CN105206547B - 一种测量双重图像套刻精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体制造领域，公开了一种测量双重图像套刻精度的方法，首先提供一枚硅片，硅片从上往下依次具有第一掩膜层、第二掩膜层以及衬底；然后刻蚀第一掩膜层以形成第一图形；接着刻蚀第二掩膜层以形成第二图形；再接着判断第一图形与第二图形之间是否存在套刻偏差，如形成对准标记层，则存在套刻偏差；最后对对准标记层进行测量，得出套刻偏移量。本发明尤其适用于在同一层衬底上形成的双重图形的套刻精度测量，本发明中的对准标记层易于采集，大大增强对准标记的信号强度，可在短时间内方便准确的获得双重图像的套刻偏移量。

Description

一种测量双重图像套刻精度的方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种测量双重图像套刻精度的方法。
背景技术
伴随着集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积和关键尺寸正变得越来越小。随着关键尺寸越来越小，集成电路产业面临越来越多的挑战。光刻双重曝光等光刻分辨率增强技术在实现32nm技术节点被寄予了厚望。由于光刻机软硬件技术进步导致的生产率的提高，双重图形曝光技术的重要程度与日俱增，已成为目前业界32nm主流解决方案。
双重图形曝光技术的出发点是将超出光刻机极限分辨率的设计图形分拆成光刻机能够达到的分辨率的两层图形，并生产相应的两块光刻版，然后通过光刻-刻蚀-光刻-刻蚀的双重图形化工艺中，最终达到需求的最终图形。
由于双重图形曝光的第二次曝光是在第一次曝光图形的基础或者间隙中进行，这种工艺对光刻的套刻精度要求较高，要求大约2nm的套刻精度。双重图形曝光形成的图形呈叠加状，最后形成了整个器件结构。该结构就像垒大厦一样，如果叠放的偏差太大，就会使整个结构失效，因此，光刻的套刻精度显得尤为重要。
现有的光刻的套刻精度的高低通常通过套刻精度测量来表征，即当本层的刻蚀工艺结束后，即需要测量当前层刻蚀工艺和前层工艺的对准状况。通常是在光刻版上设计若干回字形标记，通过刻蚀工艺复制到硅片上，每次刻蚀工艺完成后，通过光学测量两个回字形的标记来判定X、Y方向的偏差。
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，各层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。
请参考图1a-1d，图1a-1d是现有技术中套刻精度测量方法的硅片结构示意图，首先图形化光刻胶分别刻蚀第一硬掩模和第二硬掩模(如图1a所示)；然后通过专用测量设备的光学镜头计算出第一层的套刻标记中心位置(如图1b所示)；接着通过专用测量设备的光学镜头计算出第二层的套刻标记中心位置(如图1c所示)；最后将两层的套刻标记中心位置的坐标相减，得到偏差量(如图1d所示)。
然而，现有技术中套刻精度测量方法步骤较为繁琐，因此，本领域技术人员亟需提供一种测量双重图像套刻精度的方法，方便快速准确的获得双重图像的套刻精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量双重图像套刻精度的方法，方便快速准确的获得双重图像的套刻精度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测量双重图像套刻精度的方法，包括以下步骤：
步骤S01，提供一枚硅片，所述硅片从上往下依次具有第一掩膜层、第二掩膜层以及衬底；
步骤S02，采用光刻和刻蚀工艺对所述第一掩膜层进行刻蚀，以使所述第一掩膜层具有多个第一图形；
步骤S03，采用光刻和刻蚀工艺对所述第二掩膜层进行刻蚀，以使所述第二掩膜层具有多个第二图形；
步骤S04，判断第一图形与第二图形之间是否存在套刻偏差；其中，如形成由第一掩膜层以及第二掩膜层共同组成的对准标记层，则存在套刻偏差，继续进行步骤S05，如未形成由第一掩膜层以及第二掩膜层共同组成的对准标记层，则不存在套刻偏差,结束测量过程；
步骤S05，对所述对准标记层进行测量，得出套刻偏移量。
优选的，所述步骤S05中，采用扫描电镜对所述对准标记层进行测量。
