对准标记、对准标记的检测方法和对准标记检测装置

摘要

本发明提供了一种对准标记、对准标记的检测方法和对准标记检测装置，其中，所述对准标记的检测方法包括：提供晶圆，所述晶圆上具有第一标记图形和第二标记图形，其中，所述第一标记图形包括沿第一方向平行分布的多个条状图形，所述第二标记图形包括沿第二方向平行分布的多个条状图形，所述第二方向垂直于所述第一方向；检测所述第一标记图形和所述第二标记图形，分别获得与所述第一标记图形和所述第二标记图形对应的第一电学信号和第二电学信号；根据所述第一电学信号和所述第二电学信号获得所述第一标记图形和所述第二标记图形的位置信息。本发明对准标记的检测方法的效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种对准标记、对准标记的检测 方法和对准标记检测装置。

背景技术

集成电路是由许多形成在半导体衬底上的电路元件以及多层堆叠在衬底 上方的介电层与金属互连线所构成。随着集成电路设计线宽的缩小以及集成 度的不断提高，在对晶圆进行曝光步骤时，晶圆对准精确度（alignment  accuracy）就显得相当重要。

现有的半导体的制作过程中，在晶圆上制作半导体器件之前，需对晶圆 进行布局设计，将晶圆划分为若干单元区（Die）和位于单元区之间的切割槽 （Scribe line）。所述单元区用于后续形成半导体器件，切割槽用于在半导体器 件制作完成时，作为封装阶段单元区分割时的切割线。在设计用于划分晶圆 表面的单元区和切割槽的光刻版图时，通常将光刻对准标记（alignment  mark）和套刻测量标记（overlay mark）等光刻工艺中所需要用到的标记图形 形成在切割道。

在利用对准标记进行晶圆对准的过程中，需要对对准标记进行检测，但 是现有技术在检测对准标记的过程中存在着各种误差，导致现有技术的对准 标记检测方法效率低。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术对准标记检测方法效率低。

为解决上述问题，本发明提供了一种对准标记检测方法，所述对准标记 检测方法包括：提供晶圆，所述晶圆上具有第一标记图形和第二标记图形， 其中，所述第一标记图形包括沿第一方向平行分布的多个条状图形，所述第 二标记图形包括沿第二方向平行分布的多个条状图形，所述第二方向垂直于 所述第一方向；检测所述第一标记图形和所述第二标记图形，分别获得与所 述第一标记图形和所述第二标记图形对应的第一电学信号和第二电学信号； 根据所述第一电学信号和所述第二电学信号获得所述第一标记图形和所述第 二标记图形的位置信息。

可选的，所述根据第一电学信号和第二电学信号获得所述第一标记图形 和所述第二标记图形的位置信息包括：获取所述第一电学信号和所述第二电 学信号的长度信息；根据所述第一电学信号的长度信息获得所述第一标记图 形在第一方向的中心位置信息，根据所述第二电学信号的长度信息获得所述 第二标记图形在第二方向的中心位置信息。

可选的，还包括，根据所述第一标记图形在第一方向的中心位置信息， 和所述第二标记图形在第二方向的中心位置信息获得所述晶圆的位置信息。

可选的，所述第一标记图形的多个条状图形和所述第二标记图形的多个 条状图形分别与预先设定的条形码相对应。

可选的，还包括，根据所述第一电学信号和第二电学信号获取与所述第 一标记图形和第二标记图形相对应的所述预先设定的条形码的信息。

可选的，所述第一标记图形和所述第二标记图形为UPC条形码或者39 条形码。

可选的，所述第一标记图形和所述第二标记图形的长度相同。

可选的，所述第一标记图形和所述第二标记图形位于晶圆上的切割槽内。

对应的，本发明还提供了一种对准标记图形，所述对准标记图形包括： 第一标记图形，所述第一标记图形包括沿第一方向平行分布的多个条状图形； 第二标记图形，所述第二标记图形包括沿第二方向平行分布的多个条状图形， 所述第二方向垂直于所述第一方向；其中，通过检测所述第一标记图形和所 述第二标记图形能够获得与所述第一标记图形和所述第二标记图形对应的第 一电学信号和第二电学信号，且根据所述第一电学信号和所述第二电学信号 能够获得所述第一标记图形和所述第二标记图形的位置信息。

