CN101271281B - 归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统，所述归一化对准标记组合由置于光刻装置对准系统的目标构图部件上的多孔形归一化对准标记和置于探测构图部件上的单孔形归一化对准标记组成；所述多孔形归一化对准标记由四个透光元件和一镀铬屏蔽层构成，所述单孔形归一化对准标记由一个透光元件及镀铬屏蔽层构成。所述方法采用探测构图部件上的单孔形归一化对准标记及其下面的探测装置，对目标构图部件上多孔形归一化对准标记所成的像做两次二维对准扫描，并综合两次扫描所获得的辐射测量信息和位置测量信息进行对准信号处理，获得目标构图部件承载台上目标构图部件经投影系统所成空间像，相对探测构图部件承载台的位置关系。

Description

归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统 

技术领域

本发明涉及光刻设备的对准扫描方法，特别涉及光刻设备的多孔形归一化对准进行对准扫描的方法。 

背景技术

在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量高速实时测量、信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的探测装置和控制系统。这些系统需要我们采用多种方式实现探测、信号采样控制、数据采集控制、数据交换控制和数据传输通信等的控制。有该探测和控制需求的装置包括：集成电路制造光刻设备、平板显示面板光刻设备、MEMS/MOEMS光刻设备、先进封装光刻设备、印刷电路板光刻设备、印刷电路板加工装置以及印刷电路板器件贴装装置等。 

光刻设备是一种将所需图案应用于工件上的装置。通常是将所需图案应用于工件上的目标部分上的装置。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可用于生产在IC一个单独层上形成的电路图案。该图案可以传递到工件(如硅晶片)的目标部分(一个或者多个管芯)上。通常是通过将图案成像到工件上提供的一层辐射敏感材料(抗蚀剂)上来按比例复制所需图案。已知的光刻设备还包括所谓扫描器，运用辐射光束沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描工件来辐照每一目标部分。还可以通过将图案压印在工件上而将图案通过构图部件生成到工件上。 

在光刻设备中，通过光刻设备中的对准系统使用对准标记组合进行对准扫描得到各对准标记分支的光信息和位置信息等对准信息，对这些信息进行相应处理，得到对准构图部件上的标记组合和工件台探测构图部件上的标记组合间的位置关系，对准该光刻设备的对准系统包括：辐射发生器、构图照射窗口及 其控制板、构图部件及其对准标记组合、构图部件承载运动台及其位置探测器、投影系统、工件台及其基准板对准标记组合、工件台位置探测器和辐射探测传感器；其中构图图形包括曝光构图图形和对准构图图形，构图图形照射窗口及其控制板用于形成窗口将辐射透射到对准构图图形上；投影系统用于将辐射照射到对准构图图形上形成透射像或反射像，该透射像或反射像通过投影系统投射形成空间像，用工件台基准板对准标记下方的传感器探测该空间像；辐射传感器用于检测空间像经过工件台对准图形透射后的辐射能量；构图部件承载运动台位置探测器和工件台位置探测器分别探测对准扫描过程中的构图部件承载台和工件台的空间位置。 

单孔形标记是一种孔形透光标记，如200710045044.6、200710045037.6、200710046061.1、200710046156.3、200710046157.8和200710173146.6等中国专利申请中所描述的那样，这种标记存在于目标构图部件上和调制构图部件上，它被用于多工件的对准扫描定位、粗捕获和对组合标记中的其它标记的扫描光信息进行归一化处理。 

在以前的上述装置中，由于在构图部件上的单孔形归一化对准标记透光面积大，又集中，存在探测成像能量密度较大的问题，另外其探测捕获范围较小，特别是对准扫描信号的平顶和梯形斜坡段较短，当扫描速度较高的时候，由于此段采样点数不足，不利于满足对准扫描定位、粗捕获的精度要求，如果需要增加足够的采样点，则一方面可以降低对准扫描速度，但如此会降低光刻装置的产能，另一方面可以增大目标构图部件上的单孔形归一化对准标记的尺寸，但又增加了成像面积，不利于提高对准扫描的稳定性精度。 

对于常规多孔形归一化对准标记，一方面存在上述问题，另一方面还存在对准扫描信号存在多阶梯状对准扫描信号或者上凸/下凹的拐点，这都不利于提高归一化对准扫描的精度和适应性的要求。 

