CN110554581B - 一种双面套刻误差校准方法及光刻装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双面套刻误差校准方法及光刻装置。此方法包括：提供一基底；在基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案；利用正面对准系统确定正面对准标记的位置，建立基底正面坐标系WFCS；基于基底正面坐标系WFCS，在基底正面形成第二层正面套刻图案；测量第一层正面套刻图案和第二层正面套刻图案之间的位置误差，进行第一次套刻误差校准；翻转基底；利用背面对准系统确定背面对准标记的位置，建立基底背面坐标系WBCS；基于基底背面坐标系WBCS，在基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案；测量第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案之间的位置误差进行第二次套刻误差校准。此双面套刻误差校准方案，方法简单，效率高。

Description

一种双面套刻误差校准方法及光刻装置

技术领域

本发明实施例涉及半导体加工制造技术领域，尤其涉及一种双面套刻误差校准方法及光刻装置。

背景技术

随着半导体行业的发展，在半导体加工制造过程中，双面光刻技术已应用于微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS，也称微机电系统)、射频器件制造以及先进封装技术领域。微机电系统加工的典型产品包括惯性加速计、压力传感器、光学可变衰减片和喷墨打印头等。射频器件制造过程中，通过双面光刻技术可减少因厚金属沉积导致的信号衰减。先进封装技术借助贯穿基底通孔工艺制造垂向高密度跨芯片的连接线，实现多层堆叠二维平面器件的三维集成。双面光刻技术直接决定上述产品的加工质量及产品性能。例如压力传感器制造过程中，传感器的质量及性能取决于基底正面与背面工艺层之间的定位精度；先进封装器件内连接管道需任意布置，也对基底正面和背面对准的套准提出高精度的需求。

对于不透明的硅片基底，对准系统或套准机均不能同时测量硅片基底正面和背面的标记位置，光刻设备中双面对准技术的应用衍生出新的双面套准(“双面套准”即“双面套刻误差校准”)测量研究方向。双面套准精度定义为基底正面与背面工艺层定位误差。双面套准测量工具需要具备较大的测量范围，覆盖基底表面尽可能大的区域，且测量对象涵盖多种材料以及不同厚度的基底或薄膜。现有双面套准测量方法通常通过正面对准系统与背面对准系统互反馈校准，方法复杂，校准效率较低。

发明内容

本发明提供一种双面套刻误差校准方法及光刻装置，实现简便、高效地校准双面套刻误差。

第一方面，本发明实施例提出一种双面套刻误差校准方法，该方法包括：

提供一基底；

在所述基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案，所述具有对准标记的图案包括多个正面对准标记和多个背面对准标记；

利用正面对准系统确定所述正面对准标记的位置，建立基底正面坐标系WFCS；

基于所述基底正面坐标系WFCS，在所述基底正面形成第二层正面套刻图案；

测量所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差；

根据所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差，进行第一次套刻误差校准；

翻转所述基底；

利用背面对准系统确定所述背面对准标记的位置，建立基底背面坐标系WBCS；

基于所述基底背面坐标系WBCS，在所述基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案；

测量所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差；

根据所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差，进行第二次套刻误差校准。

进一步地，所述基底正面与所述基底背面可互换。

进一步地，在所述基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案，包括：

利用参考光刻装置在所述基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案。

进一步地，利用正面对准系统确定所述正面对准标记的位置，建立基底正面坐标系WFCS，包括：

获取所述正面对准标记的绝对基准位置(x_i，y_i)；

根据所述正面对准标记的绝对基准位置以及第一拟合模型，建立所述基底正面坐标系WFCS；

其中，所述第一拟合模型为：

其中，Tx为沿X方向的平移量，Ty为沿Y方向的平移量，Mx为X方向的倍率，My为Y方向的倍率，Rx为X方向的旋转量，Ry为Y方向的旋转量，

为X方向的拟合残差，

为Y方向的拟合残差。

进一步地，测量所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差，包括：

获取所述正面对准标记的绝对基准位置(x_i，y_i)；

根据所述正面对准标记的绝对基准位置以及第二拟合模型，确定所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差(Δx_i，Δy_i)；

