CN104635432B - 用于电子束曝光的待曝光衬底及对准标记定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电子束曝光的待曝光衬底及对准标记定位的方法，包括：在待曝光衬底上形成方位标记、引导标记和对准标记；引导标记邻近于待曝光衬底的边缘；记录引导标记和对准标记在待曝光衬底上的位置信息；将待曝光衬底平置于样品台上，基于方位标记调节待曝光衬底在样品台上的朝向或转动角度，使得引导标记邻近于样品台的预定位置；调节电子束曝光系统，使得预定位置出现在视场中，并继而使得引导标记出现在视场中；步骤S4：根据引导标记和对准标记的位置信息确定对准标记相对于引导标记的位置，调节电子束曝光系统使得对准标记出现在视场内。该方法在电子束曝光套刻时能够快速简便地实现了衬底的对准，使得寻标、定标直观化。

Description

用于电子束曝光的待曝光衬底及对准标记定位的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件微纳制造技术领域，尤其是涉及一种用于电子束曝光的待曝光衬底及对准标记定位的方法。

背景技术

在过去的几年中，微电子技术已发展到深亚微米阶段，并正在向纳米阶段推进。在此期间，与微电子领域相关的微/纳加工技术得到了飞速发展，如图形曝光(光刻)技术、材料刻蚀技术、薄膜生成技术、离子注入技术和粘结互连技术等。在这些加工技术中，图形曝光技术是微电子制造技术发展的主要推动者，正是由于曝光图形的分辨率和套刻精度的不断提高，促使集成电路集成度不断提高和制备成本持续降低。电子束光刻技术是推动微米电子学和微纳米加工发展的关键技术，尤其在纳米制造领域中起着不可替代的作用。

电子束曝光是利用电子束在涂有感光胶的晶片上直接描画或投影复印图形的技术，它的特点是分辨率高(极限分辨率可达到3～8nm)、图形产生与修改容易、制作周期短。电子束曝光以其分辨率高、性能稳定、功能强大、价格相对低廉而成为人们最为关注的下一代光刻技术之一。

电子束光刻中使用的曝光机一般有两种类型：直写式与投影式。直写式就是直接将会聚的电子束斑打在表面涂有光刻胶的衬底上，不需要光学光刻工艺中最昂贵和制备费时的掩模；投影式则是通过高精度的透镜系统将电子束通过掩模图形平行地缩小投影到表面涂有光刻胶的衬底上。直写式光刻技术是最通常也是最常用的技术，随着直写式电子束曝光机的小型化，它在科学研究中的作用也日益广泛。

电子束光刻系统以其精度高、不需要掩膜等优点在半导体器件的微纳制造过程中扮演着越来越重要的角色，它甚至可能成为下一代小于20nm工艺的备选光刻机。在半导体器件微纳制造中，一个器件的制作往往需要用到几次甚至十几次的电子束光刻，而影响电子束光刻工艺误差的因素除了电子束光刻机的分辨率和电子抗蚀剂的精度之外，还有器件制造过程中不同层光刻图形之间套刻对准的精度。

对准标记普遍应用于电子束套刻中，其一般是由含有直角结构的十字形、方形或L形等形状的凸起或凹槽构成。这些对准标记可以是电子束曝光系统自带，也可以是制备在样品衬底上。在现有技术中，根据电子束套刻的精度要求，通常采用多个对准标记。但是在SEM下，通常寻找对准标记需要耗费较长的时间，常常出现寻标困难的问题。并且如果多个相同的对准标记同时存在，不能较好地区分，容易混淆，会出现认标失误等情况，浪费了时机，耽误了工作进度。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种用于电子束曝光的待曝光衬底及对准标记定位的方法，采用该对准标记定位的方法能够简单寻标且认标准确、定位迅速，缩短了电子束套刻的时间，提高了工作效率。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于电子束曝光的对准标记定位的方法，用于将待曝光衬底上的用于与待曝光图案对准的对准标记定位到电子束曝光系统中的视场内，包括：步骤S1：在待曝光衬底上形成方位标记、引导标记和对准标记；引导标记邻近于待曝光衬底的边缘；并且，记录引导标记和对准标记在待曝光衬底上的位置信息；步骤S2：将待曝光衬底平置于电子束曝光系统的样品台上，基于方位标记调节待曝光衬底在样品台上的朝向或转动角度，并且使得待曝光衬底的引导标记邻近于样品台的预定位置；步骤S3：调节电子束曝光系统，使得样品台的预定位置出现在视场中，并继而使得引导标记出现在视场中；步骤S4：根据引导标记和对准标记的位置信息确定对准标记相对于引导标记的位置，调节电子束曝光系统使得对准标记出现在视场内。

