CN107367911B - 对准方法及对准系统 - Google Patents

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Abstract

一种对准方法及对准系统，其中对准方法包括：提供待曝光晶圆；将待曝光晶圆放置在基准平面上；对曝光面进行对准测量，获得测量距离；进行曝光面与基准平面之间的调平测量，获得调平数据；根据调平数据和测量距离，获得扩张参考值；根据扩张参考值和标准距离的差异，获得扩张补偿值；根据扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准。本发明在扩张补偿值的计算中，加入了曝光面的调平数据；在未增加对准标志的前提下，能够获得曝光面内对准标志和基准点之间的实际距离，能够有效的减小晶圆翘曲对曝光对准误差的影响，有效提高所获得曝光补偿值的补偿精度，提高对准精度。

Description

对准方法及对准系统
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种对准方法及对准系统。
背景技术
半导体制造是通过光刻、刻蚀、沉积以及注入等多种工艺在衬底上形成叠层结构的过程。叠层结构中不同材料层之间的关联性容易影响半导体器件的性能。
为了提高半导体器件的性能，半导体制造过程中，每一图案化材料均需与前一图案化材料层之间实现对准，即半导体工艺需满足一定的套刻精度(Overlay)。如果对准误差较大，则半导体器件的性能受到影响，甚至出现连接层未对准而引起短路或器件失效的问题。
半导体制造通常采用光刻技术使掩膜上的图案转移到晶圆上，因此光刻过程中晶圆与掩膜的对准，直接关系到晶圆中材料层之间的对准。减小光刻过程中晶圆与掩膜之间的对准误差，能够有效提高材料层中所形成图案的精度，从而能够提高不同图案化材料层之间的对准精度。
但是现有光刻过程中所采用的对准方法存在误差较大的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种对准方法及对准系统，以减小套刻误差。
为解决上述问题，本发明提供一种对准方法，包括：
提供待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有对准标志和作为曝光中心的基准点，所述对准标志与所述基准点之间预设的距离为标准距离；将所述待曝光晶圆放置在基准平面上；对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离；进行所述曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据；根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值；根据所述扩张参考值和所述标准距离的差异，获得扩张补偿值；根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准。
相应的，本发明还提供一种对准系统，包括：
获取模块，用于提供待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有对准标志和作为曝光中心的基准点，所述对准标志与所述基准点之间的预设距离为标准距离；还用于将所述待曝光晶圆放置在基准平面上；测量模块，与所述获取模块相连，用于对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离；还用于进行晶圆的曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据；计算模块，与所述获取模块和所述测量模块相连，用于根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值；还用于根据所述扩张参考值和所述标准距离的差异，获得扩张补偿值；补偿模块，与所述计算模块相连，用于根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明根据调平数据，结合对准标志的测量距离，获得晶圆的曝光面内所述对准标志和所述基准点之间的距离，所述距离作为扩张参考值；并根据所述扩张参考值，获得扩张补偿值。在扩张补偿值的计算中，加入了曝光面的调平数据；在未增加对准标志的前提下，能够获得曝光面内所述对准标志和所述基准点之间的实际距离，能够有效的减小晶圆翘曲对曝光对准误差的影响，有效提高所获得曝光补偿值的补偿精度，提高对准精度。
附图说明
图1是晶圆发生翘曲时曝光面的剖面结构示意图；
图2和图3是本发明对准方法一实施例的示意图；
图4是本发明对准系统一实施例的功能框图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术中的对准方法存在误差较大的问题。现结合现有技术中的对准过程分析其误差较大问题的原因：
光刻曝光的对准误差，主要体现在晶圆的曝光面发生侧移、旋转以及翘曲三个方面。因此光刻中的对准过程也主要是针对晶圆曝光面的侧移、旋转以及翘曲所产生的误差进行补偿。
在进行光刻曝光前中，根据曝光面侧移、旋转以及翘曲的程度，获得相应的侧移补偿量(Translation,Tra.)、旋转补偿量(Rotation,Rot.)以及扩张补偿量(Expansion,Exp.)。根据侧移补偿量、旋转补偿量以及扩张补偿量调整光刻曝光参数，实现曝光对准。
