專利名稱：基于機器視覺對準的高精度對準標記結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高精度對準標記結構，特別是涉及一種基于機器視覺對準的高精度對準標記結構。
背景技術：
在半導體加工領域，尤其是集成電路(IC)或微型器件的制造工藝中，光刻及檢測技術無疑是其中最核心的部分。在半導體芯片中，晶體管、電容、電阻和金屬導線層的各種物理部件在晶圓表面或表層內排布。不同器件及其互聯(lián)線可以在IC設計(當前主要為EDA 設計，即電子設計自動化)時離化成許多層，而每層都是由許多平面特征圖形構成。光刻工藝就是在基底表面實現(xiàn)設計的平面設計圖形轉換，將設計加工的平面特征圖形轉換到基底表面的鍍膜上，將表面薄膜的指定部分除去，從而使基底表面上的鍍膜層形成具有特征的圖案。然后，逐層對準疊加，最終形成可以實現(xiàn)特定功能的邏輯器件。在實際光刻工藝流程中，為了確保設計時不同層的特征圖形之間的精確對準，光刻系統(tǒng)中內置了自動對位功能以實現(xiàn)當前曝光層與前層的精確對位，滿足器件設計的套刻指標(Overlay)需求，保證器件的整體性能。且伴隨半導體工藝的不斷提升，特征尺寸(⑶) 的不斷減小，對套刻指標(Overlay)的要求以及由此產生的對于對準精度的要求也變得更加嚴格。在半導體工藝加工過程中，為了確保產品的質量和主要工藝(光刻、刻蝕、鍍膜、離子注入等工藝)的正確執(zhí)行，在主要工藝站點的后面會設立專門的檢測工序，用以監(jiān)控以往工藝流程的正確運行，進而提升產品的良率，降低產品的成本。特別是在光刻和刻蝕工序后為了檢測圖形的正確轉換，一般會有三道檢測工序特征線寬測量用以監(jiān)控設計線條線寬的正確性；套刻指標(Overlay)用以監(jiān)控當前層與前層的對位正確性；缺陷檢測用以監(jiān)控外來污染對器件造成的良率降低。而對于這些檢測工序，為了精確的找到檢測位置，在實際檢測流程中，都需要將待檢測基底進行精確對位。綜上所述，在半導體加工領域的光刻和檢測技術中，都需要對準/對位功能。當前，半導體光刻和檢測技術的對準方案主要有以下兩種第一種對準方案是光柵衍射法，其原理是利用激光束照射晶片上已經加工好的特殊定位標記(一般為垂直或水平的光柵)，激光因為光程差會發(fā)生衍射和反射效應，然后在光線的傳輸路線上設置光強探測器用來探測一級或多級反射和衍射光的峰值強度，并將這些數(shù)據(jù)傳送給計算機端，通過光強變化與不同對準狀態(tài)的對比即可來判斷對準標記的位置，然后將基底對準標記的位置信息再反饋給承載基底的機械運動平臺，平臺調整基底的位置。以此循環(huán)，最終可實現(xiàn)基底的精確對準； 第二種對準方案是機器視覺法，其原理是通過高精度的CCD (電荷耦合元件)相機和光學系統(tǒng)得到基底表面的對準標記圖像，然后傳送到計算機中，利用圖象處理程序處理對準標記的圖形，得到基底的位置信息，再驅動平臺移動到制定區(qū)域，實現(xiàn)精確對位。上述兩種對準方案中，光衍射法主要應用于當前高端半導體光刻系統(tǒng)，實現(xiàn)IOOnm以下的光刻對準；機器視覺法主要應用于半導體及其衍生出的PCB (印刷電路板)、FPD (平板顯示器)、太陽能、LED(發(fā)光二極管)等制造領域的光刻對準和自動檢測對準。目前，機器視覺法的對準圖案多由并行排列的齊頭線條組成，如圖1所示，第一對準標記((a)中所示)和第二對準標記((b)中所示)中對準標記是當前應用較多的機器視覺對準標記，其特點是對準標記由多組光柵組成，如第一對準標記由第一光柵組11、第二光柵組12和第三光柵組13構成，第二對準標記由第四光柵組21、第五光柵組22、第六光柵組 23和第七光柵組M構成；每個光柵組內線條的排布都是齊頭齊尾；相鄰光柵組的周圍光柵組均與其本身垂直；整個對準標記本身呈軸對稱或中心對稱。由于在實際光刻和刻蝕工藝過程中，因為光學臨近效應和刻蝕精度的控制影響，最終形成的對準標記線條邊緣坡度呈現(xiàn)非線性，且彎曲度較大，進而在圖像采集過程中，使線條邊緣的灰度變化較小，銳度不夠， 又因為整個對準標記呈軸對稱或中心對稱型的光柵分布，每條光柵線條的光學環(huán)境相似， 因此，對準標記中每條線條邊緣的灰度受相似的影響，從而造成圖形匹配的精度變差，容易出現(xiàn)圖像識別的對準標記中心位置相對于實際位置發(fā)生偏移，且具有隨機性，因此對準精度也隨之降低，對位效率下降。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種，其降低因為光學臨近效應和刻蝕精度控制等工藝因素對對準標記圖形成像質量的影響，以提高對位精度和對位效率。