衍射型套刻标记多缺陷特征的全局灵敏度分析方法

本发明涉及集成电路光刻工艺套刻量测，特别是涉及一种衍射型套刻标记多缺陷特征的全局灵敏度分析方法。

背景技术：

1、光刻是集成电路制造中最复杂、最关键的工艺步骤之一，而套刻误差是衡量光刻工艺质量最重要的指标。套刻误差是指光刻工艺当前层图形相对于参考层图形的偏差。随着光刻工艺的不断向极限纳米尺度发展，这对套刻精度提出了更高的要求。因此，套刻误差的精确测量成为制造过程的关键部分，在晶圆进行下一个不可逆工艺之前，通过测量晶圆上的套刻标记保证半导体制造中工艺质量。

2、芯片加工中的刻蚀和化学机械抛光工艺会导致套刻标记发生侧墙角、圆角等非对称物理形貌变化，而基于衍射的套刻测量技术对套刻标记不对称结构具有特别高的敏感性，这将导致带有缺陷特征的套刻标记测量结果与真实值之间会产生巨大偏差，从而超过套刻误差测量的容许误差。因此，分析套刻标记不对称结构缺陷对测量结果的影响就显得尤为重要。

3、现有关于套刻标记的方案有：

4、1.发明专利[cn111508932b]提出的一种存在旋转角的套刻标记条纹单元，因此该套刻标记对旋转角度很敏感，可以测量到微小的旋转角度，提高了套刻误差的测量精度。

5、2.发明专利[cn110347017b]提出一种基于光学衍射的套刻误差提取方法，通过神经网络构建套刻误差值与光学表征量之间的映射规律，根据待测套刻标记的光学表征量实现快速地提取套刻误差值。

6、3.发明专利[cn110244527b]提出了一种套刻标记形貌和测量条件优化方法，考虑套刻标记形貌与测量配置优化，解决现有套刻误差测量重复性精度低、准确度低、鲁棒性差的技术问题。

7、集成电路中的灵敏度分析方案有：

8、1. 发明专利[cn100590626c]提出一种混合传播式mos晶体管电学统计模型的建模方法，并在混合传播中采用数值差分灵敏度分析法，确定合理灵敏度数值，取得建模快速且准确的效果。

9、2. 发明专利[cn111857081b]针对现有半导体芯片封装测试生产线性能控制模型与策略的不足等问题，采用灵敏度分析和q-learning强化学习算法相结合的方法对半导体芯片封装测试生产线制造性能进行智能控制。

10、从上述相关技术专利发现，集成电路的套刻标记专利涉及套刻误差提取方法、套刻标记设计和套刻标记制造等，其对象大都是理想套刻标记。同时集成电路的灵敏度分析专利中还未涉及集成电路套刻标记领域。而针对套刻标记多缺陷的灵敏度分析问题，还未有技术对此提出解决方法。

技术实现思路

1、提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种衍射型套刻标记多缺陷特征的全局灵敏度分析方法，以填补套刻标记缺陷对测量结果影响分析的技术空白。同时针对已知或未知套刻误差量测标记缺陷特征参数先验分布信息的情况，采用正向-逆向混合神经网络和累积分布函数相结合的方法，加快套刻量测中多缺陷特征的量化影响分析，为非理想套刻标记的测量结果校正以及套刻量测标记的制造工艺改进提供方法支持，进而针对性改进制造工艺，最终保证ovl测量结果的准确性。

2、根据本发明的第一方案，提供一种衍射型套刻标记多缺陷特征的全局灵敏度分析方法，所述方法包括：

3、对套刻标记的光学响应进行计算，得到±1阶衍射效率；

4、根据±1阶衍射效率计算套刻误差不准确度；

5、在已知光栅结构不对称缺陷尺寸和测量配置的情况下，得到套刻误差不准确度的计算过程可表示为：

6、

7、其中，定义了和到的映射，表示  个套刻标记的缺陷类型，表示  个测量配置，其中是在设定研究范围内的一个测量配置；

8、构建灵敏度分析模型，其中分别对应模型的参数变化和输出变化，表示在测量配置下对的影响，表示全局灵敏度分析函数，模型的输入为，模型的输出为，其中，是一个统计距离算子，用来计算和之间的差值，是外部算子，用于对缺陷的区域灵敏度数值进行不同统计，是所有缺陷参数均变化的无条件输出分布，是给定模型输入的有条件输出分布；

