CN101158814A - 一种用于光刻机对准的标记以及使用该标记的对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四周期相位光栅的用于投影扫描光刻机的对准标记及对准信号处理方法，该方法利用标记中粗光栅分支信号确定捕获范围和粗对准位置，利用标记中精细光栅分支的信号确定精对准位置，从而可以保证仅采用±1级衍射光信号，即可获得高精度的对准位置，提高了对准效率，简化了对准光学系统。

Description

一种用于光刻机对准的标记以及使用该标记的对准方法

技术领域

本发明涉及光刻机技术，特别涉及扫描投影光刻机的对准技术。

背景技术

应用步进扫描投影光刻机来完成微细加工的图形转移任务，基本上会涉及工件装载、工件待加工区域与掩膜版对准、工件曝光和工件卸载等基本步骤，其中尤其涉及到工件需要进行多层加工工艺的情况下，工件待加工区域与掩膜版的精确对准是确保在线宽不断缩小情况下工件被正确加工的前提，当图形被准确的投影到工件待加工区域或新一层图形准确的套准投影在先前已形成图形的工件待加工区域上时，对当前层的适宜曝光，可以实现图形从掩膜版到基底(即待加工工件)的准确转移或层间套刻要求。

早期的光刻投影设备多采用同轴对准方法，专利US.4,251,160介绍了一种同轴对准装置，来实现掩膜片标记与基底标记的对准，其实现结构包括对准用光源、掩膜片及掩膜标记、对准光路(借助于投影物镜光路)和基底及基底标记。然而，随着加工最小线宽不断缩小，被迫采用更短的曝光波长，由于物镜必须根据曝光波长而并非对准波长进行优化设计，对准信号的强度势必受到影响。而且由于引入CMP工艺使得基底标记不对称，从而使同轴对准方法不再可靠。此外，各种工艺步骤使对准标记发生变化，包括引入不对称性和基底光栅标记的槽有效深度的变化。其它加工方法或步骤经常引入不同类型的误差。例如，铜-镶嵌过程会在集成电路表面的随机分布中引入对准误差。随着光刻技术构造的结构的尺寸减小和复杂性提高，不断要求提高对准精度。不提高对准精度，就不能实现分辨率的提高。此外，微器件复杂性的提高更需要技术来控制并将制造过程中由于对准误差而必须丢弃的基底数量降至最低。

另外，如何实现较大的捕获范围保证包含对准中心也是应该关注的问题，因为技术条件和工作顺序的限制，基底上片的预对准精度还不容易达到很高的程度，所以对完成预对准以后放在基底台的基底进行对准的前提条件是对准装置可以保证找到对准标记中心所在的区域，并获取包含中心区域信息的信号，通过对这种类型信号的处理最终获得对准中心位置，这也就是所谓的捕获范围问题。文献1(A new interferometric alignment technique，D.C.Flanders and HenryI.Smith，Appl.Phys.Lett.，vol.31，no.7，p.426，1977)介绍了一种用于X射线投影光刻机利用被具有周期p的基底标记与具有周期p+Δp的掩膜版标记之间的空间调制得到的正级次光组干涉形成的相位信号与负级次光组干涉形成的相位信号之间相位零相交位置作为精对准的位置，  同时，这样可以获得P＝[p(p+Δp)]/Δp≈p²/Δp的标记中心位置的捕获范围，即可以确保在P范围内有一个对准点。

