CN104460243B - 双重图形光刻对准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双重图形光刻对准方法，通过在第二硬掩模层形成多个浅槽，并在第二硬掩模层和第一硬掩模层形成多个深槽，由此形成浅槽和深槽间隔而设的深度不同的对准标记，以增强对准标记的信号强度，易于被采集到。本发明较佳地通过调整两个硬掩模层的厚度，控制浅槽和深槽的深度，以使得浅槽和深槽在深度‑信号强度正弦波一个周期波峰的两侧，并使其信号强度相同，以进一步增强信号强度，更易于被采集到。本发明尤其适用于硬掩模厚度较小、对准标记深度有限的双重图形工艺情况。

Description

双重图形光刻对准方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路的制造技术领域，尤其涉及一种双重图形光刻对准方法。
背景技术
目前光学光刻技术已达到22nm～14nm工艺节点，这对光刻精度提出了更高的要求，而作为投影光刻机核心部件之一的硅片及掩模对准系统，其对准精度是影响光刻精度的关键因素，而对准速度、效率以及对准技术的灵活性亦将直接影响光刻机的另一关键指标，产率。
所谓对准，是指建立掩模与硅片之间精确的相对位置关系。对准技术，一般包括照明系统、成像系统、标记、信号探测和处理等四个部分。通过已公开的相关专利及科技文献可知，光刻对准技术已从早期的明、暗场对准(GCA)发展到最新的同轴、离轴搭配，粗、精对准混合的高精度光栅衍射对准技术。如ASML公司采用TIS对准(同轴对准)+ATHENA对准(离轴)间接实现掩模与硅片的对准，而Nikon公司则根据工艺侧重点的不同，开发出FIA、LSA以及LIA等混合型光栅对准技术。这类对准技术的共性在于均采用位相光栅标记以取代早期的光度式对准标记以提高信噪比，并根据需要优化选择明场、暗场或相衬技术以提高对准技术的工艺适应性。
其中，ASML光刻机套准工艺所采用的是形成在衬底上的硅台阶光刻对准标记(SPM，Scribeline Primary Marks)。在进行光刻套准时，采用中心频率为633nm的红色光或532nm的绿色光，根据硅台阶的光程差来捕捉光刻对准标记，从而实现对准。
然而，此方法在应对双重甚至多重图形硬掩模的情况下，尤其是硬掩模厚度较小时，会产生瓶颈。由于刻蚀后形成的光刻对准标记台阶段差较小，降低了光刻对准信号的采样收集强度，从而带来两次光刻的对准不良。
图1和图2是现有技术中光刻对准标记的示意图，硅片衬底自下而上包括第一硬掩模、第二硬掩模、抗反射层和光刻胶，现有方法是通过图形化光刻胶直接刻蚀第一硬掩模和第二硬掩模，形成对准标记，由于每个对准标记深度相同，且当两层硬掩模厚度较小时，对准标记的深度对对准信号的强度较弱。对准标记的深度与对准信号的强弱有一定的正弦波关系，如图3所示，现有方法会使得设备难以采集到对准信号，影响光刻对准。
发明内容
本发明的目的在于弥补上述现有技术的不足，提供一种双重图形光刻对准方法，以解决双重图形光刻中对准标记信号较弱、难以被采集到的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种双重图形光刻对准方法，其包括以下步骤：
步骤S01，提供硅片衬底，其自下而上依次具有第一硬掩模层和第二硬掩模层；
步骤S02，第一次光刻刻蚀所述第二硬掩模层，使所述第二硬掩模层具有多个浅槽；
步骤S03，第二次光刻刻蚀相邻浅槽中间的第二硬掩模层以及第一硬掩模层，形成多个深槽，所述浅槽与深槽间隔而设，形成对准标记；
步骤S04，对所述浅槽和深槽形成的对准标记进行对准信号采集。
进一步地，所述浅槽的深度与深槽的深度在光刻对准时产生的信号强度分别位于深度-信号强度关系图中一个正弦波周期中波峰的两侧。
进一步地，所述浅槽的深度与深槽的深度为深度-信号强度关系图中一个正弦波周期波峰两侧的相同信号强度所对应的深度位置。
进一步地，第一次光刻刻蚀中刻蚀停止于所述第一硬掩模层的顶面。
进一步地，第二次光刻刻蚀中刻蚀停止于所述衬底的顶面。
进一步地，第一次光刻刻蚀包括先涂布抗反射层和光刻胶。
进一步地，第二次光刻刻蚀包括先涂布抗反射层和光刻胶，所述抗反射层填充所述浅槽。
本发明提供的双重图形光刻对准方法，通过在第二硬掩模层形成多个浅槽，并在第二硬掩模层和第一硬掩模层形成多个深槽，由此形成浅槽和深槽间隔而设的深度不同的对准标记，以增强对准标记的信号强度，易于被采集到。本发明较佳地通过调整两个硬掩模层的厚度，控制浅槽和深槽的深度，以使得浅槽和深槽在深度-信号强度正弦波一个周期波峰的两侧，并使其信号强度相同，以进一步增强信号强度，更易于被采集到。本发明尤其适用于硬掩模厚度较小、对准标记深度有限的双重图形工艺情况。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1和图2是现有技术中光刻对准标记的形成示意图；
图3是对准标记的深度与对准信号的强弱有一定的正弦波关系示意图；
图4至图7是本发明光刻对准方法的各步骤示意图；
图8是本发明一实施例的对准标记的深度与对准信号的强弱有一定的正弦波关系示意图。
具体实施方式
请同时参阅图4至图7，本实施例的双重图形光刻对准方法包括以下步骤：
步骤S01，提供硅片衬底11，其自下而上依次具有第一硬掩模层12和第二硬掩模层13，如图4所示。
具体地，本步骤可采用本领域常规手段、材质形成各层次。为了便于后续光刻刻蚀，本步骤还包括涂布第一抗反射层14和第一光刻胶15。
步骤S02，第一次光刻刻蚀第二硬掩模层13，使第二硬掩模层13具有多个浅槽2，如图5所示。
具体地，本步骤可采用本领域常规手段进行光刻和刻蚀等工艺。本步骤可通过先图形化光刻胶，再将图形转移到第二硬掩模层上，随后去除残留抗反射层和光刻胶。较佳地，本步骤的刻蚀停止于第一硬掩模层12的顶面。
步骤S03，第二次光刻刻蚀相邻浅槽2中间的第二硬掩模层13以及第一硬掩模层12，形成多个深槽3，浅槽2与深槽3间隔而设，形成对准标记，如图7所示。
具体地，本步骤可采用本领域常规手段进行光刻和刻蚀等工艺。本步骤可先在步骤S02形成的浅槽上涂布第二抗反射层16和第二光刻胶17，第二抗反射层16填充浅槽2内。本步骤可通过图形化第二光刻胶，再将图形转移到第二硬掩模层和第一硬掩模层上，随后去除残留抗反射层和光刻胶，如图6所示。其中，为了形成浅槽和深槽间隔而设的对准标记，第二光刻胶图形化后露出两个相邻浅槽2中间的第二硬掩模层13中间位置。较佳地，本步骤的刻蚀停止于衬底11的顶面。
步骤S04，对浅槽2和深槽3形成的对准标记进行对准信号采集。
其中，为了进一步增强对准标记的信号，以更便于采集，浅槽的深度与深槽的深度在光刻对准时产生的信号强度分别位于深度-信号强度关系图中一个正弦波周期中波峰的两侧，以同时获得浅槽与深槽的最大对准信号强度。更佳地，浅槽的深度与深槽的深度为深度-信号强度关系图中一个正弦波周期波峰两侧的相同信号强度所对应的深度位置，如图8所示，左圈代表浅槽(80nm左右深度)，右圈代表深槽(160nm左右深度)。
综上，本发明提供的双重图形光刻对准方法，通过在第二硬掩模层形成多个浅槽，并在第二硬掩模层和第一硬掩模层形成多个深槽，由此形成浅槽和深槽间隔而设的深度不同的对准标记，以增强对准标记的信号强度，易于被采集到。较佳地通过调整两个硬掩模层的厚度，控制浅槽和深槽的深度，以使得浅槽和深槽在深度-信号强度正弦波一个周期波峰的两侧，并使其信号强度相同，以进一步增强信号强度，更易于被采集到。本发明尤其适用于硬掩模厚度较小、对准标记深度有限的情况。

