CN104465619A - 一种套刻精度测量的图像结构及其套刻精度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套刻精度测量的图像结构及其套刻精度测量方法，套刻精度测量的图像结构包括：一被测图形，所述被测图形设置有N层的嵌套结构。该套刻精度测量方法，采用所述一种套刻精度测量的图像结构，采用光学显微镜测量套刻精度的设备对所述被测图形进行测量套刻精度以获取第j层与第i层之间套刻精度，所述第j层结构包括当前光刻层和目标层，所述第i层包括目标层，且i大于j。本发明的被测图形可以同时测量当前层与之前一个或多个目标层的套刻精度，采用同一组测量图形，节省测量时间，且可用于之前不同目标层之间的套刻精度测量，减少了芯片生产中套刻精度检测图形所占用的面积。

Description

一种套刻精度测量的图像结构及其套刻精度测量方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种套刻精度测量的图像结构及其套刻精度测量方法。

背景技术

随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸不断缩小到纳米级，生产工艺也越来越复杂。在生产中各种元器件的三维结构被分解为几十层二维的光刻图形。为了达到良好的器件性能，各个光刻图形要保证层与层之间的精确对准套刻(Overlay)。

套刻精度测量通常是在上下两个光刻层的图形中各放置一个套刻精度测量图形(Overlay Mark)，通过测量两个套刻图形的相对位置的偏差，来保证两层光刻图形之间的对准。常用的套刻精准检测图形包括内外箱型(box-in-box，如图1所示)和内外条型(bar-in-bar，如图2所示)。但是随着芯片尺寸的不断缩小，对于某些特别关键层需要确保当前层和前面2个甚至以上目标层之间的套刻精度。例如55nm节点的逻辑及CIS产品接触(CT)层要求既对准多晶硅(POLY)层又要对准更前面的有源区(AA)层，这时需要设计两组传统OverlayMark，分别放置于当层光刻图形的不同区域进行分别测量。

中国专利(CN101435997B)公开了一种光刻套刻精度的测试图形及测量方法，测试图形，是由多个长条组成的矩形图形；各个长条内部由多个小矩形构成。测量方法包括如下步骤：利用激光扫描；探测衍射光。该发明采用衍射原理测量图形，和普通的测量图形相比，衍射光的分布和整个图形的空间周期相关，而强度与图形的反射率、图形形状、台阶深度、探测光波长度等相关。

该专利通过使用不同波长的激光进行扫描，可以降低测量信号强度和测量图形制造工艺的相关性，最终提高测量对测量图形的物理特征容忍度。但并没有解决目前一个被测图形只能测量当前层与一个目标层的套刻精度的问题。

中国专利(CN101982882A)公开了一种套准测量图形，包括：衬底；光刻胶，位于所述衬底上；第一被对准条和第二被对准条，均位于所述衬底内，所述第一被对准条和所述第二被对准条相互平行，位于所述光刻胶的两侧；第一保护槽和第二保护槽，均位于所述衬底内，且所述第一保护槽和所述第二保护槽相互平行，位于所述光刻胶的两侧，所述第一保护槽和所述第一被对准条垂直。

该专利解决了划片槽内与划片槽同方向的本层套准测量标记会产生光刻胶图形的形貌不对称问题，并防止注入离子扩散的不均匀引发的被对准层色差问题，进而提高套准测量的精度和可信度。但并没有解决目前一个被测图形只能测量当前层与一个目标层的套刻精度的问题。

发明内容

本发明为解决目前一个被测图形只能测量当前层与一个目标层的套刻精度的问题，从而提供一种套刻精度测量的图像结构及其套刻精度测量方法的技术方案。

本发明所述一种套刻精度测量的图像结构，包括：一被测图形，所述被测图形设置有N层的嵌套结构，所述N大于等于2，所述N层结构从内到外均呈口型排列，从第1层到第N层尺寸逐渐变大，所述第1层为当前光刻层形成，剩余层分别为目标层形成。

优选的，所述口型为框型结构。

优选的，所述口型由四个条型结构组成。

优选的，邻近的两个层之间的距离大于5微米。

优选的，由四个条型结构组成的口型为套刻封闭结构。

一种套刻精度测量方法，采用所述一种套刻精度测量的图像结构，采用光学显微镜测量套刻精度的设备对所述被测图形进行测量套刻精度以获取第j层与第i层之间套刻精度，所述第j层结构包括当前光刻层和目标层，所述第i层包括目标层，且i大于j。

优选的，测量的具体过程为：

每层的外边缘横向均对应两个横向坐标，每层的外边缘纵向对应两个纵向坐标，根据公式(1)获得第j层与第i层之间的横向套刻精度：

(|xiL-xjL|-|xiR-xjR|)/2   (1)

其中，xiL表示第i层的目标层左侧横向坐标值，xiR表示第i层的目标层右侧横向坐标值，xjL表示第j层的左侧横向坐标值，xjR表示第j层的右侧横向坐标值，i大于等于2；

根据公式(2)获取第j层与第i层之间的纵向套刻精度：

(|yiU-yjU|-|yiD-yjD|)/2   (2)

其中，yiU表示第i层的目标层上方纵向坐标值，yiU表示第i层的目标层上方纵向坐标值，yjD表示第j层的下方纵向坐标值，yjD表示第j层的下方纵向坐标值。本发明的有益效果：

本发明的被测图形可以同时测量当前层与之前一个或多个目标层的套刻精度，采用同一组测量图形，节省测量时间，且可用于之前不同目标层之间的套刻精度测量，减少了芯片生产中套刻精度检测图形所占用的面积。