此外，上述的单孔形归一化对准标记和常规多孔形归一化对准标记的捕获范围较小。 

因此，需要提供应用特殊的多孔形归一化对准标记进行对准扫描的方法，使得该方法能够很好地处理单孔形归一化对准标记和常规多孔形归一化对准标记在对准扫描中出现的对准扫描的精度和适应性等问题。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统，以实现对准系统更高的对准扫描定位精度、粗捕获精度、捕获范围、稳定性和更强对准扫描的适应性。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种归一化对准标记组合，用于光刻装置的对准系统，所述的归一化对准标记组合由置于所述对准系统目标构图部件上的多孔形归一化对准标记和置于所述对准系统探测构图部件上的单孔形归一化对准标记组成；所述的多孔形归一化对准标记由第一至第四透光元件以及镀铬屏蔽层构成，所述第一至第四透光元件为尺寸相同的长方形，呈中心对称分布，且相邻透光元件靠近对称中心的长边相互垂直并相交于顶点，所述镀铬屏蔽层分布于该四个透光元件以外的区域；所述的单孔形归一化对准标记由第五透光元件以及镀铬屏蔽层构成，所述的第五透光元件是正方形孔状结构，所述镀铬屏蔽层分布于第五透光元件以外的区域。 

进一步地，所述多孔形归一化对准标记中的每一透光元件的长是宽的两倍。 

进一步地，采用单孔形归一化对准标记来扫描所述多孔形归一化对准标记经过投影系统所成的像，并且所述单孔形归一化对准标记中第五透光元件的边长，大于等于两倍多孔形归一化对准标记中每一个透光元件所成像的长边长度与两倍的目标构图部件放置的预对准精度误差尺寸之和。 

本发明的另一解决方案是提供一种采用上述归一化对准标记组合进行光刻装置对准扫描的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将目标构图部件置于目标构图部件承载台上，并完成预对准定位；(2)设置直接照射在所述目标构图部件上多孔形标记的辐射束窗口，形成目标构图部件上多孔形标记的透射成像；(3)用探测构图部件上的单孔形归一化对准标记及其下面的探测装置，沿目标构图部件上多孔形归一化对准标记所成像的四边其中的一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到多孔形归一化对准标记所成像的四边其中的一维度方向和垂至于该像面的方向上的对准位置；(4)用探测构图部件上的单孔形归一化对准标记及其下面的探测装置，沿目标构图部件上多孔形归一化对准标记所成像的四边中的另一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到多孔形归一化对准标记所成像的四边中的另一维度方向和垂至于该像面的方向上的对准位置；(5)综合步骤(3)和步骤(4)的结果，获得目标构图部件承载台上目标构图部件经投影系统所成空间像，相对探测构图部件的位置关系。 

进一步地，所述单孔形归一化对准标记对多孔形归一化对准标记所成像进行对准扫描的捕获扫描范围是多孔形归一化对准标记中每个透光元件所成像的长边长度的两倍与单孔形归一化对准标记第五透光元件的方孔边长之和。 

本发明还提供了一种用于光刻装置的对准系统，该系统包括：目标构图部件；探测构图部件；置于目标构图部件上的多孔形归一化对准标记；探测构图部件上的单孔形归一化对准标记及其下面的探测装置；目标构图部件承载台及其位置测量装置；探测构图部件承载台及其位置测量装置；置于目标构图部件和探测构图部件之间的投影系统以及对准信号处理装置；所述的多孔形归一化对准标记由第一至第四透光元件以及镀铬屏蔽层构成，所述第一至第四透光元件为尺寸相同的长方形，呈中心对称分布，且相邻透光元件靠近对称中心的长边相互垂直并相交于顶点，所述镀铬屏蔽层分布于该四个透光元件以外的区域；所述的单孔形归一化对准标记由第五透光元件以及镀铬屏蔽层构成，所述的第五透光元件是正方形孔状结构，所述镀铬屏蔽层分布于第五透光元件以外的区域。 

进一步地，所述多孔形归一化对准标记中的每一透光元件的长是宽的两倍。 

进一步地，采用单孔形归一化对准标记来扫描所述多孔形归一化对准标记经过投影系统所成的像，并且所述单孔形归一化对准标记中第五透光元件的边长，大于等于两倍多孔形归一化对准标记中每一个透光元件所成像的长边长度与两倍的目标构图部件放置的预对准精度误差尺寸之和。 

