专利名称：利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法。
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FEM(聚焦与曝光量矩阵)和PWQ(工艺窗口认证)。请参看图1，图1为现有技术中利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法示意图。如图1所示，现有技术中，采用聚焦与曝光量矩阵FEM(F0CUS Energe Matrix) 确定最佳光刻工艺参数时，通常在一片晶圆之上形成一抗蚀剂层，在该抗蚀剂层上划分出排列为η行m列的不同区域(field)(如图1中圆形中的方格区域)，在横向方向上各个不同区域采用不同的聚焦条件设定，在纵向方向上各个不同区域采用不同的曝光剂量设定， 从而实现在各个区域上采用不同的聚焦设定和/或不同的曝光剂量设定，并最终通过光刻在各个区域内形成相同图像，并测量各个区域所形成的图像，从而得到晶圆上不同区域形成的图像CD值及其所对应的光刻聚焦及曝光剂量的全部数据集。依据得到的图像最佳CD 值最终确定进行光刻的最佳聚焦条件和曝光剂量。但由于晶圆上被划分的各个区域内不同位置的高度并不绝对精确地相同，特别是对于采用在之前已经过多道工艺的晶圆来说更是如此，因此，晶圆上各个区域内虽然采用了相同的聚焦条件，但各个区域内不同位置的实际聚焦条件并不相同。当对各个区域所形成图像的CD值进行测量时，通常选择各个区域内某一相同的固定位置的图像进行测量，但该测量点很可能由于具有一定的高度差而使其实际的聚焦条件同设定聚焦条件不同，这样通过测量得到的CD值判断最佳聚焦条件时必然存在误差，导致确定出的最佳聚焦条件不精准。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，以解决现有技术的聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法容易导致确定出的最佳聚焦条件不精准的问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，包括以下步骤提供一半导体晶圆，在所述半导体晶圆上划分出若干不同区域；所述区域数量同需设定的不同第一光刻工艺参数条件的数量相等；在所述半导体晶圆的各个所述区域内依次沉积若干层薄膜介质层，所述薄膜介质层的层数同需设定的不同第二光刻工艺参数条件的数量相等且各层薄膜介质层的厚度均相等；对各个所述区域内的各层薄膜介质层依次进行刻蚀，使各个所述区域内的各层薄膜介质层形成阶梯状；在各 个所述区域内的各层薄膜介质层上暴露在外的阶梯部分均涂覆光刻胶，并对各个所述区域内的各层薄膜介质层采用相同的第二光刻工艺参数条件设定，且使用图像相同的掩膜板进行曝光和显影，使各个所述区域内的各层薄膜介质层上形成相同的图像；对于各个所述区域内各层薄膜介质层上所形成的图像，在每层薄膜介质层上均选取某一位置上所形成的图像测量其特征尺寸值，最终形成所有所述区域内各层薄膜介质层上形成的图像的特征尺寸值以及其所对应的第一光刻工艺参数和第二光刻工艺参数的数据集，根据该数据集判断出得到最佳图像特征尺寸的最佳第一光刻工艺参数条件和第二光刻工艺参数条件。可选的，所述薄膜介质层为是硅氧化物层或多晶硅层。可选的，所述划分出的区域分散分布于所述半导体晶圆上。可选的，所述划分出的不同区域排列为1行η列，所述列数η同需设定的不同第一光刻工艺参数条件的数量相等。可选的，所述划分出的不同区域排列为m行1列，所述行数m同需设定的不同第一光刻工艺参数条件的数量相等。本发明的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法中，由于在晶圆各个区域内形成了多层薄膜介质层的阶梯状堆栈且各层薄膜介质层的厚度相等，则在每个区域采用相同聚焦条件设定的情况下，由于各层薄膜介质层之间具有高度差，从而造成进行光刻时各层薄膜介质层得到的聚焦条件不同，即在各个区域内有多少层薄膜介质层就可得到多少个不同的聚焦条件设定，且相邻薄膜介质层所得到的聚焦条件设定之间的差值由于各层薄膜介质层的厚度相等而相等。因此，进行光刻时，当各个区域采用不同的曝光剂量设定时，各个区域内的各层薄膜介质层上也同时实现了不同的聚焦条件设定。采用本发明的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，由于沉积的多层薄膜介质层的厚度相等，各层薄膜介质层的厚度误差可控制在士 1. 5%的范围内，因此在选取各层薄膜介质层上最终形成的图像时，无论选取位置在何处其实际的聚焦条件都不会与设定的聚焦条件有很大误差，从而可更加精确的确定出最佳聚焦条件。同时本发明方法中，要完成一组曝光剂量设定和一组聚焦条件设定所得到的图像的特征尺寸值的采集，只需要在晶圆上的几个区域，或在一行区域或一列区域上划分出的不同区域进行光刻和数据采集就可以了，无需同现有技术一样形成区域阵列进行光刻，因此可有效提高效率，同时也可节省成本。
