CN114355732A - 一种套刻误差补偿精度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种套刻误差补偿精度的测量方法，包括在制作的第一掩模上放置参考层套刻标识，第二掩模上放置目标层套刻标识；使用带有套刻标识的第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀，得到套刻图形，将刻有套刻图形的晶圆转移至衬底表面，得到预处理晶圆；使用带有套刻标识的第二掩模对预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆；使用第二掩模对目标晶圆的套刻误差进行测量，得到套刻偏差和套刻偏差分布；基于套刻偏差和套刻偏差分布并通过补偿公式计算出对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围，解决了现有的套刻误差补偿精度测量方法难以直观地解析每一个参数的动态控制精度和误差的问题。

Description

一种套刻误差补偿精度的测量方法

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种套刻误差补偿精度的测量方法。

背景技术

步进扫描式光刻机是目前实现最先进节点光刻工艺的首选光刻机类型。在实际工艺中，由于受到工艺偏差、光刻机刻蚀机等系统偏差的影响，套刻误差是始终存在的。因此，在实际工艺中，使用套刻反馈补偿系统，实现对套刻误差的修正。

但是，在修正过程中，对于一个新型光刻机，我们需要对其套刻误差修正精度的监测。目前的运动精度监测通常采用传感器方式，但是，由于套刻修正的参数众多，很多参数需要调节工件台高度、倾斜、运动联动性等，难以通过一种监测手段直接输出结果，无法直观地解析每一个参数的动态控制精度和误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种套刻误差补偿精度的测量方法，旨在解决现有的套刻误差补偿精度测量方法难以直观地解析每一个参数的动态控制精度和误差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种套刻误差补偿精度的测量方法，包括以下步骤：

在制作的第一掩模上放置参考层套刻标识，第二掩模上放置目标层套刻标识；

使用所述第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀，得到套刻图形，将刻有所述套刻图形的所述晶圆转移至衬底表面，得到预处理晶圆；

使用所述第二掩模对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆；

使用所述第二掩模对所述目标晶圆的套刻误差进行测量，得到套刻偏差和套刻偏差分布；

基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式计算出对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围。

其中，所述使用所述第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀的具体方式为：

在所述晶圆表面依次旋涂底层抗反射涂层和光刻胶；

使用带有所述参考层套刻标识的所述第一掩模，通过光刻机对所述晶圆上的所述光刻胶进行光刻；

将光刻完成后的所述晶圆转移至刻蚀机对所述底层抗反射涂层进行刻蚀，得到套刻图形。

其中，所述使用所述第二掩模对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆的具体方式为：

根据所述晶圆的多个曝光场对所述光刻机的参数进行设置；

使用带有所述目标层套刻标识的所述第二掩模，通过参数设置后所述光刻机对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆。

其中，所述根据所述晶圆的多个曝光场对所述光刻机的参数进行设置的具体方式为：

按照所述晶圆的多个所述曝光场的顺序，基于补偿公式计算曝光区域内的套刻修正偏差，并建立套刻修正偏差控制菜单，为每一个所述曝光场设置不同的套刻误差参数；

基于所述补偿公式建立主场曝光套刻控制表，对每一个所述曝光场的补偿值进行设置。

其中，所述使用所述第二掩模对所述目标晶圆的套刻误差进行测量，得到套刻偏差和套刻偏差分布的具体方式为：

使用所述第二掩模对所述目标晶圆的所有曝光场的套刻误差进行测量，得到套刻数据；

对所述套刻数据进行分类和分析，将所述套刻数据中的异常点排除，得到筛选数据；

基于所述筛选数据计算出所述目标晶圆每个所述曝光场的套刻偏差和套刻偏差分布。

其中，所述基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式计算出对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围的具体方式为：

基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式对所述曝光场的偏差进行计算，得到误差平均值和偏差值；

基于所述误差平均值和所述偏差值计算水平和垂直方向的套刻偏移量；

基于所述套刻偏移量得到对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围。

本发明的一种套刻误差补偿精度的测量方法，通过在制作的第一掩模上放置参考层套刻标识，第二掩模上放置目标层套刻标识；使用所述第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀，得到套刻图形，将刻有所述套刻图形的所述晶圆转移至衬底表面，得到预处理晶圆；使用所述第二掩模对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆；使用所述第二掩模对所述目标晶圆的套刻误差进行测量，得到套刻偏差和套刻偏差分布；基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式计算出对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围，只需要使用所述第一掩模和所述第二掩模，并在使用带有所述目标层套刻标识的所述第二掩模对所述预处理晶圆进行光刻时通过设置所述预处理晶圆的每一个曝光场的套刻补偿偏差，实现对补偿范围、补偿精度的精确监测，解决了现有的套刻误差补偿精度测量方法难以直观地解析每一个参数的动态控制精度和误差的问题。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种套刻误差补偿精度的测量方法的流程图。

