CN109426692B - 补偿套刻数据的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种补偿套刻数据的方法和系统。该方法包括：获得中间目标层与下部目标层的套刻标记之间的第一偏移矢量和中间目标层与上部目标层的套刻标记之间的第二偏移矢量；将第一偏移矢量分解为第一可补偿分量和第一不可补偿分量，将第二偏移矢量分解为第二可补偿分量和第二不可补偿分量；执行最小化处理以得到第一不可补偿分量的最小值和第二不可补偿分量的最小值；由第一偏移矢量和第一不可补偿分量的最小值得到优化的第一可补偿分量，由第二偏移矢量和第二不可补偿分量的最小值得到优化的第二可补偿分量；根据优化的第一可补偿分量和优化的第二可补偿分量得到下部目标层与上部目标层的套刻标记之间的第三偏移矢量的第三可补偿分量。

Description

补偿套刻数据的方法和系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种补偿套刻数据的方法和系统。
背景技术
随着半导体制造技术的发展，目前出现了先沟槽后通孔工艺。在BEOL(Back EndOf Line，后段制程)中，通过对关键层进行套刻补偿(overlay compensation)来控制光刻工艺，但是却很难控制该光刻工艺。
图1是示意性地示出现有技术中形成的半导体结构的横截面图。如图1所示，该半导体结构包括：下部金属层11、中间通孔层12和上部金属层13，其中，下部金属层11和上部金属层13分别作为下部结构和上部结构的布线层，例如可以利用光刻工艺在下部结构和上部结构中分别形成沟槽，然后在这些沟槽中分别形成布线层。中间通孔层12包括金属接触孔121，该金属接触孔121包括连接下部金属层11和上部金属层13的通孔和填充该通孔的金属接触件。在制造过程中，需要通孔与上部结构的沟槽和下部结构沟槽对准，这样才能使得金属接触孔121分别与下部金属层11和上部金属层13对准。
现有技术中，可以有如下制造工艺流程：第一种情况下，可以先形成下部金属层，然后形成中间通孔层，再形成上部金属层，形成如图1所示的结构；第二种情况下，可以先形成下部金属层，然后形成中部金属层，再形成上部通孔层，从而形成通孔层为最上层的结构。例如，在第二种情况的制造方法中，可以先做好下部金属层，然后在金属沟槽中填上Cu，CMP(化学机械平坦化)工艺过后，开始做中部金属层，对中部金属层进行光刻工艺和蚀刻工艺过程，但蚀刻工艺只蚀刻到硬掩模(hard mask)；然后继续做上部通孔层，曝光工艺正常，但是到蚀刻工艺时，直接蚀刻穿透中部金属层，与下部金属层连通。但不论哪种制造工艺流程，在现有工艺中，均需要在套刻过程中使得中间层与上部层的套刻偏移(即套刻标记的偏移)最小，以及使得上部层与下部层的套刻偏移也最小(但是上部层与下部层的套刻偏移的大小不太重要)，这将可能导致中间层与下部层的套刻偏移很大。也就是说，现有技术中通过牺牲中间层与下部层的套刻偏移来控制中间层与上部层的套刻偏移和上部层与下部层的套刻偏移。
但是中间层与下部层的套刻偏移是很重要的。一旦这两层的套刻偏移超过了可允许的范围，将导致中间层与下部层的对准连接较差，这将导致半导体结构不合格，增加重复曝光(rework)的次数，从而增加了成本并且降低了产率。
发明内容
本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种补偿套刻数据的方法，包括：获得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记之间的第一偏移矢量和所述中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第二偏移矢量；将所述第一偏移矢量分解为第一可补偿分量和第一不可补偿分量，以及将所述第二偏移矢量分解为第二可补偿分量和第二不可补偿分量；对所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量执行最小化处理，以得到所述第一不可补偿分量的最小值和所述第二不可补偿分量的最小值；根据所述第一偏移矢量和所述第一不可补偿分量的最小值得到优化的第一可补偿分量，以及根据所述第二偏移矢量和所述第二不可补偿分量的最小值得到优化的第二可补偿分量；以及根据所述优化的第一可补偿分量和所述优化的第二可补偿分量得到所述下部目标层的套刻标记与所述上部目标层的套刻标记之间的第三偏移矢量的第三可补偿分量。
在一个实施例中，所述方法还包括：根据所述第三可补偿分量计算得到套刻补偿参数；以及根据所述套刻补偿参数对所述下部目标层的套刻标记和所述上部目标层套刻标记的套刻数据进行补偿处理。
在一个实施例中，对所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量执行最小化处理的步骤包括：利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标分别计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量，n为正整数；根据所述第一偏移矢量和所述n阶线性函数表示的第一可补偿分量计算得到所述第一不可补偿分量，其中，所述第一不可补偿分量＝所述第一偏移矢量-所述n阶线性函数表示的第一可补偿分量；根据所述第二偏移矢量和所述n阶线性函数表示的第二可补偿分量计算得到所述第二不可补偿分量，其中，所述第二不可补偿分量＝所述第二偏移矢量-所述n阶线性函数表示的第二可补偿分量；所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量分别为相应的套刻标记的中心坐标的n阶函数；以及在计算得到所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量之后，计算得到所述第一不可补偿分量的最小值和所述第二不可补偿分量的最小值。
