CN104317170B - 测量套刻精度的方法及装置、光刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量套刻精度的方法及装置、光刻方法，首先采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像，第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数；而后显示所述第一图像，并将第一图像放大至预设倍数；最后根据第n标记与第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的第一图像中第n标记与第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。由上述内容可知，本发明提供的方案相较于现有的采用专门测量overlay的套刻测量仪来说，本发明提供的方案不仅极大的降低了成本，节省了套刻测量仪的占用空间资源，而且实现测量的过程简单，易于控制。

Description

测量套刻精度的方法及装置、光刻方法

技术领域

本发明涉及光刻工艺技术领域，更具体的说，涉及一种测量套刻精度的方法及装置、光刻方法。

背景技术

随着集成电路产业的发展和创新，在一片晶圆上形成晶体管的数量也越来越多，如何提高集成度，成为人们不断探索研究的主题。

在集成电路的生产制造过程中，需要将多个层进行物理关联，以满足使用需求。那么，相邻两层就需要在一定范围内对准，即套刻精度(overlay)，套刻精度主要包括相邻两层之间的偏移量和偏转角度，其是制约着光刻工艺的水平的一个重要因素。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种测量套刻精度的方法及装置、光刻方法，在光刻过程中，对硅片相邻两光刻层之间的偏移量和偏转角度的测量过程简单，极大的降低了成本，而且易于控制。

一种测量套刻精度的方法，包括：

采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像，所述第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数；

显示所述第一图像，并将所述第一图像放大至第一预设倍数；

根据所述第n标记与所述第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的所述第一图像中所述第n标记与所述第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。

优选的，所述采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像为：

采用电子显微镜采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像。

优选的，所述电子显微镜为测量型扫描电子显微镜。

优选的，所述第n标记和所述第n+1标记均包括矩形标记或十字标记。

优选的，所述将所述第一图像放大至第一预设倍数为：

将所述第一图像至少放大2000倍。

优选的，所述硅片还包括第二套刻测量区域，所述第二套刻测量区域包括第m标记和第m+1标记，m与n的数值相同；在得到所述第一偏移量和所述第一偏转角度后，所述方法还包括：

采集所述第二套刻测量区域的第二图像；

显示所述第二图像，并将所述第二图像放大至第二预设倍数；

根据所述第m标记与所述第m+1标记之间的预设关系，测量放大后的所述第二图像中所述第m标记与所述第m+1标记之间的第二偏移量和第二偏转角度，且所述第二偏移量和第二偏转角度与所述第一偏移量和第一偏转角度为同一坐标系中测量出的数值；

获取所述第一偏移量和第二偏移量的平均值，以及所述第一偏转角度和第二偏转角度的平均值。

一种光刻方法，包括上述的测量套刻精度的方法。

一种测量套刻精度的装置，包括：

采集装置，用于采集硅片的图像，所述硅片包括第一套刻测量区域，所述第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数，所述硅片的图像包括所述第一套刻测量区域的第一图像，

显示装置，用于显示所述硅片的图像，并将所述第一图像放大至预设倍数；

测量装置，用于根据所述第n标记与所述第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的所述第一图像中所述第n标记与所述第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。

优选的，所述采集装置为电子显微镜。

优选的，所述电子显微镜为测量型扫描电子显微镜。

与现有技术相比，本发明提供的方案具有以下优点：

本发明提供的一种测量套刻精度的方法及装置、光刻方法，首先采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像，第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数；而后显示所述第一图像，并将第一图像放大至预设倍数；最后根据第n标记与第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的第一图像中第n标记与第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。

由上述内容可知，本发明提供的方案相较于现有的采用专门测量overlay的套刻测量仪来说，本发明提供的方案不仅极大的降低了成本，节省了套刻测量仪的占用空间资源，而且实现测量的过程简单，易于控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种测量套刻精度的方法的流程图；

图2a为本申请实施例提供的一种硅片的结构示意图；

图2b为图2a中A区域的放大图；

图2c为图2b中第一标记和第二标记之间有错位时的示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种测量套刻精度的方法流程图；

图4为本申请实施例提供的一种测量套刻精度的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所述，套刻精度是制约着光刻工艺的水平的一个重要因素。现有技术中有采用利用光的干涉性能制作而成的专门测量overlay的套刻测量仪，来测量硅片上相邻两个光刻层之间的套刻精度。但是套刻测量仪的功能单一，造价昂贵，而且还需占用空间资源，极大的提高了成本。

基于此，本发明提供了一种测量套刻精度的方法，结合图1～3对本申请实施例提供的测量套刻精度的方法进行详细描述。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种测量套刻精度的方法的流程图，该方法包括：

S1、采集第一图像。

采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像，第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数。

对于第一图像的采集，可以采用电子显微镜采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像。优选的，电子显微镜为测量型扫描电子显微镜(CDSEM，Critical Dimension Scanning Electron Microscope)。选用CDSEM，提高了CDSEM的利用率，使得CDSEM不仅能够测量硅片光刻的关键尺寸，而且还能够采集硅片上任意区域的图像，一机多用，降低了生产成本。

