CN102117026A - 光刻机的对准信号的周期测校方法 - Google Patents

Abstract

一种对准信号周期的测校方法，其中，通过调整拟合周期值，获得一系列的对应多重相关系数MCC值，建立拟合周期与MCC之间的关系曲线，从而可确定最大MCC处的拟合周期，该拟合周期即为对准信号的最佳拟合周期。在对准信号拟合时，利用该测校方法获得的最佳信号周期进行信号拟合，可以获得更好的拟合效果，进而提高粗对准和精对准精度。

Description

光刻机的对准信号的周期测校方法

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，尤其涉及一种光刻机的对准信号的周期测校方法。

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。

专利CN03164859.2、CN200710045495X、CN2007100454964和US6297876B1等介绍了一类基于光栅衍射的硅片(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，经信号的拟合，综合确定标记的粗对准位置；同时，利用更精细光栅±1级光干涉像或者是16微米周期光栅的高级光干涉成像(如±5级光)，经信号的拟合，在粗对准基础上确定精对准。在信号的拟合过程中，可采用如下拟合模型：

(式1)

式中，I(x)、x分别为光强信号和位置信息，经对准扫描时在线测量获得，P为信号的拟合周期，由用户预先设定。a₁、a₂和为模型待定参数，即通过拟合确定的参数。理论上，P值应设定为等于对准信号的实际周期。而对准信号的实际周期由标记成像的明暗条纹的周期决定。一个可供选择的方法是直接采用理论设计值用作信号的拟合周期。然而在实际中，由于受到装备、制造、放大倍率等误差因素的影响，标记所成像的明暗条纹的周期并不完全等于设计值。当二者存在较大偏差时，直接采用设计值作为信号的拟合周期，将导致拟合偏差(如图1(a)所示，拟合结果获得的信号曲线与实际信号采样偏差很大)。所以，在对准装调完成后，需要对信号的实际周期进行测校，以获得最佳的信号拟合周期。当信号的拟合周期与实际周期一致或接近时，可以获得更好的拟合效果(如图1(b)所示)，由此可提高粗对准和精对准的精度。

发明内容

针对该问题，本发明提出了一种对准信号周期的测校方法，该方法通过调整拟合周期值，获得一系列的对应MCC值，建立拟合周期与MCC之间的关系曲线，从而可确定最大MCC处的拟合周期，该拟合周期即为对准信号的最佳拟合周期。获得信号的最佳拟合周期后，对准时就可利用该拟合周期对信号进行拟合，以获得更好地拟合效果，从而提高粗对准和精对准精度。此外，本发明采用基于多重相关系数的方法确定对准信号的最佳拟合周期的方法，可以在现有的光刻设备中方便地实现，而无需增加额外的装置。

本发明提出的测校方法步骤如下：

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控制运动台载着对准标记匀速运动，信号采集与处理模块采集各个通道的光强信号，同时，位置采集与运动控制模块采集工件台的位置信息，光强信号和位置信息在采集后均被传输到对准操作与管理模块；

步骤3.对准操作与管理模块根据各个通道的光强信号和位置信息，组成各通道的对准信号，然后对各通道的对准信号的拟合周期依次进行测校，获得每个通道的对准信号的最佳拟合周期；

步骤4.将获得的每一通道对准信号的最佳拟合周期作为常数存储在机器中，供对准时调用。

其中，步骤3包括如下步骤：

步骤3.1 对于第i通道对准信号，根据对准信号周期的设计值P_d，给出拟合周期的测试范围为[P_d-P_shift，P_d+P_shift]；，

步骤3.2 依次设定拟合周期为P_d-P_shift+ΔP、P_d-P_shift+2ΔP、…、P_d+P_shift，求出每一拟合周期的MCC值，并建立拟合周期与MCC之间的关系曲线；