在一个实施例中，利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标通过最小二乘法计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量。
在一个实施例中，所述套刻补偿参数包括：X方向平移量、Y方向平移量、晶圆旋转参数、晶圆非正交性参数、晶圆X方向延展量、晶圆Y方向延展量、曝光区旋转参数、曝光区放大倍率、曝光区非对称性旋转参数和/或曝光区非对称性放大倍率。
上述实施例提供了一种补偿套刻数据的方法。该方法有利于优先使得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记尽量对准以及使得中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记尽量对准，而可以允许下部目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记的偏差比较大，这样在对各个层光刻时不容易出现现有技术中出现的中间层与下部层对准较差而导致半导体结构不合格的问题，从而有利于提高半导体结构的合格率，降低成本，提高产率。
根据本发明的第二方面，提供了一种补偿套刻数据的系统，包括：偏移矢量获取单元，用于获得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记之间的第一偏移矢量和所述中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第二偏移矢量；矢量分解单元，用于将所述第一偏移矢量分解为第一可补偿分量和第一不可补偿分量，以及将所述第二偏移矢量分解为第二可补偿分量和第二不可补偿分量；最小化处理单元，用于对所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量执行最小化处理，以得到所述第一不可补偿分量的最小值和所述第二不可补偿分量的最小值；优化处理单元，用于根据所述第一偏移矢量和所述第一不可补偿分量的最小值得到优化的第一可补偿分量，以及根据所述第二偏移矢量和所述第二不可补偿分量的最小值得到优化的第二可补偿分量；以及可补偿分量获取单元，用于根据所述优化的第一可补偿分量和所述优化的第二可补偿分量得到所述下部目标层的套刻标记与所述上部目标层的套刻标记之间的第三偏移矢量的第三可补偿分量。
在一个实施例中，所述系统还包括：套刻补偿参数计算单元，用于根据所述第三可补偿分量计算得到套刻补偿参数；以及补偿处理单元，用于根据所述套刻补偿参数对所述下部目标层的套刻标记和所述上部目标层套刻标记的套刻数据进行补偿处理。
在一个实施例中，所述最小化处理单元包括：线性回归计算模块，用于利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标分别计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量，n为正整数；不可补偿分量计算模块，用于根据所述第一偏移矢量和所述n阶线性函数表示的第一可补偿分量计算得到所述第一不可补偿分量，其中，所述第一不可补偿分量＝所述第一偏移矢量-所述n阶线性函数表示的第一可补偿分量；根据所述第二偏移矢量和所述n阶线性函数表示的第二可补偿分量计算得到所述第二不可补偿分量，其中，所述第二不可补偿分量＝所述第二偏移矢量-所述n阶线性函数表示的第二可补偿分量；所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量分别为相应的套刻标记的中心坐标的n阶函数；以及最小值计算模块，用于在计算得到所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量之后，计算得到所述第一不可补偿分量的最小值和所述第二不可补偿分量的最小值。
在一个实施例中，所述线性回归计算模块利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标通过最小二乘法计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量。
在一个实施例中，所述套刻补偿参数包括：X方向平移量、Y方向平移量、晶圆旋转参数、晶圆非正交性参数、晶圆X方向延展量、晶圆Y方向延展量、曝光区旋转参数、曝光区放大倍率、曝光区非对称性旋转参数和/或曝光区非对称性放大倍率。
上述实施例提供了一种补偿套刻数据的系统。该系统有利于优先使得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记尽量对准以及使得中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记尽量对准，而可以允许下部目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记的偏差比较大，这样在对各个层光刻时不容易出现现有技术中出现的中间层与下部层对准较差而导致半导体结构不合格的问题，从而有利于提高半导体结构的合格率，降低成本，提高产率。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现如前所述的方法的步骤。