进一步地，引导标记包括由多根横线和多根竖线交叉形成的网格，网格中的多个交叉点用作引导标记的对应的多个子引导标记；引导标记在待曝光衬底的位置信息包括各个子引导标记在待曝光衬底上的位置信息，并且，子引导标记的位置信息形成在待曝光衬底上并且邻近对应的子引导标记，由此各个子引导标记的位置信息被记录，并且各个子引导标记结合其位置信息能够被相互区分。

进一步地，在步骤S3中还包括：放大视场的倍数，定位引导标记中的任一横线或竖线，并沿横线或竖线移动视场，直至一个用作子引导标记的交叉点出现在视场内；其中，将视场内的子引导标记的位置信息作为步骤S4中的引导标记的位置信息。

进一步地，样品台的预定位置由样品台自身的一个预定固定部位来限定；可选地，预定固定部位为样品台上的用于保持待曝光衬底的卡槽或卡槽的边缘。

进一步地，方位标记包括两个相互垂直布置的长条形标记。

进一步地，每一长条形标记由沿其长度方向排列的一串十字形标记形成。

进一步地，两个长条形标记分别邻近待曝光衬底的边缘布置。

进一步地，方位标记的形状和尺寸设置成能够在目测的条件下调节待曝光衬底。

进一步地，对准标记包括多个按照预定方式布置的多个子对准标记；对准标记在待曝光衬底上的位置信息包括各个子对准标记在待曝光衬底上的位置信息，并且，子对准标记的位置信息形成在待曝光衬底上并且邻近对应的子对准标记，由此各个子对准标记的位置信息被记录，并且各个子对准标记结合其位置信息能够被相互区分。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于电子束曝光的待曝光衬底，其上形成有：用于将待曝光图案与待曝光衬底对准的对准标记，并具有相对于待曝光衬底的预定位置信息；引导标记，引导标记邻近于待曝光衬底的边缘布置，并具有相对于待曝光衬底的预定位置信息；和方位标记，用于调节待曝光衬底在样品台上的朝向或转动角度。

进一步地，引导标记包括由多根横线和多根竖线交叉形成的网格，网格中的多个交叉点用作引导标记的对应的多个子引导标记；引导标记在待曝光衬底的位置信息包括各个子引导标记在待曝光衬底上的位置信息，并且，子引导标记的位置信息形成在待曝光衬底上并且邻近对应的子引导标记，由此各个子引导标记的位置信息被记录，并且各个子引导标记结合其位置信息能够被相互区分。

进一步地，引导标记邻近于样品台的预定位置；该预定位置由样品台自身的一个预定固定部位来限定；预定固定部位为在样品台上的用于保持待曝光衬底的卡槽或卡槽的边缘。

进一步地，方位标记包括两个相互垂直布置的长条形标记。

进一步地，每一长条形标记由沿其长度方向排列的一串十字形标记形成。

进一步地，两个长条形标记分别邻近待曝光衬底的边缘布置。

进一步地，方位标记的形状和尺寸设置成能够在目测的条件下调节待曝光衬底。

进一步地，对准标记包括多个按照预定方式布置的多个子对准标记；该对准标记在待曝光衬底上的位置信息包括各个子对准标记在待曝光衬底上的位置信息，并且，子对准标记的位置信息形成在待曝光衬底上并且邻近对应的子对准标记，由此各个子对准标记的位置信息被记录，并且各个子对准标记结合其位置信息能够被相互区分。

