CN114384769B - 对准系统及对准标记 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种对准系统及对准标记，其中该对准系统包含一光源用于发射一光线，一对准标记设置于一基底上，对准标记用于接受第一光线，对准标记包含一第一图案和一第二图案设置于基底上，第一图案包含一第一区域和一第二区域，第二图案包含一第三区域和一第四区域，第一区域和第三区域相对于一对称轴呈对称，第二区域和第四区域相对于对称轴呈对称，第一区域包含有多条第一标记线互相平行，相邻的第一标记线具有第一间距，第二区域包含有多条第二标记线互相平行，相邻的第二标记线具有第二间距，第一间距和第二间距相异，一传感器用于检测由对准标记绕射光线而来的一绕射光。

Description

对准系统及对准标记
技术领域
本发明涉及一种对准标记及对准系统，特别是涉及一种具有对称图案的对准标记及使用该对准标记的对准系统。
背景技术
在半导体制作工艺中，光刻装置被用来在晶片上形成所需电路图案。通常光致抗蚀剂涂布在晶片后将光照向光掩模上所欲曝光的电路图案，以将前述电路图案转印至在晶片上的光致抗蚀剂，其中光掩模具有布局图案。现有光刻装置包含所谓的光刻步进机，光刻步进机将光投向整个电路图案，以在每一曝光步骤，将电路图案转印至晶片上的一曝光区域(shot)。现有光刻装置也包含扫描机(scanner)，扫描机在每一曝光步骤中同步移动光掩模和晶片，并让扫描光照射部分电路图案，以逐步将电路图案转印至晶片上的曝光区域。为准确地将电路图案投射于晶片上所要位置，晶片在曝光前必须先和曝光机对准，为对准晶片，晶片上必须形成有对准标记(alignment mark)。
曝光机(例如步进机或扫描机)以激光检测晶片上的对准标记并进行影像处理，并对晶片来做定位，曝光机可经由对准结果来决定晶片位置，并经由调整透镜组合，移动晶片平台或光掩模将晶片定位到正确位置，以确保曝光动作的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种对准标记以及一种对准系统，以期能够提供更佳的对准效果。
根据本发明的一优选实施例，一种对准系统，包含一第一光源用于发射一第一光线，一对准标记设置于一基底上，对准标记用于接受第一光线，其中对准标记包含一第一图案和一第二图案设置于基底上，其中第一图案包含一第一区域和一第二区域，第二图案包含一第三区域和一第四区域，第一区域和第三区域的交界有一对称轴，使得第一区域和第三区域相对于对称轴呈对称，第二区域和第四区域相对于对称轴呈对称，其中第一区域包含有多条第一标记线互相平行，相邻的第一标记线之间具有第一间距，第二区域包含有多条第二标记线互相平行，相邻的第二标记线之间具有第二间距，其中第一间距和第二间距相异，一传感器用于检测由对准标记绕射第一光线而来的一第一绕射光。
根据本发明的一优选实施例，一种对准系统，包含一第一光源用于发射一第一光线，一对准标记设置于一基底上，对准标记用于接受第一光线，其中对准标记包含一第一图案和一第二图案设置于基底上，其中第一图案包含一第一区域和一第二区域，第二图案包含一第三区域和一第四区域，第一区域和第三区域的交界有一对称轴，使得第一区域和第三区域相对于对称轴呈对称，第二区域和第四区域相对于对称轴呈对称，其中第一区域包含有多条第一标记线互相平行，各条第一标记线沿着一第一方向延伸，第一方向和对称轴之间具有一第一夹角，第二区域包含有多条第二标记线互相平行，各条第二标记线沿着一第二方向延伸，第二方向和对称轴之间具有一第二夹角，第一夹角和第二夹角相异，一传感器用于检测由对准标记绕射第一光线而来的一第一绕射光。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附的附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为本发明的第一优选实施例所绘示的一种对准系统的示意图；