可选的，所述第一标记图形的多个条状图形和所述第二标记图形的多个 条状图形分别与预先设定的条形码相对应。

可选的，根据所述第一电学信号和第二电学信号能够获取与所述第一标 记图形和第二标记图形相对应的所述预先设定的条形码的信息。

可选的，所述第一标记图形和所述第二标记图形为UPC条形码或者39 条形码。

可选的，所述第一标记图形和所述第二标记图形的长度相同。

可选的，所述第一标记图形和所述第二标记图形位于所述晶圆上的切割 槽内。

对应的，本发明还提供了一种对准标记图形检测装置，所述对准标记图 形检测装置包括：晶圆载物台，适于装载晶圆，所述晶圆上具有第一标记图 形和第二标记图形，其中，所述第一标记图形包括沿第一方向平行分布的多 个条状图形，所述第二标记图形包括沿第二方向平行分布的多个条状图形， 所述第二方向垂直于所述第一方向；光源发射单元，适于产生检测光源，照 射所述第一标记图形和第二标记图形，以产生与所述第一标记图形和所述第 二标记图形分别对应的第一标记信号和第二标记信号；信号接收单元，所述 信号接收单元与所述光源发射单元相对，适于接收所述第一标记信号和第二 标记信号，并分别将所述第一标记信号和第二标记信号转换为第一电学信号 和第二电学信号。

可选的，还包括控制单元，适于控制所述晶圆载物台在平行于晶圆表面 的平面内旋转。

可选的，所述光源发射单元产生检测光源，照射所述第一标记图形和第 二标记图形，产生与所述第一标记图形和所述第二标记图形分别对应的第一 标记信号和第二标记信号包括：所述控制单元控制所述晶圆载物台旋转，使 得所述第一标记图形位于所述光源发射单元的照射范围内；所述光源发射单 元产生检测光源，照射所述第一标记图形，产生与所述第一标记图形对应的 第一标记信号；所述控制单元控制所述晶圆载物台旋转，使得所述第二标记 图形位于所述光源发射单元的照射范围内；所述光源发射单元产生检测光源， 照射所述第二标记图形，产生与所述第二标记图形对应的第二标记信号。

可选的，还包括控制单元，适于控制所述光源发射单元和所述信号接收 单元在平行于晶圆表面的平面内旋转。

可选的，所述光源发射单元产生检测光源，照射所述第一标记图形和第 二标记图形，产生与所述第一标记图形和所述第二标记图形分别对应的第一 标记信号和第二标记信号包括：所述控制单元控制所述光源发射单元和所述 信号接收单元旋转，使得第一标记图形位于所述光源发射单元的照射范围内； 所述光源发射单元产生检测光源，照射所述第一标记图形，产生与所述第一 标记图形对应的第一标记信号；所述控制单元控制所述光源发射单元和所述 信号接收单元旋转，使得第二标记图形位于所述光源发射单元的照射范围内； 所述光源发射单元产生检测光源，照射所述第二标记图形，产生与所述第二 标记图形对应的第二标记信号。

对应的，本发明还提供了一种对准标记图形检测装置，所述对准标记图 形检测装置包括：晶圆载物台，适于装载晶圆，所述晶圆上具有第一标记图 形和第二标记图形，其中，所述第一标记图形包括沿第一方向平行分布的多 个条状图形，所述第二标记图形包括沿第二方向平行分布的多个条状图形， 所述第二方向垂直于所述第一方向；第一光源发射单元，适于产生第一检测 光源，照射所述第一标记图形，产生与所述第一标记图形对应的第一标记信 号；第一信号接收单元，所述第一信号接收单元与所述第一光源发射单元相 对，适于接收所述第一标记信号，并将所述第一标记信号转换为第一电学信 号；第二光源发射单元，适于产生第二检测光源，照射所述第二标记图形， 产生与所述第二标记图形对应的第二标记信号；第二信号接收单元，所述第 二信号接收单元与所述第二光源发射单元相对，适于接收所述第二标记信号， 并将所述第二标记信号转换为第二电学信号。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

