旋转标记及利用其监测光刻质量的方法技术

本发明专利技术公开了一种旋转标记，所述旋转标记是在不透明的投影掩膜版上的多道宽度相等的长条形透明区，每两道透明区之间具有宽度相等的不透明区；所述旋转标记形成图形后，与相邻的旋转标记形成的图形相重合的边界称为拼接边界；所述旋转标记中，最靠近拼接边界的两个不透明区的宽度之和，等于每两道透明区之间的不透明区的宽度；每道透明区的长度相等，或者最靠近拼接边界的透明区的长度不同于其他透明区的长度。本发明专利技术还公开了利用所述旋转标记监测光刻质量的方法。本发明专利技术旋转标记适用于风车形切割道，风车形切割道的宽度可以减小到５０μｍ以下，从而可以大幅度减小切割道在硅片上所占的比例。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体集成电路制造工艺，特别是涉及一种光刻工艺中的旋转标 记及利用其检测光刻质量的方法。
技术介绍
半导体集成电路的光刻工艺包括气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光 后烘焙、显影、坚膜烘焙、显影检查等基本步骤。在对准和曝光步骤中需要使用投影掩膜版 (reticle) 0投影掩膜版是一种透明的石英平板，它上面有要转印到硅片上光刻胶层的图 形。投影掩膜版只包括硅片上一部分图形，这个图形必须通过分步重复来覆盖整个硅片。与 之相区别的是光掩膜版(photomask)或掩膜版(mask)，光掩膜版或掩膜版包含了整个硅片 的芯片阵列并且通过单一曝光转印图形。目前光刻工艺中使用投影掩膜版是主流，由于投影掩膜版每次只能曝光硅片的一 部分，因此需要多次曝光才能覆盖整个硅片，每两次曝光之间需要移动硅片和/或投影掩 膜版，这就对相邻曝光区域之间的紧密衔接提出了较高要求。目前在第一层光刻(即硅衬 底上的首次光刻)时使用旋转标记来监测光刻质量，主要是监测相邻曝光区域之间是否发 生相对旋转。旋转标记存在于投影掩膜版上，在曝光时其图形转印到每个曝光单元。一块硅片(wafer) 1上包括多个曝光单元(shot) 2，每个曝光单元表示投影掩膜版 每次曝光的区域，如图1所示。大多数情况下，曝光单元2的四周边界具有方环形切割道 (Scribe Line) 21，方环形切割道21四条边的正中间都具有旋转标记的图形22或23，如图 2所示。通常一块投影掩膜版上具有四个旋转标记，分别在正方形投影掩膜版四条边的正 中间。这四个旋转标记分为上下一对和左右一对，每对旋转标记中包括两种样式。采用该 投影掩膜版曝光后，在每个正方形曝光单元2的方环形切割道21的正中间就各出现一个旋 转标记的图形。这四个旋转标记的图形也因此分为上下一对和左右一对，每对旋转标记的 图形包括两种样式22或23。上下相邻的两个曝光单元2具有一对上下相邻的旋转标记的 图形22和23，左右相邻的两个曝光单元2具有一对左右相邻的旋转标记的图形22和23， 如图3所示。现有的旋转标记3如图4所示，是在不透明的投影掩膜版上的多道宽度相等(设 为a)的长条形透明区31，每两道透明区31之间为宽度相等(设为b)的不透明区32，a+b 称为旋转标记的节距。两种样式的旋转标记3具有相同的a取值，但不同的b取值。两种 样式的旋转标记3曝光后就形成两种样式的旋转标记的图形22和23。旋转标记3紧靠着 投影掩膜版的一条边界，曝光后该旋转标记的图形22或23必然紧靠着曝光单元2的一条 边界。该旋转标记3以顺时针或逆时针方向旋转90度、180度或270度均可。一对上下相邻的旋转标记的图形22和23如图5所示。对于方环形切割道的曝光 单元而言，这两个旋转标记的图形显然分别属于上下相邻的两个曝光单元。旋转标记的图 形22、23中包括多道宽度相等(设为a’ )的曝光区221、231，这是投影掩膜版上旋转标记3的透明区31曝光后形成的。旋转标记3的不透明区32对应于旋转标记的图形22、23的 未曝光区222、232，每两道曝光区221(或231)之间的未曝光区222 (或232)具有相同的宽 度(设为b’)，a’ +b’称为旋转标记的图形的节距。与旋转标记3的两种样式相对应，旋转 标记的图形22、23的差别就在于具有相同的a’值，但b’取值不同。如果硅片表面覆盖着 正性光刻胶，则曝光区221、231为沟槽，未曝光区222、232为沟槽间隔。如果硅片表面覆盖 着负性光刻胶，则未曝光区222、232为沟槽，曝光区221、231为沟槽间隔。