套刻精度補償方法及裝置與流程
本發明涉及半導體光刻工藝技術領域，具體而言涉及一種套刻精度(overlay,OVL)補償方法及裝置。
背景技術：
隨著集成電路制造業的迅速發展，光刻成像技術不斷提高，芯片的特征尺寸也不斷的縮小，對套刻精度有了更高的要求。套刻精度是現代高精度步進掃描投影光刻機的重要性能指標之一，也是新型光刻技術需要考慮的一個重要部分。套刻精度將會嚴重影響產品的良率和性能。提高光刻機的套刻精度，也是決定最小單元尺寸的關鍵。
具體來說，套刻精度是光刻制造工藝中當層圖形和前層圖形的疊對位置精度。集成電路芯片是由很多層電路層層疊加起來的，如果當層和前層沒有對準的話，芯片就不能正常的工作，因此保證當層和前層的套刻精度極為重要。目前，制造公司大多是使用先進工藝控制(Advanced Process Control，APC)系統進行光刻工藝，以滿足套刻精度的要求。然而，APC系統目前只針對一層OVL的結果進行反饋，會引起對更前層的OVL偏移更大。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，一方面，本發明提供一種套刻精度補償方法，所述套刻精度補償方法包括：測量當層光刻圖形與前層光刻圖形的第一套刻精度；測量所述前層光刻圖形與更前層光刻圖形的第二套刻精度；以及基于所述第一套刻精度和所述第二套刻精度計算工藝過程的誤差(Process Induce Error,PIE)，以用于反饋到曝光機系統中。
在本發明的一個實施例中，所述基于所述第一套刻精度和所述第二套刻精度計算工藝過程的誤差進一步包括：基于所述第一套刻精度和所述第二套刻精度的平均值計算工藝過程的誤差。
在本發明的一個實施例中，所述當層光刻圖形和所述更前層光刻圖形均為金屬層光刻圖形，所述前層光刻圖形為通孔(via)光刻圖形。
在本發明的一個實施例中，所述工藝過程的誤差包括以下參數：X、Y方向的位移、晶圓的放大或縮小、晶圓的旋轉、曝光場(shot)的放大或縮小以及曝光場的旋轉。
在本發明的一個實施例中，所述曝光機系統包括先進工藝控制系統。
在本發明的一個實施例中，所述套刻精度補償方法還包括：根據計算得到的所述工藝過程的誤差計算當層曝光機臺的工藝補償值，以用于控制所述當層曝光機臺進行光刻工藝。
在本發明的一個實施例中，所述當層曝光機臺的工藝補償值的計算還基于前層曝光機臺的光刻工藝條件。
在本發明的一個實施例中，所述前層曝光機臺的光刻工藝條件包括：前層曝光機臺的誤差值和前層曝光機臺的工藝補償值。
另一方面，本發明還提供一種套刻精度補償裝置，所述套刻精度補償裝置包括：測量單元，用于測量當層光刻圖形與前層光刻圖形的第一套刻精度、以及所述前層光刻圖形與更前層光刻圖形的第二套刻精度；以及計算單元，用于基于所述第一套刻精度和所述第二套刻精度計算工藝過程的誤差，以用于反饋到曝光機系統中。
在本發明的一個實施例中，所述計算單元進一步基于所述第一套刻精度和所述第二套刻精度的平均值計算工藝過程的誤差。
本發明所提供的套刻精度補償方法及裝置采用多層之間的套刻精度作為反饋，能夠改進雙鑲嵌工藝窗口，針對雙鑲嵌工藝獲得更高的套刻精度。
附圖說明
本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。
附圖中：
圖1A示出了基于現有的套刻精度補償方法的OVL配準 (registration)矢量圖；
圖1B示出了采用現有的套刻精度補償方法進行OVL補償前后的晶圓對比示意圖；
圖1C示出了基于現有的套刻精度補償方法的對準仿真圖；
圖2示出了根據本發明實施例的套刻精度補償方法的流程圖；
圖3A示出了基于根據本發明實施例的套刻精度補償方法的OVL配準矢量圖；
圖3B示出了采用根據本發明實施例的套刻精度補償方法進行OVL補償前后的晶圓對比示意圖；以及
圖3C示出了基于根據本發明實施例的套刻精度補償方法的對準仿真圖。
具體實施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
