基于图像的离线的光刻工艺稳定性控制方法

光刻工艺中，光刻条件的稳定性对于光刻后的晶圆上图像质量的稳定起到关键作用。针对光刻条件稳定性的监控，目前的做法是使用散射仪和专门设计的光栅图样，从散射轮廓曲线来推断光刻实际工艺条件。这种方法需要特殊的散射仪工具，并且对光刻胶下的膜堆叠层变化敏感。为了解决上述难题，本文提出一种基于图像的离线光刻工艺稳定性监测方法。首次提出利用神经网络的办法，提取CDSEM图像不同光刻工艺下的特征信息，并与空间像进行一一对应。该方法取代了利用散射仪观察光刻后图像的办法，并避免了实际的光刻工艺流程，对于产线上光刻机稳定性的检测具有重要意义。

集成电路是现代日常生活中不可或缺的。

小到手机电脑， 大到航空航天， 背后都是芯片在默默工作。

光刻工艺是集成电路中的关键技术，是所有微纳器件制备过程中不可缺少的一道工艺。正是光刻设备、材料和工艺的发展，才使得集成电路上的器件越做越小，芯片的集成度越来越高，单个晶体管的成本越来越低[1]。光刻是利用光化学反应原理把事先制备在掩膜版上的图形转印到一个衬底上的过程，其原理是在晶圆(Wafer)表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶， 再用光线(一般是紫外光、深紫外光和极紫外光)透过掩模照射在晶圆表面，被光线照射到的光刻胶会发生反应。此后用特定溶剂洗去被照射/未被照射的光刻胶，就实现了电路图从掩模到晶圆的转移，就实现了半导体器件在晶圆表面的构建过程。光刻技术的发展和集成电路技术节点的推进密不可分。

光刻工艺中，光刻条件的稳定性对于光刻后的晶圆上图像质量的稳定起到关键作用。针对光刻条件稳定性的监控，目前的做法是使用散射仪和专门设计的光栅图样，从散射轮廓曲线来推断实际光刻工艺参数，这种方法需要特殊的散射仪工具，并且对光刻胶下的膜堆叠层变化敏感。

为了解决上述难题，本文提出一种基于图像的离线光刻工艺稳定性监测方法。具体来说，在光刻工艺流程中，对于给定的图案，在光刻机聚焦和剂量确定的情况下，晶圆上光刻胶的空间像(Aerial Image)也得到确定，在光刻胶确定的情况下，光刻胶显影后的三维结构得到确定，此时通过扫描电子显微镜(Critical Dimension Scanning Electronic Microscope, CDSEM)拍摄出的CDSEM 图像便也确定了。

其中空间像是光线从光源发出通过投影系统在光刻胶上所形成光强分布的图像，使用仿真软件可以计算出不同极化照明下的空间像[2]。CDSEM 图像可以为工程师进行定性和定量分析提供丰富的视觉信息[3]，基于上述空间像和CDSEM 图像之间的关系，本方法提出利用神经网络去提取CDSEM 图像不同光刻工艺下的特征信息，并与空间像进行一一对应，从而代替使用散射仪和专门设计的光栅图样。

2. 技术方法 基于图像的离线的光刻工艺稳定性控制方法主要分为两步，第一步是CDSEM 图像的生成，具体包括训练集和验证集的生成、空间像和CDSEM 图像的对齐、神经网络模型的训练和验证；第二步是基于CDSEM 图像的光刻工艺参数推导，最终实现离线的光刻工艺稳定性控制。

2.1. 基于神经网络的CDSEM 图像生成 2.1.1. 训练集和验证集的生成 第一步CDSEM 图像的生成主要采用神经网络的办法，在训练神经网络模型之前先进行数据集的准