CN116243554A - 光刻版及套刻对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光刻版及套刻对准方法，所述光刻版包括对位标记，所述对位标记包括：主对位图形；至少两个旋转判别图形，每个旋转判别图形均靠近所述主对位图形设置且位于第一区域，所述至少两个旋转判别图形包括偏转角的绝对值相同、方向相反的两个旋转判别图形；所述偏转角为每个旋转判别图形的中心与主对位图形的中心的连线与所述主对位图形形成的夹角，所述方向相反指两个偏转角的其中一个位于主对位图形的顺时针旋转方向、另一个位于主对位图形的逆时针旋转方向；其中，所述第一区域为所述主对位图形绕主对位图形的中心旋转360度获得的区域中除所述主对位图形之外的区域。本发明可以避免套刻对准时对位到相邻的shot上，提高套刻对准的成功率。

Description

光刻版及套刻对准方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种光刻版，还涉及一种套刻对准方法。

背景技术

在MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)晶圆产品生产中，由于工艺特殊性，通常使用SUSS(即SUSS MicroTec公司的机台)的接近式曝光机台代替原有的Stepper(步进)或Scanner(扫描)机台进行光刻的曝光工作。在使用标准的SUSS对位标记进行曝光时，偶发性的会出现光刻图形严重偏移(光刻对偏)的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高套刻对准的成功率的光刻版。

一种光刻版，包括对位标记，所述对位标记包括：主对位图形；至少两个旋转判别图形，每个旋转判别图形均靠近所述主对位图形设置且位于第一区域，所述至少两个旋转判别图形包括偏转角的绝对值相同、方向相反的两个旋转判别图形；所述偏转角为每个旋转判别图形的中心与主对位图形的中心的连线与所述主对位图形形成的夹角，所述方向相反指两个偏转角的其中一个位于主对位图形的顺时针旋转方向、另一个位于主对位图形的逆时针旋转方向；其中，所述第一区域为所述主对位图形绕主对位图形的中心旋转360度获得的区域中除所述主对位图形之外的区域。

上述光刻版，在套刻对准时如果晶圆发生偏转，导致光刻版的对位标记移至了晶圆上相邻的shot(曝光区域)的对位标记上方，则由于相邻的shot的对位标记相对于目标shot的对位标记会产生偏转，因此可以根据是否有晶圆上的旋转判别图形被光刻版的主对位图形遮挡，来判断光刻版与晶圆的对位是否发生了旋转偏移，从而避免套刻对准时对位到相邻的shot上，可以提高套刻对准的成功率。

在其中一个实施例中，所述主对位图形为十字形，所述主对位图形包括两个相互垂直的条形，所述偏转角为旋转判别图形的中心与主对位图形的中心的连线与最近的所述条形形成的夹角。

在其中一个实施例中，所述对位标记的旋转判别图形的数量为两个，其中一个靠近一所述条形的一端设置、另一个靠近另一端设置。

在其中一个实施例中，各旋转判别图形为正方形。

在其中一个实施例中，两个所述条形的长度为72微米，宽度为8微米，两个所述旋转判别图形的边长为4微米。

在其中一个实施例中，各所述旋转判别图形的偏转角的绝对值为arctan(X/D1)，其中D1为所述对位标记形成于晶圆上时与晶圆中心的距离，X为所述光刻版在曝光时单个曝光区域的X方向尺寸，所述X方向在晶圆平面上垂直于晶圆直径方向。

在其中一个实施例中，各所述旋转判别图形的偏转角的绝对值为arctan(X/4Y)，其中X为所述光刻版在曝光时单个曝光区域的X方向尺寸，Y为所述光刻版在曝光时单个曝光区域的Y方向尺寸，所述对位标记形成于晶圆上时位于距晶圆中心第四个曝光区域的位置。

