CN108490746A - 一种光刻对准标记及其对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻对准标记，包括多个等间距平行设置的栅格条，所述多个栅格条的中心位置均垂直固定于一个长矩形条，用于光刻机对准的标记以及使用该标记的对准方法，以实现光刻机在套刻时不同结构之间的精准定位，利用这种对准标记可以在不同层图形之间产生设计者需要的偏移距离，可以利用少量的掩膜版图案在不同层图形之间根据需要产生不同偏移距离的一系列类似结构的电路。利用这种光刻对准标记产生的类似结构，可以用来研究结构在某个方向上结构变化对其电路性能的影响。

Description

一种光刻对准标记及其对准方法

技术领域

本发明涉及光刻机技术领域，尤其涉及光刻对准标记及其对准方法。

背景技术

自半导体制造开始以来，随着集成电路制造业的迅猛发展，线宽尺寸不断减小，器件的尺寸一直在缩小，这一切变化的关键是光刻技术对光刻工艺以及光刻系统相关的精度要求也越来越高，其中光刻对准技术作为光刻的三大核心技术之一。

光刻工序是半导体生产中形成掩膜的过程。光刻会涉及工件装载、工件待加工区域与掩膜版对准、工件曝光和工件卸载等基本步骤，尤其涉及到工件图案需要进行多层曝光的情况下，工件待加工区域与掩膜版的精确对准是确保在线宽不断缩小情况下工件被正确加工的前提，当图形被准确的投影到工件待加工区域或新一层图形准确的套准投影在先前已形成图形的工件待加工区域上时，对当前层的曝光，可以实现图形从掩膜版到基底的准确转移。

当光刻工序的完成需要多次曝光，为保证产品的性能，每一层的掩膜图形都需要准确重叠。其工作过程是：逐一曝光完介质基片上所有的图形，然后更换介质基片，直至曝光完所有的介质基片；当对介质基片进行工艺处理结束后，更换掩模版图形，接着在介质基片上曝光第二层图形，进行重复曝光，就必须要求第二层掩模曝光的图形和第一层掩模曝光准确的套叠在一起，这个过程称之为套刻。套刻时每层图形的曝光都需要一块掩模板，每一块掩模板在曝光前都需要与先前曝光的图形确立正确的相对位置关系。但实际上由于各种系统误差和偶然误差的存在，导致了两层图形的位置发生了设计者所不需要的偏离。

套刻精度是光刻机性能关键的指标。套准误差产生有很多种形式，包括平移、旋转、扩张等各种形式。不同的误差形式都会对曝光位置的偏移造成不同的影响。如果超过误差容忍度，则会产生各种问题，例如生产的电路可能会因为位移产生断路或短路，从而影响产品良率。

根据前面所述，套刻需要通过对准来实现，对准是指测定介质基片上参考层图形的位置并调整曝光系统，使当前曝光的图形与介质基片上的图形精确重叠的过程。对准操作是由光刻机中的对准系统来完成的，而套刻误差则是衡量对准好坏的参数，它直接定量描述当前层与参考层之间的位置偏差。

现有套刻检查的方法主要有两种：第一种方法是利用套刻测试设备测试特定标记来判断前后两个光刻层次重叠的好坏；第二种方法是人工在显微镜下读取相对位置来获得两个层次的套刻结果。其中，用于套刻测试设备测量的套刻标记，一般是由两个矩形或正方形图形组成，即在两个光刻层次分别放置一个矩形图形(通常为正方形)，两个正方形的中心重合，但大小不一样，因此小的正方形正好嵌套在大的正方形图形中。对准过程中观察掩模与介质基片上的对准标记，然后调节二者相对位置实现对准。通常这种类型的对准标记通常只能产生一种电路图案，但有些时候需要多种电路结构，这些电路在结构上类似，这些结构包括几个子结构，这些子结构之间相对位置依次变化。这种电路结构如果用前面的方法制备，曝光时就需要多个掩膜版图形来产生。本设计利用的对准标记可以产生多个这种情况的结构图案，而掩膜版图形只需要少量，大大提高了工作效率，节省了工作量。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种光刻对准标记以及使用该标记的对准方法，以实现光刻机在套刻时不同结构之间的精准定位。

