散焦情况， 对光刻工艺的曝光参数进行优化，并利用优化后的曝光工艺参数在新的待检测 区域形成新的待检测图形单元，利用所述散焦检测检测方法及检测系统量测新 的待检测区域的散焦情况，重复上述步骤直至晶圆的待检测区域不发生散焦， 可以达到逐步优化光刻工艺的目的，并且由于三维OCD在扫描过程中速度快， 准确度高，可以有效缩短研发周期。

附图说明

图1为本发明一实施例的光刻散焦的检测方法的流程示意图。

图2为本发明一实施例的光刻散焦的检测方法中掩模图形的示意图。

图3为本发明一实施例的光刻散焦的检测方法中包括待检测区域的晶圆的 结构示意图。

图4a～图4b为本发明一实施例的光刻散焦的检测方法的待检测区域中两组 待检测图形单元的三维结构示意图。

图5为本发明一实施例的光刻散焦的检测系统的结构示意图。

图6为本发明一实施例的光刻工艺优化方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容 作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所 熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了 便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

本发明的核心思想在于，提供一种光刻散焦的检测方法及检测系统，首先 建立三维图形模拟库(三维图形模拟库包括散焦类型不同的多组参考图形单元 的三维图形信息)，然后利用三维OCD(Optical Critical Dimension，光学线宽测 量仪)扫描晶圆的待检测区域，获取多组待检测图形单元的平均图形信息，再 将所述多组待检测图形单元的平均图形信息与所述多组参考图形单元的三维图 形信息进行对比，以确定所述待检测区域的散焦情况，不仅可以准确的确定待 检测区域的散焦情况(是否发生散焦以及发生散焦类型)，并且三维OCD处理 速度快、工作效率高。

本发明还提供一种光刻工艺的优化方法，根据所述待检测区域的散焦情况， 对光刻工艺的曝光参数进行优化，并利用优化后的曝光工艺参数在新的待检测 区域形成新的待检测图形单元，利用所述散焦检测检测方法及检测系统量测新 的待检测区域的散焦情况，重复上述步骤直至晶圆的待检测区域不发生散焦， 可以达到逐步优化光刻工艺的目的，并且由于三维OCD在扫描过程中速度快， 准确度高，可以有效缩短研发周期。

图1为本发明一实施例的光刻散焦的检测方法的流程示意图。如图1所示， 本发明提供一种光刻散焦的检测方法，包括以下步骤：

步骤S01：设定掩模图形，根据所述掩模图形建立三维图形模拟库，所述三 维图形模拟库包括散焦类型不同的多组参考图形单元的三维图形信息。

建立包括多种散焦类型不同的参考图形单元，所述参考图形单元可以根据 以往三维OCD量测的检测图形结果记录或根据光刻工艺模拟结果记录获得，亦 可以通过例如利用仿真模拟仪器等获得。其中，所述参考图形单元中中每一组 参考图形单元包括一个或多个图形。所述每一组参考图形单元的三维图形信息 包括图形的高度、宽度、长度、深度、间距中的一种或多种。在所述三维图形 模拟库根据不同的散焦情况，建立多组参考图形单元，每组所述参考图形单元 中图形的形貌各不同，包括其宽度、高度、长度以及间距的不同，以及图形的 各截面形状不同的三维信息等。

图2为本发明一实施例的光刻散焦的检测方法中掩模图形的示意图，掩模 图形20上包括多组图形单元30，每组图形单元30包括一个或多个图形。图2 中图形单元30为两组，每组图形单元上包括4个条形图形40。但，掩模图形 20中图形单元30的数量以及图形单元30中图形40的数量和图形40的形状及 其组合不被限制。

步骤S02：在晶圆上选取待检测区域，利用光刻和刻蚀工艺，将掩模图形转 移到所述晶圆的待检测区域上，形成多组待检测图形单元。

在获取待检测图形单元信息的步骤中，包括：利用所述三维OCD扫描所述 待检测区域，获得多组待检测图形单元的反射光，并根据所述反射光获取光谱 线；根据所述光谱线获取多组待检测图形单元的信息；对多组待检测图形单元 的信息进行处理，获得多组待检测图形单元的平均信息。