本发明实施例的对准标记检测方法中，通过检测所述第一标记图形和所 述第二标记图形，分别获得与所述第一标记图形和所述第二标记图形对应的 第一电学信号和第二电学信号，再通过所述第一电学信号和第二电学信号确 定第一标记图形和第二标记图形的位置信息，无需将对准标记的检测图形与 参考图形进行匹配，因此不会因为具体半导体工艺步骤，如薄膜工艺、化学 机械抛光工艺，刻蚀工艺等，对对准标记图形的影响而导致匹配失败，提高 了对准标记检测的效率。

进一步的，由于所述第一标记图形的多个条状图形和所述第二标记图形 的多个条状图形分别与预先设定的条形码相对应。通过检测所述第一标记图 形和所述第二标记图形，分别获得与所述第一标记图形和所述第二标记图形 对应的第一电学信号和第二电学信号后，可以根据所述第一电学信号和第二 电学信号获取与所述第一标记图形和第二标记图形相对应的预先设定的条形 码的信息。因此，在对准标记的检测过程中，可以通过预先设定条形码信息， 获得更多的晶圆信息，如图层名称、图层编码和产品编号等。

对应的，本发明实施例的对准标记和对准标记检测装置也具有上述优点。

附图说明

图1是本发明实施例对准标记检测方法中晶圆上第一标记图形和第二标 记图形的结构示意图；

图2是本发明实施例的第一对准标记图形的结构示意图和第一电学信号 的波形图；

图3是本发明实施例的对准标记检测装置的结构示意图；

图4至6是图3所示对准标记检测装置中晶圆、光源发射单元和信号接 收单元的位置关系图；

图7是本发明另一实施例的对准标记检测装置的结构示意图。

具体实施方式

通常地，在采用对准标记进行图形识别时，需要预先存储对准标记的参 考图形，接着，检测后续进入机台的晶圆上的对准标记获得检测图形，并将 其与参考图形进行匹配，确定对准标记位置，进行对准。但是，不同晶圆上 对准标记的检测图形之间存在误差，导致使用参考图形与不同晶圆的检测图 形匹配时失败，需要线上工程师校准对准程式，降低了对准标记检测的效率。

本发明的发明人通过研究发现，对准标记检测图形的质量与具体半导体 工艺步骤相关。例如，在对准标记上沉积不同材料的薄膜，或者不同厚度的 薄膜，都可能导致后续获得的对准标记检测图形不同。类似的，光刻胶层， 化学机械抛光工艺，刻蚀工艺等也会影响对准标记检测图形的质量。如果采 用相同的参考图形与这些不同的对准标记检测图形来匹配，就容易导致匹配 失败。从而需要针对不同工艺建立不同的参考图形，降低了对准标记检测的 效率。

基于以上研究，本发明的发明人提出了一种对准标记的检测方法，可以 提高对准标记的检测效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图 对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，提供这些附图的目的是有助于理解本发明的实施例，而 不应解释为对本发明的不当的限制。为了更清楚起见，图中所示尺寸并未按 比例绘制，可能会做放大、缩小或其他改变。

首先，请参考图1，提供晶圆（未标示），所述晶圆上具有第一标记图形 101和第二标记图形102，其中，所述第一标记图形101包括沿第一方向（图 中x方向）平行分布的多个条状图形，所述第二标记图形102包括沿第二方 向（图中y方向）平行分布的多个条状图形，所述第二方向垂直于所述第一 方向。

