半导体器件及其制造方法

专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有用于光刻工艺、光刻方法的对准标记的半导体器件，以及制 造半导体器件的方法。
背景技术：
当制造具有多层结构的半导体器件时，各个层之间的对准精度大大地影响半导体 器件的性能和质量。为此，在制造工艺、生产工程发展及生产线的技术发展中，对准精度的 改善和处理是重要的问题。在光刻工艺中，形成的具有不同元件的各个层需要相互对准。在 光刻工艺中，通过使用具有照射系统、驱动系统及传送系统的曝光设备，基于在光敏树脂层 (在下文中，称为光致抗蚀剂层)上转写的期望电路图案来曝光硅晶片。当将下一个电路图 案转写在曝光层上时，曝光设备需要以高精度将下一个电路图案与曝光层对准。该曝光设 备使用先前形成在硅晶片上的对准标记来对准下一个电路图案。参考图IA和1B，将描述关 于转写电路图案的对准工艺。图IA和IB是示出在光刻工艺中的曝光工艺的构思示意图。参考图1A，曝光设备 将探测束扫描到硅晶片上，以检测在硅晶片上形成的对准标记的位置。该曝光设备根据对 准标记的检测位置来确定转写在硅晶片上的第一层(在下文中，称为对准目标层)电路图 案的位置。参考图1B，该曝光设备在对准目标层上曝光并转写第二层(在下文中，称为对准 层)电路图案。如所述的，在光刻工艺中，基于对准目标层的检测位置来对准该对准层，并通过定 量地检查对准精度，制造期望的电路。对准精度很大程度上取决于曝光设备确定对准目标 层的位置时的精度。即，对准精度很大程度上取决于曝光设备将探测束扫描到对准标记上 以检测对准标记的位置时的对准标记的检测精度。就曝光设备来说，该精度被称为对准测 量精度。虽然对准测量精度取决于曝光设备的对准测量机构的精度，但是它在很大程度上 也取决于对准标记本身的结构。参考图2和3，将描述用于对准电路图案的对准标记的示例。图2是示出用于检 测转写的电路图案的X坐标的对准标记100的结构示例的图。参考图2，对准标记100具 有以预定间隔PlO布置的多个条标记101。曝光设备在X测量方向上扫描探测束，并且指 定对准标记的位置，以检测转写电路图案的X坐标。探测束的扫描方向在下文中被称为测 量方向。多个条标记101以预定间隔PlO沿X测量方向布置。条标记101的形状为具有在 X测量方向上的短边(宽度几ym到 ομπι)和在与X测量方向垂直的非测量方向上的长 边的长方形。此外，相邻条标记101之间的间隔PlO为10 μ m到100 μ m,并且对准标记100 的条标记101的数目为几个到几十个。图3是示出用于检测转写电路图案的Y坐标的对准标记200的示例的示意图。参 考图3，对准标记200具有以预定间隔P20布置的多个条标记201。曝光设备在Y测量方向 上扫描探测束，并且指定对准标记的位置，以检测转写电路图案的Y坐标。多个条标记201 以预定间隔P20沿Y测量方向布置。条标记201的形状为具有在Y测量方向上的短边(宽
4度几ym到ΙΟμπι)和在与Y测量方向垂直的非测量方向上的长边的长方形。此外，相邻 两个条标记201之间的间隔Ρ20为10 μ m到100 μ m,对准标记200的条标记201的数目为 几个到几十个。近年来，随着半导体器件的小型化，形成为电路图案的图案尺寸被限制(设计限 制)，以便避免在诸如干法蚀刻和化学机械抛光(CMP)的制造方法中的缺陷。在干法蚀刻时 的蚀刻速率和在CMP中的抛光量根据图案尺寸而改变。为此，如果对准标记的图案尺寸不 同于其他电路元件的图案尺寸，则由于对准标记与普通图案之间的蚀刻速率或者在CMP中 的抛光量不同而产生缺陷。为了避免这种缺陷，对准标记需要具有受到设计限制的图案尺 寸(例如，标记宽度小于ι μ m)。在专利文献1到专利文献8中，将描述与对准标记有关的技术。引用列表[专利文献1]JP2000--252203A
[专利文献2]JP2000--306822A
[专利文献3]JP2001--44105A
[专利文献4]JP2001--102285A
[专利文献5]JP2003--209037A
[专利文献6]JP2005--31681A
[专利文献7]JP2007--73970A
[专利文献8]JP2004--507901A

发明内容
