形成莫尔条纹的重叠标记、使用其的重叠测量方法、以及半导体元件的制造方法与流程

1.本发明是有关于一种形成莫尔条纹(moire pattern)的重叠标记(overlay mark)、及使用其的重叠测量方法、以及半导体元件的制造方法。


背景技术：

2.在半导体基板上依序形成多个图案层。另外，也可通过双重图案化等将一个层的电路分成两个图案来形成。只有在预先设定的位置处准确地形成这种图案层或一个层的多个图案，才能够制造期望的半导体元件。
3.因此，为了确认图案层是否准确地对准，使用与图案层同时形成的重叠标记。
4.利用重叠标记来测量重叠的方法如下所示。首先，于在之前工序、例如蚀刻工序中形成的图案层与形成图案层同时地形成作为重叠标记的一部分的一个结构物。而且，在后续工序、例如光刻法(photolithography)工序中在光阻形成重叠标记的其余结构物。
5.而且，通过重叠测量装置来获取在之前工序中形成的图案层的重叠结构物(透过光阻层来获取影像)与光阻层的重叠结构物的影像，并计算这些影像的中心之间的偏移(offset)值来测量重叠值。
6.更具体而言，在日本公开专利2020-112807中公开了以下方法：捕捉形成在基板的重叠标记的影像，在所捕捉的影像中选择多个作业区(working zone)，针对所选择的各个作业区形成具有信息的信号，并藉由对这些信号进行比较从而确定彼此不同层或彼此不同图案之间的相对错位。
7.另外，在韩国注册专利10-1604789中公开了一种重叠测量方法，所述重叠测量方法为：在获取重叠标记的影像并获取以所获取的影像的中心为基准将重叠标记旋转180度的影像后，对两个影像进行比较，若影像一致则将现在的影像中心确定为重叠标记的中心，若不一致则变更位置直至一致为止，且在获取重叠标记影像的同时重复进行所述步骤。
8.另外，在韩国公开专利2000-0006182中公开了一种方法，所述方法通过彼此层叠的重复的重叠标记形成莫尔条纹，在光学上对其进行观察，并将在对准时的莫尔条纹与观察到的莫尔条纹进行比较来测量重叠。
9.另外，在美国公开专利us2021-0072650a1中公开了一种方法，所述方法是利用彼此层叠的x轴方向一维格栅图案与y轴方向一维格栅图案来形成呈旋转180度对称的四对莫尔条纹，利用所述四对莫尔条纹来测量x轴与y轴方向的重叠。
10.利用这种莫尔条纹的影像的方式与利用重叠标记本身的影像的方式相比在将层间未对准放大进行表示的方面具有优点。然而，存在以下问题：因由自当前层形成的重叠标记反射的光造成的干涉等的影响而在莫尔条纹产生噪声。
11.另外，在美国公开专利us2021-0072650a1中示出的各莫尔条纹由于跨越自重叠标记的中心至重叠标记的外围的长的区域来形成，因此也存在重叠测量装置的倾斜的光学要素可能受到例如由分束器(beam splitter)引起的光学像差的很大影响的问题。特别是，由
于沿配置条(bar)的方向与光学系统的距离的变化大的、特定方向重叠测量用莫尔条纹靠近重叠标记的中心的条的光路径与配置于外围的条的光路径之间的差异大，因此受到光学像差的影响大。
12.另外，于使用扫描仪(scanner)式的曝光设备来形成重叠标记的情况，虽然沿扫描方向配置的莫尔条纹的偏差小，而沿与扫描方向正交的方向配置的莫尔条纹的偏差大，但由于先前的重叠标记与扫描方向无关地配置莫尔条纹，因此也存在沿与扫描方向正交的方向配置的莫尔条纹的偏差在重叠测量步骤中可能造成影响的问题。
13.[现有技术文献]
[0014]
(专利文献1)日本公开专利2020-112807
[0015]
(专利文献2)韩国注册专利10-1604789
[0016]
(专利文献3)韩国公开专利2000-0006182
[0017]
(专利文献4)美国公开专利us2021-0072650a1


技术实现要素：

[0018]
技术课题本发明用于改善上述问题点，其目的在于提供一种可将光学像差的影响最小化的重叠标记、使用其的新型重叠测量方法以及半导体元件的制造方法。
[0019]
另外，本发明的目的在于提供一种可将由扫描仪的扫描方向带来的影响最小化的重叠标记、使用其的新型重叠测量方法以及半导体元件的制造方法。
[0020]
解决课题的技术方案
[0021]
为了达成上述目的，本发明提供一种形成莫尔条纹的重叠标记，所述重叠标记是确定两个以上的图案层之间的相对交错的基于影像的重叠测量用重叠标记，其特征在于包括第一重叠标记至第四重叠标记，所述第一重叠标记以如下方式构成：形成一对第一莫尔条纹，所述一对第一莫尔条纹具有第一对称中心cos1，且以所述第一对称中心cos1为基准旋转180度对称，中心轴彼此一致，且配置于所述重叠标记的中心部，所述第一莫尔条纹包括第一格栅图案及第二格栅图案，所述第一格栅图案与第一图案层一同形成且沿第一方向具有第一间距，所述第二格栅图案以与所述第一格栅图案层叠的方式与第二图案层一同形成，且沿所述第一方向具有与所述第一间距不同的第二间距，
