一種用於光刻設備的對準標記和對準方法

2023-10-04 03:45:49 7

專利名稱：一種用於光刻設備的對準標記和對準方法
技術領域：
本發明涉及集成電路或其他微型器件製造領域的光刻設備，尤其涉及一種用於光 刻設備對準系統的對準標記和對準方法。
背景技術：
目前，光刻設備主要用於集成電路IC或其他微型器件的製造。通過光刻設備，具 有不同掩模圖案的多層掩模在精確對準情況下依次曝光成像在塗覆有光刻膠的矽片上。目 前的光刻設備主要分為兩類，一類是步進光刻設備，掩模圖案一次曝光成像在矽片的一個 曝光區域，隨後矽片相對於掩模移動，將下一個曝光區域移動到掩模圖案和投影物鏡下方， 再一次將掩模圖案曝光在矽片的另一曝光區域，重複這一過程直到矽片上所有曝光區域都 擁有相應掩模圖案的像。另一類是步進掃描光刻設備，在上述過程中，掩模圖案不是一次曝 光成像，而是通過投影光場的掃描移動成像。在掩模圖案成像過程中，掩模與矽片同時相對 於投影系統和投影光束移動，完成矽片曝光。光刻設備中關鍵的步驟是將掩模與矽片對準。第一層掩模圖案在矽片上曝光後從 設備中移走，在矽片進行相關的工藝處理後，進行第二層掩模圖案的曝光，但為確保第二層 掩模圖案和隨後掩模圖案的像相對於矽片上已曝光掩模圖案像的精確定位，需要將掩模和 矽片進行精確對準。由於光刻技術製造的IC器件需要多次曝光在矽片中形成多層電路，為 此，光刻設備中要求實現掩模和矽片的精確對準。當特徵尺寸要求更小時，對對準精度的要 求將變得更加嚴格。現有技術有兩種對準方案。一種是透過鏡頭的TTL對準技術，雷射照明掩模上的 對準標記通過物鏡成像於矽片平面，移動矽片臺，使矽片臺上的參考標記掃描對準標記所 成的像，同時採樣所成像的光強，探測器輸出的最大光強位置即表示正確的對準位置，該對 準位置為用於監測矽片臺位置移動的雷射幹涉儀的位置測量提供了零基準。另一種是OA 離軸對準技術，通過離軸對準系統測量位於矽片臺上的多個對準標記以及矽片臺上基準板 的基準標記，實現矽片對準和矽片臺對準；矽片臺上參考標記與掩模對準標記對準，實現掩 模對準；由此可以得到掩模和矽片的位置關係，實現掩模和矽片對準。目前，主流光刻設備大多所採用的對準方式為光柵對準。光柵對準是指照明光束 照射在光柵型對準標記上發生衍射，衍射光攜帶有關於對準標記結構的全部信息。多級次 衍射光以不同角度從相位對準光柵上散開，通過空間濾波器濾掉零級光後，採集士 1級衍 射光，或者隨著CD要求的提高，同時採集多級衍射光(包括高級)在參考面幹涉成像，利用 像與相應參考光柵在一定方向掃描，經光電探測器探測和信號處理，確定對準中心位置。一種現有技術的情況(中國發明專利CN1506768A，發明名稱用於光刻系統的對 準系統和方法)，荷蘭ASML公司所採用的一種4f系統結構的ATHENA離軸對準系統，該對準 系統在光源部分採用紅光、綠光雙光源照射；並採用楔塊列陣或楔板組來實現對準標記多 級衍射光的重疊和相干成像，並在像面上將成像空間分開；紅光和綠光的對準信號通過一 個偏振分束稜鏡來分離；通過探測對準標記像透過參考光柵的透射光強，得到正弦輸出的對準信號。該對準系統通過探測對準標記的(包括高級次衍射光在內)多級次衍射光以減小 對準標記非對稱變形導致的對準位置誤差。具體採用楔塊列陣或楔板組來實現對準標記 多級衍射光的正、負級次光斑對應重疊、相干成像，同時各級衍射光光束通過楔塊列陣或楔 板組的偏折使得對準標記用於X方向對準的光柵各級光柵像在像面沿y方向排列成像；用 於y方向對準的光柵各級光柵像在像面沿χ方向排列成像，避免了對準標記各級光柵像掃 描對應參考光柵時不同周期光柵像同時掃描一個參考光柵的情況，有效解決信號的串擾問 題。