本发明涉及光刻技术领域，具体而言，涉及一种基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法。
背景技术：
套刻误差(overlay)是用来描述不同光刻层之间产生的位置误差。在制造中，我们所理想套刻误差的值为0，也就是每道光刻层之间都能够完全对准，但是由于工艺上的各种因素，无法达到理想的状态。随着器件尺寸的不断缩小，对套刻误差提出的要求也越来越高。只有准确量测到真实的套刻误差，才能在后续的工艺中设法对其进行有效的补偿和修正。
相对传统的量测套刻误差的方法是通过在光学显微镜下对比套刻标记位置的偏差来实现的基于一种图像信号识别(Image-based overlay,IBO)技术。套刻标记分别随着器件图形的转移，被放置在需要量测的不同光刻层中的相同位置，通过比较他们之间X方向和Y方向的距离，就可以得到不同方向上的套刻误差。即：
其中，ΔX和ΔY就代表标记所在的这两层之间的套刻误差。
IBO中所使用的套刻标记尺寸偏大，会占用掩模上相对较大的面积，在如今工艺涉及的光刻层越来越多的情况下这个缺点正在被放大。此外，因为较大的尺寸我们也无法将套刻标记放置在曝光区域的内部(更接近器件的图案，测量出来的套刻误差更具备代表性)，内部的误差很难被检测。后来，一种基于衍射的套刻误差测量方法(Diffraction-based overlay,DBO)被提出，通过测量合成光栅上+/-1阶光强的差来定量得到套刻误差的值(套刻误差通常很小，在小范围内套刻误差和+/-1阶光强的差是呈线性关系)。放置在不同层上的套刻标记可视作光栅(两个周期型结构)，他们之间对探测光的合成作用可视为一种合成光栅。
相较于IBO，DBO的量测标记相对较小，在特殊需求下可以实现曝光区域内部(in-die)的测量。另外，DBO测量中设备引起的测量误差(Tool induced shift,TIS)较小，测量结果具有很好的重复性。DBO对测量焦距并不敏感，而IBO易受测量焦距的影响。不论是IBO和DBO，测量的机台参数设定(recipe)都非常重要，不同的量测参数获得的测量结果会有比较大差异，其中，在DBO测量中，在机台量测参数中选择合适的量测波长被认为是获得准确量测结果的关键因素。
因此，现有技术中亟需提供一种能够准确选择基于DBO中测量波长的方法。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法，以实现对基于DBO中测量波长的准确选择。
为了实现上述目的，提供了一种基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法，包括以下步骤：建立标记模型，标记模型包括由下至上层叠的下层光栅、至少一层中间层和上层光栅；模拟具有不同测量波长的光线垂直照射在标记模型的情况，其中，光线在标记模型中反射并衍射得到零级光和±1级光，±1级光中+1级光的光强为第一光强，±1级光中－1级光的光强为第二光强；获取第一光强与第二光强之间光强差，并建立光强差与光线波长之间的关系曲线；根据关系曲线中光强差绝对值的最大值选择测量波长。
进一步地，采用时域有限差分法建立标记模型。
进一步地，建立标记模型的步骤包括：搭建具有标记模型的FDTD测量环境，FDTD测量环境具有预设参数；根据实际测量条件调整预设参数，以使预设参数满足实际测量条件，实际测量条件和预设参数均包括标记模型的膜层结构、标记尺寸和测量波长的范围，预设参数还包括FDTD网格尺寸的划分。
进一步地，实际测量条件和预设参数还包括下层光栅的材料种类、中间层的材料种类以及上层光栅的材料种类。
进一步地，下层光栅包括至少一层衬底层以及位于最外层衬底层上的底层标记，上层光栅包括位于最外层中间层上的上层标记，设定底层标记的中垂线与上层标记的中垂线在水平方向的距离为预设套刻误差。
进一步地，实际测量条件包括衬底层的厚度、底层标记的厚度、中间层的厚度、上层标记的厚度、衬底层的层数、中间层的层数、底层标记的宽度、上层标记的宽度、预设套刻误差的值、底层标记的周期和上层标记的周期。
进一步地，标记模型还包括位于上层光栅上方的至少一层覆盖层，实际测量条件还包括覆盖层的厚度以及覆盖层的层数。
进一步地，在搭建FDTD测量环境的步骤以及调整预设参数的步骤之间，建立标记模型的步骤还包括：引入工艺噪声对FDTD测量环境进行校准，工艺噪声包括标记形变和膜层厚度浮动。
