光刻工艺的对准方法及其适用的光罩与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种光刻工艺的对准方法及其适用的光罩。


背景技术：

2.集成电路制造过程中需要在晶圆上形成有效芯片(chip)，为了保证芯片的质量，不同的膜层(layer)之间需要保证套合的精度，因此在光罩(mask)的设计过程中需要设置对位标记(alignment mark)或对准标记，以用于晶圆上各膜层间的对位。 其中，对位标记（对准标记）是分别刻画在光罩上和基片上用于确定他们的相对位置和方向的图形。
3.目前，在采用光刻工艺形成半导体器件且对基片（晶圆）进行第一次光刻时，其首先需要在第一次光刻的光罩上设计一对位标记，之后曝光工厂为了便于后续刻蚀工艺过程的曝光和研磨工序，通常会在所述第一次光刻的光罩的所述对位标记的附近添加辅助图形。然后，再利用该光罩进行曝光，以在基片上形成对位标记的沟槽，之后，所有的刻蚀工序将以基片上已形成的前一膜层的对位标记和其每一刻蚀工序所采用的光罩上的对位标记，对光罩和基片进行对准。
4.然而，由于在基片进行完每道刻蚀工序之后，均需要通过化学机械抛光工艺进行平坦化处理，这将导致基片上的对位标记由于其附近存在的辅助图形在多次刻蚀和平坦化处理的过程中，发生部分或全部辅助图形清晰度不一致、模糊，进而导致后端多道制程机台在量测做第一步对准的时候容易失败，以及导致量测程序失效的问题。针对此问题，现有技术中需要工程师多次筛选符合机台识别分数的对位标记（对准标记），进而降低了刻蚀工艺的工作效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种光刻工艺的对准方法及其适用的光罩，以解决现有技术中由于光罩中用于对准的第一对准标记附近的辅助图形在后续刻蚀和研磨过程中，导致晶圆上形成的第一对准标记的图形不清晰，进而造成对准量测程序对准失效、对准测量程序人工检测工作量大以及刻蚀工艺的工作效率低的问题。
6.第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻工艺的对准方法，包括：提供一光刻机台。
7.在所述光刻机台的台面上放置一晶圆。
8.提供一第一光罩，所述第一光罩包括版图，所述版图包括切割道版图以及设置在所述切割道版图上的第一对准标记。
9.在所述第一光罩的切割道版图上至少形成一第二对准标记。
10.利用所述第二对准标记，所述光刻机台使所述第一光罩与所述晶圆实现对准。
11.进一步的，所述第一对准标记的图案和尺寸与所述第二对准标记的图案和尺寸可以相同也可以不同。
12.进一步的，所述第二对准标记的图案可以为一字型、十字形、圆形、方形或可以为其他多边形。
13.进一步的，在所述切割道版图中的第一对准标记附近还设置有辅助图形。
14.进一步的，所述第一光罩可以为所述晶圆的半导体制程中的任一刻蚀工序所采用的光罩。
15.进一步的，所述晶圆的表面上可以形成有第一光刻胶层。
16.在利用所述第二对准标记，所述光刻机台使所述光罩与所述晶圆实现对准之后，所述对准方法还可以包括：所述光刻机台通过所述第一光罩对所述第一光刻胶层进行曝光。
17.以所述曝光后的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀所述晶圆，以在所述晶圆的切割道上形成所述第二对准标记对应的沟槽。
18.去除所述曝光后的第一光刻胶层，并对所述晶圆进行机械平坦化工艺。
19.进一步的，本发明提供的所述光刻工艺的对准方法还可以包括如下步骤：提供一第二光罩，所述第二光罩包括版图，所述版图包括切割道版图。
20.利用所述晶圆上形成的所述第二对准标记对应的沟槽，使所述第二光罩与该晶圆进行对准。
21.在所述晶圆的表面上形成有第二光刻胶层。
22.所述光刻机台通过所述第二光罩对所述第二光刻胶层进行曝光，以将所述第二光罩上的版图依次转移到所述第二光刻胶层和所述晶圆上。
