一种套刻标记及使用套刻标记进行套刻误差测量的方法

文档序号:448466 发布日期:2021-12-28 浏览:4次 >En<

阅读说明:本技术 一种套刻标记及使用套刻标记进行套刻误差测量的方法 (Overlay mark and method for measuring overlay error by using overlay mark ) 是由 田范焕 梁时元 贺晓彬 丁明正 杨涛 李俊峰 王文武 于 2020-06-28 设计创作,主要内容包括:本公开提供了一种套刻标记及使用套刻标记进行套刻误差测量的方法。该套刻标记包括第一测量标记和第二测量标记,其中,第一测量标记具有圆形外轮廓、形成于前层上,第二测量标记具有圆形外轮廓、形成于当前层上。该方法包括下述的步骤:在前层上形成具有圆形外轮廓的第一测量标记以及在当前层上形成具有圆形外轮廓的第二测量标记,且第二测量标记尺寸与第一测量标记尺寸不同,然后再利用第一测量标记与第二测量标记的位置偏差计算出套刻误差。与传统套刻标记不同,本公开创新地提出了具有圆形结构设计的套刻标记,能够利用面积比例的方式计算出套刻误差,彻底解决了传统套刻误差测量方案受噪音信号干扰的问题。(The present disclosure provides an overlay mark and a method for overlay error measurement using the same. The overlay mark comprises a first measuring mark and a second measuring mark, wherein the first measuring mark is provided with a circular outer contour and formed on the front layer, and the second measuring mark is provided with a circular outer contour and formed on the current layer. The method comprises the following steps: forming a first measuring mark with a circular outer contour on the front layer and a second measuring mark with a circular outer contour on the current layer, wherein the size of the second measuring mark is different from that of the first measuring mark, and then calculating the overlay error by using the position deviation of the first measuring mark and the second measuring mark. Different from the traditional overlay mark, the overlay mark with the circular structural design is innovatively provided, the overlay error can be calculated in an area ratio mode, and the problem that the traditional overlay error measuring scheme is interfered by noise signals is thoroughly solved.)

一种套刻标记及使用套刻标记进行套刻误差测量的方法

技术领域

本公开涉及套刻误差测量技术领域,更为具体地,本公开为一种套刻标记及使用套刻标记进行套刻误差测量的方法。

背景技术

器件各层间的重叠(OVERLAP)和对准(ALIGNMENT)对DRAM(Dynamic RandomAccess Memory,动态随机存取存储器)等半导体设备来说是非常重要的工艺,为提高层间对准的精确度,现有技术引入了多种标记(MARKS),目前的套刻误差测量所使用的套刻标记(Mark)往往是方形的,比如正方形或长方形,利用前套刻标记、后套刻标记的检测信号测量补偿量(OFFSET)。但是,在沉积多种膜质或进行化学机械抛光(CMP)工艺或进行刻蚀(ETCH)工艺过程破坏膜质时,测量套刻标记的信号会产生很多噪音信号,而这些噪音信号会导致套刻误差测量的准确度明显地降低。

传统套刻误差测量方案包括图像信号识别套刻误差(IMAGE BASED OVERLAY,IBO)方案和衍射式套刻误差识别(DIFFRACTION BASED OVERLAY,DBO)方案等,图像信号识别套刻误差用的图案包括内外箱型(BOX IN BOX)图案、光栅式(Advanced Image Measurement,AIM)图案以及内外条型(BAR IN BAR)等等,如图5中的光栅式图案的套刻标记的结构示意图,可以利用前层周期性图案300的光检测信号与当前层周期性图案301的光检测信号之间的变化计算套刻误差,虽可以利用前后套刻标记的正弦波检测信号波峰变化计算套刻误差,但存在噪音信号时,传统的套刻误差测量方法准确度会降低。

发明内容

为解决传统的套刻误差测量方法受噪音信号严重影响等问题,本公开创新地提供了一种套刻标记及使用套刻标记进行套刻误差测量的方法,能够彻底解决现有技术存在的诸多问题。

根据本公开的一个或多个实施例,本公开提供了一种套刻标记,该套刻标记包括第一测量标记和第二测量标记。其中,第一测量标记具有圆形外轮廓、形成于前层上,第二测量标记具有圆形外轮廓、形成于当前层上。第一测量标记与第二测量标记两者的尺寸不同。

根据本公开的一个或多个实施例,本公开提供了一种使用本公开任一实施例的套刻标记测量套刻误差的方法。该方法包括下述的步骤:在前层上形成具有圆形外轮廓的第一测量标记以及在当前层上形成具有圆形外轮廓的第二测量标记,且第二测量标记尺寸与第一测量标记尺寸不同。然后再利用第一测量标记与第二测量标记的位置偏差计算出套刻误差。

