CN115954342A - 一种对准结构、对准方法及对准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对准结构、对准方法及对准装置，包括：设置于第一半导体基板上的基准金属层及设置于第二半导体基板上对准区域内的金属对准标记，第一半导体基板与所述第二半导体基板上下叠置；基准金属层和对准区域的形状和大小均相同，且均为四边形；金属对准标记为多边形结构；其中，至少4个金属对准标记分别设置于对准区域的4个边区域内，各金属对准标记的至少一条边与对准区域的边重合；或至少4个金属对准标记分别设置于对准区域的4个角区域内，各金属对准标记的一个角与所述对准区域的角重合。本发明将光学测量套刻对准的方法改为了测量电容值的电学参数进行对准，有效避免了光学测量带来的对准误差。

Description

一种对准结构、对准方法及对准装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种对准结构、对准方法及对准装置。

背景技术

集成电路芯片往往都需要进行多次曝光才能制作完成，即每一次曝光或者每曝光一层图形都需要使用一块掩模版，而每一块掩模版在曝光前都需要和前面已经曝光的图形进行对准后才能曝光，这样才能保证每一层图形有正确的相对位置，这称为套刻曝光(简称套刻)。

现有的技术采用光学的方法进行套刻对准的技术，在当前层和前层的对应位置设置图形标记，通过光学方法观测图形标记是否对准，若图形标记对准，则当前层就与前层对准，可以进行套刻曝光。如图1所示，在曝光区域10设置多个套叠图形标记11，一般而言套叠图形标记11设置在曝光区域10的边角上。图2为图1中单个的套叠图形标记11的放大图，在前层设置第一图形标记111，在当前层设置第二图形标记112。第一图形标记111的面积大于第二图形标记112，且均设置为矩形。通过测定第一图形标记111和第二图形标记112的图案中心是否对准，从而判定前层和当前层是否对准。如图2所示，第二图形标记112的边框与第一图形标记111的边框的距离，分别测量为W1、W2、W3、W4，第一图形标记111和第二图形标记112的图案中心偏移的位置可以表示为(Δx，Δy)，其中Δx＝(W1-W2)/2，Δy＝(W3-W4)/2。对偏移位置计算后，调整当前层，从而让当前层的第二图形标记112的中心与前层的第一图形标记111的中心对准，从而进行下一步曝光。

但是由于当前层上会覆盖光刻胶后进行对准曝光，过厚的光刻胶会导致其中心偏移的位置测量困难，测量的结果也常常出现较大误差。除此之外，光学测量的方法本身较大的依赖于光源波长和强大的镜头进行测量，在集成度更大的元器件、电路或者芯片上使用时，由于关键尺寸进一步缩小，各个排布的线宽会变得更窄，此时无法通过更短的光源波长和更精准的镜头进一步套刻对准。因此现有的光学测量方法，无法满足更高集成的元器件、电路、芯片等的制造精度。

基于上述原因，本发明提供一种对准方法、对准装置及制备方法，用以提高套刻过程中当前层和前层对准的准确性。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种对准结构、对准方法及对准装置，用于解决现有技术中光学方法的套刻对准不够精准的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种对准结构，包括：

设置于第一半导体基板上的基准金属层及设置于第二半导体基板上对准区域内的金属对准标记，所述第一半导体基板与所述第二半导体基板上下叠置；

所述基准金属层和所述对准区域的形状和大小均相同，且均为四边形；所述金属对准标记为多边形结构；

其中，至少4个金属对准标记分别设置于所述对准区域的4个边区域内，各金属对准标记的至少一条边与所述对准区域的边重合；或至少4个金属对准标记分别设置于所述对准区域的4个角区域内，各金属对准标记的一个角与所述对准区域的角重合。

可选地，各金属对准标记设置为四边形或三角形。

可选地，各金属对准标记的面积相同。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种对准方法，使用上述的对准结构实现，所述对准方法包括：

S1、测量各金属对准标记与所述基准金属层之间的电容值；将测量的各电容值分别与对应的参考电容值比较：若各电容值均与对应参考电容值相等，则判断所述第一半导体基板和所述第二半导体基板对准；若各电容值与对应参考电容值至少有一个不相等，则判断所述第一半导体基板和所述第二半导体基板未对准，执行校准步骤；