如图1所示，所述第一标记图形101和所述第二标记图形102位于所述 晶圆上的切割槽100内。所述切割槽100用于划分晶圆表面的单元区（Die）。

所述第一标记图形101的多个条状图形和所述第二标记图形102的多个 条状图形分别与预先设定的条形码相对应。所述预先设定的条形码可以与数 字或者字母对应，后续通过检测所述第一标记图形101的多个条状图形和所 述第二标记图形102的多个条状图形可以获得预先定义的条形码的信息，进 而获得与条形码对应的数字或者字母的信息。

在一些实施例中，所述第一标记图形101和所述第二标记图形102为UPC （Universal Product Code）码，所述UPC条形码是一种长度固定、连续性的 条形码，可以用来表示数字。在一些实施例中，所述第一标记图形101和所 述第二标记图形102为39条形码，所述39条形码是一种可表示数字、字母 等信息的条形码。所述UPC条形码和39条形码的具体编码规则可参考现有 技术相关标准及规定，在此不再赘述。

需要说明的是，所述预先设定的条形码的编码格式也可以根据实际需要 进行设定，使其与特定的数字、字母或者信息相对应。在根据实际需要进行 条形码设定时，可以使得各个条形码的长度一致，即使得与其对应的第一标 记图形101和第二标记图形102的长度相同，有利于后续对标记图形的定位。 本发明对条形码的编码格式不作限制。

接着，检测所述第一标记图形101和所述第二标记图形102，分别获得与 所述第一标记图形101和所述第二标记图形102对应的第一电学信号和第二 电学信号。

根据所述第一电学信号和所述第二电学信号可以获得所述第一标记图形 和所述第二标记图形的位置信息。具体地，在一些实施例中，首先，获取所 述第一电学信号和所述第二电学信号的长度信息，其次，根据所述第一电学 信号的长度信息获得所述第一标记图形在第一方向的中心位置信息，根据所 述第二电学信号的长度信息获得所述第二标记图形在第二方向的中心位置信 息。

请参考图2，图2中示出了第一标记图形101，和检测所述第一标记图形 101获得的第一电学信号201的波形图。所述第一电学信号201与所述第一标 记图形101的编码相对应，且所述第一电学信号201的长度与所述第一标记 图形101的长度相对应。在获得与所述第一标记图形101对应的第一电学信 号201后，可以获取所述第一电学信号201的长度信息，继而根据所述第一 电学信号201的长度信息获得所述第一标记图形101在第一方向（图1中x 方向）的中心位置信息x0。

类似地，在获得与所述第二标记图形102对应的第二电学信号后，也可 以获得所述第二电学信号的长度信息，继而根据所述第二电学信号的长度信 息可以获得第二标记图形102在第二方向（图1中y方向）的中心位置信息 y0。

由于所述第一标记图形101和所述第二标记图形102在晶圆上的位置固 定，在获得所述第一标记图形101在第一方向的中心位置信息x0，和第二标 记图形102在第二方向的中心位置信息y₀后，可以进一步获得所述晶圆的相 对位置信息（x₀，y₀）。

与现有技术相比，本发明实施例中，通过检测所述第一标记图形101和 所述第二标记图形102，分别获得与所述第一标记图形101和所述第二标记图 形102对应的第一电学信号和第二电学信号，再通过所述第一电学信号和第 二电学信号确定第一标记图形101和第二标记图形102的位置信息；不需要 将对准标记的检测图形与参考图形进行匹配，因此不会因为具体半导体工艺 步骤（如薄膜工艺、化学机械抛光工艺，刻蚀工艺等）对对准标记图形的影 响而导致匹配失败，提高了对准标记检测的效率。

在一些实施例中，在根据所述第一电学信号和所述第二电学信号获得所 述第一标记图形101和所述第二标记图形102的位置信息后，还根据所述第 一电学信号和所述第二电学信号获取与所述第一标记图形101和所述第二标 记图形102相对应的所述预先设定的条形码的信息。

