一種套刻測(cè)量的標(biāo)記和方法【專利摘要】一種套刻測(cè)量標(biāo)記，所述標(biāo)記在x-y面分為第一至第四區(qū)域，在z方向上具有多層介質(zhì)層，其中，第一和第二區(qū)域具有第一光柵結(jié)構(gòu)，第二和第三區(qū)域具有第二光柵結(jié)構(gòu)，第四區(qū)域不具有光柵結(jié)構(gòu)，第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)分別處于不同的介質(zhì)層上，第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)具有相同的周期，兩者之間的套刻誤差為d。利用該標(biāo)記可較容易地同時(shí)測(cè)量CD形貌和套刻誤差?！緦＠f(shuō)明】一種套刻測(cè)量的標(biāo)記和方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及套刻測(cè)量的標(biāo)記及方法。【
背景技術(shù)：
】[0002]隨著半導(dǎo)體器件關(guān)鍵尺寸的不斷縮小,尤其是Doublepatterning技術(shù)的引入,使得對(duì)套刻精度的要求更加嚴(yán)格。以32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)為例，套刻精度為5.7nm，而其測(cè)量精度一般為套刻精度的1/10，即0.57nm。傳統(tǒng)的基于成像的套刻測(cè)量技術(shù)在測(cè)量準(zhǔn)確性方面越來(lái)越不能滿足要求，特別是由于測(cè)量工具引起的偏移(tool-1nducedshift,TIS)問(wèn)題,使得測(cè)量不確定性達(dá)到幾個(gè)納米的量級(jí)，所以必須尋找一個(gè)新的套刻尺寸的測(cè)量手段。[0003]一種基于散射測(cè)量技術(shù)的套刻測(cè)量方法正逐步發(fā)展起來(lái)，而且被證明能夠滿足新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)下套刻測(cè)量的精度要求。該方法起源于利用散射和衍射進(jìn)行光學(xué)CriticalDimension測(cè)量的方法，通過(guò)直接測(cè)量套刻標(biāo)記的衍射光來(lái)確定套刻誤差，測(cè)量速度快，采樣面積小，同時(shí)基本消除了傳統(tǒng)測(cè)量方法的許多誤差項(xiàng)，如定位誤差、焦面誤差、像差因素和機(jī)械振動(dòng)等，使其具有極小的TIS。中國(guó)專利申請(qǐng)CN200510091733，美國(guó)專利申請(qǐng)US2006/0285111A1、US7173699B2、US2008/0018897AUUS7477405B2.W02007/133755A2、US7428060B2和US6985232B2中均公開(kāi)了這樣的方法。[0004]該方法在測(cè)量過(guò)程中使用了嚴(yán)格的物理建模方法,見(jiàn)Formulationforstableandefficientimplementationoftherigorouscoupled-waveanalysisofbinarygratings,J.0pt.Soc.Am.A12，1068-1076,通過(guò)逆向求解的方法從衍射光的特征求得套刻參數(shù)，以及其他一系列相關(guān)的工藝參數(shù)，如膜厚、n、k值，CD、側(cè)壁陡度等。由于模型中包含了一些與套刻不相干的參量，因此對(duì)套刻誤差的測(cè)量會(huì)受到其他參量的影響，這些參量一般由工藝因素決定，可能是一些系統(tǒng)偏差或者隨機(jī)誤差。為了提高模型精度，減少這些誤差因素對(duì)測(cè)量精度的影響，需要找到一種優(yōu)化的測(cè)試方法和測(cè)量標(biāo)記?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0005]為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種套刻測(cè)量標(biāo)記，所述標(biāo)記在x-y面分為第一至第四區(qū)域，在z方向上具有多層介質(zhì)層，其中，第一和第二區(qū)域具有第一光柵結(jié)構(gòu)，第二和第三區(qū)域具有第二光柵結(jié)構(gòu)，第四區(qū)域不具有光柵結(jié)構(gòu)，第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)分別處于不同的介質(zhì)層上，第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)具有相同的周期，兩者之間的套刻誤差為d。[0006]其中，所述標(biāo)記具有四層介質(zhì)層，所述第一光柵結(jié)構(gòu)位于第一介質(zhì)層上，第二光柵結(jié)構(gòu)位于第三介質(zhì)層上。[0007]其中，所述第一至第四區(qū)域沿X方向分布。[0008]其中，所述第一至第四區(qū)域沿y方向分布。