所述多组待检测图形单元中每一组待检测图形单元包括一个或多个图形。 所述每一组待检测图形单元的三维图形信息为图形的立体信息，所述每一组参 考图形单元的三维图形信息包括图形的高度、宽度、长度、深度、间距的其中 一种或多种信息。

图3为本发明一实施例的光刻散焦的检测方法中包括待检测区域的晶圆的 结构示意图，在晶圆100上形成有多个区域，选择其中的一个或几个区域作为 待检测区域200，利用光刻和刻蚀工艺，将掩模图形转移到待检测区域200上。

此外，晶圆100中待检测区域200的数量以及待检测区域200的分布不被 限制。待检测区域200可以平均分布的整片晶圆100的各个位置，例如，一片 晶圆上具有6000个单位芯片(Chip)，可以选择在每个芯片里面设定待检测区 域200，即获得共6000个待检测区域200。

图4a～图4b为本发明一实施例的光刻散焦的检测方法的待检测区域中两组 待检测图形单元的三维结构示意图，利用图2所示的掩模图形20对图3所示晶 圆100中的待检测区域200进行光刻和刻蚀工艺，则形成的不同的待检测单元 的三维结构如图4a～图4b所示。在本实施例图4a～图4b标示两组待检测图形单 元300的三维结构示意图，但不限于上述两种。待检测图形单元300中包括四 个图形400，但待检测图形单元300的数量以及待检测图形单元300中图形400 的数量和图形400的形状及其组合不被限制。

步骤S03：利用三维OCD扫描所述多组待检测图形单元，获取多组待检测 图形单元的平均图形信息。

如图4a～图4b所示，三维OCD扫描所述待检测图形单元300，可以获取多 组待检测图形单元300的平均图形信息，其中每一组待检测图形单元300的三 维图形信息包括图形400的长度L、宽度W、高度H、图形400之间的平行距 离S1以及图形和图形之间的顶端距离S2。在晶圆不同待检测区域中，多组待检 测图形单元300中的图形400的三维图形信息L、W、H、S1、S2不尽相同，例 如图4b与图4a相比宽度W不同、平行距离S1不同，此外还可能形成其他多 种待检测图形单元的结构，例如所述图形400的宽和高形成的截面为梯形、三 角形，所述图形400之间的顶端距离S2为零，即两图形顶端相连形成桥缺陷等， 将待检测图形单元的信息加权处理，获得多组待检测图形单元的三维图形信息 的平均值。在所述三维图形模拟库根据不同的散焦情况，建立多组参考图形单 元，每一组参考图形单元的图形的形貌各不同，包括宽度、高度、长度以及平 行距离、顶端距离的不同，以及图形的各截面形状不同的三维信息等。通过将 多组待检测图形单元平均的三维图形信息与多组参考图形单元的三维图形信息 相比对，找到多组待检测图形单元平均的三维图形信息相似度最高的参考图形 单元，则可确定待检测区域的散焦情况，包括例如待检测区域上是否发生散焦 或发生散焦的类型。

步骤S04：将所述多组待检测图形单元的平均图形信息与所述多组参考图形 单元的三维图形信息进行对比，以确定所述待检测区域的散焦情况。

利用建立好的多组散焦类型不同的参考图形单元的三维图形信息比对每一 个待检测区域中多组待检测图形单元的平均图形信息，根据相似程度的结果， 例如比对GOF(good offitness)，即能够判断该晶圆上是否有散焦现象。如果散 焦类型是事先建立的多组散焦类型的参考图形单元的一种，即可确定待检测区 域的散焦情况，包括例如待检测区域上是否发生散焦或发生散焦的类型。

