CN104111594B - 基于信号频率的二维自参考干涉对准系统及对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，包括：激光光源模块，用于提供所需的照明光束；光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上并进行扫描，形成光学信号；电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准信号；其特征在于，所述对准标记为180度旋转对称结构的二维光栅标记，在所述对准标记的X方向上各级对准信号的对准频率和Y方向上对应的各级对准信号的对准频率不同，根据所述对准频率，可以从中提取出X向对准信号和Y向对准信号，从而实现两个方向的同时对准。本发明在现有技术基础上进行了改进，可以同时实现X和Y向的二维对准，从而提高对准产率。

Description

基于信号频率的二维自参考干涉对准系统及对准方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的基于信号频率的二维自参考干涉对准系统及对准方法。

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（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，如图1所示。对准的基本过程为：首先通过同轴对准系统9（即掩模对准系统），实现掩模标记3与位于运动台5上的基准板标记7之间的对准，然后利用离轴对准系统10（硅片对准系统），完成硅片对准标记6与工件台基准板标记7之间的对准（通过两次对准实现），进而间接实现硅片对准标记6与掩模对准标记3之间对准，建立二者之间的位置坐标关系。

专利EP1148390、US00US7564534和CN03133004.5给出了一种自参考干涉对准系统，如图2所示。该对准系统通过像旋转装置，实现对准标记衍射波面的分裂，以及分裂后两波面相对180°的旋转重叠干涉，然后利用光强信号探测器，在光瞳面处探测干涉后的对准信号，通过信号分析器确定标记的对准位置。该对准系统要求对准标记是180°旋转对称。像旋转装置是该对准系统最核心的装置，用于标记像的分裂与旋转和叠加。在该发明中，像旋转装置通过自参考干涉仪实现。

专利US00US7564534、CN03133004.5、CN201210117917.0和CN201210091145.8给出了该对准系统的具体实现结构，如图3所示。该技术方案中每一组件的作用可参考在先专利，此处作为公知技术引入。但是，该技术方案一次只能实现一个方向的对准，要确定标记的X和Y向位置，需要两次扫描实现。主要原因是X向和Y向对准在光路是共用的,斜向扫描时，二者的对准信号混合在一起，无法区分和提取。尤其是对更高技术节点的光刻机而言，套刻精度要求极高（例如ASML1950i光刻机，套刻精度高达2.5纳米）。除了通过提升对准重复精度来提高套刻精度外，另外一个办法就是对准更多的标记，来实现套刻精度的提高。然而，对准的标记越多，用时也将越多，将直接导致产率的降低。而光刻机作为一种极端昂贵的设备，产率也是客户尤为看重的一个技术指标。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，包括：激光光源模块，用于提供所需的照明光束；光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上并进行扫描，形成光学信号；电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准信号；其特征在于，所述对准标记为180度旋转对称结构的二维光栅标记，在所述对准标记的X方向上各级对准信号的对准频率和Y方向上对应的各级对准信号的对准频率不同，根据所述对准频率，可以从中提取出X向对准信号和Y向对准信号，从而实现两个方向的同时对准。

其中，所述对准标记在X方向和Y方向上均为周期性结构。

较优地，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽相同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度不同。

较优地，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽不同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度相同。

较优地，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽不同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度不同。

较优地，所述二维光栅标记在X方向上的长度大于在Y方向上的长度，X方向上的标记扫描速度大于Y方向上的扫描速度。

其中，所述用于对准的各级对准信号仅为奇次级对准信号。

其中，所述软件模块通过信号处理的方法，分离出同一通道中的X向各级对准信号和Y向各级对准信号。

基于上述信号频率的二维自参考干涉对准系统的对准方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）光学模块对对准标记衍射光束进行光学处理，形成光学信号；