优选的，所述步骤S02中，具体包括以下步骤：
首先，在第一掩膜层上依次涂布第一抗反射层以及第一光刻胶层；
然后，图案化第一光刻胶层以形成第一图形，并将第一图形转移至所述第一掩膜层上；
最后，去除第一抗反射层以及第一光刻胶层。
优选的，所述第一图形的刻蚀停止于所述第二掩膜层的上表面。
优选的，采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除所述第一抗反射层以及第一光刻胶层。
优选的，所述步骤S03中，具体包括以下步骤：
首先，在第二掩膜层上依次涂布第二抗反射层以及第二光刻胶层；
然后，图案化第二光刻胶层以形成第二图形，并将第二图形转移至所述第二掩膜层上；
最后，去除第二抗反射层以及第二光刻胶层。
优选的，所述第二图形的刻蚀停止于所述衬底的上表面。
优选的，所述第二抗反射层覆盖所述第一图形。
优选的，采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除第二抗反射层以及第二光刻胶层。
与现有的方案相比，本发明提供了一种测量双重图像套刻精度的方法，首先在第一掩膜层上形成第一图形，接着在第二掩膜层上形成第二图形，通过对比第一图形以及第二图形，判断是否出现套刻偏差，如形成相对应的对准标记层，进而通过测量被刻蚀的线宽得到套刻偏移量。本发明尤其适用于在同一层衬底上形成的双重图形的套刻精度测量，本发明中的对准标记层易于采集，大大增强对准标记的信号强度，可在短时间内方便准确的获得双重图像的套刻偏移量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a-1d是现有技术中套刻精度测量方法的硅片结构示意图；
图2是本发明中测量双重图像套刻精度的方法的流程示意图；
图3a-3e是本发明中套刻精度测量方法的硅片结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图对本发明的测量双重图像套刻精度的方法进行详细说明。图2是本发明中测量双重图像套刻精度的方法的流程示意图；图3a-3e是本发明中套刻精度测量方法的硅片结构示意图。
如图2所示,本发明提供了一种测量双重图像套刻精度的方法，包括以下步骤：
步骤S01，提供一枚硅片，硅片从上往下依次具有第一掩膜层10、第二掩膜层20以及衬底30(如图3a所示)。
具体的，本步骤中，可采用本领域常规手段、材质形成各层次。
步骤S02，采用光刻和刻蚀工艺对所述第一掩膜层10进行刻蚀，以使第一掩膜层10具有多个第一图形40(如图3b、3c所示)。
具体的，本步骤中具体包括以下步骤：首先，在第一掩膜层10上依次涂布第一抗反射层11以及第一光刻胶层12；然后，图案化第一光刻胶层12以形成第一图形，并将第一图形转移至所述第一掩膜层10上，第一图形40的刻蚀停止于第二掩膜层20的上表面；最后，去除第一抗反射层11以及第一光刻胶层12，其中可采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除第一抗反射层11以及第一光刻胶层12。
步骤S03，采用光刻和刻蚀工艺对所述第二掩膜层20进行刻蚀，以使第二掩膜层20具有多个第二图形50(如图3d、3e所示)。
具体的，本步骤具体包括以下步骤：首先，在第二掩膜层20上依次涂布第二抗反射层21以及第二光刻胶层22，其中，第二抗反射层21覆盖所述第一图形40；然后，图案化第二光刻胶层22以形成第二图形，并将第二图形转移至第二掩膜层20上，第二图形50的刻蚀停止于衬底30的上表面；最后，去除第二抗反射层21以及第二光刻胶层22，其中，采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除第二抗反射层21以及第二光刻胶层22。
步骤S04，判断第一图形40与第二图形50之间是否存在套刻偏差；其中，如形成由第一掩膜层10以及第二掩膜层20共同组成的对准标记层，则存在套刻偏差，继续进行步骤S05，如未形成由第一掩膜层10以及第二掩膜层20共同组成的对准标记层，则不存在套刻偏差,结束测量过程。