本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種基于機器視覺對準的高精度對準標記結構，其特征在于，基于機器視覺對準的高精度對準標記結構的外型結構呈非對稱型，非對稱型包括非軸對稱和非中心對稱，基于機器視覺對準的高精度對準標記結構至少包含一個線條并行排列的線條陣列，線條陣列中線條的寬度和線條之間的線縫不同，線條陣列中的線條錯開排列。優(yōu)選地，所述線條或線縫的不同寬度值之間關系成整數(shù)比例，且最大值與最小值的比值不得大于五。優(yōu)選地，所述多組線條陣列存在時，線條陣列彼此不交疊。優(yōu)選地，所述基于機器視覺對準的高精度對準標記結構通過以下工藝制成將其預先形成在基底上的薄膜上，然后利用電荷耦合元件相機圖像采集，配合適當?shù)乃惴ㄌ幚恚?從而實現(xiàn)基底的高精度定位。優(yōu)選地，所述薄膜的材料包括Si、Si02、SiN4、Al、Cu、多晶硅。優(yōu)選地，所述基于機器視覺對準的高精度對準標記結構排布于基底的有效區(qū)域或基底的特定區(qū)域。優(yōu)選地，所述基于機器視覺對準的高精度對準標記結構應用于機器視覺檢測系統(tǒng)時，其在基底上的排布數(shù)量不得小于兩組。本實用新型的積極進步效果在于本實用新型降低因為光學臨近效應和刻蝕精度控制等工藝因素對對準標記圖形成像質量的影響，以提高對位精度和對位效率。

圖1為現(xiàn)有機器視覺對準標記的結構示意圖。圖2為本實用新型基于機器視覺對準的高精度對準標記結構的結構示意圖。[0018]圖3為豎向線條陣列的結構示意圖。圖4為橫向線條陣列的結構示意圖。圖5為本實用新型多組線條陣列的結構示意圖。圖6為本實用新型基于機器視覺對準的高精度對準標記結構的排布示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖給出本實用新型較佳實施例，以詳細說明本實用新型的技術方案。本實用新型是通過改變對準標記的設計結構，使對準結構中的各線條元素在實際曝光過程中處于不同的光學環(huán)境中，降低因為光學臨近效應和刻蝕精度控制等工藝因素對對準標記圖形成像質量的影響，提升機器視覺對準系統(tǒng)對準的精度和對位效率。為了從根本上解決上述現(xiàn)有對準標記對工藝的依賴性，提高對位精度。本發(fā)明提出了一種全新的對準標記，使對準標記中的各線條在實際自身曝光過程中所處的光學環(huán)境存在差異性，其結構特征如下所述本發(fā)明基于機器視覺對準的高精度對準標記結構的外型結構呈非對稱型，非對稱型包括非軸對稱和非中心對稱。如圖2所示，四組對準標記的外型都呈現(xiàn)非對稱型。本發(fā)明基于機器視覺對準的高精度對準標記結至少包含一個線條并行排列的線條陣列。圖2中(a)的對準標記包含第一組線條陣列31、第二組線條陣列32、第三組線條陣列33和第四組線條陣列34 ；圖2中(b)的對準標記包含第五組線條陣列41和第六組線條陣列42。線條陣列中線條的寬度和線條之間的縫隙(也可稱為線縫)不一致。線條或線縫的不同寬度值之間關系成整數(shù)比例，且最大值與最小值的比值不得大于五。舉例如圖3所示，其為圖2中(a)的對準標記中的一組豎向線條陣列，第一線條321和第二線條 322在Y方向上的寬度非一致，且第二線條322的寬度值是第一線條321的寬度值的兩倍； 第一線縫323和第二線縫324在Y方向上的寬度亦不相同，且第二線縫324的寬度值是第一線縫323的寬度值的兩倍。線條陣列中的線條錯開排列(非齊頭齊尾排列)，每條線條在其長度方向上不能與相鄰的同陣列線條出現(xiàn)縫隙。如圖4所示，其為圖2a對準標記中的一組橫向線條陣列，第四線條312的右端點在Y方向上排布的坐標值大于與其相鄰的第三線條311的右端點坐標值，而非完全齊頭排布。而且第四線條312的左端點在Y方向上的排布坐標值小于第三線條311的右端點的坐標值，非齊尾排列。當多組線條陣列存在時，線條陣列彼此不能交疊。如圖5所示，對準標記結構包括第七組線條陣列51、第八組線條陣列52、第九組線條陣列53、第十組線條陣列54，相鄰線條陣列垂直分布，第七組線條陣列51和第八組線條陣列52在水平方向上存在間隙；第七組線條陣列51和第十組線條陣列54在垂直方向上存在間隙；第九組線條陣列53和第八組線條陣列52、第十組線條陣列54分別在垂直和水平方向上存在間隙。在實際使用時，本發(fā)明的對準標記結構需首先通過相關工藝(半導體平面加工工藝或激光直接刻蝕)將其預先形成在基底上的薄膜上(薄膜材料可以為Si、Si02、SiN4、金屬Al、金屬Cu、多晶硅、石英、亞克力或半導體、PCB、LED、光掩膜版、太陽能等制造行業(yè)所用的基底材料和薄膜)，然后利用CCD相機圖像采集，配合適當?shù)乃惴ㄌ幚?