本发明有利于优先使得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记尽量对准以及使得中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记尽量对准，而可以允许下部目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记的偏差比较大，这样在对各个层光刻时不容易出现现有技术中出现的中间层与下部层对准较差而导致半导体结构不合格的问题，从而有利于提高半导体结构的合格率，降低成本，提高产率。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1是示意性地示出现有技术中形成的半导体结构的横截面图。
图2是示出根据本发明一个实施例的补偿套刻数据的方法的流程图。
图3是示意性地示出根据本发明一个实施例的半导体结构的横截面图。
图4A是示意性地示出根据本发明一个实施例的一个曝光区内的一些偏移矢量的示意图。
图4B是示意性地示出图4A中的偏移矢量的可补偿分量的示意图。
图4C是示意性地示出图4A中的偏移矢量的不可补偿分量的示意图。
图5是示意性地示出根据本发明一个实施例的利用第一可补偿分量和第二可补偿分量计算第三偏移矢量的第三可补偿分量的示意图。
图6是示意性地示出根据本发明一个实施例的补偿套刻数据的系统的结构图。
图7是示意性地示出根据本发明另一个实施例的补偿套刻数据的系统的结构图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图2是示出根据本发明一个实施例的补偿套刻数据的方法的流程图。图3是示意性地示出根据本发明一个实施例的半导体结构的横截面图。下面结合图2和图3详细描述根据本发明一个实施例的补偿套刻数据的方法。
如图2所示，在步骤S201，获得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记之间的第一偏移矢量和该中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第二偏移矢量。
例如，在制造如图3所示的半导体结构的过程中，可以量测获得中间目标层32的套刻标记与下部目标层31的套刻标记之间的第一偏移矢量和该中间目标层32的套刻标记与上部目标层33的套刻标记之间的第二偏移矢量。
在一个实施例中，下部目标层31可以为下部金属层，中间目标层32可以为中间通孔层，上部目标层33可以为上部金属层。该中间目标层32可以包括金属接触孔321。当然，这里的下部目标层31、中间目标层32和上部目标层33还可以是其他类型的结构层，例如下部目标层可以是下部金属层，中间目标层可以是中间金属层，上部目标层可以是上部通孔层，因此本发明的范围并不仅限于此。
在制造上述各个层的过程中，可能涉及到在下部结构和上部结构中分别通过光刻工艺形成沟槽，在沟槽中填充金属从而形成相应的下部目标层和上部目标层，并且需要在中间目标层中通过光刻工艺形成通孔，在通孔中填充金属从而形成金属接触孔。这些光刻工艺将涉及到套刻技术，例如，需要形成分别对应下部目标层、中间目标层和上部目标层的套刻标记。通常，各个层的套刻标记可能不能完全对准。在本发明的上述实施例中，需要量测获得下部目标层31、中间目标层32和上部目标层33的套刻标记，利用中间目标层32的套刻标记的实际坐标减去下部目标层31的套刻标记的实际坐标(或者利用下部目标层31的套刻标记的实际坐标减去中间目标层32的套刻标记的实际坐标)可以得到第一偏移矢量，利用中间目标层32的套刻标记的实际坐标减去上部目标层33的套刻标记的实际坐标(或者利用上部目标层33的套刻标记的实际坐标减去中间目标层32的套刻标记的实际坐标)可以得到第二偏移矢量。另外，利用下部目标层31的套刻标记的实际坐标减去上部目标层33的套刻标记的实际坐标(或者利用上部目标层33的套刻标记的实际坐标减去下部目标层31的套刻标记的实际坐标)可以得到第三偏移矢量。
回到图2，在步骤S202，将第一偏移矢量分解为第一可补偿分量和第一不可补偿分量，以及将第二偏移矢量分解为第二可补偿分量和第二不可补偿分量。
在本发明的实施例中，每个偏移矢量(例如第一偏移矢量、第二偏移矢量以及第三偏移矢量)均可以被分解为可补偿分量和不可补偿分量，即，偏移矢量＝可补偿分量+不可补偿分量，这里偏移矢量为量测得到的套刻数据(例如前面所述的第一偏移矢量、第二偏移矢量以及第三偏移矢量)，可补偿分量可以为模型函数值(后面将详细描述)，不可补偿分量可以为残值(这里的残值可以是一种极限值)。
在步骤S203，对第一不可补偿分量和第二不可补偿分量执行最小化处理，以得到第一不可补偿分量的最小值和第二不可补偿分量的最小值。
可选地，该步骤S203可以包括：利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标分别计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量，n为正整数。例如，可以利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标通过最小二乘法计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量。
