CN112015061A - 一种套刻精度量测标记及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种套刻精度量测标记及其使用方法，本发明针对光刻当层，利用DBO衍射量测的特征，同时CDSEM量测图形不参与衍射结果；在刻蚀后，利用CDSEM量测标记可以表征刻蚀后套刻精度的性能，弥补DBO量测标记在刻蚀后无法量测的缺点。本发明的套刻精度量测标记不仅可以满足光刻当层套刻精度的检查要求且可以得到刻蚀后相应的套刻精度的测试结果，可以精确表征图形当前层器件的最准精度和连通情况。节省了器件空间，而提供了不同工艺过程中套刻精度测试需求。

Description

一种套刻精度量测标记及其使用方法
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精度量测标记及其使用方法。
背景技术
半导体技术的发展往往局限于光刻技术的发展，特征尺寸的缩小对硅片套刻精度(OVL)提出了更加严格的要求。如果光刻层间套刻精度没有达到设计准则的要求，会导致前段器件功能和后段连线功能的失效，直接造成产品良率的损失。光刻工艺的套刻精度要求与半导体工艺的技术节点成正比，即更高的技术节点要求更精准的套刻精度。进入28纳米技术节点之后，光刻关键层如栅极层(Poly)和接触孔层(Contact)光刻套刻精度要求已经达到了6纳米，基本在挑战光刻机台和工艺能力的极限，同时也对套刻精度的量测提出了更高的要求。
传统的基于图像处理的套刻精度量测方法主要采用亮场下的标准光学显微镜系统，量测过程中使用白光光源并通过干涉仪做自动聚焦。IBO是由内、外两层结构组成，分别代表前层或当层。其图形特征是采用周期性线条(line)和空间(space)的光栅结构。通过获取图像并通过计算获得前层和当层的中心位置，得到相应的位移偏差，并分解到X和Y方向。相对于传统的IBO量测标记，DBO利用光学衍射原理得到图形的量测精度和准确度更好，可以更准确地表征产品当前层前后层套刻精度的性能。
由于刻蚀等工艺的影响，光刻当层和刻蚀后的套刻精度会存在一定的差异，而这个差异对实际产品的套刻精度的影响随着套刻精度的要求越来越高，也越来越大，因此进入到28nm及以下制程，不仅需要确认光刻当层量测到的套刻精度，而且需要知道刻蚀后前后层套刻精度的性能，使用刻蚀区域套刻精度的测量来反馈在当层曝光程式中，让实际的当前层(刻蚀后)套刻精度性能更好，更加对齐，但由于DBO量测标记对底层结构比较敏感，因此它只适用于光刻当层的量测，在刻蚀后取无法得到准确的量测结果。传统技术中单一地利用DBO量测标记无法得到刻蚀后套刻精度的性能，这个不利于更先进制程套刻精度的表征和优化。
传统的设计在于利用IBO(Image Based Overlay)套刻精度标记设计，可以用在光刻曝光和刻蚀后套刻精度的量测，但其量测精度以及准确度比DBO和CDSEM标记差，或者分别使用IBO和CDSEM套刻精度标记，但这样太占用layout空间，不利于器件成本的节约。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种套刻精度量测标记及量测方法，用于解决现有技术中套刻精度量测的准确度差以及量测标记占用空间大，增加生产成本的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种套刻精度量测标记，至少包括：
前层图形标记和当层图形标记；
所述前层图形标记和所述当层图形标记都包括中心图形和环绕在所述中心图形外围的外围图形；所述中心图形由多个光栅单元组成；每个所述光栅单元中包含数目相同的多个平行排布的线条结构，所述每个光栅单元中的线条结构相邻彼此之间间距相等；
所述前层、当层图形标记中的中心图形中的所述光栅单元数目相同且具有相同的排布；其中所述前层、当层图形标记中的中心图形呈重叠分布状且具有位移偏差；所述前层、当层图形标记中的中心图形基于光学衍射原理用于光刻当层套刻精度量测；
