专利名称：基于机器视觉对准的高精度对准标记结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高精度对准标记结构，特别是涉及一种基于机器视觉对准的高精度对准标记结构。
背景技术：
在半导体加工领域，尤其是集成电路(IC)或微型器件的制造工艺中，光刻及检测技术无疑是其中最核心的部分。在半导体芯片中，晶体管、电容、电阻和金属导线层的各种物理部件在晶圆表面或表层内排布。不同器件及其互联线可以在IC设计(当前主要为EDA 设计，即电子设计自动化)时离化成许多层，而每层都是由许多平面特征图形构成。光刻工艺就是在基底表面实现设计的平面设计图形转换，将设计加工的平面特征图形转换到基底表面的镀膜上，将表面薄膜的指定部分除去，从而使基底表面上的镀膜层形成具有特征的图案。然后，逐层对准叠加，最终形成可以实现特定功能的逻辑器件。在实际光刻工艺流程中，为了确保设计时不同层的特征图形之间的精确对准，光刻系统中内置了自动对位功能以实现当前曝光层与前层的精确对位，满足器件设计的套刻指标(Overlay)需求，保证器件的整体性能。且伴随半导体工艺的不断提升，特征尺寸(⑶) 的不断减小，对套刻指标(Overlay)的要求以及由此产生的对于对准精度的要求也变得更加严格。在半导体工艺加工过程中，为了确保产品的质量和主要工艺(光刻、刻蚀、镀膜、离子注入等工艺)的正确执行，在主要工艺站点的后面会设立专门的检测工序，用以监控以往工艺流程的正确运行，进而提升产品的良率，降低产品的成本。特别是在光刻和刻蚀工序后为了检测图形的正确转换，一般会有三道检测工序特征线宽测量用以监控设计线条线宽的正确性；套刻指标(Overlay)用以监控当前层与前层的对位正确性；缺陷检测用以监控外来污染对器件造成的良率降低。而对于这些检测工序，为了精确的找到检测位置，在实际检测流程中，都需要将待检测基底进行精确对位。综上所述，在半导体加工领域的光刻和检测技术中，都需要对准/对位功能。当前，半导体光刻和检测技术的对准方案主要有以下两种第一种对准方案是光栅衍射法，其原理是利用激光束照射晶片上已经加工好的特殊定位标记(一般为垂直或水平的光栅)，激光因为光程差会发生衍射和反射效应，然后在光线的传输路线上设置光强探测器用来探测一级或多级反射和衍射光的峰值强度，并将这些数据传送给计算机端，通过光强变化与不同对准状态的对比即可来判断对准标记的位置，然后将基底对准标记的位置信息再反馈给承载基底的机械运动平台，平台调整基底的位置。以此循环，最终可实现基底的精确对准； 第二种对准方案是机器视觉法，其原理是通过高精度的CCD (电荷耦合元件)相机和光学系统得到基底表面的对准标记图像，然后传送到计算机中，利用图象处理程序处理对准标记的图形，得到基底的位置信息，再驱动平台移动到制定区域，实现精确对位。上述两种对准方案中，光衍射法主要应用于当前高端半导体光刻系统，实现IOOnm以下的光刻对准；机器视觉法主要应用于半导体及其衍生出的PCB (印刷电路板)、FPD (平板显示器)、太阳能、LED(发光二极管)等制造领域的光刻对准和自动检测对准。目前，机器视觉法的对准图案多由并行排列的齐头线条组成，如图1所示，第一对准标记((a)中所示)和第二对准标记((b)中所示)中对准标记是当前应用较多的机器视觉对准标记，其特点是对准标记由多组光栅组成，如第一对准标记由第一光栅组11、第二光栅组12和第三光栅组13构成，第二对准标记由第四光栅组21、第五光栅组22、第六光栅组 23和第七光栅组M构成；每个光栅组内线条的排布都是齐头齐尾；相邻光栅组的周围光栅组均与其本身垂直；整个对准标记本身呈轴对称或中心对称。由于在实际光刻和刻蚀工艺过程中，因为光学临近效应和刻蚀精度的控制影响，最终形成的对准标记线条边缘坡度呈现非线性，且弯曲度较大，进而在图像采集过程中，使线条边缘的灰度变化较小，锐度不够， 又因为整个对准标记呈轴对称或中心对称型的光栅分布，每条光栅线条的光学环境相似， 因此，对准标记中每条线条边缘的灰度受相似的影响，从而造成图形匹配的精度变差，容易出现图像识别的对准标记中心位置相对于实际位置发生偏移，且具有随机性，因此对准精度也随之降低，对位效率下降。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种，其降低因为光学临近效应和刻蚀精度控制等工艺因素对对准标记图形成像质量的影响，以提高对位精度和对位效率。