TW201712448A - 基於相對位置測量的對準系統、雙工作台系統及測量系統 - Google Patents

基於相對位置測量的對準系統、雙工作台系統及測量系統 Download PDF

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Abstract

本發明係提供一種對準系統、雙工作台系統及測量系統，其中，對準系統包括：主框架、第一工作台、對準感測器、位置採集模組以及訊號處理裝置。位置採集模組同時採集從第一工作台及反射鏡獲取的位置資料，而所述反射鏡位於所述對準感測器上，即，同時採集所述對準感測器與所述第一工作台的位置資料，藉由處理可得到所述第一工作台相對於所述對準感測器無振動時的相對位置。即，可得到所述對準感測器相對振幅為零時對準標記的對準位置，從而避免了所述對準感測器的震動的影響，提高了對準重複精度。

Description

基於相對位置測量的對準系統、雙工作台系統及測量系統
本發明是有關於一種積體電路製造領域，特別是有關於一種基於相對位置測量的對準系統、雙工作台系統及測量系統。
在半導體IC積體電路製造過程中，一個完整的晶片通常需要經過多次光刻曝光才能製作完成。除了第一次光刻外，其餘層次的光刻在曝光前都要將該層次的圖形與以前層次曝光留下的圖形進行精確定位，這樣才能保證每一層圖形之間有正確的相對位置。每一層圖形之間相對位置的誤差，即為套刻精度。通常情況下，套刻精度為光刻機解析度指標的1/3～1/5，對於100納米的光刻機而言，套刻精度指標要求小於35nm。套刻精度是投影光刻機的主要技術指標之一，而掩膜與矽片之間的對準精度是影響套刻精度的關鍵因素。當特徵尺寸CD要求更小時，對套刻精度的要求以及由此產生的對準精度的要求變得更加嚴格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更小的對準精度。
為進一步提高產率，如圖1所示的雙工作台系統被用於步進掃描光刻機中，包括：主框架101、固定在所述主框架101上的投影物鏡102及對準感測器103、與所述投影物鏡102對應的曝光準位工作台104、與所述對準感測器103對應的測量準位工作台105。測量準位矽片107位於所述測量準位工作台105上，曝光準位矽片106位於所述曝光準位工作台104上。其中，所述測量準位工作台105用於矽片上片後的測量，包括對準標記測量、調平調焦測量等；曝光準位元工作台104主要用於圖形的曝光。二者並行進行，交換操作，可以極大地提高產率。
在上述雙工作台系統中，由於採用雙台結構，所述投影物鏡102的振動會引起主框架101的振動增大，從而導致對準感測器103的振動也將隨之增大。此外，隨著對產率的要求越來越高，工作台加速度也越來越大，導致衝擊力會增大，將進一步增大對準感測器103的振動。對準感測器103的振動增大進而使得對準標記測量的對準誤差增大。
而且隨著光刻機Overlay（套刻）精度越來越高，對對準的重複精度也要求越來越高，而對準感測器103的振動直接引入對準誤差，故對準感測器103的對準誤差的容忍度將會越來越低。對於高達2nm對準重複精度，對準感測器103的振幅不能超過10nm（10nm振幅將大致導致0.3nm對準誤差），上述的雙工作台系統的對準感測器的振幅很難控制在10nm以內，導致對準重複精度不夠。
本發明的目的在於提供一種基於相對位置測量的對準系統，以解決對準重複精度不夠高的問題。
為了達到上述目的，本發明提供了一種對準系統、雙工作台系統及測量系統，其中，對準系統包括：一主框架；一第一工作台，用於放置一矽片，所述矽片包括一對準標記；一對準感測器，固定在所述主框架上且設置於所述對準感測器的上方，用於輸出一光訊號；一位置採集模組，用於採集所述第一工作台相對於所述對準感測器的相對位置資料，並輸出所述第一工作台的相對位置資料；以及一訊號處理裝置，用於接收所述對準感測器輸出的光訊號及所述相對位置資料並處理，計算出所述矽片上的所述對準標記的對準位置。
較佳地，在上述的對準系統中，所述對準感測器包括一照明模組，所述照明模組用於提供紫外光或超紫外光對所述對準標記進行對準照明輻射。
較佳地，在上述的對準系統中，所述對準感測器進一步包括一光電探測器，所述光電探測器用於探測並接收所述對準標記上的反射和繞射光束，輸出所述光訊號。
較佳地，在上述的對準系統中，所述位置採集模組包括一光源模組，所述光源模組用於提供可見光光束。
較佳地，在上述的對準系統中，所述光源模組用於發射一第一可見光束到所述對準感測器，經所述對準感測器後反射出一參考光束；同時，所述光源模組用於發射一第二可見光束到所述第一工作台，經所述第一工作台後反射出一測量光束。
