CN114326337A

CN114326337A - 光刻对准方法

Info

Publication number: CN114326337A
Application number: CN202111634615.6A
Authority: CN
Inventors: 曾辉; 陈超
Original assignee: Guangzhou Yuexin Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Yuexin Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-12-24
Also published as: CN114326337B

Abstract

本发明提供一种光刻对准方法，先从多个对准标记中选取预设数量的对准标记作为目标组，然后根据所述目标组中的各所述对准标记的对准信号，判断所述目标组中的各所述对准标记的质量是否合格，然后将质量不合格的对准标记移除，以避免因对准标记的质量问题影响粗对准偏差模型中的参数，提高粗对准偏差模型的精度。以及通过确定目标组中各所述对准标记的残差，并将残差大于预设阈值的对准标记从目标组移除，由此保证对准标记的残差小于预设阈值，确保了粗对准偏差模型的精确性，避免出现无法进行光刻对准的问题。

Description

光刻对准方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及一种光刻对准方法。

背景技术

晶圆在曝光前需要经过对准步骤，使得当层与前层的套刻精度满足工艺要求。在晶圆的光刻对准过程中需要精确获取晶圆在前层的每个曝光场的坐标。通常情况下，通过光刻机的位置测量组件可以实现获取晶圆在前层的曝光场的对准标记的坐标，并通过所获取的对准标记的坐标来进行光刻对准。然而，当晶圆上的曝光场数量较多时，其曝光场中预先设置的对准标记的数量也较多，导致测量时间较长，以及若一对准标记的测量出现误差则会导致光刻失败。因此，通常情况下，会使用粗对准偏差模型确定所有对准标记的坐标来进行光刻对准。光刻对准包括粗对准和精对准，通常情况下，先建立用于粗对准的粗对准偏差模型，然后基于所述粗对准的粗对准偏差模型，缩小扫描范围，从而缩短精对准中测量对准标记的时间。但在光刻对准过程中发现，对准标记在工艺过程中会出现质量不合格(例如形变、形貌损坏、尺寸过大、表面平整度差、具有较大倾斜角)的问题。而质量不合格的对准标记被用于进行粗对准，将会导致用于粗对准的粗对准偏差模型不准确，进而产生两种后果：一是粗对准偏差模型中的各项参数超出设定阈值，发生粗对准被拒(即无法进行粗对准)；二是粗对准偏差模型中的各项参数未超出设定阈值，但会导致粗对准和精对准两种模型的对准参数之差超出设定阈值，导致精对准被拒(即无法进行精对准)，从而导致光刻对准失败。如果发生粗对准或者精对准被拒，则需要人工进行其他的对准策略，增加误操作风险以及大幅降低制程效率，因此需要一种新的光刻对准方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻对准方法，以解决因粗对准偏差模型不准确而导致的无法进行光刻对准的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻对准，所述光刻对准方法包括：

步骤S1：提供一待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有多个对准标记；

步骤S2：从所述多个对准标记中选取预设数量的对准标记作为目标组；

步骤S3：获取所述目标组中的各所述对准标记的对准信号，并根据所述对准信号判断所述目标组中的各所述对准标记的质量是否合格，若是，则执行步骤S4，若否，则返回执行步骤S2；

步骤S4：获取所述目标组中各所述对准标记的实际位置坐标和设计位置坐标之间的位置偏差，以得到第一位置捕获误差；

步骤S5：根据所述目标组中各所述对准标记的设计位置坐标及所述第一位置捕获误差建立粗对准偏差模型，以通过所述粗对准偏差模型得到所述目标组中各所述对准标记的第二位置捕获误差；

步骤S6：根据所述目标组中各所述对准标记的第一位置捕获误差和第二位置捕获误差确定所述目标组中各所述对准标记的残差；

步骤S7：判断所述目标组中各所述对准标记对应的残差是否小于预设阈值；若是，则保留所述对准标记，以用于对所述待曝光晶圆进行粗对准；若否，则将所述对准标记从所述目标组中移除，以及重新选取与所述目标组中移除的对准标记的数量相应的对准标记补充到所述目标组中，并返回执行步骤S3。

可选的，在所述的光刻对准方法中，所述待曝光晶圆包括形成于衬底上的至少一层图形层，所述多个对准标记形成于所述图形层中，所述对准标记均为凹槽结构或者凸起结构。

可选的，在所述的光刻对准方法中，所述多个对准标记包括在X方向上的多个对准标记以及在Y方向上的多个对准标记；所述目标组中的对准标记的数量大于等于八，且所述目标组中包括至少四个在X方向上的对准标记以及至少四个在Y方向上的对准标记，其中，所述X方向与所述Y方向垂直。