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果： 

1.本发明通过使用目标构图部件上的多孔形归一化对准标记，克服了对准扫描信号存在多阶梯状对准扫描信号或者上凸/下凹的拐点的情况，提高归一化对准扫描的精度； 

2.本发明通过使用目标构图部件上的多孔形归一化对准标记，在不增大标记成像面积的情况下，增加了标记成像的捕获能力，提高了对准信号的探测能力达40％，提高了对准扫描的稳定性精度，增强了对准扫描的适应性。 

附图说明

通过以下对本发明的具体实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为： 

图1为应用本发明归一化对准标记组合的对准信号处理方法的光刻装置的结构示意图。 

图2a和图2b分别为本发明目标构图部件上多孔形归一化对准标记和探测构图部件上单孔形归一化对准标记的结构示意图。 

图3为采用本发明的归一化对准标记组合的对准扫描方法步骤的示意图。 

图4a至图4c为本发明中的多孔形归一化对准标记对准扫描信号和单孔形归一化对准标记对准扫描信号以及常规多孔形归一化对准标记对准扫描信号之间的比较。 

图5为对多孔形归一化对准标记所成空间像进行实际扫描所形成的对准信号示意图。 

具体实施方式

以下将对本发明的归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统作进一步的详细描述。 

图1是应用本发明归一化对准标记组合及其对准信号处理方法的光刻设备对准系统的结构示意图，该对准系统包括：目标构图部件4，其上具有构图图形(包括曝光构图图形和对准构图图形5)；探测构图部件，其与光刻工件9位于同一平面上，且所述探测构图部件上具有探测构图部件标记11，其下具有辐射空间图案探测装置12；目标构图部件承载台6及其位置测量装置7；探测构图部件承载台10及其位置测量装置13；置于目标构图部件4和探测构图部件之间的投影系统8以及对准信号处理装置14。该对准系统的工作原理如下：构图图 形照射窗口2及其控制板3用于形成窗口将辐射1透射到对准构图图形5上，以形成透射像；投影系统8用于将该透射像投射形成空间图案，并用探测构图部件标记11探测该空间图案；辐射空间图案探测装置12用于检测空间图案经过探测构图部件标记11透射后的辐射信息；目标构图部件承载台位置测量装置7和探测构图部件承载台位置测量装置13分别探测对准扫描过程中的目标构图部件承载台6和探测构图部件承载台10的空间位置，在扫描中得到位置测量装置7和13所测量得到的位置数据，还同步测量得到辐射空间图案探测装置12中的辐射信息，将探测到的所有信息采集到对准信号处理装置14中，进行对准信号处理得到对准位置。 

本发明采用了一套归一化对准标记组合来实现光刻设备的对准，该归一化对准标记组合由置于目标构图部件4上的多孔形归一化对准标记(即上述对准构图图形5)和置于探测构图部件上的单孔形归一化对准标记(即上述探测构图部件标记11)组成。如图2a所示，该多孔形归一化对准标记由第一至第四透光元件15～17以及镀铬屏蔽层19构成，所述第一至第四透光元件15～17为尺寸相同的长方形，该四个透光元件呈中心对称分布，且相邻透光元件靠近对称中心的长边相互垂直并相交于顶点，从而该四个透光元件的内部围成一个封闭的正方形，该镀铬屏蔽层19分布于四个透光元件以外的区域。较佳地，每一透光元件的长是宽的两倍。如图2b所示，该单孔形归一化对准标记由第五透光元件20和镀铬屏蔽层21构成，该第五透光元件20是正方形孔状结构，该镀铬屏蔽层21分布于第五透光元件20以外的区域。 

所述单孔形归一化对准标记第五透光元件20的方孔边长SL，与多孔形归一化对准标记中每个透光元件15～17所成像的长边长度DLL以及目标构图部件4放置的预对准精度尺寸PAS之间的关系如下： 

