一种套刻误差的测量方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种套刻误差的测量方法。

背景技术

光刻是将掩膜版(mask)上图形形式的电路结构通过对准、曝光、显影等步骤转印到涂有光刻胶的硅片表面的工艺过程。光刻工艺会在晶圆表面形成光刻胶掩蔽图形，其后续工艺是刻蚀或离子注入。

半导体集成电路制造中，通常需要经过多次光刻工序。光刻时需要注意层间对准，即套刻对准，以保证当前图形与晶圆上已存在的图形之间的对准，因此，为了实现良好的产品性能以提高产率，对套刻精度有较高的要求。

一般在零层(硅片表面的第一层图形)形成零层光刻标记，以用于后续的光刻对准。然而，在形成零层标记之后，往往跟随有外延工艺，在晶圆的中心区域形成刻蚀标记，会在外延层内产生严重的外延缺陷，进而影响器件的生产良率，不在晶圆中心区域形成刻蚀标记，则会影响晶圆中心区域的对准精度。现有技术中，一般在晶圆的边缘区域形成套刻标记以用于检测套刻误差，但是，不能获得晶圆的中心区域的套刻误差，套刻误差补正能力弱，严重影响产品的质量及良率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种套刻误差的测量方法，以提高套刻误差补正能力及产品良率。

为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种套刻误差的测量方法，包括：

提供一晶圆，所述晶圆由切割道划分为若干曝光单元；

在所述晶圆的边缘区域的第零曝光单元的零层与当层内形成第一套刻测量结构，通过所述第一套刻测量结构检测所述第零曝光单元内零层与当层之间的套刻误差；

在所述当层内，相邻两个曝光单元之间的切割道中形成第二套刻测量结构，通过所述第二套刻测量结构检测当层内所述相邻曝光单元之间的拼接误差；

通过所述第零曝光单元内的零层与当层之间的套刻误差与所述当层内相邻曝光单元之间的拼接误差计算每个曝光单元的当层与零层之间的套刻误差；

通过每个曝光单元的当层与零层之间的套刻误差计算整个晶圆的当层与零层之间的套刻误差；

其中，所述当层为形成于所述晶圆表面的第一层、第二层…第K层中的一种，K≥2，K为整数。

可选地，在所述晶圆的边缘区域的第零曝光单元的零层与当层内形成第一套刻测量结构，包括：

在所述晶圆的边缘区域的第零曝光单元上形成零层套刻标记；

在具有零层套刻标记的晶圆的表面形成当层；

在所述当层对应于所述零层套刻标记的位置形成当层套刻标记，所述零层套刻标记与所述当层套刻标记形成所述第一套刻测量结构。

可选地，在所述当层内，相邻两个曝光单元之间的切割道中形成第二套刻测量结构，包括：

在当层内的每个曝光单元的切割道上形成第一拼接标记，所述第一拼接标记用于标记当前曝光单元；

在当层内的每个曝光单元的切割道上形成第二拼接标记，所述第二拼接标记用于标记与所述当前曝光单元相邻的曝光单元，并且所述第一拼接标记与所述第二拼接标记一一对应，所述第一拼接标记与第二拼接标记形成所述第二套刻测量结构。

可选地，通过所述第零曝光单元内的零层与当层之间的套刻误差与所述当层内相邻曝光单元之间的拼接误差计算每个曝光单元的当层与零层之间的套刻误差，包括：

检测获得所述第零曝光单元的零层与当层的套刻误差为(x0，y0)，与所述第零曝光单元在X方向依次并排的曝光单元包括第一曝光单元、第二曝光单元……第N曝光单元，检测所述第零曝光单元的当层与第一曝光单元的当层之间的拼接误差为(x1，y1)，所述第一曝光单元的当层与第二曝光单元的当层之间的拼接误差为(x2，y2)……所述第N-1曝光单元的当层与第N曝光单元的当层之间的拼接误差为(xN，yN)，则：