具体结合图2a和2b所示，图2a为本申请实施例提供的一种硅片的结构示意图，图2b为图2a中A区域的放大图。

需要说明的是，由于套刻精度为相邻两光刻层之间的对准情况，因此硅片为至少经过了两次光刻后的硅片。为了方便后续的介绍，本申请实施例以经过两次光刻的硅片进行描述。

即参考图2a，硅片1包括有第一套刻测量区域A，第一套刻测量区域A包括第一标记11和第二标记12。其中，第一标记11为硅片1经过第一次光刻后形成的标记，第二标记12为硅片1经过第二次光刻后形成的标记。

对于第n标记和第n+1标记，两者可以为相同的标记，也可以为不同的标记，本申请实施例中，第n标记和第n+1标记均包括矩形标记或十字标记。即参考图2a和2b所示，第一标记11和第二标记12均包括有一矩形标记，且第一标记11的长度L1小于第二标记12的长度L2，第一标记11的宽度D1大于第二标记12的宽度D2。

S2、放大第一图像。

显示第一图像，并将第一图像放大至第一预设倍数。

由于硅片上的套刻测量区域的标记非常小，达到微米级别，因此需要第一图像进行放大，直到能够测量的倍数即可。对于放大的倍数，可选的将第一图像至少放大2000倍；另外，在本申请其他实施例中，也可以将第一图像放大至显示屏的四分之三所需的倍数，以便后续的测量。

S3、测量第一偏移量和第一偏转角度。

根据第n标记与第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的第一图像中第n标记与第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。

第n标记和第n+1标记的预设关系需要根据两者的具体形状确定，对此不作具体限制。举例说明，

参考图2a和2b所示，图2a和2b中所示的第一标记11和第二标记12为对准时的形状，即第一标记11所在的光刻层和第二标记12所在的光刻层之间没有错位，亦即第一标记11和第二标记12之间的预设关系为第一标记11的对称轴和第二标记12的对称轴均为同一轴线13，且第一标记11的中心点O1和第二标记12的中心点O2为同一点。

当第n标记所在的光刻层和第n+1标记所在的光刻层之间有错位时，即没有对准时。具体参考图2c所示，为图2b中所示的第一标记11和第二标记12之间有错位时的示意图，考虑到图2b所示的第一标记11和第二标记12之间的预设关系，进而测量图2c中所示的第一标记11和第二标记12之间的偏移量和偏激角度；

参考图2c所示，可以建立一坐标系，将轴线13作为X轴，而将过第一标识11的中心点O1、且垂直于轴线13的线作为Y轴，进而通过测量第二标识12的中心点O2相对于X轴的垂直距离y和Y轴的垂直距离x，得到第一标识11相对于第二标识12的偏移量。

对于偏转角度θ，选取两点(参考图2c中点A和点B)，测量得A点和B点在坐标系中的坐标分别为(x1，y1)和(x2，y2)，通过计算公式：

tanθ＝(x2-x1)/(y1-y2)；

计算得到第二标识12相对于第一标识11的偏转角度θ。

需要说明的是，在本申请上述实施例中，对于硅片的形状、套刻测量区域中标记的形状及尺寸等不作具体限制。即在上述实施例中硅片可以为圆形，而标记可以为矩形标记；在本申请其他实施例中，硅片还可以为矩形或其他形状，而标记可以为十字标记或其他形状标记。另外，对于相邻两个光刻层之间的套刻精度的测量，并不局限于上述一种测量方式，还可以采用其他方式测量，具体需要根据光刻层之间标记的形状进行确定测量方式，对此，本申请实施例不作限制。

基于图1所对应的实施例提供的测量套刻精度的方法，本申请实施例还提供了另一种测量套刻精度的方法。参考图3所示，为本申请实施例提供的另一种测量套刻精度的方法的流程图。

其中，本申请实施例提供的硅片还包括第二套刻精度测量区域，第二套刻测量区域包括第m标记和第m+1标记，m与上述实施例中n的数值相同。

首先进行上述实施例提供的测量套刻精度的步骤，即首先得到第一偏移量和第一偏转角度后，还包括：

S4、采集第二图像。

即采集第二套刻测量区域的第二图像。

与上述实施例中步骤S1相同的，可以采用电子显微镜采集硅片的第二套刻测量区域的第二图像。优选的，电子显微镜为测量型扫描电子显微镜。另外，第m标记和第m+1标记，两者可以为相同的标记，也可以为不同的标记；本申请实施例优选的，第m标记和第n标记相同，第m+1标记和第n+1标记相同，保证两次测量可以采用同一种测量方式，节约时间，提高生产效率。

S5、放大第二图像。

显示第二图像，并将第二图像放大至预设倍数。

由上述内容可知，优选的，第m标记和第n标记相同，第m+1标记和第n+1标记相同。因此，对于第二图像的放大倍数至少为2000倍。或者，将第二图像放大至显示屏的四分之三所需的倍数，以便后续的测量。

S6、测量第二偏移量和第二偏转角度。

根据第m标记与第m+1标记之间的预设关系，测量放大后的第二图像中第m标记与第m+1标记之间的第二偏移量和第二偏转角度，且第二偏移量和第二偏转角度与第一偏移量和第一偏转角度为同一坐标系中测量出的数值。