[0022]
所述第二重叠标记以如下方式构成：形成一对第二莫尔条纹，所述一对第二莫尔条纹具有第二对称中心cos2，且以所述第二对称中心cos2为基准旋转180度对称，中心轴彼此一致，且以隔着所述第一莫尔条纹面对的方式配置，所述第二莫尔条纹通过第三格栅图案及第四格栅图案，所述第三格栅图案与所述第一图案层一同形成且沿第一方向具有第三间距，所述第四格栅图案以与所述第三格栅图案层叠的方式与第二图案层一同形成，且沿所述第一方向具有与所述第三间距不同的第四间距，
[0023]
所述第三重叠标记以如下方式构成：形成一对第三莫尔条纹，所述一对第三莫尔条纹具有第三对称中心cos3，且以所述第三对称中心cos3为基准旋转180度对称，且隔着所述第一莫尔条纹配置于第一对角线上，所述第三莫尔条纹包括第五格栅图案及第六格栅图案，所述第五格栅图案与第一图案层一同形成且沿第二方向具有第五间距，所述第六格栅图案以与所述第五格栅图案层叠的方式与第二图案层一同形成，且沿所述第二方向具有与所述第五间距不同的第六间距，
[0024]
所述第四重叠标记以如下方式构成：形成一对第四莫尔条纹，所述一对第四莫尔条纹具有第四对称中心cos4，且以所述第四对称中心cos4为基准旋转180度对称，且隔着所述第一莫尔条纹配置于与所述第一对角线交叉的第二对角线上，所述第四莫尔条纹包括第七格栅图案及第八格栅图案，所述第七格栅图案与第二图案层一同形成且沿第二方向具有第七间距，所述第八格栅图案以与所述第七格栅图案层叠的方式与第二图案层一同形成，且沿所述第二方向具有与所述第七间距不同的第八间距，
[0025]
所述第一对称中心cos1与所述第二对称中心cos2在所述第一方向上的误差表示所述第一图案层与所述第二图案层之间在所述第一方向上的重叠误差，
[0026]
所述第三对称中心cos3与所述第四对称中心cos4在所述第二方向上的误差表示所述第一图案层与所述第二图案层之间在所述第二方向上的重叠误差。
[0027]
另外，本发明提供一种形成莫尔条纹的重叠标记，其特征在于所述重叠标记利用扫描仪式的曝光装置来形成，且所述第二方向与所述曝光装置的扫描方向平行。
[0028]
另外，本发明提供一种形成莫尔条纹的重叠标记，其特征在于所述第一莫尔条纹至所述第四莫尔条纹的间距比重叠测量装置的光学分辨率大，且所述第一格栅图案至所述第八格栅图案的间距比所述重叠测量装置的光学分辨率小。
[0029]
另外，本发明提供一种形成莫尔条纹的重叠标记，其特征在于所述第一间距与所述第四间距相同，且所述第二间距与所述第三间距相同。
[0030]
另外，本发明提供一种形成莫尔条纹的重叠标记，其特征在于所述第五间距与所述第八间距相同，且所述第六间距与所述第七间距相同。
[0031]
另外，本发明提供一种重叠测量方法，所述重叠测量方法是对多个连续的图案层之间的重叠进行测量的方法，其特征在于包括以下步骤：获取通过在多个连续的图案层形成图案的同时形成的重叠标记来形成的莫尔条纹影像的步骤；以及对所述莫尔条纹影像进行分析的步骤。
[0032]
另外，本发明提供一种重叠测量方法，其特征在于获取所述莫尔条纹影像的步骤是利用具有倾斜的光学要素的重叠测量装置来获取莫尔条纹影像的步骤，且在获取所述莫尔条纹影像的步骤中，所述重叠测量装置以如下方式配置：所述倾斜的光学要素与所述重叠标记之间的距离随着在所述第一方向上行进而增加或减少，且在所述第二方向上行进时为恒定的。
[0033]
另外，本发明提供一种重叠测量方法，其特征在于所述倾斜的光学要素为分束器。
[0034]
另外，本发明提供一种重叠测量方法，其特征在于对所述莫尔条纹影像进行分析的步骤包括以下步骤：将所述莫尔条纹影像的一部分投影成一维以得到周期性曲线图的步骤；以及将所述周期性曲线图表示为正弦波的步骤。
[0035]
另外，本发明提供一种重叠测量方法，其特征在于表示为所述正弦波的步骤为以下步骤：通过回归分析对以下数学式9的a0、a1、a2、θ1、θ2、f1、f2值进行拟合以使得所述周期性曲线图与由数学式9表示的正弦波的差异变小。
[0036]
[数学式9]
[0037]
a0+a
1 cos(θ1+f1x)+a
2 sin(θ2+f2x)
[0038]
这种重叠测量方法具有以下优点：通过拟合的步骤可稳定地得到移除现存图案的高频率成分的莫尔条纹的低频率成分。
[0039]
