CN107045267B - 套刻精度补正的优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种套刻精度补正的优化方法及系统，通过对曝光结构进行套刻测量而得到曝光结构中各层之间的套刻精度包括测量第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度；根据当前层所对准的前层曝光机台区分工具和前层所对准的再前层曝光机台区分工具，来优化设计针对不同工艺的跑货路径，并根据套刻偏差和跑货路径计算生成与跑货路径数量相匹配的多套十项补值数据；每套十项补值数据与相应的跑货路径相匹配；将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再将每套的十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型；利用高阶非线性模型作为套刻精度补值来修正套刻精度，得到修正后的套刻精度。

Description

套刻精度补正的优化方法及系统
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种套刻精度补正的优化方法及系统。
背景技术
通常采用先进制程控制(Advanced process control，APC)来避免套刻误差(overlay error)。套刻误差是通过显影后光学检测来进行采集，并输入值APC系统，再由APC系统反馈该批次产品工艺控制的优化设置。
然而，现有的APC系统中，只是针对当层的量测值进行补正，而忽略了第一层的实际曝光图案与理论曝光图案差异形成的套刻精度的影响，如图1所示，第一层中，实际的曝光机台(tool)之间的曝光图案T1、T2与第一层理想的曝光图案(粗实线)存在差异，再如图2所示，实际的批次之间的曝光图案L1、L2与第一层理想的曝光图案(粗实线)存在差值。并且，传统的套刻精度的补正模型通常是十项线性补值模型，而没有展开到高阶非线性模型；再者，现有APC系统中，对关键层的套刻精度的补正只具有当前层所对准的前层曝光机台区分工具(pre-tool)功能，而不具有前层所对准的再前层曝光机台区分工具(pre-pre-tool)，以上原因都会导致后续层的套刻精度出现超出规范(out of spec)的问题。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种套刻精度补正的优化方法及系统，从而避免套刻精度超出规范和返工，以及降低套刻残留。
为了达到上述问题，本发明提供一种套刻精度补正的优化方法，包括：
步骤01：对一曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度，并将套刻测量得到的套刻精度收集起来；其中，包括测量第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度；
步骤02：根据当前层所对准的前层曝光机台区分工具和前层所对准的再前层曝光机台区分工具，来优化设计针对不同工艺的跑货路径，并根据套刻偏差和跑货路径计算生成与跑货路径数量相匹配的多套十项补值数据；其中，每套十项补值数据与相应的跑货路径相匹配；
步骤03：将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再将每套的十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型；
步骤04：利用高阶非线性模型作为套刻精度补值来修正套刻精度，得到修正后的套刻精度。
优选地，所述步骤03中，将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再使用泰勒级数对十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型。
优选地，所述十项补值包括晶圆修正参数和曝光图案修正参数；所述步骤03中，进行高阶非线性展开的方式包括：
针对晶圆修正参数的高阶非线性展开为：
其中，Tx、Ty分别为晶圆在平面坐标X和Y方向套刻偏差位移量；Sx、Sy分别为晶圆在X和Y方向套刻偏差膨胀量；Rot为套刻偏差反映在晶圆层面的旋转量；Orth为套刻偏差反映在晶圆层面的直交度；
针对曝光图案修正参数的高阶非线性展开为：
其中，Rmag为曝光图案在X和Y方向对称性膨胀或缩小值；
ARmag为曝光图案在X和Y方向非对称性膨胀量或缩小值；
Rrot为曝光图案四个边角均匀性旋转值；