进一步地，模拟测量波长在400～800nm范围内的光线垂直照射在标记模型的情况。
进一步地，在保证预设套刻误差的值不变的情况下，采用时域有限差分法建立光强差与光线波长之间的关系曲线。
进一步地，关系曲线具有至少一个波峰和/或至少一个波谷，测量波长选自波峰和/或波谷中具有最大峰值的线段所对应的波段。
应用本发明的技术方案，提供了一种基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法，通过建立标记模型，并模拟具有不同测量波长的光线垂直照射在标记模型的情况，以获取±1级光的光强，然后根据两者的光强差建立光强差与光线波长之间的关系曲线，再根据关系曲线中光强差绝对值的最大值选择测量波长。上述基于DBO的方法能够准确地对测量波长进行选择；并且，由于现有技术中通常需要通过在不同的量测环境中多次试验，对获取的结果进行评估最终确定最合适的波长，从而相比于现有技术，通过本方法选择出特定条件下对套刻误差较为敏感的波长范围并直接应用，可减少多次的工艺试验，缩短生产、研发的周期，节约成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了在本申请实施方式所提供的基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法中，建立的标记模型的结构示意图；
图2示出了在本申请实施方式所提供的基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法中，光线在标记模型中反射并衍射得到零级光和±1级光的示意图；
图3示出了在本申请实施例1所提供的基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法中，建立的光强差与光线波长之间的关系曲线的示意图；
图4示出了在本申请实施例2所提供的基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法中，建立的光强差与光线波长之间的关系曲线的示意图；
图5示出了在本申请实施例3所提供的基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法中，建立的光强差与光线波长之间的关系曲线的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、下层光栅；110、衬底层；120、底层标记；20、中间层；30、上层光栅；310、上层标记；40、覆盖层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中亟需提供一种能够准确选择基于DBO中测量波长的方法。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法，包括以下步骤：建立标记模型，标记模型包括由下至上层叠的下层光栅10、至少一层中间层20和上层光栅30；模拟具有不同测量波长的光线垂直照射在标记模型的情况，其中，光线在标记模型中反射并衍射得到零级光和±1级光，±1级光中+1级光的光强为第一光强，±1级光中－1级光的光强为第二光强；获取第一光强与第二光强之间光强差，并建立光强差与光线波长之间的关系曲线；根据关系曲线中光强差绝对值的最大值选择测量波长。
上述测量波长的选择方法能够准确地对测量波长进行选择；并且，由于现有技术中通常需要通过在不同的量测环境中多次试验，对获取的结果进行评估最终确定最合适的波长，从而相比于现有技术，通过本方法选择出特定条件下对套刻误差较为敏感的波长范围并直接应用，可减少多次的工艺试验，缩短生产、研发的周期，节约成本。
下面将更详细地描述根据本发明提供的基于衍射的套刻误差测量中测量波长的选择方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
首先，建立标记模型，标记模型包括由下至上层叠的下层光栅10、至少一层中间层20和上层光栅30，如图1所示。优选地，通过时域有限差分法(FDTD)在matlab软件中建立想要探究的标记模型。FDTD方法具有精度高、适用材料范围广泛的特点，可以直接获得场分布，是使用的比较多的一种电磁场数值模拟方法，可以根据计算条件及生产需求调整计算精度。
