CN103279016B - 一种提高叠对测量精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的提高叠对测量精度的方法，包括：在晶圆上设置辅助定位图形；采用测量机台对晶圆进行粗对准；对晶圆进行精对准；寻找辅助定位图形；寻找量测图形进行测量；其中，辅助定位图形的制备方法包括：经光刻和刻蚀，在晶圆上形成没有偏移量的第一层图形；通过特定制程固定第一层图形；经光刻和刻蚀，在第一层图形上部形成有固定偏移量的第二层图形。本发明的提高叠对量测的方法，通过采用辅助定位图形，在采用测量机台对准后先寻找到辅助定位图形进行精确定位，然后再寻找量测图形进行测量，可以避免现有叠对测量方法中量测图形的非精准对位问题，提高叠对测量的精确度，从而提高产品性能。

Description

一种提高叠对测量精度的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及提高叠对测量精度的方法。

背景技术

随着半导体芯片的关键尺寸的不断缩小，芯片密度越来越高，半导体制造工艺越来越复杂，相应的需要两次图形曝光或多次曝光。为了达到良好的器件性能，这就对曝光中叠影（overlay）的精确度的要求越来越高,其中，对准和测量是提高良率的关键。

通常采用光学叠对测量系统进行叠对测量，光学叠对测量系统成像性能良好、测量的可重复性强、高阶叠对的控制较好并且无破坏性，能够提高产能和精确度。

现有的叠对测量方法，包括：

步骤S1：采用测量机台对晶圆进行粗对准；

步骤S2：对晶圆进行精对准；

步骤S3：利用测量机台寻找量测图形进行测量。

这里，对准的目的是需要找到曝光场内相对容易识别的图形目标作为基准位置，找基准位置的方法包括：一是在曝光场内找到一个图形作为基准，这种方法的缺点是在量测的时候，如果量测图形在基准的一侧，则量测图形可能被认为是曝光场；二是在曝光场交界处的十字图形，其缺点是由于十字图形是由打光的光阻区和非光阻区组成，在对准时容易失焦，导致对准发生错误。

因此，在叠对测量过程中，精确对准和定位是十分必要的，由于上述现有的叠对测量方法是对准后直接寻找待测量图形进行测量，这可能造成量测图形的非精准定位，从而影响到后续的测量。

发明内容

为了克服上述问题，本发明旨在提高对量测图形的精准定位，从而提高叠对测量精度。

本发明提供一种提高叠对测量精度的方法，包括：

步骤S01：在晶圆上设置辅助定位图形；

步骤S02：采用测量机台对所述晶圆进行粗对准；

步骤S03：对所述晶圆进行精对准；

步骤S04：寻找辅助定位图形；

步骤S05：寻找量测图形进行测量。

优选地，所述辅助定位图形的设置方法包括：

步骤S11：经光刻和刻蚀，在所述晶圆上形成没有偏移量的第一层图形；

步骤S12：通过特定制程固定所述的第一层图形；

步骤S13：经光刻和刻蚀，在所述第一层图形上部形成有固定偏移量的第二层图形。

优选地，所述辅助定位图形到量测图形的距离不大于100um。

优选地，所述辅助定位图形为具有周期性排列的条状图形。

优选地，所述辅助定位图形的占空比为50%。

优选地，所述辅助定位图形包含所述的第一层图形和所述的第二层图形。

优选地，所述辅助定位图形的间距尺寸为所述量测图形的间距尺寸3/4-4/5。

优选地，所述第一层图形和第二层图形之间不接触。

优选地，所述的第二层图形相对于第一层图形的水平偏移量为正值。

优选地，所述的第二层图形相对于第一层图形的水平偏移量为负值。

本发明的提高叠对量测的方法，通过采用辅助定位图形，在采用测量机台对准后先寻找到辅助定位图形进行精确定位，然后再寻找量测图形进行测量，由于辅助定位图形可以提高测量时测量强度与量测图形偏移量之间的比值，那么在该偏移量变化较小的情况下，检测到的强度变化就较为显著，这样就能精确定位量测图形，可以避免现有叠对测量方法中量测图形的非精准对位问题，提高叠对测量的精确度，从而提高产品性能。

附图说明

图1为现有的叠对测量的方法的流程示意图

图2为本发明的一个较佳实施例的提高叠对测量精度的方法的流程示意图

图3是本发明的一个较佳实施例的辅助定位图形的第一层光刻版结构示意图

图4是本发明的一个较佳实施例的辅助定位图形的第二层光刻版结构示意图

图5是本发明的一个较佳实施例的辅助定位图形的设置方法的流程示意图

图6-8是本发明的一个较佳实施例的辅助定位图形的设置方法的各步骤所形成的截面结构示意图

图9是本发明的一个较佳实施例的第二层图形相对于第一层图形的偏移情况示意图

图10是本发明的的一个较佳实施例的叠对测量原理图

具体实施方式

体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。

以下结合附图2-10，通过具体实施例对本发明的提高叠对测量精度的方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图3和4，图3是本发明的一个较佳实施例的辅助定位图形的第一层光刻版结构示意图，图4是本发明的一个较佳实施例的辅助定位图形的第二层光刻版结构示意图；本发明的提高叠对测量精度的方法所采用的辅助定位图形可以为辅助定位图形为具有周期性排列的条状图形，第一层光刻版中的条状图形与第二层光刻版的条状图形相间分布。

