光刻机对位标记的制作方法及晶圆与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种光刻机对位标记的制作方法及晶圆。


背景技术：

2.光刻是半导体行业进行精密图形制作的关键工序，因制作图形结构是微米或亚微米级，且需要不同层次间图形套刻(overlay)。目前的晶圆半导体产品需要进行三次光刻，第一次光刻是制作两个对位标记：第一标记和第二标记，第二次光刻是用第三标记套刻第二标记，第三次光刻是用第四标记套刻第一标记，因为在第三次光刻和第一次光刻之间间隔了第二次光刻，使得第一次光刻时做的第一标记容易被氧化剂腐蚀使得解析度变差，使得信号变差不易识别，从而导致第三次光刻时的套刻精度较差，造成产品返工或者报废。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种光刻机对位标记的制作方法及晶圆，该光刻机对位标记的制作方法可以提高对位标记的套刻精度和成品率。
4.为此，第一方面，本技术实施例提供了一种光刻机对位标记的制作方法，包括：提供第一光刻板，所述第一光刻板上形成有第一图案和第二图案，通过所述第一图案和所述第二图案在晶圆的曝光区域分别形成第一对位标记和第二对位标记；提供第二光刻板，所述第二光刻板上形成有第三图案和第四图案，通过所述第四图案形成套刻所述第二对位标记的第四对位标记，通过所述第三图案覆盖所述第一对位标记；提供第三光刻板，所述第三光刻板上形成有第五图案，通过所述第五图案形成套刻所述第一对位标记的第三对位标记。
5.在一种可能的实现方式中，所述第一光刻板上的所述第一图案设置有尺寸相异的多个，通过多个所述第一图案在晶圆的曝光区域形成尺寸相异的多个所述第一对位标记，所述第一光刻板上的所述第二图案设置有尺寸相异的多个，通过多个所述第二图案在晶圆的曝光区域形成多个尺寸相异的所述第二对位标记；所述第二光刻板上的所述第三图案设置有尺寸相异的多个，通过多个所述第三图案分别覆盖多个所述第一对位标记，所述第二光刻板上的所述第四图案设置有尺寸相异的多个，通过多个第四图案在晶圆的曝光区域形成分别套刻多个所述第二对位标记的多个所述第四对位标记；所述第三光刻板上的所述第五图案设置有尺寸相异的多个，通过多个所述第五图案在晶圆的曝光区域形成分别套刻多个所述第一对位标记的多个所述第三对位标记。
6.在一种可能的实现方式中，通过第四图案在晶圆上形成套刻所述第二对位标记的第四对位标记之前，还包括：第一次扫描晶圆上多个第二对位标记的信号强度，选择信号强度满足第一阈值的第二对位标记完成套刻。
7.在一种可能的实现方式中，通过第五图案在晶圆上形成套刻所述第一对位标记的第三对位标记之前，还包括第二次扫描晶圆上多个第一对位标记的信号强度，选择信号强度满足第二阈值的第一对位标记完成套刻。
8.在一种可能的实现方式中，所述第一对位标记、第二对位标记、第三对位标记和第四对位标记中的一者或者多者位于晶圆的滑片道内。
9.在一种可能的实现方式中，所述第一对位标记、第二对位标记、第三对位标记和第四对位标记位于晶圆的图形区域。
10.在一种可能的实现方式中，所述在晶圆上分别形成第一对位标记和第二对位标记之前，还包括：提供基准光刻板，所述基准光刻板上形成有基准图案，在晶圆的对准区域形成基准标记，所述对准区域位于所述晶圆的所述曝光区域以外的区域。
11.在一种可能的实现方式中，所述第三光刻板上还形成有第六图案，所述第六图案用于套刻所述第二对位标记。
12.第二方面，本技术实施例提供了一种晶圆，采用如前所述的光刻机对位标记的制作方法进行对位及图案化处理制成。
13.在一种可能的实现方式中，所述晶圆的曝光区域上形成有第一对位标记和第二对位标记，所述第一对位标记和所述第二对位标记的数量分别为两组，两组所述第一对位标记和两组所述第二对位标记相对于所述曝光区域的中心线对称设置。
14.根据本技术实施例提供的光刻机对位标记制作方法及晶圆，通过第一光刻板上的第一图案和第二图案分别在晶圆上制作第一对位标记和第二对位标记，通过第二光刻板上的第四图案套刻第二对位标记并在晶圆上形成第四对位标记，第三光刻板覆盖第一对位标记，对第一对位标记进行保护，通过第三光刻板上的第五图案套刻第一对位标记，并在晶圆上形成第三对位标记，防止第一对位标记在器件制作过程中被药剂破坏而影响对位标记的形貌，从而保证套刻的精度，提高成品率。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。
