对准偏差的测量方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，具体涉及一种对准偏差的测量方法。


背景技术：

2.套刻工艺是半导体工艺中的重要工艺。套刻标记能够用于识别套刻工艺中的对准偏差，以在套刻工艺中依据对准偏差适应性调整相关工艺参数；可见，套刻标记能够为套刻工艺的质量提高重要保障。传统的套刻标记在发生旋转这一类运动时，容易产生测量偏差，使最终识别的对准偏差准确性低。


技术实现要素：

3.鉴于此，本技术提供一种对准偏差的测量方法，以解决传统套刻标记在发生旋转这一类运动时，容易产生测量偏差，使最终识别的对准偏差准确性低的问题。
4.本技术还提供一种对准偏差的测量方法，包括如下步骤：
5.提供衬底；所述衬底上依序堆叠包括第三材料层、第二材料层和第一材料层，所述第一材料层位于所述第二材料层上表面，所述第二材料层位于所述第三材料层上表面，所述第一材料层上设有第一对准标记，所述第二材料层上设有第二对准标记，所述第三材料层上设有第三对准标记；
6.量测所述第一对准标记与所述第二对准标记获取所述第一对准标记和所述第二对准标记之间的在第一方向上的对准偏差x12和在第二方向上的对准偏差y12；
7.量测所述第一对准标记与所述第三对准标记获取所述第一对准标记和所述第三对准标记之间的在第一方向上的对准偏差x13和在第二方向上的对准偏差y13；所述第一方向垂直于第二方向；
8.根据所述偏差x12，x13，y12，y13确定至少一个方向的综合偏差；所述综合偏差用于表征对应方向发生的整体偏差。
9.可选地，所述综合偏差包括第一方向对应的第一综合偏差和第二方向的第二综合偏差；确定所述第一综合偏差方法包括：x＝wx12*x12+wx13*x13；确定所述第二综合偏差方法包括：y＝wy12*y12或者wy13*y13；式中，wx12表示对准偏差x12之权重，wx13表示对准偏差x13之权重，x表示第一综合偏差，wy12表示对准偏差y12之权重，wy13表示对准偏差y13之权重，y表示第二综合偏差。
10.可选地，所述wx12和所述wx13满足如下关系：0≤wx12+wx13≤1。
11.可选地，所述wy12和所述wy13满足如下关系：0≤wy12+wy13≤1。
12.可选地，若x12/x13大于4或者小于0.25，则wx12＝0或者wx13＝0；
13.若y12/y13大于4或者小于0.25，则wy12＝0或者wy13＝0。
14.可选地，所述对准偏差x12，所述对准偏差x13，所述对准偏差y12和所述对准偏差y13形成一组偏差，各组偏差中的各个对准偏差分别具有对应的权重。
15.可选地，所述各组偏差包括如下偏差：偏移量、旋转量、正交量、放大量、曝光区域
内的光刻误差或曝光区域之间的光刻误差。
16.可选地，所述第三对准标记与所述第一对准标记之间的距离用于测量所述第三材料层与所述第一材料层之间的对准偏差，所述第二对准标记与所述第一对准标记之间的距离用于测量所述第二材料层与所述第一材料层之间的对准偏差。
17.可选地，所述第三对准标记与所述第一对准标记之间的距离包括从第三对准标记中的一参照对象至该参照对象在第一对准标记中的对应参照对象之间的距离。
18.可选地，所述第二对准标记与所述第一对准标记之间的距离包括从第二对准标记中的一参照对象至该参照对象在第一对准标记中的对应参照对象之间的距离。
19.可选地，由所述参照对象所在对准标记的圆心、和所述第一对准标记的圆心确定的直线定义出所述参照对象的中心。
20.上述对准偏差的测量方法，衬底上依序堆叠的材料层上的对准标记呈圆状结构等中心对称结构，这样即便材料层和/或对准标记发生旋转等转动，任意两层材料层上的对准标记之间的相对位置也不会发生变化，依据两层材料层上的对准标记测量得到的对准偏差能够在材料层和/或对准标记转动前后保持稳定，不会产生测量偏差，所得对准偏差具有较高的准确性；此外该测量方法通过量测多组第一对准标记与第二对准获取所述第一对准标记和所述第二对准标记之间的在第一方向上的对准偏差x12和在第二方向上的对准偏差y12，量测第一对准标记m1与第三对准标记m3获取所述第一对准标记m1和所述第三对准标记m3之间的在第一方向上的对准偏差x13和在第二方向上的对准偏差y13，再根据偏差x12，x13，y12，y13确定至少一个方向的综合偏差，使综合偏差的确定过程覆盖多个方向的多类偏差，具有更高的准确性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本技术一实施例中套刻标记的各材料层示意图；
