專利名稱：一種光刻技術(shù)中實現(xiàn)對準偏差測量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體屬于半導體器件制造中的光刻技術(shù)領(lǐng)域中 的一種光刻技術(shù)中實現(xiàn)對準偏差測量的裝置和方法。
背景技術(shù)：
半導體器件制造過程，包含幾次、十幾次甚至幾十次光刻(行業(yè)內(nèi)，習慣將“ 一次” 光刻稱之為“一層”)，層與層之間的對準精度非常重要。游標尺是檢測層與層之間的對準 精度(對準偏差)的一種工具。如圖1所示，傳統(tǒng)游標尺的設(shè)計方法一寬一窄兩組尺齒分別設(shè)計在兩層光刻版 圖形中，互相重疊、成對排列形成如圖2所示的游標尺，每一對尺齒都是所述窄尺齒位于寬 尺齒的正中。然后將左邊第1對尺齒中的窄的齒輪相對于原點向左移動1個“分辨單位”(此“分
辨單位”即游標尺的分辨率)，左邊第2對尺齒中窄的齒輪向左移動2個分辨單位，......依
此類推；另外，將右邊第1對尺齒中的窄的齒輪向右移動1個分辨單位，右邊第2對尺齒中
的窄的齒輪向右移動2個分辨單位，......依此類推；即形成一副游標尺(如圖3所示)，
可以測量正反兩個方向的對準偏差，正、反兩個方向的量程分別等于左、右方向的尺齒的對 數(shù)乘以分辨率。傳統(tǒng)游標尺的讀數(shù)方法具體為在游標尺中，始終只會有一對尺齒的寬、窄兩個齒 輪是左右對稱的，當?shù)?對尺齒(即原點尺齒)的寬、窄齒輪左右對稱，則讀數(shù)為0(表示兩 層光刻之間的對準偏差為0)，當右邊第1對尺齒的寬、窄齒輪左右對稱，則讀數(shù)為正1個分
辨單位(表示兩層光刻之間的對準偏差為“向正方向偏離了 1個分辨單位”)，......依此類推。如圖4、5和6所示，現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)讀數(shù)方法，具體如下在圖4游標中，當兩層圖形之間發(fā)生對準誤差，原點左邊的第6對尺齒的寬、窄齒 輪是左右對稱的，讀數(shù)值也就是負6個分辨單位(分辨單位即等于分辨率)，假如游標尺的 分辨單位/分辨率設(shè)計為0. 05微米，那么讀數(shù)值等于負0. 3微米(-6*0. 05微米=-0. 3微 米)；在圖5游標中，在原點右邊第四對尺齒窄尺齒在寬尺齒的正中，所以該游標尺的 對準誤差為+4*0. 05 = +0. 2微米(+0. 2微米)如圖6所示，分辨率為0. 04微米的游標尺，原點右邊的第3、第4和第5對尺齒看 上去差異很小，難以分辨出那一對尺齒的窄尺齒在寬尺齒的正中央，所以給讀數(shù)帶來了很 大的困難；可見，傳統(tǒng)游標尺的局限性在于其測量精度和最小分辨率是有限的因為當分辨 率設(shè)計得太小(小于0. 03微米)，相鄰近的幾對尺齒的差異太小，游標尺的讀數(shù)工作非常困 難(即很難識別出其中哪一對尺齒的寬、窄齒輪是左右對稱的)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光刻技術(shù)中實現(xiàn)對準偏差測量的裝置和方法，用于克服現(xiàn)有技術(shù) 中光刻游標尺讀數(shù)困難的問題。一種光刻游標尺的生成方法，包括在第一層光刻板圖形中設(shè)置多條游標尺的短尺齒，并且所述短尺齒等間距排列；在第二層光刻板圖形中設(shè)置多條游標尺的長尺齒，并且所述長尺齒等間距排列；第一層光刻板圖形與第二層光刻板圖形重疊時，長尺齒與短尺齒交錯排列，短尺 齒的寬度等于相鄰兩個長尺齒的間距；以長尺齒正中的一條尺齒為原點，該原點正負兩端的長尺齒以所述原點為中心分 別向兩端移動對應距離，長尺齒與短尺齒組合形成一幅游標尺，其中，所述對應距離等于待 移動的長尺齒所在坐標的絕對值乘上預設(shè)分辨率的二倍。所述長短尺齒組合形成一幅游標尺之前，縮小所述長尺齒或短尺齒的寬度。一種對準偏差測量的方法，包括將第一層光刻板圖形與第二層光刻板圖形重疊，第一層光刻板圖形中設(shè)置有多條 等間距排列的游標尺的短尺齒，與第一層光刻板圖形的相同位置所述第二層光刻板圖形中 設(shè)置有多條游標尺的長尺齒，該長尺齒與所述短尺齒交錯排列，并且以長尺齒正中的一條 尺齒為原點，該原點正負兩端的長尺齒與該原點間隔的距離分別為長尺齒所在坐標的絕對 值乘上游標尺的分辨率的二倍所得乘積加上長尺齒距離原點的原始距離，長尺齒與短尺齒 組合形成一幅游標尺，其中，所述原始距離為所述長尺齒與原點之間所有長尺齒和短尺齒 的寬度值之和；以所述原點為中心讀出正向第一個長尺齒與短尺齒圖形不相連的尺齒的刻度數(shù)， 記為正刻度；讀出負向第一個長尺齒與短尺齒圖形不相連的尺齒的刻度數(shù)，記為負刻度；將所述正刻度加上負刻度并乘上預設(shè)分辨率得到該次對準偏差的讀數(shù)值。