本申请的发明人已经认识到如下情况。如果将对准标记的标记宽度限制为小于 1 μ m，则会使标记的光学图像的分辨率劣化以及在对准测量中增加误差。为此，对准测量精 度和对准精度的劣化使得难以实现半导体器件的性能改善及高质量保证。本申请的发明人研究了形成的具有基于设计限制(规则)确定的标记宽度的对准 标记的问题。参考图4至7，将描述具有标记宽度小于1 μ m的标记的分辨率检查结果。图 4和6示出用于实验测定的对准标记。图5和7示出基于图4和6示出的对准标记的对准 测量精度的实验测定的结果。在这里，检查不具有基于设计限制确定的标记宽度的对准标记100 (见图4)的对 准测量精度和具有基于设计限制确定的标记宽度的对准标记300的(见图6)对准测量精 度。参考图4，在对准标记100中，在测量方向上具有标记宽度为6 μ m的九个条标记101在 测量方向上以20 μ m的间隔布置。图5示出用于对准标记100的对准测量残差3 σ值的研 究结果。另一方面，参考图6，在对准标记300中，在测量方向上具有标记宽度为0. 3μπι的 九个条标记301在测量方向上以20 μ m的间隔布置。图7示出用于对准标记300的对准测 量残差3σ值的检查结果。通常，如果对准测量残差3σ值接近于根据曝光设备的台性能(stage performance)计算的适当值，则确定测量误差为最小(在该实验中，适当值为20到25nm)。 比较图5和7示出的结果，用于对准标记300的测量残差3 σ值为50nm，并且与用于对准标 记100的值(大约25nm)相比，精度低几乎两倍。
如上所述，如果将标记的标记宽度限制为小于1 μ m，则对准测量精度低，这会导致 低对准精度。因此，在遵守设计限制时，需要改善并确保对准精度。因此，本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，其中，在遵守设计限 制时，能够改善测量精度或对准精度。在本发明的一方面中，半导体器件包括对准标记。将探测束扫描到对准标记上，以 便检测对准标记的位置坐标，并且对准标记包括以第一预定间隔沿扫描检测束的第一方向 布置的多个条标记。多个条标记中的每个包括沿与第一方向正交的第二方向布置的多个互 连标记，并且在设计限制的范围内多个互连标记中的相邻两个之间的第一空隙短于检测束 的波长。在本发明的另一方面，通过以下方法来实现半导体器件的制造方法在具有光致 抗蚀剂层的半导体衬底上形成的第一对准标记上照射并扫描检测束；由检测束的反射强度 来检测第一对准标记的坐标位置；基于检测到的坐标位置来调整半导体衬底的位置；在第 一对准标记和包括第二对准标记的具有预定电路图案的掩模上形成的第二对准标记上，照 射并扫描探测束；由检测束的反射强度来检测第一和第二对准标记的坐标位置；基于检测 到的坐标位置来调整半导体衬底和掩模的相对位置；以及对在半导体衬底的光致抗蚀剂层 上的电路图案进行曝光。第一对准标记包括以第一预定间隔沿扫描检测束的第一方向布置 的多个第一条标记，并且多个第一条标记中的每个包括沿与第一方向正交的第二方向布置 的多个第一互连标记。在设计限制的范围内多个第一互连标记中的相邻两个之间的第一空 隙短于检测束的波长。根据本发明，在遵守设计限制时，能够改善测量精度或对准精度。


从下面结合附图对某些实施例进行的描述，本发明的上述和其他目的、优势及特 征将更显而易见，其中图IA和IB是示出光刻工艺中的对准曝光的构思的示意图；图2是示出用于检测转写的电路图案的X坐标的对准标记的结构示例的示意图；图3是示出用于检测转写的电路图案的Y坐标的对准标记的结构示例的示意图；图4是示出用于实验测定并基于现有技术的对准标记的示意图；图5是示出用于基于现有技术的对准标记的对准测量残差3 σ值的检查结果的示 意图；图6是示出用于实验测定并且根据限制条件产生的对准标记的示意图；图7是示出用于用作为实验测定并根据限制条件产生的对准标记的对准测量残 差3σ值的实验结果的示意图；图8是示出根据本发明第一实施例的对准标记的结构的平面图；图9是示出第一实施例的对准标记的结构细节的局部放大图；图10是示出第一实施例的对准标记的结构示例的示意图；图11是示出第一实施例的对准标记的测量精度的对准测量残差3 ο特性示意 图；图12是示出光刻工艺中的对准测量的构思示意图13是示出根据本发明的对准标记(对准标记(上层和下层))的第二实施例的 