更进一步，文献2(Automatic Alignment System for Optical ProjectionPrinting，Gijs Bouwhuis and Stefan Wittekoek，IEEE Transactions on ElectronDevices，VOL.ED-26，NO.4，April 1979)提出了一种用于步进投影光刻机的一种利用周期为p的基底相位光栅与周期为p′＝R×p/2(其中R为光学倍率)的掩膜版相位光栅相对进行扫描运动获得一个与基底位置相一致的二次型相位信号，可以利用最大光强值来确定对准位置，前提是预对准精度达到p/4，在预对准精度允许范围内的信号峰值就是所求的对准位置，文中提到虽然可以用增加观察光路的方法来实现这样的预对准精度，但更好的方法是加入另外一个周期为p+Δp(Δp＜＜p)的光栅，通过设计保证这两个周期的光栅存在零相交位置，这样这两个光栅形成的信号的零相交位置将以P＝[p(p+Δp)]/Δp≈p²/Δp为周期重复出现，所以如果在小于P的范围内将可以保证只有一个唯一的零相交位置，这个位置就可以作为精确的对准位置。但随着特征线宽(Critical Dimension，CD)尺寸的减小，对套刻精度提高的要求也使得单纯用这种方式无法满足更高对准精度的要求。因为如果减小p，则P也将减小，对预对准的要求相应必须提高；而如果增大p，则P虽可以增大，但如果只利用一级光无法更好的实现更高精度的对准。

离轴对准系统的引入已经有一段时间。比如，专利US.4,937,618介绍了一种离轴对准技术，其中使用了两路离轴对准单元，结合一路同轴对准单元来完成掩膜版标记和基底标记的对准，在两路离轴对准单元中，每一路都可以提供高、低两种放大倍数底探测方式，分别用于精对准和粗对准，其探测信号经过一个参考标记比较后引入CCD(电耦合器件)和检测电路以及显示器，通过检测电路对图像信号进行逐行积分，获得若干连续桢的整幅图像后通过与预设的代表标记中心的阈值电平值V1和一个低电平值V2做比较，可以找到超过V2的值，作为标记图像，而超过V1的值作为标记中心，x向和y向可以同时探测。显然，通过预设阈值电平值来检测对准中心，其精度除了容易受CCD象素大小和系统放大倍率(放大倍率过大则不易保证成像质量)影响，还受信号上叠加的平均噪声的影响，所以实际对准精度和重复性较差。

专利US.5,243,195介绍了一种离轴对准技术，也是结合同轴对准装置来实现掩膜版标记和基底标记的对准。通过用一个分化板将标记x向和y向部分分别成像在各自的CCD传感器上，然后结合对图像信号的分析得到对准位置，然而，标记变形和不同覆盖层材料反射率的变化使得图像对比度和强度变化很大，从而影响得到较好的结果。

专利US.6,297,876 B1介绍了一种离轴对准方法，也是结合同轴对准装置来实现掩膜版标记和基底标记的对准。通过采集一个标记的7个阶次的衍射光，经过具有楔板调节装置的空间分离装置使这7个阶次的正负分量在像面相干叠加，然后对这7个阶次的光信号进行拟和，找到7个阶次都最大的一点，作为标记的中心位置。该方案的优点是可以实现自动捕获以及较高的对准精度，但缺点是需要特殊的楔板调节装置和复杂的装调，另外，衍射光中的高阶次信号较弱，而该方法却又靠高阶次信号来实现较高的对准精度，实际中随着标记(特别是硅片标记)反射信号(特别是高阶次信号)功率过低，则实际无法利用高阶次信号，所以并不能可靠的提供最高对准精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光刻机对准的标记以及使用该标记的对准方法，以实现光刻机的粗对准捕获和精对准定位。

为了达到上述的目的，本发明提供一种用于投影扫描光刻机对准的标记，在一个方向上含有4个不同的周期相位的光栅，其中包括两个大周期光栅分支和两个小周期光栅分支。所述的两个大周期光栅分支的周期在10um到20um之间，两个小周期光栅分支的周期在1um到5um之间。该大周期光栅分支的周期应为该小周期光栅分支的周期的3到9倍。两个大周期光栅分支之间存在小于2um的周期差。两个小周期光栅分支之间存在小于1um的周期差。该对准标记可以位于基底台上，也可以位于基底上。

