掩膜板和修正套刻精度的方法与流程

本发明涉及光刻技术领域，具体而言，涉及一种掩膜板和修正套刻精度的方法。

背景技术：

在半导体器件的制造工艺中通常需要用到光刻工艺，光刻工艺是将掩膜板(mask)上的图形通过对准、曝光、显影等步骤转印到涂有光刻胶的基体表面的工艺过程，光刻工艺会在基体表面形成一层图形化的光刻胶层，然后进行刻蚀或离子注入。

目前的诸如nand存储器等半导体器件的制造工艺中通常需要数十次的光刻步骤，影响光刻工艺误差的因素除了光刻机，还有对准的精确度。套刻精度(ovl)是测量一个光刻图案置于基片时与先前已定义过的图案之间的对准精度。由于半导体器件是由多层材料堆叠而成，因此必须保证每一层与前层的对准精度，在每一层的制造过程中，要对其与前层的对准精度进行测量。

目前常用的套刻精度量测图形为光学式ibo(imagebasedoverlay)，这种量测图形又分为盒中盒(bib，box-in-box)图形和光栅式图形(aim，advancedimagemeasurement)。aim图形通常包括两种周期性结构，一种周期性结构位于前层，为参考层图形，另一种周期性结构位于当层，为当层图形，通过计算两种周期性结构的位置变化得到套刻偏移量，从而得到当层相对于参考层(前层)的套刻精度。

然而，对于现有aimovl掩膜板，存在由于工艺原因可能导致掩膜板有损伤的情况，比如在制造掩膜板的工艺中化学机械研磨(cmp)工艺对掩膜板造成的损伤，这种情况下必然会造成图形识别存在误差，从而影响套刻精度的测量。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种掩膜板和修正套刻精度的方法，以解决现有技术中掩膜板损伤而影响套刻精度的测量的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种掩膜板，包括相互分离的第一图形区域和/或第二图形区域，第一图形区域和第二图形区域均包括曝光图形，曝光图形包括：多个曝光单元组，各曝光单元组包括多个曝光单元，各曝光单元组的曝光单元以相同的对称中心呈中心对称设置；平移至相同对称中心的第一图形区域的曝光图形和第二图形区域的曝光图形无重叠。

进一步地，在第一图形区域的曝光图形或第二图形区域的曝光图形中，曝光单元分别沿第一方向和第二方向分布成多行和多列，位于不同曝光单元组中的曝光单元分别位于不同的行中和不同列中。

进一步地，在第一图形区域的曝光图形或第二图形区域的曝光图形中，定义第一方向为y轴方向，第二方向为x轴，曝光单元位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中，每一列曝光单元沿y轴方向分布，位于各象限中的曝光单元的数量相同。

进一步地，在第一图形区域或第二图形区域中，各曝光单元包括沿x轴方向排列的多个或沿y轴方向排列的多个曝光区域。

进一步地，位于同一象限中各曝光单元中的曝光区域具有相同的排列方向，且位于不同象限中各曝光单元中的曝光区域具有不同的排列方向。

进一步地，各曝光单元中相邻曝光区域的间距相等。

进一步地，相邻各曝光单元中曝光区域的最小间距为h1，曝光区域的宽度与h1之比为1～4：1。

根据本发明的另一方面，提供了一种套刻精度的量测方法，包括：采用上述的掩膜板在基底的参考层上形成多个第一对准标记图形，并在基底的当前层上形成多个第二对准标记图形，掩膜板中的第一图形区域用于形成第一对准标记图形，掩膜板中的第二图形区域用于形成第二对准标记图形；将第一对准标记图形分为与第一图形区域中曝光单元组一一对应的多组第一对准标记单元，将第二对准标记图形分为与第二图形区域中曝光单元组一一对应的多组第二对准标记单元，第一对准标记单元和第二对准标记单元的数量相等，各组第一对准标记单元以第一中心点为对称中心呈中心对称，各组第二对准标记单元以第二中心点为对称中心呈中心对称；将任意一组或多组第一对准标记单元的第一中心点在基底上的位置记为第一位置，将任意一组或多组第二对准标记单元的第二中心点在基底上的位置记为第二位置，利用第一位置和第二位置的距离计算套刻误差。

进一步地，相邻各组第一对准标记图形的间距、相邻各组第二对准标记图形的间距以及相邻第一对准标记图形与第二对准标记图形的间距相等。

进一步地，第一对准标记图形与第二对准标记图形为尺寸相同的矩形。

进一步地，第一对准标记图形在基底上具有第一投影图形，第二对准标记图形在基底上具有第二投影图形，定义第一投影图形和第二投影图形位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中，位于同一象限中的第一投影图形和第二投影图形成矩阵分布，且位于同一象限中的第一投影图形与第二投影图形成轴对称设置或中心对称设置。

