[發明專利]用于光刻設備的對準系統、對準方法及增強型對準標記

有效

• 申請號: 200810039465.2
• 申請日: 2008-06-24
• 公開（公告）號: CN101303533A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 李運鋒;韋學志;徐榮偉;宋海軍
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F9/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明與集成電路或其它微型器件制造領域的光刻裝置有關，特別涉及一種用于光刻設備的對準系統、對準方法及增強型對準標記。

背景技術

在半導體IC集成電路制造過程中，一個完整的芯片通常需要經過多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余層次的光刻在曝光前都要將該層次的圖形與以前層次曝光留下的圖形進行精確定位，以保證兩層圖形之間的正確相對位置，即套刻的精度。套刻精度是投影光刻機的關鍵技術指標之一。影響套刻精度的因素眾多，其中掩膜與硅片之間的對準精度是其中一個重要的影響因素。

早期的光刻對準系統采用的是掩模-硅片直接對準的方式，由于對準光源需經過投影物鏡，這就要求投影物鏡要同時考慮曝光光源和對準光源的透過率。當曝光光源采用深紫外光源(波長193nm或248nm)以提高光刻分辯力時，即使投影物鏡只鍍深紫外單峰增透膜已經非常困難了，幾乎沒有可能再保證對準光源的透過率。因此，深紫外光刻對準系統通常采用掩模對準加硅片對準的間接對準方式。具體而言，通過在工件臺基準板上設置對準標記，采用曝光光源作為對準光源，實現掩模對準標記與基準板標記之間的對準；同時采用專用對準光源，實現硅片標記與基準板標記之間的對準；從而間接地建立硅片標記與掩模標記之間的位置坐標關系，即實現了掩模硅片的對準。

硅片對準系統通常采用激光分布對準方式(Laser?Step?Alignment，LSA)、場像對準方式(Field?Image?Alignment，FIA)和激光干涉對準方式(LaserInterferometric?Alignment，LIA)。場像對準方式使用寬帶光源，通過探測對準標記和參考標記的明場圖像，由圖像處理的方法得到對準標記的邊緣位置，從而得到對準標記相對于參考標記的位置，該硅片對準系統包括一個照明光源、一個傳導光纖，光源采用鹵素燈照明或者其它寬帶照明系統；照明光束從反射鏡1上方入射，經過透鏡1、反射鏡2、透鏡2和反射鏡3垂直入射到硅片對準標記記上，從對準標記反射的光束經過透鏡2和透鏡3組成的雙遠心成像系統成像；像面位置為參考標記平面，參考標記平面是由刻有不透光的參考標記的透明介質構成，這些標記由一些相互垂直的橫線和豎線組成，分別用于X和Y方向的對準。參考標記的位置以基準標記作為參考。經參考標記平面透過的光束包含了對準標記和參考標記的信息，標記和參考標記再經成像透鏡3同時成像在用于X方向信號探測的CCD相機1和用于Y方向信號探測的CCD相機2上。兩個CCD相機線性掃描輸出X和Y方向的視頻信號，輸入到對準信號處理單元。信號處理單元根據獲得信號強度(或圖像灰度)曲線，求解出標記所成像的中心X_c(或Y_c)，并通過參考標記所成像的X_1和X_r(或Y_l和Y_r)與基準板建立坐標關系，實現硅片與基準板之間的對準。

進一步地，美國專利US?6876946公布了一種基于場像對準方式的硅片對準系統，該對準系統采用圖1所示的對準裝置，根據獲得的標記圖像信號確定標記中心，并通過參考標記圖像信號，建立硅片標記與基準板標記之間的位置關系。此外，美國專利US?7038777、US?712670也采用了類似的裝置和方法實現硅片對準。本質上，這些發明中確定對準位置的方法是利用標記所成像的灰度或信號強度曲線，通過獲取曲線的中心位置或曲線上某個特定位置確定標記的位置坐標，而并不關心標記結構關系和相位關系。當需要提高對準的分辨率時，就通過縮小標記線寬或提高成像系統的放大倍率來實現。然而，通過縮小標記線寬或提高成像系統的放大倍率將帶來一些問題，如受限于圖像傳感器的分辨率和標記制造加工能力，標記的線條不可能無限制的縮小，另外標記的線寬越小越易受半導體工藝影響而變形。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于光刻設備的對準系統和對準方法，以提高對準分辨率和對準精度。

本發明的另一目的在于提供了兩種類型的增強型對準標記，該增強型標記可以提高特定級次的信號強度，從而提高該級次對準信號的信噪比，降低對準的誤差。

為了達到上述目的，本發明提供一種用于光刻設備的對準系統，包括：光源模塊、對準標記、照明與成像單元、圖像采集單元、圖像處理單元、對準操作單元和位置采集與運動控制單元。所述對準標記由線寬和槽寬相等的刻蝕線條組成。所述圖像處理單元將對標記成像進行傅立葉變換，并提取出不同頻率級次的對準信號。所述對準操作單元利用原始信號或獲得的某一特定級次的對準信號確定粗對準位置，利用獲得的比所述特定級次更高級次的對準信號確定精對準位置。