CN102043341B

CN102043341B - 用于光刻设备的对准信号采集系统与对准方法

Info

Publication number: CN102043341B
Application number: CN200910201611A
Authority: CN
Inventors: 李运峰; 王海江; 韩悦; 胡明辉
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2029-10-12
Also published as: CN102043341A

Abstract

一种用于光刻设备的对准信号采集系统，具有照明单元，用于提供紫外波长的激光脉冲；掩模台；掩模台位置测量单元；掩模台控制单元，用于控制掩模台移动；投影物镜，用于对掩模标记进行成像；工件台；工件台位置测量单元；工件台控制单元，用于控制工件台移动；光强采集单元，用于采集掩模标记的像扫描过工件台标记时透过的光强信号；和对准操作单元，用于控制扫描参数的下发、光强和位置的同步采样，实现由光强-位置采样对组成的对准信号的拟合处理和对准位置计算。

Description

用于光刻设备的对准信号采集系统与对准方法

技术领域

本发明涉及集成电路或其它微型器件制造领域的光刻装置，尤其涉及一种用于光刻设备的对准信号采集系统与对准方法。

背景技术

在半导体IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置，即套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/3～1/5，对于100纳米的光刻机而言，套刻精度指标要求小于35nm。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一，而掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。当特征尺寸CD要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更小的对准精度。

掩模与硅片之间的对准可采用掩模对准+硅片对准的方式，即以工件台基准板标记为桥梁，建立掩模标记和硅片标记之间的位置关系。对准的基本过程为：首先通过掩模对准系统，实现掩模标记与工件台基准板标记之间的对准，然后利用硅片对准系统，完成硅片标记与工件台基准板标记之间的对准，进而间接实现硅片标记与掩模标记之间对准。

中国专利200910045415给出了一种用于光刻装置的掩模对准系统。当在投影物镜焦面做水平方向对准扫描时，可采集到图1所示的对准信号，图中横轴为X(或Y)位置采样，竖轴为光强采样。图1中信号的顶点即为对准位置。为求得该对准位置，首先对采样数据对进行过滤处理，保留光强大于阈值的采样数据，并采用抛物线模型进行拟合处理，拟合后的抛物线的顶点即为求得的对准位置。但是，由于对准信号并非理想抛物线形式，抛物线模型与对准信号之间存在模型不匹配问题，导致拟合精度较低，影响对准精度。图2分别给出了阈值系数为0.25和0.6时拟合结果，采样点与抛物线曲线之间的拟合误差(绝对值)比较大。从图中可看出，适当地增大阈值，能够提高拟合精度，但也意味着更多的有用信息被抛弃，系统的抗噪性将变差。

发明内容

本发明的目的在于提供具有高拟合精度的处理方法，从而提高对准精度。本发明采用了下述对准信号采集系统和对准方法。

一种用于光刻设备的对准信号采集系统，用以实现工件台相对于掩模台位置的确定，包括：

照明单元，用于提供紫外波长的激光脉冲；

掩模台；

掩模台位置测量单元；掩模台控制单元，用于控制掩模台移动，并根据掩模台位置测量单元所获得的掩模台位置数据将掩模标记定位到特定位置；

投影物镜，用于对掩模标记进行成像；

工件台；

工件台位置测量单元；工件台控制单元，用于控制工件台移动，并根据工件台位置测量单元所获得的工件台的位置数据将工件台标记定位到特定位置，并根据对准扫描参数进行水平运动；

光强采集单元，用于采集掩模标记的像扫描过工件台标记时透过的光强信号；

对准操作单元，用于控制对准扫描参数的下发、光强和位置的同步采样，实现由光强-位置采样对组成的对准信号的拟合处理和对准位置计算，其中采用高斯函数作为对准信号拟合模型，该函数为：

I (x_{i}) = A e^{- {(\frac{{cx}_{i} - a}{b})}^{2}}

其中，x_i为光强-位置采样对中的位置数据，I(x_i)为光强-位置采样对中对应位置x_i的光强数据，a、b、c和A为模型待定参数。

其中，所述照明单元包括激光器和控制组件，所述激光器产生激光脉冲，所述控制组件控制脉冲频率。

其中，所述光强采集单元包括集成传感器和光强采集板。

其中，所述集成传感器受到紫外波长的激光脉冲激发后产生可见波长段的荧光。

其中，所述集成传感器包括光电探测器和放大环节，所述荧光经光电探测器转化为电信号，并经所述放大环节对信号进行放大。

其中，所述光强采集板根据所述对准操作单元的时序控制，采集所述集成传感器探测到的光强数据。

一种利用前述对准信号采集系统的对准方法，包括：

对准操作单元下发对准扫描参数；

根据下发的扫描参数，掩模台运动单元控制掩模台移动，并根据掩模台位置测量单元实时提供的掩模台位置数据，将掩模标记定位到扫描参数指定的位置；同时，工件台控制单元控制工件台移动，并根据工件台位置测量单元实时提供的工件台位置数据，将工件台上的标记，定位到扫描参数指定的位置；