现有的选择DBO中测量波长的方法是较为费时、费力、费成本的，需要在晶圆上进行多次重复试验；此外，也相对呆板，一旦测量对象(膜层结构、标记结构)发生变化，就需要重新进行测量。而通过采用上述FDTD数值模拟的方法，可以灵活地调整测量对象属性(根据制造者的实际情况，按需要适时引入工艺上缺陷噪声)，使结果符合真实的量测情况。
具体地，上述建立标记模型的步骤可以包括：搭建具有该标记模型的FDTD测量环境，FDTD测量环境具有预设参数；根据实际测量条件调整预设参数，以使预设参数满足实际测量条件，上述实际测量条件和上述预设参数均包括标记模型的膜层结构、标记尺寸和测量波长的范围，预设参数还包括FDTD网格尺寸的划分。
为了提高模拟精度，优选地，上述实际测量条件和预设参数还包括下层光栅10的材料种类、中间层20的材料种类以及上层光栅30的材料种类。
在一种优选的实施方式中，如图1所示，上述下层光栅10包括至少一层衬底层110以及位于最外层衬底层110上的底层标记120，上述上层光栅30包括位于最外层中间层20上的上层标记310，设定底层标记120的中垂线与上层标记310的中垂线在水平方向的距离为预设套刻误差。其中，上述最外层的衬底层110是指当衬底层110为由下至上层叠的多层时最靠近中间层20的那层衬底层110，而最外层的中间层20是指当中间层20为由下至上层叠的多层时最远离底层标记120的那层中间层20。
在上述优选的实施方式中，具有衬底层110和底层标记120的下层光栅10可以是通过对衬底进行首次曝光得到的，材料可以为硅；中间层20可以是通过在下层光栅10上沉积Si3N4而得到的；具有上层标记310的上层光栅30可以是通过涂布光刻胶并进行第二次曝光得到的。
此时，在根据实际测量条件调整FDTD测量环境中预设参数的步骤中，该实际测量条件可以包括衬底层110的厚度、底层标记的厚度、中间层20的厚度、上层标记310的厚度、衬底层110的层数、中间层20的层数、底层标记的宽度、上层标记310的宽度、预设套刻误差的值、底层标记120的周期和上层标记310的周期。
在上述优选的实施方式中，该标记模型还可以包括位于上层光栅30上方的至少一层覆盖层40，此时，优选地，上述实际测量条件还包括覆盖层40的厚度以及覆盖层40的层数。
为了提高模拟精度，在一种优选的实施方式中，在上述搭建FDTD测量环境的步骤以及上述调整预设参数的步骤之间，更为优选地，建立上述标记模型的步骤还包括：引入工艺噪声对FDTD测量环境进行校准，工艺噪声包括标记形变和膜层厚度浮动。
在上述建立标记模型的步骤之后，模拟具有不同测量波长的光线垂直照射在标记模型的情况，其中，光线在标记模型中反射并衍射得到零级光和±1级光，±1级光中+1级光的光强为第一光强，±1级光中－1级光的光强为第二光强。优选地，模拟测量波长在400～800nm范围内的光线垂直照射在标记模型的情况。
当用于形成上层光栅30的第二次曝光不能完全与用于形成下层光栅10的首次曝光完全重合时，上层光栅30与下层光栅10间将产生相对位移，这个位移量即为套刻，如图2所示，I0表示零极光的光强、I+1、I－1分别表示±1级光的光强，当套刻发生变化时，±1级光的衍射效率也随套刻发生变化，且1级光衍射效率的差值是与套刻相关的函数，定义光强差为A＝I+1－I－1。
在一定范围内，套刻与衍射效率非对称性满足限定关系，即光强差A与上层标记310、底层标记120的为位置偏移x近似成正比，关系式为A(x)＝k(x)，其中，k为仅与标记制作工艺相关的常量。假设上层标记310与底层标记120具有预设偏差±d，第二次曝光时产生的随机偏差即为套刻误差ε，那么上层标记310与底层标记120之间的位置偏移量分别为d+ε和-d+ε，此时，A(d+ε)＝k(d+ε)，A(-d+ε)＝k(-d+ε)，从而能够推导出进而根据这一线性关系就能够求得具有特定测量波长的光线在照射标记模型后，标记模型中的套刻误差值。
在对不同测量波长的光线垂直照射在标记模型的情况进行模拟之后，获取第一光强与第二光强之间光强差，并建立光强差(y)与光线波长(x)之间的关系曲线。具体地，在保证预设套刻误差的值不变的情况下，可以采用时域有限差分法建立光强差与光线波长之间的关系曲线。