图2为本发明的对准系统中所使用的对准标记的示意图；
图3至图6为本发明的其它优选实施例所绘示的本发明的对准系统所使用的对准标记的示意图；
图7至图9为本发明的其它优选实施例所绘示的本发明的对准系统中所使用的对准标记的示意图；
图10为沿着图3中的切线I-I’和切线II-II’的侧视放大示意图。
主要元件符号说明
10:对准系统
12:第一光源
12a:第一光线
12b:第一绕射光
14:第二光源
16:基底
18:对准标记
18a:第一图案
18b:第二图案
20:传感器
22:切割道
24:沟槽
181:第一区域
181a:第一标记线
182:第二区域
182a:第二标记线
183:第三区域
184:第四区域
185:第五区域
185a:第三标记线
186:第六区域
A:第一夹角
B:第二夹角
C:第三夹角
D1:宽度
D2:宽度
P1:第一间距
P2:第二间距
P3:第三间距
R:凹陷
W1:第一宽度
W2:第二宽度
W3:第三宽度
S:对称轴
具体实施方式
图1为根据本发明的第一较佳实施例所绘示的一种对准系统。如图1所示，一种对准系统10包含一第一光源12用于发射一第一光线12a，一第二光源14用于发射一第二光线(图未示)，一对准标记18设置在一基底16上，对准标记18用于接受第一光线12a和第二光线，一传感器20用于检测由对准标记18绕射(diffract)第一光线12a而来的一第一绕射光12b以及由对准标记18绕射第二光线而来的一第二绕射光。对准标记18较佳设置在基底10的切割道22上。此外基底10上的对准标记18数量和位置可配合制作工艺需求调整，不限于图1中所绘示的数量和位置。对准系统10中包含有多种不同波长的光源，例如红光、蓝光、绿光和远红外线，依制作工艺不同，轮流照射对准标记18，由于第二光线和第一光线12a照射的方式相同，只是照射顺序不同，因此第二光线和第二绕射光的路径，请参考第一光线12a和第一绕射光12b。
图2所绘示的本发明的对准系统中所使用的对准标记，其中具有相同功能的元件将使用和图1中相同的元件标号。如2图所示对准标记18包含一第一图案18a和一第二图案18b设置在基底10上，第一图案18a和第二图案18b为对称图案，在第一图案18a和第二图案18b的交界处以虚线标示出一对称轴S，然而对称轴S并未真实出现在对准标记18上，只是为了清楚说明而标示，第一图案18a和第二图案18b相对于对称轴S呈对称，第一图案18a可包含数个区域，例如一第一区域181和一第二区域182，第二图案18b可包含数个区域，例如一第三区域183和一第四区域184，前述的对称轴S是设置在第一区域181和该第三区域183的交界，使得第一区域181和第三区域183相对于对称轴S呈对称，第二区域182和第四区域184相对于对称轴S呈对称。第一区域181和第二区域182以及第三区域183和第四区域184之间以虚线标示，此并虚线未真实出现在对准标记18上。由于第一图案18a和第二图案18b为对称，所以下文只针对第一图案18a中的第一区域181和第二区域182的图案计设原则进行说明。
第一区域181包含有多条第一标记线181a互相平行，相邻的第一标记线181a之间具有第一间距P1，各条第一标记线181a沿着一第一方向延伸，第一方向和对称轴S之间具有一第一夹角A，第二区域182包含有多条第二标记线182a互相平行，相邻的第二标记线182a之间具有第二间距P2，各条第二标记线182a沿着一第二方向延伸，第二方向和对称轴S之间具有一第二夹角B。此外第一区域181具有一第一宽度W1，第一宽度W1垂直于对称轴S，第二区域182具有一第二宽度W2，第二宽度W2垂直于对称轴S。第一标记线181a和第二标记线182a可以为凸出于基底10或埋入于基底10的材料层，此外第一标记线181a和第二标记线182a可以使用金属层、絶缘层、合金、金属化合物等材料制作，例如铜、钨、氧化硅、氮化硅、氮化钨等材料都可使用，举例而言第一标记线181a和第二标记线182a可以为埋入于基底10的金属层。此外，各条第一标记线181a的宽度都相同，各条第二标记线182a的宽度也相同，第一标记线181a的宽度和第二标记线182a的宽度也相同。请参阅图10获得第一标记线181a的宽度D1和第二标记线182a的宽度D2的位置。
