CN104678720A

CN104678720A - 利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法

Info

Publication number: CN104678720A
Application number: CN201310634236.6A
Authority: CN
Inventors: 袁明波; 陈小娟
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: CN104678720B

Abstract

本发明公开一种利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，用于探测该工件台基准板相对于掩模版的Rx、Ry及Rz旋转量，其特征在于，包括：将掩模版或掩模基准板上的标记经过一投影系统成像至该工件台基准板的标记上；对掩模版或掩模基准板上的标记进行垂直水平向扫描，计算该工件台基准板的标记的垂向对准位置以获得Rx、Ry旋转量；对该工件台基准板的标记进行水平向扫描，根据该工件台基准板的标记的对准位置之差以获得Rz旋转量。

Description

利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法

技术领域

本发明属于一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种利用掩模对准系统进行基准板旋转探测的方法。

背景技术

光刻机属于高精密的生产设备。对准是光刻机的主要工艺流程之一，通过掩模、掩模台、硅片、硅片台上的特殊标记确定它们之间的相对位置关系，使掩模图形能够精确地成像于硅片上，实现套刻。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一。对准可分为掩模对准和硅片对准，掩模对准实现掩模与工件台的相对位置关系，硅片对准实现硅片与硅片台的相对位置关系。掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。

掩模对准的原理就是利用投影镜头，通过照明光源照射掩模版，将掩模上的图案，曝光到硅片上的指定的位置。为了将掩模上的图案准确的曝光到指定位置，需要配备掩模对准系统。掩模对准系统是在工件台上使用布局在基准板上的探测器去探测掩模版上掩模标记的成像，获取成像位置。

在机械安装时，工件台上的基准板和掩模台之间不可避免的会存在旋转，即Rx,Ry,Rz这3个旋转量，掩模对准中使用到的光强探测对Rx，Ry较为敏感，而空间像的布局又会受到Rz的影响，这些都会在一定程度上对掩模对准重复精度带来影响，本发明提出的方法可以对这3个旋转量进行测试，将其对掩模对准重复精度的影响降到最低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探测工件台的基准板和掩模台之间Rx,Ry,Rz旋转量的方法。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，用于探测该工件台基准板相对于掩模版的Rx、Ry及Rz旋转量，其特征在于，包括：将所述掩模版或掩模基准板上的标记经过一投影系统成像至该工件台基准板的标记上；对该掩模版或掩模基准板上的标记进行垂直水平向扫描，计算该工件台基准板的标记的垂向对准位置以获得Rx、Ry旋转量；对该工件台基准板的标记进行水平向扫描，根据该工件台基准板的标记的对准位置之差以获得Rz旋转量。

更进一步地，掩模版或掩模基准板上的标记为归一化标记（Grid标记）。

更进一步地，该垂直水平向扫描的扫描速度及采样点数为随机值。

更进一步地，对该归一化标记进行垂直水平向扫描的次数为一次或多次。

更进一步地，计算该工件台基准板的标记的垂向对准位置以获得Rx、Ry旋转量的公式为：

R_X= （Z_gxh- Z_gyh）/k，R_y= （Z_gxv- Z_gyv）/k；其中Z_gxh、Z_gyh 为XY平面上的X方向上以一定间距k分布的两个标记所测得的焦面位置，Z_gxv、 Z_gyv 为XY平面上与X方向垂直的Y方向上以一定间距k分布的两个标记所测得的焦面位置。

更进一步地，对该归一化标记进行垂直水平向扫描进一步包括：步骤1、使用该掩模对准系统对该归一化标记进行水平向扫描；步骤2、获取水平向扫描过程中的光强与位置数据，并根据该光强与位置数据获得水平向的对准位置A（X、Y）；步骤3、使该工件台基准板的归一化标记移动至该步骤2中的对准位置A（X、Y），在保证A（X、Y）不变的情况下，进行与水平向垂直的Z向扫描；步骤4、获取Z向扫描过程中的光强与位置数据，并根据该光强与位置数据获得Z向的对准位置B（Z）；步骤5、计算得出的Z向对准位置B（Z）即为投影物镜焦面位置。