将第一偏移量和第一偏转角度，以及第二偏移量和第二偏转角度，均有同一坐标系测量得出，保证后续取平均值时的准确。

S7、获取均值。

获取第一偏移量和第二偏移量的平均值，以及第一偏转角度和第二偏转角度的平均值，保证了测量套刻精度更加精确。

另外，本申请实施例还提供了一种光刻方法，包括上述所有实施例提供的测量套刻精度的方法。

与上述实施例提供的测量套刻精度的方法对应的，本申请实施例还提供了一种测量套刻精度的装置，参考图4所示，为本申请实施例提供的测量套刻精度的装置的结构示意图。

其中，该装置包括：

采集装置41，用于采集硅片的图像，所述硅片包括第一套刻测量区域，所述第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数，所述硅片的图像包括所述第一套刻测量区域的第一图像，

显示装置42，用于显示所述硅片的图像，并将所述第一图像放大至预设倍数；

测量装置43，用于根据所述第n标记与所述第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的所述第一图像中所述第n标记与所述第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。

可选的，采集装置为电子显微镜。进一步的，电子显微镜为测量型扫描电子显微镜。

本申请实施例提供的测量套刻精度的方法及装置、光刻方法，首先采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像，第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数；而后显示所述第一图像，并将第一图像放大至预设倍数；最后根据第n标记与第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的第一图像中第n标记与第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。

由上述内容可知，本发明提供的方案相较于现有的采用专门测量overlay的套刻测量仪来说，本发明提供的方案不仅极大的降低了成本，节省了套刻测量仪的占用空间资源，而且实现测量的过程简单，易于控制。另外，采用测量型扫描电子显微镜采集硅片上的图像，而测量型扫描电子显微镜作为光刻过程中测量关键尺寸的必备设备，扩大了测量型扫描电子显微镜的适用范围，进一步降低了制作成本。

Claims (10)

1.一种测量套刻精度的方法，其特征在于，包括：

采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像，所述第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数，其中，所述第n标记为所述硅片经过第一次光刻后形成的标记，所述第n+1标记为所述硅片经过第二次光刻后形成的标记；

显示所述第一图像，并将所述第一图像放大至第一预设倍数；

根据所述第n标记与所述第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的所述第一图像中所述第n标记与所述第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。

2.根据权利要求1所述的测量套刻精度的方法，其特征在于，所述采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像为：

采用电子显微镜采集硅片的第一套刻测量区域的第一图像。

3.根据权利要求2所述的测量套刻精度的方法，其特征在于，所述电子显微镜为测量型扫描电子显微镜。

4.根据权利要求1所述的测量套刻精度的方法，其特征在于，所述第n标记和所述第n+1标记均包括矩形标记或十字标记。

5.根据权利要求4所述的测量套刻精度的方法，其特征在于，所述将所述第一图像放大至第一预设倍数为：

将所述第一图像至少放大2000倍。

6.根据权利要求1所述的测量套刻精度的方法，其特征在于，所述硅片还包括第二套刻测量区域，所述第二套刻测量区域包括第m标记和第m+1标记，m与n的数值相同，其中，所述第m标记为所述硅片经过第一次光刻后形成的标记，所述第m+1标记为所述硅片经过第二次光刻后形成的标记；在得到所述第一偏移量和所述第一偏转角度后，所述方法还包括：

采集所述第二套刻测量区域的第二图像；

显示所述第二图像，并将所述第二图像放大至第二预设倍数；

根据所述第m标记与所述第m+1标记之间的预设关系，测量放大后的所述第二图像中所述第m标记与所述第m+1标记之间的第二偏移量和第二偏转角度，且所述第二偏移量和第二偏转角度与所述第一偏移量和第一偏转角度为同一坐标系中测量出的数值；

获取所述第一偏移量和第二偏移量的平均值，以及所述第一偏转角度和第二偏转角度的平均值。

7.一种光刻方法，其特征在于，包括权利要求1～6任意一项所述的测量套刻精度的方法。

8.一种测量套刻精度的装置，其特征在于，包括：

采集装置，用于采集硅片的图像，所述硅片包括第一套刻测量区域，所述第一套刻测量区域包括第n标记和第n+1标记，n为大于0的整数，所述硅片的图像包括所述第一套刻测量区域的第一图像，其中，所述第n标记为所述硅片经过第一次光刻后形成的标记，所述第n+1标记为所述硅片经过第二次光刻后形成的标记；

显示装置，用于显示所述硅片的图像，并将所述第一图像放大至预设倍数；

测量装置，用于根据所述第n标记与所述第n+1标记之间的预设关系，测量放大后的所述第一图像中所述第n标记与所述第n+1标记之间的第一偏移量和第一偏转角度。

9.根据权利要求8所述的测量套刻精度的装置，其特征在于，所述采集装置为电子显微镜。

10.根据权利要求9所述的测量套刻精度的装置，其特征在于，所述电子显微镜为测量型扫描电子显微镜。