专利名称：一种光刻技术中实现对准偏差测量的装置和方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，具体属于半导体器件制造中的光刻技术领域中 的一种光刻技术中实现对准偏差测量的装置和方法。
背景技术：
半导体器件制造过程，包含几次、十几次甚至几十次光刻(行业内，习惯将“ 一次” 光刻称之为“一层”)，层与层之间的对准精度非常重要。游标尺是检测层与层之间的对准 精度(对准偏差)的一种工具。如图1所示，传统游标尺的设计方法一宽一窄两组尺齿分别设计在两层光刻版 图形中，互相重叠、成对排列形成如图2所示的游标尺，每一对尺齿都是所述窄尺齿位于宽 尺齿的正中。然后将左边第1对尺齿中的窄的齿轮相对于原点向左移动1个“分辨单位”(此“分
辨单位”即游标尺的分辨率)，左边第2对尺齿中窄的齿轮向左移动2个分辨单位，......依
此类推；另外，将右边第1对尺齿中的窄的齿轮向右移动1个分辨单位，右边第2对尺齿中
的窄的齿轮向右移动2个分辨单位，......依此类推；即形成一副游标尺(如图3所示)，
可以测量正反两个方向的对准偏差，正、反两个方向的量程分别等于左、右方向的尺齿的对 数乘以分辨率。传统游标尺的读数方法具体为在游标尺中，始终只会有一对尺齿的宽、窄两个齿 轮是左右对称的，当第0对尺齿(即原点尺齿)的宽、窄齿轮左右对称，则读数为0(表示两 层光刻之间的对准偏差为0)，当右边第1对尺齿的宽、窄齿轮左右对称，则读数为正1个分
辨单位(表示两层光刻之间的对准偏差为“向正方向偏离了 1个分辨单位”)，......依此类推。如图4、5和6所示，现有技术中有关读数方法，具体如下在图4游标中，当两层图形之间发生对准误差，原点左边的第6对尺齿的宽、窄齿 轮是左右对称的，读数值也就是负6个分辨单位(分辨单位即等于分辨率)，假如游标尺的 分辨单位/分辨率设计为0. 05微米，那么读数值等于负0. 3微米(-6*0. 05微米=-0. 3微 米)；在图5游标中，在原点右边第四对尺齿窄尺齿在宽尺齿的正中，所以该游标尺的 对准误差为+4*0. 05 = +0. 2微米(+0. 2微米)如图6所示，分辨率为0. 04微米的游标尺，原点右边的第3、第4和第5对尺齿看 上去差异很小，难以分辨出那一对尺齿的窄尺齿在宽尺齿的正中央，所以给读数带来了很 大的困难；可见，传统游标尺的局限性在于其测量精度和最小分辨率是有限的因为当分辨 率设计得太小(小于0. 03微米)，相邻近的几对尺齿的差异太小，游标尺的读数工作非常困 难(即很难识别出其中哪一对尺齿的宽、窄齿轮是左右对称的)。
发明内容
本发明提供一种光刻技术中实现对准偏差测量的装置和方法，用于克服现有技术 中光刻游标尺读数困难的问题。一种光刻游标尺的生成方法，包括在第一层光刻板图形中设置多条游标尺的短尺齿，并且所述短尺齿等间距排列；在第二层光刻板图形中设置多条游标尺的长尺齿，并且所述长尺齿等间距排列；第一层光刻板图形与第二层光刻板图形重叠时，长尺齿与短尺齿交错排列，短尺 齿的宽度等于相邻两个长尺齿的间距；以长尺齿正中的一条尺齿为原点，该原点正负两端的长尺齿以所述原点为中心分 别向两端移动对应距离，长尺齿与短尺齿组合形成一幅游标尺，其中，所述对应距离等于待 移动的长尺齿所在坐标的绝对值乘上预设分辨率的二倍。所述长短尺齿组合形成一幅游标尺之前，缩小所述长尺齿或短尺齿的宽度。