SL≥2×DLL+2×PAS 

即不小于两倍多孔形归一化对准标记中透光元件所成像的长边长度与两倍的目标构图部件放置的预对准精度误差尺寸之和。 

本发明还提供了一种采用上述归一化对准标记组合进行光刻装置对准扫描的方法，请对照图1和图2，所述方法首先设置直接照射在目标构图部件4上多孔形归一化对准标记5的辐射束窗口2，形成目标构图部件上多孔形归一化对准 标记的透射成像；接着用探测构图部件上的单孔形归一化对准标记11，扫描被投影系统8投射目标构图部件上多孔形归一化对准标记所成的空间成像，由探测构图部件上的单孔形归一化对准标记11下方的辐射空间图案探测装置12探测该空间成像透过探测构图部件上单孔形归一化对准标记11的辐射信息；然后在对准信号处理装置14中综合所述辐射信息、目标构图部件上多孔形归一化对准标记5的位置信息和探测构图部件上的单孔形归一化对准标记11的位置信息，以确定目标构图部件上多孔形归一化对准标记5和探测构图部件上单孔形归一化对准标记11之间的对准信息，从而找到目标构图部件上的多孔形归一化对准标记投影空间像和探测构图部件上的单孔形归一化对准标记之间的对准关系。所述对准信息包括与探测构图部件上单孔形归一化对准标记11及其辐射空间图案探测装置12的位置相关信息，所述光信息包括辐射振幅强度信息、辐射能量信息、辐射相位信息中任意一种或者相位信息与其它两种信息的组合。 

参见图3，运用图2中的归一化对准标记组合进行光刻装置对准扫描的具体方法步骤如下： 

S1、将目标构图部件4置于目标构图部件承载台6上，并完成预对准定位； 

S2、设置直接照射在所述目标构图部件上多孔形标记5的辐射束窗口2，形成目标构图部件上多孔形标记的透射成像； 

S3、用探测构图部件上的单孔形归一化对准标记11及其下面的探测装置12，沿目标构图部件上多孔形归一化对准标记所成像的四边其中的一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射测量信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到在这两个方向上的对准位置； 

S4、用探测构图部件上的单孔形归一化对准标记11及其下面的探测装置12，沿目标构图部件上多孔形归一化对准标记所成像的四边中的另一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射测量信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到在这两个方向上的对准位置； 

S5、综合步骤S3和步骤S4的结果，获得目标构图部件承载台6上目标构图部件经投影系统所成空间像，相对探测构图部件承载台6的位置关系。 

用上述多孔形归一化对准标记的对准扫描方法可以初步探测投影系统的焦深范围和最佳焦面；所述单孔形归一化对准标记对多孔形归一化对准标记所成 像进行对准扫描的捕获扫描范围CR为： 

CR＝2×DLL+SL 

其中SL为单孔形归一化对准标记第五透光元件的方孔边长，DLL为多孔形归一化对准标记中每个透光元件所成像的长边长度，即该捕获扫描范围是多孔形归一化对准标记中每个透光元件所成像的长边长度的两倍与单孔形归一化对准标记第五透光元件的方孔边长之和。 

所述多孔形归一化对准标记进行对准扫描得到的光信息，能够对其它对准标记进行对准扫描得到的光信息，进行归一化的扫描长度为PAS的两倍，其中PAS目标构图部件放置的预对准精度尺寸。 

图4a～图4c给出了采用不同的标记进行对准扫描得到的扫描信号的比较。其中，图4a是用探测构图部件上单孔形归一化对准标记扫描目标构图部件上单孔形标记空间成像的对准信号，其明显存在信号上升和下降太陡的问题；图4b是用探测构图部件上常规多孔形归一化对准标记扫描目标构图部件上单孔形标记空间成像的对准信号，明显存在多阶梯和拐点的问题，对扫描工况的适应能力较低；图4c是用本发明中探测构图部件上的单孔形归一化对准标记扫描目标构图部件上多孔形标记空间成像的对准信号，明显有较强的对准扫描适应能力，在不增加透光面积的情况下，增加了信号捕获的范围。 

图5是对多孔形归一化对准标记所成空间像进行实际扫描所形成的对准信号，其中目标构图部件上的多孔形归一化对准标记所成像的轮廓尺寸为24μm×24μm，探测构图部件上的单孔形归一化对准标记尺寸为42μm。 

综上所述，用上述目标构图部件上的多孔形归一化对准标记和探测构图部件单孔形归一化对准标记，在不增大透光面积的情况下，降低了探测目标构图部件上的多孔形归一化对准标记所成空间像的能量密度，并且将对目标构图部件上的多孔形归一化对准标记所成空间像的捕获能力，比对目标构图部件上的单孔形归一化对准标记所成空间像的捕获能力至少提高了40％以上。 