具体的，本步骤中的对准标记层为第一图形40与第二图形50的重叠区域，通过查看对准标记层来判断是否出现套刻偏差，如第一图形40完全与第二图形50重叠，则不存在套刻偏差，如第一图形40与第二图形50出现了重叠区域以及非重叠区域，则表明出现了套刻偏差。不存在套刻偏差则停止测量，如出现套刻偏差，则进行继续测量套刻偏移量。
步骤S05，对所述对准标记层进行测量，得出套刻偏移量。
具体的，本实施例中，优选采用扫描电镜对所述对准标记层进行测量，本步骤中的对准标记层为第一图形40与第二图形50的重叠区域，由于第一图形40与第二图形50之间存在偏差，非重叠区域的线宽即套刻偏移量，第一图形40与第二图形50的总线宽减去对准标记层的线宽(即重叠区域的线宽)，即可得出套刻偏移量。
综上所述，本发明提供了一种测量双重图像套刻精度的方法，首先在第一掩膜层10上形成第一图形40，接着在第二掩膜层20上形成第二图形50，通过对比第一图形40以及第二图形50，判断是否出现套刻偏差，如形成相对应的对准标记层，进而通过测量被刻蚀的线宽得到套刻偏移量。本发明尤其适用于在同一层衬底上形成的双重图形的套刻精度测量，本发明中的对准标记层易于采集，大大增强对准标记的信号强度，可在短时间内方便准确的获得双重图像的套刻偏移量。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01，提供一枚硅片，所述硅片从上往下依次具有第一掩膜层、第二掩膜层以及衬底；
步骤S02，采用光刻和刻蚀工艺对所述第一掩膜层进行刻蚀，以使所述第一掩膜层具有多个第一图形；
步骤S03，采用光刻和刻蚀工艺对所述第二掩膜层进行刻蚀，以使所述第二掩膜层具有多个第二图形；
步骤S04，判断第一图形与第二图形之间是否存在套刻偏差；其中，第一图形和第二图形重叠的区域为对准标记层，如第一图形与第二图形出现了重叠区域以及非重叠区域，则存在套刻偏差，继续进行步骤S05，如第一图形和第二图形完全重叠，则不存在套刻偏差,结束测量过程；
步骤S05，对所述对准标记层进行测量，得出套刻偏移量。
2.根据权利要求1所述的测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，所述步骤S05中，采用扫描电镜对所述对准标记层进行测量。
3.根据权利要求1所述的测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，所述步骤S02中，具体包括以下步骤：
首先，在第一掩膜层上依次涂布第一抗反射层以及第一光刻胶层；
然后，图案化第一光刻胶层以形成第一图形，并将第一图形转移至所述第一掩膜层上；
最后，去除第一抗反射层以及第一光刻胶层。
4.根据权利要求1所述的测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，步骤S02中，所述第一图形的刻蚀停止于所述第二掩膜层的上表面。
5.根据权利要求3所述的测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除所述第一抗反射层以及第一光刻胶层。
6.根据权利要求1所述的测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，所述步骤S03中，具体包括以下步骤：
首先，在第二掩膜层上依次涂布第二抗反射层以及第二光刻胶层；
然后，图案化第二光刻胶层以形成第二图形，并将第二图形转移至所述第二掩膜层上；
最后，去除第二抗反射层以及第二光刻胶层。
7.根据权利要求1所述的测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，步骤S03中，所述第二图形的刻蚀停止于所述衬底的上表面。
8.根据权利要求6所述的测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，所述第二抗反射层覆盖所述第一图形。
9.根据权利要求6所述的测量双重图像套刻精度的方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺去除第二抗反射层以及第二光刻胶层。
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