光掩膜以及光刻光学式叠对标记测量方法技术

本发明专利技术提供一种光掩膜及光刻光学式叠对标记测量方法，用于测量芯片制造过程中不同层之间的叠对偏移量，所述光掩膜包括：斜向单元掩膜图案和斜向叠对掩膜标记，所述斜向单元掩膜图案和所述斜向叠对掩膜标记具有相同的斜向方向。采用所述光掩膜将所述斜向单元掩膜图案和所述斜向叠对掩膜标记刻录到半导体衬底上，在所述半导体衬底上形成斜向单元图案和斜向叠对标记。采用光学方法量测所述半导体衬底上当前层的所述斜向叠对标记相对于先前层的所述斜向叠对标记的叠对偏移量；以及根据所述叠对偏移量将所述当前层与所述先前层对准。根据本发明专利技术的光掩膜及光刻光学式叠对标记测量方法，能够对应测量半导体衬底中斜向单元图案的叠对偏移量。

【技术实现步骤摘要】
光掩膜以及光刻光学式叠对标记测量方法
本专利技术涉及集成电路制造
，特别是涉及光掩膜以及光刻光学式叠对标记测量方法。
技术介绍
在半导体制造过程中，光刻工艺作为每一个技术代的核心技术而发展。光刻是将光掩膜(mask)上图形形式的电路结构通过对准、曝光、显影等步骤转印到涂有光刻胶的硅片表面的工艺过程，光刻工艺会在硅片表面形成一层光刻胶掩蔽图形，其后续工艺是刻蚀或离子注入。标准的CMOS工艺中，需要数十次的光刻步骤，而影响光刻工艺误差的因素，除了光刻机的分辨率之外，还有对准的精确度。光刻的叠对(Overlay)是用以测量一个光刻图案置于硅片时，与先前已定义过的图案之间的对准精度。由于集成电路是由很多层电路重叠组成的，因此必须保证每一层与前面或者后面的层的对准精度，如果对准精度超出要求范围，则可能造成整个电路不能完成设计工作。因此在每一层的制造过程中，要对其与先前层的对准精度进行测量。一般常用的一种叠对量测图型(Mark)为光学式IBO(ImageBasedOverlay)，如光栅式图型(有时被称为AIM，AdvancedImageMeasurement)。AIM图型如图1所示，该图型包括先前层的平行叠对标记(深色)以及当前层的平行叠对标记(浅色)，通过对比这两种平行叠对标记的位置，计算出横向叠对偏移量Δx以及纵向叠对偏移量Δy，当该横向叠对偏移量Δx以及纵向叠对偏移量Δy小于设定阈值时，则工艺在安全窗口之内。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题现有的光掩膜大多为矩形，投射到半导体衬底上形成多个重复的矩形区域。通常采用使用图1所示的平行叠对标记来判断半导体衬底的两层间的单元图案的对准情况。具体来讲，如图1所述，以平行于矩形区域的边的方式在半导体衬底的各层中的相同位置形成多个横向的平行叠对标记或者纵向的平行叠对标记，这些平行叠对标记的形状、尺寸、彼此间的间隔相同。通过光学量测先前层与当前层的平行叠对标记，得出两层的横向的叠对偏移量Δx或者纵向叠对偏移量Δy，当叠对偏移量小于设定阈值时，工艺在安全窗口之内，进入下道工艺；当叠对偏移量大于等于设定阈值时，需要进行返工。这种平行叠对标记的形成方法简单，使用方便，特别适合半导体衬底中的单元图案绝大部分为平行单元图案的情况。但是，随着半导体技术的发展，矩形区域中，有时需要制造一些相对于矩形区域的边部倾斜的单元图案(下面，称为斜向单元图案)，例如平行于矩形区域的对角线的单元图案，此时，平行叠对标记无法准确表征这些斜向单元图案的叠对偏移量。例如，参照图2，如果当前层的平行单元图案(下方的虚线矩形)向右侧偏离先前层的平行单元图案(下方的实线矩形)，通过平行叠对标记可计算出横向的叠对偏移量为Δx，可以看出，此时，两层的该平行单元图案只有右侧很小的部分错位，在安全工艺窗口之内；另一方面，如果当前层的与矩形区域的边呈45度的斜向单元图案(中间的虚线矩形)向右偏离先前层的与矩形区域的边呈45度的斜向单元图案(中间的实线矩形)，通过平行叠对标记可计算出横向的叠对偏移量同样为Δx，但是，从图中可以看出，该斜向单元图案在两层之间显然发生了较大的错位(矩形的三个边已经错位)，这种错位已经超出了安全工艺窗口，需要进行返工。由此可见，现有技术中平行叠对标记的横向的叠对偏移量Δx并不适合这种斜向单元图案，纵向的叠对偏移量Δy也存在同样的问题。特别是，随着半导体技术的发展，这种斜向单元图案可能越来越多，并且，其倾斜角度可能各不相同，在这种情况下，平行叠对标记的判定方法可能完全无法适用于新的半导体技术。解决问题的技术方案本专利技术就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供光掩膜以及光刻光学式叠对标记测量方法，能够完全应对半导体衬底中的斜向单元图案，并且，可根据半导体衬底中斜向单元图案的复杂程度选择合适的斜向叠对标记。作为本专利技术的一个实施方式，提供一种光掩膜，所述光掩膜呈矩形，其特征在于，包括：斜向单元掩膜图案，位于所述光掩膜上，与所述光掩膜的任意一边均不平行；斜向叠对掩膜标记，位于所述光掩膜上，与所述光掩膜的任意一边均不平行；作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述斜向单元掩膜图案与所述斜向叠对掩膜标记平行。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述光掩膜呈正方形。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述光掩膜包括多个所述斜向单元掩膜图案以及多个所述斜向叠对掩膜标记。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述多个斜向单元掩膜图案的数量与所述多个斜向叠对掩膜标记的数量相等，并且所述多个斜向单元掩膜图案与所述多个斜向叠对掩膜标记呈一对一平行关系。作为本专利技术的另一个实施方式，提供一种光刻光学式叠对标记测量方法，其特征在于，具有下述步骤：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成先前层，所述先前层具有斜向叠对标记和单元图案；采用上述任意一种实施方式的光掩膜，在所述半导体衬底的当前层形成斜向单元图案和斜向叠对标记；采用光学量测方法测量所述当前层的所述斜向叠对标记相对于所述先前层的斜向叠对标记的叠对偏移量；以及根据所述叠对偏移量，将所述当前层的斜向单元图案相对于所述先前层的单元图案进行对准补偿。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述先前层的单元图案包括斜向单元图案。作为本专利技术的一个可选的实施方式，采用光学量测方法计算所述当前层的所述斜向叠对标记相对于先前层的斜向叠对标记的叠对偏移量包括：以所述当前层的所述斜向叠对标记的方向为基准，建立直角坐标系，计算所述当前层的所述斜向叠对标记相对于所述先前层的斜向叠对标记的第一叠对偏移量。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述方法还包括：基于所述当前层的多个所述斜向叠对标记的方向建立多个直角坐标系，计算出多个所述偏移量；根据所述多个偏移量的组合，将所述当前层的斜向单元图案相对于先前层的单元图案进行对准补偿。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述方法还包括：在半导体衬底的所述当前层上形成后续层，并在所述后续层中形成斜向叠对标记和单元图案。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述方法还包括：以所述当前层的所述斜向叠对标记的方向为基准，建立直角坐标系，计算所述后续层的斜向叠对标记相对于所述当前层的所述斜向叠对标记的第二叠对偏移量；以及根据所述第二叠对偏移量，将所述后续层的单元图案相对于所述当前层的斜向单元图案进行对准补偿。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述方法还包括：基于所述当前层的多个所述斜向叠对标记的方向建立多个直角坐标系，计算出多个第二叠对偏移量；根据所述多个第二叠对偏移量的组合，将所述后续层的单元图案相对于所述当前层的斜向单元图案进行对准补偿。作为本专利技术的一个可选的实施方式，所述后续层的单元图案包括斜向单元图案。专利技术效果根据本专利技术的光刻光学式叠对标记测量方法，能够针对斜向单元图案，在半导体衬底的各层形成对应的斜向叠对标记，所述斜向叠对标记不平行于矩形区域的任意一个边，这些斜向叠对标记的方向与半导体衬底的斜向单元图案的方向相同或者近似，因此，能够大幅度提高半导体衬底的层间偏移量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光掩膜，所述光掩膜呈矩形，其特征在于，包括：/n斜向单元掩膜图案，位于所述光掩膜上，与所述光掩膜的任意一边均不平行；/n斜向叠对掩膜标记，位于所述光掩膜上，与所述光掩膜的任意一边均不平行。/n