在后文说明时，当叙述第一夹角A和第二夹角B相异或相同时，是以第一夹角A的角度数值和第二夹角B的角度数值相比较其异同，当叙述第一宽度W1和第二宽度W2相异或相同时，是以第一宽度W1的宽度数值和第二宽度W2的宽度数值相比较其异同，当叙述第一间距P1和第二间距P2相异或相同时，是以第一间距P1的间距数值和第二间距P2的间距数值相比较其异同。
本发明的对准标记10的设计原则至少需符合以下三项中的一项，设计原则包含：(1)第一间距P1和第二间距P2相异。(2)第一夹角A和第二夹角B相异。(3)第一间距P1和第二间距P2相异并且第一夹角A和第二夹角B相异。在遵照上述原则之下第一宽度W1和第二宽度W2可以相同或是相异。根据本发明的优选实施例，第一夹角A在30至60度之间，第二夹角B也在30至60度之间。第一间距P1在0.6至1.8μm之间，第二间距P2在0.6至1.8μm之间。
依照上述原则排列组合后，本发明的对准标记可以有多种不同的设计图案，以下将列举数种对准标记作为示范说明。请继续参阅图2，在图2的对准标记18所使用的原则是第一间距P1和第二间距P2相异并且第一夹角A和第二夹角B相同，此外第一间距P1大于第二间距P2。在此原则下第一宽度W1和第二宽度W2可以相同或是相异，在图2中是以第一宽度W1和第二宽度W2相同为例。
图3至图6为根据本发明的其它优选实施例所绘示的本发明的对准系统中所使用的对准标记，其中具有相同功能的元件将使用和图2中相同的元件标号。如图3所示，在图3的对准标记18所使用的原则是第一间距P1和第二间距P2相异并且第一夹角A和第二夹角B相同，第一间距P1小于第二间距P2。在此原则下第一宽度W1和第二宽度W2可以相同或是相异，在图3中是以第一宽度W1和第二宽度W2相同为例。
如图4所示，在图4的对准标记18所使用的原则是第一间距P1和第二间距P2相同并且第一夹角A和第二夹角B相异，详细来说第一夹角A小于第二夹角B。在此原则下第一宽度W1和第二宽度W2可以相同或是相异，在图4中是以第一宽度W1和第二宽度W2相同为例。
如图5所示，在图5的对准标记18所使用的原则是第一间距P1和第二间距P2相异并且第一夹角A和第二夹角B也相异，详细来说第一夹角A小于第二夹角B，第一间距P1小于第二间距P2。在此原则下第一宽度W1和第二宽度W2可以相同或是相异，在图5中是以第一宽度W1和第二宽度W2相同为例。
如图6所示，在图6的对准标记18所使用的原则是第一间距P1和第二间距P2相异并且第一夹角A和第二夹角B相异，详细来说第一间距P1小于第二间距P2，第一夹角A小于第二夹角B。在此原则下第一宽度W1和第二宽度W2可以相同或是相异，在图6中是以第一宽度W1小于第二宽度W2为例。
如上文所述第一图案18a可以包含数个区域，虽然图2至图6以第一图案18a包含二个区域为例，然而第一图案18a也可以包含超过二个区域以上，由于是对称关系，当第一图案18a超过二个区域以上，第二图案18b会超过二个区域以上。以下将以第一图案18a包含三个区域数量来说明，然而可以依制作工艺需求不同调整第一图案18a中的区域数量，不限于本发明中所举例的数量。
图7至图9为根据本发明的优选实施例所绘示的本发明的对准系统中所使用的对准标记，其中具有相同功能的元件将使用和图2中相同的元件标号。