所述前层、当层图形标记中的外围图形基于CDSEM用于刻蚀后套刻精度量测。优选地，所述每个光栅单元中的线条结构的数目大于或等于六个。
优选地，所述前层、当层图形标记的中心图形中的光栅单元数目为四个。
优选地，所述中心图形中的四个光栅单元按照左上、右上、左下、右下位置分布。
优选地，所述中心图形中的四个光栅单元中，位于左上位置和位于右下位置的所述光栅单元中的所述线条结构呈竖直摆放；位于右上位置和左下位置的所述光栅单元中的所述线条结构呈水平摆放。
优选地，为环绕所述中心图形的四个条形结构。
优选地，环绕所述中心图形的四个条形结构尺寸相同，并且该四个条形结构分别水平摆放于位于所述中心图形的正上方、正下方，竖直摆放于所述中心图形的左侧和右侧。
优选地，所述前层、当层图形标记中的所述外围图形中，位于所述中心图形左侧和右侧竖直摆放的所述条形结构两端相互齐平；位于所述中心图形正上方和正下方的所述条形结构的两端相互齐平。
优选地，所述前层图形标记中的中心图形中的光栅单元，其线条结构的宽度为wa2；所述当层图形标记中的中心图形中的光栅单元，其线条结构的宽度为wa1；所述中心图形与所述外围图形之间的最小距离为wab，并且wab＞3*max(wa1,wa2)。
优选地，所述当层图形标记的所述外围图形中位于该当层图形标记的所述中心图形左侧、右侧及正上方、正下方的所述条形结构分别对应层叠于所述前层图形标记的所述外围图形中位于该前层图形标记的中心图形左侧、右侧、正上方、正下方的所述条形结构之上；并且所述前层图形标记的外围图形中的所述条形结构的宽度wb2大于所述当层图形标记的外围图形中的所述条形结构的宽度wb1，所述当层图形标记的所述外围图形中的条形结构分别到各自层叠的所述前层图形标记的所述外围图形中的条形结构左右的距离相等。
优选地，所述当层图形标记中的外围图形的条形结构的宽度wb1大于3*max(wa1,wa2)。
本发明还提供所述套刻精度量测标记的使用方法，至少包括以下步骤：
步骤一、根据产品设计要求，在产品上摆放所需尺寸的所述套刻精度量测标记；
步骤二、在光刻曝光后，基于光学衍射原理并利用所述前层、当层图形标记中的中心图形来确认光刻当层套刻精度的性能；
步骤三、刻蚀后，基于CDSEM并利用所述前层、当层图形标记中的外围图形进行套刻精度量测。
如上所述，本发明的套刻精度量测标记及其使用方法，具有以下有益效果：本发明针对光刻当层，利用DBO衍射量测的特征，同时CDSEM量测图形不参与衍射结果，相对于传统的IBO量测具有更高的精准度和准确度；在刻蚀后，利用CDSEM量测标记可以表征刻蚀后套刻精度的性能，弥补DBO量测标记在刻蚀后无法量测的缺点。本发明的套刻精度量测标记不仅可以满足光刻当层套刻精度的检查要求且可以得到刻蚀后相应的套刻精度的测试结果，确保器件前后场的良好对准和连通，节省了器件空间，而提供了不同工艺过程中套刻精度测试需求。
附图说明
图1显示为本发明当层图形标记示意图；
图2显示为本发明前层图形标记示意图；
图3显示为本发明中前层、当层图形标记叠放在一起的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种套刻精度量测标记，至少包括：前层图形标记和当层图形标记；所述前层图形标记和所述当层图形标记都包括中心图形和环绕在所述中心图形外围的外围图形；所述中心图形由多个光栅单元组成；每个所述光栅单元中包含数目相同的多个平行排布的线条结构，所述每个光栅单元中的线条结构相邻彼此之间间距相等；所述前层、当层图形标记中的中心图形中的所述光栅单元数目相同且具有相同的排布；其中所述前层、当层图形标记中的中心图形呈重叠分布状且具有位移偏差；所述前层、当层图形标记中的中心图形基于光学衍射原理用于光刻当层套刻精度量测；所述前层、当层图形标记中的外围图形基于CDSEM用于刻蚀后套刻精度量测。
本实施例中，所述套刻精度量测标记如图1至图3所示，其中图1显示为本发明当层图形标记示意图；图2显示为本发明前层图形标记示意图；图3显示为本发明中前层、当层图形标记叠放在一起的示意图。
