CN104635440A - 套刻对准标记及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种套刻对准标记及其测量方法，使得所述套刻对准标记包括设置于前层的前层标记和设置于当层的当层标记，所述前层标记包括第一标记及嵌套所述第一标记的第二标记，所述第一标记与第二标记同心，所述第二标记相对第一标记旋转一角度；所述当层标记包括围绕成一周的阻挡框，相邻阻挡框之间具有间隙，所述当层标记至少能够暴露出所述前层标记的一部分。在进行测量时，通过测量暴露出的前层标记中心的变化获得测量值x和y，然后结合所述角度相应的得到Y方向和X方向的偏移量，从而获得OVL值。因此，避免了由于厚度过厚等问题而导致的不能够测量的情况发生，避免了潜在的风险，降低了返工率，有效预防了报废情况的发生。

Description

套刻对准标记及其测量方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种套刻对准标记及其测量方法。
背景技术
集成电路的生产制造是将一系列的电路图采用适当的方法映射到多个材料层中，而每层之间是有着必然的物理关联。那么，每一层就必须达到和前层在一定范围内的对准，即层间套刻精度（inter-field overlay），同时，每层在曝光后具有多个曝光单元，每个曝光单元之间的关系，即曝光单元间的套刻精度（intra-field overlay）同样能够影响产品的质量。随着大规模集成电路工艺的发展，特征尺寸（CD）缩小到32nm节点以及更小时，套刻精度（overlay，OVL）逐渐成为限制工艺发展的瓶颈。
在传统的套刻精度测量过程中，是采用镜头拍摄当层与前层的套刻对准标记（overlay mark）。由于不同层之间有高低差，机台会找到两层套刻对准标记不同的最佳焦距（best focus），然后进行量测，最终计算出OVL值。
但是在目前使用的方法中，有几种情况OVL是无法量测的，例如：
1、两层之间的高低差很大，例如当高低差超过（对于不同的工艺或者设备，该数值可能不同）时，两层套刻对准标记的最佳焦距的差就会超过机台所允许的范围，从而无法量测。
2、当两层之间有不透光的材料时，无法拍摄清楚前层的MARK，从而无法量测。
对于这些情况，目前的处理方法是直接跳过测量，这样会产生各种问题：例如当怀疑OVL会有问题的时候，只能进行返工（rework）。或者，当某些无法预计的问题导致OVL有差时，而又无法第一时间发现，往往会到后面几层才会发现，这就会导致报废。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种套刻对准标记及其测量方法，以克服现有工艺的不足，拓宽能够进行套刻对准测量的范围。
为解决上述技术问题，本发明提供一种套刻对准标记，包括：
前层标记，设置于前层，所述前层标记包括第一标记及嵌套所述第一标记的第二标记，所述第一标记与第二标记同心，所述第二标记相对第一标记旋转一角度；
当层标记，设置于当层，所述当层标记包括围绕成一周的阻挡框，相邻阻挡框之间具有间隙，所述当层标记至少能够暴露出所述第一标记和第二标记的一部分。
可选的，对于所述的套刻对准标记，所述第一标记及第二标记为矩形，所述当层标记包括设置于矩形的四个角的折形阻挡框，相邻阻挡框之间具有间隙。
可选的，对于所述的套刻对准标记，所述第一标记为正方形，边长小于20μm，每个边的宽度小于1μm。
可选的，对于所述的套刻对准标记，所述第二标记为正方形，边长小于30μm，每个边的宽度小于1μm。
可选的，对于所述的套刻对准标记，所述当层标记围绕成正方形，边长小于40μm，所述缺口大于1μm。
可选的，对于所述的套刻对准标记，所述第二标记相对第一标记旋转的角度为5°-30°。
本发明提供一种利用如上所述的套刻对准标记进行测量的方法，包括：
测量所述第一标记的X方向和Y方向的中心，所述X方向和Y方向相互垂直；
测量由所述缺口暴露出的第二标记的X方向和Y方向的中心；
由第一标记和第二标记各自的X方向和Y方向的中心获得测量值x和y；
根据所述角度由测量值x和y算得实际OVL值。
可选的，对于所述的测量的方法，若测量值x和y为零，则表明精确对准。
可选的，对于所述的测量的方法，所述根据所述角度由测量值x和y算得实际OVL值包括：
由所述角度算得X方向和Y方向的比例关系；
根据所述比例关系，由所述测量值x算得在Y方向的偏移量；
