不同光刻机之间的套刻匹配方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种不同光刻机之间的套刻匹配方法。

背景技术：

在半导体器件的制造工艺中，通常需要依次将至少两层以上的不同的掩膜图案重叠到晶圆上。为了保证半导体器件的导电性能，每层图案都需要与其他层图案具有较好的套刻(Overlay)精度。在生产过程中考虑到生产成本往往会采用混合匹配来处理一些非关键图层，因此需要实现各光刻机之间的套刻匹配(Overlay matching)。目前常用的光刻机包括步进式光刻机(Stepper)和扫描式光刻机(Scanner)。混合匹配包括同类型的高低端光刻机设备之间的匹配以及不同类型的高低端光刻机设备之间的匹配。传统的混合匹配过程中对不同光刻机之间的套刻匹配过程操作较为复杂，成本较高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种操作简单且成本较低的不同光刻机之间的套刻匹配方法。

一种不同光刻机之间的套刻匹配方法，用于实现第一光刻机和第二光刻机之间的套刻匹配，包括以下步骤：提供掩膜版；所述掩膜版上形成有掩膜图案，所述掩膜图案包括等间距且成矩形阵列排布的套刻标记图形；将所述第一光刻机和第二光刻机中光刻性能较佳的一个设置为初始机台，另一个设置为二次机台；利用所述初始机台以及所述掩膜版在测试晶圆上光刻形成第一次光刻图形；将所述掩膜版相对于对准位置进行一定量的偏移后利用所述二次机台将所述掩膜版上的图形曝光到所述测试晶圆的第一次光刻图形上并显影后形成二次光刻图形；所述掩膜版的偏移距离小于所述套刻标记图形的间距；测试所述第一次光刻图形和所述二次光刻图形之间的套刻精度并根据所述套刻精度对所述二次 机台的参数进行调整。

在其中一个实施例中，所述套刻标记图形为正多边形。

在其中一个实施例中，所述掩膜图案的大小为26mm*32mm，所述套刻标记图形是大小为1mm*1mm的正方形。

在其中一个实施例中，所述套刻标记图形之间的中心间距为2mm。

在其中一个实施例中，所述利用所述初始机台以及所述掩膜版在测试晶圆上光刻形成一次光刻图形的步骤之前还包括步骤：调整所述初始机台的光刻性能参数。

在其中一个实施例中，所述提供掩膜版的步骤中，所述掩膜图案还包括锁位标记；所述锁位标记为经过标定的位于所述掩膜版的四角上的套刻标记图形。

在其中一个实施例中，所述第一光刻机为扫描式光刻机；所述第二光刻机为步进式光刻机。

在其中一个实施例中，所述扫描式光刻机采用划片槽标记进行对位；所述利用所述初始机台以及所述掩膜版在测试晶圆上光刻形成一次光刻图形的步骤之前还包括步骤：利用所述划片槽标记进行所述掩膜版与所述测试晶圆之间的对位。

上述不同光刻机之间的套刻匹配方法仅需要提供一张掩膜版即可实现对不同光刻机之间的套刻匹配，相对于传统的异机套刻匹配过程少使用一张掩膜版，使得套刻匹配过程的操作简单，同时降低了生产成本。

附图说明

图1为一实施例中的不同光刻机之间的套刻匹配方法的流程图；

图2为图1所示实施例中的不同光刻机之间的套刻匹配方法中提供的掩膜版上的掩膜图案的布局图；

图3为图1所示实施例中的不同光刻机之间的套刻匹配方法中完成步骤S150后在测试晶圆上形成的图案。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种不同光刻机之间的套刻匹配方法，用于实现第一光刻机和第二光刻机之间的套刻匹配。第一光刻机和第二光刻机可以为同型号不同系列的高低端光刻机设备或者不同类型的高低端光刻机设备。在本实施例中，第一光刻机和第二光刻机为不同型号的高低端光刻机设备。其中，第一光刻机为扫描式光刻机，第二光刻机为步进式光刻机。图1为一种不同光刻机之间的套刻匹配方法的流程图，包括以下步骤。

S110，提供掩膜版。

传统实现步进式光刻机和扫描式光刻机之间的套刻匹配过程需要为两个光刻机分别提供一块掩膜版。因此，制备两块掩膜版会使得操作过程复杂且成本较高。在本实施例中，仅提供一块掩膜版来实现异机之间的套刻匹配，操作较为简单且成本较低。

提供的掩膜版上形成有掩膜图案，掩膜图案的布局如图2所示。掩膜图案包括等间距且成矩形阵列排布的套刻标记图形200。掩膜图案的大小可以根据第一光刻机和第二光刻机中的最大视场来确定。在本实施例中，掩膜图案的大小为26mm*32mm，套刻标记图形200之间的间距为2mm，套刻标记图形200为正方形且其大小为1mm*1mm。在其他的实施例中，套刻标记图形200也可以设置为正六边形、正八边形等其他正多边形或者圆形。套刻标记图形200成矩形阵列均匀分布可以更为准确的反应视场内的套刻精度。