图1为现有技术中利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法示意图；图2为本发明的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法示意图；图3a至图3e为本发明方法中，在晶圆中各个区域形成介质堆栈的方法示意图；图4为本发明方法中，在晶圆中各个区域内形成图像的测量选取方法示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
本发明提供的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法可利用多种替换方式实现，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑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描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。请结合参看图2、图3a至图3e以及图4，图2为本发明的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法示意图；图3a至图!Be为本发明方法中，在晶圆中各个区域形成介质堆栈的方法示意图；图4为本发明方法中，在晶圆中各个区域内形成图像的测量选取方法示意图。本发明的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法包括以下步骤首先，如图2所示，提供一半导体晶圆100，在所述半导体晶圆100上划分出若干不同区域101 ；所述区域101的数量同需设定的不同曝光剂量条件的数量相等；所述区域101 可以分散分布于所述半导体晶圆100上，也可以排列为一定的图形，例如各个所述区域101 排列为1行η列，所述列数η同需设定的不同曝光剂量条件的数量相等，或者也可以排列为 1列m行，所述行数m同需设定的不同曝光剂量条件的数量相等，例如图2方框110中的单个方格代表一个区域101，各个区域101排列为1列6行；其次，如图3a所示，在所述半导体晶圆100的各个所述区域101内依次沉积若干层薄膜介质层，所述薄膜介质层的层数同需设定的不同聚焦条件的数量相等且各层薄膜介质层的厚度均相等；再次，如图北至图!Be所示，对各个所述区域101内的各层薄膜介质层依次进行刻蚀，使各个所述区域101内的各层薄膜介质层形成阶梯状；再次，在各个所述区域101内的各层薄膜介质层上暴露在外的阶梯部分均涂覆光刻胶；对各个所述区域101内的各层薄膜介质层采用相同的聚焦条件设定，并使用图像相同的掩膜板进行曝光和显影，使各个所述区域101内的各层薄膜介质层上形成相同的图像；由于各个所述区域101的各层薄膜介质层之间具有高度差，从而造成进行光刻时各层薄膜介质层得到的聚焦条件不同，且相邻薄膜介质层所得到的聚焦条件设定之间的差值由于各层薄膜介质层的厚度相等而相等。因此，进行光刻时，当各个所述区域101采用不同的曝光剂量设定时，各个所述区域101内的各层薄膜介质层上也同时实现了不同的聚焦条件设定；最后，如图4所示，对于各个所述区域101内各层薄膜介质层上所形成的图像，在每层薄膜介质层上均选取某一位置上所形成的图像测量其特征尺寸(CD)值，例如选取图4 中所显示的各层薄膜介质层上五角星所标示的位置的图像进行特征尺寸的测量，最终形成所有所述区域101内各层薄膜介质层上形成的图像的特征尺寸值以及其所对应的聚焦条件和曝光剂量条件的数据集，根据该数据集判断出得到最佳图像特征尺寸的最佳聚焦条件和最佳曝光剂量条件。 所述薄膜介质层可以是硅氧化物层、多晶硅层等等。 