但是，使用楔塊列陣時，對摺射正、負相同級次的兩楔塊的面型和楔角一致性要求很高； 而楔板組的加工製造、裝配和調整的要求也很高，具體實現起來工程難度較大，代價昂貴。另一種現有技術的情況(中國發明專利申請200710044152. 1，發明名稱一種用 於光刻設備的對準系統)，該對準系統採用具有粗細結合的三周期相位光柵，只利用這三 個周期的一級衍射光作為對準信號，可以實現大的捕獲範圍的同時獲得高的對準精度，只 使用各周期的一級衍射光，可以獲取較強的信號強度，提高系統信噪比，不需要藉助楔板等 調節裝置來分開多路高級次衍射分量，簡化光路設計和調試難度，但對準系統中對準標記 在矽片和基準板上一字排開分布，降低了光源的利用率，並且這種排列方式在對準掃描中 對準標記各組光柵像掃描對應參考光柵時，不同周期的光柵像同時掃描一個參考光柵的情 況，會引起掃描信號的串擾問題，不利於光刻設備的對準。同時上述兩種對準標記在發生矽片非對稱變形時會引起對準標記的非對稱變形， 從而導致對準位置產生較大的誤差。

發明內容
本發明的目的在於提高對準精度，減小對準標記非對稱變形導致的對準位置誤 差。本發明採用了下述對準標記和對準方法一種用於光刻設備的對準標記，其特徵在於對準標記分布在兩個不同的方向上， 在每個方向上至少包含兩種不同周期的光柵，且每種光柵都有多個；不同周期的光柵在對 準標記的每個方向上交替排列；所述不同周期的光柵的士 1級衍射光經對準光學系統成 像，所成像的周期分別與參考光柵的不同周期的光柵相對應。其中所述對準標記的兩個方向相互垂直，所述對準標記包含兩種不同周期的光 柵，這兩種周期的光柵在二維對準標記的每個方向上交替排列。其中所述對準標記的兩個方向相互垂直，所述對準標記包含多於兩種不同周期的 光柵。其中所述對準標記中包含作為製造對準標記基準的「十」字圖形，且所述圖形可被 用於位置捕獲。其中所述對準標記是被形成於矽片的曝光場之間的互相垂直的劃線槽中的劃線 槽對準標記，每個劃線槽中的對準標記都包含交替排列的兩種周期的光柵。其中劃線槽對準標記中包含交替排列的兩種以上的周期的光柵。其中所述參考光柵為振幅型光柵，參考光柵各分支的周期大小與對應對準標記 士 1級衍射光成像周期大小相同。其中參考光柵各分支中光柵長度與對準標記中對應方向上對應光柵的長度相同。
其中參考光柵中各分支光柵分布於互相垂直的兩條線上，每個光柵的位置根據對 準系統中光束偏折器的偏折大小和對準光學系統參數確定。其中參考光柵各分支光柵的寬度與對應對準標記士 1級衍射光成像寬度相同。其中參考光柵各分支光柵的寬度大於或小於對應對準標記士 1級衍射光成像寬度。一種採用上述對準標記的用於光刻設備的對準方法，包括如下步驟(1)根據對對準標記中「十」字所成的像的圖像處理或者對準標記中較大周期光柵 的士 1級衍射光經對準光學系統成像與相應參考光柵掃描得到的信號強度包絡進行對準 位置捕獲，並獲得較大周期光柵成像掃描信號位相信息；(2)根據對準標記中小周期光柵士 1級衍射光經對準光學系統成像與相應參考光 柵掃描得到的信號的位相信息進行位置精密對準。其中先利用二維對準標記中的「十」字圖形經對準系統後所成的像進行位置捕獲， 再根據對準標記中大周期光柵士 1級衍射光經對準光學系統成像與相應參考光柵掃描得 到的信號的位相信息進行位置二級捕獲。