其中，所述第二拟合模型为：

其中，Tx为沿X方向的平移量，Ty为沿Y方向的平移量，Mx为X方向的倍率，My为Y方向的倍率，Φx为X方向的旋转量，Φy为Y方向的旋转量，w_xx、w_xy、w_yx、w_yy、w_4x以及w_4y分别为楔形畸变，D_3x和D_3y为三阶畸变，D_5x和D_5y为五阶畸变，Rf_x为X方向的拟合残差，Rf_y为Y方向的拟合残差。

进一步地，根据所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差，进行第一次套刻误差校准，包括：

根据所述位置误差(Δx_i，Δy_i)，通过补偿校准方式修正所述正面对准系统的系统参数以及套刻误差相关的物镜倍率和绝对栅格参数中的至少一种。

进一步地，利用背面对准系统确定所述背面对准标记的位置，建立基底背面坐标系WBCS，包括：

获取所述背面对准标记的绝对基准位置(x_j，y_j)；

根据所述背面对准标记的绝对基准位置以及第三拟合模型，建立所述基底背面坐标系WBCS；

其中，所述第三拟合模型为：

其中，Tx'为沿X方向的平移量，Ty'为沿Y方向的平移量，Mx'为X方向的倍率，My'为Y方向的倍率，Rx'为X方向的旋转量，Ry'为Y方向的旋转量，

为X方向的拟合残差，

为Y方向的拟合残差。

进一步地，测量所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差，包括：

获取所述背面对准标记的绝对基准位置(x_j，y_j)；

根据所述背面对准标记的绝对基准位置以及第四拟合模型，确定所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差(Δx_j，Δy_j)；

其中，所述第四拟合模型为：

其中，Tx'为沿X方向的平移量，Ty'为沿Y方向的平移量，Mx'为X方向的倍率，My'为Y方向的倍率，Φx'为X方向的旋转量，Φy'为Y方向的旋转量，w_xx'、w_xy'、w_yx'、w_yy'、w_4x'以及w_4y'分别为楔形畸变，D_3x'和D_3y'为三阶畸变，D_5x'和D_5y'为五阶畸变，Rf_x'为X方向的拟合残差，Rf_y'为Y方向的拟合残差。

进一步地，根据所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差，进行第二次套刻误差校准，包括：

根据所述位置误差(Δx_j，Δy_j)，通过补偿校准方式修正所述背面对准系统的系统参数。

进一步地，所述正面对准标记与所述背面对准标记包括相同位置的对准标记。

第二方面，本发明实施例提出一种光刻装置，该光刻装置可应用第一方面提供的双面套刻误差校准方法进行双面套刻误差校准方法进行双面套刻误差校准，该光刻装置包括：

照明光学系统、第一支撑结构、投影系统、第二支撑结构、正面对准系统和背面对准系统；

其中，所述照明光学系统用于提供光照，所述第一支撑结构用于支撑图案形成单元，所述第二支撑结构用于支撑和翻转基底，所述投影系统用于将所述图案形成单元上的图案成像至所述基底；所述正面对准系统用于精确定位所述基底上的正面对准标记，所述背面对准系统用于精确定位所述基底上的背面对准标记。

本发明实施例提供了一种双面套刻误差校准方法，通过利用正面对准系统确定所述正面对准标记的位置，建立基底正面坐标系WFCS；基于所述基底正面坐标系WFCS，在所述基底正面形成第二层正面套刻图案；测量所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差；根据所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差，进行第一次套刻误差校准，即对基底正面的套刻误差进行校准；然后翻转所述基底，利用背面对准系统确定所述背面对准标记的位置，建立基底背面坐标系WBCS；基于所述基底背面坐标系WBCS，在所述基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案；测量所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差；根据所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差，进行第二次套刻误差校准，即对基底背面的套刻误差进行校准。由此，通过翻转一次基底，即可实现基底的正面的套刻误和背面的套刻误差的校准，即通过翻转一次基底，即可实现基底的双面套刻误差校准，方法简单，校准效率高。解决了利用正面对准系统与背面对准系统互反馈校准，需多次翻转基底导致的方法复杂，校准效率较低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种双面套刻误差校准方法的流程示意图；

