量测对准标记结构及晶圆结构、厚度量测方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种量测对准标记结构及晶圆结构、厚度量测方法。

背景技术

在半导体技术中，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)是目前超大规模集成电路阶段中用于晶圆表面平坦化的重要工艺手段。高平整度的晶圆形貌会大大降低后续工艺难度，可提高后续工艺的精准度、稳定性等。

在集成电路的制程中，存在将光罩上设计的图案转移至芯片的预先沉积的薄膜上的步骤。该步骤实际上又包含上光阻、曝光和显影三道步骤。集成电路由多层图案所组成，理论上是要求每层间都能精确对准。为了便利各层的对准，在光罩设计时在图案的切割道上都留有重叠对准记号。

对于多晶硅(Poly)化学机械研磨制程来说，由于多晶硅薄膜在深紫外光(DeepUltraviolet，简称DUV)波段的消光系数很高，透光率低，相比透光率较高的二氧化硅薄膜(SiO2 film)化学机械研磨制程，多晶硅化学机械研磨在前值量测时对准图案已经较模糊，易造成对准失败。而在多晶硅化学机械研磨之后，由于多晶硅薄膜表面的粗糙度发生改变，会造成对准图案完全无法识别。最终的结果就是，多晶硅化学机械研磨后量测机台的对准失败率成倍增加，导致在线收集(inline)的薄膜厚度量测结果出现失真，严重影响生产线的正常运转。

因此，如何降低多晶硅化学机械研磨后的对准失败率，维持生产线的正常运转，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种量测对准标记结构及晶圆结构、厚度量测方法，以降低多晶硅化学机械研磨后的对准失败率，提高量测机台的可靠度及准确度。

为解决上述问题，本发明一实施例提供了一种量测对准标记结构，用于化学机械研磨制程的厚度量测对准，包括：一第一标记区，所述第一标记区包括至少一第一对准图案，所述第一对准图案的线条宽度大于或等于预设阈值，以用于量测机台识别对准。

在一些实施例中，所述线条宽度的取值范围为3um至5um。

在一些实施例中，所述第一对准图案为十字形图案，所述十字形图案的线条宽度约为4um。

在一些实施例中，所述第一标记区包括多个第一对准图案，相邻两所述第一对准图案对称设置，且相邻两所述第一对准图案之间的间隙宽度大于所述第一对准图案的线条宽度，所述第一对准图案的图形长度及图形高度均大于所述间隙宽度。

在一些实施例中，所述量测对准标记结构还包括围绕所述第一标记区设置的一第二标记区，所述第二标记区包括至少一第二对准图案；其中，所述第一对准图案与所述第二对准图案的线条宽度基本相同、图案不相同。

在一些实施例中，所述第二对准图案为环形图案，所述环形图案的线条宽度约为4um；其中，所述环形图案选自矩形、圆形、椭圆形的任意其中之一。

在一些实施例中，每一所述第一对准图案与至少一所述第二对准图案相邻设置。

在一些实施例中，与所述第一标记区的每一顶点相对应处设置一所述第二对准图案。

为解决上述问题，本发明一实施例还提供了一种晶圆结构，包括：一晶圆，所述晶圆的切割道内设置有至少一如本发明所述的量测对准标记结构；以及一薄膜层，形成于所述晶圆上，并覆盖所述量测对准标记结构。

在一些实施例中，所述薄膜层的材料为多晶硅或氮化硅。

为解决上述问题，本发明一实施例还提供了一种厚度量测方法，包括：提供一晶圆；于所述晶圆的切割道内形成至少一量测对准标记结构，其中，所述量测对准标记结构包括一第一标记区，所述第一标记区包括至少一第一对准图案，所述第一对准图案的线条宽度大于或等于预设阈值，以用于量测机台识别对准；于所述晶圆上形成一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述量测对准标记结构；以及对所述薄膜层进行化学机械研磨，并采用量测机台于化学机械研磨制程中通过识别所述量测对准标记结构进行对准并量测，进而获取薄膜厚度量测结果。

在一些实施例中，所述线条宽度的取值范围为3um至5um。

在一些实施例中，所述薄膜层的材料为多晶硅或氮化硅。

本发明通过改进量测对准标记结构，设置线条宽度大于或等于预设阈值的第一对准图案，以用于量测机台识别对准；进一步通过在第一对准图案的外围增设第二对准图案；由于对准图案线条宽度较宽使得量测机台能够很容易找到对准图案，提高化学机械研磨后量测机台的对准成功率，可增加量测机台的可靠度，从而避免在线收集的薄膜厚度量测结果出现失真，维持生产线的正常运转，进而达到提高产能的功效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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它的附图。

图1为本发明一实施例提供的量测对准标记结构的架构示意图；

图2～图4为本发明不同实施例提供的量测对准标记结构的示意图；

图5为本发明一实施例提供的晶圆结构的示意图；

图6为本发明一实施例提供的多晶硅消光系数随波长变化曲线示意图；

图7为本发明一实施例提供的厚度量测方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供了一种量测对准标记结构，可用于化学机械研磨制程的厚度量测对准。