应用本发明的技术方案，提供了一种掩膜板包括相互分离的第一图形区域和/或第二图形区域，第一图形区域和第二图形区域均包括曝光图形，用于通过曝光光源，曝光图形包括多个曝光单元组，各曝光单元组包括多个曝光单元，各曝光单元组中的曝光单元以相同的对称中心呈中心对称设置，平移至相同对称中心的第一图形区域的曝光图形和第二图形区域的曝光图形无重叠。采用上述掩膜板可以在参考层上形成多个第一对准标记图形，并在当前层上形成多个第二对准标记图形，互补的曝光图形能够使第二对准标记图形与第一对准标记图形在晶圆上的投影位置不重叠，当掩膜板由于损伤导致某个第一对准标记图形或第二对准标记图形变形时，通过使光刻后形成的第一对准标记图形具有与第一掩膜板中曝光单元组一一对应的多组第一对准标记单元，且位于不同组中的第一对准标记单元交错设置，并使第二对准标记图形具有与第二掩膜板中曝光单元组一一对应的多组第二对准标记单元，且位于不同组中的第二对准标记单元交错设置，能够灵活地获取任意一组或多组未变形的第一对准标记单元和第二对准标记单元的光信号，从而通过计算所获取到的任一组第一对准标记单元的第一中心点以及任一组第二对准标记单元的第二中心点在基底上的位置计算套刻误差，避免了由于掩膜板损伤而导致的对套刻精度测量的影响。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了在本申请实施方式所提供的一种掩膜板中，平移至相同对称中心的第一图形区域的曝光图形和第二图形区域的曝光图形的俯视结构示意图，其中，第一图形区域的曝光图形和第二图形区域的曝光图形均位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中；

图2示出了图1中所示的第一图形区域的俯视结构示意图，其中，曝光图形分为多个曝光单元组；

图3示出了图1中所示的第二图形区域的俯视结构示意图，其中，曝光图形分为多个曝光单元组；

图4示出了在本申请实施方式所提供的另一种掩膜板中，平移至相同对称中心的第一图形区域的曝光图形和第二图形区域的曝光图形的俯视结构示意图，其中，第一图形区域的曝光图形和第二图形区域的曝光图形均位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中；

图5示出了图4中所示的第一对准标记图形的俯视结构示意图，其中，曝光图形分为多个曝光单元组；

图6示出了图4中所示的第二对准标记图形的俯视结构示意图，其中，曝光图形分为多个曝光单元组；

图7示出了在本申请实施方式所提供的一种修正套刻精度的方法中，获取第一对准标记图形和第二对准标记图形在晶圆上的位置的俯视结构示意图，其中，第一对准标记图形和第二对准标记图形均位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中；

图8示出了图7中所示的第一对准标记图形的俯视结构示意图，其中，第一对准标记图形分为多组第一对准标记单元；

图9示出了图7中所示的第二对准标记图形的俯视结构示意图，其中，第二对准标记图形分为多组第二对准标记单元；

图10示出了在本申请实施方式所提供的另一种修正套刻精度的方法中，获取第一对准标记图形和第二对准标记图形在晶圆上的位置的俯视结构示意图，其中，第一对准标记图形和第二对准标记图形均位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中；

图11示出了图10中所示的第一对准标记图形的俯视结构示意图，其中，第一对准标记图形分为多组第一对准标记单元；

图12示出了图10中所示的第二对准标记图形的俯视结构示意图，其中，第二对准标记图形分为多组第二对准标记单元。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一图形区域；101、第一曝光区域；110、第一曝光单元组；111、第一曝光单元；20、第二图形区域；201、第二曝光区域；210、第二曝光单元组；211、第二曝光单元；30、第一对准标记图形；310、第一对准标记单元；40、第二对准标记图形；410、第二对准标记单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中存在由于工艺原因可能导致掩膜板有损伤的情况，比如在制造掩膜板的工艺中化学机械研磨cmp工艺对掩膜板造成的损伤，这种情况下必然会造成图形识别存在误差，从而影响套刻精度的测量。

本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种掩膜板，如图1至图6所示，包括相互分离的第一图形区域10和/或第二图形区域20，第一图形区域10和第二图形区域20均包括曝光图形，曝光图形包括：多个曝光单元组，各曝光单元组包括多个曝光单元，各曝光单元组的曝光单元以相同的对称中心呈中心对称设置；平移至相同对称中心的第一图形区域10的曝光图形和第二图形区域20的曝光图形无重叠。