本实施例中的所述套刻精度量测标记包括如图1所示的当层图形标记，所述当层图形标记包括中心图形a和环绕在所述中心图形a外围的外围图形b；其中，所述中心图形a，所述当层图形标记中的每个所述光栅单元中包含数目相同的多个平行排布的线条结构，所述每个光栅单元中的线条结构相邻彼此之间间距相等。本发明进一步地，所述当层图形标记中，所述每个光栅单元中的线条结构的数目大于或等于六个。本实施例的所述当层图形标记中，所述每个光栅单元中的线条结构的数目等于六个。再进一步地，如图1所述，所述当层图形标记的中心图形a中的光栅单元数目为四个(六个线条结构为构成一个所述光栅单元)。
如图1所示，对于所述当层图形标记，所述中心图形a中的四个光栅单元按照左上、右上、左下、右下位置分布，进一步地，如图1所示，所述中心图形a中的四个光栅单元中，位于左上位置和位于右下位置的所述光栅单元中的所述线条结构呈竖直摆放；位于右上位置和左下位置的所述光栅单元中的所述线条结构呈水平摆放。
对于所述当层图形标记中的所述外围图形，如图1所示，所述当层图形标记的外围图形为环绕所述中心图形的四个条形结构。进一步地，环绕所述中心图形的四个条形结构尺寸相同，并且该四个条形结构分别水平摆放于位于所述中心图形的正上方、正下方，竖直摆放于所述中心图形的左侧和右侧。
如图1所示，所述当层图形标记中的中心图形a中的光栅单元，其线条结构的宽度为wa1；所述当层图形标记中的外围图形b，其每个所述条形结构的宽度为wb1。
本实施例中的所述套刻精度量测标记还包括如图2所示的前层图形标记，所述前层图形标记包括中心图形a和环绕在所述中心图形a外围的外围图形b；其中，所述中心图形a由多个光栅单元组成，所述前层图形标记中的每个所述光栅单元中包含数目相同的多个平行排布的线条结构，所述每个光栅单元中的线条结构相邻彼此之间间距相等。本发明进一步地，所述前层图形标记中，所述每个光栅单元中的线条结构的数目大于或等于六个。本实施例的所述前层图形标记中，所述每个光栅单元中的线条结构的数目等于六个。再进一步地，如图2所述，所述前层图形标记的中心图形a中的光栅单元数目为四个(六个线条结构为构成一个所述光栅单元)。
如图2所示，对于所述前层图形标记，所述中心图形a中的四个光栅单元按照左上、右上、左下、右下位置分布，进一步地，如图2所示，所述中心图形a中的四个光栅单元中，位于左上位置和位于右下位置的所述光栅单元中的所述线条结构呈竖直摆放；位于右上位置和左下位置的所述光栅单元中的所述线条结构呈水平摆放。
对于所述前层图形标记中的所述外围图形，如图2所示，所述前层图形标记的外围图形为环绕所述中心图形的四个条形结构。进一步地，环绕所述中心图形的四个条形结构尺寸相同，并且该四个条形结构分别水平摆放于位于所述中心图形的正上方、正下方，竖直摆放于所述中心图形的左侧和右侧。
进一步地，本实施例中如图2所示，所述前层图形标记中的中心图形a中的光栅单元，其线条结构的宽度为wa2；所述当层图形标记中的外围图形b，其每个所述条形结构的宽度为wb2。
本实施例的所述当层、前层图形标记中的中心图形a中的所述光栅单元数目相同且具有相同的排布(即所述中心图形中的四个光栅单元按照左上、右上、左下、右下位置分布)；如图3所示，其中所述当层、前层图形标记中的中心图形a呈重叠分布状且具有位移偏差(即宽度为wa1的线条结构与宽度为wa2的线条结构叠放在一起时在水平方向发生偏移，该偏移量为对于所述中心图形中的每个光栅单元相同，为固定值d)。
进一步地，所述当层、前层图形标记中的所述外围图形中，位于所述中心图形左侧和右侧竖直摆放的所述条形结构两端相互齐平；位于所述中心图形正上方和正下方的所述条形结构的两端相互齐平。
所述当层、前层图形标记中的中心图形基于光学衍射原理(DBO)用于光刻当层套刻精度量测。
