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GBT 29844-2013 用于先进集成电路光刻工艺综合评估的图形规范PDF文本

1CS31.030L90中华人民共和国国家标准GB/T29844-2013用于先进集成电路光刻工艺综合评估的图形规范s0C德rati点metrolog子patern for theevaluation of advanced photolithgraphy2013-11-12发布2014-04-15实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布中国国家标准化管理委员会素衬网Z.JZC.ET
J.NE中华人民共和国国家标准用于先进集成电路光刻工艺综合评估的图形规范GB/T29844-2013中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(1C0013北京市西城区三里河北街16号(100045)网址www.spc.net.cn总编室：(010)64275323发行中心：(010)51780235读者服务部：(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印剧厂印刷各地新华书店经销开本880×12301/16印张0.75字数20千字2014年1月第一版2014年1月第一次印刷5号：155066·147913定价16.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话：(010)68510107蜀素前网Z.JZC.WET
GB/T29844-2013前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)提出并归。本标准起草单位：上海华虹NEC电子有限公司。本标准主要起草人：王雷、伍强、朱骏、陈宝钦。J.NE莲明Z..ET
GB/T29844-2013用于先进集成电路光刻工艺综合评估的图形规范1范围本标准规定了用于先进集成电路光刻工艺综合评估的标准测试图形单元的形状、一般尺寸，以及推荐的布局和设计规则，这些标准测试图形包括可供光学显微镜和扫措电子显微镜用的各种图形单元。本标准适用集成电路的工艺、常规掩模版，光致抗蚀剂和光刻机的特征和能力作出评价及交替移相掩模版相位测量，适用于g线、i线、KF、ArF等波长的光刻设备及相应的光刻工艺。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T16878一1997用于集成电路制造技术的检测图形单元规范SJ/T10584一1994微电子学光掩蔽技术术语3术和定艾GB/T16878一1997和SJ/T10584-1994界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1掩模版误差因子mask error factor;MEF把掩模版上的图形转移到硅片上时，硅片上图形线宽对掩模版线宽的偏导数。注：影响掩模版误差因子的因素有曝光条件、光刻胶性能、光刻机透镜像差、后烘温度等。对远大于躁光波长的图形，掩模版误差因子通常非常接近1。对接近或者小于波长的图形，掩模版误差因子会显著增加。而使用交替相移掩模版的线条光刻可以产生显著小于1的淹模板误差因子。在光学邻近效应校正中细小林偿结构附近会显著小于1.3.2移相掩模版phase shift mask在光刻掩模的不同区域上制作出特定的光学厚度，使得光透过不同区域产生相位差，以达到提高成像对比度和光刻工艺窗的掩模版。3.3离轴照明off-axis illumination为进一步提高投影光刻机的光刻分辨率，让照明光束以偏离透镜对称轴方向斜入射的照明方法。3.4光酸分子有s效扩散长度effective diffusion length of photo-generated acid化学放大光致抗蚀剂在曝光后的烘烤过程中光酸分子在光致抗蚀剂聚合物中的随机扩散形成的扩散长度。3.5交替移相掩模版alternating phase shifting mask由常规的透光区和能使光产生180°相移的石英移相器区交替排列的移相掩模，也称为Levenson1興尚理览Z.ZC.NE1