另外，本发明提供一种半导体元件的制造方法，作为半导体元件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：在形成多个连续的图案层的同时形成重叠标记的步骤；利用所述重叠标记测量重叠值的步骤；以及将测量出的重叠值用于用以形成多个连续的图案层的工序控制的步骤。
[0040]
另外，本发明提供一种半导体元件的制造方法，其特征在于形成所述重叠标记的步骤是利用扫描仪式的曝光装置来形成所述重叠标记的步骤，所述第二方向与所述曝光装置的扫描方向平行。
[0041]
发明的效果
[0042]
根据本发明的重叠标记、使用其的新型重叠测量方法以及半导体元件的制造方法具有可将光学像差的影响最小化的优点。
[0043]
另外，可将由扫描仪的扫描方向带来的影响最小化。
附图说明
[0044]
图1是根据本发明的重叠标记的一实施例的平面图。
[0045]
图2是图1所示的第一重叠标记的一部分的剖面图。
[0046]
图3是图1所示的第二重叠标记的一部分的剖面图。
[0047]
图4是图1所示的第三重叠标记的一部分的剖面图。
[0048]
图5是图1所示的第四重叠标记的一部分的剖面图。
[0049]
图6是示出在对图1所示的重叠标记照射光时形成的莫尔条纹的模拟结果的图。
[0050]
图7是用于对获取莫尔条纹影像步骤进行说明的图。
[0051]
图8示出自图1所示的重叠标记获取的信号。
[0052]
图9是用于对将图8所示的信号变更为正弦波的步骤进行说明的图。
具体实施方式
[0053]
以下，将参考附图对本发明的实施例进行详细说明。然而本发明的实施例可变形为各种其他的形态，且本发明的范围不应被解释为限定于以下详细叙述的实施例。提供本发明的实施例是为了向本领域中具有普通知识者更完整地说明本发明。因此，图式中的要素的形状等为强调更明确的说明而进行夸张表现，且在图式上由相同的符号表示的要素意指相同的要素。
[0054]
图1是根据本发明的重叠标记的一实施例的平面图，图2至图5是图1所示的第一重叠标记至第四重叠标记的一部分的剖面图，且图6是示出在对图1所示的重叠标记照射光时形成的莫尔条纹的模拟结果的图。图1示出第一重叠标记100、第二重叠标记200、第三重叠标记300、第四重叠标记400对准的状态。
[0055]
如图1与图2所示，第一重叠标记100具有配置于重叠标记10的中心部的一对第一格栅图案110与一对第二格栅图案120。一对第一格栅图案110隔开预定的间隔平行地形成。一对第二格栅图案120以与第一格栅图案110层叠的方式形成。一对第二格栅图案120隔开预定的间隔平行地形成。
[0056]
第一格栅图案110与第一图案层(下层)一同形成。第一格栅图案110沿第一方向(在图1中为x轴方向)具有第一间距p1。第一格栅图案110包括多个薄的条。
[0057]
第二格栅图案120与第二图案层(上层)一同形成。第二格栅图案120沿第一方向(在图1中为x轴方向)具有第二间距p2。此处，第二间距p2与第一间距p1不同。第二格栅图案120包括多个薄的条。
[0058]
这种第一格栅图案110与第二格栅图案120在重叠标记10的中心部形成一对第一莫尔条纹m1。即，若向这种第一格栅图案110与第二格栅图案120上照射光，则通过在使周期性图案层叠时产生的干涉现象而如图6所示形成第一莫尔条纹m1。
[0059]
此时，如以下数学式1所示，第一莫尔条纹m1的间距p
m1
由第一格栅图案110的间距p1与第二格栅图案120的间距p2确定。由数学式1可知，第一莫尔条纹m1的间距p
m1
与第一格栅图案110的间距p1及第二格栅图案120的间距p2相比具有非常大的值。
[0060]
[数学式1]
[0061][0062]
此处，优选为第一莫尔条纹m1的间距p
m1
比重叠测量装置的光学分辨率大，且第一格栅图案110的间距p1与第二格栅图案120的间距p2比重叠测量装置的光学分辨率小。这是为了将由自格栅图案110、120、特别是作为上层的第二格栅图案120反射的光引起的干涉等影响而在莫尔条纹产生噪声的情形最小化。
[0063]
而且，第二格栅图案120的格栅要素相对于第一格栅图案110的格栅要素在排列方向(在本实施例中为x轴方向)上的相对移动引起第一莫尔条纹m1的移动。而且，第二格栅图案120的相对移动距离与第一莫尔条纹m1的移动距离之比、即第一条纹增益g
m1
(gain)由以下数学式2来确定。
[0064]
[数学式2]
[0065][0066]
由数学式2可知，即使第二格栅图案120稍微移动一点，第一莫尔条纹m1也会移动相对非常长的距离。因此，即使是微细的重叠误差也可由莫尔条纹的影像来测量出。
[0067]
第一莫尔条纹m1具有第一对称中心cos1。第一莫尔条纹m1以第一对称中心cos1为基准旋转180度对称。第一莫尔条纹m1的中心轴c1彼此一致。
[0068]