S2、基于各电容值确定偏移方向，并移动第二半导体基板以将所述对准区域与所述基准金属层对准。

可选地，在步骤S1之前还包括提供参考电容值的步骤：在所述对准区域内设置参考对准标记，且所述参考对准标记在所述第一半导体基板上的正投影落入所述基准金属层所在区域；所述参考对准标记与各金属对准标记的形状、大小、材料均相同；测量所述金属对准标记与所述基准金属层之间的电容值，并作为参考电容值。

可选地，在S1步骤中，所述校准步骤包括：将各个位置的金属对准标记的电容值分别转换为各位置上的金属对准标记正投影在所述基准金属层的面积值；根据转换的面积值得到所述对准区域相对所述基准金属层的偏移方向；根据偏移方向移动第二半导体基板，将所述第二半导体基板对准所述第一半导体基板。

可选地，所述校准步骤还包括：当所述基准金属层设置为平行四边形时，根据各金属对准标记与所述基准金属层之间的电容值，计算出各金属对准标记在第一方向的偏移量和/或第二方向的偏移量；根据所述第一方向的偏移量和/或所述第二方向的偏移量移动所述对准区域，将所述对准区域对准所述基准金属层；其中，设定与所述对准区域的第一边平行的方向为第一方向，与对准区域的第二边平行的方向为第二方向；所述第一方向与所述第二方向相交。

可选地，当所述金属对准标记与所述基准金属层均设置为矩形：各金属对准标记相对于所述基准金属层在第一方向和第二方向上的偏移量满足：C＝K*(a-Δx)*(b-Δy)；联合各金属对准标记相对于所述基准金属层偏移的位置量的表达式，计算出第一方向的偏移量和第二方向的偏移量；其中，a为金属对准标记在所述第一方向上的边长，b为金属对准标记在所述第二方向上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向的偏移量，Δy为第二方向的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为所述基准金属层与所述金属对准标记之间的距离。

可选地，当4个金属对准标记分别设置于所述对准区域的角区域，且所述金属对准标记设置为直角三角形及所述基准金属层均设置为矩形时；各金属对准标记相对于所述基准金属层在第一方向和第二方向上的偏移量满足：C＝1/2*K*(a-Δx)*(b-Δy)；联合各金属对准标记相对于所述基准金属层偏移的位置量的表达式，计算出所述第一方向的偏移量和所述第二方向的偏移量；其中，a为金属对准标记在所述第一方向上的边长；b为金属对准标记在所述第二方向上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向的偏移量，Δy为第二方向的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为所述基准金属层与所述金属对准标记之间的距离。

可选地，当4个金属对准标记分别设置于所述对准区域的边区域，且金属对准标记设置为直角三角形及所述基准金属层均设置为矩形时：各金属对准标记相对于所述基准金属层在第一方向的偏移量满足：C＝K*ab/2*(a-Δx)²和；各金属对准标记相对于所述基准金属层在第二方向上的偏移量满足：C＝K*ab/2*(b-Δy)²；通过各金属对准标记相对于所述基准金属层偏移的位置量的表达式，计算出所述第一方向的偏移量Δx和所述第二方向的偏移量Δy；其中，a为金属对准标记在所述第一方向上的边长；b为金属对准标记在所述第二方向上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向的偏移量，Δy为第二方向的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为所述基准金属层与所述金属对准标记之间的距离。

本发明还提供一种对准装置，用于实现上述的对准方法，所述对准装置包括：控制模块，电容控制模块及校准模块；

所述电容测量模块，用于测量所述金属对准标记与所述基准金属层之间的电容值；

所述校准模块，调整所述对准区域的位置，使得所述对准区对准所述基准金属层；

所述控制模块，根据所述电容测试模块的结果控制所述校准模块工作。

如上所述，本发明的一种对准结构、对准方法及对准装置，具有以下有益效果：

1、本发明的对准结构、对准方法及对准装置，设置了一种新的对准结构，将光学测量对准的方法改为了测量电容值这一电学参数进行对准，有效避免了光学测量带来的对准误差。

2、本发明的对准结构、对准方法及对准装置，不受光的波长以及透镜的制约，能有效提高关键尺寸0.15um及以上技术节点上的对准精度，进一步提升了集成电路制造领域的制造工艺精度。

