CN102096347B

CN102096347B - 对准标记的对准扫描方法

Info

Publication number: CN102096347B
Application number: CN2009102002231A
Authority: CN
Inventors: 李运锋
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: CN102096347A

Abstract

一种对准标记的对准扫描方法，具体步骤如下：步骤1.对准操作与管理模块下发扫描参数到信号采集与处理模块和位置采集与运动控制模块；步骤2.位置采集与运动控制模块根据扫描参数和运动台性能指标，规划运动轨迹，包括扫描各子光栅时的扫描轨迹和连接不同扫描轨迹的过渡轨迹，并与对准操作与管理模块达成一致，完成同步谈判；步骤3.运动台就位，并按照规划好的运动轨迹，在位置采集与运动控制模块控制下进行运动；步骤4.位置采集与运动控制模块采集用以对准的位置信息，并传输到对准操作与管理模块；同时，信号采集与处理模块采集光强信号，并传输到对准操作与管理模块；步骤5.对准操作与管理模块根据多个标记子光栅的光强信号和位置信息，计算标记的对准位置。

Description

对准标记的对准扫描方法

技术领域

本发明与集成电路或其它微型器件制造领域的光刻装置有关，特别涉及一种对准标记的对准扫描方法。

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(同轴)对准+硅片(离轴)对准的方式，即以运动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，实现掩模标记与运动台基准板标记之间的对准，然后利用硅片对准系统，完成硅片标记与运动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CN03164859.2和美国专利US.6,297,876B1介绍了一种硅片(离轴)对准系统。该对准系统采用包含两个不同周期子光栅的对准标记(如16微米和17.6微米)，通过探测两个子光栅的±1级光干涉像透过参考光栅的光强信号，综合确定标记的粗对准位置。该对准系统采用的参考光栅如图1所示，其中参考子光栅RG1x-1st和RG2x-1st(y向为RG1y-1st和RG2y-1st)对角分布。对于图2所示的四象限标记，当照明光斑中心在O1和O2之间进行移动(扫描)时，两个标记子光栅±1级光的干涉成像在空间上与参考光栅匹配，即标记各子光栅±1级光能够同时成像在对应的参考子光栅上。如图3所示，MG1x-1st-img成像在RG1x-1st-img参考子光栅上，MG2x-1st-img成像在RG2x-1st参考子光栅上，y向类似。

在CN200710045495X和CN2007100454964中也公开了结合多个对准信号获得粗对准位置的方法。

然而，对于图4所示的x向划线槽标记(y向划线槽标记类似)，标记的两个子光栅的中心线位于一条直线上，同时，受划线槽宽度的约束(通常72微米)，沿对准标记光栅线条方向无法加长。此时，无论照明光斑中心在任何直线范围移动，均无法使得两个标记子光栅的±1级同时成像在对应的参考子光栅上，即两个标记子光栅的扫描轨迹不在同一条直线上。如图5所示，当对准标记子光栅MG1x的成像在考子光栅RG1x-1st上时，MG2x无法同时成像在对应参考子光栅RG1x-1st上。

对于划线槽标记，通常采用两次独立的对准扫描完成一次粗对准(捕获)。首先扫描其中的一个标记子光栅，获得该标记子光栅的±1级光干涉所成的像，透过对应参考子光栅的光强信号。如图6所示，扫描轨迹为O1-O2，MG1x子光栅±1级光将干涉成像在参考子光栅RG1x-1st，获得该标记子光栅的对准信号。其次，扫描另外一个标记子光栅，获得该标记子光栅的光强信号，如图7所示。最后，结合获得的两个标记子光栅的对准信号，确定标记的粗对准位置。两次扫描在执行上是完全独立的，每一次扫描均包含扫描参数下发、同步谈判、运动台就位与加速、运动台匀速扫描、对准信号拟合等过程。两次扫描的运动轨迹是相互独立没有关联的。而两次的同步谈判、运动台就位与加速将占用更多的时间，降低了对准效率，并最终影响光刻机的产率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光刻设备的扫描对准方法，实现高效率的粗对准。

一种对准标记的对准扫描方法，具体步骤如下：

步骤1.对准操作与管理模块下发扫描参数到信号采集与处理模块和位置采集与运动控制模块；

步骤2.位置采集与运动控制模块根据扫描参数和运动台性能指标，规划运动轨迹，包括扫描各子光栅时的扫描轨迹和连接不同扫描轨迹的过渡轨迹，并与对准操作与管理模块达成一致，完成同步谈判；

