CN115881739A - 拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法 - Google Patents

拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,在待拼接的各片矩形像素区的边缘对应形成A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,A类套刻图形记号及B类套刻图形记号在经过拼接曝光后,采用扫描电镜量测尺寸特征,根据扫描电镜量测得到的拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号的尺寸特征,确定相邻两片矩形像素区的拼接套刻精度。该拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,能直接对拼接后的产品像素区上的套刻图形记号的进行直接量测,便于对拼接制造图像传感器的拼接套刻精度进行及时精确监控,能更精确高效的给出超大图象传感器的套刻模型预值。

Description

拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术,特别是涉及一种拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法。
背景技术
CMOS图像传感器(CIS,CMOS Image Sensor)由于其制造工艺和现有的集成电路制造工艺兼容,且其性能相比于原有电荷耦合器件(CCD,Charge Coupled Device)有很多优点,其使用量逐年增加。CMOS图像传感器可将驱动电路和像素集成在一起,由于在采集光信号的同时就可以取出电信号,能够实时地处理图像信息,速度比CCD图像传感器快得多。CMOS图像传感器还具有价格便宜,带宽较大,防模糊,访问的灵活性和较大的填充系数等诸多优点。
CMOS图像传感器由像素(Pixel)单元电路和CMOS电路构成,像素(Pixel)单元电路位于像素区(Pixel area),CMOS电路为逻辑电路位于逻辑区(Logic area)。相对于CCD图像传感器,CMOS图像传感器因为采用CMOS标准制作工艺,因此具有更好的可集成度,可以与其他数模运算和控制电路集成在同一块芯片上,更适应未来的发展。根据现有CMOS图像传感器的像素单元电路所含晶体管数目,其主要分为3T型结构和4T型结构。
高像素复合成像技术(>1亿像素)基本在12英寸硅片实现,且要求制造商使用更高阶的设计规则以提高像素单元的填充因子,其中包括光刻工具优良移动精度和特征尺寸均匀性,具有图像定义和分配任务的程序编制软件,目前世界上只有少数几家公司垄断此工艺技术。目前,在12寸晶圆中间所能做出的最大单一传感器的尺寸约为205mm*205mm,像素约为15亿。
目前图像传感器已经广泛发展及应用于各种领域,其中一些特别领域比如天文望远镜、全画幅数码相机、医学成像等专业成像应用领域就需要用到大尺寸的图像传感器。而这些大尺寸的图像传感器由于已经超过光刻机的像场26*33毫米,因此在制造过程中,需要使用到拼接技术。超大图象传感器的制造,需要采用拼接工艺,像素区拼接多次甚至几十次形成超大的像素区,最终拼接成一个大尺寸的图形传感器。
像素区拼接工艺中的套刻精度是其中最为关键的技术指标之一。通常来说拼接套刻精度的控制,如图1所示,需要在产品像素区10边缘放置传统拼接套刻记号(Stitchingoverlay mark)11。产品各像素区拼接曝光完成之后(如图2所示),对这些传统的拼接套刻记号11进行量测,并进行后续的机台走位精度补偿,以满足拼接套刻精度的要求。
传统的拼接套刻记号11如图3所示,由内框可外框组成,外框宽度约40um,面积较大。在超大图象传感器的拼接中,由于像素区10是重复图形,无法在边缘放置面积过大的传统拼接套刻记号11,因此采用的方法是,先出版一块测试光罩,所述测试光罩的拼接方式及曝光工艺和产品相同,所述测试光罩没有产品图形,因此可以在边缘放置较大的传统拼接套刻记号,然后将测试光罩在测试晶圆上完成和产品相同曝光拼接后进行套刻精度量测,以推测出产品的套刻精度。测试光罩的左边缘、右边缘、上边缘、下边缘分别对应放置较大的传统拼接套刻记号,如果拼接准确无误,经过拼接及曝光工艺后左右拼接的左测试光罩右边缘的传统拼接套刻记号同右测试光罩左边缘的传统拼接套刻记号的中心应当重合,上下拼接的上测试光罩下边缘的传统拼接套刻记号同下测试光罩上边缘的传统拼接套刻记号的中心应当重合。如图4所示,像素区拼接工艺中的套刻精度,其中的左右膨胀误差magX可以由经过拼接及曝光工艺后的左右拼接的左测试光罩右边缘的传统拼接套刻记号的X轴坐标同右测试光罩左边缘的传统拼接套刻记号的X轴坐标的差值得到;其中的左右扭转误差rotY可以由经过拼接及曝光工艺后的左右拼接的左测试光罩(例如P1)右边缘的传统拼接套刻记号的中心点坐标(x1,y1)同右测试光罩(例如P2)左边缘的传统拼接套刻记号的中心点坐标(x2,y2)得到,
