CN211404455U - 一种套刻精度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种套刻精度测量装置，包括晶圆；位于晶圆表面的多个第一功能层，多个第一功能层呈矩阵均匀分布；通过预设套刻设备在第一功能层背向晶圆一侧设置的多个第二功能层，第一功能层与第二功能层一一对应，第二功能层呈矩阵均匀分布，相邻第二功能层之间的间距不等于相邻第一功能层之间的间距，位于晶圆中心的第一功能层的中心与对应的第二功能层的中心相互对位；用于检测任一第一功能层与对应的第二功能层之间性能参数的检测设备，以及用于根据性能参数生成对应的二维热力图的生成设备。由于二维热力图具体由性能参数构成而非光学信息，从而可以实现在材料透光度较低的情况下测量套刻精度。

Description

一种套刻精度测量装置

技术领域

本实用新型涉及半导体工艺技术领域，特别是涉及一种套刻精度测量装置。

背景技术

在芯片的制造过程中，光刻机的工作过程是这样的：通过掩膜中的第一层图像对硅片进行曝光，直至曝光完所有的硅片；当对硅片进行工艺处理结束后，更换掩模，接着在硅片上曝光第二层图形，也就是进行重复曝光。其中，第二层掩模曝光的图形必须和第一层掩模曝光准确的套叠在一起，故称之为套刻。而套刻精度通常称为OVL(overlay)。

在12寸晶圆中，很难做到晶圆中心区域的厚度，工艺窗口等与晶圆边缘位置完全一致。而且OVL偏移在晶圆的中心和边缘也存在偏移。OVL一旦增大到某一界限后会对产品性能有一定影响。

在现有技术中，OVL的测量就是收集上下两道套刻后膜层的光学信息，利用灰阶度来计算图像的中心，这样来计算OVL的大小。但是对于透光性较差的材料来说，例如使用氮化钽(TaN)材料来做电极，由于其透光性较差，使得其光学信息的误差较大，无法准确测量其套刻精度。所以如何提供一种通过其他手段表征套刻精度的套刻精度测量装置是本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种套刻精度测量装置，可以在材料透光度较低的情况下测量套刻精度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种套刻精度测量装置，包括：

晶圆；

位于所述晶圆表面的多个第一功能层，多个所述第一功能层呈矩阵均匀分布；

通过预设套刻设备在所述第一功能层背向所述晶圆一侧设置的多个第二功能层，所述第一功能层与所述第二功能层一一对应，所述第二功能层呈矩阵均匀分布，相邻所述第二功能层之间的间距不等于相邻所述第一功能层之间的间距，位于所述晶圆中心的第一功能层的中心与对应的第二功能层的中心相互对位；

用于检测任一所述第一功能层与对应的所述第二功能层之间性能参数的检测设备，以及用于根据所述性能参数生成对应的二维热力图的生成设备。

可选的，任一所述第一功能层均连接第一引线，任一所述第二功能层均连接第二引线，所述第一引线与对应的所述第二引线连接一测量电极，所述检测设备用于通过所述测量电极获取电性能参数；所述生成设备用于根据所述电性能参数生成对应的二维热力图。

可选的，所述检测设备为用于检测任一所述第一功能层与对应的所述第二功能层之间电阻参数的检测设备。

可选的，所述第一引线与对应的所述第二引线通过编码器连接所述测量电极。

可选的，所述第一功能层为场效应晶体管。

可选的，所述第二功能层为磁性隧道结。

本实用新型所提供的一种套刻精度测量装置，包括晶圆；位于晶圆表面的多个第一功能层，多个第一功能层呈矩阵均匀分布；通过预设套刻设备在第一功能层背向晶圆一侧设置的多个第二功能层，第一功能层与第二功能层一一对应，第二功能层呈矩阵均匀分布，相邻第二功能层之间的间距不等于相邻第一功能层之间的间距，位于晶圆中心的第一功能层的中心与对应的第二功能层的中心相互对位；用于检测任一第一功能层与对应的第二功能层之间性能参数的检测设备，以及用于根据性能参数生成对应的二维热力图的生成设备。

