阅读说明：本技术 倒梯形或t型结构的工艺质量评估方法及系统 (Process quality evaluation method and system for inverted trapezoid or T-shaped structure ) 是由 张利斌 韦亚一 董立松 粟雅娟 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了倒梯形或T型结构的工艺质量评估方法及系统,设计与目标图层对标的前层衍射套刻结构和目标图层的衍射套刻结构,目标图层的衍射套刻结构沿平行前层衍射套刻结构方向偏移相同的套刻偏移量；光刻和刻蚀获取目标需要的倒梯形结构或T型结构；进行基于衍射的套刻标记测量,记录在前述套刻偏移量下的正负一级衍射光强差,计算光强差与套刻偏移量之间的斜率；计算待测结构尺寸变化与光强差之间的规律,计算得到由于工艺所导致的倒梯形或T型结构的宽度偏差。本发明能够有效避免切片等测量方法对微纳结构的损伤,弥补俯视电子束成像测量方法无法准确呈现底部特征的缺陷,提升了现有系统的整体测量性能,并且在成本和良率控制上得到了提升。(The invention discloses a process quality evaluation method and a system of an inverted trapezoid or T-shaped structure.A front diffraction overlay structure aligned with a target layer and a diffraction overlay structure of the target layer are designed, and the diffraction overlay structure of the target layer deviates the same overlay offset along a direction parallel to the front diffraction overlay structure; photoetching and etching to obtain an inverted trapezoidal structure or a T-shaped structure required by a target; measuring an overlay mark based on diffraction, recording the light intensity difference of positive and negative first-order diffraction under the overlay offset, and calculating the slope between the light intensity difference and the overlay offset; and calculating the rule between the size change of the structure to be measured and the light intensity difference, and calculating to obtain the width deviation of the inverted trapezoid or T-shaped structure caused by the process. The invention can effectively avoid the damage of measurement methods such as slicing and the like to the micro-nano structure, makes up the defect that the overlooking electron beam imaging measurement method cannot accurately present the bottom characteristics, improves the overall measurement performance of the existing system, and improves the cost and yield control.)

倒梯形或T型结构的工艺质量评估方法及系统

技术领域

本发明涉及集成电路工艺领域，尤其涉及倒梯形或T型结构的工艺质量评估方法及系统。

背景技术

倒梯形结构或T型结构是集成电路工艺制作的一个难点，多用于MEMS结构、特殊芯片结构的工艺过程。测量倒梯形或T型结构是目前测量的难点，特别是传统的电子束俯视成像技术则很难观测到底部信息，而且电子束成像技术，特别是CDSEM技术，需要较强的电子束流，并控制电子束成像焦点，才能穿透顶层结构而观察到底层结构。而倒梯形或T型结构的侧壁信息和尺寸可以通过切片等方法，观察截面尺寸来测量。但是，这种切片技术是一种不可逆技术，对器件结构造成损伤。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提出了倒梯形或T型结构的工艺质量评估方法及系统，。

技术方案：

倒梯形或T型结构的工艺质量评估方法，包括步骤：

步骤S01，设计与目标图层对标的前层衍射套刻结构：所述前层衍射套刻结构包括水平方向排布的至少两组等周期光栅结构和垂直方向排布的至少两组等周期光栅结构；

设计目标图层的衍射套刻结构：所述目标图层的衍射套刻结构与该图层的倒梯形或T型结构设计完全相同；所述目标图层的衍射套刻结构包括第一衍射结构和第二衍射结构，其中所述第一衍射结构的周期为第一周期，第二衍射结构的周期为第二周期，所述第一周期与所述前层衍射套刻结构的等周期光栅结构的周期相同，所述第二周期为待测倒梯形或T型结构的周期；

步骤S02，所述目标图层的衍射套刻结构的中心坐标与所述前层衍射套刻结构相比，分别沿平行所述前层衍射套刻结构的各组等周期光栅结构的周期排布方向偏移相同的套刻偏移量；

步骤S03，对目标图层的所有图形结构进行光刻和刻蚀工艺，获取目标需要的倒梯形结构或T型结构；

步骤S04，在前层衍射套刻结构和目标层的衍射套刻结构组成的整体结构进行基于衍射的套刻标记测量，记录在前述套刻偏移量下的正负一级衍射光强差，计算光强差与套刻偏移量之间的斜率；

步骤S05，根据前层衍射套刻结构和目标图层衍射套刻结构的光刻薄膜结构信息，包括各个薄膜的厚度、折射率和吸光系数，再根据步骤S04得到的光强差与套刻偏移量之间的斜率建立光学仿真模型，计算待测结构尺寸变化与光强差之间的规律，绘制倒梯形或T型结构尺寸分布轮廓图，由此计算得到由于工艺所导致的倒梯形或T型结构的宽度偏差。