Figure BDA0003286585720000021
其中的上下膨胀误差magY可以由经过拼接及曝光工艺后的上下拼接的上测试光罩下边缘的传统拼接套刻记号的Y轴坐标同下测试光罩上边缘的传统拼接套刻记号的Y轴坐标的差值得到;其中的上下扭转误差rotX可以由经过拼接及曝光工艺后的上下拼接的上测试光罩(例如P3)下边缘的传统拼接套刻记号的坐标(x3,y3)同下测试光罩(例如P1)上边缘的传统拼接套刻记号的坐标(x1,y1)得到,/>
Figure BDA0003286585720000022
该方法间接通过测试光罩在晶圆上的套刻精度预估产品的套刻精度,缺点在于套刻精度受到光罩、晶圆、工艺等等因素影响,存在不确定性,且无法直接对产品进行量测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,能直接对拼接后的产品像素区上的套刻图形记号的进行直接量测,便于对拼接制造图像传感器的拼接套刻精度进行及时精确监控,并使像素区(Pixel area)整体图形保持自然。
为解决上述技术问题,本发明提供的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其包括以下步骤:
一.形成至少2片矩形像素区;
各片像素区,其上边缘形成有至少一个A类套刻图形记号,其下边缘同上边缘相对应形成有至少一个B类套刻图形记号,其左边缘形成有至少一个A类套刻图形记号,其右边缘同左边缘相对应形成有至少一个B类套刻图形记号;
所述A类套刻图形记号包括两个A类侧边条和N个A类中间条,N为大于1的整数;
两个A类侧边条和N个A类中间条平行布置;
两个A类侧边条布置在N个A类中间条两侧;
A类侧边条由连接在一起的主体部及头部组成;
主体部位于近远离像素区中心侧;
头部为矩形,位于远像素区中心侧;
头部的宽度大于主体部的宽度;
两个A类侧边条的头部到与其相邻的A类中间条的距离相同;
各A类中间条之间的间距相同;
各A类中间条的远像素区中心侧的一端齐平并且位于两个A类侧边条的头部之间;
所述B类套刻图形记号同所述所述A类套刻图形记号配合设置,其包括两个B类侧边条和N个B类中间条;
两个B类侧边条和N个B类中间条平行布置;
两个B类侧边条布置在N个B类中间条两侧;
各B类中间条的远像素区中心侧的一端齐平;
各B类中间条之间的间距等于各A类中间条之间的间距;
两个A类侧边条的主体部到与其相邻的A类中间条的距离E、两个B类侧边条到与其相邻的B类中间条的距离相同;
二.将多片矩形像素区左右拼接和/或上下拼接,使相邻2片矩形像素区边缘的A类套刻图形记号拼接到对应的B类套刻图形记号,使两个A类侧边条的头部同两个B类侧边条的远像素区中心侧的端部一一对应拼接并且有重叠区,使N个A类中间条的远像素区中心侧的端部同N个B类中间条的远像素区中心侧的端部一一对应拼接并且有重叠区;然后经曝光后形成图形;
三.采用扫描电镜量测拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,得到其中一个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离K,以及其中另一个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离C;根据两个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离,计算得到相邻两片矩形像素区的拼接套刻精度OVL:OVL=K-C;
当相邻两片矩形像素区的为左右拼接时,OVL为左右拼接套刻精度;
当相邻两片矩形像素区的为上下拼接时,OVL为上下拼接套刻精度。
较佳的,在拼接及曝光之前,A类中间条的宽度、A类侧边条的主体部宽度D1、B类中间条的宽度及B类侧边条的宽度D2为矩形像素区制备工艺关键尺寸的1~2倍。
较佳的,N为2、3、4或者5。
较佳的,步骤三中,采用扫描电镜量测拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,还得到相邻的A类中间条的距离A1以及相邻的B类中间条的距离B1,OVL=K-C-(A1-B1)。
较佳的,在拼接及曝光之前,A类中间条的宽度、A类侧边条的主体部的宽度D1、B类中间条的宽度及B类侧边条的宽度D2相同。
较佳的,在拼接及曝光之前,各B类中间条的远像素区中心侧的一端在两个B类侧边条的远像素区中心侧。
较佳的,在拼接及曝光之前,各B类中间条的远像素区中心侧的一端较B类侧边条的远像素区中心侧的一端距离像素区中心远,各B类中间条的远像素区中心侧的一端到B类侧边条的远像素区中心侧的一端远像素区中心侧的一端的距离F等于A类侧边条头部长度H的1/2。
较佳的,在拼接及曝光之前,两个A类侧边条的主体部的宽度及各A类中间条的宽度相同;