所述当层图形标记的所述外围图形中位于该当层图形标记的所述中心图形左侧、右侧及正上方、正下方的所述条形结构分别对应层叠于所述前层图形标记的所述外围图形中位于该前层图形标记的中心图形左侧、右侧、正上方、正下方的所述条形结构之上；并且所述前层图形标记的外围图形中的所述条形结构的宽度wb2大于所述当层图形标记的外围图形中的所述条形结构的宽度wb1，所述当层图形标记的所述外围图形中的条形结构分别到各自层叠的所述前层图形标记的所述外围图形中的条形结构左右的距离相等。所述当层、前层图形标记中的外围图形b基于CDSEM用于刻蚀后套刻精度量测，所述刻蚀后套刻精度量测中的刻蚀后的层是相对于本发明中所述当层被刻蚀后形成的层。
进一步地，本实施例中，所述当层图形标记中的中心图形中的光栅单元，其线条结构的宽度为wa1；所述前层图形标记中的中心图形中的光栅单元，其线条结构的宽度为wa2；所述中心图形与所述外围图形之间的最小距离为wab，并且wab＞3*max(wa1,wa2)，亦即所述wa1和wa2二者取最大者，该最大者的三倍小于所述中心图形与所述外围图形之间的最小距离为wab。
本发明进一步地，本实施例中，所述前层图形标记中的外围图形的条形结构的宽度wb2大于3*max(wa1,wa2)，即所述前层图形标记中的外围图形b，其所述条形结构的宽度wb2大于3*max(wa1,wa2)，亦即所述前层图形标记的线条结构的宽度wb2大于wa1和wa2取最大者的三倍。
本发明进一步地，所述当层图形标记的外围图形中的条形结构尺寸大于所述当层图形标记的中心图形中的线条结构的尺寸，即wb1大于wa1。所述前层图形标记的外围图形中的条形结构尺寸大于所述前层图形标记的中心图形中的线条结构的尺寸，即wb2大于wa2。
本发明还提供所述的套刻精度量测标记的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、根据产品设计要求，在产品上摆放所需尺寸的所述套刻精度量测标记，将所述套刻精度量测标记中的层图形标记和当层图形标记分别相应摆放在产品的前层和当层；
步骤二、在光刻曝光后，基于光学衍射原理并利用所述前层、当层图形标记中的中心图形来确认光刻当层套刻精度的性能；而所述中心图形a的衍射光谱和所述外围图形b的衍射光谱因图形类型以及尺寸的差异可以被区分。
步骤三、刻蚀后，基于CDSEM并利用所述前层、当层图形标记中的外围图形进行套刻精度量测。
因此，本发明利用一个图形就可以精确表征图像当前层器件的对准精度，也可以得到刻蚀后前后层套刻精度的结果。
综上所述，本发明针对光刻当层，利用DBO衍射量测的特征，同时CDSEM量测图形不参与衍射结果，相对于传统的IBO量测具有更高的精准度和准确度；在刻蚀后，利用CDSEM量测标记可以表征刻蚀后套刻精度的性能，弥补DBO量测标记在刻蚀后无法量测的缺点。本发明的套刻精度量测标记不仅可以满足光刻当层套刻精度的检查要求且可以得到刻蚀后相应的套刻精度的测试结果，确保器件前后场的良好对准和连通，节省了器件空间，而提供了不同工艺过程中套刻精度测试需求。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种套刻精度量测标记，其特征在于，至少包括：
前层图形标记和当层图形标记；
所述前层图形标记和所述当层图形标记都包括中心图形和环绕在所述中心图形外围的外围图形；所述中心图形由多个光栅单元组成；每个所述光栅单元中包含数目相同的多个平行排布的线条结构，所述每个光栅单元中的线条结构相邻彼此之间间距相等；
所述前层、当层图形标记中的中心图形中的所述光栅单元数目相同且具有相同的排布；其中所述前层、当层图形标记中的中心图形呈重叠分布状且具有位移偏差；所述前层、当层图形标记中的中心图形基于光学衍射原理用于光刻当层套刻精度量测；
所述前层、当层图形标记中的外围图形基于CDSEM用于刻蚀后套刻精度量测。
2.根据权利要求1所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述每个光栅单元中的线条结构的数目大于或等于六个。
