CN114488724B - 套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法，套刻图形包括第一套刻测量图形和第二套刻测量图形；第一套刻测量图形和第二套刻测量图形中的其中一者包括呈中心对称分布的四组条纹图形，每一条纹图形均包括2n+1条等间隔设置的条纹且关于中间条纹对称；第一套刻测量图形和第二套刻测量图形中的另一者包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形，尖端图形的尖端和与其对应的条纹图形的中间条纹对应设置。本发明通过观察尖端图形的尖端与条纹图形的中间条纹之间的位置即可以快速判断校准值并进行实时校准。

Description

套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法

技术领域

本发明涉及半导体加工制造技术领域，特别涉及一种套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法。

背景技术

硅片在上片时会进行预对准，通过对晶圆边缘的测定来确定晶圆位置和旋转角度，参照特征为notch口或者直线切口。在0角度上片旋转时，晶圆经过对准后会交换机械手并运输晶圆至工件台。

但是，在单机套刻或者匹配套刻时，上片中会由于重复上片而存在旋转误差或者异机旋转角度差异。当异机的上片旋转角度差异较大时，前层的对准标记在工件台坐标下会有较大的相对旋转误差，在进行硅片对准时会有查找不到对准标记的风险。

为了解决上述问题，现有技术通过在晶圆面曝光出特殊对准图形，或者直接使用前层标记，于上片旋转后再次用CCD从下往上逐排搜索对准标记，对准误差在5μm范围内。此种方案可以直接校准误差，无需再次机械校准上片精度。只是这种方案需要在误差较小时才能快速找到对准标记，否则会耗费较长的时间去搜索图形。

对于相对旋转误差较大或者机台存在一个几乎不变的误差时，现有技术一般采用机械校准。这既可以节约图形搜索时间又可以提高硅片对准精度。通过套刻测试可以精确测量上片旋转误差，分析计算出补偿值后就能校准光刻机。

另外，旋转误差来源主要有物镜、运动和对准等分系统。物镜畸变测试原理为：将掩模上的X*Y个针孔移至物镜视场内，通过Hartmann传感器和干涉仪测量这些掩模针孔的像点的相对位置，对比掩模上针孔的相对位置和像面上测量点的相对位置即可获得物镜的畸变。而运动与对准分系统的误差测试方法为：进行多种套刻测试，线性拟合(先进节点需要添加高阶项)计算出运动及对准分系统的误差。

现有技术中的套刻标记不便于直观快速的判断机械误差，从而难以进行实时校准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法，可以解决现有技术中由于套刻标记不便于直观快速的判断机械误差，从而难以进行实时校准的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种套刻图形，包括能够相互嵌套的第一套刻测量图形和第二套刻测量图形；

所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的其中一者包括呈中心对称分布的四组条纹图形，每一所述条纹图形均包括2n+1条等间隔设置的条纹且关于中间条纹对称；

所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的另一者包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形，四组尖端图形分别与四种条纹图形一一对应，并且所述尖端图形的尖端和与其对应的条纹图形的中间条纹对应设置。

可选的，每一所述条纹图形的各条纹的长度均从中间至两端逐渐递增或逐渐递减，且各所述条纹的远离所述条纹图形的中心的一端对齐设置。

可选的，每一组所述条纹图形内，任意相邻的两条纹之间的长度差均相等。

可选的，每一所述尖端图形均为等腰三角形，所述等腰三角形的顶角构成所述尖端。

可选的，每一所述尖端图形均包括相互垂直设置的第一孤立线和第二孤立线，所述第二孤立线与所述第一孤立线的中点相交，所述第二孤立线构成所述尖端。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种旋转误差校准方法，包括：

提供基底；

在所述基底上形成对准图形和第一套刻测量图形；

基于所述对准图形，进行基底的对准；

在对准后的所述基底上形成第二套刻测量图形，所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形构成如上文所述的套刻图形；

测量所述第一套刻测量图形与所述第二套刻测量图形之间的旋转误差；

判断所述旋转误差是否位于预设误差范围内；

若否，则根据所述旋转误差进行机械校准，直至所述旋转误差位于所述预设误差范围内。

可选的，所述对准图形包括一组相互垂直设置的第一栅格区域和第二栅格区域。

可选的，所述第一栅格区域和所述第二栅格区域均包括两第一栅格组和一第二栅格组，所述第二栅格组位于两所述第一栅格组之间。

可选的，所述对准图形包括两组相互垂直设置的第一栅格区域和第二栅格区域，且所述对准图形为中心对称图形。

可选的，所述第一栅格区域和所述第二栅格区域均包括一第一栅格组和一第二栅格组。

可选的，所述第一栅格组包括至少一组第一栅格，所述第二栅格组包括至少一组第二栅格。

可选的，所述第一栅格包括多个呈周期性设置的第一密集线，任意相邻的两所述第一密集线之间均设有第一空隙，所述第二栅格包括多个呈周期性设置的第二密集线，任意相邻的两所述第二密集线之间均设有第二空隙。