请参阅图1，其为本发明一实施例提供的量测对准标记结构的架构示意图。如图1所示，本实施例所述的量测对准标记结构10包括：一第一标记区11，所述第一标记区11包括至少一第一对准图案110；所述第一对准图案110的线条宽度W1大于或等于预设阈值，以用于量测机台识别对准。

本实施例通过改进量测对准标记结构，设置线条宽度大于或等于预设阈值(例如4um)的第一对准图案110，以用于量测机台识别对准；由于对准图案线条宽度较宽使得量测机台能够很容易找到对准图案，提高化学机械研磨后量测机台的对准成功率，从而避免在线收集的薄膜厚度量测结果出现失真，维持生产线的正常运转。

在一些实施例中，所述第一对准图案110线条宽度W1的取值范围为3um至5um。通过增大对准图案的线条宽度，使得量测机台能够很容易找到对准图案，可增加量测机台的可靠度并进而达到提高产能的功效。

在一些实施例中，所述第一对准图案110为十字形图案，所述十字形图案的线条宽度W1约为4um。通过采用由相交(具体可以为正交)的两个条形图案组成的十字形图案作为所述第一对准图案110，两个条形图案的形状基本相同且线条宽度较宽(大于或等于预设阈值)，使得对准图案较不会失真，使量测机台更容易找到对准图案，可增加量测机台的可靠度并进而达到提高产能的功效。

在一些实施例中，所述第一标记区11包括多个第一对准图案，相邻两所述第一对准图案对称设置，且相邻两所述第一对准图案之间的间隙宽度P1大于所述第一对准图案的线条宽度W1，所述第一对准图案的图形长度L1及图形高度H1均大于所述间隙宽度P1。例如，所述第一对准图案的线条宽度W1可以约为4um，相邻两所述第一对准图案之间的间隙宽度P1可以约为10um，所述第一对准图案的图形长度L1及图形高度H1可以均为约20um，从而每一第一对准图案均具有清晰的轮廓便于量测机台的识别对准，如图4所示。

在一些实施例中，所述量测对准标记结构10还包括围绕所述第一标记区11设置的一第二标记区12，所述第二标记区12包括至少一第二对准图案120；其中，所述第一对准图案110与所述第二对准图案120的线条宽度基本相同、图案不相同。例如，所述第一对准图案110与所述第二对准图案120可以为线条宽度均为4um的不同图案。通过在第一对准图案110的外围增设第二对准图案120，且第二对准图案120具有较宽的线条宽度，使得量测机台更容易找到对准图案，可增加量测机台的可靠度并进而达到提高产能的功效。

接上述实施例，所述第二对准图案120可以为环形图案，所述环形图案的线条宽度W2约为4um。可选地，所述环形图案选自矩形(正方形、长方形)、圆形、椭圆形的任意其中之一，优选为正方形。

在一些实施例中，所述第二标记区12可以包括多个第二对准图案，相邻两所述第二对准图案对称设置，且相邻两所述第二对准图案之间的间隙宽度P2大于所述第二对准图案的线条宽度W2。例如，所述第二对准图案的线条宽度W2可以约为4um，相邻两所述第二对准图案之间的间隙宽度P2可以约为10um，从而每一第二对准图案均具有清晰的轮廓便于量测机台的识别对准。

在一些实施例中，每一所述第一对准图案110与至少一所述第二对准图案120相邻设置。例如，对于第一标记区11设置有一个第一对准图案110的情形，可以在第二标记区12内与第一对准图案110相邻处设置一个第二对准图案120，也可以在第二标记区12内与第一对准图案110的相对两侧(左右侧或上下侧)相邻处分别设置一个第二对准图案120，还可以在第二标记区12内与第一对准图案110的四侧(左右侧及上下侧)相邻处分别设置一个第二对准图案120。通过第二对准图案120与第一对准图案110相配合，使得量测机台更容易找到对准图案，可增加量测机台的可靠度并进而达到提高产能的功效。

如图2所示，以所述第一对准图案110为十字形图案、所述第二对准图案120为正方形图案为例。对于第一标记区11设置有一个十字形图案的情形，可以在第二标记区12内与十字形图案的四个端部相邻处分别设置一个正方形图案。通过内部十字形图案与外部正方形图案相配合，使得量测机台更容易找到对准图案，可增加量测机台的可靠度并进而达到提高产能的功效。

在一些实施例中，与所述第一标记区11的每一顶点相对应处设置一所述第二对准图案120，从而通过所述第二对准图案120确定出所述第一标记区11的外轮廓，便于量测机台的识别对准。

如图3所示，以所述第一对准图案110为十字形图案、所述第二对准图案120为正方形图案为例。对于第一标记区11设置有一个十字形图案的情形，可以在第二标记区12内与第一标记区11的四个顶点相对应处分别设置一个正方形图案。通过内部十字形图案与外部正方形图案相配合，使得量测机台更容易找到对准图案，可增加量测机台的可靠度并进而达到提高产能的功效。