3.根据权利要求1所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述前层、当层图形标记的中心图形中的光栅单元数目为四个。
4.根据权利要求3所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述中心图形中的四个光栅单元按照左上、右上、左下、右下位置分布。
5.根据权利要求4所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述中心图形中的四个光栅单元中，位于左上位置和位于右下位置的所述光栅单元中的所述线条结构呈竖直摆放；位于右上位置和左下位置的所述光栅单元中的所述线条结构呈水平摆放。
6.根据权利要求1所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述前层、当层图形标记的外围图形为环绕所述中心图形的四个条形结构。
7.根据权利要求6所述的套刻精度量测标记，其特征在于：环绕所述中心图形的四个条形结构尺寸相同，并且该四个条形结构分别水平摆放于位于所述中心图形的正上方、正下方，竖直摆放于所述中心图形的左侧和右侧。
8.根据权利要求7所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述前层、当层图形标记中的所述外围图形中，位于所述中心图形左侧和右侧竖直摆放的所述条形结构两端相互齐平；位于所述中心图形正上方和正下方的所述条形结构的两端相互齐平。
9.根据权利要求1所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述当层图形标记中的中心图形中的光栅单元，其线条结构的宽度为wa1；所述前层图形标记中的中心图形中的光栅单元，其线条结构的宽度为wa2；所述中心图形与所述外围图形之间的最小距离为wab，并且wab＞3*max(wa1,wa2)。
10.根据权利要求1所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述当层图形标记的所述外围图形中位于该当层图形标记的所述中心图形左侧、右侧及正上方、正下方的所述条形结构分别对应层叠于所述前层图形标记的所述外围图形中位于该前层图形标记的中心图形左侧、右侧、正上方、正下方的所述条形结构之上；并且所述前层图形标记的外围图形中的所述条形结构的宽度wb2大于所述当层图形标记的外围图形中的所述条形结构的宽度wb1，所述当层图形标记的所述外围图形中的条形结构分别到各自层叠的所述前层图形标记的所述外围图形中的条形结构左右的距离相等。
11.根据权利要求10所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述当层图形标记中的外围图形的条形结构的宽度wb1大于3*max(wa1,wa2)。
12.根据权利要求11所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述前层图形标记的外围图形中的条形结构尺寸大于所述前层图形标记的中心图形中的线条结构的尺寸。
13.权利要求11所述的套刻精度量测标记，其特征在于：所述当层图形标记的外围图形中的条形结构尺寸大于所述当层图形标记的中心图形中的线条结构的尺寸。
14.根据权利要求1至13任意一项所述的套刻精度量测标记的使用方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
步骤一、根据产品设计要求，在产品上摆放所需尺寸的所述套刻精度量测标记；
步骤二、在光刻曝光后，基于光学衍射原理并利用所述前层、当层图形标记中的中心图形来确认光刻当层套刻精度的性能；
步骤三、刻蚀后，基于CDSEM并利用所述前层、当层图形标记中的外围图形进行套刻精度量测。
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