一种套刻标记形貌和测量条件优化方法技术

本发明专利技术公开了一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，属于光刻领域。首先，根据光刻工艺确定套刻标记形貌结构和材料光学常数。其次，通过解析或数值的建模方法可计算套刻光学表征曲线。然后，根据泰勒公式得到套刻测量重复性精度和准确度的表达式。接着，选择待优化变量和合适的多目标算法，对套刻测量重复性精度和准确度进行优化，获得多个帕累托优化结果。最后，验证多个帕累托优化结果的鲁棒性，选择鲁棒性较好的结果作为最终优化结果。本发明专利技术公开的方法对eDBO方法的套刻标记形貌和测量条件同时进行了优化，最终优化结果具有重复性精度高、测量准确度高、测量鲁棒性好的特点，满足了光刻工艺中套刻误差测量的需要。

A Method for Optimizing the Morphology and Measuring Conditions of Embossed Labels

【技术实现步骤摘要】
一种套刻标记形貌和测量条件优化方法
本专利技术属于光刻领域，更具体地，涉及一种套刻标记形貌和测量条件优化方法。
技术介绍
随着集成电路工艺的飞速发展，集成电路由小规模发展到极大规模，其关键尺寸(CriticalDimension,CD)也由微米级不断减小至今天的7nm节点。集成电路的制造过程包括材料制备、光刻、清洗、刻蚀、掺杂、化学机械抛光等多个工序，其中尤以光刻工艺最为关键。光刻工艺的主要指标有分辨率、焦深、关键尺寸、对准和套刻精度等。其中，套刻指的是当前光刻工艺层和前层工艺层的对准关系，一般要求套刻误差不大于关键尺寸的1/3，因此套刻误差的快速测量与精确评估是保证工艺及器件性能的关键。HaiyongGao等人在文献“Comparisonstudyofdiffraction-basedoverlayandimage-basedoverlaymeasurementsonprogrammedoverlayerrors”中总结，套刻测量方法大致可以分为两类：基于图形的套刻测量(Image-BasedOverlay,IBO)和基于衍射的套刻测量(Diffraction-BasedOverlay,DBO)。韦亚一在文献《超大规模集成电路先进光刻理论与应用》中提到，为了测量前后工艺层的套刻误差，这两种方法都需要在相互套准的前后工艺层上的同一位置设计套刻标记，然后通过套刻测量设备对套刻标记进行测量，从而得到套刻误差测量结果。这些标记通常是在曝光区域的边缘，又叫“scribeline”或“kerf”区域。JieLi等人在文献“EvaluatingDiffraction-BasedOverlay”中提到，DBO方法主要包含eDBO和mDBO(model-basedDBO)两种。对于mDBO方法，专利CN103472004B中提到，由于其需要大量构建套刻标记的正向光学特性模型，因而难以满足实际测量的时间需求。对于eDBO方法，专利CN103454861B中提到该方法具有测量速度快，采样面积小的优点，同时消除了传统测量方法的许多误差项，如定位误差、焦面误差、像差因素和机械振动等。此外，中国专利CN200510091733，美国专利US7173699B2、US7477405B2、US7428060B2和US6985232B2中均公开了这样的方法。eDBO方法基于套刻光学表征曲线的局部线性关系提取套刻误差。在套刻光学表征曲线200原点O处，套刻偏移量δ与光学表征量I近似呈线性关系：I＝Kδ(1)其中，套刻偏移量δ和测量灵敏度K均为未知量，难以通过单次测量确定二者的数值。为此，eDBO通过引入已知套刻偏移量的方式，以差分法实现套刻误差的提取。典型的eDBO套刻标记俯视图见300所示，301和304用来测量X方向上的套刻误差，302和303用来测量Y方向上的套刻误差。以X方向为例，待求套刻误差为ε，在两个套刻标记单元301、304上分别引入了已知套刻偏移量+D和-D，对应剖面图见图3(b)和3(c)，则两个单元总的套刻偏移量δ±分别为D+ε和-D+ε。因此根据式(1)两个套刻标记单元的光学表征量分别如下式：I+＝K(D+ε)(2)I－＝K(-D+ε)(3)则套刻误差ε为：因此，只需对套刻标记单元301和304分开测量得到I+、I－，就可以通过上式得到套刻误差ε。考虑到实际套刻测量中噪声△I的影响，式(2)、(3)改写为：I+＝K(D+ε)+△I+(5)I-＝K(-D+ε)+△I-(6)因此，实际测量得到的套刻误差值如下式：用σm(套刻表征光学量I的仪器测量噪声标准差)替代式(7)中的△I++△I-，并忽略分母中的△I+-△I-即得到eDBO方法的重复性测量精度σ：可见测量灵敏度K和仪器的噪声水平共同决定了套刻误差的重复性测量精度。eDBO方法的关键在于套刻偏移量δ∈[-D+ε,D+ε]范围内近似满足式(1)中的线性关系假设。然而，套刻光学表征曲线是周期性的奇函数(见201)，因此表征曲线的非线性会引入套刻偏移量表征误差Δδ1(见202)，影响测量准确度μ。此外，套刻标记其他非对称因素会使套刻光学表征曲线平移而引入套刻偏移量表征误差Δδ2(见203)，这也会影响测量准确度μ。套刻误差表征曲线不仅取决于套刻标记的形貌，而且与测量条件(如测量波长、入射角、方位角)相关，因此为实现重复性精度高、准确度高、鲁棒性好的套刻误差测量，有必要研究一种eDBO套刻标记形貌和测量条件优化方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，其目的在于，同时考虑套刻标记形貌优化与测量条件优化配置，以套刻误差重复性测量精度σ和准确度μ为两个优化目标，得到鲁棒性良好的多个帕累托最优结果，由此解决现有套刻误差测量重复性精度低、准确度低、鲁棒性差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤101，确定套刻标记形貌结构和材料光学常数；步骤102，根据步骤101确定的套刻标记形貌结构的参数和材料光学常数，以及设定的测量条件，通过解析或数值建模方法计算单个光学表征量I，通过连续改变套刻偏移量δ计算得到套刻光学表征曲线；所述套刻光学表征曲线表征光学表征量I和套刻偏移量δ的函数关系；步骤103，在所述套刻光学表征曲线的原点展开泰勒公式，得到套刻测量重复性精度σ和准确度μ的表达式；步骤104，从所述套刻标记形貌结构的参数和所述测量条件中选定待优化变量，以套刻测量重复性精度σ和准确度μ作为优化目标，采用多目标优化算法对所述待优化变量进行迭代选择，获取包含多组所述套刻测量重复性精度σ和准确度μ的帕累托优化结果。优选地，所述套刻标记形貌和测量条件优化方法还包括步骤105，对多个所述帕累托优化结果进行套刻误差提取仿真，验证各自对应的套刻测量重复性精度、测量准确度和鲁棒性，选择最优方案进行测量实验。优选地，所述套刻测量重复性精度σ和准确度μ的表达式为，其中，σm为光学表征量的仪器测量标准差，D为设定的套刻偏移量，K为套刻灵敏度，ε为待测套刻误差值，Δa为其他非对称因素对光学表征量的影响，式中，I″(ξ+)为套刻光学表征曲线在δ＝ξ+处的二阶导数值，I″(ξ-)为套刻光学表征曲线在δ＝ξ-处的二阶导数值，ξ+∈[0,D+ε]，ξ－∈[0,-D+ε]。优选地，步骤103具体为，根据泰勒公式将I+、I－修正为下式：其中，ΔI+、ΔI－为仪器测量噪声，I(0)为套刻光学表征曲线在原点的值；根据式(13)和式(14)，eDBO方法的测量误差△ε如式(15)所示：用光学表征量的仪器测量标准差σm替换式(15)中的△I++△I-，得到所述套刻测量重复性精度σ和准确度μ的表达式(9)和表达式(10)。优选地，步骤102中，所述套刻标记形貌结构的参数包括顶层光栅的线宽CD1，底层光栅的线宽CD2，顶层光栅和底层光栅的周期Pitch，顶层光栅的壁高H1，底层光栅的壁高H3，中间薄膜层厚度与底层光栅壁高之和H2，套刻偏移量δ，底层光栅左侧壁角LSWA和底层光栅右侧壁角RSWA；所述材料光学常数是指材料的复折射率。优选地，步骤102中，所述测量条件包括测量入射角θ、方位角测量波长λ和偏振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤101，确定套刻标记形貌结构和材料光学常数；步骤102，根据步骤101确定的套刻标记形貌结构的参数和材料光学常数，以及设定的测量条件，通过解析或数值建模方法计算单个光学表征量I，通过连续改变套刻偏移量δ计算得到套刻光学表征曲线；所述套刻光学表征曲线表征光学表征量I和套刻偏移量δ的函数关系；步骤103，在所述套刻光学表征曲线的原点展开泰勒公式，得到套刻测量重复性精度σ和准确度μ的表达式；步骤104，从所述套刻标记形貌结构的参数和所述测量条件中选定待优化变量，以套刻测量重复性精度σ和准确度μ作为优化目标，采用多目标优化算法对所述待优化变量进行迭代选择，获取包含多组所述套刻测量重复性精度σ和准确度μ的帕累托优化结果。