两个A类侧边条和N个A类中间条的近像素区中心的一端齐平。
较佳的,在拼接及曝光之前,A类侧边条的头部宽度I为A类侧边条的主体部宽度D1的2~5倍。
较佳的,在拼接及曝光之前,各A类中间条的远像素区中心侧的一端齐平并且对应于两个A类侧边条的头部的中间位置,即A类中间条的远像素区中心侧的一端到A类侧边条的头部的近像素区中心侧的一端的长度G是A类侧边条的头部长度H的1/2。
本发明的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,在待拼接的各片矩形像素区(Pixel area)的边缘对应形成A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,来替代传统的套刻记号,新的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号在经过拼接曝光后,可以采用扫描电镜量测尺寸特征,从而可以根据扫描电镜量测得到的拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号的尺寸特征,确定相邻两片矩形像素区的拼接套刻精度OVL。该拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,能直接对拼接后的产品像素区上的套刻图形记号的进行直接量测,便于对拼接制造图像传感器的拼接套刻精度进行及时精确监控,能更精确高效的给出超大图象传感器的套刻模型预值;并且,由于在待拼接的各片矩形像素区(Pixel area)的边缘对应形成A类套刻图形记号及B类套刻图形记号的基本图形为长条状,同像素区(Pixel area)边缘的导线的图形一致,使像素区(Pixel area)整体图形保持自然。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是产品像素区边缘放置传统拼接套刻记号示意图;
图2是边缘放置传统拼接套刻记号的两产品像素区左右拼接曝光完成之后的示意图;
图3是边缘放置传统拼接套刻记号的两测试光罩左右拼接曝光完成之后的传统拼接套刻记号的示意图;
图4是边缘放置传统拼接套刻记号的测试光罩拼接曝光后的拼接套刻精度确定方法示意图;
图5是本发明的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法一实施例A类套刻图形记号的示意图;
图6是本发明的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法一实施例B类套刻图形记号的示意图。
图7是本发明的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法一实施例相邻两片矩形像素区左右拼接连接处的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其包括以下步骤:
一.形成至少2片矩形像素区(Pixel area);
各片像素区,其上边缘形成有至少一个A类套刻图形记号,其下边缘同上边缘相对应形成有至少一个B类套刻图形记号,其左边缘形成有至少一个A类套刻图形记号,其右边缘同左边缘相对应形成有至少一个B类套刻图形记号;
如图5所示,所述A类套刻图形记号包括两个A类侧边条和N个A类中间条,N为大于1的整数;
两个A类侧边条和N个A类中间条平行布置;
两个A类侧边条布置在N个A类中间条两侧;
A类侧边条由连接在一起的主体部及头部组成;
主体部位于近远离像素区中心侧;
头部为矩形,位于远像素区中心侧;
头部的宽度大于主体部的宽度;
两个A类侧边条的头部到与其相邻的A类中间条的距离相同;
各A类中间条之间的间距相同;
各A类中间条的远像素区中心侧的一端齐平并且位于两个A类侧边条的头部之间;
如图6所示,所述B类套刻图形记号同所述所述A类套刻图形记号配合设置,其包括两个B类侧边条和N个B类中间条;
两个B类侧边条和N个B类中间条平行布置;
两个B类侧边条布置在N个B类中间条两侧;
各B类中间条的远像素区中心侧的一端齐平;
各B类中间条之间的间距等于各A类中间条之间的间距;
两个A类侧边条的主体部到与其相邻的A类中间条的距离E、两个B类侧边条到与其相邻的B类中间条的距离相同;
二.将多片矩形像素区(Pixel area)左右拼接和/或上下拼接,使相邻2片矩形像素区(Pixel area)边缘的A类套刻图形记号拼接到对应的B类套刻图形记号,使两个A类侧边条的头部同两个B类侧边条的远像素区中心侧的端部一一对应拼接并且有重叠区,使N个A类中间条的远像素区中心侧的端部同N个B类中间条的远像素区中心侧的端部一一对应拼接并且有重叠区;然后经曝光后形成图形;