现有技术中，光刻机台的扫描仪通过扫描设置在曝光面上的对准标志(AlignmentMark)，根据对准标志的位置信息获得所述曝光面的形状和位置。根据曝光面的形状和位置，调整光刻工艺条件，实现曝光对准。
但是扫描仪对对准标志位置信息的扫描是在二维平面内进行的。具体的，当晶圆设置于工件台(stage)上时，扫描仪获得的是对准标志在工件台平面(工件台表面所在平面)内的投影位置。因此，光刻机台根据对准标志位置信息所获得的实质上是曝光面在工件台平面内的投影位置和投影形状。
当晶圆不存在翘曲，也就是曝光面为理想平面时，对准标志的投影位置与对准标志的真实位置仅仅在垂直工件台方向上存在误差。由于光刻曝光时，光线是沿垂直方向投射至曝光面的，因此所述误差并不会影响曝光对准的准确性。
但是在绝大部分情况下，晶圆会因为内部产生应力或应力释放而发生翘曲。当晶圆发生翘曲时，曝光面也随之会发生形变，也就是说，曝光面不再是理想平面。所以扫描仪获得的对准标志的投影位置与其真实位置不仅仅在垂直工件台方向上存在误差，在工件台平面内也会存在误差。这种情况下，所述对准标志投影位置与其真实位置的误差，会影响套刻的精度，在曝光过程中引起较大的误差。现有技术中，通过扩张补偿量的设置，减小晶圆翘曲引起的对准误差。
参考图1，示出了晶圆发生翘曲时曝光面的剖面结构示意图。
其中，晶圆由于前段工艺(Front end of line,FEOL)过程中的应力释放而发生翘曲，因此晶圆内的曝光面10的剖面呈弧形。
所述晶圆被设置与晶圆工件台上，以所述晶圆工件台表面为基准平面。晶圆的曝光面10上设置有对准标志11和作为曝光中心的基准点o。
以基准点o为原点，以经过对准标志11在工件台平面内的投影以及所述基准点o的直线为x轴，以经过所述基准点o且垂直所述基准平面的直线为z轴，建立xoz坐标系。
进行曝光对准时，根据投影距离r1和直线距离r2的差值获得对准标志11的套刻误差ovl11，其中投影距离r1为所述对准标志11与所述基准点o在基准平面上投影之间的距离，直线距离r2为所述对准标志11与所述基准点o之间连线的长度，即：
其中，h为对准标志11所处曝光面的位置发生翘曲的高度，即对准标志11与工件台平面之间的距离。
所述对准标志11往往设置于晶圆边缘。假设所述对准标志11和所述基准点o之间的直线距离r2与晶圆半径相等。所以，当晶圆的半径为150mm，且翘曲高度h为50μm时，套刻误差ovl11为8.3nm；在相同晶圆大小情况下，当翘曲高度h为60μm时，套刻误差ovl11为12nm。所以当翘曲高度变化10μm时，套刻误差ovl11差异3.7nm。
如图1所示，当晶圆发生翘曲时，晶圆的曝光面呈弧形，所述对准标志11和所述基准点o之间的直线距离r2为所述对准标志11和所述基准点o之间空间直线的长度。但是所述对准标志11和所述基准点o之间的空间直线并未在曝光面内，所以所获得的套刻误差ovl11与真正曝光时的套刻误差存在较大的差距。
进一步，在进行曝光对准时，根据所述套刻误差ovl11，获得扩张补偿值，所述扩张补偿值对晶圆翘曲引起的套刻误差没有较好的补偿效果，无法很好的弥补晶圆翘曲、曝光面变形引起的对准误差，从而引起较大的曝光对准误差。
为了减小对准误差，可以通过晶圆高阶对准系统(High Order Wafer Alignment,HOWA)或者通过先进工艺控制系统(Advanced Process Control,APC)经晶圆翘曲进行校正。
其中晶圆高阶对准系统需要在晶圆内部增加对准标志，且对每个对准标志进行测量对准。而对对准标志进行测量对准所需要的时间相对较长，因此晶圆高阶对准系统进行校正所需要的时间相对较长，会影响生产效率，降低产能。
而先进工艺控制系统是在光刻完成之后，进行套刻误差测量。根据前一晶圆中的套刻误差测量结果，对后一晶圆进行补偿校正。因此，当前、后晶圆翘曲情况不同时，先进工艺控制系统则难以实现较好的对准补偿。
为解决所述技术问题，本发明提供一种对准方法，包括：
提供待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有对准标志和作为曝光中心的基准点，所述对准标志与所述基准点之间的预设距离为标准距离；将所述待曝光晶圆放置在基准平面上；对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离；进行所述曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据；根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值；根据所述扩张参考值和所述标准距离的差异，获得扩张补偿值；根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准。
本发明根据调平数据，结合对准标志的测量距离，获得晶圆的曝光面内所述对准标志和所述基准点之间的距离，所述距离作为扩张参考值；并根据所述扩张参考值，获得扩张补偿值。在扩张补偿值的计算中，加入了曝光面的调平数据；在未增加对准标志的前提下，能够获得曝光面内所述对准标志和所述基准点之间的实际距离，能够有效的减小晶圆翘曲对曝光对准误差的影响，有效提高所获得曝光补偿值的补偿精度，提高对准精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图2，示出了本发明对准方法一实施例的流程示意图。
需要说明的是，本实施例中，所述对准方法用于对后段工艺中的晶圆进行光刻的曝光对准。但是这种做法仅为一示例，本发明其他实施例中，本发明技术方案也可以用于对前端工艺中晶圆进行光刻的曝光对准。