如图1与图3所示，第二重叠标记200具有一对第三格栅图案210及一对第四格栅图案220，所述第三格栅图案210以隔着第一重叠标记100的第一格栅图案110面对的方式配置，所述第四格栅图案220以隔着第二格栅图案120面对的方式配置。一对第四格栅图案220以与第三格栅图案210层叠的方式形成。
[0069]
第三格栅图案210与第一图案层一同形成。第三格栅图案210沿第一方向(在图1中为x轴方向)具有第三间距p3。第三格栅图案210包括多个薄的条。
[0070]
第四格栅图案220与第二图案层一同形成。第四格栅图案220沿第一方向(在图1中为x轴方向)具有第四间距p4。此处，第四间距p4与第三间距p3不同。第四格栅图案220包括多个薄的条。此处，第四间距p4可与第一间距p1相同，且第三间距p3与第二间距p2相同。
[0071]
如图6所示，这种第三格栅图案210与第四格栅图案220形成以隔着第一莫尔条纹m1面对的方式配置的一对第二莫尔条纹m2。
[0072]
如以下数学式3所示，第二莫尔条纹m2的间距p
m2
由第三格栅图案210的间距p3与第四格栅图案220的间距p4来确定。
[0073]
[数学式3]
[0074][0075]
而且，第四格栅图案220的相对移动距离与第二莫尔条纹m2的移动距离之比、即第二条纹增益g
m2
由以下数学式4来确定。
[0076]
此处，较佳为第二莫尔条纹m2的间距p
m2
比重叠测量装置的光学分辨率大，且第三格栅图案210的间距p3与第四格栅图案220的间距p4比重叠测量装置的光学分辨率小。这是为了将由自格栅图案反射的光引起的干涉等影响而在莫尔条纹产生噪声的情形最小化。
[0077]
[数学式4]
[0078][0079]
由数学式4可知，即使第四格栅图案220稍微移动一点，第二莫尔条纹m2也会移动相对非常长的距离。
[0080]
第二莫尔条纹m2具有第二对称中心cos2。第二莫尔条纹m2以第二对称中心cos2为基准旋转180度对称。第二莫尔条纹m2的中心轴c2彼此一致。在对准时，第一莫尔条纹m1的中心轴c1与第二莫尔条纹m2的中心轴c2一致。
[0081]
在图6中，由于重叠标记10呈对准的状态，因此第一莫尔条纹m1的对称中心cos1与第二莫尔条纹m2的对称中心cos2彼此一致。
[0082]
在重叠标记10未对准时，第一莫尔条纹m1的对称中心cos1与第二莫尔条纹m2的对称中心cos2彼此不一致。
[0083]
利用第一莫尔条纹m1的对称中心cos1与第二莫尔条纹m2的对称中心cos2在第一方向(x轴方向)上的差异可测量在第一方向上的重叠误差。
[0084]
如图1与图4所示，第三重叠标记300具有一对第五格栅图案310及一对第六格栅图案320，所述第五格栅图案310隔着第一重叠标记100的第一格栅图案110配置于第一对角线d1上，所述第六格栅图案320隔着第二格栅图案120配置于第一对角线d1上。一对第六格栅图案320以与第五格栅图案310层叠的方式形成。
[0085]
第五格栅图案310与第一图案层一同形成。第五格栅图案310沿第二方向(在图1中为y轴方向)具有第五间距p5。第五格栅图案310包括多个薄的条。
[0086]
第六格栅图案320与第二图案层一同形成。第六格栅图案320沿第二方向(在图1中为y轴方向)具有第六间距p6。此处，第六间距p6与第五间距p5不同。第六格栅图案320包括多个薄的条。
[0087]
如图6所示，这种第五格栅图案310与第六格栅图案320形成隔着第一莫尔条纹m1配置于第一对角线d1上的一对第三莫尔条纹m3。即，若向这种第五格栅图案310与第六格栅图案320上照射光，则通过在使周期性图案层叠时产生的干涉现象而如图6所示形成第三莫尔条纹m3。
[0088]
此时，如以下数学式5所示，第三莫尔条纹m3的间距p
m3
由第五格栅图案310的间距
p5与第六格栅图案320的间距p6确定。由数学式5可知，第三莫尔条纹m3的间距p
m3
与第五格栅图案310的间距p5及第六格栅图案320的间距p6相比具有非常大的值。
[0089]
[数学式5]
[0090][0091]
此处，优选为第三莫尔条纹m3的间距p
m3
比重叠测量装置的光学分辨率大，且第五格栅图案310的间距p5与第六格栅图案320的间距p6比重叠测量装置的光学分辨率小。这是为了将由自格栅图案反射的光引起的干涉等影响而在莫尔条纹产生噪声的情形最小化。
[0092]
而且，第六格栅图案320的格栅要素相对于第五格栅图案310的格栅要素在排列方向上的相对移动引起第三莫尔条纹m3的移动。而且，第六格栅图案320的相对移动距离与第三莫尔条纹m3的移动距离之比、即第三条纹增益g
m3
由以下数学式6来确定。
[0093]
[数学式6]