可选地，该步骤S203还可以包括：根据第一偏移矢量和n阶线性函数表示的第一可补偿分量计算得到第一不可补偿分量，其中，第一不可补偿分量＝第一偏移矢量-n阶线性函数表示的第一可补偿分量；根据第二偏移矢量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量计算得到第二不可补偿分量，其中，第二不可补偿分量＝第二偏移矢量-n阶线性函数表示的第二可补偿分量。该第一不可补偿分量和该第二不可补偿分量分别为相应的套刻标记的中心坐标的n阶函数。
可选地，该步骤S203还可以包括：在计算得到第一不可补偿分量和第二不可补偿分量之后，计算得到第一不可补偿分量的最小值和第二不可补偿分量的最小值。
下面结合具体的实施例详细描述对第一不可补偿分量和第二不可补偿分量执行最小化处理的过程。
首先，利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标分别计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量。
在一个实施例中，利用关于第一偏移矢量的多个套刻标记的中心坐标(x1，y1)计算n阶线性函数表示的第一可补偿分量，如下：
Figure BDA0001397438440000091
Figure BDA0001397438440000092
其中，dX1为第一可补偿分量(即第一模型函数值)的在X方向上的分量，
Figure BDA0001397438440000093
为第一可补偿分量的在X方向上的模型函数，dY1为第一可补偿分量的在Y方向上的分量，
Figure BDA0001397438440000101
为第一可补偿分量的在Y方向上的模型函数。
例如，以1阶线性回归方程为例，这里
Figure BDA0001397438440000102
和
Figure BDA0001397438440000103
可以分别如下：
dX1＝A1+B1x1-C1y1，
dY1＝D1+E1y1+F1x1，
其中，A1为第一偏移矢量在X方向的平移偏移量，D1为第一偏移矢量在Y方向的平移偏移量，B1为第一偏移矢量在X方向上的量测误差，E1为第一偏移矢量在Y方向上的量测误差，C1为第一偏移矢量的晶圆旋转参数在X方向上的分量，F1为第一偏移矢量的晶圆旋转参数在Y方向上的分量。
利用最小二乘法通过量测的多组套刻标记的中心坐标(x1，y1)拟合出上述参数A1～F1，从而得到上述1阶线性回归方程，即得到1阶线性函数表示的第一可补偿分量。
在上述实施例中，n阶线性回归方程的阶数越高，该第一可补偿分量的模型函数的模拟精度越高。
在另一个实施例中，利用关于第二偏移矢量的多个套刻标记的中心坐标(x2，y2)计算n阶线性函数表示的第二可补偿分量，如下：
Figure BDA0001397438440000104
Figure BDA0001397438440000105
其中，dX2为第二可补偿分量(即第二模型函数值)的在X方向上的分量，
Figure BDA0001397438440000106
为第二可补偿分量的在X方向上的模型函数，dY2为第二可补偿分量的在Y方向上的分量，
Figure BDA0001397438440000107
为第二可补偿分量的在Y方向上的模型函数。
例如，以1阶线性回归方程为例，这里
Figure BDA0001397438440000108
和
Figure BDA0001397438440000109
可以分别如下：
dX2＝A2+B2x2-C2y2，
dY2＝D2+E2y2+F2x2，
其中，A2为第二偏移矢量在X方向的平移偏移量，D2为第二偏移矢量在Y方向的平移偏移量，B2为第二偏移矢量在X方向上的量测误差，E2为第二偏移矢量在Y方向上的量测误差，C2为第二偏移矢量的晶圆旋转参数在X方向上的分量，F2为第二偏移矢量的晶圆旋转参数在Y方向上的分量。
利用最小二乘法通过量测的多组套刻标记的中心坐标(x2，y2)拟合出上述参数A2～F2，从而得到上述1阶线性回归方程，即得到1阶线性函数表示的第二可补偿分量。
在上述实施例中，n阶线性回归方程的阶数越高，该第二可补偿分量的模型函数的模拟精度越高。
在一个实施例中，如果在上述n阶线性回归方程的拟合过程中，存在一些明显偏离于拟合回归曲线的异常点(即异常点的坐标)，则去除这些异常点，然后利用剩余的正常点重新拟合回归曲线。
接下来，根据第一偏移矢量(该第一偏移矢量可以通过量测得到)和n阶线性函数表示的第一可补偿分量计算得到第一不可补偿分量。
由第一偏移矢量＝n阶线性函数表示的第一可补偿分量+第一不可补偿分量，计算得到：第一不可补偿分量＝第一偏移矢量-n阶线性函数表示的第一可补偿分量。
例如，由OVL_X1＝dX1+Rx1得到Rx1＝OVL_X1-dX1，其中，OVL_X1为第一偏移矢量的量测值在X方向的分量，dX1为第一可补偿分量的在X方向上的分量，Rx1为第一不可补偿分量(即第一残值)在X方向的分量。
又例如，由OVL_Y1＝dY1+Ry1得到Ry1＝OVL_Y1-dY1，其中，OVL_Y1为第一偏移矢量的量测值在Y方向的分量，dY1为第一可补偿分量的在Y方向上的分量，Ry1为第一不可补偿分量(即第一残值)在Y方向的分量。
根据第二偏移矢量(该第二偏移矢量可以通过量测得到)和n阶线性函数表示的第二可补偿分量计算得到第二不可补偿分量。
由第二偏移矢量＝n阶线性函数表示的第二可补偿分量+第二不可补偿分量，计算得到：第二不可补偿分量＝第二偏移矢量-n阶线性函数表示的第二可补偿分量。