请参阅图2，图2为本发明的一个较佳实施例的叠对测量精度的方法的 流程示意图，本发明的提高叠对测量精度的方法，包括：

步骤S01：在晶圆上设置辅助定位图形；

这里，晶圆可以是硅衬底，N或P型硅衬底等，在晶圆上设置辅助定位图形的目的是能够对测量图形精确定位，提高叠对测量精度；辅助定位图形到量测图形的距离不大于100um。

步骤S02：采用测量机台对晶圆进行粗对准；本实施例中，采用的测量机台可以但不限于是Yieldstar叠对测量机台。

步骤S03：对晶圆进行精对准；

步骤S04：寻找辅助定位图形；

本实施例中，利用测量机台找到辅助定位图形，为后续的定位量测图形做基准。

步骤S05：寻找量测图形进行测量；

本实施例中，利用找到的辅助定位图形作为基准，进一步找到量测图形，从而实现量测图形的精准定位和叠对测量的精度。

以下结合附图5-8对本发明的本实施例中的提高叠对测量精度的方法中的辅助定位图形的设置方法作进一步详细说明，请参阅5，图5是本发明的一个较佳实施例的辅助定位图形的设置方法的流程示意图，本实施例中的辅助定位图形的设置方法，包括：

步骤S11：请参阅图6，经光刻和刻蚀，在晶圆上形成没有偏移量的第一层图形；这里，可以利用图3中的第一层光刻版图形且可以但不限于采用等离子体干法刻蚀，在晶圆上刻蚀出第一层图形，第一层图形可以为具有周期性排布的条状图形，比如等间距排布的条状图形；第一层图形可以作为后续第二层图形的基准，所以第一层图形没有偏移量。

步骤S12：请参阅图7，通过特定制程固定第一层图形；本实施例中，可以但不限于采用第一层图形上覆盖一层介质层，然后，可以但不限于采用化学机械抛光法将介质层的顶部平坦化处理。

需要说明的是，对于本实施例中采用介质层固定第一层图形的方式，对介质层进行平坦化处理可以平坦化至介质层的顶部表面高于第一层图形的顶部表面，此时第一层图形和后续的第二层图形之间的距离大于零，比如为500nm。这是由于在第二层图形的光刻和刻蚀过程中，介质层的覆盖起到保 护第一层图形不受到刻蚀的作用，也即是起到刻蚀阻挡层的作用，所以该介质层的顶部应该大于第一层图形的顶部；该介质层的材料可以但不限于为氮化硅。

步骤S13：请参阅图8，经光刻和刻蚀，在第一层图形上部形成有固定偏移量的第二层图形。本实施例中，首先可以在上述的介质层上沉积一层光阻，该光阻的材料可以但不限于为树脂、感光剂和溶剂组成，由于在刻蚀第二层图形时，上述的用于固定第一层图形的介质层将暴漏于刻蚀环境中，比如等离子体中，所以，上述介质层与该光阻的刻蚀选择比应该相差较大，确保介质层不能够被刻蚀；然后利用图3中的第二层图形的光刻版图形且采用但不限于为等离子体刻蚀工艺在光阻中刻蚀出第二层图形，第二层图形可以为具有周期性排布的条状图形，比如等间距排布的条状图形；第二层图形相对于第一层图形具有一定的偏移量，在本发明的一个实施例中，第二层图形相对于第一层图形的偏移量为负值；在本发明的另一个实施例中，第二层图形相对于第一层图形的偏移量为正值；

图9是本发明的第二层图形相对于第一层图形的偏移情况示意图，如图9a、b和c所示，在本发明的一个实施例中，当第二层图形相对于第一层图形向左偏移时，叠对测量精度（OV）小于零，即第二层图形相对于第一层图形的偏移量为负值，如图9a所示；当第二层图形相对于第一层图形无偏移时，OV等于零，如图9b所示；在本发明的另一个实施例中，当第二层图形相对于第一层图形向右偏移时，OV大于零，即第二层图形相对于第一层图形的偏移量为正值，如图9c所示。需要说明的是，本发明的本实施例中，可以但不限于选择第二层图形相对于第一层图形的偏移量为正值，但这不用于限制本发明的范围。