一種光刻游標尺，包括多條游標尺的短尺齒設(shè)置在第一層光刻板圖形中，并且各短尺齒等間距排列；多條游標尺的長尺齒設(shè)置在第二層光刻板圖形中，該長尺齒與所述短尺齒交錯排 列，并且以長尺齒正中的一條尺齒為原點，該原點正負兩端的長尺齒與該原點間隔的距離 分別為長尺齒所在坐標的絕對值乘上游標尺的分辨率的二倍所得乘積加上長尺齒距離原 點的原始距離，長尺齒與短尺齒組合形成一幅游標尺，其中，所述原始距離為所述長尺齒與 原點之間所有長尺齒和短尺齒的寬度值之和。所述長尺齒的寬度小于兩個短尺齒之間的間距。應用所述的光刻游標尺進行對準偏差測量的方法，包括在兩層重疊的光刻板圖形中，以所述原點為中心讀出正向第一個長尺齒與短尺齒 圖形不相連的尺齒的刻度數(shù)，記為正刻度；讀出負向第一個長尺齒與短尺齒圖形不相連的 尺齒的刻度數(shù)，記為負刻度；將所述正刻度加上負刻度并乘上預設(shè)分辨率得到該次對準偏差的讀數(shù)值。應用本發(fā)明提供的裝置和方法，能夠更為精確簡便的讀出光刻板之間的對準偏差。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中兩層光刻板圖形中分別設(shè)置的寬窄尺齒的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中兩層光刻板圖形重疊時，寬窄尺齒的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中光刻游標尺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4、5和6為應用現(xiàn)有技術(shù)中光刻游標尺進行對準偏差測量時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實施例一種光刻游標尺的生成方法的流程圖；圖8為本發(fā)明實施例中第一層光刻板圖形中設(shè)置多條游標尺的短尺齒的示意圖；圖9為本發(fā)明實施例中第二層光刻板圖形中設(shè)置多條游標尺的長尺齒的示意圖；圖10為本發(fā)明實施例兩層光刻板圖形重疊時，長短尺齒組合形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明實施例生成的光刻游標尺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本發(fā)明實施例光刻游標尺長尺齒縮放后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為本發(fā)明實施例光刻游標尺結(jié)構(gòu)示意圖；圖14為本發(fā)明實施例中一種光刻技術(shù)中實現(xiàn)對準偏差測量的方法的流程圖；圖15和16為應用本發(fā)明實施例提供的光刻游標尺進行對準偏差測量時的示意 圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供一種光刻游標尺的生成方法，該方法包括在第一層光刻板圖 形中設(shè)置多條游標尺的短尺齒，并且所述短尺齒等間距排列；在第二層光刻板圖形中設(shè)置 多條游標尺的長尺齒，并且所述長尺齒等間距排列；第一層光刻板圖形與第二層光刻板圖 形重疊時，長尺齒與短尺齒交錯排列，短尺齒的寬度等于相鄰兩個長尺齒的間距；以長尺齒 正中的一條尺齒為原點，該原點正負兩端的長尺齒以所述原點為中心分別向兩端移動對應 距離，長尺齒與短尺齒組合形成一幅游標尺，其中，所述對應距離等于待移動的長尺齒所在 坐標的絕對值乘上預設(shè)分辨率的二倍。下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。