CN111324004A - 掩模及套刻误差测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种掩模，包括本体及位于所述本体上的至少一个图案部，所述本体上还设有套刻标记，所述套刻标记位于所述图案部的周围，所述套刻标记包括多个套刻子标记，所述多个套刻子标记包括多个衍射套刻子标记及多个图像套刻子标记。本发明提供的掩模既具有多个衍射套刻子标记又具有多个图像套刻子标记，可以对应不同的后续制程处理后的晶圆选择不同的套刻子标记测量，提高测量的准确度。本发明还提供一种套刻误差测量方法。

Description

掩模及套刻误差测量方法
技术领域
本发明涉及半导体加工领域，具体涉及一种掩模及套刻误差测量方法。
背景技术
在半导体器件加工过程中，曝光显影后存留在当前层的图形必须与晶圆上已有参考层的图形对准，才能保证器件各部分之间的连接正确。也就是说，当前层掩模曝光显影后的图形必须和参考层掩模曝光显影后的图形准确地套叠在一起，故称之为套刻。晶圆上当前层图形与参考层图形之间的相对位置即为套刻误差(overlay)。具体地，套刻误差描述了当前的图形相对于参考图形沿晶圆表面的X方向和Y方向的偏差以及这种偏差在晶圆表面的分布。套刻误差是检验光刻工艺好坏的一个关键指标。
套刻误差的确定是通过测量晶圆上的套刻标记来实现的。目前的套刻标记分为两种，一种是基于图像识别技术的标记(Image based overlay mark，IBO mark)，另一种是基于光学衍射的标记(Diffraction based overlay mark,DBO mark)。IBO为通过在光学显微镜下对比当前层与参考层的图形位置的偏差来确定套刻误差，而DBO为测量时获取两个分别位于当前层与参考层的周期性结构即DBO mark的衍射条纹信息确定套刻误差。一般来说，DBO测量的结果相比于IBO测量的结果重复性较好，而IBO相对于DBO在晶圆经过某些特定的工艺处理后更易测量。因此，如何使套刻误差的测量结果更准确为本领域关心的一个课题。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种解决上述问题的掩模及套刻误差测量方法。
一种掩模，包括本体及位于所述本体上的至少一个图案部，所述本体上还设有套刻标记，所述套刻标记位于所述图案部的周围，所述套刻标记包括多个套刻子标记，所述多个套刻子标记包括多个衍射套刻子标记及多个图像套刻子标记。
一种套刻误差测量方法，所述方法包括：
图案化步骤：利用所述的掩模在晶圆上形成图案及所述套刻标记；
测量步骤：测量所述套刻标记中的所述衍射套刻标记及所述图像套刻标记获得套刻误差；
修正步骤：分析两组所述套刻误差的噪声，并修正所述套刻误差的结果。
本发明提供的掩模既具有多个衍射套刻子标记又具有多个图像套刻子标记，可以对应不同的后续制程处理后的晶圆选择不同的套刻子标记测量，提高测量的准确度；比较两组所述套刻误差的结果，得出较优的套刻标记，并优化后续测量的步骤(即为每一次测量选择较优的所述套刻标记)，从而提高了测量的精确度与效率。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的掩模的示意图。
图2是图1所示的掩模的一实施例的图像套刻子标记的示意图。
图3是图1所示的掩模的另一实施例的图像套刻子标记的示意图。
图4是图1所示的掩模的又一实施例的图像套刻子标记的示意图。
图5是图1所示的掩模的一实施例的衍射套刻子标记的示意图。
图6是测量图5所示的衍射套刻子标记的的测量设备示意图。
图7是图1所示的掩模的套刻标记的一实施例的排列示意图。
图8是图1所示的掩模的套刻标记的另一实施例的排列示意图。
图9是本发明一实施例提供的套刻误差测量方法的流程图。
图10是利用掩模在晶圆上形成图案的光刻设备的示意图。
主要元件符号说明
掩模 100
本体 101
套刻标记 102
衍射套刻子标记 1021
图像套刻子标记 1022
图案部 103
测量设备 200
光源 210
探测器 220
透射反射模块 230
光刻设备 300
照明模块 310
掩模台 320
投影模块 330
晶圆台 340
晶圆 400
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件或组件被认为是“连接”另一个元件或组件，它可以是直接连接到另一个元件或组件或者可能同时存在居中设置的元件或组件。当一个元件或组件被认为是“设置在”另一个元件或组件，它可以是直接设置在另一个元件或组件上或者可能同时存在居中设置的元件或组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本发明的实施例提供一种掩模100，用于转移图案至晶圆400上。所述掩模100包括本体101、套刻标记102及图案部103。所述套刻标记102及所述图案部103分别位于所述本体101上。所述套刻标记102位于所述图案部103的周围。分布于所述本体101上的全部所述图案部103组合成待转移至晶圆400上的图案。