ARrot为曝光图案四个边角非均匀性旋转值。
优选地，所述十项补值数据包括用于修正晶圆与曝光机台的补值数据和用于修正当层曝光图案与前层曝光图案之间的补值数据；所述步骤02中，用于修正晶圆与曝光机台的补值数据是基于所述步骤01对曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度得到。
优选地，所述步骤02中，根据前层所对准的再前层曝光机台区分工具，获得针对再前层曝光机台的单独的多套十项补值数据。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种套刻精度补正的优化系统，具有曝光机台、套刻量测机台、量测数据收集机台、先进制程控制单元和生产制造控制单元；先进制程控制单元具有当前层所对准的前层曝光机台区分工具、前层所对准的再前层曝光机台区分工具和计算工具；
套刻量测机台对一曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度；其中，包括测量第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻偏差；
量测数据收集机台将套刻测量得到的套刻精度收集起来，并发送给先进制程控制单元；
先进制程控制单元根据当前层所对准的前层曝光机台区分工具和前层所对准的再前层曝光机台区分工具，来优化设计针对不同工艺的跑货路径；
先进制程控制单元控制计算工具根据套刻偏差和跑货路径计算生成与跑货路径数量相匹配的多套十项补值数据；其中，每套十项补值数据与相应的跑货路径相匹配；还控制计算工具将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再将每套的十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型；经将高阶非线性模型发送给生产制造控制系统；
生产制造控制系统将高阶非线性模型发送给曝光机台，曝光机台利用高阶非线性模型作为套刻精度补值来修正套刻精度，得到修正后的套刻精度。
优选地，所述计算工具将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再使用泰勒级数对十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型。
优选地，十项补值包括晶圆修正参数和曝光图案修正参数；所述计算工具进行高阶非线性展开的方式包括：
针对晶圆修正参数的高阶非线性展开为：
其中，Tx、Ty分别为晶圆在平面坐标X和Y方向套刻偏差位移量；Sx、Sy分别为晶圆在X和Y方向套刻偏差膨胀量；Rot为套刻偏差反映在晶圆层面的旋转量；Orth为套刻偏差反映在晶圆层面的直交度；
针对曝光图案修正参数的高阶非线性展开为：
其中，Rmag为曝光图案在X和Y方向对称性膨胀或缩小值；
ARmag为曝光图案在X和Y方向非对称性膨胀量或缩小值；
Rrot为曝光图案四个边角均匀性旋转值；
ARrot为曝光图案四个边角非均匀性旋转值。
优选地，所述十项补值数据包括用于修正晶圆与曝光机台的补值数据和用于修正当层曝光图案与前层曝光图案之间的补值数据；所述计算工具根据对曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度计算得到用于修正晶圆与曝光机台的补值数据。
优选地，所述计算模块根据前层所对准的再前层曝光机台区分工具，获得针对再前层曝光机台的单独的多套十项补值数据。
本发明在对套刻精度补值生成时，引入第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度(1st layer WIS overlay)可以将曝光机台之间以及批次与批次之间(LOT与LOT)的差异反馈到后续层的曝光中来减少后续层曝光时的套刻精度超出规范的概率(OOS rate)和重新返工的概率(rework rate)。并且，在优化设计跑货路经时，引入前层所对准的再前层曝光机台区分工具，也即是实现了前层所对准的再前层曝光机台的区分，可以获得针对再前层曝光机台的单独的多套十项补值数据，能够进一步减少后续层曝光时的套刻精度超出规范的概率(OOS rate)和重新返工的概率(rework rate)；将十项补值数据进行高阶非线性展开，来修正套刻精度，可以使套刻残留(overlay residue，套刻精度无法补偿的部分)降到更小。
附图说明
图1为现有的曝光机台之间的曝光图案的差异示意图