结构的平面图；图14是示出第二实施例的对准标记(下层)的结构细节的局部放大图；图15是示出第二实施例的对准标记(下层)的结构细节的局部放大图；图16是示出第二实施例的对准标记的结构的示例的示意图；图17是示出第二实施例的对准标记的重复性分配特性的示意图；图18是示出根据现有技术的对准标记的结构的示例的示意图；图19是示出根据现有技术的对准标记的重复性分配特性的示意图；以及图20是示出根据本发明的光刻工艺的示例的流程图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图来描述在半导体衬底(例如，半导体晶片或半导体芯片)上 形成的对准标记和由具有对准标记的半导体衬底制造的半导体器件。[第一实施例]参考图8到11，将描述根据本发明第一实施例的在半导体衬底上形成的对准标 记。本实施例中的对准标记1用于确定在硅晶片(衬底)上转写的电路图案的位置(在下 文中，被称为对准目标层)。参考图8和9，将描述第一实施例中的对准标记1的结构。图8是示出第一实施例 中的对准标记1的结构的平面图。图9是示出第一实施例中的对准标记1的结构细节的局 部放大图。曝光设备在测量方向上扫描探测束，并且指定对准标记1的位置，以检测转写电 路图案的坐标。探测束的扫描方向在下文中被称为测量方向。基于曝光设备的测量原理， 用于对准标记1的测量方向是有意义的方向，并且由标记的外观来唯一地限定。参考图8，对准标记1具有沿测量方向以预定间隔Pl布置的多个条标记10。在测 量方向上相互邻近的条标记10之间的间隔Pl为例如10 μ m到100 μ m,并且对准标记1的 条标记10的数目为几个到几十个。在测量方向上的条标记10的尺寸(宽度Wl)为几μπι 到10 μ m，并且在与测量方向相垂直的方向(在下文中，被称为非测量方向)上的尺寸基本 上是任意的(例如，10 μ m到100 μ m)。参考图9，条标记10由在非测量方向上交替布置的多个互连标记11和空隙12形 成。互连标记11是互连图案，例如，在测量方向上具有纵向方向的金属布线和硅化物布线。 在非测量方向上的互连标记11的标记宽度WL在设计限制中的下限和上限之间、小于1 μ m。 在测量方向上的互连标记11的宽度(在纵向方向上的宽度)与在测量方向上的条标记10 的尺寸相同，即，几Pm到10 μ m。互连标记11之间的空隙12的空隙宽度WS优选设定为比探测束的波长更短。通 常，对准测量光学系统使用具有可见范围的波段(大约500nm到IOOOnm)的探测束(检测 束)。为此，最好将空隙宽度WS设定为小于1 μ m，优选小于0.5 μπι。例如，互连标记11的 标记宽度WL和空隙12的空隙宽度WS都为0. 3 μ m。设定空隙宽度WS比探测束的波长更短的原因如下如果间隔宽度WS等于或大于 探测束的波长，则检测到空隙12。在本发明中，通过将空隙宽度WS设定为小于探测束的波
7长，空隙宽度WS变为等于或小于探测束的分辨率。因此，不能探测到被分开的条标记10。 即，探测束将条标记10识别成在非测量方向上未被分开的柱状标记，并且因此能够得到等 同于未分开条标记的情况的对准测量精度。通常，分辨率用δ =0.61 X λ/NA来表示。λ为探测束的波长，并且NA为数值孔 径。数值孔径一般约为0.6，并且因此分辨率δ具有探测束波长的数量级。即，即使将条标 记分成具有空隙窄于分辨率δ的互连标记，如果空隙短于分辨率也能将条标记看作为柱 状标记。应该注意，在许多情况下，对准光学系统的数值孔径NA —般为0. 2至0. 6，并且对 准测量光学系统的数值孔径NA—般为0.7至0.9。在这种情况下，分辨率δ多达波长λ 的0. 68至3倍。作为示例，如果探测束的波长为lOOOnm，则空隙宽度最好短于至少680nm。在上文中，描述了空隙宽度WS。然而，对于标记宽度WL同样正确。此外，在将空隙 宽度WS和标记宽度WL设定为相同值的情况下，除了设计便利之外，还获得了下面的效果。 即，互连标记11和空隙12以固定间隔布置，并且因此发生来自互连标记11和空隙12的 光干涉。在这里，存在由光干涉产生的驻波被限制于一个基波(包括基波的整倍数)的优 势。另一方面，如果互连标记11和空隙12的宽度不同，则与各个间隔(在平面内的周期结 构中)相对应的、分别具有多个基波(由平面内周期结构的傅立叶变换得到的频率)的驻 波。