（2）电子采集模块处理所述光学信号，获得光强信号；

（3）软件模块处理所述光强信号，结合工件台位置数据获得所述对准标记在X向和Y向的各级对准信号；

（4）拟合处理，获得各级次信号的一系列峰值位置，进一步确定所述对准标记位置。

本发明在现有技术基础上进行了改进，可以同时实现X和Y向的二维对准，从而提高对准产率。

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1是光刻对准系统示意图；

图2是现有技术中的自参考干涉对准系统示意图；

图3是现有技术中的自参考干涉对准系统结构图；

图4是本发明自参考干涉对准系统中使用的对准标记；

图5是本发明第一实施例中对准标记线宽不同，扫描速度相同时扫描示意图；

图6是本发明第二实施例中对准标记线宽相同，扫描速度不同时扫描示意图；

图7是划线槽与对准标记示意图；

图8是对准信号处理流程。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图3所示，自参考干涉对准系统包括激光光源模块、光学模块、电子采集模块、软件模块。其中，激光光源模块用于提供所需的照明光束。光学模块用于将来自标记衍射的光束进行光学处理，形成光学信号。电子采集模块用于处理光学信号，获得光强信号。软件模块用于处理光强信号，并经结合工件台位置数据，同时获得X向和Y向各级对准信号，然后经拟合处理，获得各级次信号的一系列峰值位置，同步采集工件台的位置数据，从而进一步确定标记的位置，该位置即为对准位置。

图4给出了本发明所用的对准标记，该对准标记为180度旋转对称结构，且在X方向和Y方向上均为周期性结构，例如光栅形式等。其中，在X方向的线宽为 ，在Y方向的线宽为。和可以为相等的，也可以是不等的。本质上，X向和Y向的对准信号即分别来源于该X方向和Y方向的周期性结构。由于本发明所示的对准系统，X向和Y向的各级衍射光在同一通道进行采集，故当采用该二维对准标记并做斜向扫描时，在一个通道里，可获得公式一所示的对准信号。该对准信号是X向各级次对准信号和Y向各级次对准信号的合成。

公式一

式中，m、n为二维标记衍射光的级次，、分别为来源于二维标记的X向+m和-m级光的光强，、分别为来源于对准标记的Y向+n和-n级光的光强，、分别为标记的X向线宽和Y向线宽，、为匀速扫描速度，即工件台在X向和Y向的速度分量，为扫描时间，为开始扫描时间。为标记X向衍射光干涉后形成的对准信号，为标记Y向衍射光干涉后形成的对准信号，为探测到X向和Y向各级对准信号的合成。显然，该对准信号为多个频率信号的组合，即包含了和。其中，和为二者的基频信号。

要想同时获得二维标记的X向和Y向的对准位置，需要保证信号的频率和为不同的值，采样才能通过后续的信号处理，分离出X向和Y向的各级对准信号，从而实现X向和Y向的同时对准。显然，由公式一可知，决定对准信号和频率的因素为线宽、和扫描速度、。通过二者的合理设计，可以使得和为不同，且距离一定带宽，以便于后续信号的处理。

实施例一，采用不同线宽的办法，即标记的、设计为不同的线宽，而扫描速度、设计为相等。由于扫描速度、相同，此时斜向扫描为对角线扫描，如图5所示。由于和为不同的线宽，X向对准信号和Y向对准信号的频率也不同。例如，=6微米，=8微米，扫描速度为==3mm/s时，则X向各级对准信号的频率为：628Hz（1级光信号）、1256 Hz（2级光信号）、1884Hz（3级光信号）…；Y向各级对准信号的频率为：417Hz（1级光信号）、942 Hz（2级光信号）、1413Hz（3级光信号）…。

在实际对准中，由于偶级次衍射光的能量几乎为零，该级次的对准信号不参与对准位置的计算，故X向和Y向各级对准信号之间，偶级对准信号与奇级对准信号之间的频率可以相同，依然可以提取出有用的奇次对准信号。例如=4微米，=8微米，扫描速度为==3mm/s时，X向各级对准信号的频率为：942Hz（1级光信号）、1884 Hz（2级光信号）、2826Hz（3级光信号）…；而Y向各级对准信号的频率为：417Hz（1级光信号）、942 Hz（2级光信号）、1413Hz（3级光信号）、1884Hz（4级光信号）…。X的1级对准信号的频率与Y的2级对准信号频率相同，Y的2级对准信号幅值为零，该频率的对准信号全部为X的1级对准信号。