[0094][0095]
由数学式6可知，即使第六格栅图案320稍微移动一点，第三莫尔条纹m3也会移动相对非常长的距离。因此，即使是微细的重叠误差也可由莫尔条纹的影像来测量出。
[0096]
第三莫尔条纹m3具有第三对称中心cos3。第三莫尔条纹m3以第三对称中心cos3为基准旋转180度对称。
[0097]
如图1与图5所示，第四重叠标记400具有一对第七格栅图案410及一对第八格栅图案420，所述第七格栅图案410隔着第一重叠标记100的第一格栅图案110配置于与所述第一对角线d1交叉的第二对角线d2上，所述第八格栅图案420隔着第二格栅图案120配置于第二对角线d2上。一对第八格栅图案420以与第七格栅图案410层叠的方式形成。
[0098]
第七格栅图案410与第一图案层一同形成。第七格栅图案410沿第二方向(在图1中为y轴方向)具有第七间距p7。第七格栅图案410包括多个薄的条。
[0099]
第八格栅图案420与第二图案层一同形成。第八格栅图案420沿第二方向(在图1中为y轴方向)具有第八间距p8。此处，第八间距p8与第七间距p7不同。第八格栅图案420包括多个薄的条。
[0100]
如图6所示，这种第七格栅图案410与第八格栅图案420形成隔着第一莫尔条纹m1配置于第二对角线d2上的一对第四莫尔条纹m4。即，若向这种第七格栅图案410与第八格栅图案420上照射光，则通过在使周期性图案层叠时产生的干涉现象而如图6所示形成第四莫尔条纹m4。
[0101]
此时，如以下数学式7所示，第四莫尔条纹m4的间距p
m4
由第七格栅图案410的间距p7与第八格栅图案420的间距p8确定。由数学式7可知，第四莫尔条纹m4的间距p
m4
与第七格栅图案410的间距p7及第八格栅图案420的间距p8相比具有非常大的值。
[0102]
[数学式7]
[0103]
[0104]
此处，优选为第四莫尔条纹m4的间距p
m4
比重叠测量装置的光学分辨率大，且第七格栅图案410的间距p7与第八格栅图案420的间距p8比重叠测量装置的光学分辨率小。这是为了将由自格栅图案反射的光引起的干涉等影响而在莫尔条纹产生噪声的情形最小化。
[0105]
而且，第八格栅图案420的格栅要素相对于第七格栅图案410的格栅要素在排列方向上的相对移动引起第四莫尔条纹m4的移动。而且，第八格栅图案420的相对移动距离与第四莫尔条纹m4的移动距离之比、即第四条纹增益g
m4
由以下数学式8来确定。
[0106]
[数学式8]
[0107][0108]
由数学式8可知，即使第八格栅图案420稍微移动一点，第四莫尔条纹m4也会移动相对非常长的距离。因此，即使是微细的重叠误差也可由莫尔条纹的影像来测量出。
[0109]
第四莫尔条纹m4具有第四对称中心cos4。第四莫尔条纹m4以第四对称中心cos4为基准旋转180度对称。
[0110]
在图6中，由于重叠标记10呈对准的状态，因此第三莫尔条纹m3的对称中心cos3与第四莫尔条纹m4的对称中心cos4彼此一致。
[0111]
在重叠标记10未对准时，第三莫尔条纹m3的对称中心cos3与第四莫尔条纹m4的对称中心cos4彼此不一致。
[0112]
利用第三莫尔条纹m3的对称中心cos3与第四莫尔条纹m4的对称中心cos4在第二方向(y轴方向)上的差异可测量在第二方向上的重叠误差。
[0113]
以下，对利用上述重叠标记10的重叠测量方法进行说明。
[0114]
重叠测量方法包括获取通过重叠标记10形成的莫尔条纹影像的步骤、以及对莫尔条纹影像进行分析的步骤。重叠标记10在形成两个连续的图案层的同时形成。
[0115]
获取莫尔条纹影像的步骤是利用重叠测量装置一次性获取第一莫尔条纹m1、第二莫尔条纹m2、第三莫尔条纹m3、第四莫尔条纹m4的影像的步骤。例如，为获取如图6所示的影像的步骤。
[0116]
本步骤可为以下步骤：利用具有倾斜的光学要素、以及对形成有透镜l、重叠标记10的器件d进行支撑的平台s等的重叠测量装置来获取重叠标记影像。倾斜的光学要素可为例如分束器bs。
[0117]
图7是为了对获取重叠标记影像步骤进行说明示出重叠测量装置的一例的一部分的图。如图7所示，在本步骤中，较佳为重叠测量装置以如下方式配置：倾斜的光学要素、即分束器bs与形成有重叠标记10的器件d之间的距离随着在x轴方向上行进而增加或减小，且于在y轴方向上行进时为恒定的，所述x轴方向是配置有由第一重叠标记100与第二重叠标记200形成的第一莫尔条纹m1与第二莫尔条纹m2的方向。即，分束器bs相对于x轴倾斜地配置。
[0118]
若在如此配置重叠测量装置的状态下获取重叠标记影像，则具有可减小光学像差的影响的优点。这是因为第一重叠标记100与第二重叠标记200以x轴方向为基准仅形成在重叠标记10的中心部。