如圖7所示，一種光刻游標尺的生成方法，該方法具體包括步驟701，在第一層光刻板圖形中設(shè)置多條游標尺的短尺齒，并且所述短尺齒等間 距排列(如圖8所示)；步驟702，在第二層光刻板圖形中設(shè)置多條游標尺的長尺齒，并且所述長尺齒等間 距排列(如圖9所示)，當?shù)谝粚庸饪贪鍒D形與第二層光刻板圖形重疊時，長尺齒與短尺齒 交錯排列，短尺齒的寬度等于相鄰兩個長尺齒的間距(如圖10所示)；步驟703，以長尺齒正中的一條尺齒為原點，以長尺齒正中的一條尺齒為原點，該 原點正負兩端的長尺齒以所述原點為中心分別向兩端移動對應距離，長尺齒與短尺齒組合 形成一幅游標尺，其中，所述對應距離等于待移動的長尺齒所在坐標的絕對值乘上預設(shè)分 辨率的二倍其中，生成的光刻游標尺的最小分辨率可以達到0. 005微米。具體實現(xiàn)可以是將右邊第1個長齒輪向左移動1個“分辨單位”(游標尺的分辨
率等于此“分辨單位”乘以1/ ，右邊第2個長齒輪向左移動2個分辨單位，......依此類
推；將左邊第1個長齒輪向右移動1個分辨單位，左邊第2個長齒輪向右移動2個分辨單位，......依此類推；為了更便于讀數(shù)，所述長尺齒與短尺齒組合形成一幅游標尺之前，考慮到光刻時 的衍射機理，即曝光時衍射光線會將光刻板上相鄰很近的兩個圖形在曝光后發(fā)生相連(在 亞微米半導體工藝中，0. 1微米間距的兩個圖形在曝光后會發(fā)生相連)，可以縮小所述長尺 齒或短尺齒的寬度。(縮放后的效果圖如圖12所示)。如圖7所述的方法，生成如圖13所示的光刻游標尺，生成的光刻游標尺的具體結(jié) 構(gòu)為第一層光刻板圖形中設(shè)置有多條游標尺的短尺齒1301，并且所述短尺齒等間距排 列；多條游標尺的長尺齒1302設(shè)置在第二層光刻板圖形中，該長尺齒與所述短尺齒 交錯排列，并且以長尺齒正中的一條尺齒為原點，該原點正負兩端的長尺齒與該原點間隔 的距離分別為長尺齒所在坐標的絕對值乘上游標尺的分辨率的二倍所得乘積加上長尺齒 距離原點的原始距離，長尺齒與短尺齒組合形成一幅游標尺，其中，所述原始距離為所述長 尺齒與原點之間所有長尺齒和短尺齒的寬度值之和。如圖14所示，本實施還提供一種應用圖13所示的光刻游標尺，實現(xiàn)對準偏差測量 的方法，應用上述方法生成的光刻游標尺對兩層光刻板圖形進行對準偏差測量時，如果兩 層光刻板圖形存在對準偏差，則在游標尺中，會出現(xiàn)長尺齒與短尺齒的圖形相連，并且相連 的長尺齒和短尺齒連續(xù)分布，該方法具體包括；步驟1401，以原點為中心讀出正向第一個長尺齒與短尺齒圖形不相連的尺齒的刻 度數(shù)，記為正刻度；步驟1402，以原點為中心讀出負向第一個長尺齒與短尺齒圖形不相連的尺齒的刻 度數(shù)，記為負刻度；步驟1403，將所述正刻度加上負刻度并乘上分辨率，得到該次對準偏差的讀數(shù)值。如圖15和16所示，光刻技術(shù)中實現(xiàn)對準偏差測量的方法具體包括如圖15所示，左邊第2對至右邊第2對的長短齒輪發(fā)生連續(xù)分布的圖形相連，則 對準偏差的讀數(shù)值為坐標之和，即-2與+2之和乘以分辨率，等于0 ；如圖16所示，設(shè)定游標尺的分辨率為0. 05微米，因為在原點左邊第6對尺齒的位 置，長尺齒與短尺齒不再出現(xiàn)連續(xù)圖形相連的情況，則游標讀數(shù)值為(_6+0)*0.05 = -0.3 微米，第一層光刻板圖形與第二層光刻板圖形的對準偏差為-0. 3微米。應用本發(fā)明提供的這種新型的光刻游標尺，可根據(jù)用戶的需要設(shè)計游標尺的分辨 率，游標尺的讀數(shù)方法不再是難以操作的“識別游標尺中的各尺齒的寬、窄齒輪是否左右對 稱”方法，而是通過更簡單的人為識別和數(shù)學計算過程，得出最終的游標尺的讀數(shù)，這種讀 數(shù)方法使得游標尺有更高的測量精度(對人為識別能力的依賴程度更小)，而且能夠設(shè)計 更精細的分辨率。本發(fā)明所述的方法并不限于具體實施方式