23.图2为本技术一实施例中套刻标记的俯视图；
24.图3a、图3b和图3c为本技术一实施例中套刻标记的相关结构示意图；
25.图4为本技术一实施例中套刻标记的相关结构示意图；
26.图5a、图5b、图5c、图5d和图5e为本技术一实施例中套刻标记的相关结构示意图；
27.图6为本技术一实施例中对准偏差的测量方法流程示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
29.本技术提供一种套刻标记，参考图1和图2所示，该套刻标记包括多个材料层分别
设置的对准标记，例如参考图1所示，套刻标记包括第三材料层l1、第二材料层l2、
……
、第n-1材料层ln-1和第n材料层ln，共n个材料层，图2示出了各个材料层对应的对准标记，例如对准标记可以包括第三材料层l1对应的第一对准标记m1、第二材料层l2对应的第二对准标记m2、
……
、第n-1材料层ln-1对应的第n-1对准标记mn-1、第n材料层ln对应的第n对准标记mn。需要说明的是，图1、图2以及本技术后续提供的各个附图仅大致示意了对应结构，未完整地示出套刻标记的所有组件，也未等比地示出相关组件。
30.上述套刻标记中，至少一个材料层上的对准标记呈圆状结构，任意两层材料层上分别设置的对准标记用于测量这两层材料层之间的对准偏差，以根据对准偏差实时调整刻蚀位置，保证刻蚀工艺的精准性。
31.可选地，各个材料层上的对准标记均呈圆状结构各个材料层上的对准标记均呈圆状结构，这样在材料层和/或对准标记发生旋转等转动时，任意两层材料层上的对准标记之间的相对位置不会发生变化，依据两层材料层上的对准标记测量得到的对准偏差能够在材料层和/或对准标记转动前后保持稳定，准确性更高。可选地，各个圆状结构的圆心在同一直线上，或者说，各个圆状结构的圆心在水平面的投影在同一直线上。
32.其中，至少一个材料层上的对准标记呈圆状结构，在一个示例中，参考图1和图3a所示，套刻标记的各个对准标记可以为圆环结构。在另一个示例中，参考图3b所示，套刻标记的对准标记也可以为圆柱结构等圆状结构，图3b仅示出了第三材料层l1及对应的第一对准标记m1，第二材料层l2及对应的第二对准标记m2。在另一个示例中，参考图3c所示，套刻标记的部分对准标记可以为圆柱结构，部分对准标记可以为方形等其他具有中心对称特征的结构。由于各个对准标记为圆状结构或者方形等其他具有中心对称特征的结构，这样即便材料层和/或对准标记发生旋转等转动，任意两层材料层上的对准标记之间的相对位置也不会发生变化，依据两层材料层上的对准标记测量得到的对准偏差能够在材料层和/或对准标记转动前后保持稳定，准确性更高。
33.可选地，第n材料层ln可以包括硅基底，也可以包括导电层或者绝缘层等结构。第三材料层l1至第n-1材料层ln-1分别可以包括半导体层(如多晶硅层)等结构。第一对准标记m1、第二对准标记m2、
……
、第n-1对准标记mn-1和第n对准标记mn等对准标记可以包括凹陷于对应材料层的凹槽结构，也可以包括凸出于对应材料层的凸柱结构，以为对应材料层提供参照标记。可选地，上述对准标记可以采用正型光阻或者负型光阻形成圆状图案。可选地，第一对准标记m1至第n-1对准标记mn-1可以分别包括凹陷于对应材料层的凹槽结构，该凹槽结构可以采用光刻工艺形成；第n对准标记mn可以包括凸出于第n材料层ln的圆柱状光阻图案。
34.具体地，第n材料层ln与第n-1材料层ln-1之间的对准偏差可以通过第n对准标记mn与第n-1对准标记mn-1各自中心之间的偏差表征。例如参考图4所示，若第n对准标记mn与第n-1对准标记均为圆状结构，第n对准标记mn的圆心on与第n-1对准标记的圆心on-1之间的偏差可用于表征第n材料层ln与第n-1材料层ln-1之间的对准偏差。