，從而實現(xiàn)基底的高精度定位。而在基底形成對準標記時需要注意以下幾點基于機器視覺對準的高精度對準標記結構排布于基底的有效區(qū)域(芯片區(qū)或器件區(qū))之間的縫隙里，或者排布于基底的特定區(qū)域(特別指定的芯片區(qū)或器件區(qū))。如圖6所示，標記61為基底，標記62為實際的有效區(qū)域(芯片區(qū)或器件區(qū))，對準標記結構在基底上的排布位置包括第一排布位置63、第二排布位置64、第三排布位置65、第四排布位置66、第五排布位置67、第六排布位置68。其中，第一排布位置63、第四排布位置66、第五排布位置67、第六排布位置68排布于有效區(qū)域之間的縫隙里；第二排布位置64、第三排布位置65占據(jù)了單獨的有效區(qū)域的位置，為排布于基底的特定區(qū)域(特別指定的芯片區(qū)或器件區(qū))?；跈C器視覺對準的高精度對準標記結構應用于機器視覺檢測系統(tǒng)時，其在基底上的排布數(shù)量不得小于兩組。如圖6所示，排布于基底上的所有對準標記的數(shù)量，包括有效區(qū)域縫隙或指定區(qū)域，其總數(shù)量不得小于兩個。對準標記結構應用于機器視覺對準系統(tǒng)時，若所選取檢測的對準標記的坐標值為 (Xi1Yi )( i=l、2、3…)，則保證其中所選取的對準標記的坐標值分別在X和Y方向上的最大值與最小值之差的絕對值大于基底尺寸在X和Y方向上最大值的1/2。如圖6所示， 在實際選取用于檢測的對準標記時，可以選取第一排布位置63、第四排布位置66、第五排布位置67、第六排布位置68作為對位標記，其中第四排布位置66、第五排布位置67在Y方向上的坐標值之差的絕對值大于基底尺寸在Y方向的最大值的1/2 ；第一排布位置63和第六排布位置68在X方向上的坐標值之差的絕對值大于基底尺寸在X方向的最大值的1/2， 滿足上面的要求。同時也可選取第二排布位置64、第三排布位置65作為對位標記，其中第二排布位置64、第三排布位置65分別在X/Y方向上的坐標值之差的絕對值大于基底尺寸在X/Y方向的最大值的1/2。但不能選取第二排布位置64、第三排布位置65和第六排布位置68作為對位標記，因為這三個位置的坐標值無論在X方向或Y方向，都不能滿足其坐標值中的最大值和最小值之差的絕對值大于基底尺寸最大值的1/2。雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解， 這些僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改。因此，本實用新型的保護范圍由所附權利要求書限定。
權利要求1.一種基于機器視覺對準的高精度對準標記結構，其特征在于，基于機器視覺對準的高精度對準標記結構的外型結構呈非對稱型，非對稱型包括非軸對稱和非中心對稱，基于機器視覺對準的高精度對準標記結構至少包含一個線條并行排列的線條陣列，線條陣列中線條的寬度和線條之間的線縫不同，線條陣列中的線條錯開排列。
2.如權利要求1所述的基于機器視覺對準的高精度對準標記結構，其特征在于，所述線條或線縫的不同寬度值之間關系成整數(shù)比例，且最大值與最小值的比值不得大于五。
3.如權利要求1所述的基于機器視覺對準的高精度對準標記結構，其特征在于，所述多組線條陣列存在時，線條陣列彼此不交疊。
4.如權利要求1所述的基于機器視覺對準的高精度對準標記結構，其特征在于，所述基于機器視覺對準的高精度對準標記結構排布于基底的有效區(qū)域或基底的特定區(qū)域。
5.如權利要求1所述的基于機器視覺對準的高精度對準標記結構，其特征在于，所述基于機器視覺對準的高精度對準標記結構應用于機器視覺檢測系統(tǒng)時，其在基底上的排布數(shù)量不得小于兩組。
專利摘要本實用新型公開了一種基于機器視覺對準的高精度對準標記結構，基于機器視覺對準的高精度對準標記結構的外型結構呈非對稱型，非對稱型包括非軸對稱和非中心對稱，基于機器視覺對準的高精度對準標記結構至少包含一個線條并行排列的線條陣列，線條陣列中線條的寬度和線條之間的線縫不同，線條陣列中的線條錯開排列。本實用新型降低因為光學臨近效應和刻蝕精度控制等工藝因素對對準標記圖形成像質量的影響，以提高對位精度和對位效率。
文檔編號G03F9/00GK202093317SQ20112006462
公開日2011年12月28日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權日2011年3月14日
發(fā)明者張雯 申請人:張雯