其中所有掃描得到的信號都經過軟體算法進行信號位相峰值校正，使其在同一對 準位置時所有對準標記中不同周期的光柵所有經過對準光學系統的衍射光成像與相應參 考光柵掃描得到的信號的位相信息一個周期中的峰值在同一位置。其中所有掃描得到的信號都經過增益處理，使各個信號在強度上相當。其中對用於位置捕獲的掃描強度信號包絡進行擬合處理。其中對得到的相應於大周期光柵的三個或相應於小周期光柵的兩個對準信號的 峰值對應的對準位置進行加權平均處理。與現有技術相比，本發明採用了包含至少兩組不同周期的分段光柵的對準標記， 對準標記中不同周期光柵交替排列，對準過程中只用不同周期光柵的士 1級衍射光，利用 圖像處理「十字」標記進行捕獲或者利用光柵相干像與參考光柵掃描的信號包絡峰值進行 捕獲，利用較大周期光柵相干像與相應參考光柵掃描信號位相信息進行粗對準，利用較小 周期光柵與相應參考光柵掃描信號位相信息進行精確對準，同時利用光柵進行捕獲或對準 過程中可以利用幾個得到的信號進行加權運算，從而提高了對準精度，減小了對準標記非 對稱變形導致的對準位置誤差。對準標記還可設置於矽片的劃線槽中，互相垂直的劃線槽 中採用兩種以上的不同周期的光柵交替排列，參考光柵採用相應周期的光柵，光柵數目為 劃線槽中採用的周期數的兩倍，排列方式可以根據需要進行排列。這種標記具有更大的捕 獲範圍，排列更加緊湊，標記面積減少，參考光柵更加緊湊，同時減小了照明光源的光束直 徑，降低了其他光刻圖形對對準信號的幹擾，提高了光源的能量利用率，有利於提高對準重 復精度和探測的動態範圍。


通過本發明實施例並結合附圖的描述，可以進一步理解本發明的目的、具體結構 特徵和優點。其中，附圖為圖1是本發明光刻設備所用的對準系統與光刻設備之間的總體布局、工作原理結 構示意圖2是本發明的光刻設備中所用的對準系統結構示意圖；圖3是本發明的光刻設備的對準系統中所用的濾波器結構示意圖；圖4是本發明的光刻設備的對準系統中所用的光束偏折器結構示意圖；圖5是本發明的一個實施例所用的二維對準標記結構示意圖；圖6是本發明的實施例所用的參考光柵結構示意圖；圖7是本發明的另一個實施例所用劃線槽對準標記結構示意圖；圖8是本發明的另一個實施例所用劃線槽對準標記在矽片上的分布示意圖；圖9是本發明實施例的對準系統的掃描信號仿真圖。
具體實施例方式下面，結合附圖詳細描述根據本發明的優選實施例。為了便於描述和突出顯示本 發明，附圖中省略了現有技術中已有的相關部件，並將省略對這些公知部件的描述。圖1示出了本發明所用光刻設備的對準系統與光刻設備之間的總體布局、工作原 理結構示意圖。光刻設備的構成包括用於提供曝光光束的照明系統1 ；用於支承掩模版2 的掩模支架和掩模臺3，掩模版2上有掩模圖案和具有周期性結構的對準標記RM ；用於將掩 模版2上的掩模圖案投影到矽片6的投影光學系統4 ；用於支承矽片6的矽片支架和矽片 臺7，矽片臺7上有刻有基準標記FM的基準板8，矽片6上有周期性光學結構的對準標記； 用於掩模和矽片對準的離軸對準系統5 ；用於掩模臺3位置測量的反射鏡10和雷射幹涉儀 11 ；用於矽片臺7位置測量的反射鏡16和雷射幹涉儀15 ；以及由主控制系統12控制的用 於掩模臺3和矽片臺7位移的伺服系統13和驅動系統9、14。其中，照明系統1包括一個光源、一個使照明均勻化的透鏡系統、一個反射鏡、一 個聚光鏡(圖中均未示出)。