进一步地，步骤S01中，所述前层衍射套刻结构中的等周期光栅结构周期为500纳米到100微米。

进一步地，步骤S01中，所述等周期光栅结构包括水平方向周期排布的光栅结构和垂直方向周期排布的光栅结构两种图形结构。

进一步地，步骤S01中，所述前层衍射套刻结构采用两种等光栅图形结构交错排布。

进一步地，步骤S01中，所述前层衍射套刻结构包括两组水平方向周期排布的光栅结构和两组垂直方向周期排布的光栅结构，并采用对角对称排布，即两组水平方向周期排布的光栅结构分别位于第一、第三象限，两组垂直方向周期排布的光栅结构分别位于第二、第四象限。

进一步地，步骤S01中，若所述第二周期为1微米至10微米，则所述第一周期与所述第二周期相同，并将其作为所述前层衍射套刻结构中等周期光栅结构的周期；

若所述第二周期为10纳米至1微米，则所述第一衍射结构采用如下方式设计：所述倒梯形或T型结构按照所述第二周期排列，以5到20个第二周期为一组，作为第一周期的近似半周期，所述第一周期即为所述第二周期的10到40个周期。

进一步地，步骤S04中，使用至少1种探测波长，分别记录各自探测波长下的正负一级衍射光强差，并计算光强与套刻偏移量的斜率。

一种倒梯形或T型结构的工艺质量评估，包括光刻机、光刻薄膜结构、套刻量测模块以及工艺质量评估模块；

所述光刻薄膜结构包括覆盖在晶圆上的掩膜版及套刻标记结构，所述套刻标记结构包括前述前层衍射套刻结构和前述目标图层的衍射套刻结构；所述目标图层的衍射套刻结构的中心坐标与所述前层衍射套刻结构相比，分别沿平行所述前层衍射套刻结构的各组等周期光栅结构的周期排布方向偏移相同的套刻偏移量；

所述光刻机对晶圆目标图层进行光刻和刻蚀，获取目标需要的倒梯形或T型结构；

所述套刻量测模块采用的是光传感器，用于对整个光刻薄膜结构进行基于衍射的套刻标记测量；

所述工艺质量评估模块为计算机，用于记录所述套刻量测模块基于衍射的套刻标记测量得到的在固定套刻偏移量下的正负一级衍射光强差，并据此计算光强差-套刻斜率；然后根据所述光刻薄膜结构信息，包括各个薄膜的厚度、折射率和吸光系数，建立光学仿真模型，计算待测结构尺寸变化与光强差之间的规律，绘制倒梯形或T型结构尺寸分布轮廓图，由此计算得到由于工艺所导致的倒梯形或T型结构的宽度偏差。

有益效果：本发明对微纳尺寸的倒梯形或T型结构的底部宽度和尺寸均匀性建立了一种评估方法和测量系统，能够有效避免切片等测量方法对微纳结构的损伤，弥补俯视电子束成像测量方法无法准确呈现底部特征的缺陷。本发明基于现有的集成电路测量表征系统，通过加入新的算法模块，提升了现有系统的整体测量性能，并且在成本和良率控制上得到了提升。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明具体实施例的前层衍射套刻结构示意图。

图3为本发明中前层与当前层的衍射套刻标记及套刻偏移示意图。

图4为本发明具体实施例中周期为十纳米级的目标图层衍射套刻结构的示意图。

图5为本发明具体实施例中周期为十纳米级的目标图层衍射套刻结构的第二衍射结构精细示意图。

图6为不同中间层结构宽度下的衍射光强差随套刻偏移量的曲线图。

图7为衍射±1级光强差的套刻斜率与T型中间结构宽度之间的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

图1为本发明方法的流程图。如图1所示，本发明的倒梯形或T型结构的工艺质量评估方法包括如下步骤：

步骤S01，设计与目标图层对标的前层衍射套刻结构及目标图层的衍射套刻结构；

设计与目标图层对标的前层衍射套刻结构：

所述前层衍射套刻结构包括水平方向排布的至少两组等周期光栅结构和垂直方向排布的至少两组等周期光栅结构。

图2为本发明具体实施例的前层衍射套刻结构示意图。如图2所示，所述前层衍射套刻结构中的等周期光栅结构周期为500纳米到100微米，所述等周期光栅结构包括水平方向周期排布的光栅结构和垂直方向周期排布的光栅结构两种图形结构，其中，沿水平方向放置至少两组图形结构，以确定目标待测结构在水平方向的工艺质量；沿垂直方向放置至少两组图形结构，以确定目标待测结构在垂直方向的工艺质量。