更进一步地，该工件台基准板的标记包括光栅标记和归一化标记。

与现有技术相比较，本发明使用掩模对准实现基准板相对掩膜版Rx，Ry，Rz的测试，使得掩模对准在进行掩模台和工件台相对位置对准的同时，校正基准板相对掩模台的旋转误差，提高对准精度。在先前的旋转校正的方法中，需使用专门的调整机构进行离线调整，需要周期性的当机并进行校正，本发明中提出的方法在线即可测试，精度高，执行效率高，可融合入整机在线测校流程。本发明中使用到的垂向扫描方法，通过使用掩模对准定位物镜空间像的理论焦面位置，在前道光刻机设备中可作为调焦调平分系统在曝光位的补充，在后道光刻机中，可以使用掩模对准进行焦面探测及校正。

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是本发明所涉及的光刻装置掩模对准系统的结构示意图；

图2是掩模标记中的grid标记的结构示意图；

图3是对grid标记扫描时，工件台在X/Y平面保持不变，Z向进行扫描时的运动轨迹；

图4为对grid标记进行Z向扫描时，光强与位置的相对关系；

图5为本发明所对所述归一化标记进行垂直水平向扫描方法的流程图；

图6为对grid标记进行Z向扫描时，数字信号流程流程图；

图7为光栅标记和归一化标记的光强布局示意图；

图8为Rz影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的用于光刻设备的利用掩模对准系统进行基准板旋转探测的方法。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X向”一词主要指与水平向平行的方向；“Y向”一词主要指与水平向平行，且与X向垂直的方向；“Z向”一词主要指与水平向垂直，且与X、Y向均垂直的方向，“Rx向”一词主要指绕X轴旋转的方向，“Ry向”一词主要指绕Y轴旋转的方向，“Rz向”一词主要指绕Z轴旋转的方向。

本发明在现有掩模对准装置的基础上，提出一种计算基准板相对掩模版的Rx，Ry，Rz的方法，其中，计算Rx，Ry值，需要使用Grid Z掩模对准扫描方法，在这种扫描方式下，掩模台静止、工件台在水平面对准位置做Z向扫描运动，对扫描得到的光强及位置数据进行处理后得出的对准位置即投影物镜的焦面位置，可以作为调焦调平分系统在曝光位的补充；计算Rz值，可以使用Grid标记（归一化标记）和Grating标记（光栅标记）同时进行X/Y向扫描，分别计算Grid标记和Grating标记在X/Y方向的对准位置，可以通过标记间的位置关系及对准位置之差计算得出Rz值。

图1是本发明需要使用到的光刻装置掩模对准系统的结构示意图，图中4为掩模版，其上具有掩模图形（包括曝光掩模图形和掩模对准标记分支组合5），8为放置在工件台上硅片或其他被光刻工件，掩模图形照射窗口2及其控制板3用于形成指定大小的窗口将照明光透射到掩模对准标记分支组合5上，以形成透射像；投影系统7用于将该透射像投射形成空间像，并用工件台基准板标记10下方的光电探测传感器11探测该空间像；光电探测传感器11用于检测空间像经过工件台基准板标记10透射后的光强信息；掩模台工件台的位置信息由各自的测量系统进行监测。通过计算光强信息与掩模台工件台位置信息的关系模型参数，即可从该模型得到对准信息，即确定的掩模对准位置。

本发明方法分两个步骤：

1、Rx，Ry探测

对Rx，Ry进行探测时，使用的是Grid Z扫描方式，使用的标记为掩模对准标记中的归一化标记，由工件台作垂向扫描运动，具体标记形状见图2中的归一化标记20。图3为这种扫描方式下的扫描轨迹，根据采集的光强和位置数据，进行一系列的数字信号处理，确定其光强、位置的数据拟合模型，从而计算出最大光强值点位置，即焦面位置。

在进行Grid Z扫描之前，需要先进行Grid XY扫描，确定XY平面的对准位置，再以此平面对准位置A(X,Y)，进行一次或多次Grid Z扫描，获取位置及光强数据，并进行拟合计算得到焦面位置。