3、本发明的对准结构、对准方法及对准装置，结构简单、方法简便，能较好的适用于工业制造中。

附图说明

图1显示为现有技术的套刻对准的结构示意图。

图2显示为现有技术的单个套叠图形标记的结构示意图。

图3显示为第一种对准结构的示意图。

图4显示为参考对准标记的结构示意图。

图5显示为图3的对准结构向一方向偏移的示意图。

图6显示为图3的对准结构向又一方向偏移的示意图。

图7显示为图3的对准结构向另一方向偏移的示意图。

图8显示为第二种对准结构的示意图。

图9显示为第三种对准结构的示意图。

图10显示为第四种对准结构的示意图。

元件标号说明

10                      曝光区域

11                      套叠图形标记

111                     第一图形标记

112                     第二图形标记

21                      基准金属层

22                      对准区域

221                     第一金属对准标记

222                     第二金属对准标记

223                     第三金属对准标记

224                     第四金属对准标记

225                     参考对准标记

31                      基准金属层

32                      对准区域

321                     第一金属对准标记

322                     第二金属对准标记

323                     第三金属对准标记

324                     第四金属对准标记

41                      基准金属层

42                      对准区域

421                     第一金属对准标记

422                     第二金属对准标记

423                     第三金属对准标记

424                     第四金属对准标记

51                      基准金属层

52                      对准区域

521                     第一金属对准标记

522                     第二金属对准标记

523                     第三金属对准标记

524                     第四金属对准标记

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图3-图7所示，本实施例提供一种对准结构，包括：设置于第一半导体基板上的基准金属层21及设置于第二半导体基板上对准区域22内的金属对准标记，第一半导体基板与第二半导体基板上下叠置。

具体地，基准金属层21和对准区域22的形状和大小均相同，且均为四边形；金属对准标记为多边形结构。在本实施例中，基准金属层21设置为矩形，则对准区域22相应设置为矩形；金属对准标记设置为正方形。需要说明的是，实际上，基准金属层21可设置为包括但不限于四边形、五边形、六边形、甚至为圆形等图形形状。金属对准标记也可设置为三角形、平行四边形等形状。

进一步地，至少4个金属对准标记分别设置于对准区域22的4个角区域内，各金属对准标记的一个角与对准区域22的角分别重合。在本实施例中，各金属对准标记的面积相同，即各个金属对准标记的形状、大小均相同。4个金属对准标记为正方形分别设置于矩形形状的对准区域22的4个角区域内，分别定义对准区域22上左上角、左下角、右下角、右上角的4个金属对准标记为第一金属对准标记221、第二金属对准标记222、第三金属对准标记223、第四金属对准标记224。各金属对准标记的4个角均为直角，则其中一个直角与对准区域22的直角重合。需要说明的是，各金属对准标记的面积也可以不同。除此之外，具体设置的数量可根据实际需要的精确程度进行设置，设置多个金属对准标记可提高测量的精准度，但是为了对对准区域22进行各方向偏移的检测，至少要设置4个金属对准标记进行方向的检测。

需要说明的是，光学测量方法需要中空的套叠图形标记进行对准，便于光线通过，与现有的光学测量方法不同，本结构的对准标记并不设置为中空。除此之外，以上提供的仅为一个对准结构的基本结构，利用该对准结构将第二半导体基板对准第一半导体基板，之后进行光刻等工艺步骤。在实际使用的过程中，为了对准第一半导体基板与第二半导体基板，可于不同的位置设置多个对准结构，便于提高对准的精度。

本实施例还提供一种对准方法，使用如上述所述的对准结构进行实现，包括：

S1、测量各金属对准标记与基准金属层21之间的电容值；将测量的各电容值分别与对应的参考电容值比较：若各电容值均与对应参考电容值相等，则判断所述第一半导体基板和所述第二半导体基板对准；若各电容值与对应参考电容值至少有一个不相等，则判断所述第一半导体基板和所述第二半导体基板未对准，执行校准步骤。

具体地，测量各金属对准标记与基准金属层21之间的电容值。由于基准金属层21在第一半导体基板上，相当于电容器的第一极板；金属对准标记在第二半导体基板上，相当于电容器的第二极板；探针分别加载到第一极板和第二极板，对各金属对准标记与基准金属层21之间的电容值进行测量。也就是对各金属对准标记与基准金属层21之间的电容值进行测量，若各金属对准标记发生偏移则两者交叠面积发生变化，相应电容值发生变化，由此可判定第二半导体基板相对于第一半导体基板发生了偏移。

