CN114326335B - 用于图案层对准的对准标记系统及对准方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于图案层对准的对准标记系统及图案层对准方法，系统包括：第一图案层上的第一标记和第二图案层上的第二标记；所述第一标记和所述第二标记能够组合为一个对准标记，以在形成第一图案层和第二图案层之上的第三图案层时，所述第一标记和所述第二标记用于将第三图案层的掩模与所述第一图案层和所述第二图案层对准。在不改变光刻机原有扫描算法基础上，由于第一图案层上的第一标记和第二图案层上的第二标记能够组合为一个完整的对准标记，因此通过一次扫描即可得到两个标记组合形成的完整对准标记在晶圆上的位置，并根据扫描得到的位置进行对准，从而缩短了扫描时间，可以提升晶圆生产效率。

Description

用于图案层对准的对准标记系统及对准方法

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种用于图案层对准的对准标记系统及对准方法。

背景技术

在半导体制造工业中，一个产品一般包括多层图案层，需要进行多层光刻工艺才能完成整个产品的制作过程。不同图案层之间的精确对准在整个制作过程中尤为重要，常规的对准只是当前图案层与前一图案层的对准，随着产品工艺难度的增加，当前图案层需要与晶圆上的多层图案层对准，从而增加了对准标记的设计难度。

发明内容

本申请的目的是针对上述现有技术的不足提出的一种用于图案层对准的对准标记系统及对准方法，该目的是通过以下技术方案实现的。

本申请的第一方面提出了一种用于图案层对准的对准标记系统，所述系统包括：

第一图案层上的第一标记和第二图案层上的第二标记；

所述第一标记和所述第二标记能够组合为一个对准标记，以在形成所述第一图案层和所述第二图案层之上的第三图案层时，所述第一标记和所述第二标记用于将所述第三图案层的掩模与所述第一图案层和所述第二图案层对准。

本申请的第二方面提出了一种图案层的对准方法，所述方法包括：

使用包含第一标记的掩模在晶圆上形成第一图案层；

使用包含第二标记的掩模在所述晶圆上形成第二图案层，所述第一标记和所述第二标记在所述晶圆上组成一个对准标记；

通过一次扫描获得所述第一标记和所述第二标记组成的对准标记在所述晶圆上的位置，并根据扫描得到的位置将第三图案层的掩模与所述第一图案层和所述第二图案层对准。

基于第一方面所述的用于图案层对准的对准标记系统及第二方面所述的对准方法，具有如下有益效果：

在不改变光刻机原有扫描算法基础上，由于第一图案层上的第一标记和第二图案层上的第二标记能够组合为一个完整的对准标记，因此通过一次扫描即可得到两个标记组合形成的完整对准标记在晶圆上的位置，并根据扫描得到的位置将第三图案层的掩模与第一图案层和第二图案层对准，从而缩短了扫描时间，可以提升晶圆生产效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请示出的一种相关技术中使用的对准标记结构示意图；

图2为本申请示出的一种相关技术中的对准标记在晶圆上的位置示意图；

图3为本申请根据一示例性实施例示出的一种用于图案层对准的对准标记系统结构示意图；

图4为本申请根据图3所示实施例示出的对准标记在晶圆上的位置示意图；

图5为本申请示出的一种三层图案层上的套刻标记示意图；

图6为本申请根据一示例性实施例示出的一种图案层的对准方法的实施例流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

晶圆在光刻机里的工艺流程大致为：首先，晶圆经过涂胶和烘烤后被传送到光刻机里，放置在晶圆工件台上，同时掩模被放置在光刻机的掩模工件台上；然后，光刻机的晶圆对准系统调整晶圆的位置，使之与晶圆工件台初步对准，掩模对准系统调整掩模的位置，使之与掩模工件台初步对准；最后，光刻机的对准系统利用对准标记做掩模与晶圆上图案的对准，以实现精准曝光。

在现有技术中，对于当前图案层与晶圆上多层图案层的对准，结合图1和图2所示，对准标记1(图1中浅颜色条形标记)为第一个图案层上形成的对准标记，对准标记2(图1中深颜色条形标记)为第二个图案层上形成的对准标记，对准标记1与对准标记2在晶圆上的位置不同，如图2中的图(a)所示，晶圆的8个曝光单元(小黑点所指示的方块区域)中均有对准标记1，如图2中的图(b)所示，也是晶圆的8个曝光单元中均有对准标记2，但是对准标记2所在的8个曝光单元，不同于对准标记1所在的8个曝光单元，因此对准标记1和对准标记2是位于不同的曝光单元，即二者在晶圆上的位置不同。

在形成第三个图案层时，由于对准标记1和对准标记2在晶圆上的位置不同，因此光刻机需要分别扫描两次才能实现用于形成第三个图案层的掩模的对准，例如光刻机第一次扫描定位对准标记1在晶圆上的位置，第二次扫描定位对准标记2在晶圆上的位置，并根据两次扫描分别定位到的对准标记1在晶圆上的位置和对准标记2在晶圆上的位置将第三个图案层的掩模与第一个图案层、第二个图案层对准。