35.可选地，套刻标记中材料层n的层数可以依据套刻需求设定，例如层数n可以设为3或者4等值。
36.在一个实施例中，层数n为3，此时多个材料层包括第三材料层l1、第二材料层l2和第一材料层l3，如图5a所示，所述第一材料层l1位于所述第二材料层l2表面，所述第二材料
层l2位于所述第三材料层l3表面。
37.所述第一材料层l1上设有第一对准标记m1，所述第二材料层l2上设有第二对准标记m2，所述第三材料层l3上设有第三对准标记m3。所述第三对准标记m3与所述第一对准标记m1之间的距离(例如距离d31和d31’)用于测量所述第三材料层l3与所述第一材料层l1之间的对准偏差，具体地，第三材料层l3与第一材料层l1之间的对准偏差包括两者之间两个不同的距离之差，例如该对准偏差可以包括d31-d31’。所述第二对准标记m2与所述第一对准标记m1之间的距离(例如距离d21和d21’)用于测量所述第二材料层l2与所述第一材料层l1之间的对准偏差，具体地，第二材料层l2与第一材料层l1之间的对准偏差包括两者之间两个不同的距离之差，例如该对准偏差可以包括d21-d21’。
38.可选地，所述第三对准标记m3与所述第一对准标记m1之间的距离包括从第三对准标记m3中的一参照对象至该参照对象在第一对准标记中的对应参照对象之间的距离，例如参考图5b所示，第三对准标记m3中的一参照对象为m3(1)，m3(1)在第一对准标记中的对应参照对象为m1(1)，第三对准标记m3与所述第一对准标记m1之间的距离包括m3(1)与m1(1)之间的距离。
39.可选地，所述第二对准标记m2与所述第一对准标记m1之间的距离包括从第二对准标记m2中的一参照对象至该参照对象在第一对准标记m1中的对应参照对象之间的距离,例如参考图5b所示，第二对准标记m2中的一参照对象为m2(1)，m2(1)在第一对准标记中的对应参照对象为m1(1)，第二对准标记m2与所述第一对准标记m1之间的距离包括m2(1)与m1(1)之间的距离。
40.可选地，所述参照对象的中心、所述参照对象所在对准标记的圆心、和对应参照对象所在对准标记的圆心在同一直线上，这样参照对象及其对应参照对象之间的距离能够更为准确地表征对应材料层之间的距离，且随着各个材料层中间的转动，与圆心在同一直线上的对应参照对象之间的相对位置能够保持稳定，有利于提高所得对准偏差的准确性。可选地，若参照对象包括指定点，则上述指定点与指定点所在对准标记的中心在同一直线上。可选地，若参照对象包括指定圆，则上述指定圆的圆心、指定圆所在对准标记的中心在同一直线上。
41.可选地，第一对准标记m1、第二对准标记m2和第三对准标记m3的圆心在水平面的投影在同一直线上，例如参考图5c所示的俯视图中，第一对准标记m1的圆心o1、第二对准标记m2的圆心o2和第三对准标记m3的圆心o3在同一直线上，其对准偏差为0时的示意图可以参考图5b所示。参考图5c所示的相关距离可以参考图5d所示，各个距离所在的直线均经过对应对准标记的圆心，以保证所确定例如的准确性。具体地，图5d示出了第二对准标记m2与第一对准标记m1之间的d21和d21’这两个距离，此时第二对准标记m2与第一对准标记m1之间的对准偏差包括d21-d21’。
42.可选地，第一对准标记m1、第二对准标记m2和第三对准标记m3的圆心在水平面的投影也可以不在同一条直线上，例如参考图5e所示，图5e仅示出了第一对准标记m1的圆心o1，未示出第一对准标记m1，该图中，第一对准标记m1的圆心o1、第二对准标记m2的圆心o2和第三对准标记m3的圆心o3不在同一直线上。此时，依据任意两层材料层上分别设置的对准标记也可以准确测量这两层材料层之间的对准偏差。
43.可选地，所述第三对准标记、所述第二对准标记和所述第一对准标记分别包括位
于对应圆状结构上的多个弧形段，以提高各对准标记分布特征和形成过程中的灵活性。
44.进一步地，所述参照对象包括对应弧形段的中心点，以使参照对象能够更为精准地表征对应弧形段。参照对象的对应参照对象包括与参照对象所在弧形段相对应的弧形段的中心点，以使参照对象及其对应参照对象之间的距离能够更为准确性表征对应对准标记之间的距离。