Grid XY的扫描方式及数据处理方式已在现有技术中详细提及，本文结合图5对整个的扫描流程进行描述，具体步骤如下：

步骤101，使用掩模对准系统，进行Grid XY扫描；

步骤102，获取扫描过程中的光强与位置数据，带入到处理模型中计算得到XY平面内的对准位置A(X,Y)；

步骤103，定位工件台基准板上的Grid标记位置到步骤102计算出的平面对准位置A(X,Y)，驱动工件台保持水平面不变，进行Z向扫描；

步骤104，完成扫描，根据扫描过程中的光强与位置数据，带入到处理模型中计算得到Z向的对准位置；

步骤105，计算得出的Z向对准位置B（Z）即为焦面位置。

Grid Z扫描的数据处理方法如图6所示，具体的处理步骤如下：

步骤201，进行掩模对准z轴方向扫描，确定光强和位置数据的拟合模型，拟合公式如下，其中光强f随位置数据z的变化而变化，系数βz1、βz2、βz3根据实际采样光强和位置数据确定。

步骤202，采集当前时刻光强信号I（n）和位置数据x（n）、y（n）、z（n）。

步骤203，z向扫描情况下，采集的光强与位置相对关系如图4所示，类似于梯形，图中蓝色为光强与相对位置关系，红色为拟合曲线，要找出对准位置就需要对光强信号I（n）和位置信号x（n）、y（n）、z（n）进行卷积滤波处理。具体处理执行流程如下：

当n < cov_length 时，Ave_I (n) = 0, Ave_x(n) = 0, Ave_y (n) = 0, Ave_z (n) = 0.

Sum_I = Sum_I + I(n);

Sum_x = Sum_x + x(n);

Sum_y = Sum_y + y(n);

Sum_z = Sum_z + z(n);

当n = cov_length 时，

Ave_I(n) = Sum_I/ cov_length;

Ave_x(n) = Sum_x/ cov_length;

Ave_y(n) = Sum_y/ cov_length;

Ave_z(n) = Sum_z/ cov_length;

当n > cov_length 时，

Sum_I = Sum_I + I(n) - I(n - cov_length)

Sum_x = Sum_x + x(n) - x(n - cov_length)

Sum_y = Sum_y + y(n) - y(n - cov_length)

Sum_z = Sum_z + z(n) - z(n - cov_length)

Ave_I(n) = Sum_I/ cov_length;

Ave_x(n) = Sum_x/ cov_length;

Ave_y(n) = Sum_y/ cov_length;

Ave_z(n) = Sum_z/ cov_length;

其中，cov_length为卷积滤波长度，Ave_I(n)、Ave_x(n)、Ave_y(n)、Ave_z(n)为进行卷积滤波处理后的值。

步骤204，实际采样光强值与拟合模型光强值的误差函数为：

其中，ωn为加权因子，，wei_exponent为加权指数因子，默认值为1。

分别对公式ε进行系数βz1、βz2、βz3求导计算，即可得出关于方程系数βz1、βz2、βz3的求解方程，其矩阵形式如下所示：

其中：

，，

矩阵A、D中的各个元素计算公式为：

，，，，，，，。

当光强与位置采样值到时，对矩阵中各元素az、bz、cz、dz、vz、δz、λz、φz进行累加计算。

步骤205，判断当前采样点数n是否等于N，N为用于拟合运算的采样点数。如果n等于N，则Z方向扫描采样完成，执行步骤6。否则，返回至步骤202。

步骤206，至此，矩阵A、D中，各元素az、bz、cz、dz、vz、δz、λz、φz累加计算完成。根据上述的AX = D 公式，求出z方向扫描拟合方程系数βz1、βz2、βz3的值。