在其中一个实施例中，所述主对位图形为十字形，包括两个相互垂直的条形，所述对位标记形成于晶圆上时，晶圆上的不同对位标记的条形相互平行。

在其中一个实施例中，主对位图形的条形的宽度大于各旋转判别图形的宽度。

在其中一个实施例中，所述对位标记形成于晶圆上时位于划片道中。

还有必要提供一种套刻对准方法。

一种套刻对准方法，包括：在晶圆上形成对位标记；将包括对位标记的光刻版置于所述晶圆上方，并通过使所述光刻版的对位标记和晶圆的对位标记在竖直方向上重合，使所述光刻版和晶圆套刻对准；所述光刻版为权利要求1-7中任一项所述的光刻版，所述晶圆的对位标记与所述光刻版的对位标记的图形相同；其中，所述通过使所述光刻版的对位标记和晶圆的对位标记在竖直方向上重合的步骤中，若所述光刻版的主对位图形将所述晶圆的任一旋转判别图形遮挡，则判定所述光刻版与晶圆的对位发生了旋转偏移。

在其中一个实施例中，所述使所述光刻版和晶圆套刻对准的步骤之后，还包括通过所述光刻版对所述晶圆上的光刻胶进行曝光的步骤，且曝光采用的机台为SUSS机台。

在其中一个实施例中，所述晶圆用于形成微机电系统。

在其中一个实施例中，若判定所述光刻版与晶圆的对位发生了旋转偏移，则通过使所述光刻版和晶圆发生相对旋转，使所述光刻版和晶圆套刻对准。

在其中一个实施例中，所述在晶圆上形成对位标记的步骤包括形成多个对位标记，且晶圆上不同的对位标记位于不同的曝光区域。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是一示例性的SUSS机台的对位标记；

图2是晶圆上的shot和对位标记的分布的示意图；

图3是一示例性的SUSS机台光刻版和晶圆套刻对准的侧视图；

图4是对位正常与对位异常的示意图；

图5是相邻的对位标记移动至目标对位标记的位置的示意图；

图6是本申请一实施例中对位标记的图形；

图7是晶圆在套刻对准时发生旋转偏移的示意图；

图8是一实施例中套刻对准方法的流程图；

图9a是另一实施例中对位标记的图形，图9b是又一实施例中对位标记的图形。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

示例性的SUSS机台的对位标记如图1所示，对位标记为十字形，十字中的条形的宽度为30微米，长度为40+30+40＝110微米。对位标记形成于光刻版(mask)和晶圆(wafer)上，且在晶圆上按shot(曝光区域)重复分布，示意图如图2所示。图2中晶圆上的一个方框为一个shot，十字形的Mark为对位标记。如图2中示出的那样，对位标记形成于shot与shot交界处的顶点。示例性的对位过程的基本原理为：通过位于光刻版上方的两个摄像头，分别抓取光刻版上的对位标记和晶圆上的对位标记；如图3所示，通过工作台(stage)移动晶圆使光刻版上的对位标记和晶圆上的对位标记在竖直方向上重合，从而达到光刻版和晶圆套刻对准的目的。

由于SUSS机台采用图形比对的方式进行对位，示例性的对位标记在轻微旋转的情况下，差异较小，在实际生产过程中，易产生误抓取，导致光刻版与晶圆的标记图形偏移，示意图如图4所示。具体地，参见图5，图5中上方为晶圆对位正常的情况，下方为晶圆位置发生了偏转的情况。晶圆上有两个相邻的对位标记m1和m2，分别为两个相邻的shot的对位标记。发生偏转后，对位标记m2移动到了目标对位标记m1原本所在的位置，光刻版上原本应与目标对位标记m1进行对准的对位标记就会与对位标记m2进行对准。由于对位标记在发生轻微旋转时特征改变不明显，因此易被机台误识别，即机台仍然将光刻版的对位标记与对位标记m2进行对准，导致对位异常。