本公开的有益效果为:与传统套刻标记不同,本公开创新地提出了具有圆形结构设计的套刻标记,能够利用面积比例的方式计算出套刻误差,彻底解决了传统的套刻误差测量方案受噪音信号干扰的问题。

本公开还能够利用多个第一圆形标记和第二圆形标记进行套刻误差测量,以实现多重测量功能,所以本公开的套刻误差测量方案的效率会更高。

本公开避免了对常规的套刻标记采集信号的依赖,通过面积比例计算方案代替了常规的前、后信号比较方案,所以本公开具有可靠性更强、更容易实施、成本低等突出优点。

附图说明

图1示出了无偏移状态下一个第一测量标记与第二测量标记的位置关系示意图。

图2示出了向左下方偏移状态下一个第一测量标记与第二测量标记的位置关系示意图。

图3示出了无偏移状态下两个第一测量标记与第二测量标记的位置关系示意图。

图4示出了向左下方偏移状态下两个第一测量标记与第二测量标记的位置关系示意图。

图5示出了现有光栅式图案(AIM,AdvancedImageMeasurement)的套刻标记的结构示意图。

图中,

100、第一环形图案;

101、中心图案;

200、第二环形图案;

300、前层周期性图案;

301、当前层周期性图案。

具体实施方式

以下,将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本公开的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的,其中为了清楚表达的目的,放大了某些细节,并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的,实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差,并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中,当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时,该层/元件可以直接位于该另一层/元件上,或者它们之间可以存在居中层/元件。另外,如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”,那么当调转朝向时,该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

本公开的一个或多个实施例提供了一种全新的套刻标记,或者可理解是一种全新的套刻误差游标(overlay Vernier),创新采用了圆形类型的套刻标记。可通过面积比例确定前、后套刻标记的补偿量(OFFSET)或偏移量(SHIFT),该套刻标记可以包括至少一个第一测量标记以及第二测量标记。

如图1至4所示,第一测量标记具有圆形外轮廓,第一测量标记具有圆形或环形的图案。本公开一些实施例的第一测量标记例如可以包括第一环形图案100和位于第一环形图案100中央的中心图案101。其中,第一测量标记往往形成于前层上。在具体实施时,第一测量标记的数量为多个,如图3和图4示出的两个第一测量标记(同心),多个第一测量标记可分别形成于不同的前层上,而且第一环形图案100的大小可根据实际情况进行合理地设定。

如图1至4所示,第二测量标记具有圆形外轮廓,第二测量标记具有圆形或环形的图案。本公开一些实施例的第二测量标记例如可以包括直径小于第一环形图案的第二环形图案200,第二环形图案200位于第一环形图案100与中心图案101之间,其中,第二测量标记往往形成于当前层上。上述第一测量标记尺寸与第二测量标记尺寸不同,本公开一些实施例中的第二测量标记尺寸需要小于第一测量标记尺寸,以利用第一环形图案100所在区域面积减去第二环形图案200所在区域面积进行套刻误差测量,当然在第二测量标记尺寸大于第一测量标记尺寸时还可利用第二环形图案所在区域面积减去第一环形图案所在区域面积进行套刻误差测量。本公开一个或多个实施例中的中心图案101例如可以为点状图案或环状图案,中心图案的中心与第一环形图案100的圆心重合,那么第二环形图案200会位于第一环形图案100与点状图案之间,而点状图案可以理解为一个圆片区域甚至可理解为一个点。

基于本公开一个或多个实施例提供的全新的套刻标记,本公开另一些实施例还提供了使用实施例中全新的套刻标记进行套刻误差测量的方法。该测量套刻误差的方法例如可以包括下述的步骤。

在前层上形成具有圆形外轮廓的第一测量标记。其中,本公开一些实施例中形成第一测量标记的过程为:形成第一测量标记包括的第一环形图案100和位于第一环形图案100中央的中心图案101。具体实施时,本公开形成第一测量标记时,例如可以通过光刻和/或刻蚀前层的方式形成第一测量标记,从而得到第一环形图案100和中心图案101,后续工艺中可以根据需要沉积其他膜质。

在当前层上形成具有圆形外轮廓的第二测量标记。其中,本公开在一个或多个实施例中形成第二测量标记的过程为:形成第二测量标记包括的第二环形图案200,第二环形图案200位于第一环形图案100与中心图案101之间。具体实施时,本公开形成第二测量标记时,例如可以通过光刻和/或刻蚀当前层的方式形成第二测量标记,从而得到第二环形图案200,后续工艺中可以根据需要沉积其他膜质。

