本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種套刻精度補(bǔ)正的優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常采用先進(jìn)制程控制(advancedprocesscontrol，apc)來避免套刻誤差(overlayerror)。套刻誤差是通過顯影后光學(xué)檢測來進(jìn)行采集，并輸入值apc系統(tǒng)，再由apc系統(tǒng)反饋該批次產(chǎn)品工藝控制的優(yōu)化設(shè)置。

然而，現(xiàn)有的apc系統(tǒng)中，只是針對當(dāng)層的量測值進(jìn)行補(bǔ)正，而忽略了第一層的實(shí)際曝光圖案與理論曝光圖案差異形成的套刻精度的影響，如圖1所示，第一層中，實(shí)際的曝光機(jī)臺(tool)之間的曝光圖案t1、t2與第一層理想的曝光圖案(粗實(shí)線)存在差異，再如圖2所示，實(shí)際的批次之間的曝光圖案l1、l2與第一層理想的曝光圖案(粗實(shí)線)存在差值。并且，傳統(tǒng)的套刻精度的補(bǔ)正模型通常是十項(xiàng)線性補(bǔ)值模型，而沒有展開到高階非線性模型；再者，現(xiàn)有apc系統(tǒng)中，對關(guān)鍵層的套刻精度的補(bǔ)正只具有當(dāng)前層所對準(zhǔn)的前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具(pre-tool)功能，而不具有前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具(pre-pre-tool)，以上原因都會(huì)導(dǎo)致后續(xù)層的套刻精度出現(xiàn)超出規(guī)范(outofspec)的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種套刻精度補(bǔ)正的優(yōu)化方法及系統(tǒng)，從而避免套刻精度超出規(guī)范和返工，以及降低套刻殘留。

為了達(dá)到上述問題，本發(fā)明提供一種套刻精度補(bǔ)正的優(yōu)化方法，包括：

步驟01：對一曝光結(jié)構(gòu)進(jìn)行套刻測量得到曝光結(jié)構(gòu)中各層之間的套刻精度，并將套刻測量得到的套刻精度收集起來；其中，包括測量第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度；

步驟02：根據(jù)當(dāng)前層所對準(zhǔn)的前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具和前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，來優(yōu)化設(shè)計(jì)針對不同工藝的跑貨路徑，并根據(jù)套刻偏差和跑貨路徑計(jì)算生成與跑貨路徑數(shù)量相匹配的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)；其中，每套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)與相應(yīng)的跑貨路徑相匹配；

步驟03：將第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度分配到每套的十項(xiàng)補(bǔ)值中，再將每套的十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開得到高階非線性模型；

步驟04：利用高階非線性模型作為套刻精度補(bǔ)值來修正套刻精度，得到修正后的套刻精度。

優(yōu)選地，所述步驟03中，將第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度分配到每套的十項(xiàng)補(bǔ)值中，再使用泰勒級數(shù)對十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開得到高階非線性模型。

優(yōu)選地，所述十項(xiàng)補(bǔ)值包括晶圓修正參數(shù)和曝光圖案修正參數(shù)；所述步驟03中，進(jìn)行高階非線性展開的方式包括：

針對晶圓修正參數(shù)的高階非線性展開為：

其中，tx、ty分別為晶圓在平面坐標(biāo)x和y方向套刻偏差位移量；sx、sy分別為晶圓在x和y方向套刻偏差膨脹量；rot為套刻偏差反映在晶圓層面的旋轉(zhuǎn)量；orth為套刻偏差反映在晶圓層面的直交度；

針對曝光圖案修正參數(shù)的高階非線性展開為：

其中，rmag為曝光圖案在x和y方向?qū)ΨQ性膨脹或縮小值；

armag為曝光圖案在x和y方向非對稱性膨脹量或縮小值；

rrot為曝光圖案四個(gè)邊角均勻性旋轉(zhuǎn)值；

arrot為曝光圖案四個(gè)邊角非均勻性旋轉(zhuǎn)值。

優(yōu)選地，所述十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)包括用于修正晶圓與曝光機(jī)臺的補(bǔ)值數(shù)據(jù)和用于修正當(dāng)層曝光圖案與前層曝光圖案之間的補(bǔ)值數(shù)據(jù)；所述步驟02中，用于修正晶圓與曝光機(jī)臺的補(bǔ)值數(shù)據(jù)是基于所述步驟01對曝光結(jié)構(gòu)進(jìn)行套刻測量得到曝光結(jié)構(gòu)中各層之間的套刻精度得到。