图2是在基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案的剖面结构示意图；

图3是在基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案的平面结构示意图；

图4是在基底正面形成第二层正面套刻图案的剖面结构示意图；

图5是在基底正面形成第二层正面套刻图案的平面结构示意图；

图6是在基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案的剖面结构示意图；

图7是在基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案的平面结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种光刻装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例

图1是本发明实施例提供的一种双面套刻误差校准方法的流程示意图。本发明实施例的技术方案可以应用在微电子机械系统、射频器件或者先进封装器件的制造过程中。参照图1，该双面套刻误差校准方法包括：

S10、提供一基底。

其中，基底可包括硅片、玻璃、不锈钢、聚酰亚胺以及表面(表面包括基底正面和基底背面)镀有功能膜层的硅片等基底。基底表面可以存在起伏，本发明实施例对基底的材质以及表面形貌不作限定。

S11、在基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案。

其中，具有对准标记的图案包括多个正面对准标记和多个背面对准标记。

示例性的，图2是在基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案的剖面结构示意图，图3是在基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案的平面结构示意图。参照图2和图3，基底00的正面FS一侧形成有第一层正面套刻图案003、多个正面对准标记001和多个背面对准标记002。

需要说明的是，图3中仅示例性的示出了多个正面对准标记001和多个背面对准标记002均是独立于第一层正面套刻图案003设置的，但并非对本发明实施例的限定。在其他实施方式中，多个正面对准标记001和/或多个背面对准标记002还可以从第一层正面套刻图案003中选择得到。

同时，图3中仅示例性的示出了对准标记为十字标记，但并非对本发明实施例提供的双面套刻误差校准方法的限定。在其他实施方式中，对准标记还可以为光栅对等本领域技术人员已知的其他形状的对准标记。

此外，图2和图3中仅示例性的示出了10个正面对准标记001和14个背面对准标记002，但并非对本发明实施例提供的双面套刻误差校准方法的限定。在其他实施方式中，正面对准标记001和背面对准标记002的数量和相对位置可根据双面套刻误差校准方法的实际需求设置。

可选的，基底正面与基底背面可互换。

其中，基底00的正面FS和背面BS是相对而言的。

示例性的，在形成功能层的基底的两个表面上，其中一个表面为正面，则另一个表面为背面。

需要说明的是，本发明实施例提供的双面套刻误差校准方法，也可以先在基底背面形成第一层背面套刻图案和具有对准标记的图案。

可选的，步骤S11可包括：利用参考光刻装置在所述基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案。

其中，参考光刻装置可以为比需要校准的光刻装置套刻精度更高的光刻装置。形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案的过程具体可包括涂胶、曝光、显影工艺，为获得期望的图案，需选择光刻胶的种类，设定特定的曝光能量以及严格控制曝光后的处理过程，为本领域技术人员所公知，在此不再详述。

可选的，正面对准标记与背面对准标记包括相同位置的对准标记。

其中，正面对准标记与背面对准标记的位置可完全相同，可完全不同，也可以部分相同。

示例性的，图3中示出了10个正面对准标记001和14个背面对准标记002，正面对准标记001和背面对准标记002的位置完全不同。在其他实施方式中，还可以将图3中的任意7个背面对准标记002同时作为正面对准标记使用，此时，17个正面对准标记001和14个背面对准标记002中，有7个位置是相同的，其他的对准标记位置是不同的；或者，还可以将图3中的所有对准标记既作为正面对准标记001使用，又作为背面对准标记002使用，即正面对准标记001和背面对准标记002的位置完全相同。

其中，正面对准标记和背面对准标记的位置完全相同时，即将对准标记两次利用，可减少需设置的对准标记的总数，相当于减少了对准标记所占用的面积，因此，器件制作可利用的有效面积增大。

