使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法
2023-04-30 01:57:26
專利名稱：使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路光刻生產設備中的一種對準技術處理方法，特別涉及一種使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法。
背景技術：
在採用光刻機進行集成電路晶片生產過程中，為了實現光刻機期望的精度指標，需要精確建立光刻機各坐標系之間的關係，使掩模、掩模臺、物鏡、矽片、矽片臺能夠在一個統一的定標系統中工作。從技術特點上可以將光刻機中的對準分為同軸對準、TTL(Through The Lens)對準以及離軸對準。同軸對準系統主要用於執行掩模臺到矽片臺的對準，通過測量矽片臺上的對準標記相對於參考光柵的位置來實現。TTL對準系統用於掩模和工件臺之間的對準。對準系統必須能夠精確的測定矽片臺坐標系統中的指定對準標記的位置，而離軸對準系統通過測量矽片或矽片臺LIS(Lens Image Sensor)基準板上的對準標記相對於參考光柵的位置來實現執行矽片到矽片臺的對準。離軸對準中採用自己的光學系統，其使用的透鏡沒有同軸對準和TTL對準中使用的曝光投影物鏡那樣的複雜。離軸對準過程中，位於離軸光學模塊上標記的位置固定不變，作為參考標記，矽片臺上的標記沿著參考標記進行掃描，掃描過程中需要測量矽片臺上對準標記相對參考標記的位置。雷射通過離軸光學系統投影到對準標記上後經過反射並衍射成明暗相間的像後，在參考標記上進行掃描，為了避免標記幾何形狀的不規則而帶來對最終對準位置的影響，採用一種較合理的方法計算出最終的對準位置，是離軸對準技術中關鍵的一種技術。
發明內容
本發明的目的在於提供一種運用多級次信號來計算標記的對準位置的方法，提高對準位置的計算精度。
本發明是通過以下技術方案實現的一種使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，包括如下步驟(a)在掃描過程中使用光電傳感器進行信號測量，得到多級次信號；(b)校正各級次信號間的相位偏移；(c)確定各級次信號的對準位置；(d)根據各級次信號的對準位置確定最終對準位置。
其中，所述步驟(b)包括如下步驟在各級次信號中確定參考級次信號；確定其餘各級次信號相對於參考級次信號的相位偏移；利用相位補償的方法對相位偏移的差值進行補償。
所述參考級次信號可以是第1級信號或者第3級信號。
所述步驟(c)包括如下步驟確定第1級信號與期望對準位置最接近的峰值位置，將該位置作為第1級信號的對準位置；確定各級次信號與第1級信號的對準位置最接近的峰值位置，將該位置作為各級次信號的對準位置。
確定第1級信號的對準位置包括如下步驟
確定一個離實際對準位置較接近的位置作為期望位置；選定兩種周期信號；確定兩周期信號第1級信號對應的期望重合的峰值中與期望位置最接近的峰值位置；將確定的峰值位置作為兩周期信號各自的第1級信號的對準位置。
所述信號是周期為8.0um和8.8um的周期信號。
所述步驟(d)中的最終對準位置是通過對各級次信號的對準位置加權處理得到的。
進行所述加權處理前還需確定參與加權的級次，確定參與加權的級次的方法包括如下步驟中的一種或多種(1)矽片質量通過驗證，用於過濾掉所有參與驗證的級次中測量得到的矽片質量值小於用戶定義的閾值的級次；(2)多段相關係數通過驗證，用於過濾掉所有參與驗證的級次中測量得到的多段相關係數值小於用戶定義的閾值的級次；(3)級次峰值位置驗證，用於過濾掉所有參與驗證的級次中測量得到的餘弦頂點位置與餘弦頂點位置總和的平均值之差值大於用戶定義的範圍的級次；(4)根據矽片質量進行動態選擇可用級次，將各級次中測得的矽片質量值進行排序，然後根據用戶設定的可用級次的數目，進行級次的篩選；(5)根據多段相關係數值進行動態選擇可用級次，將各級次中測得的多段相關係數值進行排序，然後根據用戶設定的可用級次的數目，進行級次的篩選。
所述加權處理中的加權因子可通過如下方法中的一種確定
靜態方法，根據經驗公式直接確定加權因子值；動態矽片質量方法，根據計算得到的矽片質量的值確定加權因子值；動態多段相關係數方法，根據計算得到的多段相關係數的值確定加權因子值；預估計方法，通過單級次信號同最終對準位置之間存在的經驗公式關係，計算求得的各級次信號的峰值位置與該經驗值之間的誤差，利用最小二乘法的方法推導出了其加權因子的計算值以及最終的對準位置的計算公式。