在一实施例中，掩膜图案还包括锁位标记，以便于套刻精度测量过程的对位操作。具体地，锁位标记为经过标定的位于掩膜图案的四角上的套刻标记图形。在其他的实施例中，可以将锁位标记设置在其他便于对位的位置处。在本实施例中，锁位标记包括第一锁位标记以及第二锁位标记。其中，第一锁位标记根据第一光刻机的视场大小进行确定，即第一锁位标记为位于第一光刻机的视场范围内的掩膜图案上的四角上的套刻标记图形(如202、204、206以及208)。第二锁位标记则根据第二光刻机的视场大小确定，图2中未示。

S120，设置初始机台和二次机台。

不同的光刻机其具有不同的光刻参数，因此也就使得二者的光刻性能具有差异。影响光刻机的光刻性能的参数包括套刻正交性、步进精度、图像畸变、晶圆取放重复性、掩膜版旋转、自身套刻精度等。在本实施例中，光刻性能好坏主要是通过镜头图像畸变、载片工作台移动精度以及预对位精度等几个参数来进行确定。

将第一光刻机和第二光刻机中光刻性能较佳(镜头图像畸变较小、载片工作台移动精度较高以及预对位较佳)的一个设置为初始机台，另一个设置为二次机台。初始机台是指用于对测试晶圆进行光刻并形成一次光刻图形的光刻机；二次机台是指用于对测试晶圆进行光刻并在测试晶圆的一次光刻图形上形成二次光刻图形的光刻机。在步进式光刻机和扫描式光刻机中，扫描式光刻机的镜头图像畸变更小，因此可以判定其光刻性能优于步进式光刻机，故将扫描式光刻机设置为初始机台并将步进式光刻机设置为二次机台。

S130，利用初始机台以及掩膜版在测试晶圆上光刻形成一次光刻图形。

在一实施例中，在执行步骤S130之前还会先执行步骤：调整初始机台的光刻性能参数，从而使得初始机台的光刻性能处于最佳状态。在本实施例中，会将初始机台(扫描式光刻机)的镜头以及机械性能调整至最佳状态，并增加载片工作台坐标补偿以将圆片层面的对位错误降到最低，确保套刻匹配精度。在本实施例中，在调整初始机台的光刻性能参数的步骤之后，在步骤S130之前，还会先进行掩膜版以及测试晶圆之间的对位。在本实施例中，扫描式光刻机采用划片槽标记进行对位，不会占用管芯位置，对位精度较高。

采用本领域技术人员公知的套刻技术即可实现一次光刻图形的图形转移，本处不赘述。

S140，将掩膜版相对于对准位置进行偏移后利用二次机台将该掩膜版上的图形曝光到测试晶圆的一次光刻图形上并显影后形成二次光刻图形。

在光刻过程中，掩膜版设置于掩膜版工作台上并与晶圆工作台上的测试晶圆进行对准。在进行二次光刻之前，会将掩膜版相对于一次光刻过程的对准位置进行一定量的偏移使得二次光刻图形与一次光刻图形不完全重叠，从而仅使 用一块掩膜版即可完成一次光刻图形和二次光刻图形的制备，操作简单且成本较低。掩膜版的偏移量小于套刻标记图形的间距。图3为完成步骤S140后在测试晶圆上形成的图形。

S150，测试第一次光刻图形和二次光刻图形之间的套刻精度并根据套刻精度对二次机台的参数进行调整。

两层图形之间的套刻精度可以采用本领域常用的套刻精度测量方法测得，此处不赘述。在测试过程中，可以仅对光刻机视场(shot)内的四个锁位标记进行测试，也可以对视场内所有的套刻标记图形进行测试或者按照实际需求选取。

在测试出两层图形之间的套刻精度后根据该数值对二次机台中的光刻性能参数进行调整，从而补偿两个机台之间的实际差异，实现第一光刻机和第二光刻机之间的匹配，从而减低产品的返工率进而降低生产成本。在本实施例中，在执行步骤S140之前并不对二次机台的光刻参数进行调整，因此仅需要对二次机台的光刻参数做一次调整即可，减少了操作步骤。在本实施例中，为提高套刻匹配精度，还会定期更换测试晶圆。

上述不同光刻机之间的套刻匹配方法仅需要提供一张掩膜版即可实现对不同光刻机之间的套刻匹配，相对于传统的异机套刻匹配过程少使用一张掩膜版，使得套刻匹配过程的操作简单，同时降低了生产成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。