作為光源單元，可以採用KrF準分子雷射器(波長248nm)、ArF 準分子雷射器(波長193nm)、F2雷射器(波長157nm)、Kr2雷射器(波長146nm)、Ar2激 光器(波長126nm)、或者使用超高壓汞燈(g-線、i_線)等。照明系統1發出的均勻的曝 光光束IL照射在掩模版2上，掩模版2上包含有掩模圖案和用於掩模對準的周期性結構的 標記RM。掩模臺3上設置有掩模支架(圖中未示出)，掩模版2固定在掩模支架上。掩模 臺3可以在驅動系統14的驅動下在垂直於照明系統光軸(與投影物鏡的光軸AX重合)的 X-Y平面內移動，並且在預定的掃描方向(平行於X軸方向)以特定的掃描速度移動。掩模 臺3在移動平面內的位置通過位於掩模臺3上的反射鏡16由都卜勒雙頻雷射幹涉儀15精 密測得。掩模臺3的位置信息由雷射幹涉儀15經伺服系統13發送到主控制系統12，主控 制系統12根據掩模臺3的位置信息通過驅動系統14驅動掩模臺3。投影光學系統4 (投影物鏡)位於圖1所示的掩模臺3下方，其光軸AX平行於Z 軸方向。由於採用雙遠心結構並具有預定的縮小比，例如1/5或1/4，的折射式或折反射式 光學系統作為投影光學系統，所以當照明系統1發射的曝光光束照射掩模版2上的掩模圖 案時，電路掩模圖案經過投影光學系統在塗覆有光刻膠的矽片6上成縮小的圖像。矽片臺7位於投影光學系統4的下方，矽片臺7上設置有一個矽片支架(圖中未 示出)，矽片6固定在支架上。矽片臺7經驅動系統9驅動可以在掃描方向(X方向)和垂 直於掃描方向(Y方向)上運動，從而可以將矽片6的不同區域定位在曝光光場內，並進行 步進掃描操作。矽片臺7在X-Y平面內的位置通過一個位於矽片臺上的反射鏡10由多普
7勒雙頻雷射幹涉儀11精密測得，矽片臺7的位置信息經伺服系統13發送到主控制系統12， 主控制系統12根據位置信息(或速度信息)通過驅動系統9控制矽片臺7的運動。矽片6上設有周期性結構的對準標記，矽片臺7上有包含基準標記FM的基準板8， 對準系統5分別通過矽片對準標記和基準標記FM實現矽片6對準和矽片臺7對準。另外， 一個同軸對準單元(圖中未示出)將矽片臺上基準板8的基準標記FM與掩模對準標記RM 對準，實現掩模對準。對準系統5的對準信息結合同軸對準單元的對準信息一起傳輸到主 控制系統12，經數據處理後，驅動系統9驅動矽片臺7移動實現掩模和矽片6的對準。圖2是本發明實施方案所用對準系統結構示意圖，該對準系統主要由光源模塊、 照明模塊、成像模塊、探測模塊、信號處理和定位模塊(圖中沒有示出)等組成。光源模塊 主要包括提供兩個波長的光源、快門、光隔離器和RF調製器(圖中沒有示出)。照明模塊包 括傳輸光纖和照明光學系統。成像模塊主要包括大數值孔徑的物鏡611，分束器614，雙向 分束器618，空間光濾波偏折器619、624和透鏡系統611、620、625。探測模塊包括參考光柵 621、626，傳輸光纖616、622、627，00)相機617和光電探測器623、628。信號處理和定位模 塊主要包括光電信號轉換和放大、模數轉換和數位訊號處理電路等。