进一步的，测量的各金属对准标记与基准金属层21之间的电容值与对应的参考电容值进行比较。作为示例，在步骤S1之前测量参考电容值的步骤包括：如图4所示，在对准区域22内设置参考对准标记225，且参考对准标记225在第一半导体基板上的正投影落入基准金属层21所在区域；参考对准标记225与各金属对准标记的形状、大小、材料均相同；测量参考对准标记225与基准金属层之间的电容值，并作为参考电容值。在本实施例中，由于各金属对准标记的形状、大小均设置为相同的正方形，则参考电容值可仅测试任一个正投影落在第一半导体基板上基准金属层21所在区域的金属对准标记作为参考对准标记225，将其测量的电容值作为参考电容值。需要说明的是，在实际使用中，也可以通过其他方式得到各金属对准标记与基准金属层的参考电容值，如通过给定的金属对准标记、基准金属层的材料以及尺寸，计算出参考电容值。

具体地，将测量的各电容值分别与对应的参考电容值比较：若各电容值均与对应参考电容值相等，则判断所述第一半导体基板和所述第二半导体基板对准。需要说明的是，由于实际测量电容值时会有一定的误差，此时各电容值与对应参考电容值会具有一定的误差，在实际判定是否相等时，需要设置一定的误差范围，作为示例误差范围设定为±5％：若各电容值为对应参考电容值的97％，就认为各电容值与对应的参考电容值相等。误差范围根据实际应用需要设定，不以本实施例为限。

具体地，若各电容值与对应参考电容值至少有两个不相等，则判断第一半导体基板和第二半导体基板未对准，执行校准步骤。在本实施例中，4个金属对准标记设置于对准区域22的角区域内，若4个电容值与对应参考电容值2个不相等，则第二半导体基板沿着第一方向(在本实施例中，如图5所示为X方向)或沿着第二方向(在本实施例中，如图6所示为Y方向)发生了偏移，如图5及图6所示；若4个电容值与对应参考电容值3个不相等，则第二半导体基板沿着第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)均发生了偏移，如图7所示。

进一步地，在判断第一半导体基板和第二半导体基板未对准后执行校准步骤。校准步骤包括判定偏移方向。判定偏移方向的步骤包括：将各个位置的金属对准标记的电容值分别转换为各位置上的金属对准标记正投影在基准金属层21的面积值，根据转换的面积值得到对准区域22相对基准金属层21的偏移方向。在本实施例中，测量对准区域22的4个角上的金属对准标记与基准金属层之间的电容值，也就是测量各金属对准标记与基准金属层之间的电容值，即：正投影在基准金属层21的面积值。若正投影的面积值小于设定的各金属对准标记的面积值，也就是金属对准标记与基准金属层之间的相对面积减少，则判定发生了偏移。

具体地，在本实施例中，若两个金属对准标记的正投影面积值变小，则判断第二半导体基板的偏移方向为未变化的两个金属对准标记指向变小的金属对准标记的方向。作为一示例，如图5所示，第一金属对准标记221的正投影在基准金属层的面积值相对于设定的第一金属对准标记221的面积值变小，以及第二金属对准标记222的正投影在基准金属层的面积值相对于设定的第二金属对准标记222的面积值变小，则第二半导体基板偏移方向为由第四金属对准标记224指向第一金属对准标记221的方向(在本实施例中，-X方向)；作为另一示例，如图6所示，第一金属对准标记221的正投影在基准金属层21的面积值相对于设定的第一金属对准标记221的面积值变小，以及第四金属对准标记224的正投影在基准金属层21的面积值相对于设定的第四金属对准标记224的面积值变小，则第二半导体基板偏移方向，可以判定为由第二金属对准标记222指向第一金属对准标记221的方向(在本实施例中为+Y方向)。

具体地，在本实施例中，若三个金属对准标记的正投影面积值变小，则判断第二半导体基板的偏移方向为未变化的一个金属对准标记指向相对位置的金属对准标记的方向。作为一示例，如图7所示，第一金属对准标记221的正投影在基准金属层21的面积值相对于设定的第一金属对准标记221的面积值变小、第二金属对准标记222的正投影在基准金属层21的面积值相对于设定的第二金属对准标记222的面积值变小，以及第四金属对准标记224的正投影在基准金属层21的面积值相对于设定的第四金属对准标记224的面积值变小，则第二半导体基板偏移方向，可以判定为由第三金属对准标记指向第一金属对准标记221的方向(在本实施例中，为左上方向(-X，+Y)方向)。