因此，观察到了由于多个驻波引起的探测束的非故意反射的光束强度，这会导致错误识 别对准标记的位置。此外，如果来自互连标记11的反射光束的强度比来自空隙12的反射光束的强度 大很多，则将会降低条标记10的分辨率。为此，互连标记11的标记宽度WL和空隙12的空 隙宽度WS优选为相同。参考图10和11，将描述本实施例中的对准标记1的特定示例。图10是示出第一 实施例中的对准标记1的结构的示例的图。图11是示出第一实施例中的对准标记1的测 量精度的对准测量残差3 0特性示意图。图10示出的对准标记1提供有沿测量方向布置的九个条标记10。条标记10在 测量方向上的宽度Wl为6μπι，并且在测量方向上彼此相邻的条标记10之间的间隔Pl为 20 μ m0此外，假定在设计限制中的下限和上限分别为0. 2μπι和0. 3μπι，则互连标记11的 标记宽度WL和空隙12的空隙宽度WS在非测量方向上都为0. 3 μ m。通过把图10示出的对准标记1的测量精度作为示例，将描述本发明的对准测量精 度。使用对准测量残差3 0，其为用于估计对准测量精度的定量指标，将描述对准标记1的 测量精度。一般，如果对准标记的测量坐标接近于由曝光设备的台性能计算的适当值(坐 标)，则测量误差被确定为最小。在该实验中，对准测量光学系统用作光源，探测束(检测 束)接近可见区域(大约为500nm到IOOOnm的波长区域)，并且在对准光学系统中数值孔 径NA大约为0.2到0.6。在该实验中，通常使用的光源用作为探测束(检测束)。在这种 情况下，如果对准测量残差3 σ值为20nm到25nm，则确定该值是适当的。参考图11，作为该实验的结果，图10示出的对准标记1的对准测量残差3 σ值为 25nm或更小，S卩，得到良好的测量精度。虽然没有示出，但是在将互连标记11的标记宽度 WL和空隙12的空隙宽度WS在非测量方向上设定为1 μ m的情况下，或者在由在测量方向上 分隔开的互连标记形成条标记的情况下，增加测量误差(测量残差30值)。在测量方向上 分开互连标记11以形成点状的互连标记11的情况下，减少来自标记的反射强度，并且使条劣化，从而增加测量误差(对准测量残差3 σ值)。在本发明中，在纵向方向(测量方向)上延伸的互连标记11形成条标记10。因 此，条标记10与背景之间的反射光强度的差异是清晰的。此外，互连标记11的标记宽度WL 和空隙12的空隙宽度WS在非测量方向上小于1 μ m,比探测束的波长更短。因此，改善了条 标记10的分辨率。为此，即使由具有遵守设计限制的标记宽度的互连标记11形成条标记 10，也可以用良好的测量精度来检测对准标记1的位置(坐标)。此外，随后描述的对准精度在很大程度上取决于曝光设备确定对准目标层的位置 的精度，并且该精度在很大程度上取决于曝光设备扫描对准标记以检测对准标记位置的精 度。为此，通过改善如上所述的对准测量精度，也能够改善该对准精度。[第二实施例]参考图12到19，将描述根据本发明第二实施例的对准标记。参考图12，曝光之后，通过对准测量仪器测量作为掩模图案的对准层与已经在硅 晶片上形成的对准目标层之间的对准精度。每层转写的电路图案具有用于测量对准的对准 标记。对准测量仪器测量在硅晶片上已经形成的对准目标层上的对准标记(在下文中，被 称为对准标记(下层))与作为掩模图案存在于对准层上的标记(在下文中，被称为对准标 记(上层))之间的相对位置，以量化对准层与对准目标层之间的对准精度。以这种方式， 在光刻工艺中，基于下层(对准目标层)的位置数据来对准上层，并且进一步，通过定量地 测量对准精度，通过光刻工艺得到期望的电路。对准精度取决于对准测量仪器测量对准层与对准目标层之间的相对位置的精度， 并且该精度在很大程度上取决于对准测量仪器检测对准标记(上层和下层)的位置的精 度。该精度被称为对准测量仪器的对准测量精度。虽然对准测量精度取决于对准测量仪器 中的光学系统和测量系统的精度，但是其在很大程度上取决于对准标记的结构，并且在很 大程度上受到对准标记(下层)的结构影响。根据本发明的对准标记可以应用到用于对准目标层与对准层之间对准的对准标 记。将描述作为第二实施例中的对准标记的对准标记。将描述第二实施例中的对准标记的结构。