優(yōu)選地，所述步驟02中，根據(jù)前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，獲得針對再前層曝光機(jī)臺的單獨(dú)的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種套刻精度補(bǔ)正的優(yōu)化系統(tǒng)，具有曝光機(jī)臺、套刻量測機(jī)臺、量測數(shù)據(jù)收集機(jī)臺、先進(jìn)制程控制單元和生產(chǎn)制造控制單元；先進(jìn)制程控制單元具有當(dāng)前層所對準(zhǔn)的前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具、前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具和計(jì)算工具；

套刻量測機(jī)臺對一曝光結(jié)構(gòu)進(jìn)行套刻測量得到曝光結(jié)構(gòu)中各層之間的套刻精度；其中，包括測量第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻偏差；

量測數(shù)據(jù)收集機(jī)臺將套刻測量得到的套刻精度收集起來，并發(fā)送給先進(jìn)制程控制單元；

先進(jìn)制程控制單元根據(jù)當(dāng)前層所對準(zhǔn)的前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具和前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，來優(yōu)化設(shè)計(jì)針對不同工藝的跑貨路徑；

先進(jìn)制程控制單元控制計(jì)算工具根據(jù)套刻偏差和跑貨路徑計(jì)算生成與跑貨路徑數(shù)量相匹配的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)；其中，每套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)與相應(yīng)的跑貨路徑相匹配；還控制計(jì)算工具將第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度分配到每套的十項(xiàng)補(bǔ)值中，再將每套的十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開得到高階非線性模型；經(jīng)將高階非線性模型發(fā)送給生產(chǎn)制造控制系統(tǒng)；

生產(chǎn)制造控制系統(tǒng)將高階非線性模型發(fā)送給曝光機(jī)臺，曝光機(jī)臺利用高階非線性模型作為套刻精度補(bǔ)值來修正套刻精度，得到修正后的套刻精度。

優(yōu)選地，所述計(jì)算工具將第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度分配到每套的十項(xiàng)補(bǔ)值中，再使用泰勒級數(shù)對十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開得到高階非線性模型。

優(yōu)選地，十項(xiàng)補(bǔ)值包括晶圓修正參數(shù)和曝光圖案修正參數(shù)；所述計(jì)算工具進(jìn)行高階非線性展開的方式包括：

針對晶圓修正參數(shù)的高階非線性展開為：

其中，tx、ty分別為晶圓在平面坐標(biāo)x和y方向套刻偏差位移量；sx、sy分別為晶圓在x和y方向套刻偏差膨脹量；rot為套刻偏差反映在晶圓層面的旋轉(zhuǎn)量；orth為套刻偏差反映在晶圓層面的直交度；

針對曝光圖案修正參數(shù)的高階非線性展開為：

其中，rmag為曝光圖案在x和y方向?qū)ΨQ性膨脹或縮小值；

armag為曝光圖案在x和y方向非對稱性膨脹量或縮小值；

rrot為曝光圖案四個(gè)邊角均勻性旋轉(zhuǎn)值；

arrot為曝光圖案四個(gè)邊角非均勻性旋轉(zhuǎn)值。

優(yōu)選地，所述十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)包括用于修正晶圓與曝光機(jī)臺的補(bǔ)值數(shù)據(jù)和用于修正當(dāng)層曝光圖案與前層曝光圖案之間的補(bǔ)值數(shù)據(jù)；所述計(jì)算工具根據(jù)對曝光結(jié)構(gòu)進(jìn)行套刻測量得到曝光結(jié)構(gòu)中各層之間的套刻精度計(jì)算得到用于修正晶圓與曝光機(jī)臺的補(bǔ)值數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述計(jì)算模塊根據(jù)前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，獲得針對再前層曝光機(jī)臺的單獨(dú)的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)。

本發(fā)明在對套刻精度補(bǔ)值生成時(shí)，引入第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度(1stlayerwisoverlay)可以將曝光機(jī)臺之間以及批次與批次之間(lot與lot)的差異反饋到后續(xù)層的曝光中來減少后續(xù)層曝光時(shí)的套刻精度超出規(guī)范的概率(oosrate)和重新返工的概率(reworkrate)。并且，在優(yōu)化設(shè)計(jì)跑貨路經(jīng)時(shí)，引入前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，也即是實(shí)現(xiàn)了前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺的區(qū)分，可以獲得針對再前層曝光機(jī)臺的單獨(dú)的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)一步減少后續(xù)層曝光時(shí)的套刻精度超出規(guī)范的概率(oosrate)和重新返工的概率(reworkrate)；將十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開，來修正套刻精度，可以使套刻殘留(overlayresidue，套刻精度無法補(bǔ)償?shù)牟糠?降到更小。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的曝光機(jī)臺之間的曝光圖案的差異示意圖