一种对准偏差测量的方法，包括将第一层光刻板图形与第二层光刻板图形重叠，第一层光刻板图形中设置有多条 等间距排列的游标尺的短尺齿，与第一层光刻板图形的相同位置所述第二层光刻板图形中 设置有多条游标尺的长尺齿，该长尺齿与所述短尺齿交错排列，并且以长尺齿正中的一条 尺齿为原点，该原点正负两端的长尺齿与该原点间隔的距离分别为长尺齿所在坐标的绝对 值乘上游标尺的分辨率的二倍所得乘积加上长尺齿距离原点的原始距离，长尺齿与短尺齿 组合形成一幅游标尺，其中，所述原始距离为所述长尺齿与原点之间所有长尺齿和短尺齿 的宽度值之和；以所述原点为中心读出正向第一个长尺齿与短尺齿图形不相连的尺齿的刻度数， 记为正刻度；读出负向第一个长尺齿与短尺齿图形不相连的尺齿的刻度数，记为负刻度；将所述正刻度加上负刻度并乘上预设分辨率得到该次对准偏差的读数值。一种光刻游标尺，包括多条游标尺的短尺齿设置在第一层光刻板图形中，并且各短尺齿等间距排列；多条游标尺的长尺齿设置在第二层光刻板图形中，该长尺齿与所述短尺齿交错排 列，并且以长尺齿正中的一条尺齿为原点，该原点正负两端的长尺齿与该原点间隔的距离 分别为长尺齿所在坐标的绝对值乘上游标尺的分辨率的二倍所得乘积加上长尺齿距离原 点的原始距离，长尺齿与短尺齿组合形成一幅游标尺，其中，所述原始距离为所述长尺齿与 原点之间所有长尺齿和短尺齿的宽度值之和。所述长尺齿的宽度小于两个短尺齿之间的间距。应用所述的光刻游标尺进行对准偏差测量的方法，包括在两层重叠的光刻板图形中，以所述原点为中心读出正向第一个长尺齿与短尺齿 图形不相连的尺齿的刻度数，记为正刻度；读出负向第一个长尺齿与短尺齿图形不相连的 尺齿的刻度数，记为负刻度；将所述正刻度加上负刻度并乘上预设分辨率得到该次对准偏差的读数值。应用本发明提供的装置和方法，能够更为精确简便的读出光刻板之间的对准偏差。
图1为现有技术中两层光刻板图形中分别设置的宽窄尺齿的示意图；图2为现有技术中两层光刻板图形重叠时，宽窄尺齿的示意图；图3为现有技术中光刻游标尺的结构示意图；图4、5和6为应用现有技术中光刻游标尺进行对准偏差测量时的结构示意图；图7为本发明实施例一种光刻游标尺的生成方法的流程图；图8为本发明实施例中第一层光刻板图形中设置多条游标尺的短尺齿的示意图；图9为本发明实施例中第二层光刻板图形中设置多条游标尺的长尺齿的示意图；图10为本发明实施例两层光刻板图形重叠时，长短尺齿组合形成的结构示意图；图11为本发明实施例生成的光刻游标尺的结构示意图；图12为本发明实施例光刻游标尺长尺齿缩放后的结构示意图；图13为本发明实施例光刻游标尺结构示意图；图14为本发明实施例中一种光刻技术中实现对准偏差测量的方法的流程图；图15和16为应用本发明实施例提供的光刻游标尺进行对准偏差测量时的示意 图。
具体实施例方式本发明实施例提供一种光刻游标尺的生成方法，该方法包括在第一层光刻板图 形中设置多条游标尺的短尺齿，并且所述短尺齿等间距排列；在第二层光刻板图形中设置 多条游标尺的长尺齿，并且所述长尺齿等间距排列；第一层光刻板图形与第二层光刻板图 形重叠时，长尺齿与短尺齿交错排列，短尺齿的宽度等于相邻两个长尺齿的间距；以长尺齿 正中的一条尺齿为原点，该原点正负两端的长尺齿以所述原点为中心分别向两端移动对应 距离，长尺齿与短尺齿组合形成一幅游标尺，其中，所述对应距离等于待移动的长尺齿所在 坐标的绝对值乘上预设分辨率的二倍。下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。如图7所示，一种光刻游标尺的生成方法，该方法具体包括步骤701，在第一层光刻板图形中设置多条游标尺的短尺齿，并且所述短尺齿等间 距排列(如图8所示)；步骤702，在第二层光刻板图形中设置多条游标尺的长尺齿，并且所述长尺齿等间 距排列(如图9所示)，当第一层光刻板图形与第二层光刻板图形重叠时，长尺齿与短尺齿 交错排列，短尺齿的宽度等于相邻两个长尺齿的间距(如图10所示)；步骤703，以长尺齿正中的一条尺齿为原点，以长尺齿正中的一条尺齿为原点，该 原点正负两端的长尺齿以所述原点为中心分别向两端移动对应距离，长尺齿与短尺齿组合 形成一幅游标尺，其中，所述对应距离等于待移动的长尺齿所在坐标的绝对值乘上预设分 辨率的二倍其中，生成的光刻游标尺的最小分辨率可以达到0. 005微米。具体实现可以是将右边第1个长齿轮向左移动1个“分辨单位”(游标尺的分辨