如图7所示，对准标记18包含一第一图案18a和一第二图案18b设置在基底10上，第一图案18a和第二图案18b为对称图案，对称轴S在第一图案18a和第二图案18b的交界处，第一图案18a包含一第一区域181、一第二区域182和一第五区域185，第二图案18b包含一第三区域183、一第四区域184和一第六区域186，前述的对称轴S是设置在第一区域181和第三区域183的交界，使得第一区域181和第三区域183相对于对称轴呈对称，第二区域182和第四区域184相对于对称轴S呈对称，第五区域185和第六区域186相对于对称轴S呈对称。
第一区域181包含有多条第一标记线181a互相平行，相邻的第一标记线181a之间具有第一间距P1，各条第一标记线182a沿着一第一方向延伸，第一方向和对称轴B之间具有一第一夹角A，第二区域182包含有多条第二标记线182a互相平行，相邻的第二标记线182a之间具有第二间距P2，各条第二标记线182a沿着一第二方向延伸，第二方向和对称轴S之间具有一第二夹角B，第五区域185包含有多条第三标记线185a互相平行，各条第三标记线185a具有第三间距P3，各条第三标记线185a沿着一第三方向延伸，第三方向和对称轴S之间具有一第三夹角C。此外第一区域181具有一第一宽度W1，第二区域182具有一第二宽度W2，第三区域185具有一第三宽度W3，第一宽度W1、第二宽度W2和第三宽度W3都垂直于对称轴S。此外，各条第一标记线181a的宽度彼此之间都相同、各条第二标记线182a的宽度彼此之间也相同，各条第三标记线185a的宽度彼此之间都相同，第一标记线181a的宽度、182a第二标记线和第三标记线185a彼此之间的宽度也相同。
在后文说明时，当叙述第一夹角A、第二夹角B和第三夹角C相异或相同时，是以第一夹角A的角度数值、第二夹角B的角度数值和第三夹角C的角度数值相比较其异同，当叙述第一宽度W1、第二宽度W2和第三宽度W3相异或相同时，是以第一宽度W1的宽度数值、第二宽度W2的宽度数值和第三宽度W3的宽度数值相比较其异同，当叙述第一间距P1、第二间距P2和第三间距P3相异或相同时，是以第一间距P1的间距数值、第二间距P2的间距数值和第三间距的间距数值相比较其异同。
对准标记18的设计原则至少需符合以下三项中的一项，设计原则包含：(1)第一间距P1、第二间距P2和第三间距P3都相异。(2)第一夹角A、第二夹角B和第三夹角C都相异。(3)第一间距P1、第二间距P2和第三间距P3都相异并且第一夹角A、第二夹角B和第三夹角C都相异。在遵照上述原则之下第一宽度W1、第二宽度W2和第三宽度W3可以相同或是相异。根据本发明的较佳实施例，第一夹角A、第二夹角B和第三夹角C可以各自独立在30至60度之间选择。根据本发明的优选实施例第一间距P1、第二间距P2和第三间距P3可以各自独立在0.6至1.8μm之间选择。请继续参阅图7，在图7的对准标记18所使用的原则是第一间距P1小于第二间距P2，第二间距P2小于第三间距P3，第一夹角A、第二夹角B和第三夹角C相同。在此原则下第一宽度W1、第二宽度W2和第三宽度W3相同。根据本发明的优选实施例，第一间距P1在0.6至1.0μm之间，第二间距在1.0至1.4μm之间，第三间距在1.4至1.8μm之间。
如图8所示，在图8的对准标记所使用的原则是第一间距P1、第二间距P2和第三间距P3彼此相同，第三夹角C小于第一夹角A，第一夹角A小于第二夹角B。在此原则下第一宽度W1和第二宽度W2相同。如图9所示，在图9的对准标记18所使用的原则是第一间距P1小于第二间距P2，第二间距P2小于第三间距P3，第三夹角C小于第一夹角A，第一夹角A小于第二夹角B。在此原则下第一宽度W1、第二宽度W2和第三宽度W3相同。