图2是使用所述第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀的流程图。

图3是使用所述第二掩模对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆的流程图。

图4是根据所述晶圆的多个曝光场对所述光刻机的参数进行设置的流程图。

图5是使用所述第二掩模对所述目标晶圆的套刻误差进行测量，得到套刻偏差和套刻偏差分布的流程图。

图6是基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式计算出对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围的流程图。

图7是套刻标识为Bar-in-bar和AIM的示意图。

图8是晶圆和晶圆的每个曝光上的套刻表示的分布示意图。

图9是晶圆上不同曝光区域所使用的套刻修正参数示意图。

图10是某个曝光场的实际测量套刻误差分布图。

图11是某个曝光场理论套刻偏差分布图。

图12是实验值与理论值之差的误差分布图.

图13是控制参数波动的平均值和误差波动范围。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1至图13，本发明提供一种套刻误差补偿精度的测量方法，包括以下步骤：

S1在制作的第一掩模上放置参考层套刻标识，第二掩模上放置目标层套刻标识；

具体的，所述参考层套刻标识位于所述第一掩模(M1)上，所述目标层套刻标识位于所述第二掩模(M2)上，所述第一掩模和所述第二掩模均采用传统二级掩模、衰减掩模或减薄的二级掩模中的任意一种。所述所述第二掩模(M2)上的所述目标层套刻标识与所述第一掩模(M1)形成互补，用于测量套刻误差。套刻标识采用基于图像的套刻标识或基于衍射的套刻标识。包括但不限于：Bar-in-bar、AIM和DBO标识，如图7所示，黑色为M1，灰色为M2。晶圆的每一个曝光区域放置矩阵式套刻标识，例如11*11个，或19*19个，或其他任意组合，如图8所示，图8中为11*11个。

S2使用所述第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀，得到套刻图形，将刻有所述套刻图形的所述晶圆转移至衬底表面，得到预处理晶圆；

所述使用所述第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀的具体方式为：

S21在所述晶圆表面依次旋涂底层抗反射涂层和光刻胶；

具体的，所述晶圆为标准晶圆，晶圆无翘曲和形变。

S22使用带有所述参考层套刻标识的所述第一掩模，通过光刻机对所述晶圆上的所述光刻胶进行光刻；

S23将光刻完成后的所述晶圆转移至刻蚀机对所述底层抗反射涂层进行刻蚀，得到套刻图形。

S3使用所述第二掩模对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆；

具体方式为：

S31根据所述晶圆的多个曝光场对所述光刻机的参数进行设置；

具体的，S311按照所述晶圆的多个所述曝光场的顺序，基于补偿公式计算曝光区域内的套刻修正偏差，并建立套刻修正偏差控制菜单，为每一个所述曝光场设置不同的套刻误差参数；

具体的，每个所述曝光场使用不同的套刻误差参数，可以根据实际曝光区域大小调整修正参数，使其能包含所有修正参数。所述补偿公式为：

公式(1)：

公式(2)：

其中，dx表示水平方向套刻误差，dy表示垂直方向套刻误差；xf，yf表示每一个曝光场内部的位置坐标；k1至k19为曝光机台可控的修正参数。k1为水平方向移动参数；k2为垂直方向移动参数；k3为水平方向线性参数；k4为垂直方向线性参数；k5为Y方向影响的水平方向线性参数；k6为X方向影响的垂直方向线性参数；k7为水平方向二阶参数；k8为垂直方向二阶参数；k10为垂直方向X/Y二阶参数；k11为水平方向受Y坐标影响的二阶参数；k12为垂直方向受X坐标影响的二阶参数；k13为水平方向三阶参数；k14为垂直方向三阶参数；k16为垂直方向受X和Y影响的三阶参数；k19为水平方向受Y坐标影响的三阶参数。

S312基于所述补偿公式建立主场曝光套刻控制表，对每一个所述曝光场的补偿值进行设置。

具体的，使用公式(1)和公式(2)并给每一个所述曝光区域赋值，建立主场曝光套刻控制表。每个控制参数的控制范围按照所允许的最小值与最大值范围内的任意数值进行选取。一般的，可以选择最大值，以判断极限补偿能力和补偿精度。特别注意，在所述控制表中，将中心曝光区域位置的套刻偏差理论值设置为0，作为衡量机台和工艺稳定性的标准。可以有效实现对机台任意套刻控制参数进行质量监测，快速发现问题，为后续产品迭代提供数据支持。此外，该方法简单，便于工程师操作，可以同时发现工艺质量误差与机台误差各自对套刻误差所占的比例，实现精确的指标分配。

