CN102540777B - 一种提高对准精度的对准扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对准扫描方法，用于抑制或消除对准过程中出现的寄生干涉，包括：步骤一、使扫描的起始位置位于投影物镜焦深范围内；步骤二、开始扫描，所述扫描过程中满足沿水平方向移动和沿垂直方向匀速移动，所述匀速运动满足使光强变化的频率大于传感器的响应时间；步骤三、使扫描的结束位置位于投影物镜焦深范围内。

Description

一种提高对准精度的对准扫描方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造装备制造领域，尤其涉及一种提高对准精度的对准扫描方法。

背景技术

在采用光刻设备进行集成电路芯片生产过程中，为了实现光刻机期望的精度指标，需要精确建立光刻机各坐标系之间的关系，使掩模、掩模台、物镜、硅片、硅片台能够在一个统一的定标系统中工作。对准扫描就是通过硅片台上的对准标记找到掩模或掩模台上标记在透镜下方所成像的确切位置。对准扫描包括使用传感器在水平方向和垂直方向对光强进行扫描采样，在进行光强采样的同时对位置进行采样，通过对光强和位置数据进行拟合计算，找出最大光强所在位置。通过对准扫描找到所成像的光强最大位置就称为对准位置。

硅片对准是通过不同波长(颜色)的激光照射硅片上的对准标记，对准标记一般采用光栅型标记。如图1中所示，10为光栅标记，当具有一定相干性的激光照射到光栅表面20时，激光会发生反射衍射。其中在入射光右边的衍射级次分别为+1、+2、+3，…，对应的左边衍射级次分别为-1、-2、-3，…，如图2所示，各级次光的衍射角为：

$\mathrm{\θ}=\arcsin \frac{\mathrm{m\λ}}{d}\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

其中，m表示级次，m＝0，±1，±2，...；d表示相邻光栅之间的距离，即光栅周期；λ为入射光波长。

通过空间滤波将各级次光分离，然后使相同级次的光相互干涉，产生和光栅周期相对应的明暗相间条纹。图1b为经过空间滤波后的+1级次衍射光合-1级次衍射光发生干涉后的条纹，其明暗周期和光栅周期一样。

在集成电路芯片的部分生产工艺中，硅片上的标记将会被光刻胶覆盖。如图3中所示，30为光刻胶外表面，40为光刻胶内表面。当激光入射到光栅表面后，衍射级次光会在光刻胶外表面发生反射，其光路示意图如图4中所示。为简单说明起见，图4只示出了+1级次光和-1级次光的一次反射和二次反射效果。图4中，+1级次光在光刻胶外表面发生折射后进入空气，另一部分光在外表面发生反射，入射到内表面40后又产生反射，形成+10，该束光又会产生类似反射和折射，但经过多次反射和折射后的光能量会急剧下降，可以忽略掉这部分反射光。

正常情况下，经过空间滤波后的相同级次光会发生干涉，从而形成图1b所示的干涉条纹。但由于发生了如图4中所示的多次衍射，+1级次的反射光+10将会和-1级次光产生干涉，这样的干涉条纹被称为寄生干涉。在对准过程中，寄生干涉将会影响到正常干涉条纹的生成，从而影响干涉条纹的相位。在理想状况下，光栅标记外表面均匀地覆盖一层光刻胶，该光刻胶的内表面和外表面平行，因此-1级次的反射光-10将会和+1产生干涉，从而抵消+10和-1的干涉影响。在这种情况下，这种寄生干涉不会影响到干涉条纹的相位，进而不会影响对准结果。但在实际情况中，由于光刻胶喷涂技术的限制或后续工艺的影响，光刻胶的上下表面并不会严格平行，而是存在夹角。如图5中所示，40是光刻胶的下表面，50是不平整的上表面。这种情况会导致(-10，+1)之间的干涉和(+10，-1)之间的干涉不对称，影响干涉条纹的相位，最终会影响对准位置的精度。并且在各种不同的工艺条件下，光刻胶外表面和内表面之间的夹角不一样，且光刻胶厚度也不一样，极端情况下会严重影响对准精度。为了减小这种寄生干涉对对准精度的影响，必须采取措施抑制或消除这种寄生干涉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以改善对准精度的对准扫描方法，该对准扫描方法可以抑制或消除在对准过程中所产生的寄生干涉现象。