23.进一步的，所述第二光罩的切割道版图上未设置所述第二对准标记。
24.第二方面，基于相同的发明构思，本发明还提供了一种如上所述的光刻工艺的对准方法适用的光罩；其中所述光罩可以包括版图，所述版图用于曝光到晶圆上，具体的，所述光罩包括： 切割道版图，用于曝光到所述晶圆上形成切割道。
25.至少一第一对准标记版图，设置于所述切割道版图中，所述第一对准标记版图包括第一对准标记。
26.至少一第二对准标记版图，设置于所述切割道版图中，所述第二对准标记版图包括对应于所述晶圆半导体制程的所有膜层的第二对准标记。
27.进一步的，所述所述第一对准标记版图上还可以包括设置在第一对准标记附近的辅助图形。
28.与现有技术相比，本发明技术方案至少存在如下有益效果之一：在本发明提供的光刻工艺的对准方法中，通过在晶圆的刻蚀工艺中的当前光罩的切割道版图上形成至少一独立于其已存在的第一对准标记的第二对准标记，然后，光刻机台在对光罩和晶圆进行套刻精度测量时，利用不受辅助图形干扰的第二对准标记为对准标记，从而可以避免现有技术中利用附近形成有辅助图形的第一对准标记作为对准标记，而导致的在晶圆的后续多次刻蚀工艺中，由于晶圆上形成的第一对准标记的图形不清楚，造成的对准量测程序对准失效、对准测量程序人工检测工作量大以及刻蚀工艺的工作效率低的问题。
29.进一步的，在本发明提供的光刻工艺的对准方法中，其只需要在晶圆的刻蚀工艺中的任一光罩上形成至少一所述第二对准标记后，该晶圆后续的多道光刻制程均可以共用
此形成在晶圆上的第二对准标记对应的图形，而无需在每个光罩上均形成所述第二对准标记，从而避免出浪费人力反复调整对准量测程序的问题，进而最终实现提高光刻工艺工作效率的目的。
附图说明
30.图1为本发明一实施例中提供的光刻工艺的对准方法的流程示意图。
31.图2为本发明一实施例中提供的第二对准标记的结构示意图。
具体实施方式
32.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的光刻工艺的对准方法及其适用的光罩的形成方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
33.承如背景技术所述，近年来，随着半导体技术的不断进步，器件的功能也不断强大，然而随之而来的对半导体制造技术的要求也与日俱增。光刻是制造高级半导体器件和大规模集成电路的关键工艺之一。具体的，在光刻过程中，光罩与晶圆的套准容差会导致器件的特性发生改变，对半导体芯片的制造非常重要，因此，光刻套准精度必须得到很好的控制，尤其是在制程工艺越来越高、线宽越来越小的情况下，光刻对准精度的要求也越来越高。传统工艺中对准测量是利用ovl（对准测量）机台完成的。
34.目前，在采用光刻工艺形成半导体器件且对基片（晶圆）进行第一次光刻时，其首先需要在第一次光刻的光罩上设计一对位标记，之后曝光工厂为了便于后续刻蚀工艺过程的曝光和研磨工序，通常会在所述第一次光刻的光罩的所述对位标记的附近添加辅助图形。然后，再利用该光罩进行曝光，以在基片上形成对位标记的沟槽，之后，所有的刻蚀工序将以基片上已形成的前一膜层的对位标记和其每一刻蚀工序所采用的光罩上的对位标记，对光罩和基片进行对准。
35.然而，由于在基片进行完每道刻蚀工序之后，均需要通过化学机械抛光工艺进行平坦化处理，这将导致基片上的对位标记由于其附近存在的辅助图形在多次刻蚀和平坦化处理的过程中，发生部分或全部辅助图形清晰度不一致、模糊，进而导致后端多道制程机台在量测做第一步对准的时候容易失败，以及导致量测程序失效的问题。针对此问题，现有技术中需要工程师多次筛选符合机台识别分数的对位标记（对准标记），进而降低了刻蚀工艺的工作效率。
36.为此，本发明提供了一种光刻工艺的对准方法及其适用的光罩，以解决现有技术中由于光罩中用于对准的第一对准标记附近的辅助图形在后续刻蚀和研磨过程中，导致晶圆上形成的第一对准标记的图形不清晰，进而造成对准量测程序对准失效、对准测量程序人工检测工作量大以及刻蚀工艺的工作效率低的问题。