一种光刻对准标记，包括多个等间距平行设置的栅格条，所述多个所述栅格条的中心位置均垂直固定于一个长矩形条。

优选地，所述栅格条的宽度和栅格条之间缝隙的宽度均相同。

优选地，所述栅格条的宽度为1-3μm，每个栅格条之间缝隙的宽度均为1-3μm。

优选地，所述栅格条的宽度为2μm，每个栅格条之间缝隙的宽度均为2μm。

优选地，多个所述栅格条的长度从左至右呈均匀递增变化。

优选地，所述栅格条的长度递增间隔与所述栅格条的宽度、栅格条之间缝隙的宽度均相同。

优选地，所述矩形长条的宽度与所述栅格条的宽度相同。

一种光刻对准标记的对准方法，包括以下具体描述：

1)光刻时，两层图形的中心在某个方向上有一定的偏移距离，通过两层图形上的对准标记之间位置关系来确定两层图形结构之间的偏移距离的精确值；

2)光刻时如果出现垂直方向上偏移误差时，两层对准标记上的水平方向上的长矩形条会产生不能重合的现象，调节介质基底的位置使得对准标记上的这个水平矩形条重合来避免这个偏移误差；当套刻时两层图形产生一定的角度旋转时，对准标记的栅格条也不能重合，通过这个水平矩形条重合来调整介质基底的位置，也可以两层图形结构得到精确对准；

3)综合利用不同方向上的栅格条进行两层图形的对准标记的调整，就可以确定两层图形的对准位置和中心偏移距离。

在本说明书的描述中，参考术语“一定的偏移距离”、“一定的角度”中的“一定”仅仅表示某种状态，并非必须达到的“偏移距离”或“角度”。

本发明还提供一种使用该对准标记的对准方法，包括以下步骤：

S1：在光刻机上曝光第一层图形时把图形四周的四个对准标记同时曝光到介质基片上，然后随着图形的金属层制备把第一层图形和其四周的对准标记同时制备到介质基片上。

S2：利用光刻机曝光第二层图形结构时，如果要使掩膜版上的图形和第一层图形之间对准，要求两层图形之间没有相对位置的偏移，即两层图形结构间的中心重合，通过两层结构四周的对准标记完全重合就可以使得两层结构中心完全对准。

S3：如果需要第二层图形的中心和第一层图形中心在某个方向上有一定的偏移距离，则两层图形的中心不重合，通过两层图形上的对准标记的栅格条之间位置关系来确定两层图形结构之间的偏移距离的精确值；当两层对准标记的栅格条或缝隙不是重合状态时，通过栅格条和缝隙的相对位置来进行两层图形的偏移距离的精确判断。

S4：垂直于标记中7个栅格条的矩形长标记条，在对准时可以避免产生不需要的相对位置的误差。当垂直方向上出现不需要的偏移误差时，两层对准标记上的矩形长标记条就会产生不能重合的现象，那么在对准时调节介质基底的位置使得两层图形上的对准标记上的这个矩形长标记条重合就能避免此方向上的误差。当两层图形产生不必要的角度旋转时，对准标记的矩形长标记条也不能重合。通过这个矩形长标记条辅助调整，保证两层图形的精确对准定位。

S5：综合利用不同方向上的栅格条进行两层图形的对准标记的调整，可以确定两层图形的对准位置和中心偏移距离。

本发明提出的一种光刻对准标记可用于不同层结构进行套刻时其中心位置在某个方向上产生特定偏移距离时的精确对准定位；光刻机对准中的“套刻”概念就是在一个介质基片上做多次曝光图形，每次曝光图形称为“一层”。