較佳地，在上述的對準系統中，所述位置採集模組進一步包括一光電系統，所述光電系統用於接收所述參考光束，並生成一參考光電訊號；所述光電轉換模組進一步用於接收所述測量光束，並生成一測量光電訊號。
較佳地，在上述的對準系統中，所述第一工作台相對於所述對準感測器的相對位置資料是藉由所述測量光電訊號減去所述參考光電訊號獲得的。
較佳地，在上述的對準系統中進一步包括一反射鏡，設置於所述對準感測器上，所述第一可見光束經所述反射鏡後反射出所述參考光束。
較佳地，在上述的對準系統中，所述訊號處理裝置包括：一光強訊號採集處理模組，用於獲取所述對準感測器輸出的光訊號，將所述光訊號轉換成一數位電訊號，並輸出所述數位電訊號；以及一對準操作與管理模組，用於接收所述對準感測器輸出的光訊號及所述相對位置資料並處理，計算出所述矽片上的所述對準標記的對準位置。
較佳地，在上述的對準系統中，所述對準感測器設置於所述第一工作台中心的正上方。
本發明進一步提供一種雙工作台系統，包括：如上所述的對準系統、固定在所述主框架上的一投影物鏡以及設置於所述投影物鏡下方的一第二工作台。
較佳地，在上述的雙工作台系統中，所述投影物鏡設置於所述第二工作台中心的正上方。
較佳地，所述第二工作台用於矽片上片後的曝光。
較佳地，所述對準系統的對準過程與所述矽片的曝光過程並行進行。
本發明進一步提供一種測量系統，包括：第一測量裝置，包括探測源，藉由所述探測源發射測量訊號至探測物，並獲得探測訊號；第二測量裝置，用於探測所述探測源，並獲得影響所述探測訊號正確率的擾動訊號；訊號處理裝置，用於接收所述探測訊號，及所述擾動訊號，藉由所述擾動訊號，修正所述探測訊號。
較佳地，在上述的測量系統中，所述第一測量裝置為對準裝置，所述探測源為對準感測器，所述探測物為對準標記，所述測量訊號為光訊號。
較佳地，在上述的測量系統中，所述第二測量裝置為位置採集模組，所述擾動訊號為所述對準感測器與所述探測物的相對位置資料。
較佳地，在上述的測量系統中，所述位置採集模組在所述對準感測器上設置有一反射鏡，所述相對位置資料是藉由所述反射鏡獲得的。
較佳地，在上述的測量系統中，所述位置採集模組進一步包括一光源模組，所述光源模組用於提供可見光光束。
較佳地，在上述的測量系統中，所述光源模組發射一第一可見光束到所述反射鏡，經所述反射鏡後反射出一參考光束；同時，所述光源模組發射一第二可見光束到所述探測物，經所述探測物後反射出一測量光束。
較佳地，在上述的測量系統中，所述位置採集模組進一步包括一光電系統，所述光電系統用於接收所述參考光束，並生成參考光電訊號；所述光電系統進一步用於接收所述測量光束，並生成測量光電訊號；根據所述參考光電訊號和所述測量光電訊號，獲得所述對準感測器與所述探測物的相對位置資料。
在本發明提供的對準系統、雙工作台系統及測量系統中，位置採集模組同時採集從工作台及反射鏡獲取的位置資料，而所述反射鏡位於所述對準感測器上，即，同時採集所述對準感測器與所述工作台的位置資料，藉由處理可得到所述工作台相對於所述對準感測器無振動時的相對位置。即，可得到所述對準感測器相對振幅為零時對準標記的對準位置，從而避免了所述對準感測器的震動的影響，提高了對準重複精度。
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
如圖2所示，本發明提供一種基於相對位置測量的對準系統，包括：主框架201；對準感測器202，所述對準感測器202固定於所述主框架201上；光強訊號採集處理模組203，所述光強訊號採集處理模組203獲取所述對準感測器202輸出的光訊號，轉換並輸出數位電訊號；反射鏡204，所述反射鏡204設置於所述對準感測器202上；工作台205，所述對準感測器202位於所述工作台205的上方，所述工作台205用於放置一矽片207，所述矽片207包括一對準標記206；位置採集模組208，所述位置採集模組208獲取所述反射鏡204及所述工作台205的位置資料，輸出所述反射鏡204及所述工作台205的相對位置資料；及對準操作與管理模組209，所述對準操作與管理模組209獲取所述數位光強訊號及所述相對位置資料並處理，計算出對準標記206的對準位置。
具體的，所述對準感測器202正對著所述工作台205的中心，矽片207位於所述工作台205上。所述對準感測器202內的照明模組提供紫外光或超紫外光對所述矽片207上的對準標記206進行對準照明輻射，所述對準感測器202進一步包括一光電探測器，用於探測並接收所述對準標記206上的反射和繞射光束。所述對準感測器202將接收到的反射和繞射光束進行處理後，輸出光訊號。
具體的，如圖3所示，圖中橫坐標為時間軸，縱坐標為對準感測器202的振幅。對準感測器202的振動是一直存在的，但是只是在對準掃描時，我們才關心振動的影響。