当相邻的两个曝光单元没有发生相对旋转时，两个相邻的旋转标记图形22、23中 间的曝光区221、231表现为对准，如图5所示。当相邻的两个曝光单元发生相对旋转时，两 个相邻的旋转标记图形22、23中间的曝光区221、231表现为错位，而在其他地方的某个曝 光区221、231表现为对准。两个旋转标记图形22和23的节距差乘以对准的曝光区221、 231与中间的曝光区221、231之间的曝光区221、231的数目即为两个曝光单元的偏离距离。 这种检测方法是采用游标卡尺的原理，其一般由技术人员目测，不但精度比较差，而且容易 出现误判。随着半导体工艺的进步，切割道的宽度不断变小，某些情况会用到风车型切割道。 请参阅图6，曝光单元4采用风车形的切割道41。风车形切割道41位于曝光单元4四周边 界，但不再为方环状，而是分为独立的四块，形似风车形。四块切割道41分别位于曝光单元 4的四条边，每块切割道41的长度为曝光单元4除去外围切割道部分之后的一半边长。风 车形切割道41的宽度为20 100 μ m之间。每块切割道41靠近曝光单元4中心线的部分 具有一个旋转标记的图形42。如图6所示的多个曝光单元4之间的相邻拼接如图7所示。上下相邻的两个曝光 单元4之间具有左右相邻的两个旋转标记的图形42，左右相邻的两个曝光单元4之间具有 上下相邻的两个旋转标记的图形42。在采用风车形切割道的投影掩膜版中，现有的游标卡 尺型旋转标记就失去了作用。这是因为如果采用了图4、图5所示的游标卡尺型旋转标记， 则具有该旋转标记的投影掩膜版曝光后，当两个相邻的曝光单元4发生相对旋转时，一对 相邻的游标卡尺型旋转标记表现出的不是错位，而是相互重叠或分开，从而难以辨别。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新的旋转标记，该旋转标记可用于风车形 切割道。为此，本专利技术还要提供一种利用所述旋转标记监测相邻的曝光单元之间是否发生 相对旋转的方法。为解决上述技术问题，本专利技术旋转标记在投影掩膜版的上方、下方、左方、右方各 有一个，所述旋转标记是在不透明的投影掩膜版上的多道宽度相等的长条形透明区，每两 道透明区之间具有宽度相等的不透明区；所述旋转标记形成图形后，与相邻的旋转标记形成的图形相重合的边界称为拼接 边界；所述旋转标记中，最靠近拼接边界的两个不透明区的宽度之和，等于每两道透明 区之间的不透明区的宽度；每道透明区的长度相等，或者最靠近拼接边界的透明区的长度不同于其他透明区的长度。本专利技术利用上述旋转标记监测光刻质量的方法包括如下步骤第1步，采用包含旋转标记的投影掩膜版在硅片上进行至少两次曝光，形成上下 相邻或左右相邻的至少两个曝光区域，每个曝光区域的上方、下方、左方、右方各有一个旋 转标记的图形；相邻的两个曝光区域之间具有两个相邻的旋转标记的图形，每个旋转标记的图形 包括多道宽度相等的长条形曝光区，每两道曝光区之间具有宽度相等的未曝光区；第2步，测量所述曝光区宽度记为a’，测量每两道曝光区之间的未曝光区的宽度 记为b’，测量最靠近拼接边界的两个未曝光区的宽度之和记为C’ ；第3步，当a’ +b’ = a’ +c’，则表示所述两个相邻的曝光单元没有发生相对旋转；当a’ +b，兴a’ +C’，则表示所述两个相邻的曝光单元发生相对旋转，且a’ +b，与 a' +c’之间的差值越大表示相对旋转越严重。本专利技术旋转标记适用于风车形切割道。采用本专利技术旋转标记后，风车形切割道的 宽度可以减小到50μπι以下，从而可以大幅度减小切割道在硅片上所占的比例。利用本发 明旋转标记监测光刻质量的设备可以采用半导体制造工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转标记，在投影掩膜版的上方、下方、左方、右方各有一个，其特征是：所述旋转标记是在不透明的投影掩膜版上的多道宽度相等的长条形透明区，每两道透明区之间具有宽度相等的不透明区；所述旋转标记形成图形后，与相邻的旋转标记形成的图形相重合的边界称为拼接边界；所述旋转标记中，最靠近拼接边界的两个不透明区的宽度之和，等于每两道透明区之间的不透明区的宽度；每道透明区的长度相等，或者最靠近拼接边界的透明区的长度不同于其他透明区的长度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阚欢，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]