一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)及其套刻精度測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)及其套刻精度測量方法，套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)包括：一被測圖形，所述被測圖形設(shè)置有N層的嵌套結(jié)構(gòu)。該套刻精度測量方法，采用所述一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，采用光學(xué)顯微鏡測量套刻精度的設(shè)備對所述被測圖形進(jìn)行測量套刻精度以獲取第j層與第i層之間套刻精度，所述第j層結(jié)構(gòu)包括當(dāng)前光刻層和目標(biāo)層，所述第i層包括目標(biāo)層，且i大于j。本發(fā)明的被測圖形可以同時測量當(dāng)前層與之前一個或多個目標(biāo)層的套刻精度，采用同一組測量圖形，節(jié)省測量時間，且可用于之前不同目標(biāo)層之間的套刻精度測量，減少了芯片生產(chǎn)中套刻精度檢測圖形所占用的面積。
【專利說明】一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)及其套刻精度測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)及其套刻精度測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸不斷縮小到納米級，生產(chǎn)工藝也越來越復(fù)雜。在生產(chǎn)中各種元器件的三維結(jié)構(gòu)被分解為幾十層二維的光刻圖形。為了達(dá)到良好的器件性能，各個光刻圖形要保證層與層之間的精確對準(zhǔn)套刻(Overlay)。
[0003]套刻精度測量通常是在上下兩個光刻層的圖形中各放置一個套刻精度測量圖形(Overlay Mark)，通過測量兩個套刻圖形的相對位置的偏差，來保證兩層光刻圖形之間的對準(zhǔn)。常用的套刻精準(zhǔn)檢測圖形包括內(nèi)外箱型(box-1n-box，如圖1所示)和內(nèi)外條型(bar-1n-bar，如圖2所示)。但是隨著芯片尺寸的不斷縮小，對于某些特別關(guān)鍵層需要確保當(dāng)前層和前面2個甚至以上目標(biāo)層之間的套刻精度。例如55nm節(jié)點(diǎn)的邏輯及CIS產(chǎn)品接觸(CT)層要求既對準(zhǔn)多晶硅(POLY)層又要對準(zhǔn)更前面的有源區(qū)(AA)層，這時需要設(shè)計兩組傳統(tǒng)OverlayMark，分別放置于當(dāng)層光刻圖形的不同區(qū)域進(jìn)行分別測量。
[0004]中國專利(CN101435997B)公開了一種光刻套刻精度的測試圖形及測量方法，測試圖形，是由多個長條組成的矩形圖形；各個長條內(nèi)部由多個小矩形構(gòu)成。測量方法包括如下步驟:利用激光掃描；探測衍射光。該發(fā)明采用衍射原理測量圖形，和普通的測量圖形相比，衍射光的分布和整個圖形的空間周期相關(guān)，而強(qiáng)度與圖形的反射率、圖形形狀、臺階深度、探測光波長度等相關(guān)。
[0005]該專利通過使用不同波長的激光進(jìn)行掃描，可以降低測量信號強(qiáng)度和測量圖形制造工藝的相關(guān)性，最終提高測量對測量圖形的物理特征容忍度。但并沒有解決目前一個被測圖形只能測量當(dāng)前層與一個目標(biāo)層的套刻精度的問題。
[0006]中國專利(CN101982882A)公開了一種套準(zhǔn)測量圖形，包括:襯底；光刻膠，位于所述襯底上；第一被對準(zhǔn)條和第二被對準(zhǔn)條，均位于所述襯底內(nèi)，所述第一被對準(zhǔn)條和所述第二被對準(zhǔn)條相互平行，位于所述光刻膠的兩側(cè)；第一保護(hù)槽和第二保護(hù)槽，均位于所述襯底內(nèi)，且所述第一保護(hù)槽和所述第二保護(hù)槽相互平行，位于所述光刻膠的兩側(cè)，所述第一保護(hù)槽和所述第一被對準(zhǔn)條垂直。
[0007]該專利解決了劃片槽內(nèi)與劃片槽同方向的本層套準(zhǔn)測量標(biāo)記會產(chǎn)生光刻膠圖形的形貌不對稱問題，并防止注入離子擴(kuò)散的不均勻引發(fā)的被對準(zhǔn)層色差問題，進(jìn)而提高套準(zhǔn)測量的精度和可信度。但并沒有解決目前一個被測圖形只能測量當(dāng)前層與一個目標(biāo)層的套刻精度的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為解決目前一個被測圖形只能測量當(dāng)前層與一個目標(biāo)層的套刻精度的問題，從而提供一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)及其套刻精度測量方法的技術(shù)方案。
[0009]本發(fā)明所述一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，包括:一被測圖形，所述被測圖形設(shè)置有N層的嵌套結(jié)構(gòu)，所述N大于等于2，所述N層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外均呈口型排列，從第I層到第N層尺寸逐漸變大，所述第I層為當(dāng)前光刻層形成，剩余層分別為目標(biāo)層形成。