需要说明的是，金属对准标记与基准金属层21之间的电容值与参考电容值比较的差值越大，则第二半导体基板向该金属对准标记偏移程度也就越大，也就是偏移方向越靠该变化的金属对准标记方向。通过判断偏移的方向，移动第二半导体基板对准第一半导体基板。如判定第二半导体基板相对于第一半导体基板沿着+X方向进行了移动，则将第二半导体基板沿着+X的反方向(即-X方向)移动直到第二半导体基板对准第一半导体基板。

需要说明的是，本实施例中，只基于偏移方向就能作为移动第二半导体基板的依据，并不需要精确计算出第二半导体基板相对于第一半导体基板的偏移量。实际上，本发明最终想要解决的问题是让第二半导体基板对准第一半导体基板，通过判断第二半导体基板偏移的方向，并移动第二半导体基板就能实现对准的效果。如在另一实施例中，判断第二半导体基板相对于第一半导体基板发生了偏移的方向之后，可按照一定的预设距离移动第二半导体基板，并再次执行步骤S1，判断新位置上第二半导体基板与第一半导体基板是否对准：若此时对准，则实现了本实施例想要完成的第二半导体基板对准第一半导体基板的目的；若仍未对准，继续判定偏移方向并继续按照一定的预设距离移动。根据实际需要调整以上的步骤，直到第二半导体基板对准第一半导体基板。

为了提高校准的效率，进一步的，本发明的校准步骤还包括计算偏移量的步骤。具体地，当所述基准金属层21设置为平行四边形，且对准区域22的边区域或角区域设置有4个金属对准标记时，根据各金属对准标记与基准金属层21之间的电容值，计算出各金属对准标记在第一方向的偏移量和/或第二方向的偏移量。根据所述第一方向的偏移量和/或所述第二方向的偏移量移动所述对准区域22，将对准区域22对准基准金属层21。其中，设定与所述对准区域22的第一边平行的方向为第一方向，与对准区域22的第二边平行的方向为第二方向；第一方向(与第二方向相交。在本实施例中，当4个金属对准标记分别设置于对准区域22的角区域，且各金属对准标记与基准金属层均设置为矩形时(如图7所示)：各金属对准标记相对于基准金属层21在第一方向(X方向)和/或第二方向(Y方向)上的偏移量满足：C＝K*(a-Δx)*(b-Δy)，也就是将金属对准标记与金属对准层之间的电容值转换为金属对准标记与金属对准层之间相对面积值，对第一方向(X方向)上和第二方向(Y方向)的偏移量进行求解。其中，a为金属对准标记在第一方向(X方向)上的边长，b为金属对准标记在第二方向(Y方向)上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向(X方向)的偏移量，Δy为第二方向(Y方向)的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为基准金属层与金属对准标记之间的距离。联合各金属对准标记相对于所述基准金属层偏移的位置量的表达式，计算出第一方向(X方向)的偏移量Δx和第二方向(Y方向)的偏移量Δy。

S2、基于各电容值确定偏移方向，并移动第二半导体基板以将所述对准区域22与所述基准金属层21对准。

具体地，根据偏移方向的判断，移动第二半导体基板以将所述对准区域22与所述基准金属层21对准；或者根据偏移方向的判断和计算出的偏移量，移动第二半导体基板以将所述对准区域22与所述基准金属层21对准。

本实施例还提供一种对准装置，用于实现上述的对准方法，所述对准装置包括：控制模块，电容控制模块及校准模块。

具体地，电容测量模块用于测量金属对准标记与基准金属层21之间的电容值；校准模块调整第二半导体基板的位置，使得第二半导体基板对准所述第一半导体基板；控制模块，根据电容测试模块的结果控制校准模块工作。在本实施例中，控制模块通过电容测量模块反馈的数据，对偏移方向和/或偏移量进行判定和计算，并依据偏移方向和/或偏移量对第二半导体基板进行移动，使得第二半导体基板对准所述第一半导体基板。

实施例二

如图8所示，本实施例提供了一种对准结构，本实施例的对准结构与实施例一基本相同，不同的是：金属对准标记设置在对准区域的位置不同。

具体地，至少4个金属对准标记设置在对准区域32的4个边区域内，各金属对准标记的至少一条边与对准区域32的边重合。在本实施例中，如图8所示，各金属对准标记为正方形，且大小均相同，正方形分别有一边与矩形的对准区域的一边重合。分别设定对准区域左、下、右、上的4个金属对准标记为第一金属对准标记321、第二金属对准标记322、第三金属对准标记323、第四金属对准标记324。

