CN113109997A - 测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构，包括：在第一基底表面上进行刻蚀，形成游标主尺刻度原始标记；在第一基底表面上进行外延，形成第二基底表面，根据游标主尺刻度原始标记的现有形貌设置游标主尺刻度标记、以及设置游标主尺刻度标记的原点；在第二基底表面上进行光刻，形成游标尺刻度标记；检测游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记的实际对准点，根据实际对准点和游标尺精度计算光刻套刻误差。

Description

测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构。

背景技术

外延生长是半导体器件设计中十分关键的一个工序，例如是器件实现复杂电荷平衡的关键因素之一，但是实际工艺中，外延生长可能会使光刻工艺及刻蚀工艺所定义的半导体器件的各个部件的几何形状发生扭曲，或使外延前衬底表面定义的对准测量标志膨胀模糊。

通过套刻误差测量设备识别如图1所示的监控结构。大框和小框通过不同的光刻层形成。通过测量大框和小框X方向两个边界的距离差，可以计算出X方向的套偏量。计算公式为：OVL_X＝(X2-X1)/2。通过测量大、小框Y方向两个边界的距离差，可以计算出Y方向的套偏量。计算公式为：OVL_Y＝(Y2-Y1)/2。计算结果的正、负代表偏移的方向。

如果前后两层对准测量标记都加工在晶圆原始衬底表面，那么现有测量方法可以精确测量出套偏量。但如果前层加工在原始衬底上，而后层加工在外延生长后的衬底上。前层对准标记的轮廓在外延生长后会发生膨胀，图2(a)为膨胀前，图2(b)所示为膨胀后，套刻误差测量设备往往识别不到轮廓边界，因此无法测量前后两层的套偏量。外延层厚度越大，识别不出轮廓边界的风险越大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构，以解决现有的现有测量方法无法精确测量外延前后套偏量的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种测量外延前后光刻套刻误差的方法，包括：

在第一基底表面上进行刻蚀，形成游标主尺刻度原始标记；

在第一基底表面上进行外延，形成第二基底表面，根据游标主尺刻度原始标记的现有形貌设置游标主尺刻度标记、以及设置游标主尺刻度标记的原点；

在第二基底表面上进行光刻，形成游标尺刻度标记；

检测游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记的实际对准点，根据实际对准点和游标尺精度计算光刻套刻误差。

可选的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，形成游标主尺刻度标记、以及形成游标主尺刻度标记的原点的步骤包括：

在第一基底表面上进行刻蚀，形成多个第一窄标记，将第一窄标记中某两条相邻的刻度线设置为原始刻度；

在进行外延步骤后，使得第一窄标记发生膨胀形成宽标记，使得所述宽标记两两相邻的刻度线之间均具有一条分界线，设置各个所述分界线作为游标主尺刻度标记；

设置原始刻度之间的分界线作为游标主尺刻度标记的原点。

可选的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，形成游标尺刻度标记包括：

在第二基底表面上进行光刻，形成多个第二窄标记，设置第二窄标记为游标尺刻度标记。

可选的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，检测游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记的实际对准点包括：

使得游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记组成游标尺结构；

确认游标尺刻度标记和游标主尺刻度标记之间对齐的刻度线的位置；

读取对齐的刻度线的位置至所述游标主尺刻度标记的原点之间具有的刻度数量。

可选的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，根据实际对准点和游标尺精度计算光刻套刻误差包括：

所述刻度数量减1后与游标尺精度的乘积为光刻套刻误差；实际对准点相对游标主尺刻度标记的原点的位置表示光刻套刻误差的方向。

可选的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，所述游标尺精度等于第一窄标记两条相邻刻度线中心线的间距减去第二窄标记两条相邻刻度线中心线的间距；根据需要设计游标尺精度。

本发明还提供一种测量外延前后光刻套刻误差的结构，可以根据测量外延前后光刻套刻误差的方法形成，包括：

第一基底层，被配置为具有游标主尺刻度标记、以及游标主尺刻度标记的原点；

第二基底层，被配置为具有游标尺刻度标记。

在本发明提供的测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构中，通过检测游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记的实际对准点，根据实际对准点和游标尺精度，可以精确的计算光刻套刻误差，且本发明根据游标主尺刻度原始标记的现有形貌设置游标主尺刻度标记、以及设置游标主尺刻度标记的原点，可以排除外延工艺对刻度线的干扰造成对准测量标志膨胀模糊的缺陷。