步骤3.3 平滑处理拟合周期与MCC之间的关系曲线，找到MCC最大值处对应的拟合周期，该拟合周期即为该通道对准信号的最佳拟合周期；

步骤3.4 重复步骤3.1～3.4，求出第i+1通道和其它通道对准信号的最佳拟合周期。

其中，多重相关系数

$\mathrm{MCC}=1-\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(I\left(x_i\right)-f\left(x_i\right))}^2}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(I\left(x_i\right)-\stackrel{\‾}{I})}^2}$

式中，I(x_i)为位置x_i处的的光强测量值，i表示第i个光强测量点(采样点)，N为总的测量点数，I为全部光强测量点的平均光强，f(x_i)表示拟合后，利用获得的模型参数，计算得到的位置x_i处的光强值。

其中，信号的拟合模型可采用如下余弦模型中的任意一个：

(式1)

(式2)

(式3)

其中，式中，I(x)、x分别为光强信号和位置信息，均为对准扫描时通过在线测量获得，P为预先设定的信号的拟合周期，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆和

为模型待定参数。

其中，采用多项式拟合对拟合周期与MCC之间的关系曲线进行平滑处理。

附图说明

图1所示为同一信号采用不同拟合周期的拟合效果示意图；

图2所示为根据本发明的测校方法所采用的对准系统；

图3所示为MCC与拟合周期之间的关系曲线；

图4所示为根据本发明的实施例的测校方法的实施步骤。

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。

图2所示为根据本发明的测校方法所采用的对准系统，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(包括一系列的子光栅)、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5设置于硅片6上或者运动台7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各级衍射光，各级衍射光通过成像模块2成像到参考光栅各子光栅的表面上。位置采集与运动控制模块6采集承载硅片6的运动台7的位置信息，并与对准操作与管理模块9进行同步谈判，规划运动轨迹，控制运动台的运动，同时，将用于对准的位置信息经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，并经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综合来自参考光栅的多个子光栅的光强信号和用以对准的位置信息，经信号拟合，计算求取标记的对准位置。

信号的拟合模型可采用如下余弦模型中的任意一个：

(式1)

(式2)

(式3)

其中，式中，I(x)、x分别为光强信号和位置信息，均为对准扫描时通过在线测量获得，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆和

为模型待定参数，拟合的目的即为确定这些待定参数，P为信号的拟合周期，由用户预先设定。由于信号拟合周期与信号的实际周期吻合程度决定拟合效果的好坏，故拟合时用户需要预先给出一个最佳的拟合周期，以获得更好的拟合效果。本发明的目的即为确定该最佳的拟合周期。

在本发明中，信号的最佳拟合周期通过测校的方法获得，即采用P_i为拟合周期，对获得对准信号进行拟合，拟合模型可采用式2、式3和式4中任一个，计算在该拟合周期下的多重相关系数(Multiple Correlation Coefficient，MCC)。然后改变拟合周期为P_i+1，重新拟合对准信号，获得在新拟合周期下的MCC值。如此反复，针对不同的拟合周期，均可获得一个MCC值，利用这些值，可建立MCC与拟合周期之间的关系曲线，如图3所示。

MCC反映了拟合曲线与原始信号吻合的程度，计算方法如下：

$\mathrm{MCC}=1-\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(I\left(x_i\right)-f\left(x_i\right))}^2}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(I\left(x_i\right)-\stackrel{\‾}{I})}^2}$ (式5)

式中，I(x_i)为位置x_i处的的光强测量值，i表示第i个光强测量点(采样点)，N为总的测量点数，I为全部光强测量点的平均光强，f(x_i)表示拟合后，利用获得的模型参数，计算得到的位置x_i处的光强值。其中，I为：

$\stackrel{\‾}{I}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}I\left(x_i\right)$

在图3所示的MCC与拟合周期的关系曲线上，当拟合周期为P_k时，MCC值最大，表明在该拟合周期下，获得拟合曲线与原始信号最为吻合，亦即P_k为该信号的最佳拟合周期。

为提高拟合周期的测校精度，进行测校时，应尽可能采集多的测量点进行拟合。此外，拟合周期测试范围应将信号的实际周期包含在内，例如信号的实际周期为8微米左右，测校时拟合周期测试范围可以为7.5-8.5微米，从7.5微米开始，每次增加一个微小值(如0.01微米)，一直测试到8.5微米，获得每个测试周期的MCC值。