可选的，在所述的光刻对准方法中，根据如下公式得到所述第一位置捕获误差：

△X_onei＝X_mi-X_di；

△Y_oner＝Y_mr-Y_dr；

其中，△X_onei表示在X方向上的第i个对准标记的第一位置捕获误差，△Y_oner表示在Y方向上的第r个对准标记的第一位置捕获误差；X_mi表示在X方向上的第i个对准标记的实际位置坐标；X_di表示在X方向上的第i个对准标记的设计位置坐标；Y_mr表示在Y方向上的第r个对准标记的实际位置坐标；Y_dr表示在Y方向上的第r个对准标记的设计位置坐标。

可选的，在所述的光刻对准方法中，根据所述目标组中各所述对准标记的设计位置坐标及所述第一位置捕获误差建立所述粗对准偏差模型的方法包括：

根据所述第一位置捕获误差及所述目标组中各所述对准标记的实际位置信息，拟合对准参数；以及，

根据所述对准参数和对准标记的设计位置坐标，确定所述目标组中各所述对准标记的第二位置捕获误差。

可选的，在所述的光刻对准方法中，所述对准参数包括所述待曝光晶圆在所述X方向上的平移量、在所述Y方向上的平移量、缩放量以及旋转量。

可选的，在所述的光刻对准方法中，通过如下公式确定所述目标组中各所述对准标记的第二位置捕获误差：

△X_twoi＝T_X+M*X_di-R*Y_di；

△Y_twor＝T_Y+M*Y_dr+R*X_dr；

其中，△X_twoi表示在X方向上的第i个对准标记的第二位置捕获误差，△Y_twor表示在Y方向上的第r个对准标记的第二位置捕获误差，T_x表示在X方向上的平移量，T_Y表示在Y方向上的平移量，M表示缩放量，R表示旋转量，X_di、Y_di表示在X方向上的第i个对准标记的设计位置坐标，X_dr、Y_dr表示在Y方向上的第r个对准标记的设计位置坐标,。

可选的，在所述的光刻对准方法中，通过如下公式确定所述目标组中各所述对准标记的残差：

△X_ei＝(TX+M*X_di-R*Y_di)-△X_onei；

△Y_er＝(TX+M*X_dr-R*Y_dr)-△Y_oner；

其中，△X_ei表示在X方向上的第i个对准标记的残差，△Y_er表示在Y方向上的第r个对准标记的残差。

可选的，在所述的光刻对准方法中，所述预设阈值小于或者等于2μm。

可选的，在所述的光刻对准方法中，在步骤S3中，所述对准标记的对准信号为正弦波信号，以及根据所述对准信号的信号强度、正弦度和相位偏移角度判断所述对准标记的质量是否合格。

在本发明提供的光刻对准方法中，先从多个对准标记中选取预设数量的对准标记作为目标组，然后根据所述目标组中的各所述对准标记的对准信号，判断所述目标组中的各所述对准标记的质量是否合格，可以将质量不合格的对准标记移除，以避免因对准标记的质量问题影响粗对准偏差模型中的参数，提高粗对准偏差模型的精度。以及通过获取所述目标组中各所述对准标记的实际位置坐标和设计位置坐标之间的位置偏差，以得到第一位置捕获误差，根据所述目标组中各所述对准标记的设计位置坐标及所述第一位置捕获误差建立粗对准偏差模型，以通过所述粗对准偏差模型得到所述目标组中各所述对准标记的第二位置捕获误差；接着，根据所述目标组中各所述对准标记的第一位置捕获误差和第二位置捕获误差确定所述目标组中各所述对准标记的残差；以及，将残差大于预设阈值的对准标记从目标组移除，由此保证目标组中的对准标记所对应的残差小于预设阈值，确保了粗对准偏差模型的精确性，避免出现无法进行光刻对准的问题。此外，上述技术方案通用性强，无需增加或改造现有硬件，改造成本低，以及不需要人为对准，一方面减少了人为操作的错误和风险，另一方面提高了光刻对准的效率，从而提高了机台产能。

附图说明

图1是本发明实施例的光刻对准方法的流程示意图；

图2是待曝光晶圆的俯视图；

其中，附图标记说明如下：

100-待曝光晶圆；101-在X方向上的多个对准标记；102-在Y方向上的多个对准标记；1011-在X方向上的对准标记；1021-在Y方向上的对准标记。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的光刻对准方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1是本发明实施例提供的光刻对准方法的流程示意图。如图1所示，所述光刻对准方法包括：