图13是示出根据本发明第二实施例的 对准标记(上层和下层)的结构的平面图。图14和15是示出第二实施例中的对准标记 (下层)的结构细节的局部放大图。对准测量仪器在测量方向上扫描探测束，以测量对准标记(上层和下层)之间的 相对位置。在X轴方向上的探测束的扫描方向在下文中被称为X测量方向，并且在Y轴方 向上的扫描方向被称为Y测量方向。基于对准测量仪器的测量原理，对准标记的测量方向 是有意义的方向，并且由标记的外观来唯一地限定。参考图13，根据本发明的对准标记(下层)提供有用于测量对准目标层的X坐标 的条标记IOa和用于测量对准目标层的Y坐标的条标记10b。对准标记(下层)具有沿X 测量方向以预定间隔P2布置的两个条标记10a。该对准测量仪器测量在X测量方向上的条 标记10a，并且测量对准目标层的X坐标。在X测量方向上的彼此相邻的条标记IOa之间的 间隔P2为例如10 μ m到100 μ m。在本实施例中，举例说明了具有两个条标记IOa的对准标 记。然而，可以任意设定条标记IOa的数目(例如，几个到大约十个)。在X测量方向上条 标记IOa的尺寸(宽度W2)为几μπι到10 μπι，并且在与X测量方向相垂直的非测量方向
9(Y测量方向)上的尺寸基本上是任意的(例如10 μ m到100 μ m)。对准标记(下层)具有沿Y测量方向以预定间隔P3布置的两个条标记10b。该对 准测量仪器测量在Y测量方向上的条标记10b，从而能够测量对准目标层的Y坐标。在Y测 量方向上的彼此相邻的条标记IOb之间的间隔P3为例如10 μ m到100 μ m。在本实施例中， 举例说明了具有两个条标记IOb的对准标记。然而，可以任意设定条标记IOb的数目(例 如，几个到大约十个)。在Y测量方向上条标记IOb的尺寸(宽度W3)为几ym到ΙΟμπι，在 与Y测量方向相垂直的非测量方向(X测量方向)上的尺寸基本上是任意的(例如，10 μ m 至Ij 100 μ m)。参考图14，条标记IOa由沿Y测量方向交替布置的多个条标记(互连标记11)和 空隙12形成。互连标记11为在测量方向上具有纵向方向的布线(例如，金属布线或硅化 物布线)。在Y测量方向上的互连标记11的标记宽度WL在设计限制中的下限和上限之间、 小于lym。在X测量方向上的互连标记11的宽度(纵向方向上的标记宽度)与在X测量 方向上的条标记IOa的尺寸相同，S卩，几μπ^Ι」10μπι。此外，多个条标记(互连标记11)之 间的空隙12的空隙宽度WS (Y测量方向)在设计限制中的下限和上限之间、优选小于1 μ m。参考图15，条标记IOb由沿X测量方向交替布置的多个条标记(互连标记11)和 空隙12形成。互连标记11为在测量方向上具有纵向方向的布线(例如，金属布线或硅化 物布线)。在X测量方向上的互连标记11的标记宽度WL在设计限制中的下限和上限之间、 小于lym。在X测量方向上的互连标记11的宽度(纵向方向上的标记宽度)与在Y测量 方向上的条标记IOb的尺寸相同，即，几μπι到10 μ m。由于诸如布线规则的设计限制，互连标记11的标记宽度WL应该小于1 μπι。与第一实施例类似，互连标记11之间的空隙12的空隙宽度WS优选设定为比探测 束的波长更短。例如，互连标记11的标记宽度WL和空隙12的空隙宽度WS都为0. 3 μ m。 将空隙宽度WS和标记宽度WL设定为与第一实施例中所描述的一样、比探测束的波长更短。此外，如果来自互连标记11的反射光束的强度比来自空隙12的反射光束的强度 大很多，则会降低条标记IOa和IOb的分辨率。为此，互连标记11的标记宽度WL和空隙12 的空隙宽度WS优选为相同。由上文，考虑到条标记IOa和IOb的测量精度，在测量方向上的互连标记11的标 记宽度WL和空隙12的空隙宽度WS都优选为相同，并且小于0. 5 μ m(注意，下限遵守设计 限制)。例如，互连标记11的标记宽度WL和空隙12的空隙宽度WS都为0. 3 μ m。此外，对 准标记(上层)优选由分别具有类似构造的条标记20a和20b形成。参考图13，对准标记(上层)具有沿X测量方向以预定间隔布置的用于X坐标测 量的多个条标记20a以及沿Y测量方向以预定间隔布置的用于Y坐标测量的多个条标记 20b。在X测量方向上的彼此相邻的条标记20a之间的间隔为例如10 μπι或更小。