本发明中的有益效果：

本发明提出一种光刻对准标记以及使用该标记的对准方法，以实现光刻机在套刻时不同图形结构之间的精准定位以及相对偏移距离的确定。利用这种对准标记可以在不同层结构之间产生设计者需要的偏移距离，利用少量的掩膜版图案可以根据需要得到电路结构中不同子结构之间不同的偏移值，从而产生的一系列类似电路结构，可以用来研究电路结构某种变化对其性能的影响。

本发明利用对准标记可以产生多个结构图案，而掩膜版图形只需要少量，大大提高了工作效率。

附图说明

附图根据实施例1用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为掩膜版上图形四周对准标记示意图；

图2为实施例1中提出的光刻机对准标志示意图；

图3为本发明套刻标志在两层图案之间中心对准时的标记示意图；

图4为本发明套刻标志在两层图案之间水平方向平移4μm时的标记示意图；

图5为本发明套刻标志在两层图案之间水平方向平移8μm时的标记示意图；

图6为本发明套刻标志在两层图案之间水平方向平移10μm时的标记示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

光刻机对准标记如图2所示，对准标记含有7个等间距平行设置的栅格条，栅格条为矩形条状标志。7个栅格条的中心位置通过与其垂直的宽度为2μm的长矩形条连接在一起。每个栅格条宽度为2μm，栅格条间缝隙的宽度为2μm。这7个栅格条的长度从左到右呈均匀递增变化，从最短的4μm增加到最长的16μm，长度递增间隔为2μm。

实施例2

本发明提出的一种光刻机对准标记，对准标记含有8个等间距平行设置的栅格条，栅格条为矩形条状标志。8个栅格条的中心位置通过与其垂直的宽度为1μm的长矩形条连接在一起。每个栅格条宽度为1μm，栅格条间缝隙的宽度为1μm。这8个栅格条的长度从左到右呈均匀递增变化，从最短的2μm增加到最长的9μm，长度递增间隔为1μm。

实施例3

本发明提出的一种光刻机对准标记，对准标记含有6个等间距平行设置的栅格条，栅格条为矩形条状标志。6个栅格条的中心位置通过与其垂直的宽度为3μm的长矩形条连接在一起。每个栅格条宽度为3μm，栅格条间缝隙的宽度为3μm。这6个栅格条的长度从左到右呈均匀递增变化，从最短的6μm增加到最长的21μm，长度递增间隔为3μm。

实施例4

S1：在光刻图形掩膜版上每个图形结构四周做四个对准标记；四个对准标记与图形结构之间的相对位置要精确一致，确保在套刻时掩膜版上两层图形的对准标记的位置能够完全重合；这样才能保证不同层图形在套刻时中心位置重合时对准标记也能够精确重合。掩膜版上各个图形四周的对准标记如图1所示。

S2：在光刻机上曝光第一层图形时把图形四周的四个对准标记同时曝光到介质基片上，然后随着电路图形的金属层制备把第一层图形和其四周的对准标记同时制备。

S3：利用光刻机曝光第二层图形结构时，如果要使掩膜版上的图形和第一层图形之间对准，两层图形之间没有相对位置偏移，即两层图形结构中心重合，通过两层结构的对准标记完全重合就可以使得两层结构中心完全对准。在使用光刻机对准时，对准标记的金属颜色和光刻胶上对准标记的颜色是不同的，可以利用两种颜色的不同来区别两层对准标记，例如如果结构是用金制备的，则金对准标记显金黄色，而通常的光刻胶上的对准标记颜色较浅，具有半透明的特性，呈现出其它颜色，如浅蓝色等。这时两层对准标记完全重合的图像类似于图3所示。