附图说明

图1是现有的光刻工艺的对准测量标志原理示意图；

图2(a)是现有的前层对准标记轮廓在外延生长前示意图；

图2(b)是现有的前层对准标记轮廓在外延生长后示意图；

图3是本发明一实施例测量外延前后光刻套刻误差的方法形成的结构示意图；

图4是本发明一实施例测量外延前后光刻套刻误差的方法形成的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构作进一步详细说明。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。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本发明的核心思想在于提供一种测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构，以解决现有的现有测量方法无法精确测量外延前后套偏量的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构，包括：在第一基底表面上进行刻蚀，形成游标主尺刻度原始标记；在第一基底表面上进行外延，形成第二基底表面，根据游标主尺刻度原始标记的现有形貌设置游标主尺刻度标记、以及设置游标主尺刻度标记的原点；在第二基底表面上进行光刻，形成游标尺刻度标记；检测游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记的实际对准点，根据实际对准点和游标尺精度计算光刻套刻误差。

本实施例提供一种测量外延前后光刻套刻误差的方法，如图3、4所示，包括：在第一基底表面上进行刻蚀，形成游标主尺刻度原始标记11；在第一基底表面上进行外延，形成第二基底表面，根据游标主尺刻度原始标记11的现有形貌15设置游标主尺刻度标记13、以及设置游标主尺刻度标记的原点12；在第二基底表面上进行光刻，形成游标尺刻度标记21；检测游标主尺刻度标记13与游标尺刻度标记21的实际对准点，根据实际对准点30和游标尺精度计算光刻套刻误差。

进一步的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，形成游标主尺刻度标记13、以及形成游标主尺刻度标记的原点12的步骤包括：在第一基底表面上进行刻蚀，形成多个第一窄标记11，将第一窄标记11某两条相邻的刻度线设置为原始刻度10，在本实施例中，如图4所示，所述第一窄标记11的数量为偶数，且为测量方便将第一窄标记11中心位置的两条刻度线设置为原始刻度10；在进行外延步骤后，使得第一窄标记11发生膨胀形成宽标记15，使得所述宽标记15两两相邻的刻度线之间均具有一条分界线，设置各个所述分界线作为游标主尺刻度标记13；设置原始刻度10之间的分界线作为游标主尺刻度标记的原点12。

更进一步的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，形成游标尺刻度标记包括：在第二基底表面上进行光刻，形成多个第二窄标记，所述第二窄标记的数量为奇数，设置第二窄标记为游标尺刻度标记21；

具体的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，检测游标主尺刻度标记13与游标尺刻度标记21的实际对准点30包括：使得游标主尺刻度标记13与游标尺刻度标记21组成游标尺结构；确认游标尺刻度标记21和游标主尺刻度标记13之间对齐的刻度线的位置30；读取对齐的刻度线的位置30至所述游标主尺刻度标记的原点12之间具有的刻度数量。在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，根据实际对准点和游标尺精度计算光刻套刻误差包括：所述刻度数量与游标尺精度的乘积为光刻套刻误差，图4中的数量为9，若游标尺精度为0.1微米，则光刻套刻误差为(9-1)*0.1＝0.8微米。实际对准点相对原点的位置表示光刻套刻误差的方向，图4中实际对准点相对原点的位置在右侧，若右侧为+X方向，则套刻误差为+0.8微米。一般的，在所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法中，所述游标尺精度等于第一窄标记11两条相邻刻度线中心线的间距减去游标尺刻度标记21两条相邻刻度线中心线的间距。游标尺精度可根据需要设计为任意精度。

本实施例还提供一种测量外延前后光刻套刻误差的结构，可以根据测量外延前后光刻套刻误差的方法形成，包括：第一基底层，被配置为具有游标主尺刻度标记13、以及游标主尺刻度标记的原点12；第二基底层，被配置为具有游标尺刻度标记21。

在本发明提供的测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构中，通过检测游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记的实际对准点，根据实际对准点和游标尺精度，可以精确的计算光刻套刻误差，且本发明根据游标主尺刻度原始标记的现有形貌设置游标主尺刻度标记、以及设置游标主尺刻度标记的原点，可以排除外延工艺对刻度线的干扰造成对准测量标志膨胀模糊的缺陷。