本发明的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法中，由于在晶圆各个区域内形成了多层薄膜介质层的阶梯状堆栈且各层薄膜介质层的厚度相等，则在每个区域采用相同聚焦条件设定的情况下，由于各层薄膜介质层之间具有高度差，从而造成进行光刻时各层薄膜介质层得到的聚焦条件不同，即在各个区域内有多少层薄膜介质层就可得到多少个不同的聚焦条件设定，且相邻薄膜介质层所得到的聚焦条件设定之间的差值由于各层薄膜介质层的厚度相等而相等。因此，进行光刻时，当各个区域采用不同的曝光剂量设定时，各个区域内的各层薄膜介质层上也同时实现了不同的聚焦条件设定。采用本发明的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，由于沉积的多层薄膜介质层的厚度相等，各层薄膜介质层的厚度误差可控制在士 1. 5%的范围内，因此在选取各层薄膜介质层上最终形成的图像时，无论选取位置在何处其实际的聚焦条件都不会与设定的聚焦条件有很大误差，从而可更加精确的确定出最佳聚焦条件。同时本发明方法中，要完成一组曝光剂量设定和一组聚焦条件设定所得到的图像的特征尺寸值的采集，只需要在晶圆上的几个区域，或在一行区域或一列区域上划分出的不同区域进行光刻和数据采集就可以了，无需同现有技术一样形成区域阵列进行光刻，因此可有效提高效率，同时也可节省成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，包括以下步骤提供一半导体晶圆，在所述半导体晶圆上划分出若干不同区域；所述区域的数量同需设定的不同第一光刻工艺参数条件的数量相等；在所述半导体晶圆的各个所述区域内依次沉积若干层薄膜介质层，所述薄膜介质层的层数同需设定的不同第二光刻工艺参数条件的数量相等且各层薄膜介质层的厚度均相等；对各个所述区域内的各层薄膜介质层依次进行刻蚀，使各个所述区域内的各层薄膜介质层形成阶梯状；在各个所述区域内的各层薄膜介质层上暴露在外的阶梯部分均涂覆光刻胶，并对各个所述区域内的各层薄膜介质层采用相同的第二光刻工艺参数条件设定，且使用图像相同的掩膜板进行曝光和显影，使各个所述区域内的各层薄膜介质层上形成相同的图像；对于各个所述区域内各层薄膜介质层上所形成的图像，在每层薄膜介质层上均选取某一位置上所形成的图像测量其特征尺寸值，最终形成所有所述区域内各层薄膜介质层上形成的图像的特征尺寸值以及其所对应的第一光刻工艺参数和第二光刻工艺参数的数据集， 根据该数据集判断出得到最佳图像特征尺寸的最佳第一光刻工艺参数条件和第二光刻工艺参数条件。
2.如权利要求1所述的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，其特征在于，所述薄膜介质层为是硅氧化物层或多晶硅层。
3.如权利要求1所述的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，其特征在于，所述区域分散分布于所述半导体晶圆上。
4.如权利要求1所述的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，其特征在于，所述区域排列为1行η列，所述列数η同需设定的不同第一光刻工艺参数条件的数量相等。
5.如权利要求1所述的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法，其特征在于，所述区域排列为m行1列，所述行数m同需设定的不同第一光刻工艺参数条件的数量相等。
全文摘要
本发明的利用聚焦与曝光量矩阵确定最佳光刻工艺参数的方法中，由于在晶圆各个区域内形成了多层薄膜介质层的阶梯状堆栈且各层薄膜介质层的厚度相等，因此在选取各层薄膜介质层上最终形成的图像时，无论选取位置在何处其实际的聚焦条件都不会与设定的聚焦条件有很大误差，从而可更加精确的确定出最佳聚焦条件。同时本发明方法中，要完成一组曝光剂量设定和一组聚焦条件设定所得到的图像的特征尺寸值的采集，只需要在晶圆上的几个区域，或在一行区域或一列区域上划分出的不同区域进行光刻和数据采集就可以了，无需同现有技术一样形成区域阵列进行光刻，因此可有效提高效率，同时也可节省成本。
文档编号H01L21/027GK102200696SQ20111014201
公开日2011年9月28日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者于世瑞 申请人:上海宏力半导体制造有限公司