16.图1示出本技术实施例提供的一种光刻机对位标记制作方法的流程框图；
17.图2示出本技术实施例提供的第一光刻板的结构示意图；
18.图3示出本技术实施例提供的第二光刻板的结构示意图；
19.图4示出本技术实施例提供的第三光刻板的结构示意图；
20.图5示出本技术实施例提供的晶圆进行第一层光刻时的结构示意图；
21.图6示出本技术实施例提供的晶圆进行第二层光刻时的结构示意图；
22.图7示出本技术实施例提供的晶圆进行第三层光刻时的结构示意图；
23.图8示出本技术实施例提供的三次对位标记在晶圆上的剖面结构示意图；
24.图9示出本技术实施例提供的另一种第一光刻板的结构示意图；
25.图10示出本技术实施例提供的另一种第二光刻板的结构示意图；
26.图11示出本技术实施例提供的另一种第三光刻板的结构示意图。
27.附图标记说明：
28.1、第一光刻板；11、第一图案；12、第二图案；
29.2、第二光刻板；21、第三图案；22、第四图案；
30.3、第三光刻板；31、第五图案；32、第六图案；
31.4、晶圆；41、第一对位标记；42、第二对位标记；43、第三对位标记；44、第四对位标记。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
33.如图1和8所示，本技术实施例提供一种光刻机对位标记的制作方法，包括：
34.s1、提供第一光刻板1，第一光刻板1上形成有第一图案11和第二图案12，通过第一图案11和第二图案12在晶圆4的曝光区域分别形成第一对位标记41和第二对位标记42；
35.s2、提供第二光刻板2，第二光刻板2上形成有第三图案21和第四图案22，通过第四图案22形成套刻第二对位标记42的第四对位标记44，通过第三图案21覆盖第一对位标记41；
36.s3、提供第三光刻板3，第三光刻板3上形成有第五图案31，通过第五图案31形成套刻第一对位标记41的第三对位标记43。
37.本技术实施例中，通过第一光刻板1上的第一图案11和第二图案12分别在晶圆4上制作第一对位标记41和第二对位标记42，通过第二光刻板2上的第四图案22套刻第二对位标记42并在晶圆4上形成第四对位标记44，第三光刻板3覆盖第一对位标记41，对第一对位标记41进行保护，通过第三光刻板3上的第五图案31套刻第一对位标记41，并在晶圆4上形成第三对位标记43，防止第一对位标记41在器件制作过程中被药剂破坏而影响对位标记的形貌，从而实现保证套刻的精度，提高成品率。
38.具体的，晶圆4为切片后的单晶硅，会在晶圆的表面形成氧化层(二氧化硅)，在进行光刻时，通过将光刻版上的图案转印到晶圆4上，再通过腐蚀的方式去除晶圆表面的氧化层，晶圆裸露部分的氧化层会在腐蚀中去除，而被光刻胶覆盖的氧化层受到保护，得以保留下来。
39.如图2所示，本技术实施例中，第一图案11的形状为十字形孔，十字形孔的长度为200μm，宽度为200μm，缝隙宽度为4μm。第二图案12的形状为十字形孔，十字形孔的长度为200μm，宽度为200μm，缝隙宽度为4μm。
40.本技术中，第一光刻板1上的第一图案11和第二图案12分别在晶圆4上形成第一对位标记41和第二对位标记42，形成的第一对位标记41和第二对位标记42均为200μm*200μm，线条宽度为4μm的十字形标记。
41.在其他的实施例中，第一图案11和第二图案12还可以采用其他尺寸的其他形状，以在晶圆4上形成其他尺寸和形状的第一对位标记41和第二对位标记42，具体可以根据实际需求进行设置。
42.具体的，本技术中第一对位标记41和第二对位标记42分别设置有两个，两个第一
对位标记41分别位于晶圆4的左上角和右上角，两个第二对位标记42分别位于晶圆4的左上角和右上角。
43.如图3所示，本技术实施例中，第三图案21的形状为矩形，矩形的长度为200μm，宽度为200μm；第四图案22的形状为十字形孔，十字形孔的长度为200μm，宽度为200μm，缝隙宽度为6μm。
44.本技术中，第二光刻板2上的第三图案21采用200μm*200μm的矩形结构，可以将晶圆4上的第一对位标记41完全覆盖，避免第二层光刻时对第一对位标记41造成腐蚀，第四图案22采用200μm*200μm，间距宽度为6μm的十字形结构，在晶圆4上形成4个矩阵排列的方块，四个方块刚好位于第二对位标记42的四个象限中，从而完成对第二对位标记42的套刻，形成第二层光刻时的第四对位标记44。