在一些实施例中，所述本体101可以由石英或钠钙玻璃制成。在一些实施例中，所述图案部103及所述套刻标记102可以由金属形成，优选为铬。
所述套刻标记102包括多个衍射套刻子标记1021及多个图像套刻子标记1022。
在一些实施例中，如图2所示，将要转印到所述晶圆400上的第一层的图像套刻子标记1022a为四个呈菱形或方形分布的十字，可以确定唯一的中心O；将要转印到所述晶圆400上的第二层的图像套刻子标记1022b为四个呈菱形或方形分布的十字，可以确定唯一的中心O。所述图像套刻子标记1022a与所述图像套刻子标记1022b叠加后的位置互不干涉，且所述图像套刻子标记1022a确定的中心O与所述图像套刻子标记1022b确定的中心O在理想的情况(即第一层与第二层完全对准)下是重叠的，因此对比不同层的中心的偏差，即为套刻误差。可以理解，在其他实施例中，不对十字的数量作限制，只要多组十字均在理想的情况下确定的是同一个中心。
在一些实施例中，如图3所示，所述图像套刻子标记1022为盒中盒结构。具体地，将要转印到所述晶圆400上的第一层的图像套刻子标记1022a为一个方形，将要转印到所述晶圆400上的第二层的图像套刻子标记1022b同样为一个方形，但比图像套刻子标记1022a的方形大。所述图像套刻子标记1022a与所述图像套刻子标记1022b叠加后两个方形的中心在理想的情况(即第一层与第二层完全对准)下是重叠的，且对应的边相互平行，因此，测量两个方形的两条对应的边的实际距离，并与理想距离对比即可得到套刻误差。
在一些实施例中，如图4所示，将要转印到所述晶圆400上的第一层的图像套刻子标记1022a为四个平行线条组，第一平行线条组与第二平行线条组相垂直且组成一L形，第三平行线条组与第四平行线条组相垂直且组成一L形，两个L形呈中心对称。将要转印到所述晶圆400上的第二层的图像套刻子标记1022b同样为四个平行线条组，且形状相同。所述图像套刻子标记1022a与所述图像套刻子标记1022b叠加后的位置互不干涉，且所述图像套刻子标记1022b在理想的情况(即第一层与第二层完全对准)以中心逆时针旋转90度或顺时针旋转90度均与所述图像套刻子标记1022a重合。因此，测量中心的偏差及可得所述套刻误差。可以理解，在其他实施例中，不对线条组的具体形状作限制，只要多组周期性排列的图形在理想的情况下确定的是同一个中心。
所述图像套刻子标记的测量是通过在光学显微镜下对比图形位置的偏差来实现的。
在一些实施例中，如图5所示，所述衍射套刻子标记1021包括四个线条组1021a、1021b、1021c及1021d。每个线条组由多个平行且间隔设置的线条组成。每个线条组的线条长度和宽度相等。所述线条组1021a的线条与所述线条组1021c的线条相平行，所述线条组1021b的线条与所述线条组1021d的线条相平行。所述线条组1021a的线条与所述线条组1021b的线条相垂直。四个线条组1021a、1021b、1021c及1021d整体排列成一方形，所述线条组1021a与所述线条组1021c在所述方形的一对角线上分布，所述线条组1021b与所述线条组1021d在所述方形的另一对角线上分布。所述衍射套刻子标记1021形成在所述晶圆400的每一层的位置、形状及大小都一致，从而当所述晶圆400上的两层的图形完全对准时，在光照下的衍射条纹就是对称的。通过测量衍射图形的对称性就可获得所述套刻误差。在其他实施例中，可以理解，除了具有两个相垂直的方向排布不对所述线条组的具体排列作其他限制。
具体地，可通过如图6所示的测量设备200测量所述晶圆400上的所述衍射套刻子标记。所述测量设备200包括光源210、探测器220、透射反射模块230及处理器(图未示)。所述光源210发射光线，并通过所述透射反射模块230向所述衍射套刻子标记投射，所述光线在所述衍射套刻子标记处发生衍射，所述探测器220探测所述衍射套刻子标记处发生的所述衍射信息，所述处理器根据所述衍射信息分析获得所述套刻误差。如果两层所述衍射套刻子标记完全对准，则衍射束的强度是对称的；如果两层所述衍射套刻子标记的位置有偏差，则衍射束的强度是不对称的，且偏差的方向不同对应的衍射束的强度减弱的方向不同。
在一些实施例中，所述多个衍射套刻子标记1021的排列为左右对称且上下对称，则所述排列具有唯一的对称中心。所述多个图像套刻子标记1022的排列为左右对称且上下对称，则所述排列具有同一个对称中心。所述套刻标记102的排列为左右对称且上下对称，则所述排列具有唯一的对称中心。具体地，在图7所示的排列中，所述衍射套刻子标记1021的数量为八个，其中六个呈矩阵排列，剩下两个分别位于每四个的中心。所述图像套刻子标记1022的数量为九个，其中七个设于所述矩阵的两个方向上的每两个衍射套刻子标记1021之间，剩下两个分别位于中间两个所述衍射套刻子标记1021的对应侧。图8所示的排列中，所述衍射套刻子标记1021的数量为十二个，所述图像套刻子标记1022的数量为三个。三个所述图像套刻子标记1022成一直线排列，十二个所述衍射套刻子标记1021围绕三个所述图像套刻子标记1022排列，则十五个所述套刻标记以5×3的矩阵排列。可以理解，上述的排列仅是示范而非限制。
