用于晶片对准的对准标记结构制造技术

本发明专利技术提供一种用于晶片对准的对准标记结构，该对准标记结构包括第一部分结构和分布在第一部分结构外围区域的第二部分结构，第二部分结构由四组光栅组成，其中两个光栅用于垂直方向对准，另外两个光栅用于水平方向对准。与现有技术相比，本发明专利技术的对准标记结构不仅用于晶片对准，还可用于掩模对准或套刻（Ｏｖｅｒｌａｙ）精度测试等。此外，本发明专利技术所述的对准标记结构紧凑、对准捕获范围大、适用于较窄的晶片划线槽，能够提高光刻装置对准系统的对准精度和工艺适应性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻对准
，具体来说，涉及一种对准标记结构。
技术介绍
光刻装置主要用于集成电路(IC)或其他微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体硅片或LCD板。目前有两种光刻装置，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模版移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。在半导体制作过程中，为使掩模图案正确转移到晶片上，关键的步骤是将掩模与晶片对准，即计算掩模相对于晶片的位置，以满足套刻精度的要求。当特征尺寸“CD”要求更小时，对套刻精度“Overlay”的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。现有技术有两种对准方案，一种是透过镜头的TTL同轴对准技术，另一种是OA离轴对准技术。在每一次进行光刻胶曝光前，需要使用对准标记进行掩模-晶片对准。在离轴对准技术中，将位于晶片非曝光区域的全场对准标记或划线槽(scribelane)对准标记成像到参考板上，通过确定对准标记位置相对于处于理想位置的参考标记的偏差，来进行晶片曝光场和掩模图案定位。光刻对准主要有明场、暗场和光栅衍射几种技术。目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指照明光束照射在光栅型对准标记上发生衍射，衍射光携带有关于对准标记结构的全部信息。多级次衍射光以不同角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波器滤掉零级光后，采集衍射光±1级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光(包括高级)在参考面干涉成像，经光电探测器探测和信号处理，确定对准中心位置。根据光刻装置的对准策略，对准标记可分为全场对准标记和逐场对准标记，全场对准标记通常为二维标记，位于晶片非曝光区域或划线槽内，同时提供相互垂直的两个方向对准；逐场对准标记位于晶片划线槽内，为一维标记，提供一维方向(水平或垂直方向)的对准，通过位于两个相互垂直的划线槽的两个逐场对准标记可以实现相互垂直的两个方向对准。一般，对准标记为周期性的光栅，由刻线和刻槽组成。光栅可以是位相光栅，利用在光栅上表面和下表面散射光线的位相差。光栅也可以是振幅光栅，由两个具有不同反射系数的表面周期结构组成。光栅应包含尽可能多的周期，以避免边缘效应。对准标记边缘粗糙度对对准精度的影响是随机的，所以通过照射更多的光栅周期，可以降低边缘效应的影响，提高对准信号对比度。但是，过多的光栅周期会消耗划线槽资源，导致晶片的浪费，因此，在对准标记的设计上趋向于使用更小的光栅周期和更短的光栅线条。从功能上，对准标记一般分为粗对准标记和精对准标记两种。在粗对准过程中，掩模版或参考板上的对准标记先存储在计算机中，然后通过探测光源在粗对准标记上的散射光并成像在CCD相机上，通过图像分析和模式识别的方法搜寻粗对准标记结构，进行晶片的粗对准定位。粗对准标记也用于搜寻精对准标记。通常，精对准标记与粗对准标记的距离固定，在精对准过程中，由显微物镜收集光源在标记上的散射光，由得到的光强或位相信号确定精对准标记位置，进行晶片的精对准定位。粗对准一般为以十字线形为基础的结构，精对准标记则是一些相互平行、一定间隔的光栅型结构，结构周期宽度大约为几微米量级，例如图12和13中所示的粗对准和精对准标记结构。在IC处理上，对准标记结构的组成部分最好是具有与半导体器件特征尺寸相似的尺寸，以避免在IC处理过程中产生不太理想的负效应，例如CMP导致的对准标记变形。为克服尺寸相关性问题，通常有两种方法，一种是缩小对准标记的光栅周期，提高对高级探测通道的探测能力，所探测的空间频率决定了相位光栅对准精度和稳定性；另一种是将对准标记的光栅设计成分段型结构，一方面增加对准标记对CMP和金属溅射等工艺的适应性，另一方面适合特殊的工艺设计要求，例如深沟槽(DeepTrench)工艺。