附图说明

图1为传统的内外框型套刻精度测量结构示意图；

图2为传统的内外条型套刻精度测量结构示意图；

图3为本发明所述套刻精度测量的图像结构的一种实施例的结构示意图。

附图中：A.第1层；B.第2层；C.第3层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种套刻精度测量的图像结构，包括：一被测图形，所述被测图形设置有N层的嵌套结构，所述N大于等于2，所述N层结构从内到外均呈口型排列，从第1层到第N层尺寸逐渐变大，所述第1层为当前光刻层形成，剩余层分别为目标层形成。

在优选的实施例中，所述口型为框型结构。

在优选的实施例中，所述口型由四个条型结构组成。

在优选的实施例中，邻近的两个层结构之间的距离大于5微米。

在优选的实施例中，由四个条型结构组成的口型为套刻封闭结构。

一种套刻精度测量方法，采用上述一种套刻精度测量的图像结构，采用光学显微镜测量套刻精度的设备对所述被测图形进行测量套刻精度以获取第j层与第i层之间套刻精度，所述第j层结构包括当前光刻层和目标层，所述第i层包括目标层，且i大于j。

在优选的实施例中，测量的具体过程为：

每层的外边缘横向均对应两个横向坐标，每层的外边缘纵向对应两个纵向坐标，根据公式(1)获得第j层与第i层之间的横向套刻精度：

(|xiL-xjL|-|xiR-xjR|)/2   (1)

其中，xiL表示第i层的目标层左侧横向坐标值，xiR表示第i层的目标层右侧横向坐标值，xjL表示第j层的左侧横向坐标值，xjR表示第j层的右侧横向坐标值，i大于等于2；

根据公式(2)获取第j层与第i层之间的纵向套刻精度：

(|yiU-yjU|-|yiD-yjD|)/2   (2)

其中，yiU表示第i层的目标层上方纵向坐标值，yiU表示第i层的目标层上方纵向坐标值，yjD表示第j层的下方纵向坐标值，yjD表示第j层的下方纵向坐标值。

本发明适用于3层及以上光刻层之间套刻精度测量，使用同一组测量图形，节省测量时间；减少了芯片生产中套刻精度检测图形所占用的面积，节省的面积可用于放置其他的监测和测试图形。

在优选的实施例中，以3层结构为例，如图3所示的多层嵌套的套刻精度测量的图形结构，该套刻精度测量的图像结构包括一被测图形，所述被测图形具有3层结构；该被测图形设置有第1层A、第2层B和第3层C，相邻两层之间的距离一般大于5微米，其中，第1层A由当前光刻层形成，第2层B和第3层C结构分别由所需的其他目标层分别形成。其第1层A、第2层B和第3层C可根据工艺不同分别使用内外条型和内外箱型或其他类似结构，根据实际芯片需求，3层以上的嵌套可同理实现。

具体测量时，首先，通过光学显微镜测量套刻精度的设备对被测图形进行测量，得到第1层A、第2层B和第3层C在x和y方向的坐标x1L，x1R，x2L，x2R，x3L，x3R，y1U，y1D，y2U，y2D，y3U，y3D；

然后，计算(|x2L-x1L|-|x2R-x1R|)/2及(|y2U-y1U|-|y2D-y1D|)/2得到第1层A和第2层B之间x和y方向的套刻精度；

其次，计算(|x3L-x1L|-|x3R-x1R|)/2及(|y3U-y1U|-|y3D-y1D|)/2得到第1层A和第3层C之间x和y方向的套刻精度；最后数据反馈到系统终端，测量完成。

同理对于第3层C以上的嵌套结构也可以依次测出所需层之间的套刻精度。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种套刻精度测量的图像结构，其特征在于，包括：一被测图形，所述被测图形设置有N层的嵌套结构，所述N大于等于2，所述N层结构从内到外均呈口型排列，从第1层到第N层尺寸逐渐变大，所述第1层为当前光刻层形成，剩余层分别为目标层形成。

2.如权利要求1所述套刻精度测量的图像结构，其特征在于，所述口型为框型结构。

3.如权利要求1所述套刻精度测量的图像结构，其特征在于，所述口型由四个条型结构组成。

4.如权利要求1所述套刻精度测量的图像结构，其特征在于，邻近的两个层之间的距离大于5微米。

5.如权利要求3所述套刻精度测量的图像结构，其特征在于，由四个条型结构组成的口型为套刻封闭结构。

6.一种套刻精度测量方法，其特征在于，采用如权利要求1至5所述一种套刻精度测量的图像结构，采用光学显微镜测量套刻精度的设备对所述被测图形进行测量套刻精度以获取第j层与第i层之间套刻精度，所述第j层结构包括当前光刻层和目标层，所述第i层包括目标层，且i大于j。

7.如权利要求6所述套刻精度测量方法，其特征在于，测量的具体过程为：

每层的外边缘横向均对应两个横向坐标，每层的外边缘纵向对应两个纵向坐标，根据公式(1)获得第j层与第i层之间的横向套刻精度：

(|xiL-xjL|-|xiR-xjR|)/2   (1)

其中，xiL表示第i层的目标层左侧横向坐标值，xiR表示第i层的目标层右侧横向坐标值，xjL表示第j层的左侧横向坐标值，xjR表示第j层的右侧横向坐标值，i大于等于2；

根据公式(2)获取第j层与第i层之间的纵向套刻精度：

(|yiU-yjU|-|yiD-yjD|)/2   (2)

其中，yiU表示第i层的目标层上方纵向坐标值，yiU表示第i层的目标层上方纵向坐标值，yjD表示第j层的下方纵向坐标值，yjD表示第j层的下方纵向坐标值。