S4：如果需要第二层图形的中心和第一层图形中心在某个方向上有一定的偏移，两层图形的中心就不再重合，通过两层图形上的对准标记的栅格条之间位置关系来确定两层图形之间的偏移距离的精确值；例如在图3中，两个对准标记完全重合，则可以确定两层图形的中心是完全对称的。在图4中，两个对准标记相对偏移了一个栅格条和一条缝隙的宽度。根据实施例1，对准标记中，栅格条和缝隙的宽度都为2μm，则可以确定两层图形之间的相对偏移距离为4μm。由于对准标记的栅格条的长度依次变化，从最短的4μm增加到最长的16μm，每次增加2μm，所以可以从两层对准标记栅格条在重合时的长度差判断两层图形中心之间的偏移值。例如图4中，两层对准标记中栅格条之间不重合的部分长度差为2μm，则可以判断出两层图形之间在水平方向上偏移了4μm。所以可以从两层对准标记中栅格条颜色差的长度与宽度的比较判断出两层图案相对偏移值的大小。再例如在图5中，金属对准标记和光刻胶对准标记的颜色差别区域的长度是缝隙的2倍，为4μm，所以就可以确定两层图形之间相对偏移距离值是8μm。当两层对准标记的栅格条或缝隙不是重合状态时，例如图6所示。这种情况下也可以通过两层对准标记中栅格条的相对位置来判断或确定两层图形的偏移距离。在如图6中，金属对准标记和光刻胶标记的缝隙对准，同样可以判断出两层图形在之间的相对偏移距离为10μm。

S5：在图1所示的对准标记中，与7个栅格条垂直的长矩形条也对两层结构图形的对准起一定的辅助作用。在套刻时，不仅会存在图形之间在某个方向上的偏移误差，也可能存在另外方向上不需要的偏差或两层图形在对准时产生一定的角度偏转，这些现象都为造成套刻时产生误差。在图1所示的对准标记中，垂直于标记中7个栅格条的矩形长标记条，在对准可以帮助避免产生这些不需要的误差。当出现其它方向上不需要的偏移时，两层对准标记上的矩形长标记条就会产生不能重合的现象，在对准时调节介质基底的位置使这个矩形长标记条重合就能避免这种误差。当两层图形之间产生了不需要的旋转角度时，对准标记的这个矩形长标记条也不能重合。通过这个矩形长标记条辅助作用，能够帮助两层图形的精确对准定位。

S6：综合利用不同方向上的栅格条进行两层图形的相对位置的调整，可以确定两层图形的对准位置和相对偏移距离。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光刻对准标记，其特征在于，包括多个等间距平行设置的栅格条，所述多个所述栅格条的中心位置均垂直固定于一个长矩形条。

2.根据权利要求1所述的一种光刻对准标记，其特征在于，所述栅格条的宽度和栅格条之间缝隙的宽度均相同。

3.根据权利要求2所述的一种光刻对准标记，其特征在于，所述栅格条的宽度为1-3μm，每个栅格条之间缝隙的宽度均为1-3μm。

4.根据权利要求3所述的一种光刻对准标记，其特征在于，所述栅格条的宽度为2μm，每个栅格条之间缝隙的宽度均为2μm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种光刻对准标记，其特征在于，多个所述栅格条的长度从左至右呈均匀递增变化。

6.根据权利要求5所述的一种光刻对准标记，其特征在于，所述栅格条的长度递增间隔与所述栅格条的宽度、栅格条之间缝隙的宽度均相同。

7.根据权利要求1所述的一种光刻对准标记，其特征在于，所述矩形长条的宽度与所述栅格条的宽度相同。

8.根据权利要求1所述的一种光刻对准标记的对准方法，其特征在于，方法包括以下：

1)光刻时，两层图形的中心在某个方向上有一定的偏移距离，通过两层图形上的对准标记之间位置关系来确定两层图形结构之间的偏移距离的精确值；

2)光刻时如果出现垂直方向上偏移误差时，两层对准标记上的水平方向上的长矩形条会产生不能重合的现象，调节介质基底的位置使得对准标记上的这个水平矩形条重合来避免这个偏移误差；当套刻时两层图形产生一定的角度旋转时，对准标记的栅格条也不能重合，通过这个长条的调整，也可以两层图形结构得到精确对准；

3)综合利用不同方向上的栅格条进行两层图形的对准标记的调整，就可以确定两层图形的对准位置和中心偏移距离。

9.根据权利要求8所述的一种光刻对准标记的对准方法，其特征在于，可用于不同层结构进行套刻时其中心位置在某个方向上产生特定偏移距离时的精确对准定位。