请参见图9，本发明的实施例还提供一种套刻误差测量方法。
所述方法包括以下步骤：
步骤S1：利用所述掩模100在晶圆400上形成图案及所述套刻标记102。
在本步骤中，可以由图10所示的光刻设备300实现将所述掩模100的图案和所述套刻标记转印到所述晶圆400上。所述光刻设备300包括照明模块310、掩模台320、投影模块330及晶圆台340。所述照明模块310用于提供光线。所述掩模台320用于定位所述掩模100。所述晶圆台340用于定位所述晶圆400。所述投影模块330将通过穿过所述掩模100的所述图案部103及所述套刻标记102的光线投射到所述晶圆400表面的光刻胶上，实现曝光，激发光刻胶的光化学反应。曝光后，对所述晶圆400进行烘烤，使光化学反应更充分。然后，将显影液喷到所述晶圆400的表面的光刻胶上，使得图案在所述晶圆400上显影，即完成将所述掩模100上的图案转印到所述晶圆400上。
步骤S2：测量所述套刻标记中的所述衍射套刻标记及所述图像套刻标记获得套刻误差。
在一些实施例中，还可以仅测量所述衍射套刻标记或仅测量所述图像套刻标记，同样可以获得所述套刻误差。可以理解，在转印图案之后，所述晶圆400还需经过一系列制程处理，例如金属薄膜沉积制程和化学机械抛光制程(Chemical Mechanical Polishing,CMP)。上述制程可能会对套刻误差产生一定的影响，例如经过所述化学机械抛光制程处理后套刻标记可能会受到损伤，从而导致测量误差。经实践发现，对于所述金属薄膜沉积制程处理后的所述晶圆400，使用图像套刻标记的结果精度更高；对于所述化学机械抛光制程处理后的所述晶圆400，使用衍射套刻标记的结果精度更高。因此，在本步骤中，可以根据所述晶圆400经受的不同制程处理选择测量所述衍射套刻标记还是测量所述图像套刻标记。测量的方式与设备已经在上个实施例说明衍射套刻标记与图形套刻标记时给出，在此不再赘述。
步骤S3：分析两组所述套刻误差的噪声(Noise)，并修正所述套刻误差的结果。
所述噪声指的是在测量过程中由于非系统缺陷造成的测量结果中具有的异常值或离群值，这是导致套刻误差测量结果的不准确性的一重要因素。所述非系统缺陷包括但不限于晶圆表面上的粉尘粒子、套刻标记不对称以及套刻标记的损坏。通过分析得到所述套刻误差的噪声，并过滤所述噪声后，使所述套刻误差的结果更准确(即更接近真实值)。进一步地，通过分析两种不同的套刻标记得到所述套刻误差的噪声并过滤所述噪声后，比较两组所述套刻误差的结果，得出较优的套刻标记，并优化后续测量的步骤(即为每一次测量选择较优的所述套刻标记)，从而提高了测量的精确度与效率。
在所述方法中，还可以包括反馈步骤：将修正后的所述套刻误差的结果反馈到所述光刻设备，为曝光制程提供进一步的修正，以提高对后续的所述晶圆400曝光的精度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种掩模，包括本体及位于所述本体上的至少一个图案部，其特征在于：所述本体上还设有套刻标记，所述套刻标记位于所述图案部的周围，所述套刻标记包括多个套刻子标记，所述多个套刻子标记包括多个衍射套刻子标记及多个图像套刻子标记。
2.如权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述多个套刻子标记的排列为左右对称且上下对称。
3.如权利要求2所述的掩模，其特征在于，所述多个衍射套刻子标记的排列为左右对称且上下对称，所述多个图像套刻子标记的排列为左右对称且上下对称。
4.如权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述图像套刻子标记包括多个同心的方形，且所述多个方形的对应的边相互平行。
5.如权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述图像套刻子标记包括多组确定同一个中心的十字形或多组确定同一个中心的周期性排列的图形。
6.如权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述衍射套刻子标记为沿两个相垂直的方向排布的平行线条组。
7.一种套刻误差测量方法，其特征在于，所述方法包括：
图案化步骤：利用如权利要求1-6任意一项所述的掩模在晶圆上形成图案及所述套刻标记；
测量步骤：测量所述套刻标记中的所述衍射套刻标记及所述图像套刻标记获得套刻误差；
修正步骤：分析两组所述套刻误差的噪声，并修正所述套刻误差的结果。
8.如权利要求7所述的套刻误差测量方法，其特征在于，根据所述晶圆经受的不同制程处理选择测量所述衍射套刻标记还是测量所述图像套刻标记。
9.如权利要求7所述的套刻误差测量方法，其特征在于，还包括：
比较两组所述套刻误差的结果，得出较优的所述套刻标记，为每一次所述测量步骤选择较优的所述套刻标记。
10.如权利要求7所述的套刻误差测量方法，其特征在于，将修正后的所述套刻误差的结果反馈至所述图案化步骤。
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