在建立上述光强差与光线波长之间的关系曲线之后，根据关系曲线中光强差绝对值的最大值选择测量波长。由于光强差绝对值较大的点所对应的波长即为对套刻误差比较敏感的光线所具有的测量波长，优选地，上述关系曲线具有至少一个波峰和/或至少一个波谷，测量波长选自波峰和/或波谷中具有最大峰值的线段所对应的波段。进一步地，可以根据选择较小的(y为光强差)，将上述波段限定在变化相对较缓的区域，该区域即为对标记形变不敏感的区域。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供的基于DBO中测量波长的选择方法包括以下步骤：
搭建FDTD测量环境并完成校准，FDTD测量环境中的标记模型包括由下至上层叠的衬底层、底层标记、中间层和上层标记。
根据实际测量条件设置测量环境，以使测量环境中的预设参数满足实际测量条件，实际测量条件包括：
模型使用的FDTD运算网格尺寸：4nm×4nm，标记周期(pitch)：600nm；
仿真波长设定范围：400～800nm；
量测膜层结构中：覆盖层为空气；上层标记为光刻胶，厚度为60nm，宽度为300nm；中间层包括由下至上层叠的底部抗反射涂层(BARC)和氧化硅层，BARC的厚度为40nm，氧化硅层的厚度为360nm；下层标记为硅层，厚度为80nm，宽度为300nm；衬底层为硅层，厚度为200nm。
获得+1/－1阶的光强差(光强差＝光强+1－光强-1)随波长变化的关系曲线，如图3所示，然后根据关系曲线中光强差绝对值的最大值选择测量波长，如图3中的X1区域。
将选择的测量波长应用在相应的测量量测机台参数(recipe)中。
实施例2
本实施例提供的基于DBO中测量波长的选择方法与实施例1的区别在于：
根据实际测量条件设置测量环境，实际测量条件包括：
模型使用的FDTD运算网格尺寸：4nm×4nm，标记周期(pitch)：600nm；
仿真波长设定范围：400nm-800nm；
量测膜层结构中：覆盖层为空气；上层标记为光刻胶，厚度为60nm，宽度为300nm；中间层包括由下至上层叠的底部抗反射涂层(BARC)、氮化硅层和氧化硅层，BARC的厚度为40nm，氮化硅层的厚度为200nm，氧化硅层的厚度为160nm；下层标记为硅层，厚度为80nm，宽度为300nm；衬底层为硅层，厚度为200nm。
获得+1/－1阶的光强差(光强差＝光强+1－光强-1)随波长变化的关系曲线，如图4所示，然后根据关系曲线中光强差绝对值的最大值选择测量波长，如图4中的X2区域。
实施例3
本实施例提供的基于DBO中测量波长的选择方法与实施例1的区别在于：
根据实际测量条件设置测量环境，实际测量条件包括：
模型使用的FDTD运算网格尺寸：4nm×4nm，标记周期(pitch)：800nm；
仿真波长设定范围：400nm-800nm；
量测膜层结构：覆盖层为空气；上层标记为光刻胶，厚度为60nm，宽度为400nm；中间层包括由下至上层叠的底部抗反射涂层(BARC)、氮化硅层和氧化硅层，BARC的厚度为40nm，氮化硅层的厚度为200nm，氧化硅层的厚度为260nm；下层标记为硅层，厚度为80nm，宽度为400nm；衬底层为硅层，厚度为100nm。
获得+1/－1阶的光强差(光强差＝光强+1－光强-1)随波长变化的关系曲线，如图5所示，然后根据关系曲线中光强差绝对值的最大值选择测量波长，如图5中的X3区域。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、上述基于DBO的方法能够准确地对DBO中的测量波长进行选择；
2、由于现有技术中通常需要通过在不同的量测环境中多次试验，对获取的结果进行评估最终确定最合适的测量波长，从而相比于现有技术，通过本方法选择出特定条件下对套刻误差较为敏感的波长范围并直接应用，可减少多次的工艺试验，缩短生产、研发的周期，节约成本；
3、现有的选择测量波长的方法是较为费时、费力、费成本的，需要在晶圆上进行多次重复试验。此外，也相对呆板，一旦测量对象(膜层结构、标记结构)发生变化，就需要重新进行测量，而本发明通过FDTD数值模拟的方法，可以灵活地调整测量对象属性(根据制造者的实际情况，按需要适时引入工艺上缺陷噪声)，使结果符合真实的量测情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。