[0010]優(yōu)選的，所述口型為框型結(jié)構(gòu)。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述口型由四個條型結(jié)構(gòu)組成。
[0012]優(yōu)選的，鄰近的兩個層之間的距離大于5微米。
[0013]優(yōu)選的，由四個條型結(jié)構(gòu)組成的口型為套刻封閉結(jié)構(gòu)。
[0014]一種套刻精度測量方法，采用所述一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，采用光學(xué)顯微鏡測量套刻精度的設(shè)備對所述被測圖形進(jìn)行測量套刻精度以獲取第j層與第i層之間套刻精度，所述第j層結(jié)構(gòu)包括當(dāng)前光刻層和目標(biāo)層，所述第i層包括目標(biāo)層，且i大于j。
[0015]優(yōu)選的，測量的具體過程為:
[0016]每層的外邊緣橫向均對應(yīng)兩個橫向坐標(biāo)，每層的外邊緣縱向?qū)?yīng)兩個縱向坐標(biāo)，根據(jù)公式(I)獲得第j層與第i層之間的橫向套刻精度:
[0017](I xiL-xjL 1-1 xiR-xjR I)/2 (I)
[0018]其中，xiL表示第i層的目標(biāo)層左側(cè)橫向坐標(biāo)值，XiR表示第i層的目標(biāo)層右側(cè)橫向坐標(biāo)值，xjL表示第j層的左側(cè)橫向坐標(biāo)值，xjR表示第j層的右側(cè)橫向坐標(biāo)值，i大于等于2;
[0019]根據(jù)公式(2)獲取第j層與第i層之間的縱向套刻精度:
[0020](|yiU-yjU|-|yiD-yjD|)/2 (2)
[0021]其中，yiU表示第i層的目標(biāo)層上方縱向坐標(biāo)值，yiU表示第i層的目標(biāo)層上方縱向坐標(biāo)值，yjD表示第j層的下方縱向坐標(biāo)值，yjD表示第j層的下方縱向坐標(biāo)值。本發(fā)明的有益效果:
[0022]本發(fā)明的被測圖形可以同時測量當(dāng)前層與之前一個或多個目標(biāo)層的套刻精度，采用同一組測量圖形，節(jié)省測量時間，且可用于之前不同目標(biāo)層之間的套刻精度測量，減少了芯片生產(chǎn)中套刻精度檢測圖形所占用的面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為傳統(tǒng)的內(nèi)外框型套刻精度測量結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為傳統(tǒng)的內(nèi)外條型套刻精度測量結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明所述套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖中:A.第I層；B.第2層；C.第3層。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0028]本發(fā)明提供一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，包括:一被測圖形，所述被測圖形設(shè)置有N層的嵌套結(jié)構(gòu)，所述N大于等于2，所述N層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外均呈口型排列，從第I層到第N層尺寸逐漸變大，所述第I層為當(dāng)前光刻層形成，剩余層分別為目標(biāo)層形成。
[0029]在優(yōu)選的實施例中，所述口型為框型結(jié)構(gòu)。
[0030]在優(yōu)選的實施例中，所述口型由四個條型結(jié)構(gòu)組成。
[0031]在優(yōu)選的實施例中，鄰近的兩個層結(jié)構(gòu)之間的距離大于5微米。
[0032]在優(yōu)選的實施例中，由四個條型結(jié)構(gòu)組成的口型為套刻封閉結(jié)構(gòu)。
[0033]一種套刻精度測量方法，采用上述一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，采用光學(xué)顯微鏡測量套刻精度的設(shè)備對所述被測圖形進(jìn)行測量套刻精度以獲取第j層與第i層之間套刻精度，所述第j層結(jié)構(gòu)包括當(dāng)前光刻層和目標(biāo)層，所述第i層包括目標(biāo)層，且i大于j。
[0034]在優(yōu)選的實施例中，測量的具體過程為:
[0035]每層的外邊緣橫向均對應(yīng)兩個橫向坐標(biāo)，每層的外邊緣縱向?qū)?yīng)兩個縱向坐標(biāo)，根據(jù)公式(I)獲得第j層與第i層之間的橫向套刻精度:
[0036](IxiL-xjL1-1xiR-xjRI)/2 (I)
[0037]其中，xiL表示第i層的目標(biāo)層左側(cè)橫向坐標(biāo)值，XiR表示第i層的目標(biāo)層右側(cè)橫向坐標(biāo)值，xjL表示第j層的左側(cè)橫向坐標(biāo)值，xjR表示第j層的右側(cè)橫向坐標(biāo)值，i大于等于2;
[0038]根據(jù)公式(2)獲取第j層與第i層之間的縱向套刻精度:
[0039](|yiU-yjU|-|yiD-yjD|)/2 (2)
