[發明專利]套刻測量系統以及測量套刻精度的方法

有效

• 申請號: 201610274369.0
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN107329371B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 孫曉雁;劉劍堯;伍強
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;中芯國際集成電路制造(北京)有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F9/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 高靜;吳敏

一種套刻測量系統以及測量套刻精度的方法，其中套刻測量系統包括：光傳感器，所述光傳感器適于在以第一速度移動的過程中，對晶圓上的當層套刻記號和前層套刻記號進行掃描，且適于獲得實際掃描到當層套刻記號與實際掃描到前層套刻記號間的時間差，并依據第一速度的大小和所述時間差，獲得當層套刻記號與前層套刻記號之間的位置差異；位于光傳感器一側的層流裝置，層流裝置適于向光傳感器提供層流氣體環境，層流氣體環境的層流氣體風向與第一速度的方向相同，層流氣體環境的層流氣體流速與第一速度的大小相等。本發明減小或抵消光傳感器在掃描過程中受到的空氣阻力，從而減小或避免空氣阻力對測量套刻精度的影響，提高了測量的套刻精度的準確率。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種套刻測量系統以及測量套刻精度的方法。

背景技術

光刻是通過對準、曝光等一系列步驟將掩膜圖形轉移到晶圓上的工藝過程，在半導體芯片的制造過程中，要通過多層光刻工藝才能完成整個制造過程。

隨著半導體制造技術的發展以及集成電路設計及制造的發展，光刻成像技術隨之發展，半導體器件的特征尺寸也不斷縮小。為了實現良好的產品性能以及高產率，如何控制當層光刻圖形與前層圖形(晶圓上的圖形)的位置對準，以滿足套刻精度(overlay)的要求是多層光刻工藝中至關重要的步驟，套刻精度是指晶圓的層與層的光刻圖形的位置對準誤差。

套刻精度是現代高精度步進掃描投影光刻膠的重要性能指標之一，也是新型光刻技術需要考慮的一個重要部分。套刻精度將會嚴重影響產品的良率和性能，且提高光刻膠的套刻精度，也是決定最小單元尺寸的關鍵。因此，隨著半導體制造技術的進一步發展，對套刻精度也有了更高的要求。為了提高光刻機的套刻精度，提出一種測量當層光刻圖形和前層光刻圖形之間位置對準誤差的系統，稱為光刻套刻測量系統。當層光刻圖形以及前層光圖形中均具有套刻記號(overlay mark)，通過測量套刻記號之間的位置差異獲得套刻精度。

現有的套刻測量系統依賴透鏡成像的方式，以測量兩組套刻記號中心位置之間的相對偏差，由于需要對套刻記號進行定位和定點拍照，測量一個記號需要0.5秒～1秒的時間。隨著技術節點的縮小和對套刻的要求逐漸提高，不僅需要測量更加多的數據點，且還要提高精度。例如，有時需要對全部的曝光區域，約60多個曝光區域進行測量，而且每個區域里面可以由5個以上的套刻記號，對全片硅片的測量時間則長達5分鐘左右。因此，現有的套刻測量系統的效率低下。

為了提高量測速度，提出一種不依賴成像的方法來測量套刻精度，縮短了對套刻精度進行檢測所需的時間。然而，基于這種不依賴成像的套刻測量系統，測量的套刻精度正確率有待進一步提高。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種套刻測量系統以及測量套刻精度的方法，提高測量到的套刻精度的準確率。

為解決上述問題，本發明提供一種套刻測量系統，包括：光傳感器，所述光傳感器適于在以第一速度移動的過程中，對晶圓上的當層套刻記號和前層套刻記號進行掃描，且適于獲得實際掃描到當層套刻記號與實際掃描到前層套刻記號之間的時間差，并依據所述第一速度的大小和所述時間差，獲得當層套刻記號與前層套刻記號之間的位置差異；位于所述光傳感器一側的層流裝置，所述層流裝置適于向光傳感器提供層流氣體環境，且所述層流氣體環境的層流氣體風向與第一速度的方向相同，所述層流氣體環境的層流氣體流速與第一速度的大小相等。

可選的，所述層流裝置適于，減小或抵消所述光傳感器在掃描過程中受到的空氣阻力。

可選的，所述層流裝置包括：風機以及與風機相連的孔箱，所述孔箱適于輸出層流氣體。

可選的，所述孔箱包括多層格柵結構，所述格柵結構包括若干個并行排列的空心孔。