应用本发明的技术方案，发明人创造性地在待曝光衬底上形成方位标记、引导标记和对准标记，采用方位标记用于调节待曝光衬底在样品台上的朝向或转动角度，可以快速实现目测的对准。引导标记邻近于待曝光衬底的边缘布置，并具有相对于待曝光衬底的预定位置信息，有利于加快了寻标的速度，并且引导标记的设置还避免了多余曝光。对准标记同样具有相对于待曝光衬底的预定位置信息，其用于将待曝光图案与待曝光衬底对准。本发明采用三级关联的标记来进行电子束曝光时的套刻，快速简便地实现了衬底的对准，使得寻标、定标直观化，保证了定标的成功。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1为根据本发明一种典型实施例的具有对准标记、引导标记和方位标记的待曝光衬底的结构示意图；

图2为图1中的水平位置放置的方位标记放大后的结构示意图；

图3为图1中竖直位置放置的方位标记放大后的结构示意图；

图4为图1中引导标记放大后的结构示意图；

图5为图1中对准标记放大后的结构示意图；以及

图6为图1中具有位置信息的对准标记放大后的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中电子束曝光套刻时寻标、定标困难且繁琐的问题，本发明提供了一种电子束曝光时对准标记定位的方法，用于将待曝光衬底10上的用于与待曝光图案对准的对准标记20定位到电子束曝光系统中的视场内。该方法具体包括以下步骤：

步骤S1：在待曝光衬底10上形成方位标记30、引导标记40和对准标记20。引导标记40邻近于待曝光衬底10的边缘。并且，记录引导标记40和对准标记20在待曝光衬底10上的位置信息。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，待曝光衬底10包括对准标记20、方位标记30和邻近于待曝光衬底10的边缘11设置的引导标记40。相比于通常形成在待曝光衬底10中心区域的待曝光图案，方位标记30优选也形成在待曝光衬底10的边缘区域。如方位标记30可以是由靠近待曝光衬底10的边缘且水平方向设置的一个长条形标记和竖直方向设置的一个长条形标记形成，且两个长条形标记相互垂直布置。具体地，如图2-3所示，每一长条形标记可以由沿其长度方向排列的一串十字形标记31形成。在实际应用中，还可以采用其他图形来构成，比如三角形、梯形、五角形、六角形和八角形等多边形，或者是其它半包围式或者非包围式图形，虽然图中未示出，在此不应过多限制本发明的保护范围。

方位标记30的形状和尺寸设置成能够在目测的条件下调节待曝光衬底10，使得待曝光图案能够在水平方向上和竖直方向上调到最佳，使得待曝光衬底与电子束视场方向大致一致，从而与托盘保持水平。如果待曝光图案在水平或者竖直方向上没有对准，则会发生偏移，一般将偏移量限定为在曝光长度为2mm的距离时低于5μm。一般的电子束曝光系统的图形发生器通常能最少校正1.5度的偏移量。

目测对准的关键在于在水平与竖直的移动中，方位标记30要出现在视场内。对于尺寸为200mm×200mm的视场，若使2μm宽的典型宽度可识别，需要将视场的倍数放大至10mm宽，也就是放大5000倍。此时，200mm×200mm的视场对应于40μm×40μm。为使不造成二次寻标，需要使在水平方向和竖直方向上的误差均小于20μm，假定误差为10μm，则对应20mm×20mm的图形区域，角度偏转为Arctan[10um/20mm]*180≈0.03°。对于人眼最敏感的绿光波长0.55μm，肉眼可见有明显差别应为波长的十倍左右约5μm。因此，适当选择方位标记30的尺寸，可以使肉眼能满足10μm的对准精度。为使对偏移量敏感，方位标记30的尺寸应该为10μm的数量级。根据以上计算，如图2-3中，方位标记30的十字型的线条可以设计成宽度为3μm，每条臂的长度为100μm，该尺寸是满足10μm的相对角度偏移量的目测对准的最佳设计。

在本发明的一个具体实施例中，如图4所示，引导标记40包括由多根横线和多根竖线交叉形成的网格。形成网格状的引导标记40是为了使其在待曝光衬底10上覆盖较大的区域而又不用占用大的曝光面积。网格中的多个交叉点用作引导标记40的对应的多个子引导标记41。引导标记40在待曝光衬底10上的位置信息包括各个子引导标记41在待曝光衬底10上的位置信息。并且，子引导标记41的位置信息形成在待曝光衬底10上并且邻近对应的子引导标记41，由此各个子引导标记41的位置信息被记录，并且各个子引导标记41结合其位置信息能够被相互区分。在本发明的一个优选实施例中，网格中线条的宽度为1μm，长度为1000μm。