應當理解的是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發明的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。
在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發明的限制。在此使用時，單數形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和/或“包括”，當在該說明書中使用時，確定所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語“和/或”包括相關所列項目的任何及所有組合。
為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發明提出的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
光刻是通過對準、曝光等一系列步驟將掩膜圖形轉移到晶圓上的工藝過程。在半導體的制造過程中，通常要通過多層光刻工藝才能完成整個制造過程，而如何控制當層光刻圖形與前層光刻圖形(晶圓上的圖形)的位置對準，以滿足套刻精度的要求是多層光刻工藝中至關重要的步驟。套刻精度定義為在光刻制造工藝中，當層圖形和前層圖形的疊對位置精度。
目前，制造公司大多是使用APC系統進行光刻工藝，以滿足套刻精度的要求。APC系統是用于各個工藝過程的工藝機臺進行微調和控制的系統，它可以及時地調整機臺的工作參數，糾正機臺工作條件的漂移，使工藝結果更接近所需規格，得到更高的良率。在光刻工藝過程中，APC系統根據曝光機臺的誤差調整曝光機臺的工作參數，控制曝光機臺對晶圓進行光刻工藝，同時也可以根據光刻后測量得到的套刻精度的反饋，重新調整曝光機臺的工作參數。完整的套刻精度是量測整片晶圓上每一個曝光場的當層和前層的矢量位置變化，但是這樣的話會花費較長的時間，因此在實際生產中，通常在一片晶圓上測量5～10點來表征這片晶圓的套刻精度。
具體地，在現有的套刻精度補償方法中，通常測量當層光刻圖形與前層光刻圖形之間的套刻精度，然后基于套刻精度計算補償參數。例如，通常測量通孔VN到前層金屬層MN的套刻精度，或者測量通孔VN到當層金屬層MN+1的套刻精度，正如圖1A的配準矢量圖所示的。隨后獲得配準X和Y并計算套刻精度補償參數，以用于反饋到曝光機系統中進行OVL補償，正如圖1B所示的。然而，現有的套刻精度補償方法通常只測量一層OVL的結果(例如VN→MN或者VN→MN+1)進行反饋，這樣會引起對更前層的OVL偏移更大，甚至可能產生短路等錯誤，正如圖1C的仿真圖所示的。
本發明提供一種套刻精度補償方法。圖2示出了根據本發明實施例的套刻精度補償方法200的流程圖。如圖2所示，套刻精度補償方法200包括以下步驟：
步驟201：測量當層光刻圖形與前層光刻圖形的第一套刻精度；
步驟202：測量前層光刻圖形與更前層光刻圖形的第二套刻精度；
步驟203：基于第一套刻精度和第二套刻精度計算工藝過程的誤 差，以用于反饋到曝光機系統中。
其中，當層光刻圖形和更前層光刻圖形例如均為金屬層光刻圖形(分別為當層金屬層MN+1和前層金屬層MN)，前層光刻圖形例如為通孔光刻圖形(通孔VN)。所述曝光機系統例如可以包括APC系統。
在套刻精度補償方法200中，既測量當層光刻圖形MN+1與前層光刻圖形VN的套刻精度(如步驟201)，又測量前層光刻圖形VN與更前層光刻圖形MN的套刻精度(如步驟202)。隨后，例如針對通孔VN到前層金屬層MN的套刻精度獲得相對應的配準XN和YN，針對通孔VN到當層金屬層MN+1的套刻精度獲得相對應的配準XN+1和YN+1，并基于所獲得的XN、YN、XN+1以及YN+1計算新的配準X和Y，正如圖3A的配準矢量圖所示的。