45.具体的，第三图案21和第四图案22分别设置有两个，两个第三图案21分别覆盖两个第一对位标记41，两个第四图案22分别套刻两个第二对位标记42，并在晶圆4上分别形成两个第四对位标记44，在第二层光刻作业时，通过两个第四对位标记44完成晶圆和第二光刻板2的精细对准。
46.在其他的实施例中，第三图案21和第四图案还可以采用其他尺寸的其他形状，以在晶圆4上形成其他尺寸和形状的第四对位标记44，具体可以根据实际需求进行设置。
47.如图4所示，本技术实施例中，第五图案31的形状为十字形孔，十字形孔的长度为200μm，宽度为200μm，缝隙宽度为6μm。第六图案32的形状为十字形孔，十字形孔的长度为200μm，宽度为200μm，缝隙宽度为6μm。
48.本技术中，第五图案31采用200μm*200μm，间距宽度为6μm的十字形结构，在晶圆4上形成4个矩阵排列的方块，四个方块刚好位于第一对位标记41的四个象限中，从而完成对第一对位标记41的套刻，形成第三层光刻时的第三对位标记43。
49.在其他的实施例中，第五图案31和第六图案32还可以采用其他尺寸的其他形状，以在晶圆4上形成其他尺寸和形状的第三对位标记43，具体可以根据实际需求进行设置。
50.本技术实施例中，第一光刻板1上的第一图案11设置有尺寸相异的多个，通过多个第一图案11在晶圆4的曝光区域形成尺寸相异的多个第一对位标记41，第一光刻板1上的第二图案12设置有尺寸相异的多个，通过多个第二图案12在晶圆4的曝光区域形成尺寸相异的多个第二对位标记42。
51.第二光刻板2上的第三图案21设置有尺寸相异的多个，通过多个第三图案21分别覆盖多个第一对位标记41，第二光刻板2上的第四图案22设置有尺寸相异的多个，通过多个第四图案22在晶圆4的曝光区域形成分别套刻多个第二对位标记42的多个第四对位标记44。
52.第三光刻板3上的第五图案31设置有尺寸相异的多个，通过多个第五图案31在晶圆4的曝光区域形成分别套刻多个第一对位标记41的多个第三对位标记43。
53.如图9所示，具体的，第一图案11有两个，其中一个第一图案11为200μm*200μm，线条宽度为4μm的十字形结构，另外一个第一图案11为150μm*150μm，线条宽度为3μm的十字形结构。
54.第二图案12有两个，其中一个第二图案12为200μm*200μm，线条宽度为4μm的十字形结构，另外一个第二图案12为150μm*150μm，线条宽度为3μm的十字形结构。
55.如图10所示，第三图案21设置有两个，两个第三图案21分别为200μm*200μm的方形和150μm*150μm的方形，两个第三图案21分别覆盖两个第一对位标记41。
56.第四图案22设置有两个，其中一个第四图案22为200μm*200μm，间距宽度为6μm的十字形结构，用于套刻200μm*200μm，线条宽度为4μm的第二对位标记42，另外一个第四图案22为150μm*150μm，间距宽度为4μm的十字形结构，用于套刻150μm*150μm，线条宽度为3μm的第二对位标记42。
57.如图11所示，第五图案31设置有两个，其中一个第五图案31为200μm*200μm，间距宽度为6μm的十字形结构，用于套刻200μm*200μm，线条宽度为4μm的第一对位标记41，另外一个第五图案31为150μm*150μm，间距宽度为4μm的十字形结构，用于套刻150μm*150μm，线条宽度为3μm的第一对位标记41。
58.通过多组尺寸不同的对位标记，优选采用尺寸小的对位标记进行套刻，保证精度，在尺寸较小的对位标记在刻蚀中破坏掉的话，还可以采用较大尺寸的对位标记进行套刻，保证对比标记作业的顺利进行。
59.本技术实施例中，用第四图案22在晶圆4上形成套刻第二对位标记42的第四对位标记44之前，还包括：
60.第一次扫描晶圆4上多个第二对位标记42的信号强度，选择信号强度满足第一阈值的第二对位标记42完成套刻。
61.具体的，通过对多个第二对位标记42进行扫描，筛选出信号最强的第二对位标记42输入机台存储，选择与信号最强的第二对位标记42匹配的第四图案22进行套刻。所述信号最强为信号强度满足第一阈值的第二对位标记42。