可选的，所述第一密集线的宽度与所述第一空隙的宽度相等，所述第二密集线的宽度与所述第二空隙的宽度相等。

可选的，所述第一栅格组与所述第二栅格组之间设有参考标记，所述参考标记位于所述第一栅格组与所述第二栅格组之间的中心位置处。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种上片旋转精度测量方法，包括：

提供基底；

在所述基底上形成对准图形和第一套刻测量图形；

将所述基底旋转90°，基于所述对准图形，进行基底的第一次对准；

在对准后的所述基底上形成第一层第二套刻测量图形，所述第一套刻测量图形和所述第一层第二套刻测量图形构成如上文所述的套刻图形；

测量所述第一套刻测量图形与所述第一层第二套刻测量图形之间的第一旋转误差；

将所述基底继续旋转90°，基于所述对准图形，进行基底的第二次对准；

在对准后的所述基底上形成第二层第二套刻测量图形，所述第一套刻测量图形和所述第二层第二套刻测量图形构成如上文所述的套刻图形；

测量所述第一套刻测量图形与所述第二层第二套刻测量图形之间的第二旋转误差；

计算所述第一旋转误差与所述第二旋转误差之间的差值，以得到上片旋转精度。

与现有技术相比，本发明提供的套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法具有以下优点：

由于本发明提供的套刻图形包括能够相互嵌套的第一套刻测量图形和第二套刻测量图形；所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的其中一者包括呈中心对称分布的四组条纹图形，每一所述条纹图形均包括2n+1条等间隔设置的条纹且关于中间条纹对称；所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的另一者包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形，所述尖端图形的尖端和与其对应的条纹图形的中间条纹对应设置。由此，本发明通过观察所述尖端图形的尖端与所述条纹图形的中间条纹之间的位置即可以快速判断校准值并进行实时校准，此外，由于所述第一套刻测量图形和第二套刻测量图形均为中心对称图形，由此能够保证在不同的旋转角度下均能够实现旋转误差的校准。

附图说明

图1(a)为本发明一实施方式中的第一套刻测量图形的结构示意图；

图1(b)为本发明一实施方式中的第二套刻测量图形的结构示意图；

图1(c)为本发明一实施方式中的旋转误差在预设误差范围内时的套刻结果示意图；

图1(d)为本发明一实施方式中的旋转误差超出预设误差范围时的套刻结果示意图；

图2(a)为本发明另一实施方式中的第一套刻测量图形的结构示意图；

图2(b)为本发明另一实施方式中的第二套刻测量图形的结构示意图；

图2(c)为本发明另一实施方式中的旋转误差在预设误差范围内时的套刻结果示意图；

图2(d)为本发明另一实施方式中的旋转误差超出预设误差范围时的套刻结果示意图；

图3为本发明一实施方式中的旋转误差校准方法的流程图；

图4为本发明一实施方式中的对准图形的示意图；

图5为本发明另一实施方式中的对准图形的示意图；

图6为本发明一实施方式中的对准图形和套刻测量图形在基底上的分布示意图；

图7为本发明一实施方式中的上片旋转精度测量方法的流程图。

其中，附图标记如下：

套刻图形-100；第一套刻测量图形-110；第二套刻测量图形-120；条纹图形-111；条纹-112；尖端图形-121；尖端-122；第一孤立线-123；第二孤立线-124；基底-200；对准图形-300；第一栅格区域-310；第二栅格区域-320；第一栅格组-311；第二栅格组-321；第一栅格-312；第二栅格-322；第一密集线-313；第一空隙-314；第二密集线-323；第二空隙-324；参考标记-330；第零场-210；第一场-220。

具体实施方式

以下结合附图1至7和具体实施方式对本发明提出的套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图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方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明的核心思想在于提供一种套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法，以解决现有技术中由于套刻标记不便于直观快速的判断机械误差，从而难以进行实时校准的问题。

为实现上述思想，本发明提供一种套刻图形，包括能够相互嵌套的第一套刻测量图形和第二套刻测量图形；所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的其中一者包括呈中心对称分布的四组条纹图形，每一所述条纹图形均包括2n+1条等间隔设置的条纹且关于中间条纹对称；所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的另一者包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形，四组尖端图形分别与四种条纹图形一一对应，并且所述尖端图形的尖端和与其对应的条纹图形的中间条纹对应设置。由此，本发明通过观察所述尖端图形的尖端与所述条纹图形的中间条纹之间的位置即可以快速判断校准值并进行实时校准，此外，由于所述第一套刻测量图形和第二套刻测量图形均为中心对称图形，由此能够保证在不同的旋转角度下均能够实现旋转误差的校准。