为实现上述发明目的，本发明公开一种对准扫描方法，用于抑制或消除对准过程中出现的寄生干涉，包括：步骤一、使扫描的起始位置位于投影物镜焦深范围内；步骤二、开始扫描，所述扫描过程中满足沿水平方向移动和沿垂直方向匀速移动，所述垂直方向匀速运动满足使光强变化的频率大于传感器的响应时间；步骤三、使扫描的结束位置位于投影物镜焦深范围内。

该步骤一进一步包括：判断扫描的起始位置是否位于投影物镜焦深范围内，未在焦深范围内时，移动工件台直至进入焦深范围。该步骤二进一步满足以下公式：LZ＝(n+1)*(V*T)，其中，LZ是垂直方向扫描长度，n+1是扫描范围内采样点的个数，V是采样速度，T是采样周期。该步骤三进一步包括：判断扫描的结束位置是否位于投影物镜焦深范围内，未在焦深范围内时，重新移动工件台并执行步骤二扫描过程。

该步骤一包括：测定投影物镜的焦深范围。步骤二包括：所述沿垂直方向匀速移动的位移范围小于所述焦深范围。

与现有技术相比较，本发明能有效抑制或消除在对准过程中所产生的寄生干涉现象，进一步提高对准精度，改善对准系统的性能。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1a是光栅标记结构示意图；

图1b是光栅标记所形成的干涉条纹的示意图；

图2是激光在光栅标记表面发生衍射的示意图；

图3是光栅标记上覆盖有光刻胶时的结构示意图；

图4是衍射级次光在光刻胶表面发生反射后的光路示意图；

图5是光栅标记上覆盖有不平整光刻胶时的结构示意图；

图6是衍射级次光在不平整光刻胶表面发生反射后的光路示意图；

图7是本发明所涉及的对准扫描方法的流程图；

图8是本发明所涉及的一种对准扫描方法的扫描路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

对于同频率相干涉的两列光束，如果能够形成稳定的干涉条纹，必须满足以下两个条件：

1.两列光束之间的频率相等，且稳定；

2.两列光束之间的相位差恒定。

只要能够破坏上述条件中的任意一个，干涉将不会产生。因此，如果要消除对准中的寄生干涉，有两种方法可供选择，使产生寄生干涉的两列光的频率不稳定，或者使产生寄生干涉的两列光之间的相位差不稳定。在硅片对准中，使产生寄生干涉的两列光之间的相位差不稳定的方法包括通过相位调制器实时改变入射光的相位。

设空间某个位置P点的干涉条纹光强分布简化后如式(2)所示：

式(2)中，I_c为稳定的光强，和相位没有关系；为两光波在P点的相位差，和两光波在P点的光程差密切相关，如式(3)所示

式(3)中，K1和K2为归一化后的系数，L1和L2为光程。

当入射光的相位改变时，衍射光的相位也随之改变。在位置P，由于-10光和+1光之间的光程(相位)不一样，且K1和K2相差较大，它们在该点的相位差

随着相位的改变将会变化，不会形成稳定的干涉条纹。当相位调制呈周期性变化，且频率很高，则P点的相位差

也会以相同频率变化，光强I将会呈现周期性变化。同理，P点周围发生寄生干涉区域的光强也会产生类似的周期性变化。特别地，当该周期性变化超出传感器的响应时间时，传感器则认为发生寄生干涉区域的光强都一样。寄生区域原本呈周期性变化的光强被白化(平均化)了。而产生正常干涉的两列光波的光程一样，即L1和L2相等，相位调制不会影响到它们之间的相位差，明暗相间的条纹没有受到影响。这样，通过相位调制后的寄生干涉将不会产生明暗条纹，不会影响到正常条纹的相位，从而不影响对准精度。

除了通过相位调制器改变寄生干涉光波之间的相位差之外，还可以实时改变光栅离透镜的高度，这样相当于改变了两干涉光波的光程。对于正常干涉的两列光束，由于其光路对称，即K1和K2相等，当光栅和透镜之间的高度改变时，这两列光波的光程将改变相同量，即光程差不改变，还会形成稳定的干涉条纹，如式(4)所示：

上式中ΔL为光栅和透镜之间距离的改变量。ΔL将不会改变两光波在P点的相位差。实际中，K1和K2不可能相等，但相位差也不大，从而

的变化会很小。因此，干涉条纹的光强变化也会很小，基本保持不变。对于-10光和+1光，K1和K2相差较大，当光栅变化ΔL时，它们之间的相位差表示为

上式中，如果K1和K2相差很大，ΔL的微小改变将会导致

的很大变化，最终结果是导致式(2)中的结果(光强)变化了好几个周期。如果这种变化周期超出了传感器的响应时间，传感器测量得到的寄生干涉区域的的光强将会被白化，而不会影响正常干涉条纹的相位。