该对准标记可以包含分布于正交方向上的两组光栅，每组光栅均含有4个不同的周期相位。该两组光栅可以分开排列，可以交叉排列，还可以在水平面内成其他组合排列方式。

分开排列的光栅，可以各自成直线排列。分布方向可以与光栅条纹的方向平行，成并列式四周期标记结构，也可以与光栅条纹的方向垂直，成串列式四周期结构。

该对准标记可以沿着待对准区域的分划边界间隙成等长线条排列。

本发明还提供一种使用该对准标记的对准方法，包括以下步骤：

(1)扫描过程中实时采集各光栅分支±1级光强信号和对应的位置信号；

(2)将来自大周期光栅分支的粗对准信号和所述小周期光栅分支的精对准信号进行拟合；

(3)由该粗对准信号确定粗对准位置；

(4)在该精对准信号上，寻找距离粗对准位置最近的峰值点；

(5)综合利用来自不同细光栅分支的精对准信号上的峰值点，确定精对准位置。

由粗对准信号确定粗对准位置的方法可以是通过将两个大周期光栅分支的对准标记信号的相加，在移动中获得两个大周期光栅分支的对准标记信号之和最大的位置，即两个大周期光栅分支的对准标记信号均处于峰值状态的位置，以两个大周期光栅分支的对准标记信号之和最大的位置作为粗对准位置。

确定精对准位置的方法可以是在该粗对准位置附近，在移动中获得离粗对准位置最近的两个小周期光栅分支的对准标记信号分别处于峰值状态的位置，以两个小周期光栅分支的对准标记信号分别处于峰值状态的位置的平准值作为精确对准位置。

本发明所提供的对准标记以及使用该标记的对准方法是利用较大周期的粗对准光栅分支信号确定捕获范围和粗对准位置，利用周期较小的精对准光栅分支信号确定高精度的对准位置。两个粗对准信号采用特定数学模型进行实时采样拟合，并根据拟合后的模型，确定峰值重合或最接近点，即为粗对准位置；采用特定数学模型对精对准信号进行实时采样拟合，并以粗对准位置为基准，分别寻找距离该基准最近的各精对准信号上峰值点，综合利用多个精对准信号，确定最终的精对准位置，达到精确对准的目的。

附图说明

图1为光刻机对准系统示意图；

图2为本发明的一维x向串列式四周期标记示意图；

图3为本发明的一维x向并列式四周期标记示意图；

图4为本发明的一维y向串列式四周期标记示意图；

图5为本发明的一维y向并列式四周期标记示意图；

图6为本发明的成正交布置的两组光栅标记示意图；

图7为本发明的成正交布置的一种改进型两组光栅标记示意图；

图8为本发明的成正交布置的一种改进型两组光栅标记示意图；

图9为本发明的一维四周期标记在基底上的分布示意图；

图10为本发明的二维四周期标记在基底上的分布示意图；

图11为四周期光栅空间衍射示意图；

图12为4f系统结构示意图；

图13为空间滤波器工作原理示意图；

图14为空间滤波器结构示意图；

图15为四周期对准工作原理及光路结构示意图；

图16为参考光栅结构示意图；

图17为探测光纤布置截面结构示意图；

图18为使用本发明的四周期对准系统的一种实现方案示意图；

图19为理想四周期对准信号；

图20为实际四周期对准信号；

图21为对准步骤示意图。

附图中：1、基底台标记；2、掩膜版标记；3、基底台标记；4、掩膜版；5、基底标记；6、掩膜台；7、基底；9、基底台；100、对准装置；101、对准标记信号；102、传输光纤；103、传输光纤；104、全反射棱镜；105、空间滤波器；106、参考光栅；107、探测光纤；110、分束器；200、信号处理器；201、光电转换和放大器；201a、光电转换器件；202、模数转换器；203、拟和信号处理器；204、位置数据处理器；205、位置数据转换与采样器；206、基底台运动控制器；207、工作时序控制器；300、对准辐射源；303、透镜；302、孔径光阑；301、透镜；IFx、x向基底台位移测量装置激光干涉仪；IFy、y向基底台位移测量装置激光干涉仪；PL、投影物镜；L1、前组透镜；L2、后组透镜；IB、校准光束；P1、标记平面；P2、成像平面；RG、参考光栅；FB、探测光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1示出了现有技术使用的对准系统以及本发明的使用四周期对准标记的对准方法的一种实施方案，光刻机的主要结构包括：掩膜台6、掩膜版4、投影物镜PL、基底台9。