图10是本发明的一个较佳实施例的叠对测量原理图，图10a’为叠对测量强度与偏移量之间的关系曲线图，横坐标表示偏移量（S），纵坐标表示强度值（I），曲线C1为负偏移的曲线，曲线C1上各点所对应的强度为I_-1，曲线C2为正偏移的曲线，曲线C2上各点所对应的强度I₊₁；图10b’为叠对测量的不对称强度（As）与偏移量（S）之间的关系曲线图，不对称强度（As）由I₊₁-I_-1得到，从而形成图10b’中的曲线。

需要说明的是，在图10b’的该曲线中，在原点附近的曲线上的X、Y 值呈现出正比例关系，且只有当X、Y呈正比例关系时，才能够对待量测的图形进行判断；因此，截取该曲线上X、Y呈正比例关系的部分，如图虚线圈中标出的部分，该部分的曲线上各点所对应的斜率为K，那么就有As=K×S，如果K值越大，在S变化很小的情况下，As值的变化较为明显，对应到本实施例的辅助定位图形中，则有As=K×Ov，如果K值较大，当Ov稍有一点变化时，不对称强度就会产生明显的变化，这时，测量机台可以很容易检测出辅助定位图形和量测图形之间的位置偏移，从而有利于进一步的准确的定位到量测图形。

K值受到第一层图形、第二层图形材质等因素的影响，通过增设辅助定位图形有利于提高K值，进一步地，如果量测图形的间距尺寸与辅助定位图形的间距尺寸具有一定的差异，比如当辅助定位图形的间距尺寸小于量测图形的间距尺寸时，则K值会较大，这样就便于定位到量测图形。所以，辅助定位图形的间距尺寸可以为量测图形的间距尺寸3/4-4/5，比如，辅助定位图形中包括第一层图形和第二层图形均可以为等间距分布的条状图形，且量测图形也可以为等间距分布的条状图形，辅助定位图形间距可以为量测图形间距的3/4，这样，可以提高K值，使叠对测量更加容易。本实施例中，辅助定位图形由第一层图形和第二层图形组成，辅助定位图形的占空比可以为50%，辅助定位图形到量测图形的距离不大于100um。

综上，本发明的提高叠对测量精度的方法，通过采用辅助定位图形，在采用测量机台对准后先寻找到辅助定位图形进行精确定位，然后再寻找量测图形进行测量，由于辅助定位图形可以提高测量时测量强度与量测图形偏移量之间的比值，那么在该偏移量变化较小的情况下，检测到的强度变化就较为显著，这样就能精确定位量测图形，可以避免现有叠对测量方法中量测图形的非精准对位问题，提高叠对测量的精确度，从而提高产品性能。

以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高叠对测量精度的方法，采用叠对测量机台对量测图形进行量测，其特征在于，包括：

步骤S01：在晶圆上设置辅助定位图形；所述辅助定位图形包括第一层图形和相对于所述第一层图形具有一定偏移量的第二层图形，辅助定位图形的间距尺寸小于量测图形的间距尺寸；

步骤S02：采用叠对测量机台对所述晶圆进行粗对准；

步骤S03：对所述晶圆进行精对准；

步骤S04：寻找辅助定位图形；其中，通过叠对测量机台对所述晶圆进行叠对测量强度的检测；辅助定位图形中，则有As＝K×Ov，K为斜率，Ov为叠对测量精度；由于辅助定位图形的间距尺寸小于量测图形的间距尺寸，能够提高斜率K值，从而提高辅助定位图形的叠对测量强度，这样便于定位到量测图形；

步骤S05：利用所述辅助定位图形作为基准，寻找量测图形进行测量。

2.根据权利要求1所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述辅助定位图形的设置方法包括：

步骤S11：经光刻和刻蚀，在所述晶圆上形成没有偏移量的第一层图形；

步骤S12：通过特定制程固定所述的第一层图形；

步骤S13：经光刻和刻蚀，在所述第一层图形上部形成有固定偏移量的第二层图形。

3.根据权利要求1或2所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述辅助定位图形到所述量测图形的距离不大于100um。

4.根据权利要求1所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述辅助定位图形为具有周期性排列的条状图形。

5.根据权利要求1、2或4所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述辅助定位图形的占空比为50％。

6.根据权利要求1、2或4所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述辅助定位图形包含所述的第一层图形和所述的第二层图形。

7.根据权利要求1、2或4所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述辅助定位图形的间距尺寸为所述量测图形的间距尺寸3/4-4/5。

8.根据权利要求2所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述第一层图形和所述第二层图形之间不接触。

9.根据权利要求2所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述的第二层图形相对于所述第一层图形的水平偏移量为正值。

10.根据权利要求2所述的提高叠对测量精度的方法，其特征在于，所述的第二层图形相对于所述第一层图形的水平偏移量为负值。