所述多級次信號包括1-10級信號。
本發明一種使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，在確定對準位置時使用了高階對準信號，通過計算各級次信號的對準位置來確定最終的對準位置，大大提高對準位置的計算精度。
圖1是用低級次信號和高級次分別對標記進行採樣分析時檢測到標記邊緣特徵示意圖；圖2是各級光信號的時域圖；圖3是各級信號之間存在實際工程原因造成偏移的示意圖。
具體實施例方式
在光刻機的研發階段，對準技術對整個光刻機精度的影響是很大的。對準過程的處理結果直接影響到最終生產出的晶片的質量。而在對準過程中，運用離軸對準確定矽片和矽片臺的嚴格位置關係成了關鍵的一部分。為了更加精確的計算標記所處的對準位置，在離軸對準技術中採用了運用多級衍射光來進行對準位置的計算，利用該方法能夠很大程度上提高對準位置的計算精度。
請參閱圖1，圖1是用低級次信號和高級次分別對標記進行採樣分析時檢測到標記邊緣特徵示意圖。根據圖像處理中信號重構圖像的原理，低頻信號在參與重構時對圖像的邊緣很不敏感，第1級信號能夠探測到的信號邊緣是1，而只有考慮到較高頻率的信號才能很好的反映更加精確的圖形邊緣信息，高級次信號能夠探測到的信號邊緣是2。針對光刻機中標記的成像特點，如果僅僅採用第1級信號來確定標記的對準位置3，往往會因為標記在進行打磨拋光的時候形成本身的不對稱或者有微量的旋轉而導致計算出的第1級信號峰值位置處對應的對準位置跟實際標記的對準位置不符，產生了偏移。為了避免上述情況，在離軸對準中採用多級信號來綜合的確定標記對準位置4，這樣計算的標記對準位置就不會很大程度上受標記本身幾何尺寸的影響。
通過安裝在參考標記上的光電傳感器對掃描過程中進行信號測量，將得到各級的信號，經過適當的硬體處理後，由離軸對準軟體運用它們進行標記對準位置的計算。在本發明的實施例中採用了7級信號，但本發明不僅限於採用7級信號的情況。以下是本次設計中採用的各個計算步驟的詳細說明首先，要進行各級次信號間的相位偏移校正。由於光學器件和機器布置上的缺陷，實際工程中測得的各級信號之間會存在相位上的誤差，信號相互間表現出來的就是存在相位上的偏移，為了使得對準位置更能夠與實際情況相符，首先需要對該偏移量進行校正。處理方法是以某個級次為參考級次，比如採用第1級，計算出其它各級次相對第1級的相位偏移，利用相位補償的方法對該相位差進行補償，使得在各級次信號之間的相位偏移量得到校正。
這裡以第1級光信號為參考信號，對各級信號相互之間的偏移進行說明。光柵掃描時，利用傳感器測得各級信號，理論上在光強達到最大的地方，所有信號都是峰值出現的地方，圖2所示。但是由於工程實際中造成的誤差影響，使得各級信號在峰值一致出現的地方出現誤差，圖3所示。這裡根據各級信號在時域上偏移量求出對應相位偏移，利用計算出的該相位偏移量更新需要校正的級次相位。計算方法如下phase_order_i_correct＝phase_order_i+exp_shift/period_order_i其中exp_shift是根據最新測試出的信號時域偏移量；phase_order_i_correct是校正後級次的相位；phase_order_i是校正前級次的相位；period_order_i是級次信號對應的周期；通過這種相位補償，使得各級次信號相對之間的位置達到很高的精度要求，為以後的確定對準位置時降低了實際工程中造成的誤差影響。
其次，確定各級次信號的對準位置。包括確定第1級信號與期望對準位置最接近的峰值位置，將該位置作為第1級信號的對準位置；確定各級次信號與第1級信號的對準位置最接近的峰值位置，將該位置作為各級次信號的對準位置。
在需要進行各級次信號峰值位置的確定時，首先需要確定第1級次的峰值位置，然後依據第1級次的峰值位置去確定其它高階級次的峰值位置。
為了確定第1級次的峰值位置可採用兩種方法