请参考图1(a)至图1(d)，其中，图1(a)示意性地给出了本发明一实施方式提供的套刻图形100中的第一套刻测量图形110的结构示意图；图1(b)示意性地给出本发明一实施方式提供的套刻图形100中的第二套刻测量图形120的结构示意图；图1(c)示意性地给出了本发明一实施方式提供的套刻图形100在预设误差范围内时的套刻结果示意图；图1(d)示意性地给出了本发明一实施方式提供的套刻图形100在超出预设误差范围时的套刻结果示意图。如图1(a)至1(d)所示，在本实施方式中，所述第一套刻测量图形110包括呈中心对称分布的四组条纹图形111，每一所述条纹图形111均包括2×5+1条，即11等间隔设置的条纹112，所述第二套刻测量图形120包括呈中心对称分布的四组具有尖端122的尖端图形121，且所述尖端图形121为等腰三角形，所述等腰三角形的顶角构成所述尖端122。如图1(c)所示，当旋转误差在预设误差范围内时，所述尖端图形121的尖端122刚好指向与其对应设置的条纹图形111的中间条纹112处，即图中标号为0的条纹112处；如图1(d)所示，当旋转误差超出预设范围时，所述尖端图形121的尖端122偏离与其对应设置的条纹图形111的中间条纹112，由此，通过观察所述尖端图形121的尖端122与所述条纹图形111的中间条纹112之间的位置关系，即可以快速判断出是否存在机械误差和校准值，从而可以对机械误差进行实时校准。

需要说明的是，本实施方式是以n＝5为例进行举例说明，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，n还可以取其他正整数，本发明对此并进行限制。另外，本实施方式是以第一套刻测量图形110为条纹图形111，第二套刻测量图形120为尖端图形121为例进行举例说明，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，所述第一套刻测量图形110可以为具有四组呈中心对称分布的等腰三角形的图形，所述第二套刻测量图形120可以为具有四组呈中心对称分布的四组条纹图形111的图形。

优选的，由于光学显微镜的极限分辨率为200nm，且套刻误差中的平移量可达20nm，因此所述条纹图形111中的每一条纹112的宽度CD₁均大于200nm，优选为300nm。

优选的，如图1(a)所示，所述条纹图形111的各条纹112的长度l_n从中间至两端逐渐递增，且各所述条纹112的远离所述条纹图形111的中心的一端对齐设置。由此，此种设置，可以快速判断出中间条纹112的位置，从而更加便于通过观察所述尖端图形121的尖端122与所述条纹图形111的中间条纹112之间的位置关系，以快速判断出是否存在机械误差和校准值，从而可以对机械误差进行实时校准。需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，所述条纹图形111的各条纹112的长度l_n可以从中间至两端逐渐递减。

优选的，如图1(d)所示，在本实施方式中，任意相邻的两条纹112之间的长度差ΔH₁均相等。由此，此种设置可以进一步便于旋转误差的测量。

优选的，如图1(d)所示，在本实施方式中，所述第一套刻测量图形110中的上下对称的两条纹图形111之间的距离d₁与左右对称的两条纹图形111之间的距离d₂相等。由此此种设置，可以进一步保证在不同的旋转角度下均能够实现旋转误差的校准。

由于物镜畸变等因素会导致图形存在倍率误差，因此所述第一套刻测量图形110中的上下对称的两条纹图形111之间的距离d₁或左右对称的两条纹图形111之间的距离d₂应取较小的值。优选的，在本实施方式中，d₁＝d₂＝20μm。

优选的，在本实施方式中，任意相邻的两条纹112之间的距离均相等且等于所述条纹112的宽度CD₁。由此，此种设置可以更加便于旋转误差的计算。

请参考图2(a)至图2(d)，其中，图2(a)示意性地给出了本发明另一实施方式中的第一套刻测量图形110的结构示意图；图2(b)示意性地给出了本发明另一实施方式中的第二套刻测量图形120的结构示意图；图2(c)示意性地给出了本发明另一实施方式中的旋转误差在预设误差范围内时的套刻结果示意图；图2(d)示意性地给出了本本发明另一实施方式中的旋转误差超出预设误差范围时的套刻结果示意图。如图2(a)至2(d)所示，在本实施方式中，所述第一套刻测量图形110包括四组具有尖端122的尖端图形121，且所述尖端图形121包括四组相互垂直设置的第一孤立线123和第二孤立线124，所述第二孤立线124与所述第一孤立线123的中点相交，所述第二孤立线124构成所述尖端122；所述第二套刻测量图形120包括呈中心对称分布的四组条纹图形111，每一所述条纹图形111均包括2×5+1条，即11等间隔设置的条纹112。如图2(a)所示，四组所述第一孤立线123中相邻的两所述第一孤立线123之间可以共端点，从而围成一四边形，四组所述第二孤立线124可以均朝向所述四边形的中心延伸并相交；如图2(c)所示，四组所述第一孤立线123可以围成一四边形，四组所述第二孤立线124可以均朝向远离所述四边形的中心所在位置的方向延伸；如图2(d)所示，四组所述第一孤立线123可以均不相交，四组所述第二孤立线124也可以均不相交。如图2(c)所示，当旋转误差在预设误差范围内时，所述尖端图形121的尖端122刚好指向与其对应设置的条纹图形111的中间条纹112处，即图中标号为0的条纹112处；如图2(d)所示，当旋转误差超出预设范围时，所述尖端图形121的尖端122偏离与其对应设置的条纹图形111的中间条纹112，由此，通过观察所述尖端图形121的尖端122与所述条纹图形111的中间条纹112之间的位置关系，即可快速判断出是否存在机械误差和校准值，从而可以对机械误差进行实时校准。本实施方式提供的套刻图形100可以适用于显微测试分辨率略差或光刻机性能较差的应用场景中。