图2为现有的批次与批次之间的曝光图案的差异示意图
图3为本发明的一个较佳实施例的套刻精度补正的优化系统示意图
图4为本发明的一个较佳实施例的套刻精度补正的优化方法的流程示意图
图5为本发明的一个较佳实施例的跑货路径示意图
图6为本发明的一个较佳实施例的十项补值的晶圆在平面坐标X和Y方向Tx、Ty套刻偏差位移量的示意图
图7为本发明的一个较佳实施例的十项补值的晶圆在X和Y方向套刻偏差膨胀量Sx、Sy的示意图
图8为本发明的一个较佳实施例的十项补值的套刻偏差反映在晶圆层面的旋转量Rot的示意图
图9为本发明的一个较佳实施例的十项补值的套刻偏差反映在晶圆层面的直交度Orth的示意图
图10为本发明的一个较佳实施例的十项补值的曝光图案在X和Y方向对称性膨胀量或缩小量Rmag的示意图
图11为本发明的一个较佳实施例的十项补值的曝光图案在X和Y方向非对称性膨胀量或缩小量ARmag的示意图
图12为本发明的一个较佳实施例的十项补值的曝光图案四个边角均匀性旋转量Rrot的示意图
图13为本发明的一个较佳实施例的十项补值的曝光图案四个边角非均匀性旋转量ARrot的示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下结合附图3～13和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图3，本实施例的一种套刻精度补正的优化系统，具有曝光机台、套刻量测机台、量测数据收集机台、先进制程控制单元和生产制造控制单元；本实施例中，先进制程控制单元还具有当前层所对准的前层曝光机台区分工具、前层所对准的再前层曝光机台区分工具和计算工具。
请参阅图4，该系统进行套刻精度补正的优化方法包括以下过程：
首先，对一衬底进行曝光工艺，在衬底上形成曝光结构；具体的，曝光机台对一衬底进行曝光工艺，在衬底上形成曝光结构。然后，执行后续的步骤01：
步骤01：对曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度，并将套刻测量得到的套刻精度收集起来；
具体的，套刻量测机台对曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度；其中，包括测量第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻偏差。量测数据收集机台将套刻测量得到的套刻精度收集起来，并发送给先进制程控制单元。
步骤02：根据当前层所对准的前层曝光机台区分工具和前层所对准的再前层曝光机台区分工具，来优化设计针对不同工艺的跑货路径，并根据套刻偏差和跑货路径计算生成与跑货路径数量相匹配的多套十项补值数据；
具体的，先进制程控制单元根据当前层所对准的前层曝光机台区分工具和前层所对准的再前层曝光机台区分工具，来优化设计针对不同工艺的跑货路径，请参阅图5，假设有两台跑货机台TOOL1和TOOL2，那么AA-PLY-CT总共有八种跑货路径，每一种路径对应有一套overlay补值。现有的系统只有当前层所对准的前层曝光机台区分工具(pre-tool)，只能区分PLY-CT的跑货路径，而对于AA机台不能区分，也就是AA跑不同机台到CT需要共用一套PLY-CT套刻精度补值，这样容易造成CT层的套刻精度超出规范(out of spec，OOS)；而本实施例增加前层所对准的再前层曝光机台区分工具(pre-pre-tool)可以将AA机台也区分开，也即是可以采用计算模块根据前层所对准的再前层曝光机台区分工具，获得针对再前层曝光机台的单独的多套十项补值数据，这样就可以减少CT层的套刻精度超出规范的概率。
然后，先进制程控制单元控制计算工具根据套刻偏差和跑货路径计算生成与跑货路径数量相匹配的多套十项补值数据；其中，每套十项补值数据与相应的跑货路径相匹配。
这里的十项补值数据包括用于修正晶圆与曝光机台的补值数据和用于修正当层曝光图案与前层曝光图案之间的补值数据。这里用于修正晶圆与曝光机台的补值数据是计算工具基于步骤01对一曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度包括第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度计算得到。