现有技术使用的系统中，利用较低能量的曝光辐射源或其它非曝光波长辐射源照射掩膜台6承载的掩膜版4上的掩膜版标记2，通过投影物镜PL将掩膜版标记2的缩小像投射到基底台9上的作为基准标记集合的基底台标记3上，利用基底台标记3透射到其下的传感器进行光电信号转换，通过一系列的扫描采集信号，结合由x向基底台位移测量装置激光干涉仪IFx和y向基底台位移测量装置激光干涉仪IFy测得的空间位置信号进行拟和处理，建立掩膜版与基底台的坐标转换关系。

本发明使用的对准系统由对准辐射源300提供一路或多路具有合适波长的照明光源通过传输光纤103照射基底台标记1，由对准装置100收集标记上反射的对准标记信号101。当基底台标记1的排列采用图6的形式，进行x向测量的具有4个周期x向的一级衍射光信号共有4路，进行y向测量的具有y向的一级衍射光信号共有4路，一共8路信号经过对准装置100收集，通过传输光纤102引到较远处的对准信号处理单元200内完成光电转换和信号放大调理和模数转换后存放在指定的存储器地址内。同时，可以由x向基底台位移测量装置激光干涉仪IFx和y向基底台位移测量装置激光干涉仪IFy同时获取相应的运动位置信息。将测得数值进行拟和处理，可以找到基底台标记1在基底台坐标系下相应的对准点坐标值(x₁，y₁)。

同理，对准装置100可以对基底标记5进行测量，得到基底标记5在基底台坐标系下相应的坐标值(x₅，y₅)。

由(x₁，y₁)和(x₅，y₅)可以建立基底台坐标系原点与基底坐标系原点之间的转换关系，进而建立两坐标系之间的转换关系。

图2示出了本发明的一种用于x向对准的四周期标记结构。图2包括p0_ax、p0_bx、p1x、p2x四个的光栅分支，其周期分别是p0_a、p0_b、p1、p2，四个光栅分布方向与光栅条纹的方向垂直，为串列式四周期标记结构。

图3示出了本发明的另一种用于x向对准的四周期标记结构。图3包括p0_ax、p0_bx、p1x、p2x四个的光栅分支，其周期分别是p0_a、p0_b、p1、p2，四个光栅分布方向与光栅条纹的方向平行，为并列式四周期标记结构。

图4示出了本发明的一种用于y向对准的四周期标记结构。图4包括p0_ay、p0_by、p1y、p2y四个的光栅分支，其周期分别是p0_a、p0_b、p1、p2，四个光栅分布方向与光栅条纹的方向垂直，为串列式四周期标记结构。

图5示出了本发明的另一种用于y向对准的四周期标记结构。图3包括p0_ay、p0_by、p1y、p2y四个的光栅分支，其周期分别是p0_a、p0_b、p1、p2，四个光栅分布方向与光栅条纹的方向平行，为并列式四周期标记结构。

图6、图7、图8示出了本发明的同时用于x向和y向对准的四周期标记结构。x向标记包括p1x、p2x、p0_ax、p0_bx四个的光栅分支，其周期分别是p1、p2、p0_a、p0_b。y向标记包括p1y、p2y、p0_ay、p0_by四个的光栅分支，其周期分别是p1、p2、p0_a、p0_b。这种标记的作用可支持对角线扫描，即沿着与x向或y向坐标轴成45度的方向进行扫描，则可以同时获得x向和y向标记中心位置。