本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种基于机器视觉对准的高精度对准标记结构，其特征在于，基于机器视觉对准的高精度对准标记结构的外型结构呈非对称型，非对称型包括非轴对称和非中心对称，基于机器视觉对准的高精度对准标记结构至少包含一个线条并行排列的线条阵列，线条阵列中线条的宽度和线条之间的线缝不同，线条阵列中的线条错开排列。优选地，所述线条或线缝的不同宽度值之间关系成整数比例，且最大值与最小值的比值不得大于五。优选地，所述多组线条阵列存在时，线条阵列彼此不交叠。优选地，所述基于机器视觉对准的高精度对准标记结构通过以下工艺制成将其预先形成在基底上的薄膜上，然后利用电荷耦合元件相机图像采集，配合适当的算法处理， 从而实现基底的高精度定位。优选地，所述薄膜的材料包括Si、Si02、SiN4、Al、Cu、多晶硅。优选地，所述基于机器视觉对准的高精度对准标记结构排布于基底的有效区域或基底的特定区域。优选地，所述基于机器视觉对准的高精度对准标记结构应用于机器视觉检测系统时，其在基底上的排布数量不得小于两组。本实用新型的积极进步效果在于本实用新型降低因为光学临近效应和刻蚀精度控制等工艺因素对对准标记图形成像质量的影响，以提高对位精度和对位效率。
图1为现有机器视觉对准标记的结构示意图。图2为本实用新型基于机器视觉对准的高精度对准标记结构的结构示意图。[0018]图3为竖向线条阵列的结构示意图。图4为横向线条阵列的结构示意图。图5为本实用新型多组线条阵列的结构示意图。图6为本实用新型基于机器视觉对准的高精度对准标记结构的排布示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。本实用新型是通过改变对准标记的设计结构，使对准结构中的各线条元素在实际曝光过程中处于不同的光学环境中，降低因为光学临近效应和刻蚀精度控制等工艺因素对对准标记图形成像质量的影响，提升机器视觉对准系统对准的精度和对位效率。为了从根本上解决上述现有对准标记对工艺的依赖性，提高对位精度。本发明提出了一种全新的对准标记，使对准标记中的各线条在实际自身曝光过程中所处的光学环境存在差异性，其结构特征如下所述本发明基于机器视觉对准的高精度对准标记结构的外型结构呈非对称型，非对称型包括非轴对称和非中心对称。如图2所示，四组对准标记的外型都呈现非对称型。本发明基于机器视觉对准的高精度对准标记结至少包含一个线条并行排列的线条阵列。图2中(a)的对准标记包含第一组线条阵列31、第二组线条阵列32、第三组线条阵列33和第四组线条阵列34 ；图2中(b)的对准标记包含第五组线条阵列41和第六组线条阵列42。线条阵列中线条的宽度和线条之间的缝隙(也可称为线缝)不一致。线条或线缝的不同宽度值之间关系成整数比例，且最大值与最小值的比值不得大于五。举例如图3所示，其为图2中(a)的对准标记中的一组竖向线条阵列，第一线条321和第二线条 322在Y方向上的宽度非一致，且第二线条322的宽度值是第一线条321的宽度值的两倍； 第一线缝323和第二线缝324在Y方向上的宽度亦不相同，且第二线缝324的宽度值是第一线缝323的宽度值的两倍。线条阵列中的线条错开排列(非齐头齐尾排列)，每条线条在其长度方向上不能与相邻的同阵列线条出现缝隙。如图4所示，其为图2a对准标记中的一组横向线条阵列，第四线条312的右端点在Y方向上排布的坐标值大于与其相邻的第三线条311的右端点坐标值，而非完全齐头排布。而且第四线条312的左端点在Y方向上的排布坐标值小于第三线条311的右端点的坐标值，非齐尾排列。当多组线条阵列存在时，线条阵列彼此不能交叠。如图5所示，对准标记结构包括第七组线条阵列51、第八组线条阵列52、第九组线条阵列53、第十组线条阵列54，相邻线条阵列垂直分布，第七组线条阵列51和第八组线条阵列52在水平方向上存在间隙；第七组线条阵列51和第十组线条阵列54在垂直方向上存在间隙；第九组线条阵列53和第八组线条阵列52、第十组线条阵列54分别在垂直和水平方向上存在间隙。在实际使用时，本发明的对准标记结构需首先通过相关工艺(半导体平面加工工艺或激光直接刻蚀)将其预先形成在基底上的薄膜上(薄膜材料可以为Si、Si02、SiN4、金属Al、金属Cu、多晶硅、石英、亚克力或半导体、PCB、LED、光掩膜版、太阳能等制造行业所用的基底材料和薄膜)，然后利用CCD相机图像采集，配合适当的算法处理，从而实现基底的高精度定位。