S12、利用正面对准系统确定正面对准标记的位置，建立基底正面坐标系WFCS。

可选的，步骤S12可包括：获取正面对准标记的绝对基准位置(x_i，y_i)，根据正面对准标记的绝对基准位置以及第一拟合模型，建立基底正面坐标系WFCS。

其中，第一拟合模型为：

其中，Tx为沿X方向的平移量，Ty为沿Y方向的平移量，Mx为X方向的倍率，My为Y方向的倍率，Rx为X方向的旋转量，Ry为Y方向的旋转量，

为X方向的拟合残差，

为Y方向的拟合残差。

其中，平移量Tx和Ty的单位为长度单位，国际单位为米(m)；倍率Mx和My为无量纲的量，旋转量Rx和Ry的单位为角度单位，国际单位为弧度(rad)，代表基底旋转的角度。(Fx_i,Fy_i)为基底正面坐标系WFCS中正面对准标记的位置，即正面对准系统的对准视场下的正面对准标记的对准位置。从而，第一拟合模型建立起正面对准标记的绝对基准位置与正面对准系统的对准视场下的正面对准标记的对准位置之间的联系。第一拟合模型中i的取值可为i＝1,2,…，n；n为拟合时利用的正面对准标记的总个数。对于一个理想的平面，即表面没有任何起伏的平面而言，i的取值为3，即由3个不共线的正面对准标记即可确定基底正面坐标系WFCS。通常，对于光刻领域的基底而言，基底正面并不一定是平整的，即基底正面不是理想的平面，因此需要多个正面对准标记来确定基底正面坐标系WFCS。正面对准标记的个数的选定需要满足残差

和

较小，从而提高拟合精度。

示例性的，建立基底正面坐标系WFCS时，i的取值可为8，即利用的正面对准标记的个数可以为8个。

需要说明的是，上述设置利用的正面对准标记的个数可以为8个并非对本发明实施例的限定。在其他实施方式中，可根据双面套刻误差校准的精度需求设置拟合时利用的正面对准标记的个数。

S13、基于基底正面坐标系WFCS，在基底正面形成第二层正面套刻图案。

其中，第二层正面套刻图案可利用需要被校准的光刻装置形成。

示例性的，图4是在基底正面形成第二层正面套刻图案的剖面结构示意图，图5是在基底正面形成第二层正面套刻图案的平面结构示意图。参照图4和图5，在基底正面FS侧的第一层正面套刻图案003上形成第二层正面套刻图案004。

需要说明的是，图3和图5中仅示例性的以方形示出了第一层正面套刻图案003和第二层正面套刻图案004，仅为示例性的说明，而并非对本发明实施例的限定。在其他实施方式中，第一层正面套刻图案003和第二层正面套刻图案004的形状可根据需制备的器件的实际需求设定。

S14、测量第一层正面套刻图案和第二层正面套刻图案之间的位置误差。

可选的，步骤S14可包括：获取正面对准标记的绝对基准位置(x_i，y_i)，根据正面对准标记的绝对基准位置以及第二拟合模型，确定第一层正面套刻图案和第二层正面套刻图案之间的位置误差(Δx_i，Δy_i)。

其中，第二拟合模型为：

其中，Tx为沿X方向的平移量，Ty为沿Y方向的平移量，Mx为X方向的倍率，My为Y方向的倍率，Φx为X方向的旋转量，Φy为Y方向的旋转量，w_xx、w_xy、w_yx、w_yy、w_4x以及w_4y分别为楔形畸变，D_3x和D_3y为三阶畸变，D_5x和D_5y为五阶畸变，Rf_x为X方向的拟合残差，Rf_y为Y方向的拟合残差。