例如，由OVL_X2＝dX2+Rx2得到Rx2＝OVL_X2-dX2，其中，OVL_X2为第二偏移矢量的量测值在X方向的分量，dX2为第二可补偿分量的在X方向上的分量，Rx2为第二不可补偿分量(即第二残值)在X方向的分量。
又例如，由OVL_Y2＝dY2+Ry2得到Ry2＝OVL_Y2-dY2，其中，OVL_Y2为第二偏移矢量的量测值在Y方向的分量，dY2为第二可补偿分量的在Y方向上的分量，Ry2为第二不可补偿分量(即第二残值)在Y方向的分量。
通过上述计算，得到了第一不可补偿分量和第二不可补偿分量，该第一不可补偿分量和该第二不可补偿分量分别为相应的套刻标记的中心坐标的n阶函数。
接下来，在计算得到第一不可补偿分量和第二不可补偿分量之后，计算得到第一不可补偿分量的最小值和第二不可补偿分量的最小值。
在上述实施例中，描述了最小化处理的具体过程。在该过程中，可以将每个晶圆或每个曝光区内的所有的偏移矢量都考虑在内，能够对所有偏移矢量的不可补偿分量进行最优地最小化处理，从而能够得到这些偏移矢量的最优的最小值，有利于中间目标层与下部目标层以及中间目标层与上部目标层的套刻标记的对准。
当然，本领域技术人员可以理解，本发明还可以采用其他现有技术来实现对不可补偿分量的最小化处理，例如可以利用现有的KT-A软件来实现上述最小化处理，因此本发明的范围并不仅限于此。
在步骤S204，根据第一偏移矢量和第一不可补偿分量的最小值得到优化的第一可补偿分量，以及根据第二偏移矢量和第二不可补偿分量的最小值得到优化的第二可补偿分量。
例如，利用计算公式：优化的第一可补偿分量＝第一偏移矢量-第一不可补偿分量的最小值，来计算得到优化的第一可补偿分量；利用计算公式：优化的第二可补偿分量＝第二偏移矢量-第二不可补偿分量的最小值，来计算得到优化的第二可补偿分量。
在步骤S205，根据优化的第一可补偿分量和优化的第二可补偿分量得到下部目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第三偏移矢量的第三可补偿分量。
关于该计算第三可补偿分量的方法可以参考图5所示。图5是示意性地示出根据本发明一个实施例的利用第一可补偿分量和第二可补偿分量计算第三偏移矢量的第三可补偿分量的示意图。图5中示出了根据本发明一个实施例的第一偏移矢量的第一可补偿分量51、第二偏移矢量的第二可补偿分量52和第三偏移矢量的第三可补偿分量53。如图5所示，利用矢量三角形的计算方法，通过第一可补偿分量51和第二可补偿分量52计算得到第三可补偿分量53。
至此，提供了一种补偿套刻数据的方法。在上述方法中，中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记之间的第一偏移矢量和该中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第二偏移矢量是影响套刻对准的关键偏移矢量，通过对第一偏移矢量的第一不可补偿分量和第二偏移矢量的第二不可补偿分量执行最小化处理，从而得到第一不可补偿分量的最小值和第二不可补偿分量的最小值，然后根据这些不可补偿分量的最小值得出第一偏移矢量的优化的第一可补偿分量和第二偏移矢量的优化的第二可补偿分量，根据这两个优化的第一可补偿分量和第二可补偿分量得到下部目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第三偏移矢量的第三可补偿分量。该方法有利于优先使得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记尽量对准以及使得中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记尽量对准，而可以允许下部目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记的偏差比较大，这样在对各个层光刻时不容易出现例如现有技术中出现的中间层(例如中间通孔层)与下部层(例如下部金属层)对准较差而导致半导体结构不合格的问题，从而有利于提高半导体结构的合格率，降低成本，提高产率。
在本发明的实施例中，上述方法还可以包括：根据第三可补偿分量计算得到套刻补偿参数。可选地，上述方法还可以包括：根据套刻补偿参数对下部目标层的套刻标记和上部目标层套刻标记的套刻数据进行补偿处理。在经过该补偿处理后，可以使得中间目标层与下部目标层对准较好以及中间目标层与上部目标层也对准较好，从而可以减少重复曝光的次数，降低成本。
例如，该套刻补偿参数可以包括：X方向平移量(Translation X)、Y方向平移量(Translation Y)、晶圆旋转参数(Wafer Rotation，例如晶圆的旋转角度和旋转方向)、晶圆非正交性参数(Wafer Nonorthogonality，以晶圆的中心为中心，将所有曝光区的中心做位置扭曲，而每个曝光区的尺寸和形状不变)、晶圆X方向延展量(Wafer Expansion X)、晶圆Y方向延展量(Wafer Expansion Y)、曝光区旋转参数(Shot Rotation，即曝光区掩模版的旋转参数)、曝光区放大倍率(Shot Magnification，通过调整透镜成像的放大率来实现，也可以称为掩模版放大率)、曝光区非对称性旋转参数(Shot Asymmetric Rotation)和/或曝光区非对称性放大倍率(Shot Asymmetric Magnification)。例如，可以采用现有技术中已知的方法(例如KT-A软件)根据可补偿分量计算得到套刻补偿参数。