根据所述比例关系，由所述测量值y算得在X方向的偏移量。
与现有技术相比，本发明提供的套刻对准标记及其测量方法中，使得所述套刻对准标记包括设置于前层的前层标记和设置于当层的当层标记，所述前层标记包括第一标记及嵌套所述第一标记的第二标记，所述第一标记与第二标记同心，所述第二标记相对第一标记旋转一角度；所述当层标记包括围绕成一周的阻挡框，相邻阻挡框之间具有间隙，所述当层标记至少能够暴露出所述前层标记的一部分。在进行测量时，通过测量暴露出的前层标记中心的变化获得测量值x和y，然后结合所述角度相应的得到Y方向和X方向的偏移量，从而获得OVL值。采用本发明的套刻对准标记及其测量方法，能够避免由于厚度过厚等问题而导致的不能够测量的情况发生，避免了潜在的风险，降低了返工率，有效预防了报废情况的发生。
附图说明
图1为本发明一实施例中套刻对准标记前层标记的结构示意图；
图2为本发明一实施例中套刻对准标记当层标记的结构示意图；
图3为本发明一实施例中前层和当层在精确对准时套刻对准标记的分布示意图；
图4-图5为本发明一实施例中前层和当层产生偏移时套刻对准标记的分布示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的套刻对准标记及其测量方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种套刻对准标记及其测量方法，包括：将常用的设置于前层和当层的标记整合在前层中，成为前层标记，并统一二者的位置关系，使之存在一定的夹角，之后在当层设置一当层标记，能够暴露出部分前层标记，则当前层和当层移位时，可以通过暴露出的前层标记的中心与正常状况下的中心的变动来判断出偏移状况，并结合夹角，能够确切得出OVL值。
本发明通过使得所述套刻对准标记包括设置于前层的前层标记和设置于当层的当层标记，所述当层标记至少能够暴露出所述前层标记的一部分。在进行测量时，通过测量值x和y可以相应的得到Y方向和X方向的偏移量，从而获得OVL值。采用本发明的套刻对准标记及其测量方法，能够避免由于厚度过厚等问题而导致的不能够测量的情况发生，避免了潜在的风险，降低了返工率，有效预防了报废情况的发生。
以下列举所述套刻对准标记及其测量方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
请结合图1和图2，具体说明本发明的套刻对准标记。其中，图1为本发明一实施例中套刻对准标记前层标记的结构示意图；图2为本发明一实施例中套刻对准标记当层标记的结构示意图。
图1示出的是前层标记1，设置于前层，所述前层标记1包括第一标记11及嵌套所述第一标记11的第二标记12，优选的，在本实施例中，所述第一标记11与第二标记12同心，所述第二标记12相对第一标记11旋转一角度α。较佳的，所述第一标记11和第二标记12为矩形，为了简便，本实施例中设置为正方形，所述第一标记11的边长L1通常可以是小于20μm，每个边的宽度小于1μm，所述第二标记12的小于30μm，每个边的宽度小于1μm。本实施例中，第一标记11的四条边分别平行于相垂直的X轴或Y轴，如图1所示，第二标记12在形状上可以是第一标记11放大后以中心为轴沿顺时针方向旋转角度α，所述角度α优选的是5°-30°，以便于后续的计算。
在其他的可选实施例中，所述第一标记11和第二标记12可以不限于同心，例如可以为图1中第一标记11沿某一方向平移，只是这一般情况下会显得复杂，而由于通常套刻对准标记设置于切割道上，受切割道尺寸限制，角度α过大势必会使得第一标记11和/或第二标记12缩小，这必然不利于测量。
请参考图2，示出了当层标记2，设置于当层，所述当层标记2包括围绕成一周的阻挡框21，相邻阻挡框21之间具有间隙22。较佳的，所述当层标记2包括设置于矩形的四个角的折形阻挡框21，相邻阻挡框21之间具有间隙22，在本实施例中，所述当层标记2围绕成正方形，边长L3小于40μm，所述缺口22大于1μm，每个边的宽度需要满足当前层和当层精确对准时，能够使得前层的第一标记暴露出来。所述当层标记和前层标记一样受到切割道的限制，因此，针对不同的工艺和产品，可以对边长L1、L2及L3进行适当的变动，例如大于本实施例中所描述的尺寸，也是可行的。
请参考图3，前层和当层在精确对准时套刻对准标记的分布示意图。在图中可看出，精确对准时，当层标记的阻挡框21覆盖部分第二标记12，在间隙22处暴露出部分第二标记12，而第一标记11完全暴露在阻挡框21中间的空白处，同时，前层标记和当层标记是同心的。