圖2為現(xiàn)有的批次與批次之間的曝光圖案的差異示意圖

圖3為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的套刻精度補(bǔ)正的優(yōu)化系統(tǒng)示意圖

圖4為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的套刻精度補(bǔ)正的優(yōu)化方法的流程示意圖

圖5為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的跑貨路徑示意圖

圖6為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的十項(xiàng)補(bǔ)值的晶圓在平面坐標(biāo)x和y方向tx、ty套刻偏差位移量的示意圖

圖7為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的十項(xiàng)補(bǔ)值的晶圓在x和y方向套刻偏差膨脹量sx、sy的示意圖

圖8為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的十項(xiàng)補(bǔ)值的套刻偏差反映在晶圓層面的旋轉(zhuǎn)量rot的示意圖

圖9為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的十項(xiàng)補(bǔ)值的套刻偏差反映在晶圓層面的直交度orth的示意圖

圖10為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的十項(xiàng)補(bǔ)值的曝光圖案在x和y方向?qū)ΨQ性膨脹量或縮小量rmag的示意圖

圖11為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的十項(xiàng)補(bǔ)值的曝光圖案在x和y方向非對稱性膨脹量或縮小量armag的示意圖

圖12為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的十項(xiàng)補(bǔ)值的曝光圖案四個(gè)邊角均勻性旋轉(zhuǎn)量rrot的示意圖

圖13為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的十項(xiàng)補(bǔ)值的曝光圖案四個(gè)邊角非均勻性旋轉(zhuǎn)量arrot的示意圖

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

以下結(jié)合附圖3～13和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實(shí)施例的目的。

請參閱圖3，本實(shí)施例的一種套刻精度補(bǔ)正的優(yōu)化系統(tǒng)，具有曝光機(jī)臺、套刻量測機(jī)臺、量測數(shù)據(jù)收集機(jī)臺、先進(jìn)制程控制單元和生產(chǎn)制造控制單元；本實(shí)施例中，先進(jìn)制程控制單元還具有當(dāng)前層所對準(zhǔn)的前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具、前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具和計(jì)算工具。

請參閱圖4，該系統(tǒng)進(jìn)行套刻精度補(bǔ)正的優(yōu)化方法包括以下過程：

首先，對一襯底進(jìn)行曝光工藝，在襯底上形成曝光結(jié)構(gòu)；具體的，曝光機(jī)臺對一襯底進(jìn)行曝光工藝，在襯底上形成曝光結(jié)構(gòu)。然后，執(zhí)行后續(xù)的步驟01：

步驟01：對曝光結(jié)構(gòu)進(jìn)行套刻測量得到曝光結(jié)構(gòu)中各層之間的套刻精度，并將套刻測量得到的套刻精度收集起來；

具體的，套刻量測機(jī)臺對曝光結(jié)構(gòu)進(jìn)行套刻測量得到曝光結(jié)構(gòu)中各層之間的套刻精度；其中，包括測量第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻偏差。量測數(shù)據(jù)收集機(jī)臺將套刻測量得到的套刻精度收集起來，并發(fā)送給先進(jìn)制程控制單元。

步驟02：根據(jù)當(dāng)前層所對準(zhǔn)的前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具和前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，來優(yōu)化設(shè)計(jì)針對不同工藝的跑貨路徑，并根據(jù)套刻偏差和跑貨路徑計(jì)算生成與跑貨路徑數(shù)量相匹配的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)；

具體的，先進(jìn)制程控制單元根據(jù)當(dāng)前層所對準(zhǔn)的前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具和前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，來優(yōu)化設(shè)計(jì)針對不同工藝的跑貨路徑，請參閱圖5，假設(shè)有兩臺跑貨機(jī)臺tool1和tool2，那么aa-ply-ct總共有八種跑貨路徑，每一種路徑對應(yīng)有一套o(hù)verlay補(bǔ)值?，F(xiàn)有的系統(tǒng)只有當(dāng)前層所對準(zhǔn)的前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具(pre-tool)，只能區(qū)分ply-ct的跑貨路徑，而對于aa機(jī)臺不能區(qū)分，也就是aa跑不同機(jī)臺到ct需要共用一套ply-ct套刻精度補(bǔ)值，這樣容易造成ct層的套刻精度超出規(guī)范(outofspec，oos)；而本實(shí)施例增加前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具(pre-pre-tool)可以將aa機(jī)臺也區(qū)分開，也即是可以采用計(jì)算模塊根據(jù)前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，獲得針對再前層曝光機(jī)臺的單獨(dú)的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)，這樣就可以減少ct層的套刻精度超出規(guī)范的概率。