步骤3.运动台就位，并按照规划好的运动轨迹，在位置采集与运动控制模块控制下进行运动；

步骤4.位置采集与运动控制模块采集用以对准的位置信息，并传输到对准操作与管理模块；同时，信号采集与处理模块采集光强信号，并传输到对准操作与管理模块；

步骤5.对准操作与管理模块根据多个标记子光栅的光强信号和位置信息，计算标记的对准位置。

其中，在步骤2中扫描轨迹为匀速直线轨迹，过渡轨迹为平滑的曲线，用以连接两端的扫描轨迹。

其中，过渡轨迹采用3阶轨迹或者更高阶的轨迹。

其中，在步骤4中，根据规划好的轨迹，在整个扫描过程都采集光强信号和用以对准的位置信息；在步骤5中，对准操作与管理模块进一步根据规划好的轨迹，提取出每一扫描轨迹阶段对应的光强信号和用以对准的位置信息。

其中，在步骤4中，仅在扫描轨迹阶段采集光强信号和用以对准的位置信息，在其它阶段不采集。

本发明中，扫描轨迹定义为对准时，为获得期望的对准信号，照明光斑在扫描各个子光栅时，光斑中心直线移动的轨迹。

针对标记的多个子光栅的扫描轨迹不在同一直线上，本发明给出了新的对准扫描方法。当扫描完标记的一个子光栅后，运动台沿着规划好的过渡轨迹，将照明光斑中心平滑地移到标记另外一个子光栅扫描轨迹的起始点，开始对另外一个子光栅的扫描。采用该扫描方法，无论标记各子光栅的扫描轨迹是否在一条直线上，整个标记的扫描过程变为一个连续扫描过程，减少了拟合参数的下发、同步谈判、运动台就位与加速等中间环节，缩短了对准时间，提高了对准效率。

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所示为现有技术中的参考光栅形式；

图2所示为现有技术中的四向限标记的形式；

图3所示为现有技术中将四象限标记成像在参考光栅表面的情况；

图4所示为现有技术中的划线槽标记的形式；

图5所示为现有技术中将划线槽标记成像在参考光栅表面的情况；

图6所示为现有技术中在扫描划线槽标记分支MG1x时，照明光斑中心位置；

图7所示为现有技术中在扫描划线槽标记分支MG2x时，照明光斑中心位置；

图8所示为本发明的对准扫描方法所用的装置；

图9所示为根据本发明一个实施例的扫描时的运动轨迹示意图；

图10所示为根据本发明的另外一个实施例的扫描时的运动轨迹示意图；

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8所示为根据本发明的扫描方法所采用的对准系统的结构框图，该对准系统包括：光源与照明模块1、成像模块2、参考光栅3、信号采集与处理模块4、对准标记5、运动台7、位置采集与运动控制模块8、对准操作与管理模块9。其中，对准标记设置于硅片6上，光源与照明模块1提供照明光束照射到对准标记5上，形成携带标记信息的衍射光，衍射光通过成像模块成像到参考光栅3的表面上。位置采集与运动控制模块8采集承载硅片6的运动台7的位置信息，并采用同步控制的方法，与对准操作与管理模块9进行同步谈判，规划运动轨迹，控制运动台7的运动，同时，位置采集与运动控制模块8采集运动台位置信息，并对这些位置信息进行处理后，传输到对准操作与管理模块9。运动台7的运动使得对准标记5所成的像扫描参考光栅3并产生光强信号。信号采集与处理模块4采集光强信号，并对这些光强信息进行处理后，传输到对准操作与管理模块9。对准操作与管理模块9综合来自多个参考光栅的子光栅的光强信号和用以对准的位置信息，计算求取硅片6上的对准标记的对准位置。