對準系統原理為光源模塊輸出的光束601 (包含兩種可選波長，也可同時應用) 進入光束合束器602，經由單膜保偏光纖603傳輸到起偏器604、透鏡605、照明孔徑光闌 606和透鏡607，然後經平板609上的反射稜鏡608垂直入射到消色差的λ /4波片610進入 大數值孔徑的物鏡611 (4F透鏡的前組)，光束經大數值孔徑的物鏡611會聚照射到矽片標 記612上並發生衍射，標記612各級次衍射光沿原路返回並經平板609進入分束器614，分 束器分束器614將一小部分衍射光經過鍍膜反射面613反射到CXD光路經過透鏡615、傳輸 光纖616，成像於(XD617上用於觀測標記成像情況，另一部分衍射光沿光路透射過去由分 光稜鏡618兩種波長光束分開，分別進入不同的光路，經過相應的空間光濾波偏折器619、 624選擇需要的衍射光級次，並對相應衍射光束進行傳播方向偏射，並通過透鏡系統620、 625 (4F透鏡的後組)將相應衍射級次光幹涉像成在參考光柵621、626上，標記衍射級次幹 涉像經由參考光柵621、626掃描得到的信號經傳輸光纖622、627輸送到光電探測器623、 628進行信號探測。圖3是本發明實施方案對準系統中濾波器結構示意圖，分為垂直和水平兩個方向 排列，其作用是讓二維對準標記200、劃線槽對準標記300Χ和劃線槽對準標記300Υ中周期 為Pl和Ρ2光柵士 1級衍射光通過，其他級次衍射光被阻擋。以便對準系統成幹涉像。圖4是本發明實施方案對準系統中光束偏折器619、624的結構示意圖，光束偏折 器的作用是使對準標記產生的對準所需要的衍射光束通過，並將不同級次的衍射光束進行 偏折，以便在光學系統像面上將對準標記不同級次的衍射光束成像分開，與相應參考光柵 相應分支分別進行信號掃描，得到相應的對準信號。光束照射到基準標記光柵Wf後發生衍射，光束被分成許多子光束，這些光束相對 於光柵法線成不同的角度αη(圖中未示出)射出，其中所述角度由光柵衍射方程定義Sin α η = η λ /P其中η為衍射光級次，P為光柵周期，λ為波長。光柵反射子光束通過透鏡系統Ll (本實施例中為透鏡611)，此透鏡系統將子光束 的不同方向轉變為空間濾波偏折器WEP上的不同位置dn
dn = f* α n其中f為透鏡的焦距。在該平面上，為了將不同子光束的相干成像位置分開而設置了空間濾波偏折器 WEP，其作用是通過例如濾波孔或平板玻璃的wl、wf使大周期光柵Pl的士 1級衍射光不改 變方向垂直通過，通過例如光楔《2、W^的偏折器件使小周期光柵P2的士 1級衍射光向相 同方向偏折一定的角度通過。具體偏折的角度可根據像面上參考標記各自分開的實際距離 需要而定，一般情況下光楔《2、W^使光偏折的角度應該相同，以保證不同光柵衍射光經過 對準系統後成像在同一像平面上。子光束經過頻譜面的濾波和偏折後，經過透鏡系統L2 (在本實施例中為透鏡620、 625)後成像於參考標記面上，其中光柵P1、P2分別成像於參考標記Gl (在本實施例中為參 考標記中的光柵501、502)、G2(在本實施例中為參考標記中的光柵503、504)上，經過其後 的高靈敏度光電探測器Dl、D2進行光柵像與相應參考標記掃描信號的探測。圖5是本發明的一個實施例所用的二維對準標記結構示意圖，該二維對準標記 200包括互相垂直的X向光柵201和Y向光柵202，X向光柵201和Y向光柵202由大周期 光柵Pl和小周期光柵P2交替排列組成，各周期光柵的周期數目根據需要可以增加或減少， 光柵的周期也可以根據需要變化，分別完成X向和Y向對準。二維對準標記200中「十」字 為二維對準標記200的製造基準，同時也可以經過對準系統成像，經過圖像處理完成對準 系統的對準標記捕獲功能。圖6是本發明的實施例所用參考光柵結構示意圖，參考光柵500包含四組振幅型 光柵，即周期與對準標記中周期為Pi的光柵的士 1級衍射光經對準光學系統成像的周期相 應的振幅型光柵501和振幅型光柵502、周期與對準標記中周期為P2的光柵的士 1級衍射 光經對準光學系統成像的周期相應的振幅型光柵503和振幅型光柵504。