首先执行步骤S100，提高待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有对准标志和作为曝光中心的基准点，所述对准标志与所述基准点之间的预设距离为标准距离R0。
设置于曝光面上的所述对准标志在曝光对准过程中起定位的作用。具体的，可以通过扫描获得所述对准标志的位置坐标，根据所述对准标志的位置坐标获得所述曝光面的位置和形状，根据所述曝光面的位置和形状，设置扩张补偿值，从而调整光刻条件以实现对准。
本实施例中，提供待曝光晶圆的步骤中，所述对准标志位于所述曝光面的边缘上，因此所述对准标志的位置信息能够完整体现所述曝光面的形状，从而提高对所述曝光面形状的扫描精度，提高对准精度。
但是需要说明的是，在本发明其他实施例中，所述对准标志也可以位于所述曝光面的内部。当所述对准标志位于所述曝光面内部时，根据所述对准标志位置坐标外推，获得的所述扩张参考值。
如果所述对准标志的数量太少，会影响对所述曝光面形状和位置扫描的精度，降低曝光对准的精度。具体的，所述曝光面上设置对准标志的数量大于或等于3。本实施例中，对准标志均匀分布于晶圆边缘。
所述基准点在曝光过程中起曝光中心的作用。本实施例中，所述曝光面为所述待曝光晶圆的表面。由于晶圆一般为圆形，因此为了降低测量难度，减少计算量，本实施例中，以所述曝光面的中心作为基准点。
所述对准标志与所述基准点之间的预设距离为标准距离R0。当所述待曝光晶圆所形成的产品确定时，所述待曝光晶圆中各个材料层的图形即已确定。在所述材料层的图形中，所述对准标记和所述基准点之间的预设距离即为标准距离R0。
之后，执行步骤S200，将所述待曝光晶圆放置在基准平面上。
所述基准平面在后续进行调平测量，获得调平数据的过程中，作为测量基准。
具体的，本实施例中，通过光刻机台的晶圆工件台提供所述待曝光晶圆。因此将所述待曝光晶圆放置在基准平面上的步骤包括：将所述待曝光晶圆设置于晶圆工件台上，所述基准平面为所述晶圆工件台表面。
执行步骤S300，对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离。
具体的，可以通过直接测量所述对准标志和所述基准点之间的距离获得所述测量距离，也可以通过光刻机的扫描仪获得所述对准标志和所述基准点的坐标信息，根据所述对准标志和所述基准点的坐标信息获得所述测量距离。
本实施例中，通过光刻机的扫描仪实现对所述曝光面的对准测量。由于所述扫描仪仅仅能获得所述对准标志在基准平面内的二维位置信息，因此所述测量距离R为所述对准标志和所述基准点在所述基准平面内投影间的距离。
具体的，所述对准标志在所述基准平面内的投影为对准投影，所述基准点在所述基准平面内的投影为基准投影。所以获得所述测量距离的步骤中，测量所述对准投影和所述基准投影之间的距离，作为测量距离R。
接着执行步骤S400，进行所述曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据。
所述调平数据包括所述曝光面与所述基准平面之间的调平距离，以及所述调平距离在所述曝光面内的分布。其中所述调平距离是指曝光面上不同位置与所述基准平面之间的距离。
本实施例中，所述基准平面为工件台平面，因此所述调平距离为所述曝光面上不同位置与所述基准平面之间的距离。所述调平数据包括所述调平距离以及所述调平距离在所述曝光面之间的分布。
具体的，获得所述调平数据的步骤包括：获得所述曝光面上多个采样点在所述基准平面的位置坐标；测量所述多个采样点与所述基准平面之间的距离作为调平距离；根据所述调平距离以及与所述调平距离相对应采样点的位置坐标，获得所述调平距离在所述曝光面上的分布，作为调平数据。具体的，可以通过光刻机台扫描仪的调平系统(LevelingSystem)获得。
本实施例中，经过所述基准点与所述对准标志且垂直基准平面的截面为调平截面，所述调平截面与曝光面的交线为校准曲线。
结合参考图3，示出了图2所示对准方法实施例中所述调平截面中曝光面的剖视示意图。
为了获得所述对准标志与所述基准点之间所述曝光面的形状，获得所述调平测量获得调平数据的步骤包括：获得所述校准曲线W100相对应的调平数据。也就是说，获得多个采样点的位置信息的步骤包括，获得多个位于校准曲线W100上的采样点SAM的位置信息。所以所述调平数据包括所述多个采样点SAM与所述基准平面之间的距离以及所述多个采样点SAM的位置信息。
继续参考图2，结合参考图3，在获得所述调平数据和所述测量距离之后，执行步骤S500，根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值。
具体的，获得所述扩张参考值的步骤包括：
首先，根据与所述校准曲线W100相对应的调平数据，获得所述校准曲线W100在所述调平截面上的表达式。
具体的，所述调平截面与所述基准平面的交线为第一直线，经过所述基准点且垂直所述基准平面的直线为第二直线；以所述第一直线和第二直线的交点为原点，所述第一直线和所述第二直线为坐标轴建立校准坐标系。
如图3所示，以所述第一直线为X轴，所述第二直线为Z轴，所述第一直线和所述第二直线的交点为原点O，建立校准坐标系XOZ。
需要说明的是，在对准测量的步骤中，所获得的所述测量距离为所述对准坐标和所述基准点在所述基准平面内投影间的距离，也就是说，所述对准标准AL在X轴的投影与原点O之间的距离为所述测量距离R。
所以，获得所述校准曲线在所述调平截面上的表达式的步骤中，根据所述校准坐标系，获得所述校准曲线的表达式。如图3所示，根据所述调平数据，通过多项式拟合的方式获得所述校准曲线的表达式，也就是说，根据所述调平数据，拟合表示所述校准曲线W100的多项式函数：Z(X)＝a0+a1*X+a2*X2+…+an*Xn。
