[发明专利]一种集成电路芯片制造过程中的迭对测量方法和系统

说明书

本发明公开了一种集成电路芯片制造过程中的迭对测量方法，包括如下步骤：针对芯片制造过程的各个工艺层次，采集晶圆上各迭对标记图像数据或采集晶圆上部分区域内的迭对测量数据；利用采集的迭对标记图像数据或迭对测量数据，分别建立机器学习模型：迭对标记图像处理模型、迭对测量数据预测模型；迭对测量时，通过已建立的迭对标记图像处理模型对迭对标记图像进行处理，或，通过已建立的迭对测量数据预测模型以及在晶圆上部分区域内采集的迭对测量数据对同一晶圆上其他未测量区域内的迭对测量数据进行预测。本发明通过机器学习模型对迭对测量的数据进行处理或预测，提高了迭对测量的稳定性、精度和测量效率。

技术领域

本发明涉及集成电路芯片的图形迭对技术领域，具体涉及一种集成电路芯片制造过程中的迭对测量方法和系统。

背景技术

集成电路(Integrated Circuit)芯片的制造过程涉及多个工艺层次(Layer)。各工艺层次通过光刻工艺在晶圆上形成光刻材料的图形，并以此为模板，利用刻蚀、沉积、化学机械抛光等多种工艺手段形成符合设计规格的电路器件及互连结构。不同工艺层次之间工艺图形的迭对(Overlay)至关重要。如果迭对误差超出了允许的范围，电路器件和互连结构将无法正常地工作。

为了保证各工艺层次之间的图形精确对准，在光刻工艺完成后会使用特定的迭对标记(Overlay Mark)进行迭对测量。图1中展示了一种可能的迭对标记设计方案。迭对标记110和210分别在两个不同工艺层次的加工过程中生成，各自包含4个条状标记，组成方框结构。通过测量对应条状标记之间的距离X1、X2、Y1、Y2等参数，可以对两个工艺层次之间的图形迭对误差进行计算。如果迭对误差超出了允许的范围，则需要进行光刻工艺步骤的返工(Rework)。除了监控迭对误差之外，迭对测量的结果也被用于建立迭对补偿模型，通过迭对补偿模型对工艺参数进行调整，减少工艺层次之间的迭对误差。

图2中显示了迭对测量中可能出现的几种情况。如图2(a)所示，迭对标记121、122、123、124在第一个工艺层次的制造过程中生成，分别位于晶圆的不同位置。迭对标记221、222、223、224在第二个工艺层次的制造过程中生成，分别位于晶圆上与121、122、123、124对应的位置。迭对标记121、122、123、124的中心分别与迭对标记221、222、223、224的中心重合，表明第一个工艺层次和第二个工艺层次之间的图形对准的情况良好。如图2(b)所示，迭对标记131、132、133、134在第一个工艺层次的制造过程中生成，分别位于晶圆的不同位置。迭对标记231、232、233、234在第二个工艺层次的制造过程中生成，分别位于晶圆上与131、132、133、134对应的位置。迭对标记131、132、133、134分别与迭对标记231、232、233、234在水平方向上存在相对偏移，表明第一个工艺层次和第二个工艺层次之间的图形对准存在水平方向上的迭对误差。如图2(c)所示，迭对标记141、142、143、144在第一个工艺层次的制造过程中生成，分别位于晶圆的不同位置。迭对标记241、242、243、244在第二个工艺层次的制造过程中生成，分别位于晶圆上与141、142、143、144对应的位置。迭对标记141、142、143、144分别与迭对标记241、242、243、244在垂直方向上存在相对偏移，表明第一个工艺层次和第二个工艺层次之间的图形对准存在垂直方向上的迭对误差。如图2(d)所示，迭对标记151、152、153、154在第一个工艺层次的制造过程中生成，分别位于晶圆的不同位置。迭对标记251、252、253、254在第二个工艺层次的制造过程中生成，分别位于晶圆上与151、152、153、154对应的位置。迭对标记151、152、153、154与迭对标记251、252、253、254之间存在由于旋转引起在相对偏移，表明第一个工艺层次和第二个工艺层次之间的图形对准存在由于旋转引起的迭对误差。除了上述几种迭对误差之外，其他因素，例如图形放大、镜头畸变、晶圆载物台晃动等，也可能引起不同工艺层次之间的迭对误差。