由于相邻第二功能层之间的距离不等于相邻第一功能层之间的距离，并且位于晶圆中心的第一功能层的中心与对应的第二功能层的中心相互对位，使得第一功能层与对应第二功能层之间的错位会沿从晶圆中心指向晶圆边缘的方向依次增加，从而会造成各个由第一功能层与对应的第二功能层之间构成的测量单元之间性能的差异，引起各个测量单元之间性能参数的差异。而第一功能层与对应第二功能层之间的错位除了因上述设计上结构引起，还由套刻设备的套刻精度有关，而套刻精度会具体体现在由性能参数所构成的二维热力图中，该二维热力图会可以表征套刻精度，而二维热力图具体由性能参数构成而非光学信息，从而可以实现在材料透光度较低的情况下测量套刻精度。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例所提供的一种套刻精度测量装置的俯视结构示意图；

图2为图1的正视结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种具体的二维热力图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种具体的套刻精度测量装置的电路图。

图中：1.晶圆、2.第一功能层、3.第二功能层、4.第一引线、5.第二引线。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种套刻精度测量装置。在现有技术中，OVL的测量就是收集上下两道套刻后膜层的光学信息，利用灰阶度来计算图像的中心，这样来计算OVL的大小。但是对于透光性较差的材料来说，例如使用氮化钽(TaN)材料来做电极，由于其透光性较差，使得其光学信息的误差较大，无法准确测量其套刻精度。

而本实用新型所提供的一种套刻精度测量装置，包括晶圆；位于晶圆表面的多个第一功能层，多个第一功能层呈矩阵均匀分布；通过预设套刻设备在第一功能层背向晶圆一侧设置的多个第二功能层，第一功能层与第二功能层一一对应，第二功能层呈矩阵均匀分布，相邻第二功能层之间的间距不等于相邻第一功能层之间的间距，位于晶圆中心的第一功能层的中心与对应的第二功能层的中心相互对位；用于检测任一第一功能层与对应的第二功能层之间性能参数的检测设备，以及用于根据性能参数生成对应的二维热力图的生成设备。

由于相邻第二功能层之间的距离不等于相邻第一功能层之间的距离，并且位于晶圆中心的第一功能层的中心与对应的第二功能层的中心相互对位，使得第一功能层与对应第二功能层之间的错位会沿从晶圆中心指向晶圆边缘的方向依次增加，从而会造成各个由第一功能层与对应的第二功能层之间构成的测量单元之间性能的差异，引起各个测量单元之间性能参数的差异。而第一功能层与对应第二功能层之间的错位除了因上述设计上结构引起，还由套刻设备的套刻精度有关，而套刻精度会具体体现在由性能参数所构成的二维热力图中，该二维热力图会可以表征套刻精度，而二维热力图具体由性能参数构成而非光学信息，从而可以实现在材料透光度较低的情况下测量套刻精度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图2以及图3，图1为本实用新型实施例所提供的一种套刻精度测量装置的俯视结构示意图；图2为图1的正视结构示意图；图3为本实用新型实施例所提供的一种具体的二维热力图。

参见图1，在本实用新型实施例中，套刻精度测量装置包括晶圆1；位于所述晶圆1表面的多个第一功能层2，多个所述第一功能层2呈矩阵均匀分布；通过预设套刻设备在所述第一功能层2背向所述晶圆1一侧设置的多个第二功能层3，所述第一功能层2与所述第二功能层3一一对应，所述第二功能层3呈矩阵均匀分布，相邻所述第二功能层3之间的间距不等于相邻所述第一功能层2之间的间距，位于所述晶圆1中心的第一功能层2的中心与对应的第二功能层3的中心相互对位；用于检测任一所述第一功能层2与对应的所述第二功能层3之间性能参数的检测设备，以及用于根据所述性能参数生成对应的二维热力图的生成设备。

上述晶圆1即用于设置各个功能层的基底，在本实用新型实施例中通常使用硅晶圆1作为整个套刻精度测量装置的基底。有关晶圆1的具体材质以及具体尺寸可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

在晶圆1表面设置有多个第一功能层2，多个第一功能层2会呈矩阵均匀分布于晶圆1表面。该第一功能层2即晶圆1中制备的芯片里具有预设功能的膜层，该第一功能层2既可以是具有完整功能的结构，也可以是仅仅是芯片中任意一个膜层。有关第一功能层2的具体结构需要根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。上述第一功能层2会在晶圆1表面构成一矩阵，以便于二维热力图的形成。其中相邻第一功能层2之间的间距通常相等。