由于所述调平数据包括所述多个采样点SAM与所述基准平面之间的距离以及所述多个采样点SAM的位置信息。因此，可以根据所述调平数据，获得所述校准坐标系XOZ内多个采样点SAM的坐标(Xi，Zi)。
根据所述多个采样SAM的坐标，可以获得表示校准曲线W100多项式函数的系数a0，a1，a2，…，an，从而可以获得所述校准曲线W100的表达式：Z(X)＝a0+a1*X+a2*X2+…+an*Xn。
如果表示所述校准曲线W100的多项式函数次数太低，则所述多项式函数的图形与所述校准曲线W100之间的误差较大，会影响补偿精度，降低曝光对准精度。因此通过多项式拟合的方式获得所述校准曲线W100的步骤中，拟合所述校准曲线W100的多项式次数大于或等于3。
由于拟合获得的表示所述校准曲线W100的多项式次数大于或等于3，所以在获得所述多项式函数的系数过程中，所述采样点SAM的预设数量大于或等于4个。
需要说明的是，本实施例中，通过多项式拟合的方式获得所述校准曲线W100的方式能够减小拟合计算量，提高拟合效率，提高对准速度。但是这种做法仅为一示例。本发明其他实施例中，还可以通过指数函数或对数函数等其他曲线拟合的方式获得所述校准曲线。
在获得所述校准曲线的表达式后，根据所述表达式和所述测量距离R，获得所述基准点与所述对准标志AL之间所述校准曲线W100的长度，以所述长度作为所述扩张参考值R’。
具体的，为了提高所获得的所述校准曲线长度的精度，提高补偿精度，可以通过曲线积分的方式获得所述基准点与所述对准标志AL之间的所述校准曲线W100的长度，作为所述扩张参考值R’：
根据调平数据和测量数据获得的所述扩张参考值是计入晶圆翘曲、曝光面变形之后，获得的所述曝光面内对准标志AL与基准点之间的距离，因此所述扩张参考值R’与曝光时的真实成像情况更接近。
在获得所述扩张参考值R’之后，根据所述扩张参考值R’与所述标准距离R0的差异，获得扩张补偿值。
具体的，获得所述扩展补偿值的步骤包括：根据所述扩张参考值R’，结合所述标准距离R0，获得所述扩张参考值R’与所述标准距离R0的差值，以所述差值与所述标准距离的比值，获得扩张补偿值EXP：
需要说明的是，本实施例中，根据所述标准距离R0与所述扩张补偿值的差值与所述标准距离R0的比值获得所述扩张参考值R’的做法也就是对晶圆翘曲进行一阶补偿，具有计算简单、计算效率高的优势。但是这种做法仅为一示例，在本发明其他实施例中，还可以对晶圆翘曲进行高阶补偿以进一步提高补偿精度。
由于所述扩张参考值R’是计入晶圆翘曲、曝光面变形之后获得的，因此所述扩张参考值R’与曝光时的真实成像情况更接近；所以根据扩张参考值R’，结合与所述标准距离R0所获得的扩张补偿值EXP的精度更高，有利于改善套刻补偿的精度，提高曝光对准精度。
在获得所述扩张补偿值之后，根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准。
需要说明的是，本实施例中，在所述待曝光晶圆的曝光面上设置有多个所述对准标志。因此，如图2所示，根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准的步骤包括：
执行步骤S610，根据多个所述对准标志的所述扩张补偿值，获得所述多个扩张补偿值的平均值，作为平均扩张补偿值。
具体的，所述曝光面上设置多个对准标志能够有效提高曝光补偿的精度，提高对准精度。针对每个对准标志，均能获得一个扩张补偿量。因此针对多个对准标志，能够获得多个所述扩张补偿量。根据多个所述扩张补偿量，获得所述多个扩张补偿量的平均值，作为平均扩张补偿量。
需要说明的是，本实施例中，所述平均扩张补偿量是所有对准标志的扩张补偿值平均值的做法仅为一示例。本发明其他实施例中，还可以根据所述待曝光晶圆内形成半导体器件的具体结构对多个对准标志的扩张补偿值做出加权平均等其他平均方法获得所述平均扩张补偿值。
还需要说明的是，如果曝光面上所述对准标志的数量太少，无法全面获得曝光面的形状，会影响所获得平均扩张补偿量的精度，影响曝光对准的精度。因此，所述曝光面上设置对准标志的数量大于或等于3。
之后，执行步骤S620，根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准的步骤包括：根据所述平均扩张补偿值调整光刻工艺参数。
相应的，本发明还提供一种对准系统，包括：
获取模块，用于提供待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有对准标志和作为曝光中心的基准点，所述对准标志与所述基准点之间的预设距离为标准距离；还用于将所述待曝光晶圆放置在基准平面上；测量模块，与所述获取模块相连，用于对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离；还用于进行晶圆的曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据；计算模块，与所述获取模块和所述测量模块相连，用于根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值；还用于根据所述扩张参考值和所述标准距离的差异，获得扩张补偿值；补偿模块，与所述计算模块相连，用于根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准。