所述第一曝光单元的零层与当层之间的套刻误差为(x0+x1，y0+y1)；

所述第二曝光单元的零层与当层之间的套刻误差为(x0+x1+x2，y0+y1+y2)；

……

所述第N曝光单元的零层与当层之间的套刻误差为(x0+x1+x2…+xN，y0+y1+y2……yN)。

可选地，通过所述第零曝光单元内的零层与当层之间的套刻误差与所述当层内相邻曝光单元之间的拼接误差计算每个曝光单元的当层与零层之间的套刻误差，包括：

检测所述第零曝光单元的的套刻误差为(x0，y0)，与所述第零曝光单元在Y方向依次并排的曝光单元包括第一曝光单元’、第二曝光单元’……第N曝光单元’，所述第零曝光单元的当层与第一曝光单元’的当层之间的拼接误差为(x1’，y1’)，所述第一曝光单元’的当层与第二曝光单元’的当层之间的拼接误差为(x2’，y2’)……所述第N-1曝光单元’的当层与第N曝光单元’的当层之间的拼接误差为(xN’，yN’)，则：

所述第一曝光单元’的零层与当层之间的套刻误差为(x0+x1’，y0+y1’)；

所述第二曝光单元’的零层与当层之间的套刻误差为(x0+x1’+x2’，y0+y1’+y2’)；

……

所述第N曝光单元’的零层与当层之间的套刻误差为(x0+x1’+x2’…+xN’，y0+y1’+y2’……yN’)。

可选地，所述K等于2，所述当层为第二层，并且所述测量方法还包括：

获取第一层与零层之间的套刻误差及第二层与零层之间的套刻误差；

通过第一层与零层之间的套刻误差及第二层与零层之间的套刻误差，计算第一层与第二层之间的相对套刻误差。

可选地，所述K大于2，所述当层为第K层，还包括：

获取第一层与零层之间的套刻误差、第二层与零层之间的套刻误差……第K层与零层之间的套刻误差；

通过第一层与零层之间的套刻误差、第二层与零层之间的套刻误差……第K层与零层之间的套刻误差计算每一层与其他任一层之间的相对套刻误差。

可选地，相邻所述曝光单元之间的切割道上形成有多个所述第二套刻测量结构。

可选地，通过所述第二套刻测量结构检测当层内所述相邻曝光单元之间的拼接误差，还包括：

获取每个第二套刻测量结构的拼接误差；

叠加每个第二套刻测量结构的拼接误差获得拼接误差之和；

对所述拼接误差之和取平均值，获得所述当层内相邻曝光单元之间的拼接误差。

可选地，形成有所述第一套刻测量结构或所述第二套刻测量结构的曝光单元呈环形排布。

可选地，所述套刻标记或所述拼接标记包括AIM、Bar-in-Bar中的一种。

可选地，所述第零曝光单元的个数为2个或4个。

如上所述，本发明所述的套刻误差的测量方法至少具备如下有益效果：

本发明所述的套刻误差的测量方法通过在晶圆边缘区域的零层与当层内形成第一套刻测量结构计算层与层之间的套刻误差，通过当层内相邻曝光单元之间的第二套刻测量结构计算拼接误差，根据上述套刻误差和拼接误差计算每个曝光单元的当层与零层之间的套刻误差，进而能得整个晶圆的套刻误差，由于本发明采用第一套刻测量结构与第二套刻测量结构相结合的方式进行套刻误差测量，能够对整个晶圆的每个曝光单元的套刻误差进行表征，因而能够获得更高的套刻误差的检验精度，提高套刻误差的补正能力，并且，本发明不会在晶圆的中心的曝光单元内形成套刻测量结构，因而能够避免在晶圆生长外延层时造成外延缺陷，有利于生产器件的良率。

进一步地，通过计算每一层相对于零层的套刻误差还可以计算层与层之间的相对套刻误差，例如，能够分析外延P型离子植入层和N型离子植入层之间的套刻误差。

附图说明

图1为本发明实施例所述套刻误差的测量方法的方法流程图；

图2为本发明实施例中所述晶圆由切割道分割为若干曝光单元的结构示意图；

图3为本发明实施例中所述第零曝光单元的零层结构示意图；

图4为本发明实施例中所述第零曝光单元的当层结构示意图；

图5为本发明实施例中与第零曝光单元相邻的两个曝光单元的当层结构示意图；

图6为本发明实施例中沿第零曝光单元的X方向、Y方向上排布的曝光单元的当层结构示意图。

附图标记列表：

1              晶圆

2              切割道

100            零层

200            当层

300            第一套刻测量结构

301            零层套刻标记

302            当层套刻标记

400            第二套刻测量结构

401            第一拼接标记

402            第二拼接标记

Z0             第零曝光单元

X1             第一曝光单元

X2             第二曝光单元

XN             第N曝光单元

Y1             第一曝光单元’

Y2             第二曝光单元’

YN             第N曝光单元’