Claims (7)

1.一种双重图形光刻对准方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S01，提供硅片衬底，其自下而上依次具有第一硬掩模层和第二硬掩模层；
步骤S02，第一次光刻刻蚀所述第二硬掩模层，使所述第二硬掩模层具有多个浅槽；
步骤S03，第二次光刻刻蚀相邻浅槽中间的第二硬掩模层以及第一硬掩模层，形成多个深槽，所述浅槽与深槽间隔而设，形成对准标记；
步骤S04，对所述浅槽和深槽形成的对准标记进行对准信号采集。
2.根据权利要求1所述的双重图形光刻对准方法，其特征在于：所述浅槽的深度与深槽的深度在光刻对准时产生的信号强度分别位于深度-信号强度关系图中一个正弦波周期中波峰的两侧。
3.根据权利要求2所述的双重图形光刻对准方法，其特征在于：所述浅槽的深度与深槽的深度为深度-信号强度关系图中一个正弦波周期波峰两侧的相同信号强度所对应的深度位置。
4.根据权利要求1所述的双重图形光刻对准方法，其特征在于：第一次光刻刻蚀中刻蚀停止于所述第一硬掩模层的顶面。
5.根据权利要求1所述的双重图形光刻对准方法，其特征在于：第二次光刻刻蚀中刻蚀停止于所述衬底的顶面。
6.根据权利要求1所述的双重图形光刻对准方法，其特征在于：第一次光刻刻蚀包括先涂布抗反射层和光刻胶。
7.根据权利要求1所述的双重图形光刻对准方法，其特征在于：第二次光刻刻蚀包括先涂布抗反射层和光刻胶，所述抗反射层填充所述浅槽。
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