37.下面首先对本发明提供的光刻工艺的对准方法进行介绍。
38.参考图1，图1为本发明提供的一种光刻工艺的对准方法的流程示意图。如图1所示，本发明提供的所述光刻工艺的对准方法具体可以包括如下步骤：步骤s100，提供一光刻机台。
39.在本实施例中，所述光刻机可以为光学光刻机，也可以为非光学光刻机，更具体的，所选用光刻机可以为接触式光刻机、接近式光刻机，投影式光刻机、扫描投影式光刻机以及步进扫描投影光刻机，还可以为电子束光刻机、x射线光刻机和离子束光刻机，本发明中不做具体限定。并且，所述光刻机台是具有对准量测功能的光刻机台。
40.步骤s200，在所述光刻机台的台面上放置一晶圆。
41.步骤s300，提供一第一光罩，所述第一光罩包括版图，所述版图包括切割道版图以及设置在所述切割道版图上的第一对准标记。
42.其中，在所述切割道版图中的第一对准标记附近还设置有辅助图形。所述第一光罩为所述晶圆的半导体制程中的任一刻蚀工序所采用的光罩。
43.在本实施例中，晶圆的每次曝光都需要用一块光罩，并且，在曝光前，每一块光罩都需要和前次已经曝光的图形进行对准后才能进行曝光，这样才能保证每一层图形有精确的相对位置。如果是第一次刻蚀，则只是将光罩上的对准标记（第一对准标记）经过刻蚀工艺永久的留在基片表面，以用于下一次对准使用，接下来的光罩（第二光罩、第三光罩等）都用该对准确定光罩坐标系和晶圆坐标系。
44.由于在第一次光刻时，现有技术需要先在第一次光刻的光罩上设计一对准标记，之后曝光工厂为了便于后续刻蚀工艺过程的曝光和研磨工序，通常会在所述第一次光刻的光罩的所述对准标记的附近添加辅助图形。然而，由于在基片进行完每道刻蚀工序之后，均需要通过化学机械抛光工艺进行平坦化处理，这将导致基片上的对位标记由于其附近存在的辅助图形在多次刻蚀和平坦化处理的过程中，发生部分或全部辅助图形清晰度不一致、模糊，进而导致后端多道制程机台在量测做第一步对准的时候容易失败，以及导致量测程序失效的问题。
45.针对此问题，本发明的研究人员提出无论晶圆是处于第一次刻蚀工艺，还是处于第n次刻蚀工艺，都可以在其当前刻蚀工艺所采用的光罩的版图上的切割道版图上单独形成一个或几个独立于其已形成的第一对准标记的第二对准标记，然后，利用该第二对准标记确定光罩和晶圆的坐标系。由于本发明提供的第二对准标记旁边没有形成辅助图形，从而利用本发明提供的对准方法可以避免由于对准标记附近的辅助图形的存在，导致晶圆在多次研磨和刻蚀工艺后造成的对准标记图形不清楚，引起的对准量测程序对准失效、对准测量程序人工检测工作量大以及刻蚀工艺的工作效率低的问题。
46.步骤s400，在所述第一光罩的切割道版图上至少形成一第二对准标记。
47.其中，所述第一对准标记的图案和尺寸与所述第二对准标记的图案和尺寸可以相同，也可以不同。所述第二对准标记的图案可以为一字型、十字形、圆形、方形或其他多边形。
48.在本实施例中，所述第二对准标记的图案可以是任何形状的图案，示例性的，可以是本发明附图2所提供的形状呈“十字形”的图案100，其中100a为曝光后形成在晶圆的图形（沟槽），100b为晶圆上的图层。
49.步骤s500，利用所述第二对准标记，所述光刻机台使所述第一光罩与所述晶圆实现对准。
50.在本实施例中，假设当前刻蚀工序为晶圆的第一次刻蚀工艺，则可以通过步骤s400在第一光罩上形成第二对准标记，然后通过刻蚀，可以直接将第一光罩上形成的第二
对准标记形成在晶圆上，之后，在对晶圆进行第二次刻蚀工艺时，可以利用已形成在晶圆当前膜层上的第二对准标记为坐标原点，然后与第二光罩（第二次刻蚀所采用的光罩）进行对准曝光，依次类推。假设当前刻蚀工艺为晶圆的非第一次刻蚀工艺（例如，第二次刻蚀工艺），此时虽然晶圆上已经形成有第一次刻蚀工艺采用的光罩（第一光罩）上的第一对准标记，但是，操作人员任然直接利用本发明所述的步骤s400在当前刻蚀工艺采用的光罩的版图的切割道版图上形成一个或多个第二对准标记，然后利用该第二对准标记，实现晶圆和当前光罩的对准。