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

须知，本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本实施例提供一种套刻误差的测量方法，用于检测光刻时层与层间的套刻误差，提高套刻精度。

具体地，所述套刻误差的量测方法，参照图1，包括：

S101：提供一晶圆，晶圆由切割道划分为若干曝光单元；

参照图2，提供一晶圆1，该晶圆1由切割道2划分为若干曝光单元。其中，晶圆1材料包括半导体元素，例如单晶、多晶或者非晶体结构的硅或者硅锗等。在本实施例中，晶圆1为硅晶圆。

S102：在晶圆的边缘区域的第零曝光单元的零层与当层内形成第一套刻测量结构，通过第一套刻测量结构检测第零曝光单元内零层与当层之间的套刻误差；

为了保证防止在晶圆的中心曝光单元内形成套刻测量结构对后续生长外延层产生的影响，本实施例在位于晶圆边缘的第零曝光单元内形成第一套刻测量结构，该第一套刻测量结构用于层与层之间的对准。具体地，参照图3，在晶圆1的边缘区域的第零曝光单元Z0内形成零层套刻标记301，参照图4，并在具有零层套刻标记301的晶圆1的表面形成当层200。其中，当层200为形成于晶圆1表面的第一层、第二层…第K层中的一种，K≥2，K为整数。

参照图4，在当层200对应于零层套刻标记301的位置形成当层套刻标记302，零层套刻标记301与当层套刻标记302形成第一套刻测量结构300。

需要说明的是，零层套刻标记301与当层套刻标记302形成第一套刻测量结构300的套刻标记可以为AIM(Advanced imaging Metrology,先进成像计量套刻标记)或Bar-in-Bar(套叠线条套刻标记)中的一种。形成有第一套刻测量结构300的第零曝光单元Z0的个数为2个或4个。在本实施例中，零层套刻标记301与当层套刻标记302形成第一套刻测量结构300的图形为Bar-in-Bar，形成有第一套刻测量结构300的第零曝光单元Z0的个数为4个。

基于零层套刻标记301和当层套刻标记302对晶圆1进行套刻测量，检测获得第零曝光单元Z0内零层100与当层200之间的套刻误差为(x0，y0)。

S103：在当层内，相邻两个曝光单元之间的切割道中形成第二套刻测量结构，通过第二套刻测量结构检测当层内相邻曝光单元之间的拼接误差；

具体地，参照图4，在当层200内的每个曝光单元的切割道2上形成第一拼接标记401，第一拼接标记401用于标记当前曝光单元；在当层200内的每个曝光单元的切割道2上形成第二拼接标记402，第二拼接标记402用于标记与当前曝光单元相邻的曝光单元，并且第一拼接标记401与第二拼接标记402一一对应，第一拼接标记401与第二拼接标记402形成第二套刻测量结构400，该第二套刻测量结构400用于相邻曝光单元之间的对准。

需要说明的是，第一拼接标记401和第二拼接标记402形成的第二套刻测量结构400可以为AIM(Advanced imaging Metrology,先进成像计量套刻标记)或Bar-in-Bar(套叠线条套刻标记)中的一种。

具体地，如图4所示，在第零曝光单元Z0的上切割道和左切割道中形成第二拼接标记402，在下切割道和右切割道中形成第一拼接标记401，如图5所示，与第零曝光单元Z0相邻的曝光单元第一拼接标记401与第零曝光单元Z0的第二拼接标记402一一对应，第一拼接标记401与第二拼接标记402形成第二套刻测量结构400。

通过检测设备对第二套刻测量结构400进行检测，获得第零曝光单元Z0与相邻曝光单元之间的套刻误差。例如，参照图6，与第零曝光单元Z0在X方向依次并排的曝光单元包括第一曝光单元X1、第二曝光单元X2……第N曝光单元XN，检测第零曝光单元Z0的当层200与第一曝光单元X1的当层200之间的拼接误差为(x1，y1)，第一曝光单元X1的当层200与第二曝光单元X2的当层200之间的拼接误差为(x2，y2)……第N-1曝光单元的当层200与第N曝光单元XN的当层200之间的拼接误差为(xN，yN)。与第零曝光单元Z0在Y方向依次并排的曝光单元包括第一曝光单元’Y1、第二曝光单元’Y2……第N曝光单元’YN，第零曝光单元Z0的当层200与第一曝光单元’Y1的当层200之间的拼接误差为(x1’，y1’)，第一曝光单元’Y1的当层200与第二曝光单元’Y2的当层200之间的拼接误差为(x2’，y2’)……第N-1曝光单元’的当层200与第N曝光单元’YN的当层200之间的拼接误差为(xN’，yN’)。