需要说明的是，本实施方式是以n＝5为例进行举例说明，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，n还可以取其他正整数，本发明对此并进行限制。另外，本实施方式是以第一套刻测量图形110为尖端图形121，第二套刻测量图形120为条纹图形111为例进行举例说明，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，所述第一套刻测量图形110可以为具有四组呈中心对称分布的四组条纹图形111的图形，所述第二套刻测量图形120可以为具有四组相互垂直设置的第一孤立线123和第二孤立线124的尖端图形121。

优选的，由于光学显微镜的极限分辨率为200nm，且套刻误差中的平移量可达20nm，因此所述条纹图形111中的每一条纹112的宽度CD₂均大于200nm，优选为300nm。

优选的，如图2(b)所示，所述条纹图形111的各条纹112的长度l_m从中间至两端逐渐递减，且各所述条纹112的远离所述条纹图形111的中心的一端对齐设置。由此，此种设置，可以快速判断出中间条纹112的位置，从而更加便于通过观察所述尖端图形121的尖端122与所述条纹图形111的中间条纹112之间的位置关系，以快速判断出是否存在机械误差和校准值，从而可以对机械误差进行实时校准。需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，所述条纹图形111中的各条纹112的长度l_m可以从中间至两端逐渐递增。

优选的，如图2(c)所示，在本实施方式中，任意相邻的两条纹112之间的长度差ΔH₂均相等。由此，此种设置可以进一步便于旋转误差的测量。

优选的，如图2(c)所示，所述第一套刻测量图形110中的左右对称的两第一孤立线123之间的距离d₃与上下对称的两第一孤立线123之间的距离d₄相等。在不同的旋转角度下均能够实现旋转误差的校准。

由于物镜畸变等因素会导致图形存在倍率误差，因此所述第一套刻测量图形110中的左右对称的两第一孤立线123之间的距离d₃或上下对称的两第一孤立线123之间的距离d₄应取较小的值，优选的，d₃＝d₄＝20μm。

优选的，在本实施方式中，任意相邻的两条纹112之间的距离均相等且等于所述条纹112的宽度。由此，此种设置可以更加便于旋转误差的计算。

为实现上述思想，本发明还提供一种旋转误差校准方法，请参考图3，其示意性地给出了本发明一实施方式提供的旋转误差校准方法的流程图，如图3所示，所述校准方法包括如下步骤：

步骤S11、提供基底。

其中，基底200可以包括硅片、玻璃、不锈钢、聚酰亚胺以及表面(表面包括基底正面和基底背面)镀有功能膜层的硅片等基底。基底200表面可以存在起伏，本发明对基底200的材质以及表面形貌不作限定。

步骤S12、在所述基底上形成对准图形和第一套刻测量图形。

其中，所述第一套刻测量图形110为上文所述的套刻图形100中的第一套刻测量图形110，即所述第一套刻测量图形110可以包括呈中心对称分布的四组条纹图形111或包括呈中心对称分布的四组具有尖端122的尖端图形121。形成所述对准图形300和第一套刻测量图形110的过程具体可包括涂胶、曝光、显影工艺，为获得期望的对准图形300和第一套刻测量图形110，需选择光刻胶的种类，设定特定的曝光能量以及严格控制曝光后的处理过程，为本领域技术人员所公知，在此不再详述。

请参考图4，其示意性地给出了本发明一实施方式提供的对准图形300的示意图，如图4所示，在本实施方式中，所述对准图形300包括一组相互垂直设置的第一栅格区域310和第二栅格区域320，其中所述第一栅格区域310沿X向设置，第二栅格区域320沿Y向设置，由此，通过所述第一栅格区域310可以进行X向的对准，通过所述第二栅格区域320可以进行Y向的对准，进而可以便于在进行晶圆对准时快速找到对准标记，以实现晶圆的精确对准。

优选的，如图4所示，在本实施方式中，所述第一栅格区域310和所述第二栅格区域320均包括两第一栅格组311和一第二栅格组321，所述第二栅格组321位于两所述第一栅格组311之间，其中所述第一栅格区域310从左至右，依次包括第一栅格组311、第二栅格组321和第一栅格组311，所述第二栅格区域320从上至下，依次包括第一栅格组311、第二栅格组321和第一栅格组311。由此，本实施方式提供的对准图形300可以用于曝光场为狭窄细长空白区域的应用场景。