本申请提出一种新的光刻曝光对位标记的图形设计，用于在光刻曝光前对光刻版和晶圆进行对位。该对位标记设置了旋转判别图形，在晶圆发生了与光刻版的相对旋转时，旋转判别图形会被遮挡，导致图形比对失败，从而判别出光刻版与晶圆的对位发生了旋转偏移，避免异常发生。

图6是本申请一实施例中对位标记的图形。在该实施例中，对位标记包括主对位图形10和至少两个旋转判别图形20。每个旋转判别图形20均略微偏离主对位图形10设置，且位于第一区域中。第一区域为主对位图形10绕主对位图形的中心旋转360度获得的区域中，除主对位图形10之外的区域。即主对位图形10绕其中心旋转合适的角度后，能将任一旋转判别图形20遮挡。为了使晶圆无论是发生了顺时针偏转还是逆时针偏转都能被识别出，因此每个对位标记中至少有两个旋转判别图形20是成对设置的，且成对设置的旋转判别图形20的偏转角θ(偏转角θ为每个旋转判别图形20的中心与主对位图形10的中心的连线与主对位图形10形成的夹角)的绝对值相同、方向相反，两个偏转角θ方向相反是指主对位图形10顺时针旋转θ后正好将其中一个旋转判别图形20遮挡/逆时针旋转θ后正好将另一个旋转判别图形20遮挡。图6中的两个旋转判别图形20就是一对成对设置的旋转判别图形20。

具有上述对位标记的图形光刻版，在套刻对准时如果晶圆发生偏转，导致光刻版的对位标记移至了晶圆上相邻的shot的对位标记上方，则由于相邻的shot的对位标记相对于目标shot的对位标记会产生偏转，因此可以根据是否有晶圆上的旋转判别图形20被光刻版的主对位图形遮挡，来判断光刻版与晶圆的对位是否发生了旋转偏移，从而避免套刻对准时对位到相邻的shot上，可以提高套刻对准的成功率，降低了在线产品的返工率及产品的异常率。

在图6所示的实施例中，主对位图形10为十字形，包括两个相互垂直的条形，偏转角θ为旋转判别图形20的中心与主对位图形10的中心的连线与距该旋转判别图形20最近的一条形形成的夹角。在图6所示的实施例中，主对位图形10的十字中条形的宽度大于各旋转判别图形20的宽度。

在图6所示的实施例中，对位标记的旋转判别图形20的数量为两个，其中一个靠近十字中的一条形的一端设置、另一个靠近该条形的另一端设置。在其他实施例中，成对的两个旋转判别图形20也可以是靠近主对位图形10的两个不同的条形设置，如图9a所示；或者，成对的两个旋转判别图形20也可以是设置于主对位图形10的一条形的左右两侧。每个对位标记中旋转判别图形20的数量也可以是奇数，例如成对的旋转判别图形20+单个的旋转判别图形20；旋转判别图形20是偶数的情况下，也可以是成对的旋转判别图形20+偶数个不成对的旋转判别图形20。

在本申请的一个实施例中，各旋转判别图形20为正方形。

在图6所示的实施例中，主对位图形10的条形的宽度大于各旋转判别图形20的宽度。

在图6所示的实施例中，主对位图形10两个条形的长度为72微米，宽度为8微米。旋转判别图形20为正方形且边长为4微米。

在本申请的一个实施例中，具有上述对位标记的图形光刻版应用于制造MEMS产品的光刻工艺中。

在本申请的一个实施例中，晶圆上的对位标记是采用具有上述对位标记的图形光刻版光刻后刻蚀形成。并且晶圆可以在不同位置分别形成多个对位标记，晶圆上不同的对位标记位于不同的shot。在本申请的一个实施例中，对位标记为十字形，晶圆上各个对位标记相互平行(即十字的一个条形平行于其他对位标记的两个条形中的一个)。在本申请的一个实施例中，晶圆上的对位标记的两个条形分别平行于X方向的划片道和Y方向的划片道。