由此可见，在实现晶圆上多层图案层对准时，光刻机需要分两次扫描才能实现对准，这样扫描耗时比较长，导致晶圆生产效率比较低。

为解决上述技术问题，在不改变光刻机原有扫描算法的基础上，通过将一个完整的对准标记沿对准测量方向分成两块标记，并将这两块标记分别在两个图案层上形成，从而在两个图案层上形成的两块标记组合形成一个完整的对准标记，通过一次扫描即可得到两块标记组成的完整对准标记在晶圆上的位置，并根据扫描得到的位置进行对准，缩短了扫描时间，可以提升晶圆生产效率。

基于此，本申请提出一种改进的用于图案层对准的对准标记系统，如图3所示，该系统包括第一图案层上的第一标记和第二图案层上的第二标记，该第一标记和该第二标记能够组合为一个对准标记，并且在形成第一图案层和第二图案层之上的第三图案层时，该第一标记和该第二标记用于将第三图案层的掩模与第一图案层和第二图案层对准。

其中，第一图案层和第二图案层均是经过对准后形成在晶圆上，对于第一图案层和第二图案层的对准，如果不改变光刻机扫描算法，可以在第一图案层上单独形成一个完整的对准标记，用来将第二图案层的掩模与第一图案层对准。

需要说明的是，由于第一标记是一个完整对准标记的一部分，第二标记是一个完整对准标记的另一部分，因此第一图案层的掩模上需要包含一个完整对准标记的一部分图形，第二图案层的掩模上需要包含一个完整对准标记的另一部分图形，并且这两部分图形在晶圆上紧邻相连组成一个完整对准标记。

基于上述实施例描述可知，在不改变光刻机原有扫描算法基础上，由于第一图案层上的第一标记和第二图案层上的第二标记能够组合为一个完整的对准标记，因此光刻机通过一次扫描即可得到两个标记组合形成的完整对准标记在晶圆上的位置，并根据扫描得到的位置进行对准，从而缩短了扫描时间，可以提升晶圆生产效率。

在一些实施例中，再如图3所示，为了降低工艺难度，提升光刻机扫描测量的准确度，第一标记和第二标记可以是将一个对准标记沿对准测量方向对半切分获得。

当然，也可以是将一个对准标记沿对准测量方向以任意比例切分获得第一标记和第二标记。

在一些实施例中，再如图3所示，如果完整的对准标记是由多个条形标记组成，因此第一标记和第二标记均包括相同数量的条形标记。由于条形标记形状简单，因此其形成工艺难度低。

进一步地，第一标记包括的条形标记和第二标记包括的条形标记在晶圆上的位置是沿对准测量方向对称设置。

需要说明的是，对准测量方向通常包括水平方向和垂直方向，上述图3中所示的对准测量方向为水平方向，因此图3所示的第一标记和第二标记是用来将第三图案层的掩模与第一图案层、第二图案层沿水平方向对准。

如果需要将第三图案层的掩模与第一图案层和第二图案层沿垂直方向对准，基于同样原理，还需要在第一图案层上形成第三标记，在第二图案层上形成第四标记，第三标记和第四标记实际是将图3所示的第一标记和第二标记旋转90度角后得到两个标记，从而第三标记和第四标记组合得到的完整对准标记，可以用来将第三图案层的掩模与第一图案层和第二图案层沿垂直方向对准。

本领域技术人员可以理解的是，图3中示出的第一标记和第二标记均包括8个条形标记仅为一种示例性说明。如果完整对准标记包括其他数量的条形标记，那么第一标记和第二标记均包括其他数量个条形标记。

在一些实施例中，再如图3所示，该对准标记系统还包括中心标记，该中心标记位于由第一标记和第二标记组成的对准标记的中心位置。

其中，在设计对准标记过程中，该中心标记是用来标记对准标记中心的，其既可以是在第一图案层上形成，也可以是在第二图案层上形成。

示例性的，为了便于识别，该中心标记的形状可以呈十字型形状。

本领域技术人员可以理解的是，该中心标记也可以不形成在图案层上。

在一些实施例中，由于第一标记和第二标记能够组合为一个完整的对准标记，通常一个完整对准标记位于晶圆上的一个曝光单元内，因此，第一标记和第二标记位于晶圆上的同一曝光单元。

进一步地，为了实现掩模与晶圆的精确对准，通常会在晶圆上的多个曝光单元设置对准标记，因此在晶圆上的多个曝光单元中均有第一标记和第二标记。

参见图4所示，为选取晶圆上的8个曝光单元(小黑点所指示的方块区域)中均有第一标记和第二标记，并且这8个曝光单元均是围绕晶圆圆心沿水平方向和垂直方向对称设置。

需要进一步说明的是，通常在将第三图案层的掩模与晶圆上的第一图案层和第二图案层对准之后，光刻机进行曝光、刻蚀等工艺，将掩模上的图形转移到晶圆上，即在晶圆上形成第三图案层。为了检查第三图案层和之前图案层是否对准，各图案层上还形成有套刻标记，并通过测量套刻标记之间的偏移来检查各图案层是否对准。