(1)採用8088捕獲本發明中採用兩種周期信號(周期8.0um和周期8.8um)來進行對準位置的計算。8088捕獲算法實際上就是一種擴大捕獲範圍的粗搜索峰值位置的方法。對準位置理論上就是採集到的餘弦信號的某個峰值位置，為了能夠更加精確的找到這個峰值位置，首先需要確定一個離實際的對準位置較接近的位置，這裡稱它為期望位置(由光刻機的測試軟體系統測試得到的某個位置)。該位置與實際對準位置的最大距離不應該超過信號周期的一半，否則認為期望位置是無效的。這裡由於同時使用8.0um和8.8um兩種周期信號，兩信號理論上每隔88um會出現一次峰值重合，因此這裡期望位置離實際對準位置的偏差應該在44um之內。有了期望位置，可以通過一套搜索的辦法來找到離期望位置最近的兩周期信號峰值信號理論上重合的峰值位置，把其中8.0um的峰值位置確定為第1級信號的峰值位置，這時，第1級次信號的峰值位置就確定了。
(2)以期望值確定如果不採用兩種周期信號的捕獲方法，這時就直接以離期望位置最近的第1級信號的峰值為該級信號的峰值位置。
當第1級信號的峰值位置確定後，計算其它高級次的峰值位置時候，以第1級信號的峰值位置為期望位置進行搜索離其最近的峰值設為各個高級次的峰值位置。這裡認為各個級次信號的對準位置就是其計算後的峰值位置。
最後，由各個級次信號的對準位置確定最終的對準位置。在完成第1級次峰值位置和所有較高級次頂點位置的計算之後，這時需要從這些子對準位置信息中確定一個最終的對準位置，這由制定的矽片處理技術來判定對準位置。這裡採樣加權方法來確定最終的對準位置。
在對各個級次進行加權處理之前，需要對各個級次進行驗證，以確定最終參與加權處理的級次。這些方法包括1.矽片質量(Wafer QualityWQ值)通過驗證過濾掉所有參與驗證的級次中測量得到的WQ值小於用戶定義的閾值的級次。意思是如果該級次中的WQ值小於預先給定的WQ值的時候，該級次就被過濾掉，不參與後面的加權處理過程。
2.多段相關係數(Multiple Correlation CoefficientsMCC值)通過驗證此流程就會過濾掉所有參與驗證的級次中測量得到的MCC值小於用戶定義的閾值的級次。
3.級次峰值位置驗證過濾掉所有參與驗證的級次中「測量得到的餘弦頂點位置與餘弦頂點位置總和的平均值之差值」大於「用戶定義的範圍的級次。
4.根據矽片質量進行動態選擇可用級次將各級次中測得的WQ值進行排序(降序)，然後根據用戶設定的可用級次的數目，進行級次的篩選。用戶選擇了n個，就取前面n個級次。
5.根據MCC值進行動態選擇可用級次將各級次中測得的MCC值進行排序(降序)，然後根據用戶設定的可用級次的數目，進行級次的篩選。用戶選擇了n個，就取前面n個級次。
以上的驗證中，在軟體實現中都設有開關，以確定是否使用該驗證方法，可以只用一種，也可以全部使用，有用戶選擇其開關狀態來決定進行的驗證方法。
在通過各種級次的驗證流程後，對通過驗證的所有級次進行的峰值位置進行加權處理得到最後的對準位置。這裡首先需要確定加權因子，確定加權因子的方法包括1.靜態方法考慮根據經驗直接輸入加權因子的大小。
2.動態矽片質量(Wafer QualityWQ值)方法根據計算得到的矽片質量的大小確定加權因子的大小。
3.動態多段相關係數(Multiple Correlation Coefficients)方法通過計算得到的多段相關係數的大小(MCC值)確定加權因子的大小。
前面三種方法都是確定一個確定的係數值，設為Weight factor，得到加權處理的方法WS_aligned_pos=P(n)*weight_factorweight_factor]]>4.預估計方法通過單級次信號同最終對準位置之間存在的經驗公式關係，計算求得的各級次信號的峰值位置與該經驗值之間的誤差，利用最小二乘法的方法推導出了其加權因子的計算值以及最終的對準位置的計算公式。利用計算出的對準位置的計算公式和採用的加權因子便可以計算出該次掃描結果的對準位置。
相關的公式如下首先根據最小二乘法確定每級次的加權因子大小，設為A(n)這裡的A(n)就是我們要計算的加權因子。
然後加權計算最終的對準位置
P=1n=17A(n)*n=17[A(n)*P(n)]]]>其中A(n)是計算得到的各級次的加權因子；P(n)是測量得到的各級對準位置；P是最終得到的對準位置。
本發明一種使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，在確定對準位置時使用了高階對準信號，通過計算各級次信號的對準位置來確定最終的對準位置，大大提高對準位置的計算精度。
權利要求
1.一種使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於包括如下步驟(a)在掃描過程中使用光電傳感器進行信號測量，得到多級次信號；(b)校正各級次信號間的相位偏移；(c)確定各級次信號的對準位置；(d)根據各級次信號的對準位置確定最終對準位置。