如圖2所示，所述光強訊號採集處理模組203接收所述光訊號後，將其轉換為數位電訊號，並將所述數位電訊號傳輸到所述對準操作與管理模組209。
所述位置採集模組208內有一光源模組，所述光源模組提供可見光光束。所述光源模組可同時發射出兩束光：第一可見光束和第二可見光束，其中，第二可見光束照射到所述工作台205，經工作台205反射出一測量光束。位置採集模組208內的光電系統接收所述測量光束後，產生測量光電訊號，所述測量光電訊號中包含所述工作台205相對于振動中的對準感測器202的位置資料XWS 。
具體的，如圖4所示，為工作台205相對於對準感測器202的位置關係圖，對準標記206位於工作台上的矽片207上，故也是對準標記206相對於所述對準感測器202的位置關係圖。由於工作台205是勻速運動的，當對準感測器202不存在振動時，工作台205相對於對準感測器202的位置軌跡為一條直線，如圖4中實線所示。當對準感測器202存在振動時，工作台205相對於對準感測器202的位置軌跡為一曲線，如圖4中虛線所示，即工作台205與所述對準感測器202之間的相對運動不是勻速運動。
進一步的，同時，所述第一可見光束照射到所述對準感測器202上的反射鏡204，經反射鏡204後反射出一參考光束。所述參考光束被位置採集模組208內的光電系統接收並處理生成參考光電訊號。所述參考光電訊號中包含對準感測器202振動時的位置資料XAS 。
則（XWS -XAS ）為剔除掉對準感測器202振動後工作台205相對於所述對準感測器的相對位置，即對準感測器202的相對振幅為零時，工作台205相對於所述對準感測器的相對位置。
所述位置採集模組208將上述相對位置，即（XWS -XAS ），傳輸到所述對準操作與管理模組209。所述對準操作與管理模組209根據所述數位電訊號及所述相對位置（XWS -XAS ），輸出所述矽片207上的對準標記206的對準位置。
對準掃描時，對準操作與管理模組209根據數位光強訊號及所述相對位置（XWS -XAS ），從而計算出對準標記的對準位置，發出對準控制訊號。
如圖5所示，其中，橫軸表示工作台205相對於對準感測器202的位置資料，縱軸表示光強。對準感測器202自身的振動被即時探測，位置採集模組208獲得的位置資料反映了所述工作台205相對於所述對準感測器202無振動時的相對位置，無論對準感測器如何振動，對準感測器202相對於工作台205的相對振幅均為零，提高了對準重複精度及對準測量重複性。
如圖6所示，本發明進一步提供一種雙工作台系統，包括：如上所述的基於相對位置測量的對準系統（其中所有部件的標號的首位數位都從2改為3）、固定在所述主框架301上的投影物鏡310、與所述投影物鏡310對應的曝光準位工作台311。
具體的，如上所述的基於相對位置測量的對準系統包括：主框架301；對準感測器302，所述對準感測器302固定於所述主框架301上；光強訊號採集處理模組303，所述光強訊號採集處理模組303獲取所述對準感測器302輸出的光訊號，轉換並輸出數位電訊號；反射鏡304，所述反射鏡304設置於所述對準感測器302上；測量準位工作台305，所述對準感測器302位於所述測量準位工作台305的上方，所述測量準位工作台305用於放置一矽片307，所述矽片307包括一對準標記306；位置採集模組308，所述位置採集模組308獲取所述反射鏡304及所述工作台305的位置資料，輸出所述反射鏡304及所述工作台305的相對位置資料；及對準操作與管理模組309，所述對準操作與管理模組309獲取所述數位光強訊號及所述相對位置資料並處理，計算出對準標記306的對準位置。
具體的，所述投影物鏡310位於所述曝光準位工作台311中心的正上方。所述測量準位工作台305用於矽片307上片後的測量，包括對準標記測量、調平調焦測量等；曝光準位工作台311主要用於線條的曝光。二者並行進行，交換操作，提高生產率。
如圖7所示，本發明進一步提供了一種測量系統，包括：第一測量裝置，所述第一測量裝置為一對準裝置，包括探測源，藉由所述探測源發射測量訊號至探測物，並獲得探測訊號。具體的，所述探測源為內置照明模組的一對準感測器401，所述探測物404為對準標記，所述測量訊號為光訊號。所述對準感測器401進一步包括一光電探測器，所述光電探測器探測並接收所述對準標記上的反射和繞射光束。所述對準感測器401將接收到的反射和繞射光束進行處理後，輸出光訊號，即為所述測量訊號。
所述測量系統進一步包括第二測量裝置402，所述第二測量裝置402用於探測所述探測源，並獲得影響所述探測訊號正確率的擾動訊號。