步骤207，根据z轴方向扫描拟合方程，计算出最大光强值点fzmax、Zmax即z轴方向扫描对准点。

在运用此方法进行扫描时，同样可以收集传感器上另外4个标记(grating标记)的光强及位置数据，令标记的名称分别为gxh，gyh，gxv，gyv，其中gxh和gyh为水平向分布左右（XY平面上的X方向）的标记，间隔kmm（机械设计中涉及），gxv和gyv为上下分布的标记（XY平面上与X方向垂直的Y方向），间隔同样为kmm，经过拟合处理后可以得到这4个标记所探测到的焦面位置，分别为Z_gxh，Z_gyh，Z_gxv，Z_gyv，那么由此可以通过以下公式：

R_X= （Z_gxh- Z_gyh）/k

R_y= （Z_gxv- Z_gyv）/k

可以求得区域内的R_x和R_y。

2、Rz探测

选择RA基准板上的gyh和grid标记进行X向扫描，分别获取两个标记扫描时的光强与位置数据，进行拟合后得出对准位置X_gyh，X_grid，计算对准位置之差ΔX，使用下列公式：

Rz = arcos[(L-ΔX)/L], L = K/2;

进行Y向扫描求Rz的方法类似。

下面讲述此方法的原理：

标记分布如图2所示，gxh和gyh为水平向分布左右的标记距离grid标记位置固定，为L，L=K/2，

在进行水平面X/Y向扫描时，gyh和grid（X向扫描）或者gxv和grid（Y向扫描）标记测试得到的对准位置X_gyh，X_grid或者Y_gxv，Y_grid 应该是存在相同的，而在实际的测试中，会因Rz的存在导致对准位置之差为ΔX，具体光强分布见图7，可以明显的看到grating标记的光强采样与grid标记的光强采样有偏移，这个偏移就是因为存在相对的Rz造成的。所以由示意图8所示可知，cos(Rz)= (L-ΔX)/L,由此可以反推出Rz的值。

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

1.一种利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，用于探测所述工件台基准板相对于掩模版的Rx、Ry及Rz旋转量，其特征在于，包括：将掩模版或掩模基准板上的标记经过一投影系统成像至所述工件台基准板的标记上；对所述掩模版或掩模基准板上的标记进行垂直水平向扫描，计算所述工件台基准板的标记的垂向对准位置以获得Rx、Ry旋转量；对所述工件台基准板的标记进行水平向扫描，根据所述工件台基准板的标记的对准位置之差以获得Rz旋转量。

2.如权利要求1所述的利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，其特征在于，掩模版或掩模基准板上的标记为归一化标记（Grid标记）。

3.如权利要求1所述的利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，其特征在于，所述垂直水平向扫描的扫描速度及采样点数为随机值。

4.如权利要求2所述的利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，其特征在于，对所述归一化标记进行垂直水平向扫描的次数为一次或多次。

5.如权利要求1所述的利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，其特征在于，计算所述工件台基准板的标记的垂向对准位置以获得Rx、Ry旋转量的公式为：

R_X= （Z_gxh- Z_gyh）/k，R_y= （Z_gxv- Z_gyv）/k；其中Z_gxh、Z_gyh 为XY平面上的X方向上以一定间距k分布的两个标记所测得的焦面位置，Z_gxv、 Z_gyv 为XY平面上与X方向垂直的Y方向以一定间距k分布的两个标记所测得的焦面位置。

6.如权利要求2所述的利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，其特征在于，对所述归一化标记进行垂直水平向扫描进一步包括：

步骤1、使用所述掩模对准系统对所述归一化标记进行水平向扫描；

步骤2、获取水平向扫描过程中的光强与位置数据，并根据所述光强与位置数据获得水平向的对准位置A（X、Y）；

步骤3、使所述工件台基准板的归一化标记移动至所述步骤2中的对准位置A（X、Y），在保证A（X、Y）不变的情况下，进行与水平向垂直的Z向扫描；

步骤4、获取Z向扫描过程中的光强与位置数据，并根据所述光强与位置数据获得Z向的对准位置B（Z）；

步骤5、计算得出的Z向对准位置B（Z）即为投影物镜焦面位置。

7.如权利要求1所述的利用掩模对准系统进行工件台基准板旋转探测的方法，其特征在于，所述工件台基准板的标记包括光栅标记和归一化标记。