三.采用扫描电镜量测拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,得到其中一个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离K,以及其中另一个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离C;根据两个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离,计算得到相邻两片矩形像素区的拼接套刻精度OVL:OVL=K-C;
当相邻两片矩形像素区的为左右拼接时,OVL为左右拼接套刻精度;
当相邻两片矩形像素区的为上下拼接时,OVL为上下拼接套刻精度。
较佳的,N为2、3、4或者5(例如,N为3)。
较佳的,在拼接及曝光之前,A类中间条的宽度、A类侧边条的主体部宽度D1、B类中间条的宽度及B类侧边条的宽度D2为矩形像素区制备工艺关键尺寸(Critical Dimension,简称CD)的1~2倍。
图7是相邻两片矩形像素区左右拼接连接处的示意图,相邻两片矩形像素区上下拼接的示意图可以按照图5旋转90度得到,像素区P1和像素区P2是完全相同的,斜线阴影部分为重复曝光区域P12,也是就拼接区,超大图像传感器通常需要几十片矩形像素区拼接形成。
实施例一的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,在待拼接的各片矩形像素区(Pixel area)的边缘对应形成A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,来替代传统的套刻记号,新的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号在经过拼接曝光后,可以采用扫描电镜量测尺寸特征,从而可以根据扫描电镜量测得到的拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号的尺寸特征,确定相邻两片矩形像素区的拼接套刻精度OVL。实施例一的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,能直接对拼接后的产品像素区上的套刻图形记号的进行直接量测,便于对拼接制造图像传感器的拼接套刻精度进行及时精确监控,能更精确高效的给出超大图象传感器的套刻模型预值;并且,由于在待拼接的各片矩形像素区(Pixel area)的边缘对应形成A类套刻图形记号及B类套刻图形记号的基本图形为长条状,同像素区(Pixel area)边缘的导线的图形一致,使像素区(Pixel area)整体图形保持自然。
实施例二
基于实施例一的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,步骤三中,采用扫描电镜量测拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,还得到相邻的A类中间条的距离A1以及相邻的B类中间条的距离B1,OVL=K-C-(A1-B1)。
实施例二的超大图像传感器制造方法,相邻两片矩形像素区的拼接套刻精度OVL的确定,还考虑矩形像素区的拼接曝光对相邻的A类中间条的距离A1以及相邻的B类中间条的距离B1的影响,从而消除矩形像素区制备工艺关键尺寸(Critical Dimension,简称CD)的变化对拼接套刻精度OVL的影响。
实施例三
基于实施例一的超大图像传感器制造方法,在拼接及曝光之前,A类中间条的宽度、A类侧边条的主体部宽度D1、B类中间条的宽度及B类侧边条的宽度D2相同。
较佳的,在拼接及曝光之前,各B类中间条的远像素区中心侧的一端在两个B类侧边条的远像素区中心侧。
较佳的,在拼接及曝光之前,各B类中间条的远像素区中心侧的一端较B类侧边条的远像素区中心侧的一端距离像素区中心远,各B类中间条的远像素区中心侧的一端到B类侧边条的远像素区中心侧的一端远像素区中心侧的一端的距离F约等于A类侧边条头部长度H的1/2。
较佳的,在拼接及曝光之前,两个A类侧边条的主体部的宽度D1及各A类中间条的宽度相同。
较佳的,在拼接及曝光之前,两个A类侧边条和N个A类中间条的近像素区中心的一端齐平。
实施例四
基于实施例一的超大图像传感器制造方法,在拼接及曝光之前,A类侧边条的头部宽度I为A类侧边条的主体部宽度D1的2~5倍(例如3倍)。
较佳的,在拼接及曝光之前,各A类中间条的远像素区中心侧的一端齐平并且对应于两个A类侧边条的头部的中间位置,即A类中间条的远像素区中心侧的一端到A类侧边条的头部的近像素区中心侧的一端的长度G是A类侧边条的头部长度H的1/2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,其包括以下步骤:
一.形成至少2片矩形像素区;
各片像素区,其上边缘形成有至少一个A类套刻图形记号,其下边缘同上边缘相对应形成有至少一个B类套刻图形记号,其左边缘形成有至少一个A类套刻图形记号,其右边缘同左边缘相对应形成有至少一个B类套刻图形记号;