一种在先技术，如图12所示，该标记为佳能株式会社(Canon INC.)的对准标记结构，包括粗对准标记和精对准标记，分别如图12(a)和图12(b)所示。其中，粗对准标记为方形框内嵌十字线的“田”字型结构，精对准标记为一维线性光栅结构(图中仅给出了一个方向对准的标记结构)；粗对准标记结构在晶片上的尺寸大约为100μm×100μm，精对准标记尺寸大约为120μm×50μm。粗对准标记和精对准标记结构分离，位于晶片的划线槽内的不同位置，因此在根据对准信号闭环控制的过程增加了晶片支架粗对准和精对准调整的移动时间，导致半导体IC芯片的产量受到影响。此外，粗对准标记和精对准标记占用划线槽的面积较大，消耗了晶片上原本可用于生产IC芯片的有效资源，这种浪费代价极其昂贵。又一种在先技术，如图13所示的一种对准标记结构(参见美国专利，公开号US20050068508A1)，该对准标记由两部分组成，虚线框内中心区域部分为十字线型的粗对准标记11，虚框外部分为精对准标记12，精对准标记12是以中心区域成镜像对称的四组光栅结构13，每组光栅结构13的周期为15μm。图13(a)所示的标记结构中光栅结构13包含4个光栅周期，整个标记的尺寸大约为80μm×80μm；图13(b)所示的标记结构中光栅结构13包含2个光栅周期，整个标记的尺寸大约为60μm×60μm。上述对准标记尽管结构紧凑，但是精对准标记所包含的光栅周期数量太少，对准信号容易受到标记边缘效应影响。一般，为避免标记边缘效应，光栅对准标记的周期数不应少于5-6个周期。另一方面，精对准标记为单一周期的光栅结构，因此捕获范围有限。此外，在半导体IC芯片生产中，为节约晶片成本，划线槽的宽度趋向于40μm左右，因此80μm×80μm的对准标记尺寸仍然占用过多的晶片有效资源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于晶片对准的新的、结构紧凑的、捕获范围大、适合于较窄划线槽的对准标记结构。本专利技术提供一种用于晶片对准的对准标记结构，该对准标记结构包括第一部分结构和分布在第一部分结构外围区域的第二部分结构，第二部分结构由四组光栅组成，其中两个光栅用于垂直方向对准，另外两个光栅用于水平方向对准。所述的四组光栅中至少具有两种不同的基本周期。所述的四组光栅中至少有两个光栅为捕获标记。所述的四组光栅外形结构为梯形。所述的四组光栅外形结构为矩形。所述的四组光栅以第一部分结构为中心沿水平和垂直方向相互对称分布。所述的四组光栅以第一部分结构为中心沿水平和垂直方向相互错位分布。所述的对准标记结构的整个外形为矩形。所述的四组光栅可以是分段结构。所述的第一部分结构可以是十字线形式、也可以是由封闭的十字形框组成的十字线框形式、也可以是由四组相互垂直的平行双线组成的双十字线形式、也可以是包括中心十字线和外围十字线的虚十字线形式、也可以是由四条斜线组成的叉丝形式。所述的第一部分结构可以是分段结构。与现有技术相比，本专利技术的对准标记结构不仅用于晶片对准，还可用于掩模对准或套刻(Overlay)精度测试等。此外，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于晶片对准的对准标记结构，其特征在于：该对准标记结构包括第一部分结构和分布在第一部分结构外围区域的第二部分结构，第二部分结构由四组光栅组成，其中两个光栅用于垂直方向对准，另外两个光栅用于水平方向对准。

【技术特征摘要】
1.用于晶片对准的对准标记结构，其特征在于该对准标记结构包括第一部分结构和分布在第一部分结构外围区域的第二部分结构，第二部分结构由四组光栅组成，其中两个光栅用于垂直方向对准，另外两个光栅用于水平方向对准。2.如权利要求1所述的用于晶片对准的对准标记结构，其特征在于所述的四组光栅中至少具有两种不同的基本周期。3.如权利要求1所述的用于晶片对准的对准标记结构，其特征在于所述的四组光栅中至少有两个光栅为捕获标记。4.如权利要求1所述的用于晶片对准的对准标记结构，其特征在于所述的四组光栅外形结构为梯形。5.如权利要求1所述的用于晶片对准的对准标记结构，其特征在于所述的四组光栅外形结构为矩形。6.如权利要求1所述的用于晶片对准的对准标记结构，其特征在于所述的四组光栅以第一部分结构为中心沿水平和垂直方向相互对称分布。7.如权利要求1所述的用于晶片对准的对准标记结构，其特征在于所述的四组光栅以第一部分结构为中心沿水平和垂直方向相互错位分布。8.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐荣伟，李铁军，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]