[0119]
若重叠标记10的整体面积相同，则第一重叠标记100与第二重叠标记200的x轴方向的宽度相对窄。
[0120]
因此，x轴方向两端与倾斜的光学要素、即分束器bs之间的z轴方向距离的差异与先前的重叠标记相比变小。因此，由与倾斜光学要素的距离差异引起的光学像差的影响达成最小化。
[0121]
虽然第三重叠标记300与第四重叠标记400以y轴方向为基准形成在重叠标记10的整体区域中，但由于倾斜的光学要素、即分束器bs并不相对于y轴倾斜地配置且在y轴方向上的扭曲小，因此由第三重叠标记300与第四重叠标记400形成的第三莫尔条纹m3与第四莫尔条纹m4几乎不会受到由倾斜的光学要素引起的光学像差的影响。
[0122]
在本发明中，将在一侧方向(在图1中为x轴方向)上配置的第一莫尔条纹m1与第二莫尔条纹m2集中配置在中心部，且在获取莫尔条纹的影像时，考虑该情形来配置重叠测量装置以使得倾斜的光学要素、即分束器bs与其方向的轴(在图7中为x轴)构成角，从而将光学像差的影响最小化。
[0123]
对莫尔条纹影像进行分析的步骤可包括以下步骤：在获取的莫尔条纹影像中对第一莫尔条纹m1的x轴方向中心与第二莫尔条纹m2的x轴方向中心的偏移进行测量的步骤；以及对第三莫尔条纹m3的y轴方向中心与第四莫尔条纹m4的y轴方项中心的偏移进行测量的步骤。
[0124]
对第一莫尔条纹m1的x轴方向中心与第二莫尔条纹m2的x轴方向中心的偏移进行测量的步骤可包括如下所述的步骤。
[0125]
首先，求出第一莫尔条纹m1的对称中心cos1的x值与获取的莫尔条纹影像的中心coi的x值之间的差(s11)。在图6中，coi为影像区域本身的中心，与莫尔条纹的对称中心无关。为了方便起见，在图6中示出coi与第一莫尔条纹m1的对称中心cos1一致的情形。
[0126]
如图6所示，在获取的莫尔条纹影像中选择上方一个第一莫尔条纹m1的一部分区域r1。而且，还选择以获取的莫尔条纹影像的中心为基准180度对称的区域r2。该区域r2位于下方另一个第一莫尔条纹m1处。
[0127]
而且，分别将所选择的两个区域r1、r2的二维影像投影成一维。即，将在二维影像中具有相同的x值的画素(pixel)的所有灰度值(grey value)相加、或者求灰度值的平均值、或者将灰度值正规化。
[0128]
那么如图8所示，可描绘表示灰度值根据x值的变化的周期性曲线图g。由于第一莫尔条纹m1的灰度值根据x值的变化存在差异，因此可得到如图8所示的曲线图g。
[0129]
由图8可知，所获取的周期性曲线图g包括许多噪声。这种噪声可为由实际格栅图案引起的增强干涉产生的噪声。因此，移除图8的周期性曲线图g的高频率成分，从而表示为如图9所示的正弦波s。
[0130]
表示为正弦波s的步骤可为以下步骤：通过回归分析对以下数学式9的a0、a1、a2、θ1、θ2、f1、f2值进行拟合以使得周期性曲线图g与由数学式9表示的正弦波s的差异最小化。例如，可使用均方误差(mean squared error，mse)、均方根误差(root mean squared error，rmse)、平均绝对误差(mean absolute error，mae)、平均绝对百分误差(mean absolute percentage error，mape)、平均百分比误差(mean percentage error，mpe)等各种误差函数进行拟合。
[0131]
[数学式9]
[0132]
a0+a
1 cos(θ1+f1x)+a
2 sin(θ2+f2x)
[0133]
接着，利用分别自r1与r2获取的由正弦波表示的两个曲线图s求出第一莫尔条纹m1的中心的x值与获取的重叠标记影像的中心的x值之间的差。
[0134]
假设第一莫尔条纹m1的对称中心cos1的x值与获取的重叠标记影像的中心coi的x值相同，则两个曲线图s应呈相同的形态。假设第一莫尔条纹m1的第一对称中心cos1的x值与获取的重叠标记影像的中心coi的x值不相同，则一个曲线图相对于另一个曲线图呈在x轴方向上偏移的形态。此时的偏移值表示第一莫尔条纹m1的中心的x值与获取的重叠标记影像的中心coi的x值之间的差。
[0135]
接着，以同样的方法求第二莫尔条纹m2的第二对称中心cos2的x值与获取的重叠标记影像的中心coi的x值之间的差(s12)。
[0136]
接着，利用在前面求出的第一莫尔条纹m1的第一对称中心cos1的x值与获取的重叠标记影像的中心coi的x值之间的差、及第二莫尔条纹m2的第二对称中心cos2的x值与获取的重叠标记影像的中心coi的x值之间的差，从而求出x轴方向的重叠值(s13)。
[0137]