本发明可以精确读取外延前后的光刻套偏量(即光刻套刻误差)。利用刻蚀工艺，例如在外延前的衬底上加工出主尺(即游标主尺刻度标记、或游标主尺刻度原始标记)。利用外延后的第一层光刻显影出游标尺(游标尺刻度标记)，通过读取游标尺和主尺对齐的刻度线的位置(实际对准点30)，即可通过计算得到前后两层(第一基底层和第二基底层)的光刻套偏量。该方法可以避免因外延后对准测量标记变形，导致套刻误差测量设备设备无法识别对准测量标记的问题。

本发明利用游标卡尺的测量原理，将主尺加工在外延前的原始衬底上，将游标尺加工在外延后的衬底上，通过读取游标和主尺对齐刻度线的位置(实际对准点30)，根据游标尺设计的精度，计算出光刻套刻误差，大大提高了现有测量方法的精度。

本发明的发明人通过研究发现，由于外延后游标主尺刻度标记会发生膨胀，如图3所示，读取游标尺和主尺的刻度的对齐位置(实际对准点30)时，误差较大。游标主尺刻度(原始)标记膨胀后的宽度和主尺刻度线本身的线宽以及外延厚度有关，外延厚度越大，膨胀后的线条宽度越大。从图3可以看出，刻度线膨胀后，在相邻两刻度线中间会有一条窄且清晰的分界线。为了避免上述问题，在本发明将游标尺和主尺相邻刻度线之间的分界线对齐，通过读取游标尺和主尺刻度分界线对齐的位置来计算套刻偏差，进一步提高了光刻套刻误差的测量精度。如图4所示。

本发明解决了因外延后对准标记轮廓膨胀导致的光刻套刻误差无法测量的问题。而且通过调整游标尺和主尺刻度线的之间的距离可以设计不同精度的游标尺。例如测量精度为0.1um的游标尺结构如图4所示。

综上，上述实施例对测量外延前后光刻套刻误差的方法及结构的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (7)

1.一种测量外延前后光刻套刻误差的方法，其特征在于，包括：

在第一基底表面上进行刻蚀，形成游标主尺刻度原始标记；

在第一基底表面上进行外延，形成第二基底表面，根据游标主尺刻度原始标记的现有形貌设置游标主尺刻度标记、以及设置游标主尺刻度标记的原点；

在第二基底表面上进行光刻，形成游标尺刻度标记；

检测游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记的实际对准点，根据实际对准点和游标尺精度计算光刻套刻误差。

2.如权利要求1所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法，其特征在于，形成游标主尺刻度标记、以及形成游标主尺刻度标记的原点的步骤包括：

在第一基底表面上进行刻蚀，形成多个第一窄标记，将第一窄标记中某两条相邻的刻度线设置为原始刻度；

在进行外延步骤后，使得第一窄标记发生膨胀形成宽标记，使得所述宽标记两两相邻的刻度线之间均具有一条分界线，设置各个所述分界线作为游标主尺刻度标记；

设置原始刻度之间的分界线作为游标主尺刻度标记的原点。

3.如权利要求2所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法，其特征在于，形成游标尺刻度标记包括：

在第二基底表面上进行光刻，形成多个第二窄标记，设置第二窄标记为游标尺刻度标记。

4.如权利要求1所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法，其特征在于，检测游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记的实际对准点包括：

使得游标主尺刻度标记与游标尺刻度标记组成游标尺结构；

确认游标尺刻度标记和游标主尺刻度标记之间对齐的刻度线的位置；

读取对齐的刻度线的位置至所述游标主尺刻度标记的原点之间具有的刻度数量。

5.如权利要求4所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法，其特征在于，根据实际对准点和游标尺精度计算光刻套刻误差包括：

所述刻度数量减1后与游标尺精度的乘积为光刻套刻误差；实际对准点相对游标主尺刻度标记的原点的位置表示光刻套刻误差的方向。

6.如权利要求1～3中任一项所述的测量外延前后光刻套刻误差的方法，其特征在于，所述游标尺精度等于第一窄标记两条相邻刻度线中心线的间距减去第二窄标记两条相邻刻度线中心线的间距；根据需要设计游标尺精度。

7.一种测量外延前后光刻套刻误差的结构，其特征在于，包括：

第一基底层，被配置为具有游标主尺刻度标记、以及游标主尺刻度标记的原点；

第二基底层，被配置为具有游标尺刻度标记。

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