在本实 施例中，举例说明了具有两个条标记20a的对准标记。然而，可以任意设定条标记20a的数 目(例如，几个到大约十个)。在X测量方向上的条标记20a的尺寸为几μ m，并且在与X 测量方向相垂直的Y测量方向上的尺寸基本上是任意的(例如，几μπι)。在Y测量方向上 的彼此相邻的条标记20b之间的间隔为例如IOym或更小。在本实施例中，举例说明了具 有两个条标记20b的对准标记。然而，可以任意设定条标记20b的数目(例如，几个到大约 十个)。在Y测量方向上的条标记20b的尺寸为几ym，在与Y测量方向相垂直的非测量方向(X测量方向)上的尺寸基本上是任意的(例如，几μπι)。对准标记(上层)可以具有与对准标记(下层)相类似的在非测量(Y测量)方 向上交替布置的互连标记11和空隙12的结构，或者具有与现有标记相类似的结构。即，存 在三种情况，即，仅分割在对准目标层上形成的对准标记的情况，仅分割在对准层上形成的 对准标记的情况，以及分割在两个层上形成的对准标记的情况。通过对准测量仪器来测量对准标记(上层和下层)之间的相对位置，并且对准目 标层和对准层相互对准，使得对准标记(上层)(条标记20a和20b)与由条标记IOa和IOb 围绕的区域重叠。参考图16到19，将描述本实施例中的对准标记的特定示例。图16是示出第二实 施例中的对准标记的构造的示例的示意图。图17是示出第二实施例中的对准标记的重复 性分布特性的示意图。图18是示出根据现有技术的对准标记的构造的示例的示意图。图 19是示出根据现有技术的对准标记的重复性分布特性的示意图。图16示出的对准标记(下层)提供有在X测量方向上布置的两个条标记IOa以 及在Y测量方向上布置的两个条标记10b。条标记IOa和IOb的宽度W2和W3 (图13)分别 在它们的测量方向上都为2 μ m，在X测量方向上彼此相邻的条标记IOa之间的间隔P2为 20 μ m,并且在Y测量方向上彼此相邻的条标记IOb之间的间隔P3为20 μ m。此外，假定在 设计限制中的下限和下限分别为0.2μπι和0.3 μ m，则在非测量方向上的互连标记11的标 记宽度WL和空隙12的宽度WS都为0. 3 μ m。对准标记(上层)的条标记20a和20b的短 边都为2 μπι。在该实验中，与条标记IOa和IOb (具有互连标记11和空隙12)相类似地分 割条标记20a和20b。与图18示出的现有技术相比较，将描述本实施例中的对准标记的特性。参考图 18，根据现有技术的对准标记(下层)提供有在X测量方向上布置的两个条标记IOla以及 在Y测量方向上布置的两个条标记101b。条标记IOla和IOlb的宽度W2和W3在它们的 测量方向上都为2 μ m，在X测量方向上彼此相邻的条标记IOla之间的间隔为20 μ m，并且 在Y测量方向上彼此相邻的条标记IOlb之间的间隔P3为20 μ m。对准标记(上层)的条 标记201a和201b的短边都为2 μ m。与本发明不同，假定不存在设计限制，则不分割条标记 IOla 和 IOlb0在本实施例的实验中，当重复地测量相同目标时，通过使用作为指标的测量值分 布(3 δ)来计算对准测量精度。参考图17，当测量对准标记(下层)30次时，X坐标的测量 结果(3 δ值)分布在1. Onm到3. Onm的范围内，Y坐标的测量结果(3 δ值)分布在0. 4nm 到2. Onm的范围内。参考图19，当根据现有技术测量对准标记(下层)30次时，X坐标的 测量结果(3 δ值)分布在l.Onm到3. 7nm的范围内，Y坐标的测量结果(3 δ值)分布在 1. Onm到4. 5nm的范围内。如所述的，对于X和Y坐标，根据本发明的对准标记的测量结果(3δ值)的分布 范围比根据现有技术的对准标记的测量结果(3 δ值)的分布范围窄。S卩，该实验示出了 遵守设计限制的根据本发明的对准标记的测量精度(对准精度)等于或大于在不考虑设计 限制的情况下形成的根据现有技术的对准标记的测量精度(对准精度)。认为，在根据本发 明的每个对准标记中，条标记具有与测量方向相对应的纵向方向的空隙12，使得减小来自 标记的反射光束强度，以改善对准标记的分辨率，并且因此与现有情况相比较，减少了测量