然后，先進(jìn)制程控制單元控制計(jì)算工具根據(jù)套刻偏差和跑貨路徑計(jì)算生成與跑貨路徑數(shù)量相匹配的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)；其中，每套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)與相應(yīng)的跑貨路徑相匹配。

這里的十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)包括用于修正晶圓與曝光機(jī)臺的補(bǔ)值數(shù)據(jù)和用于修正當(dāng)層曝光圖案與前層曝光圖案之間的補(bǔ)值數(shù)據(jù)。這里用于修正晶圓與曝光機(jī)臺的補(bǔ)值數(shù)據(jù)是計(jì)算工具基于步驟01對一曝光結(jié)構(gòu)進(jìn)行套刻測量得到曝光結(jié)構(gòu)中各層之間的套刻精度包括第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度計(jì)算得到。

關(guān)于十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)的計(jì)算過程為常規(guī)技術(shù)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉的，這里不再贅述。十項(xiàng)補(bǔ)值可以包括對晶圓的修正參數(shù)和對曝光圖案的修正參數(shù)，對晶圓的修正參數(shù)包括，如圖6所示，晶圓在平面坐標(biāo)x和y方向tx、ty套刻偏差位移量；如圖7所示，晶圓在x和y方向套刻偏差膨脹量sx、sy；如圖8所示，套刻偏差反映在晶圓層面的旋轉(zhuǎn)量rot；如圖9所示，套刻偏差反映在晶圓層面的直交度orth。對曝光圖案的修正參數(shù)包括：如圖10所示，曝光圖案在x和y方向?qū)ΨQ性膨脹或縮小值rmag；如圖11所示，曝光圖案在x和y方向非對稱性膨脹或縮小值armag；如圖12所示，曝光圖案四個(gè)邊角均勻性旋轉(zhuǎn)值rrot；如圖13所示，曝光圖案四個(gè)邊角非均勻性旋轉(zhuǎn)值arrot。其中，tx，ty，sx，sy，rot，orth，rmag，armag，rrot，arrot即為十項(xiàng)補(bǔ)值。

步驟03：將第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度分配到每套的十項(xiàng)補(bǔ)值中，再將每套的十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開得到高階非線性模型；

具體的，先進(jìn)制程控制單元還控制計(jì)算工具將每套的十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開得到高階非線性模型；經(jīng)將高階非線性模型發(fā)送給生產(chǎn)制造控制系統(tǒng)。這里，計(jì)算工具可以使用泰勒級數(shù)對十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開得到高階非線性模型。

此外，本實(shí)施例中，計(jì)算工具將十項(xiàng)補(bǔ)值進(jìn)行高階非線性展開，例如，對晶圓修正參數(shù)展開采用如下方式：

再例如，對曝光圖案修正參數(shù)展開采用如下方式：

步驟04：利用高階非線性模型作為套刻精度補(bǔ)值來修正套刻精度，得到修正后的套刻精度；

具體的，生產(chǎn)制造控制系統(tǒng)將高階非線性模型發(fā)送給曝光機(jī)臺，曝光機(jī)臺利用高階非線性模型作為套刻精度補(bǔ)值來修正套刻精度，得到修正后的套刻精度。

最后，根據(jù)修正后的套刻精度進(jìn)行后續(xù)的曝光工藝。這里，曝光機(jī)臺根據(jù)修正后的套刻精度進(jìn)行后續(xù)的曝光工藝。

綜上所述，本發(fā)明在對套刻精度補(bǔ)值生成時(shí)，引入第一層曝光圖案與理論曝光圖案之間的套刻精度(1stlayerwithinshotoverlay)可以將曝光機(jī)臺之間以及批次與批次之間(lot與lot)的差異反饋到后續(xù)層的曝光中來減少后續(xù)層曝光時(shí)的套刻精度超出規(guī)范的概率(outofspacerate,oosrate)和重新返工的概率(reworkrate)。并且，在優(yōu)化設(shè)計(jì)跑貨路經(jīng)時(shí)，引入前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺區(qū)分工具，也即是實(shí)現(xiàn)了前層所對準(zhǔn)的再前層曝光機(jī)臺的區(qū)分，可以獲得針對再前層曝光機(jī)臺的單獨(dú)的多套十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)一步減少后續(xù)層曝光時(shí)的套刻精度超出規(guī)范的概率(oosrate)和重新返工的概率(reworkrate)；將十項(xiàng)補(bǔ)值數(shù)據(jù)進(jìn)行高階非線性展開，來修正套刻精度，可以使套刻殘留(overlayresidue，套刻精度無法補(bǔ)償?shù)牟糠?降到更小，可以將套刻精度修正到5nm以下，這個(gè)對于45nm以下的制程套刻工藝的控制特別關(guān)鍵。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。