关于十项补值数据的计算过程为常规技术，是本领域技术人员可以知晓的，这里不再赘述。十项补值可以包括对晶圆的修正参数和对曝光图案的修正参数，对晶圆的修正参数包括，如图6所示，晶圆在平面坐标X和Y方向Tx、Ty套刻偏差位移量；如图7所示，晶圆在X和Y方向套刻偏差膨胀量Sx、Sy；如图8所示，套刻偏差反映在晶圆层面的旋转量Rot；如图9所示，套刻偏差反映在晶圆层面的直交度Orth。对曝光图案的修正参数包括：如图10所示，曝光图案在X和Y方向对称性膨胀或缩小值Rmag；如图11所示，曝光图案在X和Y方向非对称性膨胀或缩小值ARmag；如图12所示，曝光图案四个边角均匀性旋转值Rrot；如图13所示，曝光图案四个边角非均匀性旋转值ARrot。其中，Tx，Ty，Sx，Sy，Rot，Orth，Rmag，ARmag，Rrot，ARrot即为十项补值。
步骤03：将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再将每套的十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型；
具体的，先进制程控制单元还控制计算工具将每套的十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型；经将高阶非线性模型发送给生产制造控制系统。这里，计算工具可以使用泰勒级数对十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型。
此外，本实施例中，计算工具将十项补值进行高阶非线性展开，例如，对晶圆修正参数展开采用如下方式：
再例如，对曝光图案修正参数展开采用如下方式：
步骤04：利用高阶非线性模型作为套刻精度补值来修正套刻精度，得到修正后的套刻精度；
具体的，生产制造控制系统将高阶非线性模型发送给曝光机台，曝光机台利用高阶非线性模型作为套刻精度补值来修正套刻精度，得到修正后的套刻精度。
最后，根据修正后的套刻精度进行后续的曝光工艺。这里，曝光机台根据修正后的套刻精度进行后续的曝光工艺。
综上所述，本发明在对套刻精度补值生成时，引入第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度(1st layer within shot overlay)可以将曝光机台之间以及批次与批次之间(LOT与LOT)的差异反馈到后续层的曝光中来减少后续层曝光时的套刻精度超出规范的概率(Out Of Space rate,OOS rate)和重新返工的概率(rework rate)。并且，在优化设计跑货路经时，引入前层所对准的再前层曝光机台区分工具，也即是实现了前层所对准的再前层曝光机台的区分，可以获得针对再前层曝光机台的单独的多套十项补值数据，能够进一步减少后续层曝光时的套刻精度超出规范的概率(OOS rate)和重新返工的概率(rework rate)；将十项补值数据进行高阶非线性展开，来修正套刻精度，可以使套刻残留(overlay residue，套刻精度无法补偿的部分)降到更小，可以将套刻精度修正到5nm以下，这个对于45nm以下的制程套刻工艺的控制特别关键。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种套刻精度补正的优化方法，其特征在于，包括：
步骤01：对一曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度，并将套刻测量得到的套刻精度收集起来；其中，包括测量第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度；
步骤02：根据当前层所对准的前层曝光机台区分工具和前层所对准的再前层曝光机台区分工具，来优化设计针对不同工艺的跑货路径，并根据套刻偏差和跑货路径计算生成与跑货路径数量相匹配的多套十项补值数据；其中，每套十项补值数据与相应的跑货路径相匹配；
步骤03：将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再将每套的十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型；
步骤04：利用高阶非线性模型作为套刻精度补值来修正所述步骤01中的套刻精度，得到修正后的套刻精度。
2.根据权利要求1所述的套刻精度补正的优化方法，其特征在于，所述步骤03中，将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再使用泰勒级数对十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型。