11坐标的变化。在光刻工艺中使用本发明的对准标记。参考图20，将描述使用根据本发明的对准 标记的光刻工艺的示例。图20是示出根据本发明的光刻工艺的示例的流程图。在这里，假定在硅晶片(或者具有电路或没有电路的半导体衬底)上预先形成对 准标记1，还预先形成包括图13示出的对准标记(下层)的对准目标层。首先，用涂布器在硅晶片的整个表面上涂布光致抗蚀剂(可以在整个表面上形成 膜)(步骤Si)。之后，在预烘焙炉中加热该硅晶片(预烘焙步骤步骤S2)。随后，控制流程进行到曝光电路图案的步骤(步骤S3到S5)。通过使用UV光等的 步进机设备(曝光设备)来执行曝光步骤，使得将包括电路元件和对准标记图案的预定图 案(对准层)转写到光致抗蚀剂的表面上。应该注意，要被曝光的图案可以仅是对准标记 1。下面将描述曝光步骤的细节。首先，步进机设备调整半导体衬底(或晶片)的位 置(步骤S3)。具体地，步进机设备向对准目标层上的对准标记1照射检测束(探测束)， 以检测对准标记1上的位置数据。在本实施例中，沿预定测量方向扫描探测束，并且由条标 记10的存在或不存在引起的反射光束强度的变化用于检测对准标记1的位置坐标。基于 对准标记1的位置坐标，步进机设备调整半导体衬底(晶片)的位置，以将半导体衬底移动 到适当的位置。之后，步进机设备调整在对准层上形成的对准标记(上层)与对准标记(下层)之 间的相对位置(步骤S4)。具体地，对准层位于对准目标层上，在对准标记(在所述层上分 别形成的上层和下层)上照射检测束，并且基于反射光束强度来检测对准标记(上层和下 层)的位置坐标。步进机设备基于检测到的位置坐标来调整对准标记(上层和下层)的相 对位置。此时，在X方向和与X方向正交的Y方向上扫描检测束，以检测对准标记(上层和 下层)的条标记IOa和IOb的位置坐标。基于对准标记(上层和下层)之间的相对坐标， 布置对准层，以对准要被转写到对准目标层上的电路图案的曝光位置。当确定电路图案的曝光位置时，步进机设备(曝光设备)使用UV光等以曝光在光 致抗蚀剂的表面上的、包括电路元件和对准标记的图案的预定图案(对准层)(步骤S5)。之后，再次加热硅晶片(后烘焙步骤)，然后对光致抗蚀剂进行显影(显影步骤 步骤S6)。随后，使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模，并且通过湿法蚀刻或干法蚀刻来蚀刻 硅晶片的表面，以形成图案(蚀刻步骤步骤S7)。使用抗蚀剂去除器来去除光致抗蚀剂 (抗蚀剂去除步骤步骤S8)。在上述的方法中，在硅晶片(对准目标层)上形成包括对准标记(对准标记(上 层))的电路图案。可以在与对准目标层的对准图案(对准标记(下层))相同的位置或不 同的位置处提供对准图案。此外，对准图案的形状可以是相同、类似或不同的形状中的任意 一种。此外，对于在上层上还形成电路图案的情况，在光刻工艺中使用的对准标记(上层) 可以用作用于对准的对准标记(下层)。如上所述，在光刻工艺中，使用在先前步骤中连同电路元件图案一起形成的对准 图案，以调整(对准)硅晶片的位置。然后，通过曝光、显影和蚀刻的各个步骤，形成用于下 一个工艺的对准图案和电路图案。在上述步骤S1-S8之后，重复沉积金属膜和绝缘膜的步骤、离子注入步骤和其他步骤(未示出)，并且制造安装有期望电路的半导体器件。如上所述，根据本发明的对准标记由条标记形成，在每个条标记中，标记(互连标 记11)和空隙12交替地布置，以具有遵守设计限制的互连宽度。互连标记11和空隙12的 布置方向对应于非测量方向，其由曝光设备和对准测量仪器的原理以及对准标记的平面结 构(形状)来唯一地确定。互连标记11的标记宽度WL和空隙12的宽度WS都优选小于 0.5μπι。因此，能够改善标记的分辨率，从而减小测量误差。因此，在本发明中通过在晶片 上形成对准标记，转写的电路图案和随后要被转写的电路图案能够精确地相互对准。上面已详细描述了本发明的实施例。然而，本发明不限制于上述的实施例中任一 个，但是本发明中包括在不偏离本发明范围的情况下的任何变更。
权利要求