率等于此“分辨单位”乘以1/ ，右边第2个长齿轮向左移动2个分辨单位，......依此类
推；将左边第1个长齿轮向右移动1个分辨单位，左边第2个长齿轮向右移动2个分辨单位，......依此类推；为了更便于读数，所述长尺齿与短尺齿组合形成一幅游标尺之前，考虑到光刻时 的衍射机理，即曝光时衍射光线会将光刻板上相邻很近的两个图形在曝光后发生相连(在 亚微米半导体工艺中，0. 1微米间距的两个图形在曝光后会发生相连)，可以缩小所述长尺 齿或短尺齿的宽度。(缩放后的效果图如图12所示)。如图7所述的方法，生成如图13所示的光刻游标尺，生成的光刻游标尺的具体结 构为第一层光刻板图形中设置有多条游标尺的短尺齿1301，并且所述短尺齿等间距排 列；多条游标尺的长尺齿1302设置在第二层光刻板图形中，该长尺齿与所述短尺齿 交错排列，并且以长尺齿正中的一条尺齿为原点，该原点正负两端的长尺齿与该原点间隔 的距离分别为长尺齿所在坐标的绝对值乘上游标尺的分辨率的二倍所得乘积加上长尺齿 距离原点的原始距离，长尺齿与短尺齿组合形成一幅游标尺，其中，所述原始距离为所述长 尺齿与原点之间所有长尺齿和短尺齿的宽度值之和。如图14所示，本实施还提供一种应用图13所示的光刻游标尺，实现对准偏差测量 的方法，应用上述方法生成的光刻游标尺对两层光刻板图形进行对准偏差测量时，如果两 层光刻板图形存在对准偏差，则在游标尺中，会出现长尺齿与短尺齿的图形相连，并且相连 的长尺齿和短尺齿连续分布，该方法具体包括；步骤1401，以原点为中心读出正向第一个长尺齿与短尺齿图形不相连的尺齿的刻 度数，记为正刻度；步骤1402，以原点为中心读出负向第一个长尺齿与短尺齿图形不相连的尺齿的刻 度数，记为负刻度；步骤1403，将所述正刻度加上负刻度并乘上分辨率，得到该次对准偏差的读数值。如图15和16所示，光刻技术中实现对准偏差测量的方法具体包括如图15所示，左边第2对至右边第2对的长短齿轮发生连续分布的图形相连，则 对准偏差的读数值为坐标之和，即-2与+2之和乘以分辨率，等于0 ；如图16所示，设定游标尺的分辨率为0. 05微米，因为在原点左边第6对尺齿的位 置，长尺齿与短尺齿不再出现连续图形相连的情况，则游标读数值为(_6+0)*0.05 = -0.3 微米，第一层光刻板图形与第二层光刻板图形的对准偏差为-0. 3微米。应用本发明提供的这种新型的光刻游标尺，可根据用户的需要设计游标尺的分辨 率，游标尺的读数方法不再是难以操作的“识别游标尺中的各尺齿的宽、窄齿轮是否左右对 称”方法，而是通过更简单的人为识别和数学计算过程，得出最终的游标尺的读数，这种读 数方法使得游标尺有更高的测量精度(对人为识别能力的依赖程度更小)，而且能够设计 更精细的分辨率。本发明所述的方法并不限于具体实施方式
中所述的实施例，本领域技术人员根据 本发明的技术方案得出其它的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。显然，本领域的 技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本 发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包 含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种光刻游标尺的生成方法，其特征在于，包括在第一层光刻板图形中设置多条游标尺的短尺齿，并且所述短尺齿等间距排列；在第二层光刻板图形中设置多条游标尺的长尺齿，并且所述长尺齿等间距排列；第一层光刻板图形与第二层光刻板图形重叠时，长尺齿与短尺齿交错排列，短尺齿的 宽度等于相邻两个长尺齿的间距；以长尺齿正中的一条尺齿为原点，该原点正负两端的长尺齿以所述原点为中心分别向 两端移动对应距离，长尺齿与短尺齿组合形成一幅游标尺，其中，所述对应距离等于待移动 的长尺齿所在坐标的绝对值乘上预设分辨率的二倍。