GB/T29844-2013型移相掩模。4概述4.1本标准中所规定的标准测试图形单元可以采用光刻方法或者其他在硅片上直接形成图形的方法做在半导体基片的光掩蔽层上，用于集成电路(IC)生产或研发过程中光刻工艺综合评估。4.2除非特殊说明，本标准中所述标准测试图形单元的具体细节，如取向、大小、线宽范围、明暗特性(选择亮场或者暗场)等，一般均由用户确定。采用本标准中所述基本图形单元进行测试，出具结果报告时，应说明基本图形单元的细节。5要求5.1总则5.1.1本标准中所规定的每一种标准测试图形单元是由若干个基本测试图形组成的。标准测试图形单元可以用来组成复合图形。由于集成电路版图大部分是由横平竖直的大大小小矩形组成的，对于由线条组成的基本测试图形，需要增加一组旋转90°的标准测试图形单元形来组成复合图形。特殊情况下，可由用户确定增加不同旋转角度的若干组基本测试图形来组成复合图形。5.1,2一组复合图形可以由若干数量的标准测试图形单元组成，只要每个标准测试图形单元遵守相应的设计规则，则该复合图形符合本标准，5.1.3每一种基本测试图形含有午种基本图形元素，图形元素在相应的设计规则允许的范围内按某种步距分布重复构成一组基本测试图形，步距可由用户确定，用户根据具体的工艺和设备条件确定图形的所有尺寸。5.1,4本标准中所提供的图详细地说明了该标准测试图形单元内部基本测试图形的合理布局，并规定了每个基本测试图形的设计参数。5.1.5为了保证本应互不相干的图形在曝光过程中尽量减少邻近效应的影响，所有基本测试图形组应彼此分开，基本测试图形组与基本测试图形组之间的间距以互不干涉为限。5.1.6本标准中所提及有关线条的要求，若不做特殊说明，也适用于透明线。5.2线宽均匀性测试图形单元5.2.1每个线宽均匀性基本测试图形包含一个含有至少5根等间距线条的图形，其中中间的线条比其他线条要长一些，可以把它看作孤立线，其每端突出的长度应该由线宽决定，一般为线宽的5倍~10倍，其他线的长度通常为线宽的10倍或者更长。5.2.2每个线宽均匀性测试图形单元包含2个线宽均匀性基本测试图形，取向互成90°，构成图形对。5.2.3每个线宽均匀性测试图形单元可以用来测量掩模版或者硅片上某一区域线宽的值，如果将线宽均匀性测试图形单元均匀分布在掩模版曝光区域上，曝光区域上的线宽均匀性便可以通过测量每一个线宽均匀性测试图形所在处的线宽来获得。本标准所设计的线宽均匀性测试图形可以用来同时测量密集和孤立线条的线宽均匀性，并且可以得到两个正交方向上的线宽均匀性。5.2.4线宽和线间距的具体尺寸由用户根据所评价或者开发的工艺要求来确定。5.2.5对均匀分布在掩模版曝光区域上线宽均匀性测试图形的孤立线条的对焦深度测量，可得到光刻机像面平整度的信息。5.2.6每一个线宽均匀性测试图形单元可以包括供扫描电子显微镜便于辨认测试图形的标识图形，如图1所示的两个小方块。2理蜀素前网ZC.ET