将X方向平移量、Y方向平移量、晶圆旋转参数、晶圆非正交性参数、晶圆X方向延展量和晶圆Y方向延展量这六个参数可以统称为曝光场内套刻线性补偿项。例如，可以保持每个曝光区(shot)尺寸和形状不变，只是将所有曝光区的中心做位置变换。因此，实现曝光场内套刻线性补偿项的方法可以是对硅片台或晶圆载物台(wafer stage)坐标系做相应的线性变换。
调整曝光区旋转参数(Shot Rotation)可以通过旋转标线(reticle)来实现。
调整曝光区放大倍率(Shot Magnification)可以通过调整透镜成像的放大率。
曝光区非对称性旋转参数(Shot Asymmetric Rotation)可以看作由曝光区旋转参数(Shot Rotation)和Shot Nonorthogonality(曝光区非正交性参数，其实现方法是曝光过程汇总调整扫描运动的方向)合成。可以通过调整曝光区旋转参数和曝光区非正交性参数来实现调整曝光区非对称性旋转参数。
曝光区非对称性放大倍率(Shot Asymmetric Magnification)可以看作由曝光区放大倍率(Shot Magnification)和Shot Magnification Y(Y方向的曝光区放大倍率，其实现方法是曝光过程中调整扫描运动的速度)合成。可以通过调整整个曝光区放大倍率和Y方向的曝光区放大倍率来实现调整曝光区非对称性放大倍率。
图4A是示意性地示出根据本发明一个实施例的一个曝光区内的一些偏移矢量的示意图。图4B是示意性地示出图4A中的偏移矢量的可补偿分量的示意图。图4C是示意性地示出图4A中的偏移矢量的不可补偿分量的示意图。通常情况下，每个晶圆包括多个曝光区，每个曝光区内可以形成多个结构，由于这些结构需要利用套刻标记来对准，因此每个曝光区可以包括多个套刻标记，从而包括多个偏移矢量，而且这些偏移矢量的方向不完全一样，例如如图4A所示。这也导致每个晶圆包括非常多的套刻标记，从而使得这些套刻标记的偏移矢量也非常多。其中，在图4A中的每个偏移矢量均可以被分解成图4B中对应的可补偿分量和图4C中对应的不可补偿分量。
在本发明的实施例中，可以利用|mean|+3σ作为独立量测值(即作为量测的套刻数据的标量值)，从而比较通过实施本发明的方法所优化的套刻数据是否比现有技术更小。这里，|mean|表示相应的偏移矢量的平均值，σ表示相应的偏移矢量的标准差。
在一个实施例中，可以对曝光区或晶圆内的所有偏移矢量(包括第一偏移矢量、第二偏移矢量和第三偏移矢量)进行归一化处理，并计算得到归一化后的该偏移矢量的独立量测值。其中每个偏移矢量的独立量测值可以包括X方向的独立量测值和Y方向的独立量测值。这里，第一偏移矢量、第二偏移矢量和第三偏移矢量的独立量测值分别计算得到。
例如，下面以计算第一偏移矢量的独立量测值为例来详细描述计算独立量测值的过程，如下：可以将每个第一偏移矢量分解为X方向分量和Y方向分量；计算所有第一偏移矢量的X方向分量的X方向平均值|mean|X和X方向标准差σX，以及计算所有第一偏移矢量的Y方向分量的Y方向平均值|mean|Y和Y方向标准差σY；根据所有第一偏移矢量的X方向平均值|mean|X和X方向标准差σX计算得到所有第一偏移矢量的X方向的独立量测值为|mean|X+3σX，以及根据所有第一偏移矢量的Y方向平均值|mean|Y和Y方向标准差σY计算得到所有第一偏移矢量的Y方向的独立量测值为|mean|Y+3σY。
关于计算第二偏移矢量和第三偏移矢量的独立量测值的过程，与上面描述的第一偏移矢量的独立量测值的计算过程相同或相似，这里不再赘述。
表1是利用现有技术得到的套刻数据与利用本发明的方法优化的套刻数据对比表。如表1中，31表示下部目标层，32表示中间目标层，33表示上部目标层。33_31(或31_33)表示上部目标层与下部目标层(或下部目标层与上部目标层)之间的第三偏移矢量，32_31表示中间目标层与下部目标层之间的第一偏移矢量，32_33表示中间目标层与上部目标层之间的第二偏移矢量。在表1中，量测得到的套刻数据(即相应的独立量测值)反映当前一层结构在进行光刻显影工艺后的套刻的精度，在每一个曝光区中，计算偏移矢量的独立量测值为|mean|+3σ。从表1中可以看出，本发明的方法可以使得32_31的套刻数据(即独立量测值，包括X方向数据/Y方向数据)比现有技术更小，提高中间目标层与下部目标层之间的套刻标记的对准精度。
表1利用现有技术得到的套刻数据与利用本发明的方法优化的套刻数据对比表
Figure BDA0001397438440000161
图6是示意性地示出根据本发明一个实施例的补偿套刻数据的系统的结构图。如图6所示，该补偿套刻数据的系统60可以包括：偏移矢量获取单元61、矢量分解单元62、最小化处理单元63、优化处理单元64和可补偿分量获取单元65。
该偏移矢量获取单元61可以用于获得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记之间的第一偏移矢量和该中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第二偏移矢量。
该矢量分解单元62可以用于将第一偏移矢量分解为第一可补偿分量和第一不可补偿分量，以及将第二偏移矢量分解为第二可补偿分量和第二不可补偿分量。
该最小化处理单元63可以用于对第一不可补偿分量和第二不可补偿分量执行最小化处理，以得到该第一不可补偿分量的最小值和该第二不可补偿分量的最小值。
该优化处理单元64可以用于根据第一偏移矢量和第一不可补偿分量的最小值得到优化的第一可补偿分量，以及根据第二偏移矢量和第二不可补偿分量的最小值得到优化的第二可补偿分量。