[0009]本發(fā)明還提出了利用上述套刻標(biāo)記測(cè)量工藝參數(shù)的方法，包括:對(duì)第四區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果獲得各介質(zhì)層的厚度和折射率n、k;分別對(duì)第一和第三區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果以及各介質(zhì)層的厚度和折射率分別計(jì)算第一區(qū)域的第一光柵形貌參數(shù)和第三區(qū)域的第二光柵形貌參數(shù)；以及對(duì)第二區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和各介質(zhì)層的厚度和折射率以及第一光柵和第二光柵的形貌參數(shù)計(jì)算套刻誤差d。[0010]其中，利用散射儀對(duì)各區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。[0011]其中，所述散射儀為光譜型散射儀或角分辨型散射儀。[0012]其中，利用逆向求解方法計(jì)算各參數(shù)。[0013]其中，所述逆向求解方法為非線性回歸法或庫(kù)查詢法。[0014]使用本發(fā)明的標(biāo)記可以通過(guò)散射測(cè)量技術(shù)同時(shí)測(cè)量CD形貌和套刻誤差。CD形貌包括了上一工藝層的刻蝕后圖案和本工藝層的光刻膠圖案。本發(fā)明的方法通過(guò)校準(zhǔn)每一個(gè)工藝層的工藝參數(shù)，使基于散射測(cè)量的套刻測(cè)量更少的受工藝因素的影響，測(cè)量模型更加準(zhǔn)確，從而提高這類套刻測(cè)量手段的精度和魯棒性。根據(jù)散射測(cè)量算法的特點(diǎn)，由于套刻誤差的測(cè)量可以利用CD形貌測(cè)量的結(jié)果，使得這種測(cè)量方案在計(jì)算上更加經(jīng)濟(jì)?！緦＠綀D】【附圖說(shuō)明】[0015]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述及所附圖示得到進(jìn)一步的了解。[0016]圖1所示為散射測(cè)量的原理圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的掩模標(biāo)記和測(cè)量標(biāo)記的示意圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的測(cè)量方法的流程示意圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的掩模標(biāo)記和測(cè)量標(biāo)記的示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0017]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。[0018]第一實(shí)施方式圖1所示為散射測(cè)量的原理圖。光源11發(fā)出探測(cè)光，在光譜型散射儀中，光源一般為白光光源；在角分辨型散射儀中，光源一般為單色光源，或由一些分立譜線組成的復(fù)合光源。探測(cè)光經(jīng)探測(cè)光路12投射到被測(cè)樣品13上。樣品一般為周期性的半導(dǎo)體圖形，如硅片上的光刻膠光柵，或刻蝕后的溝槽，孔陣列等。這些圖形包括了一定的形貌結(jié)構(gòu)18，可以通過(guò)周期(Pitch)、參數(shù)HT(高度)、SWA(側(cè)壁陡度)和Mid-⑶(中間線寬)等表征，散射測(cè)量的目的是測(cè)定這些參量。探測(cè)光經(jīng)樣品反射/散射后，被測(cè)量光路14收集，收集到的反射/散射光最終被投射到探測(cè)器15測(cè)量。在光譜型散射儀中，探測(cè)器一般為光譜儀，測(cè)得反射光的譜線結(jié)果17，探測(cè)器面位于測(cè)量光路的像面；在角分辨型散射儀中，探測(cè)器一般為二維陣列傳感器，如CCD、CMOS等，測(cè)得反射光在入射角5和方位角爐上的分布情況16，探測(cè)器位于測(cè)量光路的瞳面。通過(guò)測(cè)得的散射光信息，可以通過(guò)逆向求解的方法得到被測(cè)樣品的形貌參數(shù)，逆向求解的方法可以是非線性回歸法，或者庫(kù)查詢法。[0019]在傳統(tǒng)的基于模型的套刻誤差測(cè)量方法中，套刻誤差作為一個(gè)形貌參數(shù)被納入到描述整個(gè)膜系的模型中，然后通過(guò)逆求的方法來(lái)得到這個(gè)參數(shù)。由于該方法的模型參數(shù)中包含其他的待定參數(shù)，比如⑶(線寬)、SWA(側(cè)壁陡度)等，這種情況下測(cè)量信號(hào)可能對(duì)套刻誤差不敏感，或者套刻誤差和其他模型參數(shù)之間會(huì)形成串?dāng)_等等，影響了套刻誤差的測(cè)量精度。而且由于整個(gè)膜系的待定參數(shù)較多，計(jì)算過(guò)程會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。在基于經(jīng)驗(yàn)的套刻測(cè)量方案中，需要用到多個(gè)測(cè)量標(biāo)記，標(biāo)記在整個(gè)硅片上占據(jù)的空間較大；而且光柵標(biāo)記本身的形貌不對(duì)稱性會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。