优选的，如图4所示，在本实施方式中，所述第一栅格组311与所述第二栅格组321之间设有参考标记330，所述参考标记330位于所述第一栅格组311与所述第二栅格组321之间的中心位置处。由此，通过设置参考标记330可以便于对第一栅格组311和第二栅格组321进行区分，以进一步提高对准效率。

所述参考标记330可为十字标记，当然，如本领域技术人员所能理解的，所述参考标记330还可以为除十字标记以为的其他标记，本发明对此并不进行限制。

优选的，如图4所示，在本实施方式中，所述第一栅格组311包括两组第一栅格312，所述第二栅格组321包括两组第二栅格322。由此，可以更加便于曝光场为狭窄细长空白区域的应用场景时的基底的对准。需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，所述第一栅格312还可以包括一组子栅格组、三组子栅格组或其他数目的子栅格组，同理，所述第二栅格322还可以包括一组子栅格组、三组子栅格组或其他数目的子栅格组，本发明对此并不进行限制。

优选的，如图4所示，在本实施方式中，所述第一栅格312包括多个呈周期性设置的第一密集线313，所述第一密集线313的长度方向沿Y向设置，任意相邻的两所述第一密集线313之间均设有第一空隙314；所述第二栅格322包括多个呈周期性设置的第二密集线323，任意相邻的两所述第二密集线323之间均设有第二空隙324，所述第二密集线323的长度方向沿X向设置。由此，此种设置，可以进一步便于在进行晶圆对准时快速找到对准标记，以实现晶圆的精确对准。

优选的，在本实施方式中，所述第一栅格312的周期P1不同于所述第二栅格322的周期P2，其中所述第一栅格312的周期P1等于第一密集线313的宽度与所述第一空隙314的宽度之和，所述第二栅格322的周期P2等于第二密集线323的宽度与所述第二空隙324的宽度之和。例如，所述第一栅格312的周期P1＝16μm，所述第二栅格322的周期P2＝17.6μm。

优选的，所述第一密集线313的宽度与所述第一空隙314的宽度相等，所述第二密集线323的宽度与所述第二空隙324的宽度相等。由此，此种设置可以更加便于形成所述对准图形300，同时也更加便于实现基底的对准。

请参考图5，其示意性地给出了本发明另一实施方式提供的对准图形300的示意图，如图5所示，在本实施方式中，所述对准图形300包括两组相互垂直设置的第一栅格区域310和第二栅格区域320，其中所述第一栅格区域310沿X向设置，第二栅格区域320沿Y向设置，两组相互垂直设置的第一栅格区域310和第二栅格区域320构成一中心对称图形，即在本实施方式中，所述对准图形300对中心对称图形。本实施方式提供的对准图形300可适用于固定场只曝光对准图形300或场中有足够空白区域的应用场景。由于本实施方式中的对准图形300为中心对称图形，由此可以使得在基底旋转一定角度后，仍然能够快速实现基底的精确对准。

优选的，如图5所示，在本实施方式中，所述第一栅格区域310和所述第二栅格区域320均包括一第一栅格组311和一第二栅格组321。其中一组所述第一栅格区域310从左至右依次包括第一栅格组311和第二栅格组321，另一组所述第一栅格区域310从右至左依次包括第一栅格组311和第二栅格组321；其中一组所述第二栅格区域320从上至下依次包括第一栅格组311和第二栅格组321，另一组所述第二栅格区域320从下至上依次包括第一栅格组311和第二栅格组321。由此，此种设置可以进一步提高对准精度。

优选的，如图5所示，在本实施方式中，所述第一栅格组311与所述第二栅格组321之间设有参考标记330，所述参考标记330位于所述第一栅格组311与所述第二栅格组321之间的中心位置处。由此，通过设置参考标记330可以便于对第一栅格组311和第二栅格组321进行区分，以进一步提高对准效率。

优选的，如图5所示，在本实施方式中，所述第一栅格组311包括两组第一栅格312，所述第二栅格组321包括两组第二栅格322。由此，此种设置可以更进一步地提高对准精度。需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，所述第一栅格312还可以包括一组第一栅格312、三组第一栅格312或其他数目的第一栅格312，同理，所述第二栅格322还可以包括一组第二栅格322、三组第二栅格322或其他数目的第二栅格322，本发明对此并不进行限制。

优选的，如图5所示，在本实施方式中，所述第一栅格312的周期P1不同于所述第二栅格322的周期P2，其中所述第一栅格312的周期P1等于第一密集线313的宽度与所述第一空隙314的宽度之和，所述第二栅格322的周期P2等于第二密集线323的宽度与所述第二空隙324的宽度之和。

优选的，在本实施方式中，所述第一栅格312的周期P1小于所述第二栅格322的周期P2。例如，所述第一栅格312的周期P1＝16μm，所述第二栅格322的周期P2＝17.6μm。