具体的，在步骤S1中，所述待曝光晶圆包括形成于衬底上的至少一层图形层，所述多个对准标记形成于所述图形层中，所述图形层的材质可以为金属，例如金属铝，其中，所述图形层的厚度大于或者等于3μm，例如3μm、4μm或者5μm。

如图2所示，本实施例中，所述多个对准标记包括在X方向上的多个对准标记101以及在Y方向上的多个对准标记102，其中，X方向上的多个对准标记101沿着X方向间隔排布并沿着Y方向延伸。Y方向上的多个对准标记102沿着Y方向间隔排布并沿着X方向延伸，其中，所述X方向与所述Y方向垂直。在此，所述多个对准标记是指对准标记的总数量大于等于九，本实施例中，对准标记的总数量例如为96个。如图2所示，所述对准标记均为凹槽结构或者凸起结构，或者其他可以被光刻设备识别的结构，其可以包含一字形、十字形、L形或框形等几何图形，或者由多种几何图形构成的一系列图形对准标记。本实施例中，所述对准标记成对使用，即每对对准标记包括一个在X方向的对准标记1011及一个在Y方向上的对准标记1021所述对准标记1011、1021为凹槽结构或者凸起结构。

在步骤S2中，从所述多个对准标记中选取预设数量的对准标记作为目标组。其中，所述目标组中的所述对准标记的数量大于或者等于八，即所述目标组中的对准标记的对数可以大于或者等于四，例如，所述目标组中的对准标记的数量可以为四对(即八个对准标记)、五对(即十个对准标记)、六对(即十二个对准标记)或者八对(即十六个对准标记)，本实施例选优的采用四对对准标记(即八个对准标记)，以在保证光刻对准精度的同时，避免因对准时间过长而导致的机台产能下降。所述目标组中的对准标记可用于对所述待曝光晶圆执行粗对准和/或精对准。

需要说明的是，目标组中的对准标记的数量可以根据用户需要进行设定。一般的，为了避免仅选择一个或者两个对准时，由于偶然因素导致的该对准标记无法使用的情况的发生，因此本实施例中设置目标组中的对准标记的数量为四个及以上。在基于目标组中的对准标记对待曝光晶圆进行曝光时，可选择其中四个对准标记进行使用，剩余的对准标记留作备用。

本实施例中，所述目标组中的对准标记的数量大于等于八，且所述目标组中包括至少四个在X方向上的对准标记1011以及至少四个在Y方向上的对准标记1012。

此外，在从所述多个对准标记中选取预设数量的对准标记作为目标组之前，可以先对所述待曝光晶圆100进行预对准，以调整待曝光晶圆100的位置，使得待曝光晶圆100进入光刻机的位置捕获系统(例如离轴光学系统)的捕获范围内。

在步骤S3中，获取所述目标组中的各所述对准标记的对准信号，并根据所述对准信号判断所述目标组中的各所述对准标记的质量是否合格，若是，则执行步骤S4，若否，则返回执行步骤S2，即质量不合格的对准标记不参与后续的建模，以及当发现目标组中存在质量不合格的对准标记时，则返回执行步骤S2以重新选择对准标记，也就是说将目标组中的质量不合格的对准标记移除，并进行相应数量的对准标记的补充。

本实施例中，所述对准标记的对准信号可通过光学衍射的方法测量得到，例如可以采用光刻设备中的测量装置，向对准标记发射一光束，并接收由所述对准标记反射的光信号，以及通过对所述对准标记反射的光信号进行信号处理而得到对应的对准信号。其中，所述对准标记的对准信号为正弦波信号。

本实施例中，可以根据所述对准信号的信号强度、正弦度和相位偏移角度判断所述对准标记的质量是否合格。其中，所述对准信号的信号强度可反映对准标记的尺寸、所述对准信号的正弦度可反映所述对准标记的表面平整度，以及所述对准信号的相位偏移角度可反映对准标记的内部倾斜角。故，通过对准信号可实现对目标组中的所述对准标记的筛选，可以将质量不合格的对准标记移除，以避免因对准标记的质量问题影响粗对准偏差模型中的参数。

在步骤S4中，获取所述目标组中各所述对准标记的实际位置坐标和设计位置坐标之间的位置偏差，以得到第一位置捕获误差。其中，对准标记的设计位置坐标可以为待曝光晶圆100前层的每个对准标记在工作台坐标系的坐标(即机台的工艺菜单中的坐标)。所述设计位置坐标可以存储在电子设备、与电子设备相关联的其他设备或云端中，并在需要时可进行设计位置坐标的获取。

本实施例中，对准标记的实际位置坐标为对准标记的实测位置坐标，可以通过光刻设备的离轴光学系统进行位置测量得到，或者，对准标记的实际位置坐标也可根据对准标记的对准信号确定。