该可补偿分量获取单元65可以用于根据优化的第一可补偿分量和优化的第二可补偿分量得到下部目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第三偏移矢量的第三可补偿分量。
至此，提供了一种补偿套刻数据的系统。该系统有利于优先使得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记尽量对准以及使得中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记尽量对准，而可以允许下部目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记的偏差比较大，这样在对各个层光刻时不容易出现例如现有技术中出现的中间层(例如中间通孔层)与下部层(例如下部金属层)对准较差而导致半导体结构不合格的问题，从而有利于提高半导体结构的合格率，降低成本，提高产率。
图7是示意性地示出根据本发明另一个实施例的补偿套刻数据的系统的结构图。如图7所示，该补偿套刻数据的系统70除了包括偏移矢量获取单元61、矢量分解单元62、最小化处理单元63、优化处理单元64和可补偿分量获取单元65之外，还可以包括其他单元。
在一个实施例中，如图7所示，该补偿套刻数据的系统70还可以包括套刻补偿参数计算单元76。该套刻补偿参数计算单元76可以用于根据第三可补偿分量计算得到套刻补偿参数。例如，该套刻补偿参数可以包括：X方向平移量、Y方向平移量、晶圆旋转参数、晶圆非正交性参数、晶圆X方向延展量、晶圆Y方向延展量、曝光区旋转参数、曝光区放大倍率、曝光区非对称性旋转参数和/或曝光区非对称性放大倍率。
在一个实施例中，如图7所示，该补偿套刻数据的系统70还可以包括补偿处理单元77，该补偿处理单元77可以用于根据套刻补偿参数对下部目标层的套刻标记和上部目标层套刻标记的套刻数据进行补偿处理。
在一个实施例中，如图7所示，最小化处理单元63可以包括：线性回归计算模块631、不可补偿分量计算模块632和最小值计算模块633。
该线性回归计算模块631可以用于利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标分别计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量，n为正整数。例如，该线性回归计算模块可以利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标通过最小二乘法计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量。
该不可补偿分量计算模块632可以用于根据第一偏移矢量和n阶线性函数表示的第一可补偿分量计算得到第一不可补偿分量，其中，第一不可补偿分量＝第一偏移矢量-n阶线性函数表示的第一可补偿分量；根据第二偏移矢量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量计算得到第二不可补偿分量，其中，第二不可补偿分量＝第二偏移矢量-n阶线性函数表示的第二可补偿分量。该第一不可补偿分量和该第二不可补偿分量分别为相应的套刻标记的中心坐标的n阶函数。
该最小值计算模块633可以用于在计算得到第一不可补偿分量和第二不可补偿分量之后，计算得到第一不可补偿分量的最小值和第二不可补偿分量的最小值。
需要说明的是，本发明的上述方法和系统可以应用于上述三层膜结构的套刻技术，也可以应用于更多层膜(例如6层、9层、12层等等)的套刻技术，还可以应用于双图案化技术(例如SADP(self-aligned double patterning，自对准双图案法))中的套刻技术等，因此本发明的范围并不仅限于此。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现如前所述的方法(例如图2所示)的步骤。
至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种补偿套刻数据的方法，其特征在于，包括：
获得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记之间的第一偏移矢量和所述中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第二偏移矢量；
将所述第一偏移矢量分解为第一可补偿分量和第一不可补偿分量，以及将所述第二偏移矢量分解为第二可补偿分量和第二不可补偿分量；
对所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量执行最小化处理，以得到所述第一不可补偿分量的最小值和所述第二不可补偿分量的最小值；
根据所述第一偏移矢量和所述第一不可补偿分量的最小值得到优化的第一可补偿分量，以及根据所述第二偏移矢量和所述第二不可补偿分量的最小值得到优化的第二可补偿分量；以及
根据所述优化的第一可补偿分量和所述优化的第二可补偿分量得到所述下部目标层的套刻标记与所述上部目标层的套刻标记之间的第三偏移矢量的第三可补偿分量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述第三可补偿分量计算得到套刻补偿参数；以及