62.本技术实施例中，用第五图案31在晶圆4上形成套刻第一对位标记41的第三对位标记43之前，还包括：
63.第二次扫描晶圆4上多个第一对位标记41的信号强度，选择信号强度满足第二阈值的第一对位标记41完成套刻。
64.具体的，通过对多个第一对位标记41进行扫描，筛选出信号最强的第一对位标记41输入机台存储，选择与信号最强的第一对位标记41匹配的第五图案31进行套刻。所述信号最强为信号强度满足第二阈值的第一对位标记41。
65.本技术一个实施例中，第一对位标记41、第二对位标记42、第三对位标记43和第四对位标记44中的一者或者多者位于晶圆4的滑片道内。
66.本技术中，通过将第一对位标记41、第二对位标记42、第三对位标记43和第四对位标记44设置在滑片道中，不会占用产品的区域，最大化的利用管芯。
67.本技术另一个实施例中，第一对位标记41、第二对位标记42、第三对位标记43和第四对位标记44位于晶圆4的图形区域。
68.本技术中，通过将第一对位标记41、第二对位标记42、第三对位标记43和第四对位标记44设置在滑片道中，减少对产品区域的占用，提高管芯产出率。
69.本技术实施例中，在晶圆4上分别形成第一对位标记41和第二对位标记42之前，还包括：
70.提供基准光刻板，基准光刻板上形成有基准图案，在晶圆4的对准区域形成基准标记，对准区域位于晶圆4的曝光区域以外的区域。
71.本技术中，基准标记用于光刻机对准系统的粗略对准，基准标记的尺寸要比第一对位标记41、第二对位标记42、第三对位标记43和第四对位标记44的尺寸大。
72.进一步的，基准标记采用4mm*4mm的十字形结构。
73.在其他实施例中，基准标记还可以采用其他尺寸的其他图形，具体可以根据实际需求进行设置。
74.本技术实施例中，第三光刻板3上还形成有第六图案32，第六图案32可套刻第二对位标记42。
75.本技术中，在进行光刻之前，需要对第一光刻板1、第二光刻板2和第三光刻板3的精度进行检测，其中可以通过第三光刻板3上的第五图案31是否可以套刻第一对位标记41，第六图案32是否可以套刻第二对位标记42检测光刻板的精度。
76.本技术中，在s1之前还有晶圆4的清洗、干燥和光刻胶涂布作业，在晶圆4上涂布上第一层光刻胶，在涂布第一层光刻胶之前，在可以首先涂布增粘剂，用来保证第一层光刻胶的附着效果。
77.具体的，本技术中应用到的光刻胶为正胶，即曝光区域发生化学反应，非曝光区域的图形会保留下来，所以第一层光刻在晶圆上留下凸起的第一对位标记41和第二对位标记42。
78.s1之后，对晶圆4进行湿法腐蚀或者干法腐蚀，没有第一层光刻胶覆盖的氧化层受到腐蚀，有第一层光刻胶保护的氧化层保留下来，形成第一层光刻图案，之后将第一层光刻胶清理掉，清理光刻胶可以采用有机溶剂清洗。
79.s2之前，在清理掉第一层光刻胶后，由于第一对位标记41和第二对位标记42处的氧化层保留下来，所以在涂布上第二层光刻胶后，会在第二层光刻胶的第一对位标记41和第二对位标记42处形成凸起，根据凸起进行对准，完成第四图案22对第二对位标记42的套刻以及第三图案21对第一对位标记41的覆盖。
80.根据在第二层光刻胶上形成第四对位标记44进行精细对准，然后进行湿法腐蚀或者干法腐蚀，得到第二层光刻图案，之后清理掉第二层光刻胶。
81.由于第三图案21将第一对位标记41覆盖，所以可以将第一对位标记41完好保留，避免第一对位标记41在腐蚀过程中图形失真的情况。
82.s3之前，首先晶圆4上蒸镀一层金属层，在金属层上会留下第一对位标记41的凸起，第三光刻板3上的第五图案31套刻在第一对位标记41上，从而在金属层上形成第三对位标记43，作为第三层光刻的精细对位标记。
83.本技术实施例提供了一种光刻机，包括：第一光刻板1、第二光刻板2、第三光刻板3、对准校正系统和曝光系统。
84.第一光刻板1上形成有第一图案11和第二图案12，第一图案11和第二图案12分别用于在晶圆4上形成第一对位标记41和第二对位标记42。
85.第二光刻板2上形成有用于覆盖第一对位标记41的第三图案21以及用于套刻第二对位标记42的第四图案22。
86.第三光刻板3上形成有用于套刻第一对位标记41的第五图案31以及用于对准第二对位标记42的第六图案32。
87.对准校正系统，根据第一光刻板1、第二光刻板2或者第三光刻板3进行对准校正。