图10所绘示的是沿着图3中的切线I-I’和切线II-II’的侧视放大示意图，其中具有相同功能的元件将使用和图3中相同的元件标号。如图10所示第一标记条181a和第二标记条182a都埋入于基底10，第一标记条181a的宽度D1和第二标记条182a的宽度D2相同，并且第一间距P1小于第二间距P2，第一标记条181a和第二标记条182a的制作方式包含先在基底10中依照第一间距P1和第二间距P2的大小形成数条沟槽24，接着形成一材料层，例如一金属层填入各个沟槽24并且覆盖基底10的上表面，然后进行一平坦化制作工艺，例如一化学机械研磨，移除在沟槽24之外的金属层后形成第一标记条181a和第二标记条182a。由于第二间距P2较大因此在平坦化制作工艺时，第二标记条P2之间的基底10表面会产生凹陷R，因为对准系统18中的具有同一种波长的光线会同时照射标记条和标记条之间的基底10，再由标记条和标记条之间的基底10所产生的绕射光来做分析，因此当第二标记条182a之间发生凹陷R造成其产生的绕射光也会发生误差。在另一方面，因为第一间距P1较小，所以在平坦化制作工艺时，第一标记条181a之间的基底10表面会维持平坦，也就是在第一区域181中的对准标记18是完整的，所以由第一标记条181a和其之间的基底10产生的绕射光会产生正确的信号。然而由于物理性质的关系，第一间距P1较小的第一标记条181a和第一标记条181a之间的基底10其所产生的绕射光对比强度较弱，经常无法被传感器20(请参阅图1)正确判读。综上所述，对于用同一种波长的光线照射，具有较大间距的图案(第二标记条182a构成的图案)其产生的绕射光对比信号(强度)会有些许误差但信号足够强，能让传感器20正确判读；具有较小间距的图案(第一标记条181a构成的图案)其产生的绕射光对比信号精准但信号强度不足以传感器20正确判读。因此本发明合并两种不同性质的对准图案，通过较大间距的标记条概略定位基底16位置后，再由较小间距的标记条计算基底16正确的位置。
此外，如前文所述，本发明的对准系统10采用多种不同波长的光线轮流照射对准标记18，值得注意的是：具有不同间距或角度的标记条对于不同波长的光线所产生的绕射光强度不同。举例而言，以图7为例，第一标记线181a在绿光(波长532nm)照射时，信号最强，在红光照射时信号弱，第三标记线185a在红光(波长633nm)照射时信号最强，在绿光照射时信号弱，第二标记线182a则是用波长532至633nm之间的光照射所得的信号最强。所以在所有的光线都照射过对准标记18之后，传感器20就可以获得由间距小的标记和间距大的标记而来的具有足够强度的信号。此外，除了间距大小和角度对信号强弱有影响之外，对准标记18所使用的材料也会影响绕射光的强度，因此不同的波长针对那种标记条会有最佳信号强度，会随着对准标记的设计不同而改变，可使用测试晶片(dummy wafer)先行测试来确定。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种对准系统，其特征在于，包含：
第一光源，用于发射第一光线；
对准标记，设置于基底上，该对准标记用于接受该第一光线，其中该对准标记包含：
第一图案和第二图案，设置于该基底上，其中该第一图案包含第一区域和第二区域，该第二图案包含第三区域和第四区域，该第一区域和该第三区域的交界有对称轴，使得该第一区域和该第三区域相对于该对称轴呈对称，该第二区域和该第四区域相对于该对称轴呈对称；其中：
该第一区域包含有多条第一标记线互相平行，相邻的各该第一标记线之间具有第一间距；
该第二区域包含有多条第二标记线互相平行，相邻的各该第二标记线之间具有第二间距，其中该第一间距和该第二间距相异，各该第一标记线沿着第一方向延伸，该第一方向和该对称轴之间具有第一夹角，各该第二标记线沿着第二方向延伸，该第二方向和该对称轴之间具有第二夹角，该第一夹角介于30度至60度之间，该第二夹角介于30度至60度之间；
传感器，用于检测由该对准标记绕射该第一光线而来的第一绕射光。
2.如权利要求1所述的对准系统，其中该第一图案另包含第五区域，该第二图案另包含第六区域，该第五区域和该第六区域相对于该对称轴呈对称，该第五区域包含有多条第三标记线互相平行，相邻的各该第三标记线之间具有第三间距，该第一间距、该第二间距和第三间距的间距数值相异。