参考图4，示出了本发明对准系统一实施例的功能框图。
需要说明的是，本实施例中，所述对准系统用于对后段工艺中的晶圆进行光刻的曝光对准。但是这种做法仅为一示例，本发明其他实施例中，本发明技术方案也可以用于对前端工艺中晶圆进行光刻的曝光对准。
如图4所示，所述对准系统包括：
获取模块100，用于提供待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有对准标志和作为曝光中心的基准点，所述对准标志与所述基准点之间的预设距离为标准距离；还用于将所述待曝光晶圆放置在基准平面上。
具体的，所述对准系统用于在对所述待曝光晶圆进行光刻的曝光对准。因此所述获取模块100可以为光刻机台的晶圆工件台。所述待曝光晶圆放置于所述晶圆工件台上。所述对准系统通过光刻机台的晶圆工件台获得所述待曝光晶圆。
设置于曝光面上的所述对准标志在曝光对准过程中起定位的作用。具体的，所述对准系统可以通过扫描仪获得所述对准标志的位置坐标，根据所述对准标志的位置坐标获得所述曝光面的位置和形状，根据所述曝光面的位置和形状，设置扩张补偿值，从而调整光刻条件以实现对准。
本实施例中，所述对准标志位于所述曝光面的边缘上，因此所述对准标志的位置信息能够完整体现所述曝光面的形状，从而提高对所述曝光面形状的扫描精度，提高对准精度。
但是需要说明的是，在本发明其他实施例中，所述对准标志也可以位于所述曝光面的内部。当所述对准标志位于所述曝光面内部时，根据所述对准标志位置坐标外推，获得的所述扩张参考值。
如果所述对准标志的数量太少，会影响对所述曝光面形状和位置扫描的精度，降低曝光对准的精度。具体的，所述曝光面上设置对准标志的数量大于或等于3。本实施例中，对准标志均匀分布于晶圆边缘。
所述基准点在曝光过程中起曝光中心的作用。本实施例中，所述曝光面为所述待曝光晶圆的表面。由于晶圆一般为圆形，因此为了降低测量难度，减少计算量，本实施例中，以所述曝光面的中心作为基准点。
所述对准标志与所述基准点之间的预设距离为标准距离R0。当所述待曝光晶圆所形成的产品确定时，所述待曝光晶圆中各个材料层的图形即已确定。在所述材料层的图形中，所述对准标记和所述基准点之间的预设距离即为标准距离R0。
所述获取模块100将所述待曝光晶圆设置于所述基准平面上。所以本实施例中，所述基准平面为所述晶圆工件台表面。
测量模块200，与所述获取模块相连，用于对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离；还用于进行晶圆的曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据。
具体的，所述测量模块200包括对准测量单元210和调平测量单元220。
所述对准测量单元210，与所述获取模块100相连，用于对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离R。
具体的，所述对准测量单元210与所述获取模块100相连，用于获得所述待曝光晶圆的曝光面和基准平面；所述对准测量单元210还用于对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离R。
具体的，所述对准测量单元210可以是光刻机台的测量设备，通过直接测量所述对准标志和所述基准点之间的距离获得所述测量距离R。所述对准测量单元210也可以是光刻机台的扫描仪，通过扫描获得所述对准标志和所述基准点的坐标信息，根据所述对准标志和所述基准点的坐标信息获得所述测量距离R。
本实施例中，所述对准测量单元210是光刻机台的扫描仪。由于所述扫描仪仅仅能获得所述对准标志在基准平面内的二维位置信息，因此所述测量距离R为所述对准标志和所述基准点在所述基准平面内投影间的距离。
具体的，所述对准标志在所述基准平面内的投影为对准投影，所述基准点在所述基准平面内的投影为基准投影。所以对准测量单元210测量所述对准投影和所述基准投影之间的距离，作为测量距离R。
所述调平测量单元220，与所述获取模块100相连，用于获得所述待曝光晶圆的曝光面和基准平面；还用于进行晶圆的曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据。
所述调平数据包括所述曝光面与所述基准平面之间的调平距离，以及所述调平距离在所述曝光面内的分布。其中所述调平距离是指曝光面上不同位置与所述基准平面之间的距离。
本实施例中，所述基准平面为工件台平面，因此所述调平距离为所述曝光面上不同位置与所述基准平面之间的距离。所述调平数据包括所述调平距离以及所述调平距离在所述曝光面之间的分布。
所以所述调平测量单元220，与所述获取模块100相连，用于获得所述待曝光晶圆的曝光面和基准平面。
此外，所述调平测量单元220还包括：取样器，用于获得所述曝光面上多个采样点在所述基准平面的位置坐标；测量器，用于测量所述多个采样点与所述基准平面之间的距离作为调平距离；以及关联器，与所述取样器相连，用于获得所述取样器获得的所述多个采样点在的位置坐标；与所述测量器相连，用于获得所述测量器测量的多个采样点的调配距离；所述关联器还用于根据所述调平距离以及与所述调平距离相对应采样点的位置坐标，获得所述调平距离在所述曝光面上的分布，作为调平数据。
具体的，所述调平测量单元220可以为光刻机台扫描仪的调平系统(LevelingSystem)。
本实施例中，本实施例中，经过所述基准点与所述对准标志且垂直基准平面的截面为调平截面，所述调平截面与曝光面的交线为校准曲线。