具體的，所述第二測量裝置402為位置採集模組，所述擾動訊號為所述對準感測器401與所述探測物404的相對位置資料，所述位置採集模組在所述對準感測器401上設置有一反射鏡405，所述相對位置資料是藉由所述反射鏡405獲得的。
進一步的，所述位置採集模組包括一光源模組，所述光源模組可提供可見光光源。所述光源模組發射一第一可見光束到所述反射鏡405，經所述反射鏡405後反射出一參考光束；同時，所述光源模組發射一第二可見光束到所述探測物405，經所述探測物後反射出一測量光束。
所述位置採集模組進一步包括光電轉換模組，所述光電轉換模組接收所述參考光束，並生成參考光電訊號，所述參考光電訊號中包含所述對準感測器401振動時的位置資料XAS 。
所述光電轉換模組接收所述測量光束，並生成測量光電訊號，所述測量光電訊號中包含所述探測物405相對于振動中的所述對準感測器401的位置資料XWS 。
根據所述參考光電訊號和所述測量光電訊號，獲得所述對準感測器與所述探測物的相對位置資料，即獲得了影響所述探測訊號正確率的擾動訊號（XWS -XAS ）。
所述測量系統進一步包括訊號處理裝置403，所述訊號處理裝置403用於接收所述探測訊號以及所述擾動訊號，然後根據所述擾動訊號修正所述探測訊號。
綜上，在本發明實施例提供的基於相對位置測量的對準系統、雙工作台系統及測量系統中，位置採集模組同時採集從工作台及反射鏡獲取的位置資料，而所述反射鏡位於所述對準感測器上，即，同時採集所述對準感測器與所述工作台的位置資料，藉由處理可得到所述工作台相對於所述對準感測器無振動時的相對位置。即，可得到所述對準感測器相對振幅為零時對準標記的對準位置，從而避免了所述對準感測器的震動的影響，提高了對準重複精度。
上述僅為本發明的較佳實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的通常知識者，在不脫離本發明的技術手段的範圍內，對本發明揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術手段的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。
101‧‧‧主框架
102‧‧‧投影物鏡
103‧‧‧對準感測器
104‧‧‧曝光準位工作台
105‧‧‧測量準位工作台
106‧‧‧曝光準位矽片
107‧‧‧測量準位矽片
201‧‧‧主框架
202‧‧‧對準感測器
203‧‧‧光強訊號採集處理模組
204‧‧‧反射鏡
205‧‧‧工作台
206‧‧‧對準標記
207‧‧‧矽片
208‧‧‧位置採集模組
209‧‧‧對準操作與管理模組
301‧‧‧主框架
302‧‧‧對準感測器
303‧‧‧光強訊號採集處理模組
304‧‧‧反射鏡
305‧‧‧測量準位工作台
306‧‧‧對準標記
307‧‧‧矽片
308‧‧‧位置採集模組
309‧‧‧對準操作與管理模組
310‧‧‧投影物鏡
311‧‧‧曝光準位工作台
401‧‧‧對準感測器
402‧‧‧第二測量裝置
403‧‧‧訊號處理裝置
404‧‧‧探測物
405‧‧‧反射鏡
圖1為先前技術中的雙工作台系統結構示意圖；
圖2為本發明實施例中基於相對位置測量的對準系統的示意圖；
圖3為本發明實施例基於相對位置測量的對準系統在對準掃描時，對準感測器的振幅隨時間的示意圖；
圖4為本發明實施例基於相對位置測量的對準系統在對準掃描時，工作台相對於對準感測器的位置關係圖；
圖5為本發明實施例基於相對位置測量的對準系統在對準掃描時，光強與工作台相對於對準感測器位置的關係圖；
圖6為本發明實施例中雙工作台系統示意圖；
圖7為本發明實施例中測量系統示意圖。
301‧‧‧主框架
302‧‧‧對準感測器
303‧‧‧光強訊號採集處理模組
304‧‧‧反射鏡
305‧‧‧測量準位工作台
306‧‧‧對準標記
307‧‧‧矽片
308‧‧‧位置採集模組
309‧‧‧對準操作與管理模組
310‧‧‧投影物鏡
311‧‧‧曝光準位工作台

Claims (21)

  1. 一種對準系統，其包括： 一主框架； 一第一工作台，用於放置一矽片，該矽片包括一對準標記； 一對準感測器，固定在該主框架上且設置於該對準感測器的上方，用於輸出一光訊號； 一位置採集模組，用於採集該第一工作台相對於該對準感測器的一相對位置資料，並輸出該第一工作台的一相對位置資料；以及 一訊號處理裝置，用於接收該對準感測器輸出的一光訊號及該相對位置資料並處理，計算出該矽片上的該對準標記的對準位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之對準系統，其中該對準感測器包括一照明模組，該照明模組用於提供紫外光或超紫外光對該對準標記進行對準照明輻射。