继续参考图2，图2中的第一标记图形101采用39条形码的编码格式， 对应于数字串“111”。在检测获得与第一标记图形101对应的第一电学信号 后，将所述第一电学信号在39条形码表中的进行查找，获得与所述第一电学 信号相对应的数字或者字母信息。本实施例中，即可以通过查找39条形码表 获得第一电学信号对应的预先设定的条形码的信息为“111”。需要说明的是， 在进行39条形码表查找时，需要将第一电学信号和反转的第一电学信号均进 行查找，因为由于光学对比原因，检测第一标记图形101获得的第一电学信 号可能与第一标记图形101的编码相反。

与现有技术相比，由于所述第一标记图形101的多个条状图形和所述第 二标记图形102的多个条状图形分别与预先设定的条形码相对应。通过检测 所述第一标记图形101和所述第二标记图形102，分别获得与所述第一标记图 形101和所述第二标记图形102对应的第一电学信号和第二电学信号后，可 以根据所述第一电学信号和第二电学信号获取与所述第一标记图形101和第 二标记图形102相对应的所述预先设定的条形码的信息。因此，在对准标记 的检测过程中，可以通过预先设定条形码信息，获得更多的晶圆信息，如图 层名称、图层编码和产品编号等。

对应于上述的对准标记的检测方法，本发明还提供了一种对准标记，所 述对准标记包括：第一标记图形，所述第一标记图形包括沿第一方向平行分 布的多个条状图形；第二标记图形，所述第二标记图形包括沿第二方向平行 分布的多个条状图形，所述第二方向垂直于所述第一方向；其中，通过检测 所述第一标记图形和所述第二标记图形能够获得与所述第一标记图形和所述 第二标记图形对应的第一电学信号和第二电学信号，且根据所述第一电学信 号和所述第二电学信号能够获得所述第一标记图形和所述第二标记图形的位 置信息。

在一些实施例中，所述第一标记图形的多个条状图形和所述第二标记图 形的多个条状图形分别与预先设定的条形码相对应。在一些实施例中，根据 所述第一电学信号和第二电学信号能够获取与所述第一标记图形和第二标记 图形相对应的所述预先设定的条形码的信息。在一些实施例中，所述第一标 记图形和所述第二标记图形为UPC条形码或者39条形码。在一些实施例中， 所述第一标记图形和所述第二标记图形的长度相同。在一些实施例中，所述 第一标记图形和所述第二标记图形位于晶圆上的切割槽内。

关于所述对准标记的具体介绍可参考上述的对准标记的检测方法，在此 不再赘述。

对应的，本发明实施例提供了一种对准标记检测装置。

请参考图3，图3为本发明一实施例的对准标记检测装置的结构示意图。 所述对准标记检测装置包括：晶圆载物台301，光源发射单元303和信号接收 单元304。

所述晶圆载物台301用于装载晶圆302，所述晶圆302上具有第一标记图 形和第二标记图形（未示出），其中，所述第一标记图形包括沿第一方向平行 分布的多个条状图形，所述第二标记图形包括沿第二方向平行分布的多个条 状图形，所述第二方向垂直于所述第一方向。

所述光源发射单元303用于产生检测光源，照射所述晶圆302上的第一 标记图形和第二标记图形，以产生与所述第一标记图形和所述第二标记图形 分别对应的第一标记信号和第二标记信号。

信号接收单元304，所述信号接收单元304与所述光源发射单元303相对， 用于接收所述第一标记信号和第二标记信号，并分别将所述第一标记信号和 第二标记信号转换为第一电学信号和第二电学信号。

参考图3，本实施例中，所述光源发射单元303和所述信号接收单元304 被配置于重叠（Overlay）量测主镜头305的两侧。所述重叠量测主镜头用于 量测前一工艺层中的图形与形成于当前工艺层中的图形的对准精度。