在对准操作单元控制下，照明单元以发射激光脉冲，工件台同步运动，使得掩模标记通过投影物镜所成的像匀速扫描过工件台标记；

在对准操作单元时序控制下，光强采样单元采集掩模标记的像扫描过工件台标记时透过的光强信号；在对准操作单元时序控制下，工件台位置测量单元采集对应每一光强采样时刻的工件台位置数据；采集到的光强-位置采样对被传输到对准操作单元中；

对准操作单元对获得的光强-位置采样对进行阈值处理，仅保留光强-位置采样对中光强大于αmax(I(x_i))的采样数据，α为阈值系数，max(I(x_i))为光强-位置采样对中光强的最大值；

对准操作单元对阈值处理后的光强-位置采样对进行拟合处理，求解模型的待定参数，进而获得对准位置，其中，采用高斯函数模型进行拟合：

I (x_{i}) = A e^{- {(\frac{{cx}_{i} - a}{b})}^{2}}

式中，x_i为光强-位置采样对中的位置数据，I(x_i)为光强-位置采样对中对应位置x_i的光强数据，a、b、c和A为模型待定参数。

所述对准位置由拟合获得的模型参数确定，即：

X_ahgnment＝a/c

式中，X_ahanment为对准位置，a、c为拟合处理后获得的模型参数。

本发明的掩模对准信号处理系统首先对掩模对准扫描时采集到的掩模对准信号进行处理，滤除光强小于特定值的数据对，然后对处理后的数据进行高斯函数拟合，获得模型参数的解，进而可求出对准位置。由于高斯函数更能逼近信号的真实情况，故可获得更高的拟合精度，从而可提高对准精度。

附图说明

通过本发明实施例并结合其附图的描述，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所示为对准信号示意图；

图2所示为采用抛物线模型进行拟合的结果；

图3所示为根据本发明的实施例的掩模对准系统信号处理系统示意图；

图4所示为根据本发明实施例的采用高斯函数模型拟合结果；

图5所示为在阈值为0.25时，采用抛物线模型和高斯模型进行拟合的对准精度对比图；

图6所示为在阈值为0.6时，采用抛物线模型和高斯模型进行拟合的对准精度对比图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

图3所示为用于光刻设备的对准信号采集系统。该对准信号采集系统包括：照明单元1，用于提供紫外波长的激光脉冲；掩模台4，用于放置掩模3；掩模台位置测量单元11，用于实时测量和采集掩模台的位置数据；掩模台控制单元12，用于控制掩模台4移动，并根据掩模台位置测量单元11实时提供的掩模台位置数据将掩模3上的掩模标记2定位到扫描参数指定的位置；投影物镜5，用于对掩模标记2进行成像；工件台8，用于支撑工件7和安装工件台标记6；工件台位置测量单元13，用于实时测量和采集工件台的位置数据；工件台控制单元14，用于控制工件台8移动，并根据工件台位置测量单元13实时提供的工件台位置数据，将工件台8上的工件台标记6定位到扫描参数指定的位置，同时根据对准扫描参数进行匀速水平运动；光强采集单元，用于采集掩模标记的像扫描过工件台标记时透过的光强信号；对准操作单元15，用于控制扫描参数的下发、光强和位置的同步采样，实现对准信号拟合处理和对准位置计算。

所述的照明单元包括激光器和控制组件。激光器产生激光脉冲，控制组件控制脉冲频率。所述的掩模台位置测量单元11包括X向和Y向激光干涉仪，分别测量掩模台X向和Y向的位置。工件台位置测量单元13包括X向、Y向和Z向激光干涉仪，分别用于测量工件台X向、Y向和Z向的位置。所述的光强采集单元包括集成传感器9和光强采集板10。集成传感器9受到紫外波长的激光脉冲激发后产生可见波长段的荧光，并被集成传感器9内的光电探测器探测并生成相应的电信号。探测后生成的电信号经集成传感器内的放大环节进行放大。

在对掩模3进行对准时，对准操作单元15下发对准扫描参数。掩模台4被移动到指定的位置，使得掩模标记2能够通过投影物镜5被成像到工件台上方；工件台8被移动到指定位置，使得工件台标记6位于掩模标记2通过投影物镜5所成的像位置。照明单元1开始以固定的频率发射激光脉冲，工件台4开始匀速运动，使得掩模标记2通过投影物镜所成的像扫描过工件台标记6。位于工件台标记6下方的集成传感器9接收扫描过程中透过工件台标记的紫外光，将紫外光转换为可探测的荧光，并转换为电信号，经放大后输出。光强采集板10和工件台位置测量单元13按照同一时序采集扫描过程中的光强和工件台位置数据，生成光强-位置采样对，并传输给对准操作单元15，这些采样对组成了对准信号。对准操作单元15对接收到的光强-位置采样对进行处理，滤除光强小于给定阈值的采样数据，并对处理后的采用数据进行模型拟合，求取对准位置。

在对准操作单元中，光强滤除的阈值设定为αmax(I(x_i))，这里α为阈值系数，可根据采样数据量设定为0.25、0.6或其它值，max(I(x_i))为采样数据中最大的光强值。拟合模型采用高斯函数，即：