[0040]其中，yiU表示第i層的目標(biāo)層上方縱向坐標(biāo)值，yiU表示第i層的目標(biāo)層上方縱向坐標(biāo)值，yjD表示第j層的下方縱向坐標(biāo)值，yjD表示第j層的下方縱向坐標(biāo)值。
[0041]本發(fā)明適用于3層及以上光刻層之間套刻精度測量，使用同一組測量圖形，節(jié)省測量時間；減少了芯片生產(chǎn)中套刻精度檢測圖形所占用的面積，節(jié)省的面積可用于放置其他的監(jiān)測和測試圖形。
[0042]在優(yōu)選的實施例中，以3層結(jié)構(gòu)為例，如圖3所示的多層嵌套的套刻精度測量的圖形結(jié)構(gòu)，該套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)包括一被測圖形，所述被測圖形具有3層結(jié)構(gòu)；該被測圖形設(shè)置有第I層A、第2層B和第3層C，相鄰兩層之間的距離一般大于5微米，其中，第I層A由當(dāng)前光刻層形成，第2層B和第3層C結(jié)構(gòu)分別由所需的其他目標(biāo)層分別形成。其第I層A、第2層B和第3層C可根據(jù)工藝不同分別使用內(nèi)外條型和內(nèi)外箱型或其他類似結(jié)構(gòu)，根據(jù)實際芯片需求，3層以上的嵌套可同理實現(xiàn)。
[0043]具體測量時，首先，通過光學(xué)顯微鏡測量套刻精度的設(shè)備對被測圖形進(jìn)行測量，得到第I層A、第2層B和第3層C在X和y方向的坐標(biāo)xlL，xlR，x2L，x2R，x3L，x3R，ylU，ylD，y2U，y2D，y3U，y3D ；
[0044]然后，計算(|X2L-X1L|-|x2R-X1R|)/2及(| y2U_ylU| -1 y2D_ylD |)/2 得到第 I 層A和第2層B之間X和y方向的套刻精度；
[0045]其次，計算(|x3L-xlL|-|x3R-xlR|)/2及(| y3U_ylU| -1 y3D_ylD |)/2 得到第 I 層A和第3層C之間X和y方向的套刻精度；最后數(shù)據(jù)反饋到系統(tǒng)終端，測量完成。
[0046]同理對于第3層C以上的嵌套結(jié)構(gòu)也可以依次測出所需層之間的套刻精度。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護(hù)范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識到凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:一被測圖形，所述被測圖形設(shè)置有N層的嵌套結(jié)構(gòu)，所述N大于等于2，所述N層結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外均呈口型排列，從第I層到第N層尺寸逐漸變大，所述第I層為當(dāng)前光刻層形成，剩余層分別為目標(biāo)層形成。
2.如權(quán)利要求1所述套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述口型為框型結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述口型由四個條型結(jié)構(gòu)組成。
4.如權(quán)利要求1所述套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，其特征在于，鄰近的兩個層之間的距離大于5微米。
5.如權(quán)利要求3所述套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，其特征在于，由四個條型結(jié)構(gòu)組成的口型為套刻封閉結(jié)構(gòu)。
6.一種套刻精度測量方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至5所述一種套刻精度測量的圖像結(jié)構(gòu)，采用光學(xué)顯微鏡測量套刻精度的設(shè)備對所述被測圖形進(jìn)行測量套刻精度以獲取第j層與第i層之間套刻精度，所述第j層結(jié)構(gòu)包括當(dāng)前光刻層和目標(biāo)層，所述第i層包括目標(biāo)層，且i大于j。
7.如權(quán)利要求6所述套刻精度測量方法，其特征在于，測量的具體過程為: 每層的外邊緣橫向均對應(yīng)兩個橫向坐標(biāo)，每層的外邊緣縱向?qū)?yīng)兩個縱向坐標(biāo)，根據(jù)公式(I)獲得第j層與第i層之間的橫向套刻精度:
(IxiL-xjL1-1xiR-xjR|)/2 (I) 其中，xiL表示第i層的目標(biāo)層左側(cè)橫向坐標(biāo)值，xiR表示第i層的目標(biāo)層右側(cè)橫向坐標(biāo)值，xjL表示第j層的左側(cè)橫向坐標(biāo)值，xjR表示第j層的右側(cè)橫向坐標(biāo)值，i大于等于.2 ； 根據(jù)公式(2)獲取第j層與第i層之間的縱向套刻精度:
(IyiU-yjU1-1yiD-yjD|)/2 (2) 其中，yiU表示第i層的目標(biāo)層上方縱向坐標(biāo)值，yiU表示第i層的目標(biāo)層上方縱向坐標(biāo)值，yjD表示第j層的下方縱向坐標(biāo)值，yjD表示第j層的下方縱向坐標(biāo)值。
【文檔編號】H01L23/544GK104465619SQ201410164035
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】戴韞青 申請人:上海華力微電子有限公司