[0020]針對(duì)這些問(wèn)題本發(fā)明提出了一種套刻測(cè)量的標(biāo)記和方法，使得通過(guò)散射測(cè)量技術(shù)可以同時(shí)測(cè)量CD形貌和套刻誤差，而且能提高套刻誤差的測(cè)量精度和速度。[0021]圖2所示是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的掩模標(biāo)記和測(cè)量標(biāo)記的示意圖。第一個(gè)掩模標(biāo)記21的光柵結(jié)構(gòu)處于該標(biāo)記的A、B區(qū)域；第二個(gè)掩模標(biāo)記22的光柵結(jié)構(gòu)處于該標(biāo)記的B、C區(qū)域。[0022]下面舉例說(shuō)明硅片上測(cè)量標(biāo)記的制作過(guò)程:首先在硅基底上沉積(在本實(shí)施例中，所有的沉積工序均可采用電鍍等工藝實(shí)現(xiàn))一層均勻介質(zhì)(SiN、Si02等)；在此層介質(zhì)之上沉積一層新的介質(zhì)(氟硅玻璃等)，然后涂一層光刻膠，用掩模標(biāo)記22進(jìn)行曝光、刻蝕，則此工藝層的中間部分為光柵結(jié)構(gòu)，兩邊為均勻介質(zhì)；繼續(xù)在此工藝層之上沉積一層均勻介質(zhì)(底部抗反射層等);最后在此介質(zhì)之上涂一層光刻膠，用掩模標(biāo)記21進(jìn)行曝光，則該工藝層一半?yún)^(qū)域?yàn)楣饪棠z光柵結(jié)構(gòu)，另一半為均勻光刻膠介質(zhì)，其中光刻膠光柵區(qū)域和膜系第三層的刻蝕光柵區(qū)域在X方向有重疊的部分。這四層膜系構(gòu)成了本實(shí)施例的測(cè)量標(biāo)記。[0023]圖中23、24、25、26分別是A、B、C、D區(qū)域膜系在y方向的截面圖，膜系23第一層是光刻膠光柵結(jié)構(gòu)，其它層為均勻介質(zhì)；膜系24第一層和第三層是光柵結(jié)構(gòu),其它層為均勻介質(zhì)，且上下兩層光柵的位置有一偏移量d，反映了套刻誤差；膜系25第三層是刻蝕光柵結(jié)構(gòu)，其它層為均勻介質(zhì)；膜系26各層都為均勻介質(zhì)。[0024]為了提高測(cè)量的靈敏度，可設(shè)置第一層光柵和第三層光柵的初始偏移量為1/4周期；測(cè)量過(guò)程如圖3所示。首先，通過(guò)散射儀或其他測(cè)量設(shè)備對(duì)D區(qū)域進(jìn)行測(cè)量(如圖3中標(biāo)記41所示)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果獲得各層膜系的厚度，n、k值，其中η表示折射率，k表示消光系數(shù)(如圖3中42所示)。[0025]利用散射儀對(duì)C區(qū)域進(jìn)行測(cè)量(如圖3中43所示)。假設(shè)用三個(gè)參數(shù):線寬(CD_3)、高度(Height_3)和側(cè)壁角(SWA_3)來(lái)描述第三層光柵的形貌特征，將41、42中得到的各層膜系的厚度和折射率用于模型計(jì)算，并將散射儀的測(cè)量信號(hào)代入逆向求解程序進(jìn)行求解，獲得第三層光柵線的形貌參數(shù)CD_3、Height_3、SWA_3(如圖3中44所示)。測(cè)量裝置可以是光譜型散射儀，或者角分辨型散射儀；逆向求解的方法可以是非線性回歸法，或者庫(kù)查詢法。[0026]利用散射儀對(duì)A區(qū)域進(jìn)行測(cè)量(如圖3中45所示)。同樣用三個(gè)參數(shù):線寬(CD_1)、高度(Height_l)和側(cè)壁角(SWA_1)來(lái)描述第一層光柵的形貌特征，將41、42中得到的各層膜系的厚度和折射率用于模型計(jì)算，并將測(cè)量信號(hào)代入逆向求解程序進(jìn)行求解，獲得第一層光柵線的形貌參數(shù)CD_l、Height_l、SWA_l(如圖3中46所示)。測(cè)量裝置、方法和43、44相同。[0027]利用散射儀對(duì)B區(qū)域進(jìn)行測(cè)量(如圖3中47所示)。用參數(shù)d代表上下兩層光柵的偏移量，即套刻誤差，將步驟41-46得到的各層膜系的厚度和折射率、光柵線的形貌參數(shù)(CD_1、Height_l、SWA_1和CD_3、Height_3、SffA_3)用于模型計(jì)算，并將測(cè)量信號(hào)代入逆向求解程序進(jìn)行求解，獲得套刻誤差d(如圖3中48所示)。[0028]由于測(cè)量過(guò)程41-46中已經(jīng)對(duì)各工藝層的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，套刻誤差成為唯一待定的參數(shù)，所以對(duì)它的測(cè)量精度將會(huì)提高；而且由于模型待定參數(shù)的減少，計(jì)算時(shí)間顯著減少。假設(shè)用7個(gè)參數(shù)(CD_1、Height_l、SWA_1、CD_3、Height_3、SWA_3和d)來(lái)描述該套刻測(cè)量的模型，每個(gè)參數(shù)在其變化范圍內(nèi)取值數(shù)為N，則傳統(tǒng)的基于模型的套刻測(cè)量方法計(jì)算時(shí)間正比于N的7次方；如果采用改進(jìn)的測(cè)量方法，計(jì)算時(shí)間正比于N的3次方，所以計(jì)算時(shí)間僅為原來(lái)的I/N4。