2.如權利要求1所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於，所述步驟(b)包括如下步驟在各級次信號中確定參考級次信號；確定其餘各級次信號相對於參考級次信號的相位偏移；利用相位補償的方法對相位偏移的差值進行補償。
3.如權利要求2所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於，所述參考級次信號可以是第1級信號或者第3級信號。
4.如權利要求1所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於，所述步驟(c)包括如下步驟確定第1級信號與期望對準位置最接近的峰值位置，將該位置作為第1級信號的對準位置；確定各級次信號與第1級信號的對準位置最接近的峰值位置，將該位置作為各級次信號的對準位置。
5.如權利要求4所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於，確定第1級信號的對準位置包括如下步驟確定一個離實際對準位置較接近的位置作為期望位置；選定兩種周期信號；確定兩周期信號第1級信號對應的期望重合的峰值中與期望位置最接近的峰值位置；將確定的峰值位置作為兩周期信號各自的第1級信號的對準位置。
6.如權利要求5所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於所述信號是周期為8.0um和8.8um的周期信號。
7.如權利要求1所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於所述步驟(d)中的最終對準位置是通過對各級次信號的對準位置加權處理得到的。
8.如權利要求7所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於進行所述加權處理前還需確定參與加權的級次，確定參與加權的級次的方法包括如下步驟中的一種或多種(1)矽片質量通過驗證，用於過濾掉所有參與驗證的級次中測量得到的矽片質量值小於用戶定義的閾值的級次；(2)多段相關係數通過驗證，用於過濾掉所有參與驗證的級次中測量得到的多段相關係數值小於用戶定義的閾值的級次；(3)級次峰值位置驗證，用於過濾掉所有參與驗證的級次中測量得到的餘弦頂點位置與餘弦頂點位置總和的平均值之差值大於用戶定義的範圍的級次；(4)根據矽片質量進行動態選擇可用級次，將各級次中測得的矽片質量值進行排序，然後根據用戶設定的可用級次的數目，進行級次的篩選；(5)根據多段相關係數值進行動態選擇可用級次，將各級次中測得的多段相關係數值進行排序，然後根據用戶設定的可用級次的數目，進行級次的篩選。
9.如權利要求7所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於所述加權處理中的加權因子可通過如下方法中的一種確定靜態方法，根據經驗公式直接確定加權因子值；動態矽片質量方法，根據計算得到的矽片質量的值確定加權因子值；動態多段相關係數方法，根據計算得到的多段相關係數的值確定加權因子值；預估計方法，通過單級次信號同最終對準位置之間存在的經驗公式關係，計算求得的各級次信號的峰值位置與該經驗值之間的誤差，利用最小二乘法的方法推導出了其加權因子的計算值以及最終的對準位置的計算公式。
10.如權利要求1所述的使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，其特徵在於所述多級次信號包括1-10級信號。
全文摘要
一種使用高階離軸對準信號確定對準位置的方法，包括如下步驟(a)在掃描過程中使用光電傳感器進行信號測量，得到多級次信號；(b)校正各級次信號間的相位偏移；(c)確定各級次信號的對準位置；(d)根據各級次信號的對準位置確定最終對準位置。本發明在確定對準位置時使用了高階對準信號，通過計算各級次信號的對準位置來確定最終的對準位置，大大提高對準位置的計算精度。
文檔編號H01L21/02GK1779572SQ20051003057
公開日2006年5月31日 申請日期2005年10月14日 優先權日2005年10月14日
發明者孔正國 申請人:上海微電子裝備有限公司