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长短尺齿组合形成一幅游标尺之前，缩 小所述长尺齿或短尺齿的宽度。
3.—种对准偏差测量的方法，其特征在于，包括将第一层光刻板图形与第二层光刻板图形重叠，第一层光刻板图形中设置有多条等间 距排列的游标尺的短尺齿，与第一层光刻板图形的相同位置所述第二层光刻板图形中设置 有多条游标尺的长尺齿，该长尺齿与所述短尺齿交错排列，并且以长尺齿正中的一条尺齿 为原点，该原点正负两端的长尺齿与该原点间隔的距离分别为长尺齿所在坐标的绝对值乘 上游标尺的分辨率的二倍所得乘积加上长尺齿距离原点的原始距离，长尺齿与短尺齿组合 形成一幅游标尺，其中，所述原始距离为所述长尺齿与原点之间所有长尺齿和短尺齿的宽 度值之和；以所述原点为中心读出正向第一个长尺齿与短尺齿图形不相连的尺齿的刻度数，记为 正刻度；读出负向第一个长尺齿与短尺齿图形不相连的尺齿的刻度数，记为负刻度；将所述正刻度加上负刻度并乘上预设分辨率得到该次对准偏差的读数值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分辨率的最小取值0.005微米。
5.一种光刻游标尺，其特征在于，包括多条游标尺的短尺齿设置在第一层光刻板图形中，并且各短尺齿等间距排列；多条游标尺的长尺齿设置在第二层光刻板图形中，该长尺齿与所述短尺齿交错排列， 并且以长尺齿正中的一条尺齿为原点，该原点正负两端的长尺齿与该原点间隔的距离分别 为长尺齿所在坐标的绝对值乘上游标尺的分辨率的二倍所得乘积加上长尺齿距离原点的 原始距离，长尺齿与短尺齿组合形成一幅游标尺，其中，所述原始距离为所述长尺齿与原点 之间所有长尺齿和短尺齿的宽度值之和。
6.如权利要求5所述的光刻游标尺，其特征在于，所述长尺齿的宽度小于两个短尺齿 之间的间距。
7.如权利要求5所述的光刻游标尺，其特征在于，所述分辨率的取值为0.005微米。
8.应用权利要求5 7所述的光刻游标尺进行对准偏差测量的方法，其特征在于，包括在两层重叠的光刻板图形中，以所述原点为中心读出正向第一个长尺齿与短尺齿图形 不相连的尺齿的刻度数，记为正刻度；读出负向第一个长尺齿与短尺齿图形不相连的尺齿 的刻度数，记为负刻度；将所述正刻度加上负刻度并乘上预设分辨率得到该次对准偏差的读数值。
全文摘要
本发明公开了一种光刻技术中实现对准偏差测量的方法和光刻游标尺，该方法和装置应用于光刻技术领域。光刻游标尺包括多条游标尺的短尺齿设置在第一层光刻板图形中，并且各短尺齿等间距排列；多条游标尺的长尺齿设置在第二层光刻板图形中，该长尺齿与所述短尺齿交错排列，并且以长尺齿正中的一条尺齿为原点，该原点正负两端的长尺齿与该原点间隔的距离分别为长尺齿所在坐标的绝对值乘上游标尺的分辨率的二倍所得乘积加上长尺齿距离原点的原始距离，长尺齿与短尺齿组合形成一幅游标尺，其中，所述原始距离为所述长尺齿与原点之间所有长尺齿和短尺齿的宽度值之和。应用本发明实施例提供的方法和装置能够克服现有技术中光刻游标尺读数困难的问题。
文档编号G01B3/18GK102109755SQ20091024321
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者张立荣, 潘光燃, 马万里 申请人:北大方正集团有限公司, 深圳方正微电子有限公司