【技术特征摘要】
1.一种光掩膜，所述光掩膜呈矩形，其特征在于，包括：
斜向单元掩膜图案，位于所述光掩膜上，与所述光掩膜的任意一边均不平行；
斜向叠对掩膜标记，位于所述光掩膜上，与所述光掩膜的任意一边均不平行。


2.根据权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，
所述斜向单元掩膜图案与所述斜向叠对掩膜标记平行。


3.根据权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，
所述光掩膜呈正方形。


4.根据权利要求1～3中任意一项所述的光掩膜，其特征在于，
所述光掩膜包括多个所述斜向单元掩膜图案以及多个所述斜向叠对掩膜标记。


5.根据权利要求4所述的光掩膜，其特征在于，
所述多个斜向单元掩膜图案的数量与所述多个斜向叠对掩膜标记的数量相等，并且所述多个斜向单元掩膜图案与所述多个斜向叠对掩膜标记呈一对一平行关系。


6.一种光刻光学式叠对标记测量方法，其特征在于，具有下述步骤：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成先前层，所述先前层具有斜向叠对标记和单元图案；
采用权利要求1-5中任意一项所述的光掩膜，在所述半导体衬底的当前层形成斜向单元图案和斜向叠对标记；
采用光学量测方法测量所述当前层的所述斜向叠对标记相对于所述先前层的斜向叠对标记的叠对偏移量；以及
根据所述叠对偏移量，将所述当前层的斜向单元图案相对于所述先前层的单元图案进行对准补偿。


7.根据权利要求6所述的光刻光学式叠对标记测量方法，其特征在于，所述先前层的单元图案包括斜向单元图案。


8.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34