参见图2，在第一功能层2背向晶圆1一侧表面设置有第二功能层3，该第二功能层3会与第一功能层2一一对应，而任一第二功能层3会设置在对应的第一功能层2背向晶圆1一侧。在本实用新型实施例中，第二功能层3具体是通过待测试的预设套刻设备设置在第一功能层2背向晶圆1一侧，以便在二维热力图中可以表征出该预设套刻设备的套刻精度。上述多个第二功能层3同样会呈矩阵均匀分布，该第二功能层3同样为晶圆1中制备的芯片里具有预设功能的膜层，该第二功能层3既可以是具有完整功能的结构，也可以是仅仅是芯片中任意一个膜层。有关第二功能层3的具体结构需要根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。上述第一功能层2与对应的第二功能层3构成一测量单元，以便检测设备可以测量该测量单元的性能参数。

需要说明的是，在本实用新型实施例中第二功能层3同样会构成一矩阵以均匀分布，但是相邻第二功能层3之间的距离会不等于相邻第一功能层2之间的距离，使得在同一测量单元中第一功能层2与第二功能层3相互对位时会产生一定的错位，从而影响该测量单元具体的性能参数。具体的，在本实用新型实施例中会将位于晶圆1中心的第一功能层2的中心与对应的第二功能层3的中心相互对位，即将位于中心的第一功能层2以及第二第二功能层3准确对位而不产生错位。而此时，越远离晶圆1中心的测量单元中，第一功能层2与第二功能层3之间的错位会越来越大；而越靠近晶圆1中心的测量单元中，第一功能层2与第二功能层3之间的错位会越来越小。

还需要说明的是，上述第一功能层2与第二功能层3之间还可以具有其他功能的膜层结构，即第一功能层2与第二功能层3之间可以不相互接触，但第一功能层2与第二功能层3需要为一个芯片中的不同膜层。

上述检测设备用于检测任一第一功能层2与对应的第二功能层3之间性能参数，即该检测设备用于检测测量单元的性能参数。该性能参数可以具体为电性能参数、磁性能参数等等，有关该性能参数的具体内容将在下述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本实用新型实施例中，生成设备可以根据各个测量单元的性能参数生成对应的二维热力图。

参见图3，具体的，由于在本实用新型实施例中位于晶圆1中心的测量单元内，第一功能层2与第二功能层3之间不存在错位，所以会以该位于晶圆1中心的测量单元的性能参数作为标准性能参数，同时预设一个标准差值，例如10％；在本实用新型实施例中生成设备会将各个测量单元的性能参数与位于晶圆1中心的测量单元的性能参数作对比，当某一测量单元的性能参数与标准性能参数之间的差值小于标准差值时，可以记为1，而当某一测量单元的性能参数与标准性能参数之间的差值大于标准差值时，可以记为0。将上述1或0填入矩阵中，就可以形成二维热力图，而该二维热力图可以表征预设套刻设备的套刻精度：例如当由数字1构成的区域的中心与矩阵中心之间发生偏移时，由此可以确定上述预设套刻设备的套刻精度。当然，上述二维热力图的具体形式可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

本实用新型实施例所提供的一种套刻精度测量装置，包括晶圆1；位于晶圆1表面的多个第一功能层2，多个第一功能层2呈矩阵均匀分布；通过预设套刻设备在第一功能层2背向晶圆1一侧设置的多个第二功能层3，第一功能层2与第二功能层3一一对应，第二功能层3呈矩阵均匀分布，相邻第二功能层3之间的间距不等于相邻第一功能层2之间的间距，位于晶圆1中心的第一功能层2的中心与对应的第二功能层3的中心相互对位；用于检测任一第一功能层2与对应的第二功能层3之间性能参数的检测设备，以及用于根据性能参数生成对应的二维热力图的生成设备。

由于相邻第二功能层3之间的距离不等于相邻第一功能层2之间的距离，并且位于晶圆1中心的第一功能层2的中心与对应的第二功能层3的中心相互对位，使得第一功能层2与对应第二功能层3之间的错位会沿从晶圆1中心指向晶圆1边缘的方向依次增加，从而会造成各个由第一功能层2与对应的第二功能层3之间构成的测量单元之间性能的差异，引起各个测量单元之间性能参数的差异。而第一功能层2与对应第二功能层3之间的错位除了因上述设计上结构引起，还由套刻设备的套刻精度有关，而套刻精度会具体体现在由性能参数所构成的二维热力图中，该二维热力图会可以表征套刻精度，而二维热力图具体由性能参数构成而非光学信息，从而可以实现在材料透光度较低的情况下测量套刻精度。