优选的，所述第一密集线313的宽度与所述第一空隙314的宽度相等，所述第二密集线323的宽度与所述第二空隙324的宽度相等。由此，此种设置可以更加便于形成所述对准图形300，同时也更加便于实现基底的对准。

步骤S13、基于所述对准图形，进行基底的对准。

步骤S14、在对准后的所述基底上形成第二套刻测量图形。

其中，所述第二套刻测量图形120为上文所述套刻图形100中的第二套刻测量图形120，且所述第一套刻测量图形110和所述第二套刻测量图形120构成如上文所述的套刻图形100。即当所述第一套刻测量图形110包括呈中心对称分布的四组条纹图形111时，所述第二套刻测量图形120包括呈中心对称分布的四组具有尖端122的尖端图形121；当所述第一套刻测量图形110包括呈中心对称分布的四组具有尖端122的尖端图形121时，所述第二套刻测量图形120包括呈中心对称分布的四组条纹图形111。形成所述第二套刻测量图形120的过程具体包括涂胶、曝光、显影工艺。

请参考图6，其示意性地给出了本发明一实施方式提供的对准图形300和套刻测量图形在基底200上的分布示意图，如图6所示，在所述基底200上共形成有五组套刻图形100和四组对准图形300，其中一组套刻图形100分布在所述基底200的中心场位置处，即第零场210位置处，另外四组套刻图形100和四组所述对准图形300均均匀分布在所述基底200上，其中，四组所述对准图形300分别分布在紧邻所述第零场210(即中心场)的上、下、左、右四个曝光场处，四组所述套刻图形100分别分布在紧邻所述对准图形300的第一场220位置处。

步骤S15、测量所述第一套刻测量图形与所述第二套刻测量图形之间的旋转误差。

具体地，可以通过CCD等测量手段观察第零场210和第一场220中的套刻图形100，通过观察所述尖端图形121的尖端122与所述条纹图形111的中间条纹112之间的位置，即可以测量出第一套刻测量图形110与第二套刻测量图形120之间的偏移距离，记第一场220中的所述第一套刻测量图形110与所述第二套刻测量图形120之间的偏移距离为t₁，第零场210中的所述第一套刻测量图形110与所述第二套刻测量图形120之间的偏移距离为t₀，由于旋转误差α及套刻图形100相对位移距离的单位分别为微弧度和纳米，数值极小，因此可用如下近似关系：

t₁-t₀＝Y*sinα≈Y*α(1)

其中，Y为第一场220中的第一套刻测量图形110的中心距离基底200的中心的距离。

根据上式(1)，可得到如下关系式：

α＝(t₁-t₀)/Y(2)

举例而言，当t₁＝250nm，t₀＝0nm，Y＝65mm时，α＝250nm/65mm＝3.8μrad；

当t₁＝500nm，t₀＝0nm，Y＝65mm时，α＝500nm/65mm＝7.7μrad。

步骤S16、判断所述旋转误差是否位于预设误差范围内。

若否，则执行步骤S17。

旋转误差的容许范围，即预设误差范围是基于对准图形300的位置和光刻机设备本身的捕获范围进行限定的。对准分系统识别对准图形300后会拟合基底200的中心位置，同时会限定对准图形300的相对位置误差范围。以12寸晶圆为例，通常对准图形300距离晶圆坐标系圆心距离为121mm，若限定对准图形300相对位置误差要小于1μm，则拟合后晶圆的旋转误差应小于8.3μrad。另一方面CCD视场大小等因素会限定对准图形300的捕获范围。若光刻机对准图形300的捕获范围为20×20μm，线性捕获范围为10μm，在该区域内对准分系统能可靠、准确的测量对准图形300的位置。计算可得，仅捕获对准图形300条件下，晶圆的旋转误差应小于82.6μrad。综上，晶圆的上片旋转误差应小于8.3μrad，此时才能按照多个对准图形300完成晶圆对准。

光刻机晶圆对准图形300一般有距离限制，若上片重复性好且平移误差在10μm以内，则无需对准步骤，可以直接计算中心场(第零场210)的平移误差，再计算测量场(第一场220)和中心场(第零场210)的相对误差，进而计算场间旋转误差。

若对准流程仅限定捕获范围，不再限定对准图形300的位置误差是否达标，则旋转误差的可容许范围为263.2μrad，即预设误差范围为263.2μrad。若限定对准图形300的位置误差范围，则需要放宽标准，若另对准图形300相对位置误差容许数值为5μm，则旋转误差可容许范围为131.6μrad。

本发明的旋转误差的测量精度根据套刻图形100中的条纹112的宽度CD来确定，优选的，本发明中的套刻图形100中的条纹112的最小宽度为250nm，若第一套刻测量图形110距离晶圆坐标系圆心距离Y为65mm，此时旋转误差的测量精度为1.9μrad。若想提高测量精度，可以适当延长第一套刻测量图形110与圆心之间的间距，例如，间距为117nm时，测量精度为1.1μrad。