振幅型光柵501 對應二維對準標記200中Y向光柵202中周期為Pl的單組光柵士 1級衍射光經對準系統所 成的幹涉像；振幅型光柵502對應二維對準標記200中X向光柵201中周期為Pl的單組光 柵士 1級衍射光經對準系統所成的幹涉像；振幅型光柵503對應二維對準標記200中Y向 光柵202中周期為P2的單組光柵士 1級衍射光經對準系統所成的幹涉像；振幅型光柵504 對應二維對準標記200中X向光柵201中周期為P2的單組光柵士 1級衍射光經對準系統 所成的幹涉像。參考光柵分支的寬度可以略大於對準標記單組光柵士 1級衍射光經對準系 統所成的幹涉像寬度，長度與對準標記中對應光柵的長度相應。四組振幅型光柵後分別設置有傳輸光纖束，包括光纖505、506、507和508，將參考 光柵的各組振幅型光柵的透射光傳輸到相應的光電探測器陣列，在二維對準標記200掃描 過程中，得到χ和y方向的對準信號。圖7是本發明另一個實施例所用劃線槽對準標記結構示意圖，圖7 (a)所示為水平 向劃線槽對準標記300X，圖7 (b)所示為垂直向劃線槽對準標記300Y。水平向劃線槽對準標 記300X和垂直向劃線槽對準標記300Y都分別由大周期光柵Pl和小周期光柵P2交替排列 組成，各周期光柵的周期數目根據需要可以增加或減少，光柵的周期也可以根據需要變化， 水平向劃線槽對準標記300X和垂直向劃線槽對準標記300Y分別完成X向和Y向位置捕獲 和對準。圖8是本發明實施例所用劃線槽對準標記在矽片上的分布示意圖。在矽片上曝光場EF之間相互垂直的劃線槽內，布設有水平向劃線槽對準標記300X和垂直向劃線槽對準 標記300Y，水平向劃線槽對準標記300X位於χ方向劃線槽內，用於χ方向位置捕獲和對準， 垂直向劃線槽對準標記300Y位於y方向劃線槽內，用於y方向位置捕獲和對準，為防止來 自IC產品結構的信號串擾，水平向劃線槽對準標記300X和垂直向劃線槽對準標記300Y應 該位於劃線槽的中間區域，並且寬度小於矽片上劃線槽寬度，例如對準標記的寬度可以為 72 μ m或36 μ m。在進行χ方向位置捕獲和對準時，隨著矽片臺7沿χ方向的位移，圓形照 明光斑401沿χ方向掃描劃線槽對準標記300Χ ；在進行y方向位置捕獲和對準時，隨著矽 片臺7沿y方向的位移，圓形照明光斑402沿y方向掃描劃線槽對準標記400Y，照明光斑的 大小應該可以將對準標記中單個分段光柵覆蓋。在該實施例中採用的參考光柵與上一實施例中所用的參考光柵相同，均為採用圖 6中所示的結構。其中，振幅型光柵501對應垂直向劃線槽對準標記300Y中周期為Pl的單 組光柵士 1級衍射光經對準系統所成的幹涉像；振幅型光柵502對應水平向劃線槽對準標 記300X中周期為Pl的單組光柵士 1級衍射光經對準系統所成的幹涉像；振幅型光柵503 對應垂直向劃線槽對準標記300Y中周期為P2的單組光柵士 1級衍射光經對準系統所成的 幹涉像；振幅型光柵504對應水平向劃線槽對準標記300X中周期為P2的單組光柵士1級 衍射光經對準系統所成的幹涉像。圖9是本發明實施方案對準系統掃描信號仿真圖，圖9(a)中為二維對準標記200 或劃線槽對準標記300X、劃線槽對準標記300Y中周期為Pl的光柵士 1級衍射光幹涉成像 與相應參考光柵掃描得到的對準信號；圖9(b)中為二維對準標記200或劃線槽對準標記 300X、劃線槽對準標記300Y中周期為P2的光柵士 1級衍射光幹涉成像與相應參考光柵掃 描得到的對準信號。