光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)及形成方法、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)及形成方法、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，半導(dǎo)體芯片的面積越來越小，芯片內(nèi)的線寬也不斷縮小，因此半導(dǎo)體工藝能力受到的考驗也越來越大，工藝的精度與工藝變異的控制也變得愈加重要。在制造半導(dǎo)體芯片的工藝中，光刻工藝是最重要的工藝之一。光刻即是通過對準(zhǔn)、曝光、顯影等一系列步驟將掩模版上的掩模圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上的工藝過程，因此光刻工藝的質(zhì)量會直接影響到最終形成芯片的性能。
[0003]在光刻過程中，為使得掩模圖形準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移到晶圓上，關(guān)鍵的步驟是將掩模版與晶圓對準(zhǔn)，即計算獲得掩模版相對于晶圓的位置，以滿足套準(zhǔn)精度的要求。當(dāng)特征尺寸約來越小時，對套準(zhǔn)精度的要求以及由此產(chǎn)生的對準(zhǔn)精度要求也越來越高。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的兩種光刻對準(zhǔn)方案為:一種是透過鏡頭的TTL(Through The Lens,TTL)對準(zhǔn)技術(shù)，使用激光照射掩模版上的對準(zhǔn)標(biāo)記并通過物鏡成像于晶圓上表面，移動晶圓基臺，使得晶圓基臺上的參考標(biāo)記掃描對準(zhǔn)標(biāo)記所成的像，同時采樣所成像的光強(qiáng)，探測器接收到的最大光強(qiáng)位置即表示正確的對準(zhǔn)位置；另一種是OA離軸對準(zhǔn)技術(shù)，通過離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)測量位于晶圓上的多個對準(zhǔn)標(biāo)記以及晶圓基臺上基準(zhǔn)板的基準(zhǔn)標(biāo)記，實現(xiàn)晶圓和晶圓基臺對準(zhǔn)，接著將晶圓基臺上的參考標(biāo)記與掩模版上對準(zhǔn)標(biāo)記對準(zhǔn)，實現(xiàn)掩模版與晶圓基臺對準(zhǔn)，由此可以得到掩模版和晶圓的位置關(guān)系，實現(xiàn)掩模版和晶圓對準(zhǔn)。
[0005]目前，主流的光刻設(shè)備大多采用光柵衍射技術(shù)。光柵衍射是指照明光束照射在晶圓上的光柵型對準(zhǔn)標(biāo)記上發(fā)生衍射，衍射光攜帶有關(guān)于對準(zhǔn)標(biāo)記的全部信息。多級衍射光以不同角度從光柵型對準(zhǔn)標(biāo)記上散開，通過空間濾波器濾掉零級光后，采集衍射光±n級衍射光在參考面干涉成像，隨著特征尺寸越來越小，可同時采集更多級衍射光在參考面干涉成像。之后，利用像與相應(yīng)參考光柵在一定方向掃描，經(jīng)光電探測器探測和信號處理，確定對準(zhǔn)中心位置，該對準(zhǔn)中心位置可用晶圓基臺上的坐標(biāo)來表征。接著，將該對準(zhǔn)中心位置和掩模版上的對準(zhǔn)標(biāo)記對準(zhǔn)，實現(xiàn)掩模版和晶圓對準(zhǔn)。
[0006]在雙重二次曝光工藝中應(yīng)用光柵衍射技術(shù)，參照圖1，在基底I上形成有沿X軸方向的第一光柵11和沿y軸方向的第二光柵12,第一光柵11作為X軸方向的對準(zhǔn)標(biāo)記，第二光柵12作為y軸方向的對準(zhǔn)標(biāo)記；參照圖2，在基底I上形成器件層(圖中未示出)、位于器件層上的光刻膠層2,由于第一光柵11和第二光柵12為光刻膠層2所覆蓋而不可見,故用虛線表示；參照圖3，使用光柵衍射技術(shù)，根據(jù)第一光柵11獲得X軸方向的第一對準(zhǔn)中心x0，根據(jù)第二光柵12獲得y軸方向的第二對準(zhǔn)中心y0，將具有第一器件圖形3的掩模版上的參考標(biāo)記分別與第一對準(zhǔn)中心xO和第二對準(zhǔn)中心yO對準(zhǔn)，之后對光刻膠層2進(jìn)行第一次曝光以定義出第一器件圖形3，該第一器件圖形3包括若干平行排列且等距的第一條形線31 ；