条纹112的宽度CD越宽，对应的旋转误差的测量极限越高，当所述条纹112图形中包括2n+1条条纹112时，测量极限α_max＝2nCD/Y。

步骤S17、根据所述旋转误差进行机械校准，直至所述旋转误差位于所述预设误差范围内。

由此，本发明通过观察所述尖端图形的尖端与所述条纹图形的中间条纹之间的位置即可以快速判断校准值并进行实时校准，此外，由于所述第一套刻测量图形和第二套刻测量图形均为中心对称图形，由此能够保证在不同的旋转角度下均能够实现旋转误差的校准。

为实现上述思想，本发明还提供一种上片旋转精度测量方法，请参考图7，其示意性地给出了本发明一实施方式提供的上片旋转精度测量方法的流程图，如图7所示，所述上片旋转精度测量方法包括如下步骤：

S21、提供基底。

其中，基底可以包括硅片、玻璃、不锈钢、聚酰亚胺以及表面(表面包括基底正面和基底背面)镀有功能膜层的硅片等基底。基底表面可以存在起伏，本发明对基底的材质以及表面形貌不作限定。

S22、在所述基底上形成对准图形和第一套刻测量图形。

其中，所述第一套刻测量图形为上文所述的套刻图形中的第一套刻测量图形，即所述第一套刻测量图形可以包括呈中心对称分布的四组条纹图形或包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形。形成所述对准图形和第一套刻测量图形的过程具体可包括涂胶、曝光、显影工艺，为获得期望的对准图形和第一套刻测量图形，需选择光刻胶的种类，设定特定的曝光能量以及严格控制曝光后的处理过程，为本领域技术人员所公知，在此不再详述。

所述对准图形与上文所述的旋转误差校准方法中的对准图形相同，故在此不再进行详述。

S23、将所述基底旋转90°，基于所述对准图形，进行基底的第一次对准。

为了能够顺利实现在将所述基底旋转90°后的基底的对准，掩模版上设置的若干个套刻图形最好是沿X向、Y向等间隔分布，若干个对准图形最好也是沿X向、Y向等间隔分布，优选的，沿X向或者Y向的相邻两个对准图形之间的间隔为2mm。

S24、在对准后的所述基底上形成第一层第二套刻测量图形。

其中，所述第一层第二套刻测量图形为上文所述套刻图形中的第二套刻测量图形，且所述第一套刻测量图形和所述第一层第二套刻测量图形构成如上文所述的套刻图形。即当所述第一套刻测量图形包括呈中心对称分布的四组条纹图形时，所述第一层第二套刻测量图形包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形；当所述第一套刻测量图形包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形时，所述第一层第二套刻测量图形包括呈中心对称分布的四组条纹图形。形成所述第一层第二套刻测量图形的过程具体包括涂胶、曝光、显影工艺。

S25、测量所述第一套刻测量图形与所述第一层第二套刻测量图形之间的第一旋转误差。

所述第一旋转误差α₁的计算方法与上文所述的旋转误差校准方法中的旋转误差的计算方法相同，在此不再进行详述。

S26、将所述基底继续旋转90°，基于所述对准图形，进行基底的第二次对准。

S27、在对准后的所述基底上形成第二层第二套刻测量图形。

其中，所述第二层第二套刻测量图形为上文所述套刻图形中的第二套刻测量图形，且所述第一套刻测量图形和所述第二层第二套刻测量图形构成如上文所述的套刻图形。即当所述第一套刻测量图形包括呈中心对称分布的四组条纹图形时，所述第二层第二套刻测量图形包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形；当所述第一套刻测量图形包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形时，所述第二层第二套刻测量图形包括呈中心对称分布的四组条纹图形。形成所述第二层第二套刻测量图形的过程具体包括涂胶、曝光、显影工艺。

S28、测量所述第一套刻测量图形与所述第二层第二套刻测量图形之间的第二旋转误差。

所述第一旋转误差α₂的计算方法与上文所述的旋转误差校准方法中的旋转误差的计算方法相同，在此不再进行详述

S29、计算所述第一旋转误差与所述第二旋转误差之间的差值，以得到上片旋转精度。

上片旋转精度Δ＝α₁-α₂。

为了提高上片旋转精度的测量精度，可以同批测量多片基底，以得到多个上片旋转精度，取所述多个上片旋转精度的均值、标准差或均方差作为最终的上片旋转精度。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的套刻图形、旋转误差校准方法和上片旋转精度测量方法具有以下优点：

由于本发明提供的套刻图形包括能够相互嵌套的第一套刻测量图形和第二套刻测量图形；所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的其中一者包括呈中心对称分布的四组条纹图形，每一所述条纹图形均包括2n+1条等间隔设置的条纹且关于中间条纹对称；所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的另一者包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形，所述尖端图形的尖端和与其对应的条纹图形的中间条纹对应设置。由此，本发明通过观察所述尖端图形的尖端与所述条纹图形的中间条纹之间的位置即可以快速判断校准值并进行实时校准，此外，由于所述第一套刻测量图形和第二套刻测量图形均为中心对称图形，由此能够保证在不同的旋转角度下均能够实现旋转误差的校准。