参考图3，示出了图4所述对准系统实施例中所述调平截面中曝光面的剖视示意图。
为了获得所述对准标志与所述基准点之间所述曝光面的形状，本实施例中，所述调平测量单元220用于获得所述校准曲线W100相对应的调平数据。也就是说，所述取样器，用于多个位于所述校准曲线W100上的采样点SAM的位置信息。所以，本实施例中，所述调平测量单元220获得的所述调平数据包括所述多个采样点SAM与所述基准平面之间的距离以及所述多个采样点SAM的位置信息。
继续参考图4，所述对准系统还包括：计算模块300，与所述获取模块和所述测量模块相连，用于根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值；还用于根据所述扩张参考值和所述标准距离的差异，获得扩张补偿值。
具体的，所述计算模块300包括参考计算单元310和补充计算单元320。
所述参考计算单元310，与所述测量模块200相连，用于根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值。
结合参考图3，所述参考计算单元310用于通过曲线拟合结合曲线积分的方式获得所述基准点与所述对准标志之间所述校准曲线W100的长度作为所述扩张参考值R’。
具体的，所述参考计算单元310包括：拟合器311，与所述测量模块200相连，用于根据与所述校准曲线W100相对应的调平数据，获得所述校准曲线W100在所述调平截面上的表达式。
所述拟合器311与所述对准测量单元210相连，用于获得所述对准测量单元210进行对准测量获得的所述测量距离R；所述拟合器311还与所述调平测量单元220相连，用于获得所述调平测量单元220进行调平测量获得的所述调平数据，所述调平数据与所述校准曲线W100相对应。所述拟合器311还用于根据所述测量距离R和所述调平数据，获得所述校准曲线W100在所述调平截面上的表达式。
如图3所示，所述调平截面与所述基准平面的交线为第一直线，经过所述基准点且垂直所述基准平面的直线为第二直线；以所述第一直线和第二直线的交点为原点，所述第一直线和所述第二直线为坐标轴建立校准坐标系。
具体的，以所述第一直线为X轴，所述第二直线为Z轴，所述第一直线和所述第二直线的交点为原点O，建立校准坐标系XOZ。
需要说明的是，所述对准测量单元210，所获得的所述测量距离为所述对准坐标和所述基准点在所述基准平面内投影间的距离，也就是说，所述对准标准AL在X轴的投影与原点O之间的距离为所述测量距离R。
所以，所述拟合器311根据所述校准坐标系，获得所述校准曲线W100的表达式。如图3所示，根据所述调平数据，通过多项式拟合的方式获得所述校准曲线W100的表达式，也就是说，所述拟合器311根据所述调平数据，拟合表示所述校准曲线W100的多项式函数：Z(X)＝a0+a1*X+a2*X2+…+an*Xn。
由于所述调平测量单元220所获得的所述调平数据包括所述多个采样点SAM与所述基准平面之间的距离以及所述多个采样点SAM的位置信息。所述拟合器311在获得所述调平数据后，可以根据所述调平数据，获得所述校准坐标系XOZ内多个采样点SAM的坐标(Xi，Zi)。
所述拟合器311还用于根据所述多个采样SAM的坐标(Xi，Zi)，可以获得表示校准曲线W100多项式函数的系数a0，a1，a2，…，an，从而可以获得所述校准曲线W100的表达式：Z(X)＝a0+a1*X+a2*X2+…+an*Xn。
需要说明的是，如果表示所述校准曲线W100的多项式函数次数太低，则所述多项式函数的图形与所述校准曲线W100之间的误差较大，会影响补偿精度，降低曝光对准精度。因此所述拟合器311拟合所述校准曲线W100的多项式次数大于或等于3。
需要说明的是，由于所述拟合器311获得的表示所述校准曲线W100的多项式次数大于或等于3，所以所述调平测量单元220所获得调平数据的采样点SAM的预设数量大于或等于4。
需要说明的是，本实施例中，所述拟合器311用于通过多项式拟合的方式获得所述校准曲线W100的方式能够减小拟合计算量，提高拟合效率，提高对准速度。但是这种做法仅为一示例。本发明其他实施例中，所述拟合器还可以用于通过指数函数或对数函数等其他曲线拟合的方式获得所述校准曲线的表达式。
所述参考计算单元310还包括：积分器312，与所述测量模块200和所述拟合器311相连，根据所述表达式Z(X)和所述测量距离R，获得所述基准点与所述对准标志AL之间所述校准曲线W100的长度，以所述长度作为所述扩张参考值R’
具体的，所述积分器312与所述拟合器311相连，用于获得所述拟合器311拟合的所述校准曲线W100的表达式；所述积分器312还与所述测量模块200相连，用于获得所述测量距离R。所述积分器312还用于根据所述表达式Z(X)和所述测量距离R，获得所述基准点与所述对准标志AL之间所述校准曲线W100的长度，以所述长度作为所述扩张参考值R’。
为了提高所获得的所述校准曲线长度的精度，提高补偿精度，所述积分器312用于通过曲线积分的方式获得所述基准点与所述对准标志AL之间的所述校准曲线W100的长度，作为所述扩张参考值R’：
所述对准系统根据调平数据和测量数据获得的所述扩张参考值R’是计入晶圆翘曲、曝光面变形之后，获得的所述曝光面内对准标志AL与基准点之间的距离，因此所述扩张参考值R’与曝光时的真实成像情况更接近。
所述计算模块300还包括补偿计算单元320，与所述参考计算单元310和所述获取模块100相连，还用于根据所述扩张参考值R’和所述标准距离R0的差异，获得扩张补偿值EXP。
