CN102540734A - 套刻测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种套刻测试方法，其中，包括以下步骤：第一步、利用光刻机的对位系统收集对位标记的一阶信号和高阶信号得到标记位置的差值；第二步、测量套刻标记光刻后和刻蚀后的差值，并根据所述两种差值计算出一一对应的曲线；第三步、根据对位标记一阶信号和高阶信号得到的位置差异，从对应曲线得到套刻测量的偏移值；第四步、计算得到光刻套刻测量值。与现有技术相比，本发明的有益效果是：获得光刻后准确的套刻测量值，且不增加额外的光刻层次，也不必做先行片到刻蚀测量套刻，同时能有效在光刻后确认套刻，避免超规范的批次流到下一工序。

Description

套刻测试方法

技术领域

本发明涉及一种套刻测试方法，涉及半导体生产工艺。

背景技术

套刻测试是半导体光刻过程中的一个基本工艺过程，其反映了两个光刻层次叠对的准确程度。如果套刻数据在规范之内，产品就送入下一工序作业；如果套刻数据超规范，就必须返工，否则影响产品的成品率。光刻套刻测试是一基本的半导体光刻工艺过程，其基本原理是在光学显微镜能下，通过比对左右两侧条形图形中心点距离的差异以确认套刻数值。套刻测试值分别为x方向和y方向，如图1所示，示意了x方向的套刻测试值，其套刻测试值为：a-b/2。

如果光刻后的下一工序为刻蚀工序，则套刻测试标记在刻蚀去胶后仍保留，同样可用于测试套刻。在实际生产线上，经常发现光刻后的套刻数据和刻蚀后的套刻数据不一致，且光刻后套刻在规范内的两个光刻层次在随后的剖片分析中发生叠对偏差。这一现象主要发生在在半导体生产的后道工艺(BEOL，Back-End-of-Line)铝光刻工艺中。

一个典型的BEOL铝光刻和刻蚀流程包括：步骤1、孔刻蚀；步骤2、填充钨；步骤3、化学机械抛光；步骤4、溅射铝；步骤5、涂胶；步骤6、曝光显影形成光刻后测试标记；步骤7、刻蚀。其中，在步骤4的铝溅射工艺中，如图2所示，铝溅射的方向不是垂直于圆片表面，而是倾斜一定角度的，因此导致填充的台阶是不对称的。如图3所示，一个实际产品的剖面图，由于铝填充后，溅射前台阶和溅射后台阶的不对称性，使得步骤6光刻后的套刻测试数据就不准确，如图4所示，根据上述套刻计算公式，非对称标记引起的测量误差为(Δ1+Δ2)/2，光刻以后测量得到的套刻值是不真实的。

在铝被刻蚀以后，标记又变成对称的，因此可以测量得到准确的套刻值。

由于铝层次光刻以后的叠对数据不可信，为保证产品的BEOL各层次的叠对，生产线上经常采用以下一些方式：

1.前反馈(feed for ward)方式，即当前铝光刻作业的批次的曝光套刻补偿值是根据前层的孔光刻的数据决定。

2.后反馈(feedback)方式，即当前铝光刻的曝光套刻补偿值是根据前一批的铝刻蚀后的套刻数据决定。

3.做先行片的方式，即光刻先做一片，刻蚀后测量套刻，根据测量结果，计算其它圆片曝光需要的套刻补偿值。

4.在正常铝光刻前，制作特殊掩模图形，将套刻标记上的铝曝光刻蚀掉，使不对称的套刻测试标记恢复为对称，在光刻以后可以被准确测试。

对于上述四种方法，方法1/2/3由于当前铝层次光刻套刻数据的不可信，取消了光刻套刻测试。方法1/2至多只能在刻蚀以后确认，如果超过规范就无法返工，存在极大风险。而前反馈或后反馈方式极易受到生产线工艺/设备波动的影响，根据前一层次或批次的数据来决定当前层次的套刻补偿值，无法保证套刻在规范之内。方法3的先行片如果超规范了，存在报废的风险，并且先行增加了产品流通的时间。方法4可靠准确，但额外增加了一次光刻和刻蚀，增加了成本且影响产品在生产线上的流通时间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种套刻测试方法，消除光刻后和刻蚀后的套刻数据偏差，保证光刻后套刻测试的准确性。

