用于检测系统缺陷的简化测试结构设计方法

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种用于检测系统缺陷的简化测试结构设计方法。

背景技术

在芯片制造中，随着电子元器件的小型化，器件尺寸从微米、亚微米逐渐减小到纳米级别，加工缺陷逐导致的电子元器件失效渐成为了制约良率的主要因素。由于芯片良率是芯片制造中涉及到的几十到几百道工艺步骤良率的叠加，这就要求对芯片的加工过程进行大量的在线测量，近年来加工缺陷的在线测量技术成为了一个重要的研究方向。芯片制造中的加工缺陷一般分为随机缺陷和系统缺陷，随机缺陷是指由芯片制造中的颗粒污染、光刻中的水痕、超净间环境扰动等各种随机出现的因素导致的加工缺陷，具有很大的不确定性；系统缺陷是指由芯片制造中的系统误差导致的加工缺陷，通常由加工设备性能参数偏移，加工工艺的变化等引起，会在每一片晶圆上具有延续性和一致性，可以通过对加工设备和工艺的控制来减小甚至消除系统缺陷，从提高良率的角度考虑，系统缺陷的在线测量技术十分重要。

目前对于系统缺陷的检测，主要采用的技术是光学测量和电子束测量。光学测量具有测量速度快的优势，但是受到由衍射极限限制，通常只能对微米和亚微米级的加工缺陷进行测量；电子束测量可以实现纳米级甚至更高的分辨率，但是主要缺点是测量速度较慢。为了解决测量速度和测量分辨率不能同时满足的问题，可以实现纳米级分辨率的光学关键尺寸(Optical Critical Dimension，OCD)测量方法是一个很好的解决方案。但是由于光学关键尺寸测量方法需要建立测量器件的物理模型，利用物理模型的模拟结果来关联测量光谱，从而获得测量结果。而对于一些实际器件，由于结构的复杂性导致低测量灵敏度、低信噪比、物理模型中的变量耦合等缺点，难以获得准确的结果。

对于实际器件，常用的测量方法是简化测试结构法。其利用结构比较简单的简化测试结构替代实际器件进行测量。但是简化测试结构和实际器件对于光刻等制程的响应存在差异，并不能保证同时出现系统缺陷，且出现的系统缺陷类型也会不一致，会导致简化测试结构的测量结果不能反映系统缺陷的真实情况。通常，简化测试结构的设计优化工作只能凭借经验人工完成，需要耗费大量时间和耗材，且难以实现简化测试结构与实际实际器件系统缺陷的最佳匹配度。因此，设计出能准确反映真实系统缺陷的简化测试结构是此测量方法的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种用于检测系统缺陷的简化测试结构设计方法，解决现有的光学关键尺寸测量方法难以准确测量实际器件的系统缺陷的缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于检测系统缺陷的简化测试结构设计方法，包括以下步骤：

步骤S1、实际器件制程仿真：对实际器件制造中各个制程进行仿真计算，模拟计算出实际器件的最终工艺窗口，同时模拟计算出实际器件工艺窗口以外的系统缺陷；

步骤S2、提取关键结构：依据实际器件制程仿真的结果提取关键结构，该关键结构为最容易产生系统缺陷并且对芯片的主要性能有重要影响的结构；

步骤S3、设计简化测试结构：根据所述步骤S2提取的关键结构进行简化测试结构的设计；

步骤S4、简化测试结构制程仿真：将所述步骤S3中设计的简化测试结构作为仿真模型的输入，以此模拟计算出简化测试结构制程最终的系统缺陷；

步骤S5、仿真系统缺陷一致对比：对比所述步骤S1的实际器件制程仿真与所述步骤S3的简化测试结构制程仿真在相同工艺窗口下所产生的系统缺陷信息是否一致，若不一致，则返回所述步骤S3。

进一步地，当所述步骤S5中执行返回所述步骤S3时，通过改变简化测试结构中关键结构的分布以重新设计简化测试结构。

进一步地，在所述步骤S5中对比为缺陷一致后还包括以下步骤：

步骤S6、实验验证：分别加工出实际器件和简化测试结构，对比其产生的系统缺陷信息是否一致，从而对所述步骤S5进行验证。

进一步地，在所述步骤S1中，所述最终工艺窗口包括以下参数中的至少一个：曝光能量、光学系统的焦距以及光刻胶厚度；所述系统缺陷包括以下种类中的至少一个：粘连、断开。

进一步地，在所述步骤S3中，设计的简化测试结构为周期性结构，以便于实际测量中进行光学检测。

进一步地，在所述步骤S4中，简化测试结构模拟计算的制程与所述步骤S1中实际器件制程完全相同，对应的简化测试结构模拟计算的结果也为工艺窗口和工艺窗口以外的缺陷。

进一步地，所述步骤S5中，所述系统缺陷的对比信息可以为以下缺陷参数中的至少一种：形状、尺寸、位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用了仿真手段与实验验证相结合的简化测试结构设计方法，在对实际器件制程仿真和简化测试结构制程仿真后，依据两个制程仿真结果进行系统缺陷对比从而进行简化测试结构设计，并且在仿真设计完成后进行简化测试结构的实验验证，确保仿真设计的可靠性。