在一些实施例中，所述第一标记区11可以设置多个第一对准图案110；与所述第一标记区11的每一顶点相对应处设置一所述第二对准图案120，每一所述第一对准图案110与一所述第二对准图案120相邻设置。从而，通过第二对准图案120与第一对准图案110相配合，使得量测机台更容易找到对准图案，可增加量测机台的可靠度并进而达到提高产能的功效。

如图4所示，以所述第一对准图案110为十字形图案、所述第二对准图案120为正方形图案为例。第一标记区11设置有四个十字形图案，在第二标记区12内与第一标记区11的四个顶点相对应处分别设置一个正方形图案，且每一十字形图案与一正方形图案相邻设置。通过内部十字形图案与外部正方形图案相配合，使得量测机台更容易找到对准图案，可增加量测机台的可靠度并进而达到提高产能的功效。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种晶圆结构，其设置有本发明所述的量测对准标记结构。

请参阅图5，其为本发明一实施例提供的晶圆结构的示意图。在本实施例中，所述晶圆结构50包括一晶圆51以及一薄膜层52。所述晶圆51的切割道510内设置有至少一量测对准标记结构511；所述薄膜层52形成于所述晶圆51上，并覆盖所述量测对准标记结构511。为方便示意，量测对准标记结构511以透视效果示意。若晶圆51的布局许可，则量测对准标记结构511也可放在其它位置以利于量测机台识别对准。

具体的，所述量测对准标记结构511可以采用如图1～图4任一所示量测对准标记结构10，此处不再赘述。改进后的量测对准标记结构，对准图案线条宽度较宽使得量测机台能够很容易找到对准图案，提高化学机械研磨后量测机台的对准成功率，从而避免在线收集的薄膜厚度量测结果出现失真，维持生产线的正常运转。

在一些实施例中，所述薄膜层52的材料为多晶硅(Poly Si)或氮化硅(SiN)。从量测机台的光学角度分析，多晶硅或氮化硅薄膜在DUV波段的消光系数很高、透光率低，如图6所示。二氧化硅薄膜的消光系数为0、透光率很高；因此，现有的量测对准标记结构可以在二氧化硅的化学机械研磨制程中使用，但无法适用于在DUV波段的消光系数很高、透光率低的多晶硅或氮化硅薄膜。现有的量测对准标记结构对于多晶硅或氮化硅化学机械研磨制程来说，会存在对准图案不易识别造成对准失败，导致在线收集的薄膜厚度量测结果出现失真，严重影响生产线的正常运转。本实施例通过改进量测对准标记结构，使得量测机台能够很容易找到对准图案，提高多晶硅或氮化硅化学机械研磨后量测机台的对准成功率，从而避免在线收集的薄膜厚度量测结果出现失真，维持生产线的正常运转。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种厚度量测方法，通过在晶圆上设置有本发明所述的量测对准标记结构，以实现量测机台的识别对准并量测。

请参阅图7，为本发明一实施例提供的厚度量测方法的步骤示意图。在本实施例中，所述厚度量测方法包括如下步骤：S1、提供一晶圆；S2、于所述晶圆的切割道内形成至少一量测对准标记结构；S3、于所述晶圆上形成一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述量测对准标记结构；以及S4、对所述薄膜层进行化学机械研磨，并采用量测机台于化学机械研磨制程中通过识别所述量测对准标记结构进行对准并量测，进而获取薄膜厚度量测结果。

具体的，所述量测对准标记结构包括一第一标记区，所述第一标记区包括至少一第一对准图案，所述第一对准图案的线条宽度大于或等于预设阈值，以用于量测机台识别对准。所述量测对准标记结构可以采用如图1～图4任一所示量测对准标记结构10，此处不再赘述。改进后的量测对准标记结构，对准图案线条宽度较宽使得量测机台能够很容易找到对准图案，提高化学机械研磨后量测机台的对准成功率，从而避免在线收集的薄膜厚度量测结果出现失真，维持生产线的正常运转。

在一些实施例中，所述量测对准标记结构中所述第一对准图案的线条宽度的取值范围为3um至5um。

在一些实施例中，所述薄膜层的材料为多晶硅(Poly Si)或氮化硅(SiN)。本实施例通过改进量测对准标记结构，使得量测机台能够很容易找到对准图案，提高多晶硅或氮化硅化学机械研磨后量测机台的对准成功率，从而避免在线收集的薄膜厚度量测结果出现失真，维持生产线的正常运转。

根据以上内容可以看出，本实施例提供的量测对准标记结构及晶圆结构、厚度量测方法，通过改进量测对准标记结构，设置线条宽度大于或等于预设阈值的第一对准图案，以用于量测机台识别对准；进一步通过在第一对准图案的外围增设第二对准图案；由于对准图案线条宽度较宽使得量测机台能够很容易找到对准图案，提高化学机械研磨后量测机台的对准成功率，可增加量测机台的可靠度，从而避免在线收集的薄膜厚度量测结果出现失真，维持生产线的正常运转，进而达到提高产能的功效。

需要说明的是，本发明的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，除非上下文有明确指示，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可以用于以单数意义描述特征、结构或特性，或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素，而是可以替代地，同样至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其它因素。另外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，在以上说明中，省略了对公知组件和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。上述各个实施例中，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同/相似的部分互相参见即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。