根据所述套刻补偿参数对所述下部目标层的套刻标记和所述上部目标层套刻标记的套刻数据进行补偿处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量执行最小化处理的步骤包括：
利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标分别计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量，n为正整数；
根据所述第一偏移矢量和所述n阶线性函数表示的第一可补偿分量计算得到所述第一不可补偿分量，其中，所述第一不可补偿分量＝所述第一偏移矢量-所述n阶线性函数表示的第一可补偿分量；根据所述第二偏移矢量和所述n阶线性函数表示的第二可补偿分量计算得到所述第二不可补偿分量，其中，所述第二不可补偿分量＝所述第二偏移矢量-所述n阶线性函数表示的第二可补偿分量；所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量分别为相应的套刻标记的中心坐标的n阶函数；以及
在计算得到所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量之后，计算得到所述第一不可补偿分量的最小值和所述第二不可补偿分量的最小值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标通过最小二乘法计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述套刻补偿参数包括：X方向平移量、Y方向平移量、晶圆旋转参数、晶圆非正交性参数、晶圆X方向延展量、晶圆Y方向延展量、曝光区旋转参数、曝光区放大倍率、曝光区非对称性旋转参数和/或曝光区非对称性放大倍率。
6.一种补偿套刻数据的系统，其特征在于，包括：
偏移矢量获取单元，用于获得中间目标层的套刻标记与下部目标层的套刻标记之间的第一偏移矢量和所述中间目标层的套刻标记与上部目标层的套刻标记之间的第二偏移矢量；
矢量分解单元，用于将所述第一偏移矢量分解为第一可补偿分量和第一不可补偿分量，以及将所述第二偏移矢量分解为第二可补偿分量和第二不可补偿分量；
最小化处理单元，用于对所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量执行最小化处理，以得到所述第一不可补偿分量的最小值和所述第二不可补偿分量的最小值；
优化处理单元，用于根据所述第一偏移矢量和所述第一不可补偿分量的最小值得到优化的第一可补偿分量，以及根据所述第二偏移矢量和所述第二不可补偿分量的最小值得到优化的第二可补偿分量；以及
可补偿分量获取单元，用于根据所述优化的第一可补偿分量和所述优化的第二可补偿分量得到所述下部目标层的套刻标记与所述上部目标层的套刻标记之间的第三偏移矢量的第三可补偿分量。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
套刻补偿参数计算单元，用于根据所述第三可补偿分量计算得到套刻补偿参数；以及
补偿处理单元，用于根据所述套刻补偿参数对所述下部目标层的套刻标记和所述上部目标层套刻标记的套刻数据进行补偿处理。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述最小化处理单元包括：
线性回归计算模块，用于利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标分别计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量，n为正整数；
不可补偿分量计算模块，用于根据所述第一偏移矢量和所述n阶线性函数表示的第一可补偿分量计算得到所述第一不可补偿分量，其中，所述第一不可补偿分量＝所述第一偏移矢量-所述n阶线性函数表示的第一可补偿分量；根据所述第二偏移矢量和所述n阶线性函数表示的第二可补偿分量计算得到所述第二不可补偿分量，其中，所述第二不可补偿分量＝所述第二偏移矢量-所述n阶线性函数表示的第二可补偿分量；所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量分别为相应的套刻标记的中心坐标的n阶函数；以及
最小值计算模块，用于在计算得到所述第一不可补偿分量和所述第二不可补偿分量之后，计算得到所述第一不可补偿分量的最小值和所述第二不可补偿分量的最小值。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述线性回归计算模块利用n阶线性回归方程和相应的套刻标记的中心坐标通过最小二乘法计算得到n阶线性函数表示的第一可补偿分量和n阶线性函数表示的第二可补偿分量。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述套刻补偿参数包括：X方向平移量、Y方向平移量、晶圆旋转参数、晶圆非正交性参数、晶圆X方向延展量、晶圆Y方向延展量、曝光区旋转参数、曝光区放大倍率、曝光区非对称性旋转参数和/或曝光区非对称性放大倍率。
11.一种补偿套刻数据的系统，其特征在于，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求1至5任意一项所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现如权利要求1至5任意一项所述的方法的步骤。
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