专利名称：用于投影镜头转换的晶片对准的对准标记机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体技术中的微细加工领域，特别涉及晶片对准技术领域 的一种对准标记结构。
背景技术：
对于微细加工领域，尤其是集成电路(IC)或其它微型器件的制造，光刻装
置无疑是其中嚴核心的部分。
光刻是通过一系列生产步骤将晶片表面薄膜的特定部分除去的工艺。在此之 后，晶圆表面会留下带有细微图形结构的薄膜，被除去的部分形状可能是薄膜内
的孔或是残留的岛状部分。光刻工艺也被称为大家熟知的Photomasking, mailing, photolithography, 或micro附hography。在晶圆的制造过程中，晶 体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构 成，结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征 图形的部分。光刻生产的旨标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形， 并且确保在晶圃表面的位置正确且与其它部件的关联正确。光刻是所有四个基本 工艺中最关键的，因为光刻确定了器件的关键尺寸。
光刻装置分为两大类掩膜光刻和无掩膜光刻(ML2)。目前市场上，掩膜
光刻占主导地位，它是利用投影光束通过掩模板上的图案在晶片曝光成像；而无
掩模光刻是利用模拟传统掩模板产生的图案， 一般是基于空间光调制器(SLM), 免去掩麒板直接将图案瞎光成像到晶片上。随着器件特征尺寸的继续縮小，所需 掩模的成本呈直线上升态势，为降低掩模成本，无掩模光刻技术成为人们研究的 热点，并在2004年ITRS上首次被列为45nm以下技术节点的侯选光刻技术，成 为一种很有潜力的下一代光刻技术。ML2的技术种类较多，如基于光学的无掩模 (0-ML2)技术，基于带电粒子的无掩模(CP-ML2)技术。无掩模光刻的最大优点就是降低了掩模的成本。由于采用了无掩模光刻工具，可以根据所需制造芯片 结构的变化而做出相应的改变，不需针对每一种芯片专门制造一套掩模。
在半导体的制作过程中，为了使曝光图案精确成像到晶片上，关键的步骤 是实现曝光系统与被曝光的晶片精确对位，以满足套刻精度的要求。当特征尺寸
(CD)要求更小时，对套刻精度(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。目前应用于半导体光刻技术的对准方案主要有两种一 种是光栅衍射法，主要原理是利用HeNe激光束照射晶片上有规律的定位标记， 一般为光栅尺，激光发生衍射和反射效应，然后探测一级或多级反射和衍射光的 峰值强度，通过光强变化来判断对准系统的状态；二是图象处理法，其原理是首 先通过高精度的CCD相机和显微物镜，得到晶片的对准标记图像，传送到计算 机中，然后利用图象处理程序处理对准数据，得到晶片的位置信息，再驱动平台 移动到曝光区域，实现投影光束与晶片曝光场的对位。
从光刻装置的晶片对位程序上来看，对准分为粗对准和精细对准。相应的对 准标记也一般分为粗对准标记和精细对准标记两种。粗对准的作用是用来对晶片 进行粗定位，也用来搜寻精细对准标记的位置。
值得一提的是，目前掩模光刻技术的掩模板图案到晶片上曝光所形成的光刻 图案的放大倍率一般是固定，而无掩模光刻技术可以不通过掩模直接将图像写到 晶片上所要曝光的区域，对于集成电路中不同线宽尺寸的要求可以使用不同的放 大倍率的投影镜头实现曝光图像的写入。此种方法可以在一定程度上有效的提高 无掩模光刻技术的效率。但是对于通过镜头的TTL同轴对准技术来说，不同的 放大倍率的投影镜头，单一的定位标记，实现高精度的晶片对位功能是比较困难 的。本实用新型就是在这样的背景下，实用新型了一种新型的适用于不同放大倍 率的投影镜头的对准标记结构，目的是根据不同的放大倍率的投影镜头选取部分 或者全部定位标记作为对准图案，以提高不同放大倍率下的对位精度和对位效 率。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对 准标记结构，特别适用于不同放大倍率的投影镜头和光刻装置，提高了不同放大倍率下的对位精度和对位效率。 本实用新型的技术方案如下
用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对准标记结构，其特征在 于包括至少二组不同尺寸的对准标记，分别用于满足不同放大倍率的投影镜头 的对准要求；每组对准标记由至少包括相互垂直的二组光栅组成。
尺寸最小的对准标记位于中心，尺寸大的对准标记依次位于尺寸小的对准标 记的外围。
所述的不同尺寸的对准标记并置排列。
每组对准标记中至少具有两种不同的基本周期。
每组光栅中，光栅之间的间隙是不等或相等的；每个光栅是分段式的结构或 整体结构。