對準過程中，可以利用對準掃描信號強度包絡進行擬合，利用擬合後的掃描信號 強度包絡進行位置捕獲並獲得大周期光柵成像掃描信號位相信息，同時利用三個峰值點對 應的位置X0、XI、X2進行加權平均計算捕獲大周期光柵成像掃描信號位相信息，提高位置 捕獲精度，在此基礎上利用小周期光柵成像掃描信號位相信息進行位置精確對準，計算精 確對準位置時利用兩個峰值點對應的位置XI、X2進行加權平均計算，以提高對準精度和減 小工藝變形對位置精確對準的影響。在採用二維對準標記時，也可以利用二維對準標記中「十」字成像信號處理進行 位置捕獲，然後利用大周期光柵成像掃描信號位相信息進行二級位置捕獲，此時，可以利用 三個峰值點對應的位置xo、Xl、X2進行加權平均計算捕獲大周期光柵成像掃描信號位相信 息，提高位置捕獲精度，在二級位置捕獲的基礎上，利用小周期光柵成像掃描信號位相信息 進行位置精確對準，計算精確對準位置時利用兩個峰值點對應的位置XI、X2進行加權平均 計算，以提高對準精度和減小工藝變形對位置精確對準的影響。在對準過程中，對準標記中不同周期的光柵所有經過對準光學系統的衍射光成像 與相應參考光柵掃描得到的信號需要經過軟體算法進行信號位相峰值校正，使其在同一對 準位置時所有對準標記中不同周期的光柵所有經過對準光學系統的衍射光成像與相應參 考光柵掃描得到的信號的位相信息一個周期中的峰值在同一位置，以便於提高對準系統的 穩定性，提高對準重複精度。對準標記中不同周期的光柵所有經過對準光學系統的衍射光 成像與相應參考光柵掃描得到的信號還可經過增益處理，使各個信號在強度上相當，以便
10於對準。用於位置捕獲的掃描強度信號包絡需要擬合或其他方法處理，以便提高位置捕獲 的重複精度和可靠性。上述兩種對準標記除了可以單獨使用以外，還可以兩者結合進行對準。本說明書中所述的只是本發明的幾種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本 發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、 推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的範圍之內。
權利要求
一種用於光刻設備的對準標記，其特徵在於該對準標記分布在兩個不同的方向上，在每個方向上至少包含兩種不同周期的光柵，且每種光柵都有多個；不同周期的光柵在對準標記的每個方向上交替排列；所述不同周期的光柵的±1級衍射光經對準光學系統成像，所成像的周期分別與參考光柵的不同周期的光柵相對應。
2.如權利要求1所述的對準標記，其特徵在於所述對準標記的兩個方向相互垂直，所 述對準標記包含兩種不同周期的光柵，這兩種周期的光柵在二維對準標記的每個方向上交 替排列。
3.如權利要求1所述的對準標記，其特徵在於所述對準標記的兩個方向相互垂直，所 述對準標記包含多於兩種不同周期的光柵。
4.如權利要求2或3所述的對準標記，其特徵在於所述對準標記中包含作為製造對準 標記基準的「十」字圖形，且所述圖形可被用於位置捕獲。
5.如權利要求1所述的對準標記，其特徵在於所述對準標記是被形成於矽片的曝光場 之間的互相垂直的劃線槽中的劃線槽對準標記，每個劃線槽中的對準標記都包含交替排列 的兩種周期的光柵。
6.如權利要求5所述的對準標記，其特徵在於劃線槽對準標記中包含交替排列的兩種 以上的周期的光柵。