本实施例还提供了一种对准方法，采用上述的对准结构实现，本实施例的对准方法与实施例一的基本步骤和原理相同，此处不再一一赘述，不同的是判定偏移方向的步骤不同。

进一步地，判定偏移方向的步骤包括：将各个位置的金属对准标记的电容值分别转换为各位置上的金属对准标记正投影在所述基准金属层31的面积值；根据转换的面积值得到对准区域32相对基准金属层31的偏移方向。根据偏移方向移动第二半导体基板，将第二半导体基板对准第一半导体基板。在本实施例中，测量对准区域32的4条边区域上的金属对准标记与基准金属层31之间的电容值，也就是测量各金属对准标记与基准金属层的相对面积之间的电容值，即：正投影在基准金属层31的面积值。若正投影的面积值小于设定的各金属对准标记的面积值，也就是金属对准标记与基准金属层之间的相对面积减少，则判定发生了偏移。偏移方向为32的图形中心指向变化了的金属对准标记的方向。在本实施例中，如图8所示，第一金属对准标记321在第一半导体基板上的正投影的面积值小于第一金属对准标记321的设定面积，同时第四金属对准标记324在第一半导体基板上的正投影的面积值小于第四金属对准标记324的设定面积，则判定第二半导体基板相对于第一半导体基板发生了偏移，且偏移方向为对准区域32的图案中心指向第一金属标记和第四金属标记的方向(在本实施例中，向左方向和上方向均发生了偏移，为左上方向)。

对应地，当校准步骤包括计算偏移量的步骤时，本实施例中计算偏移量的步骤包括：当基准金属层31设置为平行四边形，且对准区域32的边区域设置有4个金属对准标记时，根据各金属对准标记与基准金属层31之间的电容值，计算出各金属对准标记在第一方向的偏移量和/或第二方向的偏移量；根据第一方向的偏移量和/或第二方向的偏移量移动对准区域，将对准区域32对准基准金属层31；其中，设定与对准区域32的第一边平行的方向为第一方向(本实施例中，如图8所示，为X方向)，与对准区域32的第二边平行的方向为第二方向(本实施例中，如图8所示，为Y方向)；第一方向(X方向)与第二方向(Y方向)相交。作为示例，当4个金属对准标记分别设置于对准区域的边区域，且金属对准标记与基准金属层均设置为矩形(如图8所示)：各金属对准标记相对于基准金属层31在第一方向(X方向)或第二方向(Y方向)上的偏移量满足：C＝K*(a-Δx)*(b-Δy)。联合各金属对准标记相对于基准金属层31偏移的位置量的表达式，计算出第一方向(X方向)的偏移量Δx和第二方向(Y方向)的偏移量Δy；其中，a为金属对准标记在所述第一方向(X方向)上的边长，b为金属对准标记在所述第二方向(Y方向)上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向(X方向)的偏移量，Δy为第二方向(Y方向)的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为所述基准金属层与所述金属对准标记之间的距离。在本实施例中，若金属对准标记相对于基准金属层31只在第一方向(X方向)偏移，第二方向(Y方向)没有发生偏移b＝Δy；若金属对准标记相对于基准金属层31只在第二方向(Y方向)偏移，第一方向没有发生偏移a＝Δx；即各金属对准标记相对于基准金属层31只在第一方向(X方向)或第二方向(Y方向)上的偏移量满足：C＝K*(a-Δx)或C＝K*(b-Δy)。根据各金属对准标记相对于基准金属层31偏移量的表达式，计算出第一方向(X方向)的偏移量Δx或第二方向(Y方向)的偏移量Δy。

其他步骤及方法均与实施例一相同，在此不一一赘述。

实施例三

如图9所示，本实施例提供了一种对准结构，本实施例的对准结构与实施例一基本相同，不同的是：各金属对准标记的形状不同。

具体地，至少4个金属对准标记设置在对准区域42的4个角区域内，各金属对准标记的至少一个角与对准区域42的角重合。在本实施例中，如图9所示，各金属对准标记为直角三角形，且大小均相同，直角三角形分别有一直角边与矩形的对准区域42的边角重合。