关于引导标记40，实际上，由于横线和竖线的连续延伸，因此每一根横线和竖线也起到了引导寻找交叉点或者说寻找子引导标记41的作用。由于存在多个子引导标记41，则需要对它们进行区分，以便在视场中看到一个子引导标记41时，就能够知道该子引导标记41的位置信息，因此需要在子引导标记41处增加区分标识。也就是说可以在引导标记40上记录其在待曝光衬底10上的位置信息，即将子引导标记41的位置信息或者说其坐标作为区分标识形成在子引导标记41的附近。

在本发明的一个优选实施例中，可以通过在待曝光衬底10上形成引导标记40和对准标记20的同时同步形成各个子引导标记41的位置信息或者说坐标，一方面实现了在步骤S1中的记录位置信息，另一个方面可以通过坐标来区分不同的子引导标记41。在其它实施例中，如果引导标记40是单个标记，那么其位置信息可以形成在待曝光衬底10上，也可以记录在电子束曝光系统中，因为此时不需要对引导标记进行区分。

同样，在对准标记20上也记录有其在待曝光衬底10上的位置信息。对准标记20可以是包括多个按照预定方式布置的多个子对准标记21。具体地，如图5-6所示，对准标记20可以是由4个十字排成的四方或菱形结构。其中，十字的尺寸要求与方位标记中的十字的尺寸相同。当对准标记20的十字之间间距减小，则可以大大减少套刻时对准的时间并增加定标的成功率。优选两个相邻的十字间距为200μm。

如上所述，对准标记20在待曝光衬底10上的位置信息包括各个子对准标记21在待曝光衬底10上的位置信息。并且，子对准标记21的位置信息形成在待曝光衬底10上并且邻近对应的子对准标记21，由此各个子对准标记21的位置信息被记录，并且各个子对准标记21结合其位置信息能够被相互区分。图6中示出了方形的对准标记20的四个子对准标记21的坐标或者说位置信息。

在形成引导标记40和对准标记20的各个子标记的位置信息或者说坐标时，为了方便准确地寻标和定标，在本发明的一个实施例中，一般寻找待曝光衬底10的中心位置作为坐标原点O，并在引导标记40和对准标记20上形成相对于同一个待曝光衬底10的坐标原点O的坐标，即在各个子引导标记41和各个对准标记20上形成坐标或者说位置信息。

步骤S2：将待曝光衬底10平置于电子束曝光系统的样品台50上，基于方位标记30调节待曝光衬底10在样品台50上的朝向或转动角度，并且使得待曝光衬底10的引导标记40邻近于样品台50的预定位置51。

步骤S3：调节电子束曝光系统，使得样品台50的预定位置51出现在视场中，并继而使得引导标记40出现在视场中。在本发明的一个优选实施例中，也可以将初始视场定位在样品台50的预定位置51处。其中，样品台50的预定位置51由样品台50自身的一个预定固定部位来限定。如图1所示，预定固定部位可以是样品台50的用于保持待曝光衬底10的卡槽或卡槽的边缘。在本发明的其它实施例中，预定固定部位也可以是设置在样品台上的能够保持待曝光衬底固定的凸起或者凹槽结构。

由于待曝光衬底10的引导标记40邻近于样品台50的预定位置51设置，这样通过出现在视场中的预定位置51能够快速地寻找到引导标记40，并使其出现在视场中。根据预定位置51寻找引导标记40的具体操作过程为：将视场移动至引导标记40附近，然后放大视场的倍数，定位引导标记40中的任一横线或竖线，并沿横线或竖线移动视场，直至一个用作子引导标记41的交叉点出现在视场内。交叉点即为子引导标记41。由于子引导标记41中具有用以区分的位置信息或者说坐标，进而将视场内的子引导标记41的位置信息作为步骤S4中的引导标记40的位置信息。由于引导标记40和对准标记20中的位置信息是预知的，既可以形成在衬底上，这样通过视场就可以得到所寻找到的交叉点的位置信息。在本发明的其它实施例中，当前视场中的子引导标记41的位置信息也可以通过人工输入的方式获取。