基底标记5在基底7上的分布可以采用图9或者图10的形式。

4个不同的周期相位的光栅，其中两个大周期光栅分支的周期可以是10um、11um、15um、16um、19um以及20um，两个小周期光栅分支的周期可以是1um、1.5um、2.5um、4.5um以及5um。大周期光栅分支的周期应为该小周期光栅分支的周期的3到9倍。两个大周期光栅分支之间存在小于2um的周期差。两个小周期光栅分支之间存在小于1um的周期差。本实施例中采用p1＝14um、p2＝15.4um、p0_a＝2.2um、p0_b＝2um。

图11示出了对本发明的四周期标记进行一维扫描时的情况。当校准光束IB垂直或近似垂直投射到一维四周期标记的表面时，在标记的四个不同周期光栅处发生衍射，根据衍射角公式：

$\sin \mathrm{\α}=n\frac{\mathrm{\λ}}{p}$ (式1)

(其中，p代表光栅的节距，α代表衍射子光束与光栅法线的夹角，λ代表入射光波长，n代表衍射级次)发生衍射后入射光束在每一光栅处变成正负级次对称分布多个子光束，在自由空间中将沿着各自的波面传播。本发明仅需要利用每一光栅的一级衍射光进行对准。实际上，衍射发生时，还会在每处产生除一级衍射光之外的高级次衍射光，这里并不需要这些衍射分量，而是在设计中尽量避免某个分支高级次衍射光对其它分支一级衍射光的干扰。另一方面，衍射光束的零级子光束也是不需要的衍射分量，要在设计中避免其对四个分支一级衍射光造成影响。

图12是4f系统的结构示意图。在标记平面P1上的标记位于4f系统的前组透镜L1的前焦面且位于光轴的近轴区，从标记上任一分支衍射的某个级次的正负两束光经过前组透镜L1后变成两路准直光束；经过4f系统的后组透镜L2汇聚后，这两路准直光束被聚焦到后组透镜L2的后焦面上，由于正负级次之间存在稳定的相位差，频率相同且在参考光栅面上投影分量相互平行，满足相干条件，两路子光束在此处相干成像。

实际上，在标记上各分支上的衍射分量中会有多个级次的子光束可以进入该4f系统的入射光瞳，本发明仅使用其中的一级衍射光束，所以在前组透镜L1的后焦面处设置一个孔径光阑装置，使得可以选择性的透过我们需要级次的子光束。

图13是作为空间滤波器的孔径光阑装置的工作原理图。空间滤波器105位于L1的后焦面，孔径光阑的透光处，分别对应四光栅分支的一级衍射光光路，并且最小周期光栅的一级衍射光与其他周期光栅的高级衍射光之间有足够的位置偏移。

图14是一种空间滤波器的结构示意图。对应于图6所示的成正交布置的两组光栅的四周期标记，它包括x向的空间滤波器结构和y向的空间滤波器结构。仅可以通过x向的四周期标记和y向的四周期标记的一级衍射光。