本实施例还提供了一种对准方法，采用上述的对准结构实现，本实施例的对准方法与实施例一的基本原理相同，此处不再一一赘述，不同的是校准步骤中的计算偏移量的步骤的不同。

具体地，计算偏移量的步骤包括：在本实施例中，当4个金属对准标记分别设置于对准区域42的角区域，且金属对准标记设置为直角三角形及基准金属层41均设置为矩形时；各金属对准标记相对于基准金属层41在第一方向(在本实施例中为X方向)和/或第二方向(在本实施例中为Y方向)上的偏移量满足：C＝1/2*K*(a-Δx)*(b-Δy)；联合各金属对准标记相对于基准金属层41偏移的位置量的表达式，计算出第一方向(X方向)的偏移量Δx和第二方向(Y方向)的偏移量Δy；其中，a为金属对准标记在第一方向(X方向)上的边长；b为金属对准标记在第二方向(Y方向)上的边长，C为各金属对准标记相对于基准金属层的电容值，Δx为第一方向(X方向)的偏移量，Δy为第二方向(Y方向)的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为基准金属层41与金属对准标记之间的距离。

其他步骤及方法均与实施例一相同，在此不一一赘述。

实施例四

如图10所示，本实施例提供了一种对准结构，本实施例的对准结构与实施例二基本相同，不同的是：各金属对准标记的形状不同。

具体地，至少有4个金属对准标记设置在对准区域52的4个边区域内，各金属对准标记的至少一条边与对准区域52的边重合。在本实施例中，如图10所示，各金属对准标记为直角三角形，且大小均相同，直角三角形分别有一直角边与矩形的对准区域52的一边重合。本实施例还提供了一种对准方法，采用上述的对准结构实现，本实施例的对准方法与实施例三的基本原理相同，此处不再一一赘述，不同的是校准步骤中的计算偏移量的步骤的不同。

具体地，计算偏移量的步骤包括：在本实施例中，当4个金属对准标记分别设置于对准区域52的边区域，且金属对准标记设置为直角三角形及基准金属层51均设置为矩形时：各金属对准标记相对于基准金属层51在第一方向(在本实施例中为X方向)和/或第二方向(在本实施例中为Y方向)上的偏移量满足：C＝K*ab/2*(b-Δy)²或C＝K*ab/2*(a-Δx)²；通过各金属对准标记相对于基准金属层51偏移的位置量的表达式，计算出第一方向(X方向)的偏移量Δx和第二方向(Y方向)的偏移量Δy；其中，a为金属对准标记在第一方向(X方向)上的边长；b为金属对准标记在第二方向(Y方向)上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向(X方向)的偏移量，Δy为第二方向(Y方向)的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为所述基准金属层51与所述金属对准标记之间的距离。

其他步骤及方法均与实施例一相同，在此不一一赘述。

需要说明的是4个设置在对准区域52的4个边区域内的金属对准标记可设置为包括但不限于直角三角形、钝角三角形、锐角三角形，具体的计算原理与本实施例类似，此处不再一一赘述。

综上所述，本发明提供一种对准结构、对准方法及对准装置，包括：设置于第一半导体基板上的基准金属层及设置于第二半导体基板上对准区域内的金属对准标记，第一半导体基板与所述第二半导体基板上下叠置；基准金属层和对准区域的形状和大小均相同，且均为四边形；金属对准标记为多边形结构；其中，至少4个金属对准标记分别设置于对准区域的4个边区域内，各金属对准标记的至少一条边与对准区域的边重合；或至少4个金属对准标记分别设置于对准区域的4个角区域内，各金属对准标记的一个角与所述对准区域的角重合。本发明将光学测量套刻对准的方法改为了测量电容值的电学参数进行对准，有效避免了光学测量带来的对准误差。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种对准结构，其特征在于，所述对准结构包括：设置于第一半导体基板上的基准金属层及设置于第二半导体基板上对准区域内的金属对准标记，所述第一半导体基板与所述第二半导体基板上下叠置；

所述基准金属层和所述对准区域的形状和大小均相同，且均为四边形；所述金属对准标记为多边形结构；

其中，至少4个金属对准标记分别设置于所述对准区域的4个边区域内，各金属对准标记的至少一条边与所述对准区域的边重合；或至少4个金属对准标记分别设置于所述对准区域的4个角区域内，各金属对准标记的一个角与所述对准区域的角重合。

2.如权利要求1的对准结构，其特征在于：各金属对准标记设置为四边形或三角形。

3.如权利要求1或2的对准结构，其特征在于：各金属对准标记的面积相同。

4.一种对准方法，使用如权利要求1～3任一项所述的对准结构实现，其特征在于，所述对准方法至少包括：

S1、测量各金属对准标记与所述基准金属层之间的电容值；将测量的各电容值分别与对应的参考电容值比较：若各电容值均与对应参考电容值相等，则判断所述第一半导体基板和所述第二半导体基板对准；若各电容值与对应参考电容值至少有一个不相等，则判断所述第一半导体基板和所述第二半导体基板未对准，执行校准步骤；