45.在一个示例中，所述第一材料层l1分别对齐所述第二材料层l2和所述第三材料层l2；即第一材料层l1的第一对准标记m1对齐第二材料层l2的第二对准标记m2，第一材料层l1的第一对准标记m1对齐第三材料层l3的第三对准标记m3，第一对准标记m1上的某参照对象对齐该参照对象分别在第二对准标记m2和第三对准标记m3上的各参照对象；具体地，若参照对象包括设于对准标记内的圆，对齐可以表征对应的一组表征参照对象的圆的圆心在同一直线上；可选地，该直线经过套刻标记的中心。
46.所述第一材料层和所述第二材料层之间具有第一偏差，所述第一材料层和所述第三材料层之间具有第二偏差。第一偏差可以表征第一材料层与第二材料层发生如下偏差中的至少一种：偏移量、旋转量、正交量、放大量、曝光区域内的光刻误差(intrafield residual error)或曝光区域之间的光刻误差(interfield residual error)。第二偏差可以表征第一材料层与第三材料层发生如下偏差中的至少一种：偏移量、旋转量、正交量、放大量、曝光区域内的光刻误差(intrafield residual error)或曝光区域之间的光刻误差(interfield residual error)。
47.以上套刻标记中，至少一个材料层上的对准标记呈圆状结构，这样即便材料层和/或对准标记发生旋转等转动，任意两层材料层上的对准标记之间的相对位置也不会发生变化，依据两层材料层上的对准标记测量得到的对准偏差能够在材料层和/或对准标记转动前后保持稳定，不会产生测量偏差，所得对准偏差具有较高的准确性，以此校准刻蚀过程中的偏差，有利于提高对应刻蚀工艺的精准性。
48.本技术还提供一种对准偏差的测量方法，该对准偏差的测量方法可以采用上述任一实施例提供的套刻标记测量。参考图6，上述对准偏差的测量方法包括如下步骤s110至s140。
49.s110，提供衬底；参考图5a至图5b所示，所述衬底上依序堆叠包括第三材料层l3、第二材料层l2和第一材料层l1，所述第一材料层l1位于所述第二材料层l2上表面，所述第二材料层l2位于所述第三材料层l3上表面，所述第一材料层l1上设有第一对准标记m1，所述第二材料层l2上设有第二对准标记m2，所述第三材料层l3上设有第三对准标记m3。
50.s120，量测第一对准标记m1与第二对准标记m2获取所述第一对准标记m1和所述第二对准标记m2之间的在第一方向上的对准偏差x12和在第二方向上的对准偏差y12。这里可以对第一对准标记m1与第二对准标记m2的多组参照对象进行量测，以分别获取对准偏差x12和对准偏差y12；例如可以对第一方向上的一组参照对象进行量测，以获取对准偏差x12，又例如可以对第二方向上的一组参照对象进行量测，以获取对准偏差y12。
51.s130，量测第一对准标记m1与第三对准标记m3获取所述第一对准标记m1和所述第三对准标记m3之间的在第一方向上的对准偏差x13和在第二方向上的对准偏差y13；所述第一方向垂直于第二方向；这里可以对第一对准标记m1与第三对准标记m3的多组参照对象进行量测，以分别获取对准偏差x13和对准偏差y13；例如可以对第一方向上的一组参照对象
进行量测，以获取对准偏差x13，又例如可以对第二方向上的一组参照对象进行量测，以获取对准偏差y13。
52.s140，根据所述偏差x12，x13，y12，y13确定至少一个方向的综合偏差；所述综合偏差用于表征对应方向发生的整体偏差。
53.上述对准偏差的测量方法，采用上述任一实施例提供的套刻标记测量，测量过程具有更高的可靠性；通过量测多组第一对准标记m1与第二对准标记m2获取所述第一对准标记m1和所述第二对准标记m2之间的在第一方向上的对准偏差x12和在第二方向上的对准偏差y12，量测第一对准标记m1与第三对准标记m3获取所述第一对准标记m1和所述第三对准标记m3之间的在第一方向上的对准偏差x13和在第二方向上的对准偏差y13，再根据偏差x12，x13，y12，y13确定至少一个方向的综合偏差，使综合偏差的确定过程覆盖多个方向的多类偏差，具有更高的准确性。