本发明的目的通过提供以下技术方案实现：

一种套刻测试方法，其中，包括以下步骤：

第一步、利用光刻机的对位系统收集对位标记的一阶信号和高阶信号得到标记位置的差值；

第二步、测量套刻标记光刻后和刻蚀后的差值，并根据所述两种差值计算出一一对应的曲线；

第三步、根据对位标记一阶信号和高阶信号得到的位置差异，从对应曲线得到套刻测量的偏移值；

第四步、计算得到光刻套刻测量值。

进一步地，所述高阶信号为奇数阶衍射光信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：获得光刻后准确的套刻测量值，且不增加额外的光刻层次，也不必做先行片到刻蚀测量套刻，同时能有效在光刻后确认套刻，避免超规范的批次流到下一工序。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为套刻图形示意图。

图2为铝溅射的示意图。

图3为铝溅射后实际产品的剖面图。

图4为步骤6光刻后的套刻测试数据示意图。

图5为光刻对位信号付里叶转换示意图。

图6为本发明套刻测试方法的流程图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的最佳实施方式。

由于铝溅射产生的图形不对称，不但对套刻测量标记有影响，同时对光刻机对位标记也有影响：在产品划片槽中，放置一组周期性图形，其凹凸图形的循环比(duty cycle)为50％，图形宽度为3～8微米。这些标记一般放置在BEOL的孔层次，经孔刻蚀，钨化学机械抛光，及铝淀积后，这些标记和套刻测试标记一样，会变成不对称。

套刻测量标记一般是在光学显微镜下通过测量图形的对比度来获得数据的，因此测试结果极易受到图形不对称的影响。

而光刻对位标记多数为重复性的周期图形，对位使用的光源为单色激光，因此会产生衍射效应，阶数越高的衍射光，其频率越高，但相对的信号强度越低。如果能收集到更多高阶数的信号，就表示能得到更多对位标记形貌的信息，如图5所示的付里叶转换：在一个付里叶展开中，各阶的波形是不变的，仍为正弦波，而波幅是变动的。对于不对称图形，阶衍射光的信息会导致图形中心点的偏移，而高阶衍射光的信息被收集以后，则可以真实反映出不对称图形的真实形貌，以准确判断图形中心点的位置。

根据以上理论，本发明在涂胶后，单色光扫描这些标记后，会产生奇数阶数的衍射光信号，分别收集不同阶数的衍射光信号，根据1阶衍射光可以得到不对称标记的位置，该值是中心偏移的不准确数值。同时由1，3，5，7等多阶衍射光信号，可以得到标记的完整形貌，并计算得到准确的标记位置。由此可以计算两者的差值；继续光刻/刻蚀，分别测量光刻以后和刻蚀以后的套刻数值，并计算差值。涂胶后的差值可以反应铝溅射引起的标记的不对称性，光刻/刻蚀后的差值反应了不对称套刻标记导致的光刻测量误差。因此可以用涂胶后的差值和光刻/刻蚀后的差值做出校正曲线。在铝光刻时，先按涂胶后的差值确定标记的不对称程度，测量光刻套刻后，根据校正曲线以计算得到准确的光刻套刻值。

总而言之，如图6所示，本发明就是先利用光刻机的对位系统收集对位标记的一阶信号和高阶信号得到标记位置的差值，该差值也反映了标记的不对称程度；然后测量套刻标记光刻后和刻蚀后的差值，并根据这两种差值计算出一一对应的曲线。经过光刻套刻测量以后，再根据对位标记一阶信号和高阶信号得到的位置差异，从对应曲线得到套刻测量的偏移值，由此就可以计算得到真实的光刻套刻测量值，该计算过程已被本领域普通技术人员熟练掌握，在此不再累述。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (2)

1.一种套刻测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、利用光刻机的对位系统收集对位标记的一阶信号和高阶信号得到标记位置的差值；

第二步、测量套刻标记光刻后和刻蚀后的差值，并根据所述两种差值计算出一一对应的曲线；

第三步、根据对位标记一阶信号和高阶信号得到的位置差异，从对应曲线得到套刻测量的偏移值；

第四步、计算得到光刻套刻测量值。

2.根据权利要求1所述的套刻测试方法，其特征在于：所述高阶信号为奇数阶衍射光信号。

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