其中，平移量Tx和Ty的单位为长度单位，国际单位为米(m)；倍率Mx和My为无量纲的量，旋转量Φx和Φy的单位为角度单位，国际单位为弧度(rad)，代表形成第二层正面套刻图案时，对应的图案形成单元旋转的角度。第二拟合模型中i的取值可为i＝1,2,…，m；m为需测量的位置的总个数。m的最小值为7，m的取值越大，拟合精度越高，通常为满足精度要求，m的取值可为9。第一层正面套刻图案和第二层正面套刻图案之间的位置误差(Δx_i，Δy_i)的理想取值为(0,0)，但是由于实际工艺条件的限制，通常达不到理想取值；(Δx_i，Δy_i)的取值范围可为(100-400nm,100-400nm)，此仅为示例性的说明，而非对本发明实施例的限定。在其他实施方式中，可根据双面套刻误差的精度需求设定(Δx_i，Δy_i)的取值范围。

需要说明的是，上述第二拟合模型中还可以存在更高阶的畸变参数，引入更高阶的畸变参数进行拟合时，可进一步提高拟合精度。

S15、根据第一层正面套刻图案和第二层正面套刻图案之间的位置误差，进行第一次套刻误差校准。

可选的，步骤S15可包括：根据位置误差(Δx_i，Δy_i)，通过补偿校准方式修正正面对准系统的系统参数以及套刻误差相关的物镜倍率和绝对栅格参数中的至少一种。

其中，第一次套刻误差校准包括对需要校准的光刻装置中的光刻系统自身的系统误差以及正面对准系统的系统参数的校准。在光刻系统自带的运行模型中，包含一系列的可以调整的参数，其中与套刻误差相关的参数包括物镜倍率和绝对栅格参数，光刻系统中与套刻误差相关的参数既与正面套刻误差相关，又与背面套刻误差相关。根据步骤S14得到的参数结果调整光刻系统的参数状态，即可对由光刻系统产生的套刻误差进行校准。同时，对正面对准系统的参数状态进行调整，即可对由正面对准系统产生的套刻误差进行校准。

S16、翻转基底。

其中，承载基底的支撑结构具有翻转基底的功能，可用来完成此步骤。

示例性的，此支撑结构可为在相互垂直的三个方向形成的三维立体空间中，既可以沿三个方向中的任一方向平动，又可以沿三个方向中的任一方向转动的具有六个自由度的工件台。此仅为对本发明实施例的示例性说明，而非限定。

S17、利用背面对准系统确定背面对准标记的位置，建立基底背面坐标系WBCS。

可选的，步骤S17可包括：获取背面对准标记的绝对基准位置(x_j，y_j)，根据背面对准标记的绝对基准位置以及第三拟合模型，建立基底背面坐标系WBCS。

其中，第三拟合模型为：

其中，Tx'为沿X方向的平移量，Ty'为沿Y方向的平移量，Mx'为X方向的倍率，My'为Y方向的倍率，Rx'为X方向的旋转量，Ry'为Y方向的旋转量，

为X方向的拟合残差，

为Y方向的拟合残差。

其中，平移量Tx'和Ty'的单位为长度单位，国际单位为米(m)；倍率Mx'和My'为无量纲的量，旋转量Rx'和Ry'的单位为角度单位，国际单位为弧度(rad)，代表基底旋转的角度。(Fx_j,Fy_j)为基底背面坐标系WBCS中背面对准标记的位置，即背面对准系统的对准视场下的背面对准标记的对准位置。从而，第三拟合模型建立起背面对准标记的绝对基准位置与背面对准系统的对准视场下的背面对准标记的对准位置之间的联系。第三拟合模型中j的取值可为j＝1,2,…，p；p为拟合时利用的背面对准标记的总个数。对于一个理想的平面，即表面没有任何起伏的平面而言，j的取值为3，即由3个不共线的背面对准标记即可确定基底背面坐标系WBCS。通常，对于光刻领域的基底而言，基底背面并不一定是平整的，即基底背面不是理想的平面，因此需要多个背面对准标记来确定基底背面坐标系WBCS。背面对准标记的个数的选定需要满足残差