另外，该设计过程，前期可以通过电脑端简化测试结构设计，提高了简化测试结构与实际器件系统缺陷的匹配度，能够避免复杂的人工经验的设计过程，减少对器件的损耗。

附图说明

图1为本发明的实施例中用于检测系统缺陷的简化测试结构设计方法的流程图；

图2为本发明的实施例中实际器件制程仿真得到的系统缺陷示例图；

图3为本发明的实施例中简化测试结构制程仿真得到的系统缺陷示例图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步说明。

如附图1所示，本实施例公开了一种用于检测系统缺陷的简化测试结构设计方法，能够准确测量实际器件的系统缺陷，该设计方法包括以下步骤：

步骤S1、实际器件制程仿真：对实际器件制造中各个制程进行仿真计算，模拟计算出实际器件的最终工艺窗口，同时模拟计算出实际器件工艺窗口以外的系统缺陷。

在步骤S1中，最终工艺窗口包括以下参数中的至少一个：曝光能量、光学系统的焦距以及光刻胶厚度；系统缺陷包括以下种类中的至少一个：粘连、断开。

步骤S2、提取关键结构：依据实际器件制程仿真的结果提取关键结构，该关键结构为最容易产生系统缺陷并且对芯片的主要性能有重要影响的结构。

步骤S3、设计简化测试结构：根据步骤S2提取的关键结构进行简化测试结构的设计。具体是将提取出的关键结构按照一定的分布进行排列，设计为周期性的简化测试结构，以便于实际测量中进行光学检测。

步骤S4、简化测试结构制程仿真：将步骤S3中设计的简化测试结构作为仿真模型的输入，以此模拟计算出简化测试结构制程最终的系统缺陷。

在步骤S4中，简化测试结构模拟计算的制程与步骤S1中实际器件制程完全相同，对应的简化测试结构模拟计算的结果也为工艺窗口和工艺窗口以外的缺陷。

步骤S5、仿真系统缺陷一致对比：对比步骤S1的实际器件制程仿真与步骤S3的简化测试结构制程仿真在相同工艺窗口下所产生的系统缺陷信息是否一致，若不一致，则返回步骤S3。这里，系统缺陷的对比信息可以为以下缺陷参数中的至少一种：形状、尺寸、位置。

如果对比出步骤S1的实际器件制程仿真与步骤S3的简化测试结构制程仿真具有一致的工艺窗口和系统缺陷信息，则该简化测试结构可以进入步骤S6进行试验验证。

步骤S6、实验验证：分别加工出实际器件和简化测试结构，对比其产生的系统缺陷信息是否一致，从而对步骤S5进行验证。如果实际器件和简化测试结构的系统缺陷一致，则此简化测试结构是优化的简化测试结构，可以满足代替实际器件系统缺陷检测的需求，可以实际应用，反之则继续执行步骤S3直到满足要求。

在步骤S5中，当对比出步骤S1的实际器件制程仿真与步骤S3的简化测试结构制程仿真的系统缺陷不一致时，执行返回步骤S3，在步骤S3中通过改变简化测试结构中关键结构的分布以重新设计简化测试结构；之后再次进行仿真模拟，直到两者一致。

以下结合附图2和3进行示例性说明：

如图2所示，根据步骤S1所述，通过实际器件制程仿真计算出其工艺窗口和系统缺陷，得出结构202是容易产生缺陷的关键结构，存在的系统缺陷为：断开204。这里，仅以断开的系统缺陷为例进行说明，并不仅限于断开，具体情况需根据实际仿真模拟出的系统缺陷为准。

进一步，依据步骤S3提取关键结构202并设计出图3所示的周期简化测试结构结构。依据步骤S4得到的简化测试结构制程仿真计算出其工艺窗口和系统缺陷。如果简化测试结构经过制程仿真计算出的工艺窗口系统缺陷301与204一致，则此简化测试结构可以进行下一步的实验验证。

如果依据步骤S4得到的简化测试结构制程仿真计算出的工艺窗口和系统缺陷301与204不一致，则此简化测试结构不满足实验验证的条件；重复步骤S3过程并对关键结构202进行结构调整，直至简化测试结构制程仿真步骤S4产生的系统缺陷301与204完全一致。

如果简化测试结构制程仿真步骤S4产生的系统缺陷301与204完全一致，则满足实验验证的条件。然后进行实际器件和简化测试结构的加工，对比两者实验中产生的系统缺陷是否一致：如果一致，简化测试结构是优化的简化测试结构；反之继续调整步骤S3中的关键结构进行的简化测试结构的设计和优化直到实验中的系统缺陷一致。

综上，本实施例的设计方法采用了仿真手段与实验验证相结合的手段进行设计，在对实际器件制程仿真和简化测试结构制程仿真后，依据两个制程仿真结果进行系统缺陷对比从而进行简化测试结构设计，并且在仿真设计完成后进行简化测试结构的实验验证，确保仿真设计的可靠性。

另外，该设计过程，前期可以通过电脑端简化测试结构设计，提高了简化测试结构与实际器件系统缺陷的匹配度，能够避免复杂的人工经验的设计过程，减少对器件的损耗。

本发明的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。