参见图5所示，左侧图案块中的暗颜色条形标记为第一图案层上的套刻标记1，右侧图案块中的暗颜色条形标记为第二图案层上的套刻标记2，左侧图案块中围绕中心的亮颜色条形标记和右侧图案块中围绕中心的亮颜色条形标记均为第三图案层上的套刻标记3。其中，左侧图案块中的暗颜色条形标记是围绕其中的亮颜色条形标记的边缘设置，右侧图案块中的暗颜色条形标记也是围绕其中的亮颜色条形标记的边缘设置。

因此，通过测量套刻标记1和套刻标记2的偏移，可以得到第一图案层和第二图案层的偏移，通过测量套刻标记1和左侧图案块中围绕中心的亮颜色条形标记的偏移，可以得到第一图案层和第三图案层的偏移，通过测量套刻标记2和右侧图案块中围绕中心的亮颜色条形标记的偏移，可以得到第二图案层和第三图案层的偏移。

下面以具体实施例详细阐述上述图3所示实施例示出的对准标记系统的对准方案。

图6为本申请根据一示例性实施例示出的一种图案层的对准方法的实施例流程图，如图6所示，该图案层的对准方法包括如下步骤：

步骤601：使用包含第一标记的掩模在晶圆上形成第一图案层。

步骤602：使用包含第二标记的掩模在晶圆上形成第二图案层，第一标记和第二标记在晶圆上组成一个对准标记。

步骤603：通过一次扫描获得第一标记和第二标记组成的对准标记在晶圆上的位置，并根据扫描得到的位置将第三图案层的掩模与第一图案层和第二图案层对准。

如上述图3所示，光刻机一次扫描便能够获得第一标记和第二标记组成的8个完整条型在晶圆上的位置，根据扫描得到的8个位置将第三图案层的掩模与第一图案层和第二图案层对准。

值得注意的是，由于第一标记和第二标记是通过两个图案工艺形成在晶圆上，在实际产品中，第一标记和第二标记组成的完整条型可能发生错位，而光刻机沿对准测量方向扫描每个完整条型时，是沿条型平行方向在完整条型上依次定位多个点的位置，并计算这些点的位置的均值作为第一标记和第二标记组成的完整条型在晶圆上的位置，因此即使第一标记和第二标记发生错位，光刻机也能够完整扫描测量。

本领域技术人员可以理解的是，针对根据扫描得到的位置将第三图案层的掩模与第一图案层和第二图案层对准的过程，可以采用相关技术中的光刻机对准算法进行对准，本申请对此不进行具体限定。

至此，完成上述图6所示对准流程，在不改变光刻机原有扫描算法基础上，由于在第一图案层上形成的第一标记和在第二图案层上形成的第二标记能够组合为一个完整的对准标记，因此通过一次扫描即可得到两个标记组合形成的完整对准标记在晶圆上的位置，并根据扫描得到的位置进行对准，从而缩短了扫描时间，可以提升晶圆生产效率。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于图案层对准的对准标记系统，其特征在于，所述系统包括：

第一图案层上的第一标记和第二图案层上的第二标记；

所述第一标记和所述第二标记组合为一个对准标记，以在形成所述第一图案层和所述第二图案层之上的第三图案层时，所述第一标记和所述第二标记用于将所述第三图案层的掩模与所述第一图案层和所述第二图案层对准；

其中，所述第一标记和所述第二标记是将所述对准标记沿对准测量方向对半切分获得。

2.根据权利要求1所述的对准标记系统，其特征在于，所述第一标记和所述第二标记位于晶圆上的同一曝光单元内。

3.根据权利要求2所述的对准标记系统，其特征在于，在所述晶圆上的多个曝光单元中均有所述第一标记和所述第二标记。

4.根据权利要求1所述的对准标记系统，其特征在于，所述第一标记和所述第二标记均包括相同数量的条形标记。

5.根据权利要求4所述的对准标记系统，其特征在于，所述第一标记包括的条形标记与所述第二标记包括的条形标记沿所述对准测量方向对称设置。

6.根据权利要求1所述的对准标记系统，其特征在于，所述系统还包括：

中心标记，所述中心标记位于由所述第一标记和所述第二标记组成的对准标记的中心；

其中，所述中心标记形成于所述第一图案层或形成于所述第二图案层。

7.根据权利要求6所述的对准标记系统，其特征在于，所述中心标记呈十字型。

8.一种图案层的对准方法，其特征在于，所述方法包括：

使用包含第一标记的掩模在晶圆上形成第一图案层；

使用包含第二标记的掩模在所述晶圆上形成第二图案层，所述第一标记和所述第二标记在所述晶圆上组成一个对准标记；所述第一标记和所述第二标记是将所述对准标记沿对准测量方向对半切分获得；

通过一次扫描获得所述第一标记和所述第二标记组成的对准标记在所述晶圆上的位置，并根据扫描得到的位置将第三图案层的掩模与所述第一图案层和所述第二图案层对准。

9.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件采用上述权利要求8所述的图案层的对准方法获得。