GB/T29844-2013图1线宽均匀性测试图形单元5.3掩模版误差因子测试图形单元5.3.1每一个掩模版误差因子基本测试图形单元包含一个含有至少9根等间距线条的图形，其中中间的线条比其他线条要长一些，可以把它看作孤立线，其每端突出的长度应该由线宽决定，一般为线宽的5倍一10倍。其他线的长度通常为线宽的10倍或者更长。5.3.2每个掩模版误差因子测试图形单元至少包含5组2个取向互成90°的掩模版误差因子基本测试图形对。5,3.35对掩模版误差因子基本测试图形拥有相同的线条空间周期，即所有线条图形在空间上等间距的分布。但每对掩模版误差因子基本测试图形之间的线宽是变化的，呈递增或者递减分布，邻近两对测试图形的线宽差值应是围定的，具体的差值由用户根据所评价或者开发的工艺要求来定。一般为5nm~m.毛小系个闪∠.J∠○U.N上5.3.4掩模版误差因子测试图形单元可以用来测量光刻工艺的综合性能，如果加上空间像的计算或者模拟能力，对掩模版误差因子的测量可以得出有关光致抗蚀剂的重要参数及光致抗蚀剂的光酸分子的有效扩散长度（见参考文献[1]）5.3.5掩模版误差因子测试图形单元可以通过使用已知性能的光致抗蚀剂来对光刻机成像性能进行评价。也可以通过测量曝光区域上不同位置上的掩模版误差因子来测量光刻机成像性能在整个曝光区域上的均匀性5.3.6每一个掩模版误差因子测试图形单元包括供扫描电子显微镜便于辨认测试图形的标识图形，如图2所示的一个小长方形图2掩模版误差因子测试图形单元3Z.ZC.E]
GB/T29844-20135.4光学邻近效应测试图形1：线宽随空间周期变化测试图形单元5.4.1每一个线宽随空间周期变化测试图形单元包括一组空间周期不断递增的等间距，等长度密集线条组和一根孤立线图形。线条的长度至少为线宽的10倍。5.4.2密集的图形应该至少包含5根等间距、等长度线条，每一组线宽随空间周期变化的测试图形单元应至少包含1根孤立线。5.4.3空间周期的递增步长和线条的宽度由用户根据所评价或者开发的工艺要求来确定。根据工艺需要可以由若干组不同线条宽度的线宽随空间周期变化测试图形单元构成复合测试图形。5.4.4线宽随空间周期变化测试图形可以用来测试光致抗蚀剂的性能，线宽越是不随空间周期的变化而变化的光致抗蚀剂应该被认为是一种反差性能比较好的抗蚀剂。注：线宽随空间周期变化除了由于光学邻近效应的影响外，还有一部分原因是来自光刻成像系统本身，它可以通过调节光刻工艺条件和调整成像系统来改善。5.4.5线条的线宽和最小间距由用户根据所评价或者开发的工艺要求来确定。5.4.6每一个线宽随空间周期变化测试图形单元包括供扫描电子显微镜便于辨认测试图形的标识图形，如图3所示的小方块。Z.J.NE丽国图3光学邻近效应测试图形1：线宽随空间周期变化测试图形单元5.5光学邻近效应测试图形2：线端缩短测试图形单元5.5.1每一个线端缩短测试图形单元包括4种基本测试图形，如图4所示，分别为孤立对顶线条、密集对顶线条、在密集线条环境中的孤立对顶线条、正交的孤立线条组。图4光学邻近效应测试图形2：线端缩短则试图形单元興尚强Z.ZC.NE1
GB/T29844-20135.5.2对顶线端的间距S和线宽W由用户根据所评价或者开发的工艺要求来确定。线条长度应该不小于线宽W的10倍。一个完整的线端缩短测试图形至少包含一组线端缩短测试图形单元，其线宽W是掩模版上的最小线宽，而且其对顶线端的间距S应该不大于0.7倍的掩模版上的最小线间距。5.5.3在密集对顶线条中，线条空间周期由需要被评价或者开发的工艺设计来确定，通常需要包括集成电路设计版图中的最小空间周期。5.5.4正交的孤立线条组中的长度L:应该不小于线宽W的10倍，5.5.5为了测出线端缩短的规律，用户可以根据实际情况由图4所示的图形组成其他复合测试图形，包括将上述图形旋转90°。5.5.6密集对顶线条和在密集线条环境中的孤立对顶线条两组基本测试图形，总根数应不少于5根。5.5.7每一个线端缩短测试图形单元包括供扫描电子显微镜便于辨认测试图形的标识图形，如图4所示的小方块5.6光学邻近效应测试图形3：方角钝化测试图形单元5.6.1每一个方角纯化测试图形单元包含一组正方形，其边长L由被评估或者被开发的工艺线宽来确定，最小的正方形的边长应同集成电路设计版图中的最小线宽相一致，正方形中最大的边长应该不小于曝光用波长的10倍。