实施例二，、设计为相同的线宽，而扫描速度、设计为不相等。通过扫描速度的不同而使X向和Y向用于对准的各级次对准信号的频率错开，如图6所示。例如，设计==8微米，而扫描速度=4mm/s、=3mm/s。此时，X向各级对准信号的频率为：628Hz（1级光信号）、1256 Hz（2级光信号）、1884Hz（3级光信号）…；而Y向各级对准信号的频率为：417Hz（1级光信号）、942 Hz（2级光信号）、1413Hz（3级光信号）…。通过该方法，依然可以使得X向和Y向用于对准的各级次对准信号的频率错开，为后端采用信号处理的方法，实现各级次对准信号的分离提供了可能。

实施例三，综合运用二维标记的、不同线宽和不同扫描速度、，使得X向和Y向用于对准的各级次对准信号的频率错开。

优选地，采用实施例二所示的方法。对准标记的线宽不同，受工艺的影响程度也不同。二维标记的X向Y向线宽设计为相同时，可避免工艺情况下在X方向和Y方向变形量不一致问题。此外，划线槽本身为长条形状，二维标记一个方向的长度大于另外一个方向，如图7所示。设计为沿划线槽方向的速度分量大于垂直划线槽方向的速度分量，对准时可充分利用划线槽的空间（速度大的方向可扫描更多标记线条），获得更多标记信息。

对于不同频率的信号，采用在先专利CN201210117917.0所示的信号处理方法，容易分离出各频率段信号，亦即对应的X向和Y向的各级对准信号，然后采用信号拟合的办法进行拟合，对拟合结果进行综合计算后，获得标记的对准位置，具体信号流程如图8所示。所述的信号处理方法可采用傅里叶变换方法、数字带通滤波器方法、小波分析方法或其它信号处理方法。这些方法在信号处理领域均为常规的方法，这里不再进行更为详细的描述。

获得X向和Y向各级对准信号后，通过拟合求解对准位置。

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 (9)

1.一种基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，包括：

激光光源模块，用于提供所需的照明光束；

光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上并进行扫描，形成光学信号；

电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；

软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准信号；

其特征在于，所述对准标记为180度旋转对称结构的二维光栅标记，在所述对准标记的X方向上各级对准信号的对准频率和Y方向上对应的各级对准信号的对准频率不同，根据所述对准频率，可以从中提取出X向对准信号和Y向对准信号，从而实现两个方向的同时对准。

2.如权利要求1所述的基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，其特征在于，所述对准标记在X方向和Y方向上均为周期性结构。

3.如权利要求2所述的基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，其特征在于，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽相同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度不同。

4.如权利要求2所述的基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，其特征在于，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽不同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度相同。

5.如权利要求2所述的基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，其特征在于，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽不同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度不同。

6.如权利要求3或5所述的基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，其特征在于，所述二维光栅标记在X方向上的长度大于在Y方向上的长度，X方向上的标记扫描速度大于Y方向上的扫描速度。

7.如权利要求1所述的基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，其特征在于，用于对准的所述各级对准信号仅为奇次级对准信号。

8.如权利要求1所述的基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，其特征在于，所述软件模块通过信号处理的方法，分离出同一通道中的X向各级对准信号和Y向各级对准信号。

9.基于权利要求1所述的信号频率的二维自参考干涉对准系统的对准方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)光学模块对对准标记衍射光束进行光学处理，形成光学信号；

(2)电子采集模块处理所述光学信号，获得光强信号；

(3)软件模块处理所述光强信号，结合工件台位置数据获得所述对准标记在X向和Y向的各级对准信号；

(4)拟合处理，获得各级对准信号的一系列峰值位置，进一步确定所述对准标记位置。