3.根据权利要求1所述的套刻精度补正的优化方法，其特征在于，所述十项补值包括晶圆修正参数和曝光图案修正参数；所述步骤03中，进行高阶非线性展开的方式包括：
针对晶圆修正参数的高阶非线性展开为：
其中，Tx、Ty分别为晶圆在平面坐标X和Y方向套刻偏差位移量；Sx、Sy分别为晶圆在X和Y方向套刻偏差膨胀量；Rot为套刻偏差反映在晶圆层面的旋转量；Orth为套刻偏差反映在晶圆层面的直交度；
针对曝光图案修正参数的高阶非线性展开为：
其中，Rmag为曝光图案在X和Y方向对称性膨胀或缩小值；
ARmag为曝光图案在X和Y方向非对称性膨胀量或缩小值；
Rrot为曝光图案四个边角均匀性旋转值；
ARrot为曝光图案四个边角非均匀性旋转值。
4.根据权利要求1所述的套刻精度补正的优化方法，其特征在于，所述十项补值数据包括用于修正晶圆与曝光机台的补值数据和用于修正当层曝光图案与前层曝光图案之间的补值数据；所述步骤02中，用于修正晶圆与曝光机台的补值数据是基于所述步骤01中的对曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度得到。
5.根据权利要求1所述的套刻精度补正的优化方法，其特征在于，所述步骤02中，根据前层所对准的再前层曝光机台区分工具，获得针对再前层曝光机台的单独的多套十项补值数据。
6.一种套刻精度补正的优化系统，具有曝光机台、套刻量测机台、量测数据收集机台、先进制程控制单元和生产制造控制单元；其特征在于，先进制程控制单元具有当前层所对准的前层曝光机台区分工具、前层所对准的再前层曝光机台区分工具和计算工具；
套刻量测机台对一曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度；其中，包括测量第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻偏差；
量测数据收集机台将套刻测量得到的套刻精度收集起来，并发送给先进制程控制单元；
先进制程控制单元根据当前层所对准的前层曝光机台区分工具和前层所对准的再前层曝光机台区分工具，来优化设计针对不同工艺的跑货路径；
先进制程控制单元控制计算工具根据套刻偏差和跑货路径计算生成与跑货路径数量相匹配的多套十项补值数据；其中，每套十项补值数据与相应的跑货路径相匹配；还控制计算工具将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再将每套的十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型；经将高阶非线性模型发送给生产制造控制系统；
生产制造控制系统将高阶非线性模型发送给曝光机台，曝光机台利用高阶非线性模型作为套刻精度补值来修正所述套刻精度，得到修正后的套刻精度；所述套刻精度包括各层之间的套刻精度也包括测量第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻偏差。
7.根据权利要求6所述的套刻精度补正的优化系统，其特征在于，所述计算工具将第一层曝光图案与理论曝光图案之间的套刻精度分配到每套的十项补值中，再将使用泰勒级数对十项补值数据进行高阶非线性展开得到高阶非线性模型。
8.根据权利要求6所述的套刻精度补正的优化系统，其特征在于，所述十项补值包括晶圆修正参数和曝光图案修正参数；所述计算工具进行高阶非线性展开的方式包括：
针对晶圆修正参数的高阶非线性展开为：
其中，Tx、Ty分别为晶圆在平面坐标X和Y方向套刻偏差位移量；Sx、Sy分别为晶圆在X和Y方向套刻偏差膨胀量；Rot为套刻偏差反映在晶圆层面的旋转量；Orth为套刻偏差反映在晶圆层面的直交度；
针对曝光图案修正参数的高阶非线性展开为：
其中，Rmag为曝光图案在X和Y方向对称性膨胀或缩小值；
ARmag为曝光图案在X和Y方向非对称性膨胀量或缩小值；
Rrot为曝光图案四个边角均匀性旋转值；
ARrot为曝光图案四个边角非均匀性旋转值。
9.根据权利要求6所述的套刻精度补正的优化系统，其特征在于，所述十项补值数据包括用于修正晶圆与曝光机台的补值数据和用于修正当层曝光图案与前层曝光图案之间的补值数据；所述计算工具根据对曝光结构进行套刻测量得到曝光结构中各层之间的套刻精度计算得到用于修正晶圆与曝光机台的补值数据。
10.根据权利要求6所述的套刻精度补正的优化系统，其特征在于，计算模块根据前层所对准的再前层曝光机台区分工具，获得针对再前层曝光机台的单独的多套十项补值数据。
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