需要注意的是，上述第一图形区域10和上述第二图形区域20可以是位于同一掩膜板中的不同曝光区域，也可以是位于不同掩膜板中的曝光区域。

采用上述掩膜板可以在参考层上形成多个第一对准标记图形，并在当前层上形成多个第二对准标记图形，互补的曝光图形能够使第二对准标记图形与第一对准标记图形在晶圆上的投影位置不重叠，通过使光刻后形成的第一对准标记图形具有与第一掩膜板中曝光单元组一一对应的多组第一对准标记单元，且位于不同组中的第一对准标记单元交错设置，并使第二对准标记图形具有与第二掩膜板中曝光单元组一一对应的多组第二对准标记单元，且位于不同组中的第二对准标记单元交错设置，当掩膜板由于损伤导致某个第一对准标记图形或第二对准标记图形变形时，能够灵活地获取任意一组或多组未变形的第一对准标记单元和第二对准标记单元的光信号，从而通过计算所获取到的任一组第一对准标记单元的第一中心点以及任一组第二对准标记单元的第二中心点在基底上的位置计算套刻误差，避免了由于掩膜板损伤而导致的对套刻精度测量的影响。

示例性的，如图2和图5所示，在第一图形区域10中，曝光图形包括的多个曝光单元组为第一曝光单元组110，各第一曝光单元组110包括多个第一曝光单元111，且各第一曝光单元组110的第一曝光单元111以相同的对称中心呈中心对称设置；如图3和图6所示，在第二图形区域20中，曝光图形包括的多个曝光单元组为第二曝光单元组210，各第二曝光单元组210包括多个第二曝光单元211，且各第二曝光单元组210的第二曝光单元211以相同的对称中心呈中心对称设置。

在一种优选的实施方式中，在不同图形区域(第一图形区域10或第二图形区域20)的曝光图形中，曝光单元分别沿第一方向和第二方向分布成多行和多列，位于不同曝光单元组中的曝光单元分别位于不同的行中和不同列中，上述第一方向与上述第二方向之间具有夹角，如图4至图6所示。

在上述优选的实施方式中，通过使掩膜板中位于不同曝光单元组中的曝光单元分别位于不同列中，能够避免同时获取到不同组中相邻曝光单元的光信号，从而当掩膜板由于损伤导致某个第一对准标记图形或第二对准标记图形变形时，能够更灵活地获取任意一组未变形的第一对准标记单元和第二对准标记单元的光信号，进而通过计算所获取到的任一组第一对准标记单元的第一中心点以及任一组第二对准标记单元的第二中心点在基底上的位置计算套刻误差。

在第一图形区域10的曝光图形或第二图形区域20的曝光图形中，定义第一方向为y轴方向，第二方向为x轴，曝光单元可以位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中，每一列曝光单元沿y轴方向分布。示例性的，结合图1至图4可以看出，第一曝光单元111和第二曝光单元211各自独立地位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中，每一列第一曝光单元111和每一列第二曝光单元211沿y轴方向分布。为了能够通过各曝光单元组获取到强度一致的光信号，优选地，位于各象限中的曝光单元的数量相同。

为了便于掩膜板的制作，优选地，在上述第一图形区域10或上述第二图形区域20中，各曝光单元包括沿x轴方向排列的多个或沿y轴方向排列的多个曝光区域。示例性的，如图2和图5所示，在第一图形区域10中，各第一曝光单元111包括沿x轴方向排列的多个或沿y轴方向排列的多个第一曝光区域101；如图3和图6所示，在第二图形区域20中，各第二曝光单元211包括沿x轴方向排列的多个或沿y轴方向排列的多个第二曝光区域201。

更为优选地，位于同一象限中各曝光单元中的曝光区域具有相同的排列方向，且位于不同象限中各曝光单元中的曝光区域具有不同的排列方向。示例性的，如图2和图5所示，在第一图形区域10中，位于不同象限中各第一曝光单元111中的第一曝光区域101具有不同的排列方向；如图3和图6所示，在第二图形区域20中，位于不同象限中各第二曝光单元211中的第二曝光区域201具有不同的排列方向。

更为优选地，各曝光单元中相邻曝光区域的间距相等。第一图形区域10和/或第二图形区域20中等间距设置的曝光区域能够使掩膜板的制造工艺更为简单。

相邻各曝光单元中曝光区域的最小间距为h1，曝光区域的宽度与h1之比为1～4：1。通过增加第一图形区域10和/或第二图形区域20中曝光区域的数量，并减小间距，能够进一步提高测量的套刻精度。