一种包括对准标记的半导体器件，其中，在所述对准标记上扫描检测束，以便检测所述对准标记的位置坐标，其中，所述对准标记包括以第一预定间隔、沿扫描所述检测束的第一方向布置的多个第一条标记，其中，所述多个第一条标记中的每个包括沿与所述第一方向正交的第二方向布置的多个第一互连标记，以及其中，在设计限制的范围内，所述多个第一互连标记中的相邻两个第一互连标记之间的第一空隙比所述检测束的波长短。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中在第二方向上的所述多个第一互连标记中 的每个第一互连标记的第一互连宽度在设计限制的范围内。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述第一互连宽度和所述第一空隙小于 1 μ m0
4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述第一空隙和所述第一互连宽度彼此相等。
5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述第一互连宽度小于0.5 μ m。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的半导体器件，其中所述对准标记还包括 多个第二条标记，所述多个第二条标记沿第二方向以第二预定间隔来布置，其中，所述多个第二条标记中的每个包括沿第一方向布置的多个第二互连标记，以及 其中，在设计限制的范围内，所述多个第二互连标记中的相邻两个第二互连标记之间 的第二空隙比所述检测束的波长短。
7.一种半导体器件的制造方法，包括在具有光致抗蚀剂层的半导体衬底上形成的第一对准标记上，照射并扫描检测束； 由所述检测束的反射强度来检测所述第一对准标记的坐标位置； 基于检测到的坐标位置来调整所述半导体衬底的位置；在所述第一对准标记和包括第二对准标记的具有预定电路图案的掩模上形成的所述 第二对准标记上，照射并扫描检测束；由所述检测束的反射强度来检测所述第一和第二对准标记的坐标位置； 基于检测到的坐标位置来调整所述半导体衬底和所述掩模的相对位置；以及 曝光所述半导体衬底的光致抗蚀剂层以形成电路图案，其中，所述第一对准标记包括以第一预定间隔、沿扫描所述检测束的第一方向布置的 多个第一条标记，其中，所述多个第一条标记中的每个包括沿与所述第一方向正交的第二方向布置的多 个第一互连标记，以及其中，在设计限制的范围内，所述多个第一互连标记中的相邻两个第一互连标记之间 的第一空隙比所述检测束的波长短。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中所述第二对准标记包括以第二预定间隔、沿 所述第一方向布置的多个第二条标记，其中所述多个第二条标记中的每个包括沿所述第二方向布置的多个第二互连标记，以及其中，在设计限制的范围内，所述多个第二互连标记中的相邻两个第二互连标记之间 的第二空隙比所述检测束的波长短。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其中所述第一对准标记还包括以第三预定间隔、 沿所述第二方向布置的多个第三条标记，其中，所述多个第三条标记中的每个包括沿第一方向布置的多个第三互连标记， 其中，在设计限制的范围内，所述多个第三互连标记中的相邻两个第三互连标记之间 的第三空隙比所述检测束的波长短，其中，所述第二对准标记还包括以第四预定间隔、沿扫描所述检测束的第二方向布置 的多个第四条标记，其中，所述多个第四条标记中的每个包括沿与所述第一方向正交的第二方向布置的多 个第四互连标记，以及其中，在设计限制的范围内，所述多个第一互连标记中的相邻两个第一互连标记之间 的第四空隙比所述检测束的波长短， 其中，所述照射和扫描包括 沿第一方向和第二方向照射检测束并扫描检测束。
全文摘要
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法。该半导体器件包括对准标记。在对准标记上扫描探测束，以检测对准标记的位置坐标，并且该对准标记包括以第一预定间隔、沿扫描检测束的第一方向布置的多个条标记。多个条标记中的每个包括沿与第一方向正交的第二方向布置的多个互连标记，并且在设计限制的范围内，多个互连标记中的相邻两个互连标记之间的第一空隙比所述检测束的波长更短。
文档编号G03F7/20GK101937904SQ20101019500
公开日2011年1月5日 申请日期2010年5月31日 优先权日2009年6月23日
发明者宫坂满美 申请人:瑞萨电子株式会社