[0029]其中測(cè)量過(guò)程43、44和45、46可變換次序。[0030]第二實(shí)施方式本實(shí)施方式在第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上改變測(cè)量標(biāo)記的設(shè)計(jì)，如圖4所示。測(cè)量標(biāo)記在X方向有不同的膜系，圖中A、B、C、D分別對(duì)應(yīng)了四種不同膜系的區(qū)域。第一個(gè)掩模標(biāo)記51，用于在第一工藝層曝光形成光柵結(jié)構(gòu)，第二個(gè)掩模標(biāo)記52,用于在第三工藝層曝光形成光柵結(jié)構(gòu)，該層光柵區(qū)域和第一層光刻膠光柵區(qū)域在X方向有重疊的部分。53是整個(gè)測(cè)量標(biāo)記在y方向的截面圖。該測(cè)量標(biāo)記和第一實(shí)施方式中的標(biāo)記可置于硅片上不同的劃線槽內(nèi)。[0031]對(duì)⑶形貌和套刻誤差的測(cè)量過(guò)程和第一實(shí)施方式中相同，首先對(duì)D區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，獲得各層膜系的厚度，n、k值(折射率);其次對(duì)A和C區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，獲得第一層光刻膠光柵和第三層刻蝕光柵線的形貌特征；最后對(duì)B區(qū)域側(cè)量，獲得套刻誤差d，測(cè)量過(guò)程中利用已測(cè)得的膜系參數(shù)和光柵形貌特征。[0032]本說(shuō)明書(shū)中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。【權(quán)利要求】1.一種套刻測(cè)量標(biāo)記，所述標(biāo)記在x-y面分為第一至第四區(qū)域，在Z方向上具有多層介質(zhì)層，其中，第一和第二區(qū)域具有第一光柵結(jié)構(gòu)，第二和第三區(qū)域具有第二光柵結(jié)構(gòu)，第四區(qū)域不具有光柵結(jié)構(gòu)，第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)分別處于不同的介質(zhì)層上，第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)具有相同的周期，兩者之間的套刻誤差為d。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)記，其中，所述標(biāo)記具有四層介質(zhì)層，所述第一光柵結(jié)構(gòu)位于第一介質(zhì)層上，第二光柵結(jié)構(gòu)位于第三介質(zhì)層上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)記，其中，所述第一至第四區(qū)域沿X方向分布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)記，其中，所述第一至第四區(qū)域沿I方向分布。5.利用權(quán)利要求1-4中任意一個(gè)所述的套刻標(biāo)記測(cè)量工藝參數(shù)的方法，包括:對(duì)第四區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果獲得各介質(zhì)層的厚度和折射率n、k;分別對(duì)第一和第三區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果以及各介質(zhì)層的厚度和折射率分別計(jì)算第一區(qū)域的第一光柵形貌參數(shù)和第三區(qū)域的第二光柵形貌參數(shù)；以及對(duì)第二區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和各介質(zhì)層的厚度和折射率以及第一光柵和第二光柵的形貌參數(shù)計(jì)算套刻誤差d。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，利用散射儀對(duì)各區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述散射儀為光譜型散射儀或角分辨型散射儀。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，利用逆向求解方法計(jì)算各參數(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述逆向求解方法為非線性回歸法或庫(kù)查詢法。【文檔編號(hào)】G03F7/20GK103454861SQ201210181486【公開(kāi)日】2013年12月18日申請(qǐng)日期:2012年6月5日優(yōu)先權(quán)日:2012年6月5日【發(fā)明者】張青云申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司