用于满足不同放大倍率投影镜头的对准要求的不同尺寸的对准标记结构，它 们之间的尺寸包括线宽和间隔可以是等比例的放大或縮小。
对准标记有两个相关的尺寸概念 一个是光栅的线条的粗细和周期，另一个 是整个光栅的长和宽。他们是相关的，细小的光栅线条和周期，构成的整个光栅 也小，适用于高放大倍率的投影镜头。
此实用新型可以满足不同放大倍率投影镜头转换的晶片对准的要求，包含至 少两组不同尺寸的对准标记；尺寸最小的对准标记位于中心，尺寸大的对准标记
依次位于尺寸小的对准标记的外围。 所述的每对准标记外形结构矩形。 所述的每对准标记外形结构为梯形。 所述的每对准标记外形结构为菱形。
所述的一种尺寸的对准标记可以是另一种尺寸的对准标记的比例放大或縮 小；彼此的图案形式也可以相对独立。
所述的小尺寸的对准标记用于放大倍率较大的光刻对准；此小尺寸对准标记 和比其较大一级的对准标记一起作为放大倍率较小的光刻对准标记。
所述的大尺寸对准标记和小尺寸对准标记一起，利用小倍率放大投影镜头的 大视场进行粗对准。然后再根据曝光要求选择不同倍率的投影镜头进行曝光。这 也是此实用新型的显著应用特征，但是不仅限于此。此外，本实用新型所述的对准标记结构紧凑、真正实现大的对准捕捉范围， 分别满足了不同放大倍数时的对准要求，提高了小放大倍率的对准精度和较大的 放大倍率的对准效率，能够提高光刻装置对准系统的对准精度、效率和工艺的适 应性。
图1为本实用新型对准标记第一种结构图；(a)是整体结构，包括两组不同 尺寸规格的对准标记，分别用于不同放大倍率的光刻要求；(b)是中心小尺寸 的对准标记的示意图。
图2为本实用新型对准标记结构的分段式结构图；(a)是连续式的光栅结构； (b) (c) (d)是不同的分段式结构的示意图3为本实用新型对准标记结构的光栅采用不同间隙的示意图4为本卑用新型对准标记结构的光栅采用不同线宽的示意图；(a)是一种 对称式的线宽变化分布形式；(b)是一种线宽单调变化的分布形式；
图5为本实用新型对准标记第二种结构示意图；(a)是整体结构，包括两组 不同尺寸规格的对准标记，分别用于不同放大倍率的光刻要求；(b)是中心小 尺寸的对准标记的示意图。
图6为本实用新型对准标记第三种结构示意图；(a)是整体结构，包括两组 不同尺寸规格的对准标记，分别用于不同放大倍率的光刻要求；(b)是中心小 尺寸的对准标记的示意图。
图7为本实用新型小尺寸对准标记的另外二种结构图；不同于图5 (b)和 图6(b)中所示，(a)是一种正方形排布的光栅结构；(b)是一种菱形排布的光栅 结构，
具体实施方式
为了进一步理解此实用新型的具体结构特征和优点，下面结合具体实施例和 附图对本实用新型进行说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
图l，为本实用新型对准标记结构的箄一实施例。如图所示，它包含两组不 同尺寸规格的对准标记，分别用于不同放大倍率的光刻要求。两组不同尺寸的对准标记，都以光栅作为定位标记图案。小尺寸的对准标记l，包括光栅21、光栅 22和第三光栅23组成，外形为矩形，可以作为较大放大倍率时候的对准标记， 这样可以提高较大放大倍率的对位效率。第一光栅21和第二光栅22、第三光栅 23相互垂直，光栅线宽和间隔较为精细。例如光栅线宽为2um，光栅间隔4um。 整体结构比较紧凑，尺寸设计相对比较小，如60咖X120um。小尺寸对准标记 1和大尺寸对准标记2 —起可作为较小放大倍率时候的对准标记，提高小放大倍 率下的对准精度。大尺寸对准标记2由四组光栅组成，包括第一光栅24、第二 光栅25、第三光栅26和第四光栅27，它们分别分布在较小尺寸对准标记1的四 周，且相互垂直。它们的尺寸相对较大， 一般为小尺寸的3到5倍。例如光栅 线宽4 8咖，光栅间隔为16 20um，总的对准标记的结构尺寸为180 umX 360um。
图2，是对准标记结构中光栅可以采用分段式结构的几种形式。在半导体加 工工艺中，为了减少化学机械平坦化(CMP)和金属溅射导致的标记的形变，尤 其是深沟槽(De印Trench)工艺中，此种结构可以更好地适合工艺性。以垂直 方向的光栅尺图2 (a)为例，图2给出了几种分段式光栅的结构，如图2 (b)、 (c)和(d)所示。分段结构之间的间隙31的尺寸，应不超过于对准光源的极限分 辨率。例如当机器视觉对准(MVA)的光源波长为550nm(约为白光的中心波长)， 数值孔径为0. 3时，光学极限分辨为1. lum。当分段的间隔等于或小于1. lum时， 分段的间隔将不会被MVA所探测到。因此，此种结构的精度并未因结构上的分离 而变差，而且提高了工艺的适应性。
在各组光栅结构中，如图1中结构21 27，每组对准标记中光栅之间的间 隔并不要求等间距。参阅图3所示。
在各组光栅结构中，如图1中结构21 27，光栅线宽可以等宽，也可以不 等宽。参阅图4所示。