上述描述仅是对本发明较佳实施方式的描述，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。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种套刻图形，其特征在于，包括能够相互嵌套的第一套刻测量图形和第二套刻测量图形；

所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的其中一者包括呈中心对称分布的四组条纹图形，每一所述条纹图形均包括2n+1条等间隔设置的条纹且关于中间条纹对称；

所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形中的另一者包括呈中心对称分布的四组具有尖端的尖端图形，四组尖端图形分别与四种条纹图形一一对应，并且所述尖端图形的尖端和与其对应的条纹图形的中间条纹对应设置。

2.根据权利要求1所述的套刻图形，其特征在于，每一所述条纹图形的各条纹的长度均从中间至两端逐渐递增或逐渐递减，且每一所述条纹图形内，各所述条纹的远离所述条纹图形的中心的一端对齐设置。

3.根据权利要求2所述的套刻图形，其特征在于，每一所述条纹图形内，任意相邻的两条纹之间的长度差均相等。

4.根据权利要求1所述的套刻图形，其特征在于，每一所述尖端图形均为等腰三角形，所述等腰三角形的顶角构成所述尖端。

5.根据权利要求1所述的套刻图形，其特征在于，每一所述尖端图形均包括相互垂直设置的第一孤立线和第二孤立线，所述第二孤立线与所述第一孤立线的中点相交，所述第二孤立线构成所述尖端。

6.一种旋转误差校准方法，其特征在于，包括：

提供基底；

在所述基底上形成对准图形和第一套刻测量图形；

基于所述对准图形，进行基底的对准；

在对准后的所述基底上形成第二套刻测量图形，所述第一套刻测量图形和所述第二套刻测量图形构成如权利要求1至5中任一项所述的套刻图形；

测量所述第一套刻测量图形与所述第二套刻测量图形之间的旋转误差；

判断所述旋转误差是否位于预设误差范围内；

若否，则根据所述旋转误差进行机械校准，直至所述旋转误差位于所述预设误差范围内。

7.根据权利要求6所述的旋转误差校准方法，其特征在于，所述对准图形包括一组相互垂直设置的第一栅格区域和第二栅格区域。

8.根据权利要求7所述的旋转误差校准方法，其特征在于，所述第一栅格区域和所述第二栅格区域均包括两第一栅格组和一第二栅格组，所述第二栅格组位于两所述第一栅格组之间。

9.根据权利要求6所述的旋转误差校准方法，其特征在于，所述对准图形包括两组相互垂直设置的第一栅格区域和第二栅格区域，且所述对准图形为中心对称图形。

10.根据权利要求9所述的旋转误差校准方法，其特征在于，所述第一栅格区域和所述第二栅格区域均包括一第一栅格组和一第二栅格组。

11.根据权利要求8或10所述的旋转误差校准方法，其特征在于，所述第一栅格组包括至少一组第一栅格，所述第二栅格组包括至少一组第二栅格。

12.根据权利要求11所述的旋转误差校准方法，其特征在于，所述第一栅格包括多个呈周期性设置的第一密集线，任意相邻的两所述第一密集线之间均设有第一空隙，所述第二栅格包括多个呈周期性设置的第二密集线，任意相邻的两所述第二密集线之间均设有第二空隙。

13.根据权利要求12所述的旋转误差校准方法，其特征在于，所述第一密集线的宽度与所述第一空隙的宽度相等，所述第二密集线的宽度与所述第二空隙的宽度相等。

14.根据权利要求8或10所述的旋转误差校准方法，其特征在于，所述第一栅格组与所述第二栅格组之间设有参考标记，所述参考标记位于所述第一栅格组与所述第二栅格组之间的中心位置处。

15.一种上片旋转精度测量方法，其特征在于，包括：

提供基底；

在所述基底上形成对准图形和第一套刻测量图形；

将所述基底旋转90°，基于所述对准图形，进行基底的第一次对准；

在对准后的所述基底上形成第一层第二套刻测量图形，所述第一套刻测量图形和所述第一层第二套刻测量图形构成如权利要求1至5中任一项所述的套刻图形；

测量所述第一套刻测量图形与所述第一层第二套刻测量图形之间的第一旋转误差；

将所述基底继续旋转90°，基于所述对准图形，进行基底的第二次对准；

在对准后的所述基底上形成第二层第二套刻测量图形，所述第一套刻测量图形和所述第二层第二套刻测量图形构成如权利要求1至5中任一项所述的套刻图形；

测量所述第一套刻测量图形与所述第二层第二套刻测量图形之间的第二旋转误差；

计算所述第一旋转误差与所述第二旋转误差之间的差值，以得到上片旋转精度。

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