[0007]參照圖4，將具有第二器件圖形4的掩模版上的參考標(biāo)記分別與第一對準(zhǔn)中心xO和第二對準(zhǔn)中心yO對準(zhǔn)，第二器件圖形4包括與若干第一條形線31平行排列的若干第二條形線42，相鄰兩第一條形線31之間對應(yīng)一個第二條形線42，且所有第一條形線31和第二條形線42沿X軸方向交錯排布，之后，對光刻膠層2進(jìn)行第二次曝光以定義出第二器件圖形4。最后，對光刻膠層進(jìn)行顯影處理，并以顯影后的光刻膠層為掩?？涛g器件層，以形成包括若干第一條形線31和若干第二條形線42的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0008]但是，參照圖3、圖4，在第一次曝光過程中，第一器件圖形3的位置相對于第一對準(zhǔn)中心xO發(fā)生了套刻偏移，在第二次曝光過程中，第二器件圖形4的器件圖形相對于第一對準(zhǔn)中心xO也發(fā)生了套刻偏移，使得第二條形線42分別到相鄰兩第一條形線31之間的間距wl古《2。這樣，一方面，第二器件圖形4相對于第一對準(zhǔn)中心xO發(fā)生了套刻偏移，第二器件圖形4在基底上的實際位置與預(yù)設(shè)位置具有對準(zhǔn)誤差；另一方面，兩次套刻偏移也造成第一條形線31和第二條形線42不能實現(xiàn)精確套準(zhǔn)，降低了第二條形線42和第一條形線31之間的套準(zhǔn)精度。這些因素會影響后續(xù)半導(dǎo)體制造工藝以及包括第二條形線42和第一條形線31的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的問題是，使用光柵衍射技術(shù)的雙重二次曝光工藝形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)性能不佳。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)的形成方法，該形成方法包括:
[0011]提供基底；
[0012]在所述基底中形成分別沿第一方向的第一光柵、具有相同光柵常數(shù)的第二光柵和第三光柵，和沿第二方向的第四光柵，所述第二方向和第一方向相互垂直；
[0013]使用光柵衍射技術(shù)，根據(jù)所述第一光柵獲得沿第一方向的第一對準(zhǔn)中心，根據(jù)所述第四光柵獲得第二方向的第二對準(zhǔn)中心；
[0014]以所述第一對準(zhǔn)中心作為光刻過程沿第一方向的對準(zhǔn)中心、和以所述第二對準(zhǔn)中心作為光刻過程沿第二方向的對準(zhǔn)中心，在所述基底上形成沿第一方向的第五光柵和第六光柵，所述第二光柵的刻線與第五光柵的刻線交錯排布、且所述第五光柵相對于第二光柵沿第一方向偏移第一距離，所述第三光柵的刻線與第六光柵的刻線交錯排布、且所述第六光柵相對于第三光柵沿第一方向的反方向偏移第一距離；
[0015]所述第一光柵、第二光柵、第三光柵、第四光柵、第五光柵和第六光柵作為光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)。
[0016]可選地,在形成沿第一方向的所述第一光柵、第二光柵、第三光柵和第四光柵時，還在基底中形成沿第二方向的具有相同光柵常數(shù)的第七光柵和第八光柵；
[0017]在形成所述第五光柵和第六光柵時，還形成沿第二方向的第九光柵和第十光柵，所述第九光柵的刻線與第七光柵的刻線交錯排布、且所述第九光柵相對于第七光柵沿第二方向偏移第二距離，所述第十光柵的刻線與第八光柵的刻線交錯排布、且所述第十光柵相對于第八光柵沿第二方向的反方向偏移第二距離；
[0018]所述光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)還包括所述第七光柵、第八光柵、第九光柵和第十光柵。
[0019]可選地，所述第一光柵、第二光柵、第三光柵和第四光柵的形成方法為機(jī)械刻劃、全息光刻、電子束光刻、激光干涉光刻或聚焦離子束光刻。
[0020]可選地，所述第一距離的范圍為Inm?10nm。
[0021]可選地，所述第一光柵的光柵常數(shù)小于第二光柵的光柵常數(shù)。
[0022]可選地，所述第二光柵和第三光柵沿第一方向平行排列，所述第二光柵和第三光柵之間的間距為小于等于100 μ m。
[0023]本發(fā)明還提供一種光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)，該光刻對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)包括:
[0024]位于基底中且沿第一方向的第一光柵、具有相同光柵常數(shù)的第二光柵和第三光柵，和沿第二方向的第四光柵，所述第二方向垂直于第一方向；
[0025]位于所述基底上且沿第一方向的第五光柵,所述第二光柵的刻線與第五光柵的刻線交錯排布、且所述第五光柵相對于第二光柵沿第一方向偏移第一距離；
[0026]位于所述基底上且沿第一方向的第六光柵，所述第三光柵的刻線與第六光柵的刻線交錯排布、且所述第六光柵相對于第三光柵沿第一方向的反方向偏移第一距離；
[0027]所述第五光柵相對于第二光柵、所述第六光柵相對于第三光柵還具有沿第一方向的套刻偏移量。
[0028]可選地，還包括:
[0029]位于所述基底上、且沿所述第二方向的具有相同光柵常數(shù)的第七光柵和第八光柵；
[0030]位于所述基底上且沿第二方向的第九光柵，所述第九光柵的刻線與第七光柵的刻線交錯排布、且所述第九光柵相對于所述第七光柵沿第二方向偏移第二距離；
[0031]位于所述基底上且沿第二方向的第十光柵，所述第十光柵的刻線與第八光柵的刻線交錯排布、且所述第十光柵相對于所述第八光柵沿第二方向的反方向偏移第二距離；
[0032]所述第九光柵相對于第七光柵、所述第十光柵相對于第八光柵具有沿第二方向的套刻偏移量。