根据本发明的另一方面，还提供了一种修正套刻精度的方法，包括：

采用上述的掩膜板在基底的参考层上形成多个第一对准标记图形，并在基底的当前层上形成多个第二对准标记图形，掩膜板中的第一图形区域10用于形成第一对准标记图形，掩膜板中的第二图形区域20用于形成第二对准标记图形；

将第一对准标记图形分为与第一图形区域10中曝光单元组一一对应的多组第一对准标记单元，将第二对准标记图形分为与第二图形区域20中曝光单元组一一对应的多组第二对准标记单元，上述第一对准标记单元和上述第二对准标记单元的数量相等，各组第一对准标记单元以第一中心点为对称中心呈中心对称，各组第二对准标记单元以第二中心点为对称中心呈中心对称；

将任意一组或多组第一对准标记单元的第一中心点在基底上的位置记为第一位置，将任意一组或多组第二对准标记单元的第二中心点在基底上的位置记为第二位置，利用第一位置和第二位置的距离计算套刻误差。

采用上述修正套刻精度的方法，当掩膜板由于损伤导致某个第一对准标记图形或第二对准标记图形变形时，能够灵活选取任意一组或多组第一对准标记单元的第一中心点和任意一组或多组第二对准标记单元的第二中心点在晶圆上的位置计算套刻误差，避免了由于掩膜板损伤而导致的对套刻精度测量的影响。

下面将结合附图7至附图12更详细地描述根据本发明提供的修正套刻精度的方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

由于平移至相同对称中心的第一图形区域10的曝光图形和第二图形区域20的曝光图形无重叠，从而使得第一对准标记图形30与第二对准标记图形40在基底上的投影位置不重叠。

分别获取第一对准标记图形30和第二对准标记图形40在基底上的位置，即上述第一位置和上述第二位置，为了利用第一位置和第二位置的距离计算套刻误差，可以定义第一对准标记图形30和第二对准标记图形40均位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中，如图7和图10所示。

在一种优选的实施方式中，上述第一图形区域10和第二图形区域20独立地位于两个掩膜板中，其中一个掩膜板中的曝光图形用于提供参考对准图形，采用该掩膜板对晶圆的参考层进行光刻，以在参考层上形成多个第一对准标记图形30，另一个掩膜板中的曝光图形用于提供当前对准图形，采用该掩膜板对晶圆的当前层进行光刻，以在当前层上形成多个第二对准标记图形40，第二对准标记图形40与第一对准标记图形30在基底上的投影位置不重叠，如图7和图10所示。上述两个掩膜板还可以具有主体图形，用于形成半导体器件中的沟道或通孔。

在另一种优选的实施方式中，上述第一图形区域10和第二图形区域20均位于同一掩膜板中，第一图形区域10中的曝光图形用于提供参考对准图形，采用该掩膜板中的上述第一图形区域10对晶圆的参考层进行光刻，以在参考层上形成多个第一对准标记图形30，第二图形区域20中的曝光图形用于提供当前对准图形，采用该掩膜板中的上述第二图形区域20对晶圆的当前层进行光刻，以在当前层上形成多个第二对准标记图形40，第二对准标记图形40与第一对准标记图形30在基底上的投影位置不重叠。上述掩膜板还可以具有主体图形，用于形成半导体器件中的沟道或通孔。

示例性的，上述第一对准标记图形30被划分为与第一曝光单元组110一一对应的多组第一对准标记单元310，如图8和图11所示，上述第二对准标记图形40被划分为与第二曝光单元组210一一对应的多组第二对准标记单元410，如图9和图12所示，各组第一对准标记单元310位于对角象限中的第一对准标记图形30以第一中心点为对称中心呈中心对称，各组第二对准标记单元410位于对角象限中的第二对准标记图形40以第二中心点为对称中心呈中心对称，可以理解的是，上述第一中心点和上述第二中心点并非是指常规意义上的单个图形的对称中心。

在一种优选的实施方式中，位于各象限中的第一曝光单元111的数量相同，且位于各象限中的第二曝光单元211的数量相同，从而使得位于各象限中的第一对准标记图形30数量相同，且位于各象限中的第二对准标记图形40数量相同。通过使各象限中的第一对准标记图形30和第二对准标记图形40的数量分别具有相同的数量，能够保证选取任意一组第一对准标记单元310和第二对准标记单元410，均能够保证第一对准标记图形30和第二对准标记图形40具有相同数量，从而使计算得到的第一对准标记单元310的第一中心点与第二对准标记单元410的第二中心点的套刻误差更为精确。