为了更形象的说明工作原理，图15采用了夸张的方式来绘制了四个周期上衍射和成像过程。实际上，入射激光是一束光，其颜色是单色光。由于f1远大于标记尺寸，可以认为标记的各个周期都位于光学4f系统的主光轴上前组透镜L1的前焦点处，所以经过前组透镜L1后，四个周期的一级衍射光都是近似平行于主光轴的光线，图15中为了区分的原因，故意画的略有偏斜。由图15可知，入射光束IB通过全反射棱镜104偏转后垂直投射到基底表面的标记上，该入射激光束足够覆盖标记的四个周期，所以，当标记发生衍射时，分支会产生各级衍射光。由于周期p0_b＜p0_a＜p1＜p2，同级次衍射光线中，分支p0_bx处子光束衍射角最大，其次是分支p0_ax处子光束，再次是p1x处子光束，而分支p2x处子光束衍射角最小。当我们只对四个周期的一级衍射光感兴趣时，可以只在图11中示出各一级衍射子光束示意性的光线追迹。由于有全反射棱镜104和孔径光阑105的遮挡作用，零级衍射分量不会对各一级衍射子光束造成干扰。分支p0_ax光栅处衍射的一级光b0_a+1和b0_a-1经前组透镜L1后成一对平行与主光轴的准直光束b0_a+1′、b0_a-1′，并通过光阑105的通光孔后经后组透镜L2的汇聚在后组透镜L2的后焦面处2个子光束b0_a+1″和b0_a-1″发生干涉，在像面P2靠近主光轴处形成p0_ax的像p0_ax′。同理，p0_bx处衍射子光束经过该4f系统可以成像在p0_bx′处，p1x处衍射子光束经过该4f系统可以成像在p1x′处，p2x处衍射子光束经过该4f系统可以成像在p2x′处。同时，在像面P2上与主光轴中心对称的放置着一个参考光栅，包含与p0_ax周期对应的RG0_ax，与p0_bx周期对应的RG0_bx，与p1x周期对应的RG1x，与p2x周期对应的RG2x等各段，其具体结构样式可以参见图16；在每个参考光栅的每一段后面都放置着对应的探测光纤，可以收集通过参考光栅后的光强信号，其布置方式可参见图17。而这些探测光纤将相应的光强信号引导至光电转换器件，对光强信号进行转换和处理。由于基底标记的图像是与光栅结构形式一致的连续光斑条纹，当标记相对于对准光学系统移动时，这些条纹相对于参考光栅也会移动，即成像条纹与参考光栅的重合程度发生连续的变化，结果是在光电探测器上的信号光强也随着这种移动发生连续变化，由于条纹间距是周期性变化，这种光强信号的变化也是周期性的。根据傅立叶光学，在探测器上形成的是一种正弦形式的信号，如果保持标记与对准系统的相互精确的匀速运动，则可以获得一个恒定周期的正弦信号。对应于每一段(标记像-参考光栅)，都会有一个与光栅周期成正比的恒定周期的正弦信号。

图18为四周期对准系统的一种实现方案的示意图，其目的是更好地解释本分＝的运用，而不应当理解为对本发明的限制。对准辐射源300发出的辐射源经透镜303、孔径光阑302和透镜301和传输光纤103(传光保偏光纤)经全反射棱镜104偏转，经前组透镜L1垂直照射到位于基底台9的基底台标记1或位于基底7的基底标记5上，此时的标记以四周期对准标记为例，发生衍射的各周期的1级衍射子光束发射到前组透镜L1后被偏转成与光轴近似平行的准直光束，另外各周期光栅的0级衍射光返回原入射光方向。各准直光束中其实包含一些被视为可能干扰参考光栅面成像的衍射级次和杂散光分量，所以在前组透镜L1的后焦面(同时也是后组透镜L2的前焦面)设置了一个仅能够选择性的透过四个周期的1级衍射光分量的空间滤波器105。这些光束由后组透镜L2聚焦于放置在后组透镜L2后焦面的参考光栅106上形成干涉像，在进行基底台标记1或基底标记5的对准扫描时，所成的像相对于参考光栅106匀速移动，进而在置于参考光栅后的探测光纤107接收面上形成连续变化的正弦光强信号，由传输光纤102传送到信号处理单元200的光电转换和放大器201的光电转换器件201a后变为电信号。经由工作时序控制器207的统一触发，可以保证对该对准电信号的采集与经位置数据转换和采样器205所采集的位移数值同步。同时，光电转换和放大器201处理后的信号还要经模数转换器202转换成数字信号，送至拟和信号处理器203；而203同时接收来自位置数据处理器204的位置数据，其来自于位置数据转换与采样器205，该数据同时提供给基底台运动控制器206，由基底台运动控制器206控制基底台按照所要求的速度和方向进行标记扫描。结合来自于模数转换器202和位置数据处理器204的同步采样数据，可以由拟和信号处理器203经拟和处理，确定本次扫描的对准位置。