在一些实施例中，所述对准标记检测装置还包括控制单元，用于控制所 述晶圆载物台301在平行于晶圆302表面的平面内旋转。所述光源发射单元 303产生检测光源，照射所述第一标记图形和第二标记图形，产生与所述第一 标记图形和所述第二标记图形分别对应的第一标记信号和第二标记信号具体 包括如下步骤。首先，参考图4，图4示出了所述晶圆302，所述光源发射单 元303和所述信号接收单元304的位置关系，所述控制单元（未图示）控制 所述晶圆载物台301旋转，使得所述晶圆302上的第一标记图形101位于所 述光源发射单元303的照射范围内；接着，所述光源发射单元303产生检测 光源照射所述第一标记图形101，产生与所述第一标记图形101对应的第一标 记信号；接着，参考图5，图5也示出了所述晶圆302，所述光源发射单元303 和所述信号接收单元304的位置关系，所述控制单元控制所述晶圆载物台旋 转，使得所述晶圆302上的第二标记图形102位于所述光源发射单元303的 照射范围内；然后，所述光源发射单元303产生检测光源照射所述第二标记 图形102，产生与所述第二标记图形102对应的第二标记信号。

在另一些实施例中，所述对准标记检测装置还包括控制单元，所述控制 单元用于控制所述光源发射单元303和所述信号接收单元304在平行于晶圆 302表面的平面内旋转。所述光源发射单元303产生检测光源，照射所述第一 标记图形和所述第二标记图形，产生与所述第一标记图形和所述第二标记图 形分别对应的第一标记信号和第二标记信号具体包括以下步骤。首先，继续 参考图4，所述控制单元（未图示）控制所述光源发射单元303和所述信号接 收单元304旋转，使得第一标记图形101位于所述光源发射单元303的照射 范围内；接着，所述光源发射单元303产生检测光源照射所述第一标记图形 301，产生与所述第一标记图形301对应的第一标记信号；接着，请参考图6， 图6示出了所述晶圆302，所述光源发射单元303和所述信号接收单元304的 位置关系，所述控制单元控制所述光源发射单元303和所述信号接收单元304 旋转，使得第二标记图形102位于所述光源发射单元303的照射范围内；然 后，所述光源发射单元303产生检测光源，照射所述第二标记图形102，产生 与所述第二标记图形102对应的第二标记信号。

需要说明的是，在一些实施例中，所述控制单元还可以同时控制所述晶 圆载物台301、所述光源发射单元303和所述信号接收单元303在平行于晶圆 302表面的平面内旋转，使得第一标记图形101或者第二标记图形102能位于 所述光源发射单元303的照射范围内，对第一标记图形101或者第二标记图 形102进行检测。

本发明实施例还提供了一种对准标记检测装置。

请参考图7，图7示出了本发明一实施例的对准标记检测装置的结构示意 图。所述对准标记检测装置包括：晶圆载物台（未图示），第一光源发射单元 403，第一信号接收单元404，第二信光源发射单元413和第二信号接收单元 414。

所述晶圆载物台（未图示），用于装载晶圆402，所述晶圆402上具有第 一标记图形101和第二标记图形102，其中，所述第一标记图形101包括沿第 一方向平行分布的多个条状图形，所述第二标记图形102包括沿第二方向平 行分布的多个条状图形，所述第二方向垂直于所述第一方向。

第一光源发射单元403，用于产生第一检测光源，照射所述第一标记图形 101，产生与所述第一标记图形101对应的第一标记信号。

第一信号接收单元404，所述第一信号接收单元404与所述第一光源发射 单元403相对，用于接收所述第一标记信号，并将所述第一标记信号转换为 第一电学信号。

第二光源发射单元413，用于产生第二检测光源，照射所述第二标记图形 102，产生与所述第二标记图形102对应的第二标记信号。

第二信号接收单元414，所述第二信号接收单元414与所述第二光源发射 单元413相对，适于接收所述第二标记信号，并将所述第二标记信号转换为 第二电学信号。

与前面实施例的标记图形检测装置相比，本实施例的标记检测装置可以 在通过第一光源发射单元403和第一信号接收单元404对第一标记101进行 检测同时，通过第二光源发射单元413和第二信号接收单元414对第二标记 图形102进行检测，无需旋转晶圆载物台，或者光源发射单元和信号接收单 元。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保 护范围应当以权利要求所限定的范围为准。