相邻曝光单元之间的切割道2上形成的第二套刻测试结构可以为单个或者多个。参照图5，相邻曝光单元之间的切割道2上形成有多个第二套刻测试结构，此时，通过第二套刻测量结构400检测当层200内相邻曝光单元之间的拼接误差，还包括：检测获取每个第二套刻测量结构400的拼接误差；叠加每个第二套刻测量结构400的拼接误差获得拼接误差之和；对拼接误差之和取平均值，获得当层200内相邻曝光单元之间的拼接误差。在本实施例中，相邻曝光单元之间的切割道2上形成有三个第二套刻测试结构。

S104：通过第零曝光单元Z0内的零层100与当层200之间的套刻误差与当层200内相邻曝光单元之间的拼接误差计算每个曝光单元的当层200与零层100之间的套刻误差；

具体地，参照图6，第一曝光单元X1的零层100与当层200之间的套刻误差为(x0+x1，y0+y1)；第二曝光单元X2的零层100与当层200之间的套刻误差为(x0+x1+x2，y0+y1+y2)……第N曝光单元XN的零层100与当层200之间的套刻误差为(x0+x1+x2…+xN，y0+y1+y2……yN)。

第一曝光单元’Y1的零层100与当层200之间的套刻误差为(x0+x1’，y0+y1’)；第二曝光单元’Y2的零层100与当层200之间的套刻误差为(x0+x1’+x2’，y0+y1’+y2’)……第N曝光单元’YN的零层100与当层200之间的套刻误差为(x0+x1’+x2’…+xN’，y0+y1’+y2’……yN’)。

S105：通过每个曝光单元的当层与零层之间的套刻误差计算整个晶圆的当层与零层之间的套刻误差。

通过上述每个曝光单元的当层200与零层100之间的套刻误差计算整个晶圆1的当层200与零层100之间的套刻误差。具体地，可以通过计算机直接计算整个晶圆1的当层200与零层100之间的套刻误差。

当K＝2时，当层200为第二层，则测量方法还包括：获取第一层与零层100之间的套刻误差及第二层与零层100之间的套刻误差，通过第一层与零层100之间的套刻误差及第二层与零层100之间的套刻误差，计算第一层与第二层之间的相对套刻误差。例如，当第一层为第一离子植入层，第二层为第二离子植入层时，通过上述方法可以计算第一离子植入层和第二离子植入层之间的相对套刻误差。

当K大于2时，当层200为第K层，则测量方法还包括：获取第一层与零层100之间的套刻误差、第二层与零层100之间的套刻误差……第K层与零层100之间的套刻误差；通过第一层与零层100之间的套刻误差、第二层与零层100之间的套刻误差……第K层与零层100之间的套刻误差计算每一层与其他任一层之间的相对套刻误差。

需要说明的是，形成有第一套刻测量结构300或所述第二套刻测量结构400的曝光单元可以呈环形排布，通过计算呈环形排布的曝光单元的套刻误差计算整个晶圆1的零层100与当层200的套刻误差，也可以计算晶圆1表面的每个曝光单元的套刻误差计算整个晶圆1的零层100与当层200的套刻误差，上述计算方法均能在一定程度上提高套刻误差的测量精度。

综上，本发明所述的套刻误差的测量方法通过在晶圆边缘区域的零层与当层内形成第一套刻测量结构计算层与层之间的套刻误差，通过当层内相邻曝光单元之间的第二套刻测量结构计算拼接误差，根据上述套刻误差和拼接误差计算每个曝光单元的当层与零层之间的套刻误差，进而能得整个晶圆的套刻误差，由于本发明采用第一套刻测量结构与第二套刻测量结构相结合的方式进行套刻误差测量，能够对整个晶圆的每个曝光单元的套刻误差进行表征，因而能够获得更高的套刻误差的检验精度，提高套刻误差的补正能力，并且，本发明不会在晶圆的中心的曝光单元内形成套刻测量结构，因而能够避免在晶圆生长外延层时造成外延缺陷，有利于生产器件的良率。

进一步地，通过计算每一层相对于零层的套刻误差还可以计算层与层之间的相对套刻误差，例如，能够分析外延P型离子植入层和N型离子植入层之间的套刻误差。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。