和

较小，从而提高拟合精度。

示例性的，建立基底背面坐标系WBCS时，j的取值可为8，即利用的背面对准标记的个数可以为8个。

需要说明的是，上述设置利用的背面对准标记的个数为8个并非对本发明实施例的限定。在其他实施方式中，可根据双面套刻误差校准的精度需求设置拟合时利用的背面对准标记的个数。

S18、基于基底背面坐标系WBCS，在基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案。

其中，第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案利用包括上述已被校准过光刻系统的系统参数的光刻装置形成。

示例性的，图6是在基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案的剖面结构示意图，图7是在基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案的平面结构示意图。参照图6和图7，在基底背面BS侧形成第一层背面套刻图案005和第二层背面套刻图案006。

需要说明的是，图7中仅示例性的以方形示出了第一层背面套刻图案005和第二层背面套刻图案006，仅为示例性的说明，而并非对本发明实施例的限定。在其他实施方式中，第一层背面套刻图案005和第二层背面套刻图案006的相撞可根据需制备的器件的实际需求设定。

S19、测量第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案之间的位置误差。

可选的，步骤S19可包括：获取背面对准标记的绝对基准位置(x_j，y_j)，根据背面对准标记的绝对基准位置以及第四拟合模型，确定第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案之间的位置误差(Δx_j，Δy_j)。

其中，第四拟合模型为：

其中，Tx'为沿X方向的平移量，Ty'为沿Y方向的平移量，Mx'为X方向的倍率，My'为Y方向的倍率，Φx'为X方向的旋转量，Φy'为Y方向的旋转量，w_xx'、w_xy'、w_yx'、w_yy'、w_4x'以及w_4y'分别为楔形畸变，D_3x'和D_3y'为三阶畸变，D_5x'和D_5y'为五阶畸变，Rf_x'为X方向的拟合残差，Rf_y'为Y方向的拟合残差。

平移量Tx'和Ty'的单位为长度单位，国际单位为米(m)；倍率Mx'和My'为无量纲的量，旋转量Φx'和Φy'的单位为角度单位，国际单位为弧度(rad)，代表形成背面套刻图案(包括第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案)时，对应的图案形成单元旋转的角度。第四拟合模型中j的取值可为j＝1,2,…，q；q为需测量的位置的总个数。q的最小值为7，q的取值越大，拟合精度越高，通常为满足精度要求，q的取值可为9。第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案之间的位置误差(Δx_j，Δy_j)的理想取值为(0,0)，通常，实际工艺条件限制下，(Δx_j，Δy_j)的取值范围可为(100-400nm,100-400nm)，此仅为示例性的说明，而非对本发明实施例的限定。在其他实施方式中，可根据双面套刻误差的精度需求设定的(Δx_j，Δy_j)取值范围。

需要说明的是，上述第四拟合模型中还存在更高阶的畸变参数，引入更高阶的畸变参数进行拟合时，可进一步提高拟合精度。

S1X、根据第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案之间的位置误差，进行第二次套刻误差校准。

可选的，步骤S1X可包括：根据位置误差(Δx_j，Δy_j)，通过补偿校准方式修正背面对准系统的系统参数。

其中，根据步骤S19得到的参数结果对光刻装置中的背面对准系统的参数状态进行调整，即可对背面对准系统产生的套刻误差进行校准。从而，结合第一次套刻误差校准时对光刻系统和正面对准系统的校准，即可完成整个需要被校准的光刻装置的校准。

上述实施方式中，首先校准正面套刻图案相对于绝对基准的套刻误差，再校准背面对准系统自身的系统误差，从而最终实现校准背面图案相对于正面图案的套刻误差的目的。误差传递关系如下：