图7是晶圆在套刻对准时发生旋转偏移的示意图，晶圆上有两个相邻的对位标记m1和m2，分别为两个相邻的shot的对位标记。发生偏转后，对位标记m2移动到了目标对位标记m1原本所在的位置。对位标记m1和m2与晶圆中心之间的距离为D1，目标对位标记m1与对位标记m2之间的距离为D2(也就是目标对位标记m1偏转的距离为D2)，因此晶圆的偏转角度大致为arctan(D2/D1)。在本申请的一个实施例中，将旋转判别图形20的偏转角θ的绝对值也设置为arctan(D2/D1)，arctan(D2/D1)≈arctan(X/D1)，因此可以将偏转角θ的绝对值设置为arctan(X/D1)，在本实施例中X为光刻版在曝光时单个曝光区域的X方向(即shot的X方向)尺寸，X方向在晶圆平面上垂直于晶圆直径方向；在其他实施例中，X为光刻版在曝光时两个或两个以上个曝光区域的X方向(即shot的X方向)尺寸之和，X方向在晶圆平面上垂直于晶圆直径方向。在本申请的一个实施例中，对位标记形成于晶圆上时位于距晶圆中心第四个曝光区域的位置，因此将偏转角θ的绝对值设置为arctan(X/4Y)，Y为光刻版在曝光时单个曝光区域的Y方向尺寸，Y方向在晶圆平面上平行于晶圆直径方向。

在本申请的一个实施例中，对位标记形成于晶圆上时位于划片道中。示例性的划片道宽度为60微米左右或80微米左右，与shot的边长(示例性的为22mm左右)相差一个数量级，因此在设计偏转角θ需要估算D1、D2尺寸时，可以忽略划片道的尺寸。

8英寸的晶圆直径大约为200mm，示例性的shot边长为22mm(MEMS的非SUSS曝光层次，一般采用Nikon的曝光机台作业，shot边长最大为22mm)，因此8英寸的晶圆的直径范围内最多可排布9个shot。在本申请的一个实施例中，对位时使用的对位标记一般距离晶圆中心四个shot。

本申请相应提供一种套刻对准方法，其采用本申请提出的对位标记进行套刻对准。参见图8，套刻对准方法包括下列步骤：

S810，在晶圆上形成对位标记。

该对位标记可以是前述任一实施例所述的对位标记。在本申请的一个实施例中，可以采用具有对位标记的光刻版对晶圆光刻并刻蚀后在晶圆上形成对位标记，刻蚀后晶圆可以在不同位置分别形成多个对位标记，且晶圆上不同的对位标记位于不同的shot。

S820，通过使光刻版的对位标记和晶圆的对位标记在竖直方向上重合，使光刻版和晶圆套刻对准。

将具有对位标记的光刻版置于晶圆上方(光刻版的对位标记的图形与步骤S810中在晶圆上形成的每个对位标记相同)，通过工作台移动晶圆(或光刻版)，使光刻版上的对位标记和晶圆上的对位标记在竖直方向上重合，使光刻版和晶圆套刻对准。可以通过位于光刻版上方的两个摄像头，分别抓取光刻版上的对位标记和晶圆上的对位标记，来判断刻版上的对位标记和晶圆上的对位标记是否在竖直方向上重合。若光刻版对位标记中的主对位图形10将晶圆对位标记中的任一旋转判别图形20遮挡，则判定光刻版与晶圆的对位发生了旋转偏移，此时可以进行报警提示。

上述套刻对准方法，如果晶圆发生偏转，导致光刻版的对位标记移至了晶圆上相邻的shot的对位标记上方，则由于相邻的shot的对位标记相对于目标shot的对位标记会产生偏转，因此可以根据是否有晶圆上的旋转判别图形被光刻版的主对位图形遮挡，来判断光刻版与晶圆的对位是否发生了旋转偏移，从而避免套刻对准时对位到相邻的shot上，可以提高套刻对准的成功率。

