一种套刻精度测量方法与流程

本发明涉及半导体制造工艺与检测，特别涉及一种套刻精度测量方法。

背景技术：

1、在半导体制造领域，随着工艺节点的缩小，套刻精度已成为决定器件性能和良率的核心指标之一。尤其是使用三维结构和多重曝光技术，套刻精度需控制在数纳米以内，否则将导致晶体管漏电、互联短路等致命缺陷。然而，刻蚀工艺后残留的形貌变化、材料选择比差异以及工艺应力释放等因素使得套刻精度的实际表征面临严峻的挑战。

2、基于光学衍射（dbo）和图像原理（ibo）的套刻测量技术依赖于周期性光栅或特殊图形标识进行非破坏性测量。然而，在刻蚀之后，由于边缘粗糙和材料兼容性问题，光学衍射测量基本无法实现，图像原理测量误差较大，无法反应真实的套刻精度。

3、因此，为了得到真实的套刻精度结果，需要采用扫描电子显微镜测量专用的图形，某些层（layer）需要x和y方向分别对准不同的前层，导致x和y方向的标识层分开设置。x和y方向的标识层分开设置不仅会导致标识版（mark）面积的占用，而且还会导致测量时间成倍增加。所以如何同时测量x和y方向的套刻精度，是急需解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种套刻精度测量方法，以解决测量时间过长以及x和y方向上的测量值分开设置而导致地标识版的占用面积过大的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种套刻精度测量方法，包括以下步骤：

3、提供第一前层套刻标识图形、第二前层套刻标识图形以及当层套刻标识图形，并将所述第一前层套刻标识图形、所述第二前层套刻标识图形以及所述当层套刻标识图形集成在一张标识版上；

4、根据所述标识版上的第一前层套刻标识图形、第二前层套刻标识图形以及当层套刻标识图形获取所述当层套刻标识图形在x和y方向上的测量值，其中所述x方向与所述y方向垂直；

5、根据所述测量值计算所述当层套刻标识图形在x方向和y方向上的刻蚀后套刻精度。

6、可选地，所述第一前层套刻标识图形的数量大于或者等于7，且所有所述第一前层套刻标识图形沿所述x方向依次间隔排列。

7、可选地，所述第二前层套刻标识图形的数量大于或者等于7，且所有所述第二前层套刻标识图形沿所述y方向依次间隔排列。

8、可选地，所述当层套刻标识图形包括第一图形和第二图形，所述第一图形位于所述当层套刻标识图形的中心位置，所述第二图形围绕所述第一图形呈对称分布。

9、可选地，所述第二图形数量大于或者等于2且为偶数。

10、可选地，取所述第一图形的水平对称轴线为分界直线，依托该分界直线将整体的所述第二图形划分为上侧区域对应的第一子图形与下侧区域对应的第二子图形，所述第一子图形与所述第二子图形相对该水平对称轴线呈上下对称关系。

11、可选地，所述第二前层套刻标识图形的排列方向与所述第一前层套刻标识图形的排列方向垂直，且所述第二前层套刻标识图形将每个所述第一前层套刻标识图形划分为多个相同间距的图形单元，所述第一前层套刻标识图形与所述第二前层套刻标识图形形成网格状图形。

12、可选地，所述第二图形的上下边界分别和所述第二前层套刻标识图形的中心线相重合，且所述图形单元沿所述y方向间隔设置于所述第二图形内。

13、可选地，所述x方向上的测量值包括所述当层套刻标识图形中第一图形的左边界与所述第一图形左侧的任意一个所述第一前层套刻标识图形的右侧边界在x方向上的测量值x1和所述当层套刻标识图形中第一图形的右边界与所述第一图形右侧的任意一个所述第一前层套刻标识图形的左侧边界在x方向上的测量值x2。

14、可选地，所述y方向上的测量值包含测量值y1与测量值y2，具体采用下述两种方式中的任意一种：

15、第一种方式：所述y1为所述当层套刻标识图形中任意一个所述第一子图形的上边界与位于所述第一子图形内y方向顶端的图形单元的上侧边界在y方向上的测量值；所述y2为所述当层套刻标识图形中任意一个所述第二子图形的下边界与位于所述第二子图形内y方向底端的图形单元的下侧边界在y方向上的测量值；

16、第二种方式：所述y1为所述当层套刻标识图形中任意一个所述第二子图形的上边界与位于所述第二子图形内y方向顶端的图形单元的上侧边界在y方向上的测量值；所述y2为所述当层套刻标识图形中任意一个所述第一子图形的下边界与位于所述第一子图形内y方向底端的图形单元的下侧边界在y方向上的测量值。

17、可选地，所述套刻精度的计算公式包括ovl(x)=(x1-x2)/2和ovl(y)=(y1-y2)/2，其中ovl(x)为所述当层套刻标识图形在x方向上的套刻精度，ovl(y)为所述当层套刻标识图形在y方向上的套刻精度。