其中，

为背面图案相对于正面图案的套刻误差，即双面套刻误差；

为正面图案相对于绝对基准的套刻误差，包括正面对准系统自身引入的套刻误差以及光刻装置自身的系统误差；

为背面对准系统自身引入的套刻误差，即背面对准系统相对于绝对基准的套刻误差。

本发明实施例提供的双面套刻误差校准方法方法，通过利用正面对准系统确定所述正面对准标记的位置，建立基底正面坐标系WFCS；基于所述基底正面坐标系WFCS，在所述基底正面形成第二层正面套刻图案；测量所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差；根据所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差，进行第一次套刻误差校准，即对基底正面的套刻误差进行校准；然后翻转所述基底，利用背面对准系统确定所述背面对准标记的位置，建立基底背面坐标系WBCS；基于所述基底背面坐标系WBCS，在所述基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案；测量所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差；根据所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差，进行第二次套刻误差校准，即对基底背面的套刻误差进行校准。由此，通过翻转一次基底，即可实现基底的正面的套刻误和背面的套刻误差的校准，即通过翻转一次基底，即可实现基底的双面套刻误差校准，方法简单，校准效率高。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种光刻装置，该光刻装置可应用上述实施方式提供的双面套刻误差校准方法进行双面套刻误差校准，因此，该光刻装置具有上述实施方式提供的双面套刻误差校准方法所具有的有益效果，在此不再赘述。示例性的，图8是本发明实施例提供的一种光刻装置的结构示意图。参照图8，该光刻装置包括：照明光学系统01、第一支撑结构02、投影系统03、第二支撑结构04、正面对准系统05和背面对准系统06。

其中，照明光学系统01用于提供光照，第一支撑结构02用于支撑图案形成单元021，第二支撑结构04用于支撑和翻转基底00，投影系统03用于将图案形成单元021上的图案成像至基底00；正面对准系统05用于精确定位基底00上的正面对准标记001，背面对准系统06用于精确定位基底00上的背面对准标记002。

其中，由照明光学系统01发出的光束照射至固定于第一支撑结构02的图案形成单元021上，经过图案形成单元021后，携带图案信息的光束通过投影系统03，聚焦于基底00的目标位置。第一支撑结构02和第二支撑结构04可精密移动，其位置可利用干涉测量仪等测量装置精确测量。

示例性的，照明光学系统01可包括照明器，第一支撑结构02可包括掩模台，第二支撑结构04可包括工件台，投影系统03可包括投影物镜。

需要说明的是，图8中仅示例性的示出了用于正面对准系统05定位的正面对准标记001和用于背面对准系统06定位的背面对准标记002，其仅是为了说明正面对准系统05和背面对准系统06的工作原理，而非对正面对准标记001和背面对准标记002的相对位置的限定。

可选的，光刻装置开可以包括主支撑架，主支撑架用于支撑照明光学系统、第一支撑结构、投影结构、第二支撑结构、正面对准系统和背面对准系统。

需要说明的是，尽管本发明实施例特别结合集成电路制造中利用本发明实施例提供的光刻设备进行示例性说明，但是为相关光刻领域的人员所容易理解的，本设备及方法可广泛应用于其它可集成的光学系统中。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种双面套刻误差校准方法，其特征在于，包括：

提供一基底；

在所述基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案，所述具有对准标记的图案包括多个正面对准标记和多个背面对准标记；

利用正面对准系统确定所述正面对准标记的位置，建立基底正面坐标系WFCS；

基于所述基底正面坐标系WFCS，在所述基底正面形成第二层正面套刻图案；

测量所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差；

根据所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差，进行第一次套刻误差校准；

翻转所述基底；

利用背面对准系统确定所述背面对准标记的位置，建立基底背面坐标系WBCS；

基于所述基底背面坐标系WBCS，在所述基底背面形成第一层背面套刻图案和第二层背面套刻图案；

测量所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差；

根据所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差，进行第二次套刻误差校准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底正面与所述基底背面可互换。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案，包括：

利用参考光刻装置在所述基底正面形成第一层正面套刻图案和具有对准标记的图案。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用正面对准系统确定所述正面对准标记的位置，建立基底正面坐标系WFCS，包括：

获取所述正面对准标记的绝对基准位置(x_i，y_i)；

根据所述正面对准标记的绝对基准位置以及第一拟合模型，建立所述基底正面坐标系WFCS；

其中，所述第一拟合模型为：

其中，(Fx_i,Fy_i)为所述基底正面坐标系WFCS中正面对准标记的位置，Tx为沿X方向的平移量，Ty为沿Y方向的平移量，Mx为X方向的倍率，My为Y方向的倍率，Rx为X方向的旋转量，Ry为Y方向的旋转量，