在本发明中，所述前层衍射套刻结构采用两种等光栅图形结构交错排布。

在本实施例中，所述前层衍射套刻结构包括两组水平方向周期排布的光栅结构和两组垂直方向周期排布的光栅结构，并采用对角对称排布，即两组水平方向周期排布的光栅结构分别位于第一、第三象限，两组垂直方向周期排布的光栅结构分别位于第二、第四象限。

可选的，所述前层衍射套刻结构中水平方向周期排布的光栅结构和垂直方向周期排布的光栅结构的数量，在每个方向上放置两组或两组以上等周期光栅结构，或两组以上1种或至少两种等周期光栅结构。

设计目标图层的衍射套刻结构：

所述目标图层的衍射套刻结构与该图层的T型结构或倒梯形结构设计完全相同。

所述目标图层的衍射套刻结构包括第一衍射结构和第二衍射结构，其中所述第一衍射结构的周期为第一周期，第二衍射结构的周期为第二周期，所述第一周期与所述前层衍射套刻结构的等周期光栅结构的周期相同，所述第二周期为待测倒梯形或T型结构的周期。

若所述第二周期为1微米至10微米，则所述第一周期与所述第二周期相同，并将其作为所述前层衍射套刻结构中等周期光栅结构的周期。

若所述第二周期为10纳米至1微米，则所述第一衍射结构采用如下方式设计：所述倒梯形或T型结构按照所述第二周期排列，以5到20个第二周期为一组，作为第一周期的近似半周期，所述第一周期即为所述第二周期的10到40个周期。如图4、5所示，表示的是一个第一衍射结构中，倒梯形结构即为第二衍射结构，共有20个倒梯形结构组成了第一衍射结构，那么设计的第一衍射结构的周期为40个第二周期。

步骤S02，为保证套刻测量，所述目标图层的衍射套刻结构的中心坐标与所述前层衍射套刻结构相比，分别沿平行所述前层衍射套刻结构的各组等周期光栅结构的周期排布方向偏移相同的套刻偏移量，如图3所示。

进一步地，在本实施例中，所述目标图层的衍射套刻结构的中心坐标与所述前层衍射套刻结构相比，分别在第一和第三象限沿+Y和-Y方向移动相同偏移量；第二和第四象限沿+X和-X方向移动与前述相同的偏移量。

步骤S03，对目标图层的所有图形结构进行光刻和刻蚀工艺，获取目标需要的倒梯形或T型结构。

步骤S04，对前层衍射套刻结构和目标层的衍射套刻结构组成的整体结构进行基于衍射的套刻标记测量；记录在前述套刻偏移量下的正负一级衍射光强差，计算光强差-套刻斜率。

可选的，使用至少1种探测波长，分别记录各自探测波长下的正负一级衍射光强差，并计算光强与套刻偏移量的斜率，排除测量误差。

步骤S05，根据前层衍射套刻结构和目标图层衍射套刻结构的光刻薄膜结构信息，包括各个薄膜的厚度、折射率和吸光系数，建立光学仿真模型，计算待测结构尺寸变化与光强差之间的规律，由此计算得到由于工艺所导致的倒梯形结构或T型结构的宽度偏差。

本实施例中，仿真得到的正负一级光强差随套刻偏移量的曲线如图6所示。本发明首先需要合理选择合适的前层衍射结构周期，保证在套刻偏差范围内的光强曲线呈现线型关系。其次，等间隔变化T型结构底部宽度，发现斜率呈现线型变化，如图7所示。

本发明还提供了一种倒梯形或T型结构的工艺质量评估系统，包括光刻机、光刻薄膜结构、套刻量测模块以及工艺质量评估模块。

所述光刻薄膜结构包括覆盖在晶圆上的掩膜版及套刻标记结构，所述套刻标记结构包括前述前层衍射套刻结构和前述目标图层的衍射套刻结构；所述目标图层的衍射套刻结构的中心坐标与所述前层衍射套刻结构相比，分别沿平行所述前层衍射套刻结构的各组等周期光栅结构的周期排布方向偏移相同的套刻偏移量；

所述光刻机对晶圆目标图层进行光刻和刻蚀，获取目标需要的倒梯形或T型结构；

所述套刻量测模块采用的是光传感器，用于对整个光刻薄膜结构进行基于衍射的套刻标记测量；

所述工艺质量评估模块为计算机，用于记录所述套刻量测模块基于衍射的套刻标记测量得到的在固定套刻偏移量下的正负一级衍射光强差，并据此计算光强差-套刻斜率；然后根据所述光刻薄膜结构信息，包括各个薄膜的厚度、折射率和吸光系数，建立光学仿真模型，计算待测结构尺寸变化与光强差之间的规律，绘制倒梯形或T型结构尺寸分布轮廓图，由此计算得到由于工艺所导致的倒梯形或T型结构的宽度偏差。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。