88.曝光系统使用第一光刻板1、第二光刻板2或者第三光刻板3进行曝光。
89.本技术中，对准校正系统用于对第一光刻板1、第二光刻板2或者第三光刻板3进行校正，曝光系统用于透过第一光刻板1、第二光刻板2或者第三光刻板3对晶圆4进行曝光。
90.在进行第一层光刻时，将第一光刻板1安装到光刻机上，过第一光刻板1上的第一图案11和第二图案12分别在晶圆4上形成第一对位标记41和第二对位标记42。其中，第一对位标记41有两个，分别位于晶圆4的左上角和右上角，第二对位标记42有两个，分别位于晶圆4的左上角和右上角。
91.在进行第二层光刻时，将第二光刻板2安装到光刻机上，通过第二光刻板2上的第三图案21覆盖住第一对位标记41，第四图案22套刻第二对位标记42，并在晶圆4上形成第四对位标记44，通过第四对位标记44作为第二层光刻时的精细对位标记。其中，第四对位标记44有两个，两个第四对位标记44分别位于晶圆4的左上角和右上角。
92.在进行第三层光刻时，将第三光刻板3安装到光刻机上，通过第三光刻板3上的第五图案31套刻第一对位标记41，并在晶圆4上形成第三对位标记43，通过第三对位标记43作为第三层光刻时的精细对位标记。
93.本技术实施例中，还包括基准光刻板，基准光刻板上形成有基准图案。
94.本技术中，基准光刻板作为粗略对准，在进行第一层光刻之前，首先加工基准光刻板安装到光刻机上，通过光刻机上的基准图案在晶圆4上形成基准标记，作为粗略标记。
95.本技术实施例提供了一种晶圆，采用如前光刻机对位标记的制作方法进行对位并进行图案处理制成。
96.如图5所示，本技术中，通过第一光刻板1在晶圆上首先刻出两个第一对位标记41和两个第二对位标记42，两个第一对位标记41分别位于晶圆4的左上方和右上方。
97.如图6所示，之后进行晶圆腐蚀以及清理作业，涂布第二层光刻胶，通过第二光刻板2在晶圆半导体产品上刻出两个第四对位标记44，两个第四对位标记44分别位于晶圆4的左上角和右上角，并且两个第四对位标记44左右对称设置，通过两个第四对位标记44作为第二层光刻时的精细对位标记。
98.如图7所示，之后进行晶圆的腐蚀和清理作业，蒸镀金属层，通过第三光刻板3在晶圆半导体产品上刻出两个第三对位标记43，两个第三对位标记43分别位于晶圆4的左上角和右上角，且左右对称设置，通过两个第三对位标记43作为第三层光刻时的精细对位标记。
99.本技术实施例中，根据第四对位标记44进行第一次图案化处理，根据第三对位标记43进行第二次图案化处理。
100.晶圆4上的第二对位标记42的作用就是作为第四图案22的套刻基础，以便完成第二层光刻时的对位标记，晶圆4上的第一对位标记41的作用就是作为第五图案31的套刻基础，以便完成第三层光刻时的对位标记。
101.该光刻机对位标记的制作方法，通过第一光刻板1上的第一图案11和第二图案12分别在晶圆4上制作第一对位标记41和第二对位标记42，通过第二光刻板2上的第四图案22套刻第二对位标记42并在晶圆4上形成第四对位标记44，第三光刻板3覆盖第一对位标记41，对第一对位标记41进行保护，通过第三光刻板3上的第五图案31套刻第一对位标记41，并在晶圆4上形成第三对位标记43，防止第一对位标记41在器件制作过程中被药剂破坏而影响对位标记的形貌，从而实现保证套刻的精度，提高成品率。
102.应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
103.应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在
……
上”、“在
……
以上”和“在
……
之上”，以使得“在
……
上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在
……
以上”或者“在
……
之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
104.此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。
105.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
106.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。