由于该差值为通过条纹增益值放大的值，因此除以条纹增益值可求出实际x轴方向的重叠值。
[0138]
接着，以同样的方法求出第三莫尔条纹m3的第三对称中心cos3的y值与获取的重叠标记影像的中心coi的y值之间的差(s14)。而且，求出第四莫尔条纹m4的第四对称中心cos4的y值与获取的重叠标记影像的中心coi的y值之间的差(s15)。
[0139]
接着，利用在前面求出的第三对称中心cos3的y值与获取的重叠标记影像的中心coi的y值之间的差、及第四莫尔条纹m4的第四对称中心cos4的y值与获取的重叠标记影像的中心coi的y值之间的差，从而求出y轴方向的重叠值(s16)。由于该差值为通过条纹增益值放大的值，因此除以条纹增益值可求出实际y轴方向的重叠值。
[0140]
以下，对利用图1所示的重叠标记10的半导体元件的制造方法进行说明。利用重叠标记10的半导体元件的制造方法以形成重叠标记10的步骤开始。在形成两个连续的图案层的同时形成重叠标记10。
[0141]
形成重叠标记10的步骤可为利用扫描仪式的曝光装置来形成重叠标记10的步骤。而且此时，较佳为曝光装置的扫描方向与构成配置于中心部的第一重叠标记100及第二重叠标记200的格栅图案110、120、210、220的薄的条的长度方向(在图3中为y轴方向)平行。其原因在于：由于在曝光装置的扫描方向上可进行匀速控制，因此虽然薄的条在y轴方向上的扭曲不大，但在x轴方向上可能产生扭曲，因此较佳为将沿与扫描方向垂直的x轴方向配置的薄的条配置在中心部从而将扭曲最小化。
[0142]
接着，利用重叠标记10来测量重叠值。测量重叠值的步骤与上述重叠测量方法相同。
[0143]
最后，将测量的重叠值用于用以在两个连续的图案层或一个图案层中形成另外形成的两个图案的工序控制。即，将导出的重叠应用于工序控制，以在预定的位置处形成连续的图案层或两个图案。
[0144]
以上说明的实施例仅是对本发明的较佳实施例进行说明，且本发明的权利范围并非限定于所说明的实施例，应理解可在本发明的技术思想与权利要求范围内由本领域的技术人员进行各种变更、变形或替换，如上所述的实施例属于本发明的范围。
[0145]
【符号说明】
[0146]
m1:第一莫尔条纹，m2:第二莫尔条纹，m3:第三莫尔条纹，m4:第四莫尔条纹，cos1:第一对称中心，cos2:第二对称中心，cos3:第三对称中心，cos4:第四对称中心，10:重叠标记，100:第一重叠标记，110:第一格栅图案，120:第二格栅图案，200:第二重叠标记，210:第三格栅图案，220:第四格栅图案，300:第三重叠标记，310:第五格栅图案，320:第六格栅图案，400:第四重叠标记，410:第七格栅图案，420:第八格栅图案。

技术特征：
1.一种形成莫尔条纹的重叠标记，是确定两个以上的图案层之间的相对交错的基于影像的重叠测量用重叠标记，其特征在于，包括第一重叠标记至第四重叠标记，所述第一重叠标记以如下方式构成：形成一对第一莫尔条纹，所述一对第一莫尔条纹具有第一对称中心(cos1)，且以所述第一对称中心(cos1)为基准旋转180度对称，中心轴彼此一致，且配置于所述重叠标记的中心部，所述第一莫尔条纹包括第一格栅图案及第二格栅图案，所述第一格栅图案与第一图案层一同形成且沿第一方向具有第一间距，所述第二格栅图案以与所述第一格栅图案层叠的方式与第二图案层一同形成，且沿所述第一方向具有与所述第一间距不同的第二间距，所述第二重叠标记以如下方式构成：形成一对第二莫尔条纹，所述一对第二莫尔条纹具有第二对称中心(cos2)，且以所述第二对称中心(cos2)为基准旋转180度对称，中心轴彼此一致，且以隔着所述第一莫尔条纹面对的方式配置，所述第二莫尔条纹包括第三格栅图案及第四格栅图案，所述第三格栅图案与所述第一图案层一同形成且沿第一方向具有第三间距，所述第四格栅图案以与所述第三格栅图案层叠的方式与第二图案层一同形成，且沿所述第一方向具有与所述第三间距不同的第四间距，所述第三重叠标记以如下方式构成：形成一对第三莫尔条纹，所述一对第三莫尔条纹具有第三对称中心(cos3)，且以所述第三对称中心(cos3)为基准旋转180度对称，且隔着所述第一莫尔条纹配置于第一对角线上，所述第三莫尔条纹包括第五格栅图案及第六格栅图案，所述第五格栅图案与第一图案层一同形成且沿第二方向具有第五间距，所述第六格栅图案以与所述第五格栅图案层叠的方式与第二图案层一同形成，且沿所述第二方向具有与所述第五间距不同的第六间距，所述第四重叠标记以如下方式构成：形成一对第四莫尔条纹，所述一对第四莫尔条纹具有第四对称中心(cos4)，且以所述第四对称中心(cos4)为基准旋转180度对称，且隔着所述第一莫尔条纹配置于与所述第一对角线交叉的第二对角线上，所述第四莫尔条纹包括第七格栅图案及第八格栅图案，所述第七格栅图案与第二图案层一同形成且沿第二方向具有第七间距，所述第八格栅图案以与所述第七格栅图案层叠的方式与第二图案层一同形成，且沿所述第二方向具有与所述第七间距不同的第八间距，所述第一对称中心(cos1)与所述第二对称中心(cos2)在所述第一方向上的误差表示所述第一图案层与所述第二图案层之间在所述第一方向上的重叠误差，所述第三对称中心(cos3)与所述第四对称中心(cos4)在所述第二方向上的误差表示所述第一图案层与所述第二图案层之间在所述第二方向上的重叠误差。