如图5所示的方角纯化测试图形。OO图5光学邻近效应测试图形3：方角钝化测试图形单元5.6.2光刻后图形方角钝化的程度是通过测量正方形图形的对角线长度与1.4142倍边长的比值来确定。注：如果方角纯化忽略不计，比值应该接近1.0。如果有方角纯化，这个比值应该小于1.0。5.6.3不同边长L的正方形图形光刻后方角钝化程度是不同的，数值孔径、曝光照明条件和光致抗蚀剂的性能也会影响方角纯化程度。方角钝化与掩模版误差因子一样，反映了光刻工艺的综合性能。5.7光刻机球面像差测量图形单元5.7.1光刻机球面像差测量图形单元包含一组不同空间周期的等间距密集线条图形和至少一根比较宽的孤立线条，如图6所示230nr250nm280nm300nm330nm350m370nm400nm450nm500nm550nm80 nm200020002000图6光刻机球面像差测量图形单元5Z.ZC.RET
GB/T29844-20135.7.2光刻机球面像差测量图形单元中的密集线条图形组至少应该包含最小空间周期和最大空间周期两组图形，其中最小空间周期为光刻波长与最大使用数值孔径的比值，最大空间周期2倍的光刻波长与最小使用数值孔径的比值。密集线用来测量光刻机透镜边缘（对应最大数值孔径）到最小数值孔径一半的半径位置上的焦距值，通过式(1)~式(2)计算出相应的球面像差在这些位置上的分布，不同的空间周期中p的密集线条图形对应不同的衍射角度0，表述式为式(1)：0=sin-λ/p…………………(1)式中：入一光刻波长；p一空间周期。孤立线条图形对应透镜中心位置，作为参照焦距。透镜不同位置相对于透镜中心位置的球面像差值WFE表述为式(2)：WFE=AF(1-cos0)……………………(2)）式中：△F,一密集线条图形和孤立线条图形的焦距差；6-一衍射角度。孤立的线条宽度应为光刻波长与最小使用部分相干性设置(。值)的比值的3倍~5倍。孤立线条被用来测量光刻机透镜在傍轴（光轴附近）位置的焦距值，并且通过式(2)计算出相应的球面像差在傍轴(光轴附近)位置的值。5.7.3每一组密集线条图形至少应包括9根线条，线条的长度应该至少为线宽的10倍。5.7.4每一组密集线条图形之同应有一定间距，使得它们互不干扰，∠DU。N上5.8交替移相掩模版相位测量图形单元5.8.1每一个交替移相掩模版相位的测量图形单元为一组等间距的密集线条图形，如图7所示，每一根线条（本标准只适用于线条图形）两边的透射相位差设计值为180°。每一组密集线条图形至少包含8根线条。注：上述交替移相掩模版相位的测量图形单元也可以直接做成透射相位交替型，如8根透明线条，其中第1、3、5、7四根线条是常规透射图形，而第2、4、6、8四根线条做成相位差设计值为180°的透射图形，同样可构成交襟移相掩模版，这种方式不会在移相区域线条两端边界产生多余线。目注：灰色区域与白色区域相对相位差设计值为180°，灰色区域也称移相器图7交替移相掩模版相位测量图形单元5.8.2密集线条的长度应不短于线宽的10倍。5.8.3移相区域应该在线条两端有一定的延伸，具体延伸长度应该以不影响线端的光刻为限，通常为6理甄ZC.ET
GB/T29844-2013线宽的2倍以上。注：线条两端延伸的移相区城曝光后实际上会产生多余边界线，在作为检测图形使用时可以不予考虑。但在实际集成电路光刻工艺中使用的情况，需要去除多余边界线（例如采用二次膜光技术）5.8.4密集线条图形的最小空间周期应不小于光刻波长与数值孔径比值的0.5倍，最大的空间周期应不小于波长与数值孔径比值的1.5倍。5.8.5交替移相掩模版相位的测量是通过测量线条随焦距偏离而造成的相对空间位置的移动来实现，甄素前网ZC
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