具体的，根据如下公式得到所述第一位置捕获误差：

△X_onei＝X_mi-X_di；

△Y_oner＝Y_mr-Y_dr；

其中，△X_onei表示在X方向上的第i个对准标记的第一位置捕获误差，△Y_oner表示在Y方向上的第r个对准标记的第一位置捕获误差；X_mi表示在X方向上的第i个对准标记的实际位置坐标；X_di表示在X方向上的第i个对准标记的设计位置坐标；Y_mr表示在Y方向上的第r个对准标记的实际位置坐标；Y_dr表示在Y方向上的第r个对准标记的设计位置坐标；i表示在X方向上的对准标记的序号；r表示在Y方向上的对准标记的序号。

如图1所示，在步骤S5中：根据所述目标组中各所述对准标记的设计位置坐标及所述第一位置捕获误差建立粗对准偏差模型，以通过所述粗对准偏差模型得到所述目标组中各所述对准标记的第二位置捕获误差。其中，所述粗对准偏差模型可用于预测所述待曝光晶圆100的曝光面上的多个对准标记的实际位置坐标与设计位置坐标的位置偏差(即第一位置捕获误差)。具体的，建立所述粗对准偏差模型的方法包括：首先，根据所述第一位置捕获误差及所述目标组中各所述对准标记的实际位置坐标，拟合对准参数，即拟合出使得第一位置捕获误差与第二位置捕获误差的差值(即残差或者说拟合误差最小)最小的对准参数，其中，对准参数包括在X方向上的平移量、在Y方向上的平移量、缩放量以及旋转量。

接着，根据所述对准参数和所述目标组中的对准标记的设计位置坐标，确定所述目标组中各所述对准标记的第二位置捕获误差。

示例性的，通过如下公式确定所述目标组各所述对准标记的第二位置捕获误差：

△X_twoi＝T_X+M*X_di-R*Y_di；

△Y_twor＝T_Y+M*Y_dr+R*X_dr；

其中，△X_twoi表示在X方向上的第i个对准标记的第二位置捕获误差，△Y_twor表示在Y方向上的第r个对准标记的第二位置捕获误差，T_X表示在X方向上的平移量，T_Y表示在Y方向上的平移量，M表示缩放量，R表示旋转量，X_di、Y_di表示在X方向上的第i个对准标记的设计位置坐标，X_dr、Y_dr表示在Y方向上的第r个对准标记的设计位置坐标,并且i≥1且r≥1。在此应该理解，在X方向和Y方向上的旋转量一致，以及在X方向和Y方向上的缩放量一致。

如图1所示，在步骤S6中，根据所述目标组中各所述对准标记的第一位置捕获误差和第二位置捕获误差确定所述目标组中各所述对准标记的残差(或者说拟合误差)。其中，所述对准标记的残差为第二位置捕获误差与第一位置捕获误差的差值。

本实施例中，通过如下公式确定所述目标组中各所述对准标记的残差：

△X_ei＝(TX+M*X_di-R*Y_di)-△X_onei；

△Y_er＝(TX+M*X_dr-R*Y_dr)-△Y_oner；

在步骤S7中，判断所述目标组中各所述对准标记对应的残差是否小于预设阈值；若是，则保留所述对准标记，以用于对所述待曝光晶圆100进行粗对准；若否，则执行步骤S71，将所述对准标记从所述目标组中移除；以及执行步骤S72，重新选取与所述目标组中移除的对准标记的数量相应的对准标记补充到所述目标组中，并返回执行步骤S3，以判断重新选取的对准标记的质量是否合格。其中，若所述目标组中各所述对准标记对应的残差是否小于预设阈值，则说明粗对准偏差模型合格，故可通过公式△X_twoi＝T_X+M*X_di-R*Y_di和公式△Y_twor＝T_Y+M*Y_dr+R*X_dr预测待曝光晶圆100的曝光面上的其他对准标记的实际位置坐标和设计位置坐标之间的位置偏差，无需测量对准标记的坐标即可得到位置偏差，节省工艺时间。

本实施例中，在步骤S7中，将残差大于预设阈值的对准标记从目标组移除，可以进一步对目标组中的对准标记进行筛选，由此保证对准标记所对应的残差小于预设阈值，确保了粗对准偏差模型的精确性，避免出现无法进行光刻对准的问题。并且在移除对准标记之后，重新选取与所述目标组中移除的对准标记的数量相应的对准标记补充到所述目标组中，可以保证目标组中的对准标记的数量，确保通过目标组中的对准标记可以精确的进行粗对准。