图5为本发明一实施例的光刻散焦的检测系统的结构示意图，如图5所示， 本发明还提供一种光刻散焦的检测系统，包括：三维图形模拟库101，三维 OCD201以及对比单元301，其中三维图形模拟库101，包括散焦类型不同的多 组参考图形单元的三维图形信息；三维OCD201，用于扫描晶圆的待检测区域的 多组待检测图形单元，并获取多组待检测图形单元的平均图形信息，对比单元 301，用于将所述多组待检测图形单元的平均图形信息与所述多组参考图形单元 的三维图形信息进行对比，以确定所述待检测区域的散焦情况，例如确定待检 测区域是否发生散焦或发生散焦的类型。

进一步的，针对所述光刻散焦的检测系统，所述每一组参考图形单元包括 一个或多个图形。所述每一组参考图形单元的三维图形信息包括图形的高度、 宽度、长度、深度、间距的其中一种或多种信息。每一组所述待检测图形单元 包括一个或多个图形。所述每一组参考图形单元的三维图形信息包括图形的高 度、宽度、长度、深度、间距中的一种或多种。

图6为本发明一实施例的光刻工艺优化方法的流程示意图。本发明还提供一 种光刻工艺的优化方法，包括：

S11：步骤一，设定光刻工艺的曝光参数；

S12：步骤二，利用所述光刻工艺的曝光参数，根据所述光刻工艺的曝光参 数执行光刻工艺，并执行刻蚀工艺，将掩模图形转移到晶圆的待检测区域上， 形成多组待检测图形单元；利用三维OCD扫描所述多组待检测图形单元，获取 多组待检测图形单元的平均图形信息；将所述多组待检测图形单元的平均图形 信息与所述多组参考图形单元的三维图形信息进行对比，以确定所述待检测区 域的散焦情况；

S13：步骤三，根据所述待检测区域的散焦情况对光刻工艺的曝光参数进行 优化；

S14：步骤四，利用优化后的曝光参数重复进行步骤二和步骤三，直至晶圆 的待检测区域不发生散焦。

光刻工艺的优化方法首先设定光刻工艺的曝光参数，例如包括曝光焦距、 曝光能量等参数，接着，利用该光刻工艺的曝光参数对晶圆上的待检测区域进 行曝光，晶圆上平均分布有若干待检测区域，即可根据若干待检测区域的比对 结果的差异来判断在晶圆上各个位置的散焦程度以及晶圆的散焦分布情况。将 上述比对结果反馈到光刻工艺中，对光刻工艺中的曝光参数进行优化，优化后 再次采用所述光刻工艺检测方法对三维OCD去比对进行参数优化后散焦的情 况。通过多次重复上述方法可以达到逐步优化光刻工艺的目的。由于三维OCD 在量测过程中具有量测速度快，准确度高的优势，可以有效缩短研发周期。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的光刻散焦的检测方法和检测系统，首先建立三维图形模拟库 (三维图形模拟库包括散焦类型不同的多组参考图形单元的三维图形信息)，然 后利用三维OCD(Optical Critical Dimension，光学线宽测量仪)扫描晶圆的待 检测区域，获取多组待检测图形单元的平均图形信息，再将所述多组待检测图 形单元的平均图形信息与所述多组参考图形单元的三维图形信息进行对比，以 确定所述待检测区域的散焦情况，不仅可以准确的确定待检测区域的散焦情况 (例如，是否发生散焦以及发生散焦类型)，并且三维OCD处理速度快、工作 效率高。

本发明还提供一种光刻工艺的优化方法，根据所述待检测区域的散焦情况， 对光刻工艺的曝光参数进行优化，并利用优化后的曝光工艺参数在新的待检测 区域形成新的待检测图形单元，利用所述散焦检测检测方法及检测系统量测新 的待检测区域的散焦情况，重复上述步骤直至晶圆的待检测区域不发生散焦， 可以达到逐步优化光刻工艺的目的，并且由于三维OCD在扫描过程中速度快， 准确度高，可以有效缩短研发周期。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所 属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许 的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。