图5，为本实用新型对准标记结构的第二种结构。如图所示，它包含两组不 同尺寸规格的对准标记，分别用于不同放大倍率的光刻要求。小尺寸的对准标记 3，可以作为较大放大倍率时候的对准标记，这样可以提高较大放大倍率的对位 效率。它由四组光栅组成，包括第一光栅41、第二光栅42、第三光栅43和第四 光栅44，四组光栅41、 42、 43及44的外形为矩形，光栅线宽和间隔较为精细。整体结构比较紧凑，尺寸设计相对比较小，如lOO咖XlOOum。小尺寸的对准标 记3和大尺寸对准标记4 一起可作为较小放大倍率时候的对准标记，提高小放大 倍率下的对准精度。它同样由四组光栅组成，包括第一光栅45、第二光栅46、 第三光栅47和第四光栅48，它们分别分布在较小尺寸标记图案的四周，且相互 垂直，错位排列。它们的尺寸相对较大， 一般为小尺寸的3到5倍。比如总的对 准标记的结构尺寸为300咖X300um。
图6，为本实用新型对准标记结构的第三种结构。如图所示，类似的，它包 含两种不同尺寸规格的标记，分别用于不同放大倍率的光刻要求。两种不同尺寸 的标记，都以光栅作为定位标记图案。小尺寸的对准标记5，可以作为较大放大 倍率时候的对准标记，这样可以提高较大放大倍率时的对位效率。它可由如上所 述的四组光栅41、 42、 43及44组成，外形为矩形；光栅线宽和间隔较为精细。 整体结构比较紧凑，尺寸设计相对比较小，如100uraX100um。小尺寸对准标记 5和大尺寸对准标记6 —起可作为较小放大倍率时候的对准标记，提高小放大倍 率下的对准精度。大尺寸对准标记6同样由四组光栅组成，包括第一光栅55、 第二光栅56、第三光栅57和第四光栅58，它们分别分布在较小尺寸标记图案的 四周，且相互垂直，错位排列。它们的尺寸相对较大， 一般为小尺寸的3到5 倍。总的对准标记的结构尺寸可取300咖X300um。
图7为本实用新型用于晶片对准的对准标记结构中，小尺寸对准标记的二种 实现结构。如图7 (a)图所示，它由四组光栅组成，包括第一光栅51、第二光 栅52、第三光栅53和第四光栅54，四组光栅51、 52、 53及54的外形为正方形； 在图7 (b)中，它同样由四组光栅组成，包括第一光栅71、第二光栅72、第三 光栅73和第四光栅74，四组光栅71、 72、 73及74外形为菱形，整体外形为矩 形。它们的光栅线宽和间隔较为精细。整体结构比较紧凑，尺寸设计相对比较小， 如100umX100咖。此实用新型中的大小尺寸的对准标记，在很多时候是可以相 互组合成为新的对准标记的。
权利要求1、用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对准标记结构，其特征在于包括至少二组不同尺寸的对准标记，分别用于满足不同放大倍率的投影镜头的对准要求；每组对准标记由至少包括相互垂直的二组光栅组成。
2、 根据权利要求1所述的用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对准 标记结构，其特征在于尺寸最小的对准标记位于中心，尺寸大的对准标记 依次位于尺寸小的对准标记的外围。
3、 根据权利要求1所述的用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对准 标记结构，其特征在于所述的不同尺寸的对准标记并置排列。
4、 根据权利要求1所述的用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对准 标记结构，其特征在于每组对准标记中至少具有两种不同的基本周期。
5、 根据权利要求1所述的用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对准 标记结构，其特征在于每组光栅中，光栅之间的间隙是不等或相等的；每 个光栅是分段式的结构或整体结构。
6、 根据权利要求1所述的用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对准 标记结构，其特征在于用于满足不同放大倍率投影镜头的对准要求的不同 尺寸的对准标记结构，它们之间的尺寸包括线宽和间隔可以是等比例的放大 或縮小。
专利摘要本实用新型涉及用于不同放大倍率的投影镜头转换的晶片对准的对准标记结构，其特征在于包括至少二组不同尺寸的对准标记，分别用于满足不同放大倍率的投影镜头的对准要求；每组对准标记由至少包括相互垂直的二组光栅组成。本实用新型能分别满足不同放大倍率时的光刻对准要求，实现晶片对准的高精度和高效率。小尺寸的对准标记用于较大放大倍率的对准标记图案，可以实现晶片对准的高效率；小放大倍率光刻时通过检测较大尺寸的对准标记，可以提高晶片对准的精度。同时，对准标记的图案具有结构紧凑、工艺适应性好等特点。
文档编号G03F7/20GK201138424SQ20072004439
公开日2008年10月22日 申请日期2007年9月30日 优先权日2007年9月30日
发明者刘文海, 张放心 申请人:芯硕半导体(合肥)有限公司