步骤S4：由于引导标记40和对准标记20中的位置信息是预知的，当获得任意一个子引导标记41后，就可以根据引导标记40和对准标记20的位置信息确定对准标记20相对于引导标记40的位置，进而调节电子束曝光系统使得对准标记20出现在视场内。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (11)

1.一种用于电子束曝光的对准标记定位的方法，用于将待曝光衬底(10)上的用于与待曝光图案对准的对准标记(20)定位到电子束曝光系统中的视场内，包括：

步骤S1：在所述待曝光衬底(10)上形成方位标记(30)、引导标记(40)和对准标记(20)；所述引导标记(40)邻近于所述待曝光衬底(10)的边缘(11)；并且，记录所述引导标记(40)和所述对准标记(20)在所述待曝光衬底(10)上的位置信息；

步骤S2：将所述待曝光衬底(10)平置于所述电子束曝光系统的样品台(50)上，基于所述方位标记(30)调节所述待曝光衬底(10)在所述样品台(50)上的朝向或转动角度，并且使得所述待曝光衬底(10)的所述引导标记(40)邻近于所述样品台(50)的预定位置(51)；

步骤S3：调节所述电子束曝光系统，使得所述样品台(50)的所述预定位置(51)出现在所述视场中，并继而使得所述引导标记(40)出现在所述视场中；

步骤S4：根据所述引导标记(40)和所述对准标记(20)的位置信息确定所述对准标记(20)相对于所述引导标记(40)的位置，调节所述电子束曝光系统使得所述对准标记(20)出现在所述视场内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引导标记(40)包括由多根横线和多根竖线交叉形成的网格，所述网格中的多个交叉点用作所述引导标记(40)的对应的多个子引导标记(41)；

所述引导标记(40)在所述待曝光衬底(10)的位置信息包括各个所述子引导标记(41)在所述待曝光衬底(10)上的位置信息，并且，所述子引导标记(41)的位置信息形成在所述待曝光衬底(10)上并且邻近对应的所述子引导标记(41)，由此各个所述子引导标记(41)的位置信息被记录，并且各个所述子引导标记(41)结合其位置信息能够被相互区分。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中还包括：

放大所述视场的倍数，定位所述引导标记(40)中的任一所述横线或所述竖线，并沿所述横线或所述竖线移动所述视场，直至一个用作所述子引导标记(41)的所述交叉点出现在所述视场内；

其中，将所述视场内的所述子引导标记(41)的位置信息作为所述步骤S4中的所述引导标记(40)的位置信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述样品台(50)的所述预定位置(51)由所述样品台(50)自身的一个预定固定部位来限定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方位标记(30)包括两个相互垂直布置的长条形标记。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，每一所述长条形标记由沿其长度方向排列的一串十字形标记(31)形成。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，两个所述长条形标记分别邻近所述待曝光衬底(10)的边缘布置。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方位标记(30)的形状和尺寸设置成能够在目测的条件下调节所述待曝光衬底(10)。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述对准标记(20)包括多个按照预定方式布置的多个子对准标记(21)；

所述对准标记(20)在所述待曝光衬底(10)上的位置信息包括各个所述子对准标记(21)在所述待曝光衬底(10)上的位置信息，并且，所述子对准标记(21)的位置信息形成在所述待曝光衬底(10)上并且邻近对应的所述子对准标记(21)，由此各个所述子对准标记(21)的位置信息被记录，并且各个所述子对准标记(21)结合其位置信息能够被相互区分。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定固定部位为所述样品台(50)的用于保持所述待曝光衬底(10)的卡槽或所述卡槽的边缘。

11.一种用于电子束曝光的待曝光衬底，其上形成有：

用于将待曝光图案与所述待曝光衬底(10)对准的对准标记(20)，并具有相对于所述待曝光衬底(10)的预定位置信息；

引导标记(40)，所述引导标记(40)邻近于所述待曝光衬底(10)的边缘(11)布置，并具有相对于所述待曝光衬底(10)的预定位置信息；和

方位标记(30)，用于调节所述待曝光衬底(10)在样品台(50)上的朝向或转动角度。