上述第一对准标记图形30与上述第二对准标记图形40可以为尺寸相同的矩形，如图7至图12所示。优选地，第一对准标记图形30和第二对准标记图形40的长宽比为3～30：1。上述长宽比范围能够在保证图像识别精度的同时，使同样数量的第一对准标记图形30和第二对准标记图形40分布在更小的区域内。

在一种优选的实施方式中，掩膜板中相邻各第一曝光单元111中第一曝光区域101的最小间距为h1，第一曝光区域101的宽度与h1之比为1～4：1，使得相邻各组第一对准标记单元310中第一对准标记图形30的最小间距为h1，第一对准标记图形30的宽度与h1之比为1～4：1，掩膜板中相邻各第二曝光单元211中第二曝光区域201的最小间距为h1，第二曝光区域201的宽度与h1之比为1～4：1，使得相邻各组第二对准标记单元410中第二对准标记图形40的最小间距为h2，第二对准标记图形40的宽度与h2之比为1～4：1。通过增加第一对准标记图形30和第二对准标记图形40的数量，并减小间距，以提高测量的套刻精度。

在一种优选的实施方式中，相邻各组第一对准标记图形30的间距、相邻各组第二对准标记图形40的间距以及相邻第一对准标记图形30与第二对准标记图形40的间距相等。

上述第一对准标记图形30在基底上具有第一投影图形，上述第二对准标记图形40在基底上具有第二投影图形，定义第一投影图形和第二投影图形位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中，优选地，位于同一象限中的第一投影图形和第二投影图形成矩阵分布，且位于同一象限中的第一投影图形与第二投影图形成轴对称设置或中心对称设置。

下面将结合实施例进一步说明本发明的上述修正套刻精度的方法。

实施例

上述实施例提供了一种修正套刻精度的方法，包括以下步骤：

提供具有第一图形区域10的第一掩膜板，第一图形区域10用于形成参考对准图形，采用该第一掩膜板对晶圆的参考层进行光刻，以在参考层上形成多个第一对准标记图形30，并提供具有第二图形区域20的第二掩膜板，第二图形区域20用于形成当前对准图形，采用该第二掩膜板对晶圆的当前层进行光刻，以在当前层上形成多个第二对准标记图形40，第二对准标记图形40与第一对准标记图形30在晶圆上的投影位置不重叠；

分别获取第一对准标记图形30和第二对准标记图形40在晶圆上的位置，并定义第一对准标记图形30和第二对准标记图形40均位于由x轴和y轴分隔成的四个象限中，如图10所示；

将第一对准标记图形30分为两组第一对准标记单元310，虚线内的第一对准标记图形30为a1组，虚线外的第一对准标记图形30为b1组，实施例1如图2所示，实施例2如图5所示；

将第二对准标记图形40分为两组组第二对准标记单元410，虚线内的第二对准标记图形40为a2组，虚线外的第二对准标记图形40为b2组，实施例1如图3所示，实施例2如图6所示；

当a1组内的第一对准标记图形30由于第一掩膜板的损伤而存在缺陷时，利用b1组的第一对准标记单元310的第一中心点和a2组或b2组的第二对准标记单元410的第二中心点在晶圆上的位置计算套刻误差；

当b1组内的第一对准标记图形30由于第一掩膜板的损伤而存在缺陷时，利用a1组的第一对准标记单元310的第一中心点和a2组或b2组的第二对准标记单元410的第二中心点在晶圆上的位置计算套刻误差；

当a2组内的第二对准标记图形40由于第二掩膜板的损伤而存在缺陷时，利用a1组或b1组的第一对准标记单元310的第一中心点和b2组的第二对准标记单元410的第二中心点在晶圆上的位置计算套刻误差；

当b2组内的第二对准标记图形40由于第二掩膜板的损伤而存在缺陷时，利用a1组或b1组的第一对准标记单元310的第一中心点和a2组的第二对准标记单元410的第二中心点在晶圆上的位置计算套刻误差。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

采用上述修正套刻精度的方法，当掩膜板由于损伤导致某个第一对准标记图形或第二对准标记图形变形时，能够灵活选取任意一组或多组第一对准标记单元的第一中心点和任意一组或多组第二对准标记单元的第二中心点在晶圆上的位置计算套刻误差，避免了由于掩膜板损伤而导致的对套刻精度测量的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。