S2、基于各电容值确定偏移方向，并移动第二半导体基板以将所述对准区域与所述基准金属层对准。

5.根据权利要求4所述的对准方法，其特征在于：在步骤S1之前还包括提供参考电容值的步骤：在所述对准区域内设置参考对准标记，且所述参考对准标记在所述第一半导体基板上的正投影落入所述基准金属层所在区域；所述参考对准标记与各金属对准标记的形状、大小、材料均相同；测量所述金属对准标记与所述基准金属层之间的电容值，并作为参考电容值。

6.根据权利要求4所述的对准方法，其特征在于：在S1步骤中，所述校准步骤包括：

将各个位置的金属对准标记的电容值分别转换为各位置上的金属对准标记正投影在所述基准金属层的面积值；根据转换的面积值得到所述对准区域相对所述基准金属层的偏移方向；

根据偏移方向移动第二半导体基板，将所述第二半导体基板对准所述第一半导体基板。

7.根据权利要求6所述的对准方法，其特征在于：所述校准步骤还包括：当所述基准金属层设置为平行四边形时，根据各金属对准标记与所述基准金属层之间的电容值，计算出各金属对准标记在第一方向的偏移量和/或第二方向的偏移量；

根据所述第一方向的偏移量和/或所述第二方向的偏移量移动所述对准区域，将所述对准区域对准所述基准金属层；

其中，设定与所述对准区域的第一边平行的方向为第一方向，与对准区域的第二边平行的方向为第二方向；所述第一方向与所述第二方向相交。

8.根据权利要求7所述的对准方法，其特征在于：

当所述金属对准标记与所述基准金属层均设置为矩形：各金属对准标记相对于所述基准金属层在第一方向和第二方向上的偏移量满足：C＝K*(a-Δx)*(b-Δy)；

联合各金属对准标记相对于所述基准金属层偏移的位置量的表达式，计算出第一方向的偏移量和第二方向的偏移量；

其中，a为金属对准标记在所述第一方向上的边长，b为金属对准标记在所述第二方向上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向的偏移量，Δy为第二方向的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为所述基准金属层与所述金属对准标记之间的距离。

9.根据权利要求7所述的对准方法，其特征在于：

当4个金属对准标记分别设置于所述对准区域的角区域，且所述金属对准标记设置为直角三角形及所述基准金属层均设置为矩形时；各金属对准标记相对于所述基准金属层在第一方向和第二方向上的偏移量满足：C＝1/2*K*(a-Δx)*(b-Δy)；

联合各金属对准标记相对于所述基准金属层偏移的位置量的表达式，计算出所述第一方向的偏移量和所述第二方向的偏移量；

其中，a为金属对准标记在所述第一方向上的边长；b为金属对准标记在所述第二方向上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向的偏移量，Δy为第二方向的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为所述基准金属层与所述金属对准标记之间的距离。

10.根据权利要求7所述的对准方法，其特征在于：

当4个金属对准标记分别设置于所述对准区域的边区域，且金属对准标记设置为直角三角形及所述基准金属层均设置为矩形时：各金属对准标记相对于所述基准金属层在第一方向的偏移量满足：C＝K*ab/2*(a-Δx)²；各金属对准标记相对于所述基准金属层在第二方向上的偏移量满足：C＝K*ab/2*(b-Δy)²；

通过各金属对准标记相对于所述基准金属层偏移的位置量的表达式，计算出所述第一方向的偏移量Δx和所述第二方向的偏移量Δy；

其中，a为金属对准标记在所述第一方向上的边长；b为金属对准标记在所述第二方向上的边长，C为各金属对准标记相对于所述基准金属层的电容值，Δx为第一方向的偏移量，Δy为第二方向的偏移量；K＝ε1*ε2/h，ε1、ε2分别为所述基准金属层和所述金属对准标记的介电常数，h为所述基准金属层与所述金属对准标记之间的距离。

11.一种对准装置，用于实现如权利要求4-10任一项所述的对准方法，所述对准装置包括：控制模块，电容控制模块及校准模块；

所述电容测量模块，用于测量所述金属对准标记与所述基准金属层之间的电容值；

所述校准模块，调整所述第二半导体基板的位置，使得第二半导体基板对准所述第一半导体基板；

所述控制模块，根据所述电容测试模块的结果控制所述校准模块工作。

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