中所述的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)方案得出其它的實施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。顯然，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本 發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包 含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光刻游標尺的生成方法，其特征在于，包括在第一層光刻板圖形中設(shè)置多條游標尺的短尺齒，并且所述短尺齒等間距排列；在第二層光刻板圖形中設(shè)置多條游標尺的長尺齒，并且所述長尺齒等間距排列；第一層光刻板圖形與第二層光刻板圖形重疊時，長尺齒與短尺齒交錯排列，短尺齒的 寬度等于相鄰兩個長尺齒的間距；以長尺齒正中的一條尺齒為原點，該原點正負兩端的長尺齒以所述原點為中心分別向 兩端移動對應距離，長尺齒與短尺齒組合形成一幅游標尺，其中，所述對應距離等于待移動 的長尺齒所在坐標的絕對值乘上預設(shè)分辨率的二倍。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述長短尺齒組合形成一幅游標尺之前，縮 小所述長尺齒或短尺齒的寬度。
3.—種對準偏差測量的方法，其特征在于，包括將第一層光刻板圖形與第二層光刻板圖形重疊，第一層光刻板圖形中設(shè)置有多條等間 距排列的游標尺的短尺齒，與第一層光刻板圖形的相同位置所述第二層光刻板圖形中設(shè)置 有多條游標尺的長尺齒，該長尺齒與所述短尺齒交錯排列，并且以長尺齒正中的一條尺齒 為原點，該原點正負兩端的長尺齒與該原點間隔的距離分別為長尺齒所在坐標的絕對值乘 上游標尺的分辨率的二倍所得乘積加上長尺齒距離原點的原始距離，長尺齒與短尺齒組合 形成一幅游標尺，其中，所述原始距離為所述長尺齒與原點之間所有長尺齒和短尺齒的寬 度值之和；以所述原點為中心讀出正向第一個長尺齒與短尺齒圖形不相連的尺齒的刻度數(shù)，記為 正刻度；讀出負向第一個長尺齒與短尺齒圖形不相連的尺齒的刻度數(shù)，記為負刻度；將所述正刻度加上負刻度并乘上預設(shè)分辨率得到該次對準偏差的讀數(shù)值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述分辨率的最小取值0.005微米。
5.一種光刻游標尺，其特征在于，包括多條游標尺的短尺齒設(shè)置在第一層光刻板圖形中，并且各短尺齒等間距排列；多條游標尺的長尺齒設(shè)置在第二層光刻板圖形中，該長尺齒與所述短尺齒交錯排列， 并且以長尺齒正中的一條尺齒為原點，該原點正負兩端的長尺齒與該原點間隔的距離分別 為長尺齒所在坐標的絕對值乘上游標尺的分辨率的二倍所得乘積加上長尺齒距離原點的 原始距離，長尺齒與短尺齒組合形成一幅游標尺，其中，所述原始距離為所述長尺齒與原點 之間所有長尺齒和短尺齒的寬度值之和。
6.如權(quán)利要求5所述的光刻游標尺，其特征在于，所述長尺齒的寬度小于兩個短尺齒 之間的間距。
7.如權(quán)利要求5所述的光刻游標尺，其特征在于，所述分辨率的取值為0.005微米。
8.應用權(quán)利要求5 7所述的光刻游標尺進行對準偏差測量的方法，其特征在于，包括在兩層重疊的光刻板圖形中，以所述原點為中心讀出正向第一個長尺齒與短尺齒圖形 不相連的尺齒的刻度數(shù)，記為正刻度；讀出負向第一個長尺齒與短尺齒圖形不相連的尺齒 的刻度數(shù)，記為負刻度；將所述正刻度加上負刻度并乘上預設(shè)分辨率得到該次對準偏差的讀數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光刻技術(shù)中實現(xiàn)對準偏差測量的方法和光刻游標尺，該方法和裝置應用于光刻技術(shù)領(lǐng)域。光刻游標尺包括多條游標尺的短尺齒設(shè)置在第一層光刻板圖形中，并且各短尺齒等間距排列；多條游標尺的長尺齒設(shè)置在第二層光刻板圖形中，該長尺齒與所述短尺齒交錯排列，并且以長尺齒正中的一條尺齒為原點，該原點正負兩端的長尺齒與該原點間隔的距離分別為長尺齒所在坐標的絕對值乘上游標尺的分辨率的二倍所得乘積加上長尺齒距離原點的原始距離，長尺齒與短尺齒組合形成一幅游標尺，其中，所述原始距離為所述長尺齒與原點之間所有長尺齒和短尺齒的寬度值之和。應用本發(fā)明實施例提供的方法和裝置能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中光刻游標尺讀數(shù)困難的問題。
文檔編號G01B3/18GK102109755SQ20091024321
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者張立榮, 潘光燃, 馬萬里 申請人:北大方正集團有限公司, 深圳方正微電子有限公司