具体的，所述补偿计算单元320包括：差值器，所述差值器与所述积分器312相连，用于获得所述扩张参考值R’；与所述获取模块100相连，用于获得所述标准距离R0；所述差值器还用于获得所述扩张参考值R’与所述标准距离R0的差值。
所述补偿计算单元320还包括：比值器，与所述差值器相连，用于获得所述扩张参考值R’与所述标准距离R0的差值；与所述获取模块100相连，用于获得所述标准距离R0；所述比值器还用于获得所述差值与所述标准距离R0的比值，作为扩张补偿值EXP：
需要说明的是，本实施例中，所述补偿计算单元320根据所述标准距离R0与所述扩张补偿值的差值与所述标准距离R0的比值获得所述扩张参考值R’的做法也就是对晶圆翘曲进行一阶补偿，具有计算简单、计算效率高的优势。但是这种做法仅为一示例，在本发明其他实施例中，所述补偿计算单元还可以对晶圆翘曲进行高阶补偿以进一步提高补偿精度。
由于所述参考计算单元310所获得的所述扩张参考值R’是计入晶圆翘曲、曝光面变形之后获得的，因此所述扩张参考值R’与曝光时的真实成像情况更接近；所以所述补偿计算单元320根据扩张参考值R’，结合与所述标准距离R0所获得的扩张补偿值EXP的精度更高，有利于提高套刻补偿的精度，提高对准系统的曝光对准精度。
继续参考图4，所述对准系统还包括：补偿模块400，与所述计算模块300相连，用于根据所述扩张补偿值EXP，调整光刻工艺参数以实现对准。
需要说明的是，本实施例中，所述获取模块100获得的所述曝光晶圆的曝光面上设置有多个所述对准标志。所以针对每个对准标志，所述参考计算单元320均能获得一个扩张补偿量，所以针对多个对准标志，所述补偿模块400与所述参考计算单元320相连，能够获得多个所述扩张补偿量。
因此，所述补偿模块400包括：平均单元410，与所述计算模块300相连，用于根据多个所述对准标志的所述扩张补偿值，获得所述多个扩张补偿值的平均值，作为平均扩张补偿值。
需要说明的是，本实施例中，所述平均单元410获得所述多个扩张补偿值的平均值，作为平均扩张补偿值的做法仅为一示例。本发明其他实施例中，所述平均单元410还可以根据所述待曝光晶圆内形成半导体器件的具体结构对多个对准标志的扩张补偿值做出加权平均等其他平均方法获得所述平均扩张补偿值。
还需要说明的是，如果曝光面上所述对准标志的数量太少，无法全面获得曝光面的形状，会影响所获得平均扩张补偿量的精度，影响曝光对准的精度。因此，所述曝光面上设置对准标志的数量大于或等于3。
此外，所述补偿模块400还包括：执行单元420，与所述平均单元410相连，用于根据所述平均扩张补偿值调整光刻工艺参数。
具体的，所述执行单元420与所述平均单元410相连，用于获得所述平均单元410获得的所述平均扩张补偿值；所述执行单元420还与所述光刻机其他设备相连，用于根据所述平均扩张补偿值调整光刻工艺参数，以实现对准。
综上，本发明根据调平数据，结合对准标志的测量距离，获得晶圆的曝光面内所述对准标志和所述基准点之间的距离，所述距离作为扩张参考值；并根据所述扩张参考值，获得扩张补偿值。在扩张补偿值的计算中，加入了曝光面的调平数据；在未增加对准标志的前提下，能够获得曝光面内所述对准标志和所述基准点之间的实际距离，能够有效的减小晶圆翘曲对曝光对准误差的影响，有效提高所获得曝光补偿值的补偿精度，提高对准精度。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种对准方法，其特征在于，包括：
提供待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有对准标志和作为曝光中心的基准点，所述对准标志与所述基准点之间预设的距离为标准距离；
将所述待曝光晶圆放置在基准平面上；
对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离；
进行所述曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据；
根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值；
根据所述扩张参考值和所述标准距离的差异，获得扩张补偿值；
根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准。
2.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，提供待曝光晶圆的步骤中，所述对准标志位于所述曝光面的边缘。
3.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，将所述待曝光晶圆放置在基准平面上的步骤包括：将所述待曝光晶圆设置于晶圆工件台上，所述基准平面为所述晶圆工件台的表面。
4.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，获得所述调平数据的步骤包括：
获得所述曝光面上多个采样点在所述基准平面的位置坐标；
测量所述多个采样点与所述基准平面之间的距离作为调平距离；
根据所述调平距离以及与所述调平距离相对应采样点的位置坐标，获得所述调平距离在所述曝光面上的分布，作为调平数据。
5.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，经过所述基准点与所述对准标志且垂直基准平面的截面为调平截面，所述调平截面与曝光面的交线为校准曲线；
获得所述调平数据的步骤中，获得与所述校准曲线相对应的调平数据；获得所述扩张参考值的步骤包括：