51.进一步的，在利用本发明提供的所述第二对准标记，所述光刻机台使所述光罩与所述晶圆实现对准之后，所述对准方法还可以包括如下步骤：步骤s600，所述晶圆的表面上形成第一光刻胶层。
52.步骤s700，在所述光刻机台通过所述第一光罩对所述第一光刻胶层进行曝光。
53.步骤s800，以所述曝光后的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀所述晶圆，以在所述晶圆的切割道上形成所述第二对准标记对应的沟槽。
54.步骤s900，去除所述曝光后的第一光刻胶层，并对所述晶圆进行机械平坦化工艺。
55.在实际应用中，在晶圆的每步刻蚀工序之后，均需要对晶圆的表面进行研磨工艺，以保证晶圆的表面的平整度符合后续刻蚀工艺的要求。
56.步骤s1000，提供一第二光罩，所述第二光罩包括版图，所述版图包括切割道版图。
57.步骤s1100，利用所述晶圆上形成的所述第二对准标记对应的沟槽，使所述第二光罩与该晶圆进行对准。
58.步骤s1200，在所述晶圆的表面上形成有第二光刻胶层；步骤s1300，所述光刻机台通过所述第二光罩对所述第二光刻胶层进行曝光，以将所述第二光罩上的版图依次转移到所述第二光刻胶层和所述晶圆上。
59.其中，所述第二光罩的切割道版图上未设置所述第二对准标记。
60.在本实施例中，由于其只需要在晶圆的刻蚀工艺中的任一光罩上形成至少一所述第二对准标记后，该晶圆后续的多道光刻制程均可以共用此形成在晶圆上的第二对准标记对应的图形，而无需在每个光罩上均形成所述第二对准标记，从而避免出浪费人力反复调整对准量测程序的问题，进而最终实现提高光刻工艺工作效率的目的。
61.此外，基于相同的发明构思，本发明还提供了一种如上所述的光刻工艺的对准方法适用的光罩，该光罩可以包括版图，所述版图用于曝光到晶圆上，所述光罩具体可以包括：切割道版图，用于曝光到所述晶圆上形成切割道。
62.至少一第一对准标记版图，设置于所述切割道版图中，所述第一对准标记版图包括第一对准标记。
63.至少一第二对准标记版图，设置于所述切割道版图中，所述第二对准标记版图包括对应于所述晶圆半导体制程的所有膜层的第二对准标记。
64.进一步的，所述所述第一对准标记版图上还包括设置在第一对准标记附近的辅助图形。
65.综上所述，在本发明提供的光刻工艺的对准方法中，通过在晶圆的刻蚀工艺中的当前光罩的切割道版图上形成至少一独立于其已存在的第一对准标记的第二对准标记，然
后，光刻机台在对光罩和晶圆进行套刻精度测量时，利用不受辅助图形干扰的第二对准标记为对准标记，从而可以避免现有技术中利用附近形成有辅助图形的第一对准标记作为对准标记，而导致的在晶圆的后续多次刻蚀工艺中，由于晶圆上形成的第一对准标记的图形不清楚，造成的对准量测程序对准失效、对准测量程序人工检测工作量大以及刻蚀工艺的工作效率低的问题。
66.进一步的，在本发明提供的光刻工艺的对准方法中，其只需要在晶圆的刻蚀工艺中的任一光罩上形成至少一所述第二对准标记后，该晶圆后续的多道光刻制程均可以共用此形成在晶圆上的第二对准标记对应的图形，而无需在每个光罩上均形成所述第二对准标记，从而避免出浪费人力反复调整对准量测程序的问题，进而最终实现提高光刻工艺工作效率的目的。
67.需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
68.还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第 二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
69.此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或 多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。