而在基底形成对准标记时需要注意以下几点基于机器视觉对准的高精度对准标记结构排布于基底的有效区域(芯片区或器件区)之间的缝隙里，或者排布于基底的特定区域(特别指定的芯片区或器件区)。如图6所示，标记61为基底，标记62为实际的有效区域(芯片区或器件区)，对准标记结构在基底上的排布位置包括第一排布位置63、第二排布位置64、第三排布位置65、第四排布位置66、第五排布位置67、第六排布位置68。其中，第一排布位置63、第四排布位置66、第五排布位置67、第六排布位置68排布于有效区域之间的缝隙里；第二排布位置64、第三排布位置65占据了单独的有效区域的位置，为排布于基底的特定区域(特别指定的芯片区或器件区)。基于机器视觉对准的高精度对准标记结构应用于机器视觉检测系统时，其在基底上的排布数量不得小于两组。如图6所示，排布于基底上的所有对准标记的数量，包括有效区域缝隙或指定区域，其总数量不得小于两个。对准标记结构应用于机器视觉对准系统时，若所选取检测的对准标记的坐标值为 (Xi1Yi )( i=l、2、3…)，则保证其中所选取的对准标记的坐标值分别在X和Y方向上的最大值与最小值之差的绝对值大于基底尺寸在X和Y方向上最大值的1/2。如图6所示， 在实际选取用于检测的对准标记时，可以选取第一排布位置63、第四排布位置66、第五排布位置67、第六排布位置68作为对位标记，其中第四排布位置66、第五排布位置67在Y方向上的坐标值之差的绝对值大于基底尺寸在Y方向的最大值的1/2 ；第一排布位置63和第六排布位置68在X方向上的坐标值之差的绝对值大于基底尺寸在X方向的最大值的1/2， 满足上面的要求。同时也可选取第二排布位置64、第三排布位置65作为对位标记，其中第二排布位置64、第三排布位置65分别在X/Y方向上的坐标值之差的绝对值大于基底尺寸在X/Y方向的最大值的1/2。但不能选取第二排布位置64、第三排布位置65和第六排布位置68作为对位标记，因为这三个位置的坐标值无论在X方向或Y方向，都不能满足其坐标值中的最大值和最小值之差的绝对值大于基底尺寸最大值的1/2。虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解， 这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。
权利要求1.一种基于机器视觉对准的高精度对准标记结构，其特征在于，基于机器视觉对准的高精度对准标记结构的外型结构呈非对称型，非对称型包括非轴对称和非中心对称，基于机器视觉对准的高精度对准标记结构至少包含一个线条并行排列的线条阵列，线条阵列中线条的宽度和线条之间的线缝不同，线条阵列中的线条错开排列。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉对准的高精度对准标记结构，其特征在于，所述线条或线缝的不同宽度值之间关系成整数比例，且最大值与最小值的比值不得大于五。
3.如权利要求1所述的基于机器视觉对准的高精度对准标记结构，其特征在于，所述多组线条阵列存在时，线条阵列彼此不交叠。
4.如权利要求1所述的基于机器视觉对准的高精度对准标记结构，其特征在于，所述基于机器视觉对准的高精度对准标记结构排布于基底的有效区域或基底的特定区域。
5.如权利要求1所述的基于机器视觉对准的高精度对准标记结构，其特征在于，所述基于机器视觉对准的高精度对准标记结构应用于机器视觉检测系统时，其在基底上的排布数量不得小于两组。
专利摘要本实用新型公开了一种基于机器视觉对准的高精度对准标记结构，基于机器视觉对准的高精度对准标记结构的外型结构呈非对称型，非对称型包括非轴对称和非中心对称，基于机器视觉对准的高精度对准标记结构至少包含一个线条并行排列的线条阵列，线条阵列中线条的宽度和线条之间的线缝不同，线条阵列中的线条错开排列。本实用新型降低因为光学临近效应和刻蚀精度控制等工艺因素对对准标记图形成像质量的影响，以提高对位精度和对位效率。
文档编号G03F9/00GK202093317SQ20112006462
公开日2011年12月28日 申请日期2011年3月14日 优先权日2011年3月14日
发明者张雯 申请人:张雯