为X方向的拟合残差，

为Y方向的拟合残差，i的取值为i＝1,2,…，n，其中，n为拟合时利用的正面对准标记的总个数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，测量所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差，包括：

获取所述正面对准标记的绝对基准位置(x_i，y_i)；

根据所述正面对准标记的绝对基准位置以及第二拟合模型，确定所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差(Δx_i，Δy_i)；

其中，所述第二拟合模型为：

其中，Tx为沿X方向的平移量，Ty为沿Y方向的平移量，Mx为X方向的倍率，My为Y方向的倍率，Φx为X方向的旋转量，Φy为Y方向的旋转量，w_xx、w_xy、w_yx、w_yy、w_4x以及w_4y分别为楔形畸变，D_3x和D_3y为三阶畸变，D_5x和D_5y为五阶畸变，Rf_x为X方向的拟合残差，Rf_y为Y方向的拟合残差。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述第一层正面套刻图案和所述第二层正面套刻图案之间的位置误差，进行第一次套刻误差校准，包括：

根据所述位置误差(Δx_i，Δy_i)，通过补偿校准方式修正所述正面对准系统的系统参数以及套刻误差相关的物镜倍率和绝对栅格参数中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用背面对准系统确定所述背面对准标记的位置，建立基底背面坐标系WBCS，包括：

获取所述背面对准标记的绝对基准位置(x_j，y_j)；

根据所述背面对准标记的绝对基准位置以及第三拟合模型，建立所述基底背面坐标系WBCS；

其中，所述第三拟合模型为：

其中，(Fx_j,Fy_j)为所述基底背面坐标系WBCS中背面对准标记的位置，Tx'为沿X方向的平移量，Ty'为沿Y方向的平移量，Mx'为X方向的倍率，My'为Y方向的倍率，Rx'为X方向的旋转量，Ry'为Y方向的旋转量，

为X方向的拟合残差，

为Y方向的拟合残差，j的取值为j＝1,2,…，p，其中，p为拟合时利用的背面对准标记的总个数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，测量所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差，包括：

获取所述背面对准标记的绝对基准位置(x_j，y_j)；

根据所述背面对准标记的绝对基准位置以及第四拟合模型，确定所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差(Δx_j，Δy_j)；

其中，所述第四拟合模型为：

其中，Tx'为沿X方向的平移量，Ty'为沿Y方向的平移量，Mx'为X方向的倍率，My'为Y方向的倍率，Φx'为X方向的旋转量，Φy'为Y方向的旋转量，w_xx'、w_xy'、w_yx'、w_yy'、w_4x'以及w_4y'分别为楔形畸变，D_3x'和D_3y'为三阶畸变，D_5x'和D_5y'为五阶畸变，Rf_x'为X方向的拟合残差，Rf_y'为Y方向的拟合残差。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述第一层背面套刻图案和所述第二层背面套刻图案之间的位置误差，进行第二次套刻误差校准，包括：

根据所述位置误差(Δx_j，Δy_j)，通过补偿校准方式修正所述背面对准系统的系统参数。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正面对准标记与所述背面对准标记包括相同位置的对准标记。

11.一种光刻装置，其特征在于，所述光刻装置应用权利要求1-10任一项所述双面套刻误差校准方法进行双面套刻误差校准，包括：照明光学系统、第一支撑结构、投影系统、第二支撑结构、正面对准系统和背面对准系统；

其中，所述照明光学系统用于提供光照，所述第一支撑结构用于支撑图案形成单元，所述第二支撑结构用于支撑和翻转基底，所述投影系统用于将所述图案形成单元上的图案成像至所述基底；所述正面对准系统用于精确定位所述基底上的正面对准标记，所述背面对准系统用于精确定位所述基底上的背面对准标记。

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