一种基于信息融合的集成电路套刻误差测量方法

技术领域

本发明属于集成电路前道量测相关技术领域，特别是一种基于信息融合的集成电路套刻误差测量方法。

背景技术

在集成电路制造中，光刻是最复杂、最关键的工艺步骤之一，而套刻误差则是光刻工艺中的重要尺寸参数。套刻误差是指：指光刻工艺当前层图形相对于参考层图形沿x和y方向的偏差。在实际制造过程中误差无法避免，为了保证在上下两层中所设计的电路能够可靠连接，当前层与参考层的套刻误差值要小于图形特征线宽的1/3-1/5，而套刻误差测量的不确定度则为容许误差的10％。因此，随着超精密光刻工艺的不断发展，套刻误差的快速精确测量成为了光刻工艺质量管理的重中之重。

在套刻误差测量过程中，由于仪器、外部环境和非理想套刻标记等因素的影响导致套刻误差测量结果存在误差。现有提高测量套刻误差准确度的方案有：1.发明专利[CN111553064A]提出的一种适用于光学散射测量的特征选择方法，缩短了库匹配方法中离线建库的时间，提高了参数提取准确度；2.发明专利[CN115356898A]提出一种提高光刻套刻精度的方法，通过量测套刻标记的偏移误差并进行误差补偿，实现套刻精度的提高；3.发明专利[CN114690584A]提出了一种套刻误差测量的不对称性校准的方法，通过改变套刻标记的位置来得到不同的测量信号，使得套刻误差测量更加具有稳定性，实现套刻精度的提高。

已提出方法存在的不足有：1.大都是针对一种套刻误差测量方法中的不足提出的优化，没有对采取不同提取方法的测量方法进行融合量测来实现套刻精度的提高；2.大部分专利对于套刻误差测量都是针对测量方法的优化或仪器的改进，少有考虑不同套刻误差提取方法对测量结果可靠性的影响。因此，本发明提出的一种基于信息融合的套刻误差测量方法，采用多种套刻误差提取方法融合量测的优化方法，考虑不同套刻误差提取方法与测量结果可信度的关系，实现对套刻误差的精准测量。

发明内容

针对上述现有技术缺点，本发明旨在提出一种基于信息融合的套刻误差测量方法，旨在解决现有单一套刻误差测量方法的测量结果可能存在可信度较低的问题。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种一种基于信息融合的集成电路套刻误差测量方法，包括：

(1)根据待测工艺对象的相关信息，确定待测套刻标记的形貌特征和材料特性，采用参数化建模与计算电磁场求解方法对一组典型DBO套刻标记的光学响应进行计算，获得理想情况下的光学信号；

(2)对仿真得到的光谱信号或穆勒矩阵加载噪声(ΔI或Δm)作为模拟的实测光谱信号；

(3)对上述信号分别考虑基于模型的提取方法、基于经验的提取方法以及两者的多种组合提取方法，每种提取方法对噪声加载后的光谱信号进行计算得到多个不同测量值OVL

(4)根据批量仿真计算的结果，确定套刻误差分布的合理取值区间，对于不在分布区间内的实际测量值则予以排除；

(5)对于步骤(3)中不同提取方法，对实际测量信号进行计算，得到多个不同测量值OVL

(6)根据步骤(5)中所述的在整体融合体现：对每种提取方法得到的OVL

综上所述，

一种基于信息融合的集成电路套刻误差测量方法，包括：所述的套刻误差测量方法均是采用基于光学散射测量技术(Scatterometry Overlay,SCOL或Diffraction-BasedOverlay,DBO)；套刻误差提取方法均是采用基于光学散射测量信号的套刻误差提取技术；测量的套刻标记为一组典型DBO测量标识。所述的分级信息融合技术是将不同提取方法得到的测量结果采用证据理论或者神经网络等方法进行逐级融合处理，得到一个高可信的套刻误差测量值。

光学散射测量技术采用的仪器为各类光谱型散射测量仪器，当前主要以角分辨散射测量仪和椭偏仪为主。最终得到的光学信号可为多类光谱或角谱信息(如角分辨散射仪测得的光强分布、普通椭偏仪测得的椭偏参数或穆勒矩阵椭偏仪测得的穆勒矩阵等)。

套刻误差提取方法，基于经验的套刻误差测量方法(Empiricism Based Overlay，EBO)本质是找到并量化测量所得的套刻标记散射信号变化与套刻误差变化之间的经验关系，进而构建方程组求解出套刻误差值；而基于模型的套刻误差测量方法(Model BasedOverlay，MBO),将套刻误差看作待测的纳米尺寸参数，通过对套刻标记的计算电磁场建模仿真及其与实际测得的衍射信号的模型拟合，迭代计算出套刻误差值。两者的混合测量即对给定标记的测量信号同时用EBO和MBO进行计算。