有关本实用新型所提供的一种套刻精度测量装置的具体结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍。

请参考图4，图4为本实用新型实施例所提供的一种具体的套刻精度测量装置的电路图。

区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的对套刻精度测量装置的具体内容进行介绍。其余内容已在上述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图4，在本实用新型实施例中，任一所述第一功能层2均连接第一引线4，任一所述第二功能层3均连接第二引线5，所述第一引线4与对应的所述第二引线5连接一测量电极，所述检测设备用于通过所述测量电极获取电性能参数；所述生成设备用于根据所述电性能参数生成对应的二维热力图。

即在本实用新型实施例中，检测设备具体通过测量电极以及与第一功能层2连接的第一引线4，和与第二功能层3连接的第二引线5来实现与测量单元中的第一功能层2以及第二功能层3电连接，从而使得检测设备可以测量该检测单元的电性能参数，进而使得生成设备可以根据该电性能参数，通过上述实用新型实施例所提供的二维热力图的绘制方法绘制出二维热力图。电性能参数的测量设备结构简单，且测量方便，同时可以避免不透光材料对套刻精度测量的影响。

进一步的，在本实用新型实施例中，所述第一引线4与对应的所述第二引线5通过编码器连接所述测量电极。即检测设备可以通过编码器与晶圆1表面制作的各个测量单元电连接，通过编码器可以使一个测量电极连接多个甚至于全部测量单元中的第一功能层2和第二功能层3，从而可以极大的减少测量电极的使用数量。当检测设备需要具体测量某一个测量单元中的电性能参数时，可以通过编码器电连接至该测量单元。

具体的，在本实用新型实施例中，上述电性能参数包括电阻参数，即所述检测设备为用于检测任一所述第一功能层与对应的所述第二功能层之间电阻参数的检测设备。通过电阻参数，即电阻值具体作为检测设备所测量的性能参数，由于电阻参数的测量原理极其简单，从而可以极大的简化测量设备的结构。当然，在本实用新型实施例中也可以选用其他具体的电性能参数来绘制二维热力图，有关电性能参数的具体种类在本实用新型实施例中不做具体限定。

在本实用新型实施例中，上述第一功能层2可以为场效应晶体管，而第二功能层3可以为磁性隧道结(MTJ)。此时可以在晶圆1表面制备出带CMOS的MTJ阵列，即完整的磁性随机存储器结构。而通过该结构进行套刻精度的检测，可以检测出在制备磁性随机存储器这一具体结构的工艺时，套刻设备具体的套刻精度，从而可以对套刻设备进行针对性调整。

本实用新型实施例所提供的一种套刻精度测量装置，通过设置第一引线4、第二引线5以及测量电极，可以通过测量设备具体对测量单元的电性能参数进行测量；而通过设置编码器可以极大的减少测量电极的数量，优化整体测量装置的结构。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，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。

以上对本实用新型所提供的一种套刻精度测量装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种套刻精度测量装置，其特征在于，包括：

晶圆；

位于所述晶圆表面的多个第一功能层，多个所述第一功能层呈矩阵均匀分布；

通过预设套刻设备在所述第一功能层背向所述晶圆一侧设置的多个第二功能层，所述第一功能层与所述第二功能层一一对应，所述第二功能层呈矩阵均匀分布，相邻所述第二功能层之间的间距不等于相邻所述第一功能层之间的间距，位于所述晶圆中心的第一功能层的中心与对应的第二功能层的中心相互对位；

用于检测任一所述第一功能层与对应的所述第二功能层之间性能参数的检测设备，以及用于根据所述性能参数生成对应的二维热力图的生成设备。

2.根据权利要求1所述的套刻精度测量装置，其特征在于，任一所述第一功能层均连接第一引线，任一所述第二功能层均连接第二引线，所述第一引线与对应的所述第二引线连接一测量电极，所述检测设备用于通过所述测量电极获取电性能参数；所述生成设备用于根据所述电性能参数生成对应的二维热力图。

3.根据权利要求2所述的套刻精度测量装置，其特征在于，所述检测设备为用于检测任一所述第一功能层与对应的所述第二功能层之间电阻参数的检测设备。

4.根据权利要求2所述的套刻精度测量装置，其特征在于，所述第一引线与对应的所述第二引线通过编码器连接所述测量电极。

5.根据权利要求1所述的套刻精度测量装置，其特征在于，所述第一功能层为场效应晶体管。

6.根据权利要求5所述的套刻精度测量装置，其特征在于，所述第二功能层为磁性隧道结。

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