由于本发明所述的光栅式对准系统需要利用多个通道的对准信号，故对每一通道的对准信号均需要进行周期测校，以获得该通道信号的最佳拟合周期。

具体的拟合方法和拟合步骤可参考专利CN200510030807.0和CN200910055927.4，这里作为公知技术引入。

如图4所示，本发明测校方法的具体步骤如下：

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控制运动台7载着对准标记5匀速运动，信号采集与处理模块4采集各个通道的光强信号，同时，位置采集与运动控制模块8采集工件台7的位置信息，光强信号和位置信息在采集后均被传输到对准操作与管理模块9；

步骤3.对准操作与管理模块9根据各个通道的光强信号和位置信息，组成各通道的对准信号，然后对各通道的对准信号的拟合周期依次进行测校；

步骤3.1 对于第i通道对准信号，根据对准信号周期的设计值P_d，给出拟合周期的测试范围为[P_d-P_shift，P_d+P_shift]；，

步骤3.2 依次设定拟合周期为P_d-P_shift+ΔP、P_d-P_shift+2ΔP、…、P_d+P_shift，求出每一拟合周期的MCC值，并建立拟合周期与MCC之间的关系曲线；

步骤3.3 平滑处理拟合周期与MCC之间的关系曲线，找到MCC最大值处对应的拟合周期，该拟合周期即为该通道对准信号的最佳拟合周期；

步骤3.4 重复步骤3.1～3.4，求出第i+1通道和其它通道对准信号的最佳拟合周期。

步骤4.获得的每一通道对准信号的最佳拟合周期作为常数存储在机器中，供对准时调用。

在所述的步骤3.3中，拟合周期与MCC之间的关系曲线的平滑方法有很多中，可采用多项式拟合的方法。

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 (3)

1.一种光刻机对准信号的周期测校方法，包括如下步骤：

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控制运动台载着对准标记匀速运动，信号采集与处理模块采集各个通道的光强信号，同时，位置采集与运动控制模块采集工件台的位置信息，光强信号和位置信息在采集后均被传输到对准操作与管理模块；

步骤3.对准操作与管理模块根据各个通道的光强信号和位置信息，组成各通道的对准信号，然后对各通道的对准信号的拟合周期依次进行测校，获得每个通道的对准信号的最佳拟合周期；

步骤4.将获得的每一通道对准信号的最佳拟合周期作为常数存储在机器中，供对准时调用；

其特征在于，步骤3中包括如下步骤：

步骤3.1对于第i通道对准信号，根据对准信号周期的设计值P_d，给出拟合周期的测试范围为[P_d-P_shift，P_d+P_shift]；，

步骤3.2依次设定拟合周期为P_d-P_shift+ΔP、P_d-P_shift+2ΔP、…、P_d+P_shift，求出每一拟合周期的MCC值，并建立拟合周期与MCC之间的关系曲线；

步骤3.3平滑处理拟合周期与MCC之间的关系曲线，找到MCC最大值处对应的拟合周期，该拟合周期即为该通道对准信号的最佳拟合周期；

步骤3.4重复步骤3.1～3.4，求出第i+1通道和其它通道对准信号的最佳拟合周期。

2.根据权利要求1所述的测校方法，其中多重相关系数

$\mathrm{MCC}=1-\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(I\left(x_i\right)-f\left(x_i\right))}^2}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(I\left(x_i\right)-\stackrel{\‾}{I})}^2}$

式中，I(x_i)为位置x_i处的的光强测量值，i表示第i个光强测量点(采样点)，N为总的测量点数，I为全部光强测量点的平均光强，f(x_i)表示拟合后，利用获得的模型参数，计算得到的位置x_i处的光强值。

3.根据权利要求1或2所述的测校方法，其中，采用多项式拟合对拟合周期与MCC之间的关系曲线进行平滑处理。

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