54.在一个实施例中，所述综合偏差包括第一方向对应的第一综合偏差和第二方向的第二综合偏差；确定所述第一综合偏差方法包括：x＝wx12*x12+wx13*x13；确定所述第二综合偏差方法包括：y＝wy12*y12或者wy13*y13；式中，wx12表示对准偏差x12之权重，wx13表示对准偏差x13之权重，x表示第一综合偏差，wy12表示对准偏差y12之权重，wy13表示对准偏差y13之权重，y表示第二综合偏差。本实施例能够对各个方向的综合偏差进行准确计算。
55.可选地，所述wx12和所述wx13满足如下关系：0≤wx12+wx13≤1。这里确定的wx12和wx13具有更高的准确性。
56.可选地，所述wy12和所述wy13满足如下关系：0≤wy12+wy13≤1。这里确定的wy12和wy13具有更高的准确性。
57.可选地，若x12/x13大于4或者小于0.25，则wx12＝0或者wx13＝0；具体地，若x12/x13这一偏差比大于4，wx13＝0；若x12/x13这一偏差比小于0.25，wx12＝0。
58.可选地，若y12/y13大于4或者小于0.25，则wy12＝0或者wy13＝0。具体地，若y12/y13这一偏差比大于4，wy13＝0；若y12/y13这一偏差比小于0.25，wy12＝0。
59.可选地，所述对准偏差x12，所述对准偏差x13，所述对准偏差y12和所述对准偏差y13可以形成一组偏差，各组偏差中的各个对准偏差分别具有对应的权重。
60.可选地，所述各组偏差包括如下偏差：偏移量、旋转量、正交量、放大量、曝光区域内的光刻误差(intrafield residual error)或曝光区域之间的光刻误差(interfield residual error)。
61.在一个实施例中，所述第三对准标记与所述第一对准标记之间的距离用于测量所述第三材料层与所述第一材料层之间的对准偏差，所述第二对准标记与所述第一对准标记之间的距离用于测量所述第二材料层与所述第一材料层之间的对准偏差。
62.在一个实施例中，所述第三对准标记与所述第一对准标记之间的距离包括从第三对准标记中的一参照对象至该参照对象在第一对准标记中的对应参照对象之间的距离。
63.在一个实施例中，所述第二对准标记与所述第一对准标记之间的距离包括从第二对准标记中的一参照对象至该参照对象在第一对准标记中的对应参照对象之间的距离。
64.可选地，由所述参照对象所在对准标记的圆心、和所述第一对准标记的圆心确定的直线定义出所述参照对象的中心。
65.以上对准偏差的测量方法，采用上述任一实施例提供的套刻标记测量，具有上述
任一实施例提供的套刻标记的所有有益效果，在此不再赘述。此外该测量方法通过量测多组第一对准标记m1与第二对准标记m2获取所述第一对准标记m1和所述第二对准标记m2之间的在第一方向上的对准偏差x12和在第二方向上的对准偏差y12，量测第一对准标记m1与第三对准标记m3获取所述第一对准标记m1和所述第三对准标记m3之间的在第一方向上的对准偏差x13和在第二方向上的对准偏差y13，再根据偏差x12，x13，y12，y13确定至少一个方向的综合偏差，使综合偏差的确定过程覆盖多个方向的多类偏差，具有更高的准确性。
66.尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本技术，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本技术包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不一定等同。
67.即，以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。
68.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本技术可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
69.在本技术中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，本技术给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。