一组典型DBO套刻标记，其结构特征为：由2个套刻标记单元(每个单元由上下两层光栅堆叠组成)组成，并且每个标记单元分引入人为已知偏差+D和-D；其中基于经验的测量方法需要2个套刻标记单元，而基于模型的测量方法需要1个套刻标记单元，所以可以设计一组典型标记来满足两种提取方法或其混合方法的测量需求。

融合测量方法，需要通过对给定标记的光学响应建模以及仿真的噪声加载，获得模拟的测量信号，进而采用不同方法获得不同的测量结果，并对套刻测量值的分布及其不确定度进行估计。

套刻测量分布估计，在获得实测信号后，用于粗大误差和异常测量的排除；

分级信息融合技术，先对提出的混合测量方法中的结果进行局部信息融合，然后对不同类别的套刻误差提取方法进而整体二次融合。

局部融合技术，对MBO+MBO和MBO+EBO两种提取方法融合量测情况，分别采用信息融合的方法各自得到一个可信度更高的套刻误差值。对单独的MBO和EBO提取方法得出的结果采用求解平均值的方法得到代表该提取方法的套刻误差值

整体二次融合，对MBO、EBO、MBO+MBO、EBO+MBO等方法的提取计算结果进行决策融合得到可信度更高的套刻误差值。

本发明提供的一种基于信息融合的集成电路套刻误差测量方法具体优点如下：在减少极端异常带来的影响同时，根据先验知识对不同方法得到套刻误差数据进行可信度估计，采用信息融合技术对多种套刻误差提取方法结果进行优化决策，提高套刻测量的可靠性。

附图说明

图1为本发明的套刻误差测量方法流程图；

图2为本发明的一组典型套刻标记结构示意图理想标记结构截面示意图；

图3为本发明的一组典型套刻标记结构示意图非理想标记(带有侧倾角)结构截面示意图；

图4为本发明的一组典型套刻标记结构示意图典型一组标记俯视示意图；

图5为本发明的多种提取方法融合量测概念图局部融合量测概念图；

图6为本发明的多种提取方法融合量测概念图整体融合量测概念图。

具体实施方式

为了使本发明技术方案更加清楚，将通过以下特定的具体实例进行进一步说明。本发明提供的一种一种基于信息融合的集成电路套刻误差测量方法，具体包括；

(1)根据半导体行业现有套刻标记制作工艺确定待测套刻标记的形貌特征和材料的光学常数；例如，这里将采用典型的套刻标记模型进行建模，具体形貌特征参数为：Si基底，第一层采用Si光栅，间隙由SiO

(2)采用严格耦合波分析法(RCWA)对套刻标记模型进行建模仿真分析，并将步骤(1)中形貌尺寸参数输入RCWA算法中，同时确定测量配置，如：波长、方位角、入射光的偏振等；

(3)在RCWA计算得到的光谱信息后，对仿真得到的光谱信号或穆勒矩阵加载噪声(ΔI或Δm)作为实际光谱信号，同时将噪声简化为遵循高斯分布N＝(μ,σ

(4)获取实际测量的光谱信号，采用步骤(3)中不同提取方法计算得到多个不同测量值OVL

接下来将对其中的局部融合技术进行仔细介绍，以MBO+EBO融合量测提取方法为例，具体步骤如下：

①用RCWA算法对标记进行仿真，加载高斯分布N＝(μ,σ

②根据D-S证据理论中的基本概念可：融合过程的辨识框架为有限集合，根据这一原则将套刻误差绝对值取值范围离散化，将|ε|分为n等份并用集合Θ表示，而

③由D-S证据理论中的Dempster组合规则得：

…

④得到各个套刻误差可能取值的基本概率后，采取最大信任度值原则模型(即该焦元信任度值最大又显著大于次大焦元信度值)，同时会预设阈值μ

给定辨识框架Θ，已知m定义在Θ上的基本概率分配函数，则：

若有：

则决策结果为ε

同时对MBO+MBO提取方法中的两个结果采用上述D-S证据理论方法进行融合，得到新的套刻误差值。

(4)本次实施例将采用MBO、EBO、MBO+MBO、EBO+MBO四种不同的套刻误差提取方法进行融合，根据上述计算方法得到四个套刻误差结果集合，分别为：OVL

此外，本发明不限于上述实施方式，以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。例如，在上述实施方式中，光学结构建模求解算法不限于RCWA算法，采用有限元和时域有限差分法等方法也可以；对于信息融合技术不限于D-S证据理论，也可以采用Bayes推论或人工神经网络等方法；如果采用D-S证据理论情况下，对于最后的决策模型不仅限于最大信任度值原则模型，也可以采用“最小点”原则或基于最小风险的决策模型。