以上介绍的仅仅是基于本发明的优选实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。 

Claims (10)

1.一种归一化对准标记组合，其特征在于：所述的归一化对准标记组合由置于一对准系统目标构图部件上的多孔形归一化对准标记和置于一对准系统探测构图部件上的单孔形归一化对准标记组成；所述的多孔形归一化对准标记由第一至第四透光元件以及镀铬屏蔽层构成，所述第一至第四透光元件为尺寸相同的长方形，呈中心对称分布，且相邻透光元件靠近对称中心的长边相互垂直并相交于顶点，所述镀铬屏蔽层分布于该四个透光元件以外的区域；所述的单孔形归一化对准标记由第五透光元件以及镀铬屏蔽层构成，所述的第五透光元件是正方形孔状结构，所述镀铬屏蔽层分布于第五透光元件以外的区域。

2.如权利要求1所述的归一化对准标记组合，其特征在于：所述多孔形归一化对准标记中的每一透光元件的长是宽的两倍。

3.如权利要求1所述的归一化对准标记组合，其特征在于：采用单孔形归一化对准标记来扫描所述多孔形归一化对准标记经过投影系统所成的像。

4.如权利要求3所述的归一化对准标记组合，其特征在于：所述单孔形归一化对准标记中第五透光元件的边长，大于等于两倍多孔形归一化对准标记中每一个透光元件所成像的长边长度与两倍的目标构图部件放置的预对准精度误差尺寸之和。

5.一种采用如权利要求1～4中任一项所述的归一化对准标记组合进行光刻装置对准扫描的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将目标构图部件置于目标构图部件承载台上，并完成预对准定位；

(2)设置直接照射在所述目标构图部件上多孔形标记的辐射束窗口，形成目标构图部件上多孔形标记的透射成像；

(3)用探测构图部件上的单孔形归一化对准标记及其下面的探测装置，沿目标构图部件上多孔形归一化对准标记所成像的四边其中的一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到多孔形归一化对准标记所成像的四边其中的一维度方向和垂至于该像面的方向上的对准位置；

(4)用探测构图部件上的单孔形归一化对准标记及其下面的探测装置，沿目标构图部件上多孔形归一化对准标记所成像的四边中的另一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到多孔形归一化对准标记所成像的四边中的另一维度方向和垂至于该像面的方向上的对准位置；

(5)综合步骤(3)和步骤(4)的结果，获得目标构图部件承载台上目标构图部件经投影系统所成空间像，相对探测构图部件的位置关系。

6.如权利要求5所述的光刻装置对准扫描的方法，其特征在于：所述单孔形归一化对准标记对多孔形归一化对准标记所成像进行对准扫描的捕获扫描范围是多孔形归一化对准标记中每个透光元件所成像的长边长度的两倍与单孔形归一化对准标记第五透光元件的方孔边长之和。

7.一种对准系统，包括：

目标构图部件；

探测构图部件；

置于目标构图部件上的多孔形归一化对准标记；

探测构图部件上的单孔形归一化对准标记及其下面的探测装置；

目标构图部件承载台及其位置测量装置；

探测构图部件承载台及其位置测量装置；

置于目标构图部件和探测构图部件之间的投影系统以及对准信号处理装置；

其特征在于：所述的多孔形归一化对准标记由第一至第四透光元件以及镀铬屏蔽层构成，所述第一至第四透光元件为尺寸相同的长方形，呈中心对称分布，且相邻透光元件靠近对称中心的长边相互垂直并相交于顶点，所述镀铬屏蔽层分布于该四个透光元件以外的区域；所述的单孔形归一化对准标记由第五透光元件以及镀铬屏蔽层构成，所述的第五透光元件是正方形孔状结构，所述镀铬屏蔽层分布于第五透光元件以外的区域。

8.如权利要求7所述的对准系统，其特征在于：所述多孔形归一化对准标记中的每一透光元件的长是宽的两倍。

9.如权利要求7所述的对准系统，其特征在于：采用单孔形归一化对准标记来扫描所述多孔形归一化对准标记经过投影系统所成的像。

10.如权利要求9所述的对准系统，其特征在于：所述单孔形归一化对准标记中第五透光元件的边长，大于等于两倍多孔形归一化对准标记中每一个透光元件所成像的长边长度与两倍的目标构图部件放置的预对准精度误差尺寸之和。

Images