当标记单个方向为四个光栅分支时，其周期基本关系为：p2＞p1＞p0_a＞p0_b。p1和p2为大周期光栅分支，且二者周期之间存在着固定的微小周期差；p0a和p0b为小周期光栅分支，且二者周期之间存在着固定的微小周期差。附图1 6示出了沿垂直于光栅方向扫描时，获得的四个不同周期的信号S_{p0_a}、S_{p0_b}、S_p1、S_p2，p2＞p1＞p0_a＞p0_b，p0_b、p0_a、p1、p2分别为S_{p0_b}、S_{p0_a}、S_p1、S_p2的周期。利用这四个不同周期的信号，可以在实现较大捕获范围的同时获得很高的对准精度，本发明使用的一种方法的基本原理如下：

1)利用两个较大周期p1和p2获得较大捕获范围。

对准标记的两个较大周期之间存在的微小周期差表示为：

Δp＝p2-p1  (式2)

由单独的分支p1所能提供的最大捕获范围是

或表示为这是因为周期为p1的分支的正负一级光在像面上相干后的干涉条纹的周期为

而捕获范围即允许期望位置误差落在信号的某个确定周期内；而相应的周期为p2的分支所能提供的最大捕获范围是

两单独分支所能提供的最大捕获范围是

其捕获范围并不是很大，在预对准偏差大于

的情况下无法确定标记中心位置确切的位于哪一个信号周期。而如果我们同时使用两个周期的光栅，则可以把捕获范围扩大到P′，其中：

$P^{\′}=\frac{\frac{1}{2}p1\×\frac{1}{2}p2}{\frac{1}{2}\mathrm{\Δp}}=\frac{1}{2}\frac{p1\×p2}{(p2-p1)}$ (式3)

即如果标记中心与期望位置的误差小于P′或在

P′内，则按照指定的期望位置为中心进行扫描时，可以得到标记中心的粗对准位置。

2)利用特定的数学模型，对采样信号进行拟合，获得模型参数和峰值位置。

采用以下数学模型，对于不同周期光栅分支的信号模型进行拟合。

(式4)

(式5)

(式6)

其中，I(x)代表光强信号幅值，P_i为各光栅分支的周期，a_i为线性拟合参数，是初相位拟合参数。通过信号的拟合，从而确定信号的峰值点。

3)结合两个较大周期p1和p2获得的粗对准位置与两个较小周期p0_a、p0_b周期获得精细对准位置。

理想情况下，粗对准位置是S_p1和S_p2的相位重合点C_p1和C_p2(此处两信号相位相同)，另外，通过对标记四个分支的合理设计布局，可以保证精对准信号S_{p0_a}、S_{p0_b}也在C_{p0_a}、C_{p0_b}处出现一个相位重合点，而四者的相位重合点即可认为是理想情况下的对准点，如附图19所示；实际情况下，由于器件制造过程中，标记和参考光栅都不可能做到精确的对称，而且基底标记在工艺过程中，会出现各种变形情况，所以，实际上并不存在四个周期信号绝对精确的相位重合点。而且，对于四个不同的周期，工艺引起变形的情况也不同，在当前工艺条件下，较大周期易受工艺引起变形的影响，而工艺加工对较小周期影响也较小。真实情况是，四个信号S_{p0_b}S_{p0_a}、S_p1、S_p2任何时候彼此之间都会存在一些偏差，如附图20所示。在此情况下，综合利用四个信号重合点C_{p0_a}、C_{p0_b}、C_p1和C_p2信息，确定精对准位置。本发明的一种确定精确对准位置的方法是：