在本申请的一个实施例中，若判定光刻版与晶圆的对位发生了旋转偏移，则通过使光刻版和晶圆发生相对旋转，使光刻版和晶圆套刻对准。

在本申请的一个实施例中，在步骤S820之后，还包括通过所述光刻版对所述晶圆上的光刻胶进行曝光的步骤，且曝光采用的机台为SUSS机台。

在本申请的一个实施例中，所述晶圆用于形成MEMS产品。

应该理解的是，虽然本申请的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，本申请的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光刻版，包括对位标记，其特征在于，所述对位标记包括：

主对位图形；

至少两个旋转判别图形，每个旋转判别图形均靠近所述主对位图形设置且位于第一区域，所述至少两个旋转判别图形包括偏转角的绝对值相同、方向相反的两个旋转判别图形；所述偏转角为每个旋转判别图形的中心与主对位图形的中心的连线与所述主对位图形形成的夹角，所述方向相反指两个偏转角的其中一个位于主对位图形的顺时针旋转方向、另一个位于主对位图形的逆时针旋转方向；

其中，所述第一区域为所述主对位图形绕主对位图形的中心旋转360度获得的区域中除所述主对位图形之外的区域。

2.根据权利要求1所述的光刻版，其特征在于，所述主对位图形为十字形，所述主对位图形包括两个相互垂直的条形，所述偏转角为旋转判别图形的中心与主对位图形的中心的连线与最近的所述条形形成的夹角。

3.根据权利要求2所述的光刻版，其特征在于，所述对位标记的旋转判别图形的数量为两个，其中一个靠近一所述条形的一端设置、另一个靠近另一端设置。

4.根据权利要求3所述的光刻版，其特征在于，两个所述条形的长度为72微米，宽度为8微米，两个所述旋转判别图形为正方形且边长为4微米。

5.根据权利要求1所述的光刻版，其特征在于，各所述旋转判别图形的偏转角的绝对值为arctan(X/D1)，其中D1为所述对位标记形成于晶圆上时与晶圆中心的距离，X为所述光刻版在曝光时单个曝光区域的X方向尺寸，所述X方向在晶圆平面上垂直于晶圆直径方向。

6.根据权利要求1所述的光刻版，其特征在于，各所述旋转判别图形的偏转角的绝对值为arctan(X/4Y)，其中X为所述光刻版在曝光时单个曝光区域的X方向尺寸，Y为所述光刻版在曝光时单个曝光区域的Y方向尺寸，所述对位标记形成于晶圆上时位于距晶圆中心第四个曝光区域的位置。

7.根据权利要求5或6所述的光刻版，其特征在于，所述主对位图形为十字形，包括两个相互垂直的条形，所述对位标记形成于晶圆上时，晶圆上的不同对位标记的条形相互平行。

8.一种套刻对准方法，包括：

在晶圆上形成对位标记；

将包括对位标记的光刻版置于所述晶圆上方，并通过使所述光刻版的对位标记和晶圆的对位标记在竖直方向上重合，使所述光刻版和晶圆套刻对准；所述光刻版为权利要求1-7中任一项所述的光刻版，所述晶圆的对位标记与所述光刻版的对位标记的图形相同；

其中，所述通过使所述光刻版的对位标记和晶圆的对位标记在竖直方向上重合的步骤中，若所述光刻版的主对位图形将所述晶圆的任一旋转判别图形遮挡，则判定所述光刻版与晶圆的对位发生了旋转偏移。

9.根据权利要求8所述的套刻对准方法，其特征在于，所述使所述光刻版和晶圆套刻对准的步骤之后，还包括通过所述光刻版对所述晶圆上的光刻胶进行曝光的步骤，且曝光采用的机台为SUSS机台。

10.根据权利要求8或9所述的套刻对准方法，其特征在于，所述晶圆用于形成微机电系统。

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