如图1所示，在判断所述目标组中各所述对准标记的残差小于预设阈值之后，还执行步骤S8，判断所述粗对准偏差模型中的对准参数是否在预设对准阈值内，若是，则执行步骤S9，通过所述目标组中的各所述对准标记对所述待曝光晶圆100进行粗对准，若否，则执行步骤S81，即不执行对准。其中，所述粗对准偏差模型中的对准参数，为前述根据所述目标组中各所述对准标记的实际位置坐标，拟合而得的对准参数，即旋转量、缩放量、在X方向上的平移量和在Y方向上的平移量。进一步的，可将对准参数与其相应的阈值进行比对，若对准参数在相应的阈值内，则说明粗对准偏差模型中的对准参数较为精确，可以根据粗对准偏差模型进行精对准(FIWA)建模以形成精粗对准偏差模型，以及可以利用目标组中的对准标记进行粗对准，避免光刻对准失败。

此外，本实施例的光刻对准方法的通用性强，无需增加或改造现有硬件，改造成本低，以及不需要人为对准，一方面减少了人为操作的错误和风险，另一方面提高了光刻对准的效率，从而提高了机台产能。

综上可见，在本发明实施例提供的光刻对准方法中，先从多个对准标记中选取预设数量的对准标记作为目标组，然后根据所述目标组中的各所述对准标记的对准信号，判断所述目标组中的各所述对准标记的质量是否合格，然后将质量不合格的对准标记移除，以避免因对准标记的质量问题影响粗对准偏差模型中的参数，提高粗对准偏差模型的精度。以及通过确定目标组中各所述对准标记的残差，并将残差大于预设阈值的对准标记从目标组移除，由此保证对准标记所对应的残差小于预设阈值，确保了粗对准偏差模型的精确性，避免出现无法进行光刻对准的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种光刻对准方法，其特征在于，所述光刻对准方法包括：

2.如权利要求1所述的光刻对准方法，其特征在于，所述待曝光晶圆包括形成于衬底上的至少一层图形层，所述多个对准标记形成于所述图形层中，所述对准标记均为凹槽结构或者凸起结构。

3.如权利要求1所述的光刻对准方法，其特征在于，所述多个对准标记包括在X方向上的多个对准标记以及在Y方向上的多个对准标记；所述目标组中的对准标记的数量大于等于八，且所述目标组中包括至少四个在X方向上的对准标记以及至少四个在Y方向上的对准标记，其中，所述X方向与所述Y方向垂直。

4.如权利要求3所述的光刻对准方法，其特征在于，根据如下公式得到所述第一位置捕获误差：

△X_onei＝X_mi-X_di；

△Y_oner＝Y_mr-Y_dr；

5.如权利要求3所述的光刻对准方法，其特征在于，根据所述目标组中各所述对准标记的设计位置坐标及所述第一位置捕获误差建立所述粗对准偏差模型的方法包括：

根据所述对准参数和所述目标组中各所述对准标记的设计位置坐标，确定所述目标组中各所述对准标记的第二位置捕获误差。

6.如权利要求5所述的光刻对准方法，其特征在于，所述对准参数包括所述待曝光晶圆在所述X方向上的平移量、在所述Y方向上的平移量、缩放量以及旋转量。

7.如权利要求6所述的光刻对准方法，其特征在于，通过如下公式确定所述目标组中各所述对准标记的第二位置捕获误差：

△X_twoi＝T_X+M*X_di-R*Y_di；

△Y_twor＝T_Y+M*Y_dr+R*X_dr；

其中，△X_twoi表示在X方向上的第i个对准标记的第二位置捕获误差，△Y_twor表示在Y方向上的第r个对准标记的第二位置捕获误差，T_x表示在X方向上的平移量，T_Y表示在Y方向上的平移量，M表示缩放量，R表示旋转量，X_di、Y_di表示在X方向上的第i个对准标记的设计位置坐标，X_dr、Y_dr表示在Y方向上的第r个对准标记的设计位置坐标。

8.如权利要求7所述的光刻对准方法，其特征在于，通过如下公式确定所述目标组中各所述对准标记的残差：

△X_ei＝(TX+M*X_di-R*Y_di)-△X_onei；

△Y_er＝(TX+M*X_dr-R*Y_dr)-△Y_oner；

9.如权利要求1所述的光刻对准方法，其特征在于，所述预设阈值小于或者等于2μm。

10.如权利要求1所述的光刻对准方法，其特征在于，在步骤S3中，所述对准标记的对准信号为正弦波信号，以及根据所述对准信号的信号强度、正弦度和相位偏移角度判断所述对准标记的质量是否合格。