2.根据权利要求1所述的形成莫尔条纹的重叠标记，其特征在于，所述重叠标记利用扫描仪式的曝光装置来形成，所述第二方向与所述曝光装置的扫描方向平行。3.根据权利要求1所述的形成莫尔条纹的重叠标记，其特征在于，
所述第一莫尔条纹至所述第四莫尔条纹的间距比重叠测量装置的光学分辨率大，所述第一格栅图案至所述第八格栅图案的间距比所述重叠测量装置的光学分辨率小。4.根据权利要求1所述的形成莫尔条纹的重叠标记，其特征在于，所述第一间距与所述第四间距相同，所述第二间距与所述第三间距相同。5.根据权利要求1所述的形成莫尔条纹的重叠标记，其特征在于，所述第五间距与所述第八间距相同，所述第六间距与所述第七间距相同。6.一种重叠测量方法，是对多个连续的图案层之间的重叠进行测量的方法，其特征在于包括以下步骤：获取通过在多个连续的图案层形成图案的同时形成的重叠标记来形成的莫尔条纹影像的步骤；以及对所述莫尔条纹影像进行分析的步骤，所述重叠标记为权利要求1至权利要求5中任一项所述的重叠标记。7.根据权利要求6所述的重叠测量方法，其特征在于，获取所述莫尔条纹影像的步骤是利用具有倾斜的光学要素的重叠测量装置来获取莫尔条纹影像的步骤，在获取所述莫尔条纹影像的步骤中，所述重叠测量装置以如下方式配置：所述倾斜的光学要素与所述重叠标记之间的距离随着在所述第一方向上行进而增加或减少，且在所述第二方向上行进时为恒定的。8.根据权利要求7所述的重叠测量方法，其特征在于，所述倾斜的光学要素为分束器。9.根据权利要求6所述的重叠测量方法，其特征在于，对所述莫尔条纹影像进行分析的步骤包括以下步骤：将所述莫尔条纹影像的一部分投影成一维以得到周期性曲线图的步骤；以及将所述周期性曲线图表示为正弦波的步骤。10.根据权利要求9所述的重叠测量方法，其特征在于，表示为所述正弦波的步骤为以下步骤：通过回归分析对以下数学式9的a0、a1、a2、θ1、θ2、f1、f2值进行拟合以使得所述周期性曲线图与由数学式9表示的正弦波的差异变小，[数学式9]a0+a
1 cos(θ1+f1x)+a
2 sin(θ2+f2x)。11.一种半导体元件的制造方法，作为半导体元件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：在形成多个连续的图案层的同时形成重叠标记的步骤；利用所述重叠标记测量重叠值的步骤；以及将测量出的重叠值用于用以形成多个连续的图案层的工序控制的步骤，所述重叠标记为权利要求1至权利要求5中任一项所述的重叠标记。12.根据权利要求11所述的半导体元件的制造方法，其特征在于，
形成所述重叠标记的步骤是利用扫描仪式的曝光装置来形成所述重叠标记的步骤，所述第二方向与所述曝光装置的扫描方向平行。

技术总结
本发明涉及确定两个以上的图案层之间的相对交错的基于影像的重叠测量用重叠标记，包括第一重叠标记至第四重叠标记。所述第一重叠标记以如下方式构成：形成一对第一莫尔条纹，所述一对第一莫尔条纹具有第一对称中心(COS1)，且以所述第一对称中心(COS1)为基准旋转180度对称，中心轴彼此一致，且配置于所述重叠标记的中心部，所述第二重叠标记以如下方式构成：形成一对第二莫尔条纹，所述一对第二莫尔条纹具有第二对称中心(COS2)，且以所述第二对称中心(COS2)为基准旋转180度对称，中心轴彼此一致，且以隔着所述第一莫尔条纹面对的方式配置，所述第三重叠标记以如下方式构成：形成一对第三莫尔条纹，所述一对第三莫尔条纹具有第三对称中心(COS3)，且以所述第三对称中心(COS3)为基准旋转180度对称，且隔着所述第一莫尔条纹配置于第一对角线上，且所述第四重叠标记以如下方式构成：形成一对第四莫尔条纹，所述一对第四莫尔条纹具有第四对称中心(COS4)，且以所述第四对称中心(COS4)为基准旋转180度对称，且隔着所述第一莫尔条纹配置于与所述第一对角线交叉的第二对角线上。与所述第一对角线交叉的第二对角线上。与所述第一对角线交叉的第二对角线上。


技术研发人员：李铉哲 张贤镇 洪性勋 禹永济
受保护的技术使用者：奥路丝科技有限公司
技术研发日：2022.10.20
技术公布日：2023/10/6