[实用新型]基于机器视觉对准的高精度对准标记结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高精度对准标记结构，特别是涉及一种基于机器视觉对准的高精度对准标记结构。

背景技术

在半导体加工领域，尤其是集成电路（IC）或微型器件的制造工艺中，光刻及检测技术无疑是其中最核心的部分。在半导体芯片中，晶体管、电容、电阻和金属导线层的各种物理部件在晶圆表面或表层内排布。不同器件及其互联线可以在IC设计（当前主要为EDA设计，即电子设计自动化）时离化成许多层，而每层都是由许多平面特征图形构成。光刻工艺就是在基底表面实现设计的平面设计图形转换，将设计加工的平面特征图形转换到基底表面的镀膜上，将表面薄膜的指定部分除去，从而使基底表面上的镀膜层形成具有特征的图案。然后，逐层对准叠加，最终形成可以实现特定功能的逻辑器件。

在实际光刻工艺流程中，为了确保设计时不同层的特征图形之间的精确对准，光刻系统中内置了自动对位功能以实现当前曝光层与前层的精确对位，满足器件设计的套刻指标（Overlay）需求，保证器件的整体性能。且伴随半导体工艺的不断提升，特征尺寸(CD)的不断减小，对套刻指标（Overlay）的要求以及由此产生的对于对准精度的要求也变得更加严格。

在半导体工艺加工过程中，为了确保产品的质量和主要工艺（光刻、刻蚀、镀膜、离子注入等工艺）的正确执行，在主要工艺站点的后面会设立专门的检测工序，用以监控以往工艺流程的正确运行，进而提升产品的良率，降低产品的成本。特别是在光刻和刻蚀工序后为了检测图形的正确转换，一般会有三道检测工序：特征线宽测量用以监控设计线条线宽的正确性；套刻指标（Overlay）用以监控当前层与前层的对位正确性；缺陷检测用以监控外来污染对器件造成的良率降低。而对于这些检测工序，为了精确的找到检测位置，在实际检测流程中，都需要将待检测基底进行精确对位。

综上所述，在半导体加工领域的光刻和检测技术中，都需要对准/对位功能。当前，半导体光刻和检测技术的对准方案主要有以下两种：第一种对准方案是光栅衍射法，其原理是利用激光束照射晶片上已经加工好的特殊定位标记（一般为垂直或水平的光栅），激光因为光程差会发生衍射和反射效应，然后在光线的传输路线上设置光强探测器用来探测一级或多级反射和衍射光的峰值强度，并将这些数据传送给计算机端，通过光强变化与不同对准状态的对比即可来判断对准标记的位置，然后将基底对准标记的位置信息再反馈给承载基底的机械运动平台，平台调整基底的位置。以此循环，最终可实现基底的精确对准；第二种对准方案是机器视觉法，其原理是通过高精度的CCD（电荷耦合元件）相机和光学系统得到基底表面的对准标记图像，然后传送到计算机中，利用图象处理程序处理对准标记的图形，得到基底的位置信息，再驱动平台移动到制定区域，实现精确对位。上述两种对准方案中，光衍射法主要应用于当前高端半导体光刻系统，实现100nm以下的光刻对准；机器视觉法主要应用于半导体及其衍生出的PCB（印刷电路板）、FPD（平板显示器）、太阳能、LED（发光二极管）等制造领域的光刻对准和自动检测对准。

目前，机器视觉法的对准图案多由并行排列的齐头线条组成，如图1所示，第一对准标记（(a)中所示）和第二对准标记（(b) 中所示）中对准标记是当前应用较多的机器视觉对准标记，其特点是：对准标记由多组光栅组成，如第一对准标记由第一光栅组11、第二光栅组12和第三光栅组13构成，第二对准标记由第四光栅组21、第五光栅组22、第六光栅组23和第七光栅组24构成；每个光栅组内线条的排布都是齐头齐尾；相邻光栅组的周围光栅组均与其本身垂直；整个对准标记本身呈轴对称或中心对称。由于在实际光刻和刻蚀工艺过程中，因为光学临近效应和刻蚀精度的控制影响，最终形成的对准标记线条边缘坡度呈现非线性，且弯曲度较大，进而在图像采集过程中，使线条边缘的灰度变化较小，锐度不够，又因为整个对准标记呈轴对称或中心对称型的光栅分布，每条光栅线条的光学环境相似，因此，对准标记中每条线条边缘的灰度受相似的影响，从而造成图形匹配的精度变差，容易出现图像识别的对准标记中心位置相对于实际位置发生偏移，且具有随机性，因此对准精度也随之降低，对位效率下降。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种，其降低因为光学临近效应和刻蚀精度控制等工艺因素对对准标记图形成像质量的影响，以提高对位精度和对位效率。