首先在捕获范围内，以S_p1、S_p2其中一个信号为基准找到两者相位偏差最小点C_p1和C_p2这两点即为粗对准位置范围，任选C_p1和C_p2或者该两点之间的中间位置作为粗对准点C_cor；其次以C_cor为基准点，寻找S_{p0_a}信号上距离C_cor点最近的相位偏差最小点C_{p0_a}和S_{p0_b}信号上距离C_cor点最近的相位偏差最小点C_{p0_b}，以二者中间位置为对准位置点C_fin即：

C_fin＝0.5(C_{p0_a}+C_{p0_b})(式8)

附图21示出了光刻机扫描对准时，确定对准位置的基本步骤：

(a)对准扫描过程中实时采集各光栅分支±1级光强信号和对应的位置信号；

(b)由拟合模型(式4～6)，完成来自大周期光栅分支粗对准信号和小周期光栅分支的精对准信号的拟合；

(c)由粗对准信号确定粗对准位置；

(d)在精对准信号上，寻找距离粗对准位置最近的峰值点；

(e)综合利用来自不同细光栅分支的精对准信号上的峰值点，确定精对准位置。

Claims (14)

1.一种用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述标记在一个方向上含有4个不同的周期相位的光栅，其中包括两个大周期光栅分支和两个小周期光栅分支。

2.根据权利要求1所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述的两个大周期光栅分支的周期在10um到20um之间，两个小周期光栅分支的周期在1um到5um之间。

3.根据权利要求2所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述大周期光栅分支的周期应为所述小周期光栅分支的周期的3到9倍。

4.根据权利要求3所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述两个大周期光栅分支之间存在小于2um的周期差。

5.根据权利要求3所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述两个小周期光栅分支之间存在小于1um的周期差。

6.根据权利要求1所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述对准标记可以位于基底台上，也可以位于基底上。

7.根据权利要求1所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述对准标记可以包含分布于正交方向上的两组所述光栅，每组所述光栅均含有4个不同的周期相位。

8.根据权利要求7所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述两组光栅可以分开排列，可以交叉排列，还可以在水平面内成其他组合排列方式。

9.根据权利要求8所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述分开排列的光栅，可以各自成直线排列。

10.根据权利要求9所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述成直线排列的光栅，分布方向可以与光栅条纹的方向平行，成并列式四周期标记结构，也可以与光栅条纹的方向垂直，成串列式四周期结构。

11.根据权利要求1所述的用于光刻机对准的标记，其特征在于：所述对准标记可以沿着待对准区域的分划边界间隙成等长线条排列。

12.一种使用权利要求1所述的标记的对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)扫描过程中实时采集各光栅分支±1级光强信号和对应的位置信号；

(2)将来自所述大周期光栅分支的粗对准信号和所述小周期光栅分支的精对准信号进行拟合；

(3)由所述粗对准信号确定粗对准位置；

(4)在所述精对准信号上，寻找距离粗对准位置最近的峰值点；

(5)综合利用来自不同细光栅分支的所述精对准信号上的峰值点，确定精对准位置。

13.根据权利要求12所述的对准方法，其特征在于：所述由粗对准信号确定粗对准位置的方法可以是通过将所述两个大周期光栅分支的对准标记信号的相加，在移动中获得所述两个大周期光栅分支的对准标记信号之和最大的位置，即所述两个大周期光栅分支的对准标记信号均处于峰值状态的位置，以所述两个大周期光栅分支的对准标记信号之和最大的位置作为粗对准位置。

14.根据权利要求12所述的对准方法，其特征在于：所述确定精对准位置的方法可以是在所述粗对准位置附近，在移动中获得离所述粗对准位置最近的所述两个小周期光栅分支的对准标记信号分别处于峰值状态的位置，以所述两个小周期光栅分支的对准标记信号分别处于峰值状态的位置的平准值作为精确对准位置。

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