S32使用带有所述目标层套刻标识的所述第二掩模，通过参数设置后所述光刻机对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆。

具体的，对所述预处理晶体进行光刻后不再使用刻蚀机进行转移刻蚀，以降低刻蚀过程对所述目标层套刻标识的损坏。

S4使用所述第二掩模对所述目标晶圆的套刻误差进行测量，得到套刻偏差和套刻偏差分布；

具体方式为：

S41使用所述第二掩模对所述目标晶圆的所有曝光场的套刻误差进行测量，得到套刻数据；

S42对所述套刻数据进行分类和分析，将所述套刻数据中的异常点排除，得到筛选数据；

具体的，排除由于存在颗粒沾污等导致的套刻偏差明显偏大的测量数据。不失一般性，采用3sigma计算方法进行数据筛选，即对所有测量数据进行统计分析，排除误差明显大于整体偏差3倍的数据。

S43基于所述筛选数据计算出所述目标晶圆每个所述曝光场的套刻偏差和套刻偏差分布。

S5基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式计算出对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围。

具体方式为：

S51基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式对所述曝光场的偏差进行计算，得到误差平均值和偏差值；

S52基于所述误差平均值和所述偏差值计算水平和垂直方向的套刻偏移量；

S53基于所述套刻偏移量得到对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围。

具体的，例如，根据误差分布图反向计算得到的某套刻控制参数的波动平均值为0，其75％置信区间的范围为0.025，最大波动值为0.1，三倍误差为0.09.据此可以判断该参数的稳定情况。

以上所揭露的仅为本发明一种套刻误差补偿精度的测量方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种套刻误差补偿精度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

在制作的第一掩模上放置参考层套刻标识，第二掩模上放置目标层套刻标识；

使用所述第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀，得到套刻图形，将刻有所述套刻图形的所述晶圆转移至衬底表面，得到预处理晶圆；

使用所述第二掩模对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆；

使用所述第二掩模对所述目标晶圆的套刻误差进行测量，得到套刻偏差和套刻偏差分布；

基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式计算出对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围。

2.如权利要求1所述的套刻误差补偿精度的测量方法，其特征在于，

所述使用所述第一掩模对晶圆进行光刻后刻蚀的具体方式为：

在所述晶圆表面依次旋涂底层抗反射涂层和光刻胶；

使用带有所述参考层套刻标识的所述第一掩模，通过光刻机对所述晶圆上的所述光刻胶进行光刻；

将光刻完成后的所述晶圆转移至刻蚀机对所述底层抗反射涂层进行刻蚀，得到套刻图形。

3.如权利要求2所述的套刻误差补偿精度的测量方法，其特征在于，

所述使用所述第二掩模对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆的具体方式为：

根据所述晶圆的多个曝光场对所述光刻机的参数进行设置；

使用带有所述目标层套刻标识的所述第二掩模，通过参数设置后所述光刻机对所述预处理晶圆进行光刻，得到目标晶圆。

4.如权利要求3所述的套刻误差补偿精度的测量方法，其特征在于，

所述根据所述晶圆的多个曝光场对所述光刻机的参数进行设置的具体方式为：

按照所述晶圆的多个所述曝光场的顺序，基于补偿公式计算曝光区域内的套刻修正偏差，并建立套刻修正偏差控制菜单，为每一个所述曝光场设置不同的套刻误差参数；

基于所述补偿公式建立主场曝光套刻控制表，对每一个所述曝光场的补偿值进行设置。

5.如权利要求4所述的套刻误差补偿精度的测量方法，其特征在于，

所述使用所述第二掩模对所述目标晶圆的套刻误差进行测量，得到套刻偏差和套刻偏差分布的具体方式为：

使用所述第二掩模对所述目标晶圆的所有曝光场的套刻误差进行测量，得到套刻数据；

对所述套刻数据进行分类和分析，将所述套刻数据中的异常点排除，得到筛选数据；

基于所述筛选数据计算出所述目标晶圆每个所述曝光场的套刻偏差和套刻偏差分布。

6.如权利要求5所述的套刻误差补偿精度的测量方法，其特征在于，

所述基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式计算出对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围的具体方式为：

基于所述套刻偏差和所述套刻偏差分布并通过补偿公式对所述曝光场的偏差进行计算，得到误差平均值和偏差值；

基于所述误差平均值和所述偏差值计算水平和垂直方向的套刻偏移量；

基于所述套刻偏移量得到对应的水平和垂直方向补偿参数的补偿波动范围。

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