7.如權利要求1所述的對準標記，其特徵在於所述參考光柵為振幅型光柵，參考光柵 各分支的周期大小與對應對準標記士1級衍射光成像周期大小相同。
8.如權利要求7所述的對準標記，其特徵在於參考光柵各分支中光柵長度與對準標記 中對應方向上對應光柵的長度相同。
9.如權利要求7所述的對準標記，其特徵在於參考光柵中各分支光柵分布於互相垂直 的兩條線上，每個光柵的位置根據對準系統中光束偏折器的偏折大小和對準光學系統參數 確定。
10.如權利要求7所述的對準標記，其特徵在於參考光柵各分支光柵的寬度與對應對 準標記士 1級衍射光成像寬度相同。
11.如權利要求7所述的對準標記，其特徵在於參考光柵各分支光柵的寬度大於或小 於對應對準標記士1級衍射光成像寬度。
12.一種根據權利要求1 11之一的用於光刻設備的對準標記的對準方法，包括如下 步驟(1)根據對準標記中較大周期光柵的士1級衍射光經對準光學系統成像與相應參考光 柵掃描得到的信號強度包絡進行對準位置捕獲，並獲得較大周期光柵成像掃描信號位相信 息；(2)根據對準標記中小周期光柵士1級衍射光經對準光學系統成像與相應參考光柵掃 描得到的信號的位相信息進行位置精密對準。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於先利用二維對準標記中的「十」字圖形經對 準系統後所成的像進行位置捕獲，再根據對準標記中大周期光柵士 1級衍射光經對準光學 系統成像與相應參考光柵掃描得到的信號的位相信息進行位置二級捕獲。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於所有掃描得到的信號都經過軟體算法進行 信號位相峰值校正，使其在同一對準位置時所有對準標記中不同周期的光柵所有經過對準光學系統的衍射光成像與相應參考光柵掃描得到的信號的位相信息一個周期中的峰值在同一位置。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於所有掃描得到的信號都經過增益處理，使 各個信號在強度上相當。
16.如權利要求12所述的方法，其特徵在於對用於位置捕獲的掃描強度信號包絡進行 擬合處理。
17.如權利要求12所述的方法，其特徵在於對得到的相應於大周期光柵的三個或相應 於小周期光柵的兩個對準信號的峰值對應的對準位置進行加權平均處理。
全文摘要
一種用於光刻設備的對準標記，該對準標記分布在兩個不同的方向上，在每個方向上至少包含兩種不同周期的光柵，且每種光柵都有多個；不同周期的光柵在對準標記的每個方向上交替排列；所述不同周期的光柵的±1級衍射光經對準光學系統成像，所成像的周期分別與參考光柵的不同周期的光柵相對應。利用「十」字成像圖象處理或者利用掃描擬合信號強度峰值進行位置捕獲，利用較大周期光柵相干像與相應參考光柵掃描信號位相信息進行粗對準，利用較小周期光柵與相應參考光柵掃描信號位相信息進行精確對準，從而提高了對準精度，減小了對準標記非對稱變形導致的對準位置誤差。該對準標記還可被形成於矽片的曝光場之間的互相垂直的劃線槽中。
文檔編號G03F9/00GK101943865SQ200910057580
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月9日 優先權日2009年7月9日
發明者宋海軍, 徐榮偉, 杜聚有 申請人:上海微電子裝備有限公司;上海微高精密機械工程有限公司