9、对于任意给定的测量配置下的缺陷对输出结果的灵敏度指数表示为：

10、

11、   ，

12、其中，表示缺陷的区域灵敏度，结果不能直接用于测量的比较；是在0-1中间的数，值越低，表示对结果影响越小，若，则对没有影响。

13、进一步地，根据±1阶衍射效率通过如下公式计算套刻误差不准确度；

14、

15、其中、为非对称光栅的+1和-1阶衍射效率。

16、进一步地，当已知缺陷参数信息分布情况时，根据确定的套刻标记，在已知缺陷参数先验分布信息条件下，进行采样对每个缺陷特征随机生成个数值组成样本并仿真计算得到对应的组光学响应，将、作为模型的输入和输出并经过训练得到正向模型。

17、进一步地，当无缺陷参数先验分布信息时，进行均匀采样步骤得到每个缺陷特征的样本和光学响应，将、作为模型的输入和输出并经过训练得到反求模型和正向模型，采用反求模型实现对多个样本的缺陷特征尺寸反求和分布信息的近似估计，并将求解的缺陷特征分布信息作为后续计算灵敏度指数的先验信息。

18、进一步地，对套刻标记的光学响应进行计算，得到±1阶衍射效率，包括：

19、根据待测工艺信息，确定待测套刻标记的形貌特征和材料特性，采用参数化建模与计算电磁场求解方法对一组dbo套刻标记的光学响应进行计算。

20、根据本发明的第二技术方案，提供一种衍射型套刻标记多缺陷特征的全局灵敏度分析系统，所述系统包括：

21、光学响应计算模块，被配置为对套刻标记的光学响应进行计算，得到±1阶衍射效率；

22、套刻误差不准确度计算模块，被配置为根据±1阶衍射效率计算套刻误差不准确度；在已知光栅结构不对称缺陷尺寸和测量配置的情况下，得到套刻误差不准确度的计算过程可表示为：

23、

24、其中，定义了和到的映射，表示  个套刻标记的缺陷类型，表示  个测量配置，其中是在设定研究范围内的一个测量配置；

25、模型构建模块，被配置为构建灵敏度分析模型，其中分别对应模型的参数变化和输出变化，表示在测量配置下对的影响，表示全局灵敏度分析函数，模型的输入为，模型的输出为，其中，是一个统计距离算子，用来计算和之间的差值，是外部算子，用于对缺陷的区域灵敏度数值进行不同统计，是所有缺陷参数均变化的无条件输出分布，是给定模型输入的有条件输出分布；

26、对于任意给定的测量配置下的缺陷对输出结果的灵敏度指数表示为：

27、

28、

29、其中，表示缺陷的区域灵敏度，结果不能直接用于测量的比较；是在0-1中间的数，值越低，表示对结果影响越小，若，则对没有影响。

30、进一步地，所述套刻误差不准确度计算模块被进一步配置为根据±1阶衍射效率通过如下公式计算套刻误差不准确度；

31、

32、其中、为非对称光栅的+1和-1阶衍射效率。

33、进一步地，所述模型构建模块被进一步配置为当已知缺陷参数信息分布情况时，根据确定的套刻标记，在已知缺陷参数先验分布信息条件下，进行采样对每个缺陷特征随机生成个数值组成样本并仿真计算得到对应的组光学响应，将、作为模型的输入和输出并经过训练得到正向模型。

34、进一步地，所述模型构建模块被进一步配置为当无缺陷参数先验分布信息时，进行均匀采样步骤得到每个缺陷特征的样本和光学响应，将、作为模型的输入和输出并经过训练得到反求模型和正向模型，采用反求模型实现对多个样本的缺陷特征尺寸反求和分布信息的近似估计，并将求解的缺陷特征分布信息作为后续计算灵敏度指数的先验信息。

35、进一步地，所述光学响应计算模块被进一步配置为：

36、根据待测工艺信息，确定待测套刻标记的形貌特征和材料特性，采用参数化建模与计算电磁场求解方法对一组dbo套刻标记的光学响应进行计算

37、根据本发明各个方案的衍射型套刻标记多缺陷特征的全局灵敏度分析方法和系统，其至少具有以下技术效果：

38、本发明在已知缺陷参数分布信息时，正向神经网络模型替代电磁场正向计算实现cdf-全局灵敏度分析迭代过程的加速。在未知缺陷参数分布信息时，逆向神经网络模型快速求解套刻标记多缺陷参数尺寸及其分布，并在此基础上加速缺陷的灵敏度分析过程。本发明提出方法可以作为一个强大的工具，帮助从业者实现智能和有效的套刻标记缺陷影响分析，其结果能确定影响测量结果的关键缺陷特征，进而针对性改进制造工艺，以提高dbo测量性的准确性。