所述A类套刻图形记号包括两个A类侧边条和N个A类中间条,N为大于1的整数;
两个A类侧边条和N个A类中间条平行布置;
两个A类侧边条布置在N个A类中间条两侧;
A类侧边条由连接在一起的主体部及头部组成;
主体部位于近远离像素区中心侧;
头部为矩形,位于远像素区中心侧;
头部的宽度大于主体部的宽度;
两个A类侧边条的头部到与其相邻的A类中间条的距离相同;
各A类中间条之间的间距相同;
各A类中间条的远像素区中心侧的一端齐平并且位于两个A类侧边条的头部之间;
所述B类套刻图形记号同所述所述A类套刻图形记号配合设置,其包括两个B类侧边条和N个B类中间条;
两个B类侧边条和N个B类中间条平行布置;
两个B类侧边条布置在N个B类中间条两侧;
各B类中间条的远像素区中心侧的一端齐平;
各B类中间条之间的间距等于各A类中间条之间的间距;
两个A类侧边条的主体部到与其相邻的A类中间条的距离E、两个B类侧边条到与其相邻的B类中间条的距离相同;
二.将多片矩形像素区左右拼接和/或上下拼接,使相邻2片矩形像素区边缘的A类套刻图形记号拼接到对应的B类套刻图形记号,使两个A类侧边条的头部同两个B类侧边条的远像素区中心侧的端部一一对应拼接并且有重叠区,使N个A类中间条的远像素区中心侧的端部同N个B类中间条的远像素区中心侧的端部一一对应拼接并且有重叠区;然后经曝光后形成图形;
三.采用扫描电镜量测拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,得到其中一个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离K,以及其中另一个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离C;根据两个A类侧边条的头部到与其相邻的B类中间条的距离,计算得到相邻两片矩形像素区的拼接套刻精度OVL:OVL=K-C;
当相邻两片矩形像素区的为左右拼接时,OVL为左右拼接套刻精度;
当相邻两片矩形像素区的为上下拼接时,OVL为上下拼接套刻精度。
2.根据权利要求1所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
在拼接及曝光之前,A类中间条的宽度、A类侧边条的主体部宽度D1、B类中间条的宽度及B类侧边条的宽度D2为矩形像素区制备工艺关键尺寸的1~2倍。
3.根据权利要求1所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
N为2、3、4或者5。
4.根据权利要求1所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
步骤三中,采用扫描电镜量测拼接在一起并曝光的A类套刻图形记号及B类套刻图形记号,还得到相邻的A类中间条的距离A1以及相邻的B类中间条的距离B1,OVL=K-C-(A1-B1)。
5.根据权利要求1所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
在拼接及曝光之前,A类中间条的宽度、A类侧边条的主体部的宽度D1、B类中间条的宽度及B类侧边条的宽度D2相同。
6.根据权利要求1所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
在拼接及曝光之前,各B类中间条的远像素区中心侧的一端在两个B类侧边条的远像素区中心侧。
7.根据权利要求6所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
在拼接及曝光之前,各B类中间条的远像素区中心侧的一端较B类侧边条的远像素区中心侧的一端距离像素区中心远,各B类中间条的远像素区中心侧的一端到B类侧边条的远像素区中心侧的一端远像素区中心侧的一端的距离F等于A类侧边条头部长度H的1/2。
8.根据权利要求1所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
在拼接及曝光之前,两个A类侧边条的主体部的宽度及各A类中间条的宽度相同;
两个A类侧边条和N个A类中间条的近像素区中心的一端齐平。
9.根据权利要求1所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
在拼接及曝光之前,A类侧边条的头部宽度I为A类侧边条的主体部宽度D1的2~5倍。
10.根据权利要求1所述的拼接制造图像传感器的拼接套刻精度检测方法,其特征在于,
在拼接及曝光之前,各A类中间条的远像素区中心侧的一端齐平并且对应于两个A类侧边条的头部的中间位置,即A类中间条的远像素区中心侧的一端到A类侧边条的头部的近像素区中心侧的一端的长度G是A类侧边条的头部长度H的1/2。
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