本发明所提供的对准扫描方法，在进行对准扫描时，不仅进行水平向(即XY方向)的扫描，在扫描过程中改变垂向(即Z向)位置，通过改变寄生干涉光的相位，白化寄生干涉的光强，但却不会改变正常干涉条纹的相位，达到抑制或消除寄生干涉条纹的目的。

如附图7所示，图7是本发明所涉及的对准扫描方法的流程图。本实施例采用Z向匀速扫描的方式。在进行XY向扫描的同时，在规定的Z向扫描范围进行匀速扫描，可以达到抑制或消除寄生干涉的目的。在扫描开始701后，移动工件台702。工件台是光刻设备中的运动装置，用于支撑硅片并提供其至少三个自由度的运动。判断此时光栅标记的起始位置A是否位于焦深范围内703。因为Z向扫描范围必须满足投影物镜焦深的限制要求，即Z向扫描范围必须处于透镜焦深范围内。如果超出范围，可能会影响到正常干涉条纹的相位。因此如果光栅标记的起始位置A没有位于焦深范围内，则返回702重新移动工件台，直到该光栅标记的起始位置A位于焦深范围内。如果此时光栅标记的起始位置A位于焦深范围内，则可以进入下一个步骤开始扫描704。

扫描的路径如附图8中所示，在该图中只显示了XOZ平面的轨迹，其中F为焦平面CD上一点，A和B分别为XOZ平面内扫描路径的起始点和终止点。在扫描范围内采样n+1个点，采样速度为V，采样周期为T，则有以下等式

LZ＝(n+1)*(V*T)……(6)

上式中，LZ为Z向扫描长度。

扫描结束后进入705判断该扫描终止的位置B是否位于焦深范围内，如果光栅标记的终止位置B没有位于焦深范围内，则返回702重新移动工件台，直到该光栅标记的终止位置B位于焦深范围内。如果此时光栅标记的起始位置B位于焦深范围内，则可以进入下一个步骤706。由于当该光强周期性变化超出传感器的响应时间时，传感器则认为发生寄生干涉区域的光强都一样使寄生区域原本呈周期性变化的光强被白化(平均化)了，而产生正常干涉的两列光波的光程一样。因此在单位采样周期T内，Z向扫描通过的距离能够使寄生干涉区域的光强变化超出传感器的响应时间，才能达到白化目的，抑制或消除寄生干涉。

在本发明的另一种实施方式中，可以预先测出光刻设备的焦深范围，将光栅标记的起始位置A移动至焦深范围的最下端位置处，并使该光栅标记在已知的焦深范围内快速地同时延XY方向与Z方向移动，同样能实现抑制并消除寄生干涉现象。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，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 (6)

1.一种对准扫描方法，用于抑制或消除对准过程中出现的寄生干涉，包括：

步骤一、使扫描的光栅标记起始位置位于投影物镜焦深范围内；

步骤二、开始扫描，所述扫描过程中满足工件台沿水平方向移动和沿垂直方向匀速移动，所述垂直方向匀速运动满足使光强变化的频率大于传感器的响应时间；

步骤三、使扫描的结束位置位于投影物镜焦深范围内。

2.如权利要求1所述的对准扫描方法，其特征在于，所述步骤一包括：判断扫描的起始位置

是否位于投影物镜焦深范围内，未在焦深范围内时，移动工件台直至进入焦深范围。

3.如权利要求2所述的对准扫描方法，其特征在于，所述步骤二满足以下公式：LZ=(n+1)*(V*T)，其中，LZ是垂直方向扫描长度，n+1是扫描范围内采样点的个数，V是采样速度，T是采样周期。

4.如权利要求3所述的对准扫描方法，其特征在于，所述步骤三包括：判断扫描的结束位置是否位于投影物镜焦深范围内，未在焦深范围内时，重新移动工件台并执行步骤二扫描过程。

5.如权利要求1所述的对准扫描方法，其特征在于，所述步骤一包括：测定投影物镜的焦深范围。

6.如权利要求2所述的对准扫描方法，其特征在于，所述步骤二包括：所述沿垂直方向匀速移动的位移范围小于所述焦深范围。

Images