18、可选地，所述第一前层套刻标识图形和/或第二前层套刻标识图形采用虚拟图形包围处理。

19、可选地，在所述第一前层套刻标识图形、第二前层套刻标识图形以及当层套刻标识图形的标识层集成在一张标识版上的步骤之前，所述套刻精度测量方法还包括以下步骤：

20、对第一晶圆进行第一曝光显影处理和第一刻蚀处理，以在所述第一晶圆上形成所述第一前层套刻标识图形；

21、对所述第一晶圆进行第二曝光显影处理和第二刻蚀处理，以在所述第一晶圆上形成所述第二前层套刻标识图形；

22、对所述第一晶圆进行第三曝光显影处理和第三刻蚀处理，以在所述第一晶圆上形成所述当层套刻标识图形。

23、可选地，在对所述第一晶圆进行第三刻蚀处理的步骤之前，且在对所述第一晶圆进行第三曝光显影处理步骤之后，所述套刻精度测量方法还包括：采用激光干涉仪和光栅尺获得所述第一晶圆进行显影后套刻精度。

24、可选地，在对所述第一晶圆依次进行第三曝光显影处理和第三刻蚀处理的步骤之后，所述套刻精度测量方法还包括：

25、在对第二晶圆进行所述第三曝光显影处理。

26、可选地，在在对所述第二晶圆进行所述第三曝光显影处理的步骤之前，所述套刻精度测量方法还包括：计算所述第一晶圆的显影后套刻精度和刻蚀后套刻精度的差值并将其反馈到光刻机，所述光刻机根据所述差值对所述第三曝光显影的参数进行调整。

27、在本发明提供的套刻精度测量方法中，将第一前层套刻标识图形，第二前层套刻标识图形以及当层套刻标识图形集成在一张标识版上，同时获得当层套刻标识图形在x和y方向上的测量值，并根据测量值对当层套刻标识图形在x和y方向上的刻蚀后套刻精度进行计算，使得缩短测量时间的同时也缩小标识版的占用面积，提高了测量的效率。

28、此外，在对第二晶圆进行第三曝光显影处理的步骤之前，计算第一晶圆的显影后套刻精度和刻蚀后套刻精度的差值并将其反馈到光刻机，光刻机根据差值对第三曝光显影的参数进行调整以使得第二晶圆的套刻精度更加精准。

1.一种套刻精度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述第一前层套刻标识图形的数量大于或者等于7，且所有所述第一前层套刻标识图形沿所述x方向依次间隔排列。

3.如权利要求1所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述第二前层套刻标识图形的数量大于或者等于7，且所有所述第二前层套刻标识图形沿所述y方向依次间隔排列。

4.如权利要求1所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述当层套刻标识图形包括第一图形和第二图形，所述第一图形位于所述当层套刻标识图形的中心位置，所述第二图形围绕所述第一图形呈对称分布。

5.如权利要求4所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述第二图形数量大于或者等于2且为偶数。

6.如权利要求5所述的套刻精度测量方法，其特征在于，取所述第一图形的水平对称轴线为分界直线，依托该分界直线将整体的所述第二图形划分为上侧区域对应的第一子图形与下侧区域对应的第二子图形，所述第一子图形与所述第二子图形相对该水平对称轴线呈上下对称关系。

7.如权利要求6所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述第二前层套刻标识图形的排列方向与所述第一前层套刻标识图形的排列方向垂直，且所述第二前层套刻标识图形将每个所述第一前层套刻标识图形划分为多个相同间距的图形单元，所述第一前层套刻标识图形与所述第二前层套刻标识图形形成网格状图形。

8.如权利要求7所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述第二图形的上下边界分别和所述第二前层套刻标识图形的中心线相重合，且所述图形单元沿所述y方向间隔设置于所述第二图形内。

9.如权利要求8所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述x方向上的测量值包括所述当层套刻标识图形中第一图形的左边界与所述第一图形左侧的任意一个所述第一前层套刻标识图形的右侧边界在x方向上的测量值x1和所述当层套刻标识图形中第一图形的右边界与所述第一图形右侧的任意一个所述第一前层套刻标识图形的左侧边界在x方向上的测量值x2。

10.如权利要求9所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述y方向上的测量值包含测量值y1与测量值y2，具体采用下述两种方式中的任意一种：

11.如权利要求10所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述套刻精度的计算公式包括ovl(x)=(x1-x2)/2和ovl(y)=(y1-y2)/2，其中ovl(x)为所述当层套刻标识图形在x方向上的套刻精度，ovl(y)为所述当层套刻标识图形在y方向上的套刻精度。

12.如权利要求1所述的套刻精度测量方法，其特征在于，所述第一前层套刻标识图形和/或第二前层套刻标识图形采用虚拟图形包围处理。

13.如权利要求1所述的套刻精度测量方法，其特征在于，在所述第一前层套刻标识图形、第二前层套刻标识图形以及当层套刻标识图形的标识层集成在一张标识版上的步骤之前，所述套刻精度测量方法还包括以下步骤：

14.如权利要求13所述的套刻精度测量方法，其特征在于，在对所述第一晶圆进行第三刻蚀处理的步骤之前，且在对所述第一晶圆进行第三曝光显影处理步骤之后，所述套刻精度测量方法还包括：采用激光干涉仪和光栅尺获得所述第一晶圆进行显影后套刻精度。

15.如权利要求13所述的套刻精度测量方法，其特征在于，在对所述第一晶圆依次进行第三曝光显影处理和第三刻蚀处理的步骤之后，所述套刻精度测量方法还包括：

16.如权利要求15所述的套刻精度测量方法，其特征在于，在在对所述第二晶圆进行所述第三曝光显影处理的步骤之前，所述套刻精度测量方法还包括：计算所述第一晶圆的显影后套刻精度和刻蚀后套刻精度的差值并将其反馈到光刻机，所述光刻机根据所述差值对所述第三曝光显影的参数进行调整。