3.如权利要求2所述的对准系统，其中各该第一标记线沿着第一方向延伸，该第一方向和该对称轴之间具有第一夹角，该第二标记线沿着第二方向延伸，该第二方向和该对称轴之间具有第二夹角，各该第三标记线沿着第三方向延伸，该第三方向和该对称轴之间具有第三夹角，该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角的角度数值相异。
4.如权利要求1所述的对准系统，其中该第一夹角和该第二夹角的角度数值相异。
5.如权利要求1所述的对准系统，其中该第一夹角和该第二夹角的角度数值相同。
6.如权利要求1所述的对准系统，其中该第一区域具有第一宽度垂直于该对称轴，该第二区域具有第二宽度垂直于该对称轴，该第一宽度和该第二宽度的宽度数值相同。
7.如权利要求1所述的对准系统，其中该第一区域具有第一宽度垂直于该对称轴，该第二区域具有第二宽度垂直于该对称轴，该第一宽度和该第二宽度的宽度数值相异。
8.如权利要求1所述的对准系统，另包含第二光源用于发射第二光线照射该对准标记，其中该第一光源和该第二光源的波长不同，该传感器用于检测由该对准标记绕射该第二光线而来的第二绕射光。
9.如权利要求1所述的对准系统，其中该第一区域离该对称轴较近，该第二区域离该对称轴较远。
10.一种对准系统，其特征在于，包含：
第一光源，用于发射第一光线；
对准标记，设置于基底上，该对准标记用于接受该第一光线，其中该对准标记包含：
第一图案和第二图案，设置于该基底上，其中该第一图案包含第一区域和第二区域，该第二图案包含第三区域和第四区域，该第一区域和该第三区域的交界有对称轴，使得该第一区域和该第三区域相对于该对称轴呈对称，该第二区域和该第四区域相对于该对称轴呈对称；其中：
该第一区域包含有多条第一标记线互相平行，各该第一标记线沿着第一方向延伸，该第一方向和该对称轴之间具有第一夹角；
该第二区域包含有多条第二标记线互相平行，各该第二标记线沿着第二方向延伸，该第二方向和该对称轴之间具有第二夹角，该第一夹角和该第二夹角相异，该第一夹角介于30度至60度之间，该第二夹角介于30度至60度之间；以及
传感器，用于检测由该对准标记绕射该第一光线而来的第一绕射光。
11.如权利要求10所述的对准系统，其中该第一图案另包含第五区域，该第二图案另包含第六区域，该第五区域和该第六区域相对于该对称轴呈对称，该第五区域包含有多条第三标记线互相平行，各该第三标记线沿着第三方向延伸，该第三方向和该对称轴之间具有第三夹角，该第一夹角、该第二夹角和第三夹角的角度数值相异。
12.如权利要求11所述的对准系统，其中相邻的各该第一标记线之间具有第一间距，相邻的第二标记线之间具有第二间距，相邻的各该第三标记线之间具有第三间距，该第一间距、该第二间距、该第三间距的间距数值相异。
13.如权利要求10所述的对准系统，其中相邻的各该第一标记线之间具有第一间距，相邻的各该第二标记线之间具有第二间距，该第一间距和该第二间距的间距数值相异。
14.如权利要求10所述的对准系统，其中相邻的各该第一标记线之间具有第一间距，相邻的各该第二标记线之间具有第二间距，该第一间距和该第二间距的间距数值相同。
15.如权利要求10所述的对准系统，其中该第一区域具有第一宽度垂直于该对称轴，该第二区域具有第二宽度垂直于该对称轴，该第一宽度和该第二宽度的宽度数值相同。
16.如权利要求10所述的对准系统，其中该第一区域具有第一宽度垂直于该对称轴，该第二区域具有第二宽度垂直于该对称轴，该第一宽度和该第二宽度的宽度数值相异。
17.如权利要求10所述的对准系统，另包含第二光源用于发射第二光线照射该对准标记，其中该第一光源和该第二光源的波长不同，该传感器用于检测由该对准标记绕射该第二光线而来的第二绕射光。
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