根据与所述校准曲线相对应的调平数据，获得所述校准曲线在所述调平截面上的表达式；
根据所述表达式和所述测量距离，获得所述基准点与所述对准标志之间所述校准曲线的长度，以所述长度作为所述扩张参考值。
6.如权利要求5所述的对准方法，其特征在于，获得所述校准曲线在所述调平截面上的表达式的步骤中，根据所述调平数据，通过多项式拟合的方式获得所述校准曲线的表达式。
7.如权利要求6所述的对准方法，其特征在于，通过多项式拟合的方式获得所述校准曲线表达式的步骤中，拟合所述校准曲线的多项式次数大于或等于3。
8.如权利要求5所述的对准方法，其特征在于，获得所述校准曲线的长度时，通过曲线积分的方式获得所述校准曲线的长度。
9.如权利要求5所述的对准方法，其特征在于，所述调平截面与所述基准平面的交线为第一直线，经过所述基准点且垂直所述基准平面的直线为第二直线；
以所述第一直线和第二直线的交点为原点，所述第一直线和所述第二直线为坐标轴建立校准坐标系；
获得所述校准曲线在所述调平截面上的表达式的步骤中，根据所述校准坐标系，获得所述校准曲线的表达式。
10.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，获得扩张补偿值的步骤包括：获得所述标准距离和所述扩张补偿值的差值，以所差值与所述标准距离的比值作为所述扩张补偿值。
11.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，提供待曝光晶圆的步骤中，所述曝光面上设置有多个所述对准标志；
根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数的步骤包括：
根据多个所述对准标志的所述扩张补偿值，获得所述多个扩张补偿值的平均值，作为平均扩张补偿值；
根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准的步骤包括：根据所述平均扩张补偿值调整光刻工艺参数。
12.如权利要求11所述的对准方法，其特征在于，提供待曝光晶圆的步骤中，所述曝光面上设置对准标志的数量大于或等于3。
13.一种对准系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于提供待曝光晶圆，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有对准标志和作为曝光中心的基准点，所述对准标志与所述基准点之间的预设距离为标准距离；所述获取模块，还用于将所述待曝光晶圆放置在基准平面上；
测量模块，与所述获取模块相连，用于对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离；所述测量模块，还用于进行晶圆的曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据；
计算模块，与所述获取模块和所述测量模块相连，用于根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值；所述计算模块，还用于根据所述扩张参考值和所述标准距离的差异，获得扩张补偿值；
补偿模块，与所述计算模块相连，用于根据所述扩张补偿值，调整光刻工艺参数以实现对准。
14.如权利要求13所述的对准系统，其特征在于，所述获取模块包括晶圆工件台，所述待曝光晶圆设置于晶圆工件台上，所述基准平面为所述晶圆工件台的表面。
15.如权利要求13所述的对准系统，其特征在于，所述测量模块包括：
对准测量单元，与所述获取模块相连，用于对所述曝光面进行对准测量，获得所述对准标志和所述基准点在基准平面上的投影距离，作为测量距离；
调平测量单元，与所述获取模块相连，进行晶圆的曝光面与所述基准平面之间的调平测量，获得所述基准点与对准标志之间曝光面的调平数据。
16.如权利要求13所述的对准系统，其特征在于，所述计算模块包括：
参考计算单元，与所述测量模块相连，用于根据所述调平数据和所述测量距离，获得所述曝光面内所述对准标志与所述基准点之间的距离，作为扩张参考值；
补偿计算单元，与所述参考计算单元和所述获取模块相连，用于根据所述扩张参考值和所述标准距离的差异，获得扩张补偿值。
17.如权利要求16所述的对准系统，其特征在于，经过所述基准点与所述对准标志且垂直基准平面的截面为调平截面，所述调平截面与所述曝光面的交线为校准曲线；
所述测量模块，用于获得与所述校准曲线相对应的调平数据；
所述参考计算单元包括：
拟合器，与所述测量模块相连，用于根据与所述校准曲线相对应的调平数据，获得所述校准曲线在所述调平截面上的表达式；
积分器，与所述测量模块和所述拟合器相连，根据所述表达式和所述测量距离，获得所述基准点与所述对准标志之间所述校准曲线的长度，以所述长度作为所述扩张参考值。
18.如权利要求17所述的对准系统，其特征在于，所述拟合器根据所述调平数据，通过多项式拟合的方式获得所述校准曲线。
19.如权利要求17所述的对准系统，其特征在于，所述积分器用于通过曲线积分的方式获得所述校准曲线的长度。
20.如权利要求13所述的对准系统，其特征在于，所述待曝光晶圆的曝光面上设置有多个所述对准标志；
所述补偿模块包括：
平均单元，与所述计算模块相连，用于根据多个所述对准标志的所述扩张补偿值，获得所述多个扩张补偿值的平均值，作为平均扩张补偿值；
执行单元，与所述平均单元相连，用于根据所述平均扩张补偿值调整光刻工艺参数。
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