本发明提出的扫描方法是将相邻的两次对准扫描统一规划运动轨迹，采用过渡轨迹连接两段相邻的扫描轨迹，从而提高对准效率。

图9所示为根据本发明的扫描方法的运动轨迹，对准标记的两个子光栅MG1x和MG2x的扫描轨迹O1-O2和O3-O4不在同一条直线上。进行粗对准时，需要分别获得对应O1-O2和O3-O4扫描轨迹阶段的光强信号和运动台位置信息。本实施例中，采用过渡轨迹O2-O3连接两段扫描轨迹，使得O1-O2扫描轨迹结束后，运动台能够平滑地移动到另外一个扫描轨迹O3起始点处，开始O3-O4扫描。过渡轨迹可采用3阶轨迹或者更高阶的轨迹，以获得平稳的轨迹曲线。整个运动台运动过程包括扫描轨迹O1-O2、过渡轨迹O2-O3和扫描轨迹O3-O4，组成一个连续运动过程，从而利用过渡轨迹O2-O3将两次独立的对准扫描合并为一次。对准扫描参数下发后，只需要进行一次同步谈判和轨迹规划即可，从而可以提高对准效率。图9(a)和(b)分别给出两种形式的过渡轨迹，一种过渡轨迹O2-O3穿过两段扫描轨迹连线，即穿过第一段扫描轨迹的起点O1和第二段扫描轨迹的结束点O4之间的连线(图9(a)中虚线O1-O4)；另外一种过渡轨迹O2-O3不穿越两段扫描轨迹连线(图9(b)中虚线O1-O4)。

图10给出了本发明的另外一个实施例，该对准标记两个子光栅的扫描轨迹不在同一直线上，且不在同一个方向上，采用过渡轨迹O2-O3从而将两次独立的扫描合并为一次，缩短对准时间。

实现该发明的具体步骤如下：

步骤1.对准操作与管理模块9下发扫描参数到信号采集与处理模块4和位置采集与运动控制模块8；

步骤2.位置采集与运动控制模块8根据扫描参数和运动台7性能指标，规划运动轨迹，包括扫描各子光栅时的扫描轨迹和连接不同扫描轨迹的过渡轨迹，并与对准操作与管理模块9达成一致，完成同步谈判；

步骤3.运动台7就位，并按照规划好的轨迹，在位置采集与运动控制模块8控制下进行运动；

步骤4.位置采集与运动控制模块8采集用以对准的位置信息，并传输到对准操作与管理模块9；同时，信号采集与处理模块4采集光强信号，并传输到对准操作与管理模块9。

步骤5.对准操作与管理模块9根据多个标记子光栅的光强信号和位置信息，计算对准标记5的对准位置。

在步骤2中扫描轨迹优选为匀速直线轨迹，过渡轨迹优选为平滑的曲线，用以连接两端的扫描轨迹。为保证过渡轨迹的平滑性，过渡轨迹优选采用3阶轨迹或者更高阶的轨迹。

在步骤4中，根据规划好的轨迹，光强信号和用以对准的运动台位置信息可在整个扫描过程全部采集，也可仅在扫描轨迹阶段采集，在过渡轨迹阶段不采集。对于前者，步骤5中对准操作与管理模块需要进一步根据规划好的轨迹，提取出每一扫描轨迹阶段对应的光强信号和用以对准的运动台位置信息，抛除过渡阶段对应的光强信号和用以对准的运动台位置信息；对于后者，对准操作与管理模块无需进一步的筛选。

在步骤5中，对准操作与管理模块根据每一扫描轨迹阶段的光强信号和用于对准的运动台位置信息，获得一个对准信号；结合多个对准信号，可获得粗对准位置。

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

1.一种对准标记的对准扫描方法，具体步骤如下：

步骤2.位置采集与运动控制模块根据扫描参数和运动台性能指标，规划运动轨迹，包括扫描各标记子光栅时的扫描轨迹和连接不同扫描轨迹的过渡轨迹，并与对准操作与管理模块达成一致，完成同步谈判；

步骤5.对准操作与管理模块根据多个标记子光栅的光强信号和位置信息，计算标记的对准位置，其中所述标记子光栅为标记的各个分支。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤2中扫描轨迹为匀速直线轨迹，过渡轨迹为平滑的曲线，用以连接两端的扫描轨迹。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：过渡轨迹采用3阶轨迹或者更高阶的轨迹。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤4中，根据规划好的轨迹，在整个扫描过程都采集光强信号和用以对准的位置信息；在步骤5中，对准操作与管理模块进一步根据规划好的轨迹，提取出每一扫描轨迹阶段对应的光强信号和用以对准的位置信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤4中，仅在扫描轨迹阶段采集光强信号和用以对准的位置信息，在其它阶段不采集。