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工艺窗口

物理学术语

光刻工艺容限，也称光刻工艺窗口，指的是保证掩模图形能正确复制到硅片上的曝光剂量和离焦量范围，它包含三个方面的信息：成像精确度、曝光度和焦深。

对于成像精确度、曝光度、焦深三个要素，分别可以用不同的参数来表示。
成像精确度的表示方法有很多，最直接的表达就是CDE或EPE，但两者都需要有光刻胶模型的支撑，光刻胶全物理模型计算速度太慢，简化模型误差较大，因此采用一些间接的手段来表征成像精确度，如空间像对比度、归一化对数斜率、实际空间像与目标图形间的差异等，这样既能快速计算，又能保证模型的准确。
焦深是指满足一定约束条件的离焦范围，这些约束条件一般包括CDE、光刻胶损失、侧壁角等。因此，在焦深最大化问题上，很难用一个数学表达式来描述它，可以通过一些间接的方法来表征。焦深体现的是离焦误差对成像的影响程度，也就是说如果像随离焦量的变化而改变很小，则焦深较大。对于光刻工艺，焦深越大，则对光刻图形的曝光越有利。
至于曝光度，由于它与空间像NILS有近似的线性关系，而NILS∝||∇I||。所以，可以通过最小化空间像对离焦量的偏导(∂I/∂z)及1/||∇I||，间接使得焦深和曝光度最大化。
光刻工艺窗口的确定
光刻工程师要保证对掩模上所有的图形都有足够的工艺窗口。通常的做法是首先做焦距能量矩阵FEM (Focus Energy Matrix, FEM)，找出最佳曝光能量和聚焦值，并使用FEM数据做工艺窗口分析。FEM的做法即曝光时，沿晶圆X方向做固定步长的能量变化，沿Y方向做聚焦值变化。显影后，测量光刻胶图形的线宽。测量的图形包括标准手册中规定以及光刻工程师认为值得监测的图形。
对所有关键图形的FEM数据做工艺窗口分析，并把结果画在一个E和F的坐标中，就得到图1，每一个图形的工艺窗口不完全一样，它们互相重叠的部分就是这些关键图形的公共窗口(Common Process Window) 。
图1 所有关键图形的工艺窗口
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