【技术特征摘要】
1.一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤101，确定套刻标记形貌结构和材料光学常数；步骤102，根据步骤101确定的套刻标记形貌结构的参数和材料光学常数，以及设定的测量条件，通过解析或数值建模方法计算单个光学表征量I，通过连续改变套刻偏移量δ计算得到套刻光学表征曲线；所述套刻光学表征曲线表征光学表征量I和套刻偏移量δ的函数关系；步骤103，在所述套刻光学表征曲线的原点展开泰勒公式，得到套刻测量重复性精度σ和准确度μ的表达式；步骤104，从所述套刻标记形貌结构的参数和所述测量条件中选定待优化变量，以套刻测量重复性精度σ和准确度μ作为优化目标，采用多目标优化算法对所述待优化变量进行迭代选择，获取包含多组所述套刻测量重复性精度σ和准确度μ的帕累托优化结果。2.根据权利要求1所述的一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，其特征在于，还包括步骤105，对多个所述帕累托优化结果进行套刻误差提取仿真，验证各自对应的套刻测量重复性精度、测量准确度和鲁棒性，选择最优方案进行测量实验。3.根据权利要求1或2所述的一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，其特征在于，所述套刻测量重复性精度σ和准确度μ的表达式为：其中，σm为光学表征量的仪器测量标准差，D为设定的套刻偏移量，K为套刻灵敏度，ε为待测套刻误差值，Δa为其他非对称因素对光学表征量的影响。式中，I″(ξ+)为套刻光学表征曲线在δ＝ξ+处的二阶导数值，I″(ξ-)为套刻光学表征曲线在δ＝ξ-处的二阶导数值，ξ+∈[0,D+ε]，ξ－∈[0,-D+ε]。4.根据权利要求1或2所述的一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，其特征在于，步骤103具体为，根据泰勒公式将...

【专利技术属性】
技术研发人员：石雅婷，李旷逸，陈修国，刘世元，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42