I (x_{i}) = A e^{- {(\frac{{cx}_{i} - a}{b})}^{2}}

(公式1)

式中，x_i为光强-位置采样对中的位置数据，I(x_i)为光强-位置采样对中对应位置x_i的光强数据，a、b、c和A为模型待定参数。拟合方法可采用公式1两边求对数，转换为线性模型后进行。图4给出了阈值系数为0.25和0.6时，采用高斯函数进行拟合的结果。

拟合后，可获得模型参数a、b、c和A的解，则对准位置X_ahgnment为：

X_ahgnment＝a/c

图5和图6分别给出了阈值系数为0.25和0.6，采用高斯函数和抛物线函数进行拟合时，对准重复精度的对比图。图中也给出了在不同噪声背景下，二者导致的对准重复精度的对比情况。显然，采用高斯函数对掩模对准信号进行拟合，可获得更好的对准重复精度。

根据本发明的实施例的用于光刻设备的对准方法，包括如下具体步骤：

对准操作单元15下发对准扫描参数；

根据下发的扫描参数，掩模台运动单元12控制掩模台4移动，并根据掩模台位置测量单元11实时提供的掩模台位置数据，使得掩模标记2定位到扫描参数指定的位置；同时，工件台控制单元14控制工件台移动，并根据工件台位置测量单元13实时提供的工件台位置数据，使得工件台上的标记6，定位到扫描参数指定的位置；

在对准操作单元15的控制下，照明单元1以固定频率发射激光脉冲，工件台8同时进行匀速运动，使得掩模标记2的通过投影物镜5所成的像匀速扫描过工件台标记6；

在对准操作单元15的时序控制下，光强采集单元10以固定的频率采集掩模标记的像扫描过工件台标记时透过的光强信号；同时，在对准操作单元时序控制下，工件台位置测量单元13采集对应每一光强采样时刻的工件台位置数据；采集到的光强-位置采样对被传输到对准操作单元15中；

对准操作单元15对获得的光强-位置采样对进行阈值处理，仅保留光强-位置采样对中光强大于αmax(I(x_i))的采样数据，α为阈值系数，max(I(x_i))为光强-位置采样对中光强的最大值；

对准操作单元15对阈值处理后的光强-位置采样对进行拟合处理，求解模型的待定参数，进而获得对准位置。

其中，步骤6中采用高斯函数模型进行拟合：

I (x_{i}) = A e^{- {(\frac{{cx}_{i} - a}{b})}^{2}}

(公式1)

式中，x_i为光强-位置采样对中的位置数据，I(x_i)为光强-位置采样对中对应位置x_i的光强数据，a、b、c和A为模型待定参数。拟合后，可获得模型参数a、b、c和A的解，进而可求得对准位置X_ahgnment为：

X_ahgnment＝a/c

本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims

1.一种用于光刻设备的对准信号采集系统，用以实现工件台相对于掩模台位置的确定，包括：

照明单元，用于提供紫外波长的激光脉冲；

掩模台；

掩模台位置测量单元；

掩模台控制单元，用于控制掩模台移动，并根据掩模台位置测量单元所获得的掩模台位置数据将掩模标记定位到特定位置；

投影物镜，用于对掩模标记进行成像；

工件台；

工件台位置测量单元；

工件台控制单元，用于控制工件台移动，并根据工件台位置测量单元所获得的工件台的位置数据将工件台标记定位到特定位置，并根据对准扫描参数进行水平运动；

光强采集单元，用于采集掩模标记的像扫描过工件台标记时透过的光强信号；以及

对准操作单元，用于控制对准扫描参数的下发、光强和位置的同步采样，实现由光强-位置采样对组成的对准信号的拟合处理和对准位置计算，采用高斯函数作为对准信号拟合模型，该函数为：

I (x_{i}) = A e^{- {(\frac{{cx}_{i} - a}{b})}^{2}}

其中，x_i为光强-位置采样对中的位置数据，I(x_i)为光强-位置采样对中对应位置x_i的光强数据，a、b、c和A为模型待定参数；

其特征在于所述光强采集单元包括集成传感器和光强采集板；

所述集成传感器受到紫外波长的激光脉冲激发后产生可见波长段的荧光；

所述集成传感器包括光电探测器和放大环节，所述荧光经光电探测器转化为电信号，并经所述放大环节对信号进行放大。

2.根据权利要求1所述的对准信号采集系统，其特征在于所述光强采集板根据所述对准操作单元的时序控制，采集所述集成传感器探测到的光强数据。

3.一种利用如权利要求1所述的对准信号采集系统的对准方法，包括：

对准操作单元下发对准扫描参数；

I (x_{i}) = A e^{- {(\frac{{cx}_{i} - a}{b})}^{2}}

4.根据权利要求3所述的对准方法，所述对准位置由拟合获得的模型参数确定，即：

X_alignment＝a/c

式中，X_alignment为对准位置，a、c为拟合处理后获得的模型参数。