在一個實施例中，基于當層光刻圖形與前層光刻圖形的第一套刻精度和前層光刻圖形與更前層光刻圖形的第二套刻精度計算工藝過程的誤差可以進一步包括：基于當層光刻圖形與前層光刻圖形的第一套刻精度(例如通孔VN到當層金屬層MN+1的套刻精度)和前層光刻圖形與更前層光刻圖形的第二套刻精度(例如通孔VN到前層金屬層MN的套刻精度)的平均值計算工藝過程的誤差，例如新的配準X和Y可以為X＝(XN+XN+1)/2，Y＝(YN+YN+1)/2，正如圖3B所示的。
最后，可以基于新的配準X和Y計算工藝過程的誤差，以用于反饋到曝光機系統中(如步驟203)。其中，所述工藝過程的誤差例如可以包括以下參數：X、Y方向的位移(Trans_X，Trans_Y)、晶圓的放大或縮小(Exp_X，Exp_Y)、晶圓的旋轉(Wfr_RotX，Wfr_RotY)、曝光場的放大或縮小(Sht_MagX，Sht_MagY)以及曝光場的旋轉(Sht_RotX，Sht_Rot Y)。
如圖1A-1C所示的現有的套刻精度補償方法僅能確保通孔到一個金屬層的OVL性能，通孔到另一個金屬層的OVL性能不優且可能變得更差。相比之下，上述套刻精度補償方法200采用多層之間的套刻精度作為反饋，雖然針對單層不能獲得最佳OVL性能，然而針對通孔VN到兩個金屬層MN和MN+1能夠獲得最佳OVL性能，正如圖3C所示的。OVL配準針對兩個金屬層到通孔是一樣的，因此可以改進工藝窗口，尤其能夠改進雙鑲嵌工藝窗口，針對雙鑲嵌工藝獲得更 高的套刻精度。
根據本發明的實施例，套刻精度補償方法200還可以包括：根據計算得到的工藝過程的誤差計算當層曝光機臺的工藝補償值，以用于控制當層曝光機臺進行光刻工藝，例如用于對下一批次(lot)的晶圓進行更為精確的光刻。進一步地，當層曝光機臺的工藝補償值的計算還可以基于前層曝光機臺的光刻工藝條件。其中，前層曝光機臺的光刻工藝條件可以包括：前層曝光機臺的誤差值和前層曝光機臺的工藝補償值。
例如，當層曝光機臺的工藝補償值可以根據下述公式計算：
PC(M0,l0)＝PC(m0,l-1)+[MS(m0,l-1)-MS(m0,l0)]+PIE(m0,M0)
其中，PC(M0,l0)表示當層曝光機臺的工藝補償值，PC(m0,l-1)表示前層曝光機臺的工藝補償值，MS(m0,l-1)表示前層曝光機臺的誤差值，MS(m0,l0)表示當層曝光機臺的誤差值，PIE(m0,M0)表示工藝過程引入的誤差。PIE(m0,M0)可以基于步驟203的計算而被更新。
在計算當層曝光機臺的工藝補償值時考慮前層的光刻工藝條件意味著當層曝光機臺的工藝補償值的計算結合了前層曝光機臺的誤差和當前曝光機臺的誤差。因此，利用該計算得到的當層曝光機臺的工藝補償值調整和控制當層曝光機臺對晶圓進行光刻工藝，可以減小晶圓的當層光刻圖形與前層光刻圖形的位置對準誤差，進而精確控制套刻精度。此外，不論前后曾使用的曝光機臺是否是同一類型，只需通過這一種計算方式就能得到對當層曝光機臺的補償方式，實現簡單方便。
根據本發明的另一方面，還提供了一種套刻精度補償裝置，該套刻精度補償裝置包括測量單元和計算單元。其中，測量單元用于測量當層光刻圖形與前層光刻圖形的第一套刻精度、以及前層光刻圖形與更前層光刻圖形的第二套刻精度；計算單元用于基于第一套刻精度和第二套刻精度計算工藝過程的誤差，以用于反饋到曝光機系統中。
其中，當層光刻圖形和更前層光刻圖形例如均為金屬層光刻圖形(分別為當層金屬層MN+1和前層金屬層MN)，前層光刻圖形例如為通孔光刻圖形(通孔VN)。進一步地，計算單元可以基于當層光刻圖形與前層光刻圖形的第一套刻精度和前層光刻圖形與更前層光刻圖 形的第二套刻精度的平均值計算工藝過程的誤差。
上述套刻精度補償裝置采用多層之間的套刻精度作為反饋，雖然針對單層不能獲得最佳OVL性能，然而針對通孔VN到兩個金屬層MN和MN+1能夠獲得最佳OVL性能。
本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
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