请参考图4和图5，对采用本发明中的套刻对准标记进行OVL测量的方法加以说明。如图4中，首先测量第一标记11的X方向和Y方向的中心，为点A，然后测量所述缺口22暴露出的第二标记12的X方向和Y方向的中心，在X方向的中心位于点A出，在Y方向的中心位于点B处；则由此可以测量值x和y，本实施例中，由于第一标记11和暴露出的第二标记12在X方向的中心相同，而在Y方向的中心不同，故x=0，y=Δy；之后，根据所述角度由测量值x和y算得实际OVL值，例如在本实施例中，α为7°，则对应的X方向与Y方向的比值为1:8，根据x=0，y=Δy，实际OVL值为Xshiift=8Δy，Yshift=0。如图5所示，在另一情况下，第一标记11和第二标记12在X方向的中心分别为点C和点D，而在Y方向的中心则都是点C，因此x=Δx，y=0，同样以α为7°为例，实际OVL值Xshiift=0，Yshift=8Δx。
图4和图5分别示出了前层和当层仅在一个反向发生偏移的情况，在实际生产中，很可能是在X方向和Y方向皆有偏移，业内人士应当能够在上述基础上知晓如何获得实际测量值。显然的，若测量值x和y为零，则表面前层和当层精确对准。另一方面，由于还可能存在前层和当层发生旋转（rotation）的情况，采用本发明的套刻对准标记依然能够获得旋转偏差，具体可以是连接暴露出的第二标记相对的两边的中点，然后结合第一标记相应的两边的中点连线，即可获得旋转偏差的角度值。这一过程简便易懂，因此不再详细举例说明。
本发明提供的套刻对准标记及其测量方法中，使得所述套刻对准标记包括设置于前层的前层标记和设置于当层的当层标记，所述前层标记包括第一标记及嵌套所述第一标记的第二标记，所述第一标记与第二标记同心，所述第二标记相对第一标记旋转一角度；所述当层标记包括围绕成一周的阻挡框，相邻阻挡框之间具有间隙，所述当层标记至少能够暴露出所述前层标记的一部分。在进行测量时，通过测量暴露出的前层标记中心的变化获得测量值x和y，然后结合所述角度相应的得到Y方向和X方向的偏移量，从而获得OVL值。采用本发明的套刻对准标记及其测量方法，能够避免由于厚度过厚等问题而导致的不能够测量的情况发生，避免了潜在的风险，降低了返工率，有效预防了报废情况的发生。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种套刻对准标记，包括：
前层标记，设置于前层，所述前层标记包括第一标记及嵌套所述第一标记的第二标记，所述第一标记与第二标记同心，所述第二标记相对第一标记旋转一角度；
当层标记，设置于当层，所述当层标记包括围绕成一周的阻挡框，相邻阻挡框之间具有间隙，所述当层标记至少能够暴露出所述第一标记和第二标记的一部分。
2.如权利要求1所述的套刻对准标记，其特征在于，所述第一标记及第二标记为矩形，所述当层标记包括设置于矩形的四个角的折形阻挡框，相邻阻挡框之间具有间隙。
3.如权利要求2所述的套刻对准标记，其特征在于，所述第一标记为正方形，边长小于20μm，每个边的宽度小于1μm。
4.如权利要求3所述的套刻对准标记，其特征在于，所述第二标记为正方形，边长小于30μm，每个边的宽度小于1μm。
5.如权利要求4所述的套刻对准标记，其特征在于，所述当层标记围绕成正方形，边长小于40μm，所述缺口大于1μm。
6.如权利要求1所述的套刻对准标记，其特征在于，所述第二标记相对第一标记旋转的角度为5°-30°。
7.利用如权利要求1-6中任意一项所述的套刻对准标记进行测量的方法，包括：
测量所述第一标记的X方向和Y方向的中心，所述X方向和Y方向相互垂直；
测量由所述缺口暴露出的第二标记的X方向和Y方向的中心；
由第一标记和第二标记各自的X方向和Y方向的中心获得测量值x和y；
根据所述角度由测量值x和y算得实际OVL值。
8.如权利要求7所述的测量的方法，其特征在于，若测量值x和y为零，则表明精确对准。
9.如权利要求7所述的测量的方法，其特征在于，所述根据所述角度由测量值x和y算得实际OVL值包括：
由所述角度算得X方向和Y方向的比例关系；
根据所述比例关系，由所述测量值x算得在Y方向的偏移量；
根据所述比例关系，由所述测量值y算得在X方向的偏移量。
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