与本公开一些实施例的套刻标记产品结构相对应,第一测量标记尺寸与第二测量标记尺寸不同,本公开一些实施例中的第二测量标记尺寸需要小于第一测量标记尺寸。

利用第一测量标记与第二测量标记的位置偏差计算出套刻误差,达到通过两个测量标记的位置偏差确定套刻误差的目的,本公开可以采用三种方式中的任一种计算套刻误差。

方式一:计算出第二环形图案200与第一环形图案100之间区域的第一面积,然后通过第一面积确定第一测量标记与第二测量标记的位置偏差,具体可通过第一面积与第一理想面积的比值确定位置偏差。第一理想面积指第一环形图案100与第二环形图案200有共同的圆心时第一环形图案100与第二环形图案200之间区域的面积,第一面积与第一理想面积的比值为1时则表示无偏差,否则有偏差、根据此时第一面积与第一理想面积的比值计算套刻误差。

本公开一个或多个实施例计算套刻误差时,可将第二环形图案200与第一环形图案100之间区域划分为多个第一子区域,如图1中的A1、A2、A3、A4,或者如图2中的1-1、1-2、1-3、1-4。图1示出了无偏移状态下一个第一测量标记与第二测量标记的位置关系示意图,而图2示出了向左下方偏移状态下一个第一测量标记与第二测量标记的位置关系示意图,本公开一些实施例通过至少一个第一子区域面积确定第一测量标记与第二测量标记的位置偏差,例如可以通过1-1区域面积、1-2区域面积、1-3区域面积、1-4区域面积中的至少一个。具体计算时,通过1-1区域面积与A1区域面积比值计算套刻误差,和/或通过1-2区域面积与A2区域面积比值计算套刻误差,和/或通过1-3区域面积与A3区域面积比值计算套刻误差,和/或通过1-4区域面积与A4区域面积比值计算套刻误差。得到多个套刻误差结果时,可计算各结果的均值或从多个结果中选取最(大或小)值,作为最终的套刻误差结果。本公开一些较佳实施例中的第一子区域数量为四个,可分别位于以第一测量标记中心为原点的四个象限内。

方式二:计算出第二环形图案200与中心图案101之间区域的第二面积,然后通过第二面积确定第一测量标记与第二测量标记的位置偏差,具体可通过第二面积与第二理想面积的比值确定位置偏差。第二理想面积指第二环形图案200与中心图案101具有共同的圆心时第二环形图案200与中心图案101之间区域的面积。第二面积与第二理想面积的比值为1时则表示无偏差,否则有偏差、根据此时第二面积与第二理想面积的比值计算套刻误差。

本公开一个或多个实施例计算套刻误差时,可将第二环形图案200与中心图案101之间区域划分为多个第二子区域,如图1中的B1、B1、B3、B4或者图2中的2-1、2-2、2-3、2-4。图1示出了无偏移状态下一个第一测量标记与第二测量标记的位置关系示意图,图2示出了向左下方偏移状态下一个第一测量标记与第二测量标记的位置关系示意图。本公开一些实施例通过至少一个第二子区域面积确定第一测量标记与第二测量标记的位置偏差,例如可以通过2-1区域面积、2-2区域面积、2-3区域面积、2-4区域面积中的至少一个,具体计算时,通过2-1区域面积与B1区域面积比值计算套刻误差,和/或通过2-2区域面积与B2区域面积比值计算套刻误差,和/或通过2-3区域面积与B3区域面积比值计算套刻误差,和/或通过2-4区域面积与B4区域面积比值计算套刻误差;得到多个套刻误差结果时,可计算各结果的均值或从多个结果中选取最(大或小)值,以作为最终的套刻误差结果。本公开一些较佳实施例中的第二子区域数量为四个,分别位于以第一测量标记中心为原点的四个象限内。

方式三:同时采用方式一和方式二,利用方式一得到的结果和方式二得到的结果综合计算位置偏差,比如计算两个结果的均值或从两个结果中选取最(大或小)值等方式。因此,本公开既可以通过第一面积确定位置偏差,又可以通过第二面积确定位置偏差,而且可以通过第一面积和第二面积确定位置偏差。其中,方式一得到的结果和方式二得到的结果的计算过程详见上述的说明、不再进行赘述。

在以上的描述中,对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解,可以通过各种技术手段,来形成所需形状的层、区域等。另外,为了形成同一结构,本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外,尽管在以上分别描述了各实施例,但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是,这些实施例仅仅是为了说明的目的,而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围,本领域技术人员可以做出多种替代和修改,这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

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