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之對準系統，其中該對準感測器進一步包括一光電探測器，該光電探測器用於探測並接收該對準標記上的反射和繞射光束，輸出該光訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之對準系統，其中該位置採集模組包括一光源模組，該光源模組用於提供一可見光光束。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之對準系統，其中該光源模組用於發射一第一可見光束到該對準感測器，經該對準感測器後反射出一參考光束；同時，該光源模組用於發射一第二可見光束到該第一工作台，經該第一工作台後反射出一測量光束。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之對準系統，其中該位置採集模組進一步包括一光電系統，該光電系統用於接收該參考光束，並生成一參考光電訊號；該光電轉換模組進一步用於接收該測量光束，並生成一測量光電訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之對準系統，其中該第一工作台相對於該對準感測器的該相對位置資料是藉由該測量光電訊號減去該參考光電訊號獲得的。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之對準系統，進一步包括一反射鏡，設置於該對準感測器上，該第一可見光束經該反射鏡後反射出該參考光束。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之對準系統，該訊號處理裝置包括： 一光強訊號採集處理模組，用於獲取該對準感測器輸出的一光訊號，將該光訊號轉換成一數位電訊號，並輸出該數位電訊號；以及 一對準操作與管理模組，用於接收該對準感測器輸出的該光訊號及該相對位置資料並處理，計算出該矽片上的該對準標記的對準位置。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之對準系統，其中該對準感測器設置於該第一工作台中心的正上方。
  11. 一種雙工作台系統，其包括：如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之對準系統、固定在該主框架上的一投影物鏡以及設置於該投影物鏡下方的一第二工作台。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之雙工作台系統，其中該投影物鏡設置於該第二工作台中心的正上方。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之雙工作台系統，其中該第二工作台用於矽片上片後的曝光。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之雙工作台系統，其中該對準系統的對準過程與該矽片的曝光過程並行進行。
  15. 一種測量系統，其包括： 一第一測量裝置，包括一探測源，藉由該探測源發射測量訊號至一探測物，並獲得探測訊號； 一第二測量裝置，用於探測該探測源，並獲得影響該探測訊號正確率的一擾動訊號； 一訊號處理裝置，用於接收該探測訊號，及該擾動訊號，藉由該擾動訊號，修正該探測訊號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之測量系統，其中該第一測量裝置為一對準裝置，該探測源為一對準感測器，該探測物為一對準標記，該測量訊號為一光訊號。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之測量系統，其中該第二測量裝置為一位置採集模組，該擾動訊號為該對準感測器與該探測物的一相對位置資料。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之測量系統，其中該位置採集模組在該對準感測器上設置有一反射鏡，該相對位置資料是藉由該反射鏡獲得的。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之測量系統，其中該位置採集模組進一步包括一光源模組，該光源模組用於提供一可見光光束。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之測量系統，其中該光源模組發射一第一可見光束到該反射鏡，經該反射鏡後反射出一參考光束；同時，該光源模組發射一第二可見光束到該探測物，經該探測物後反射出一測量光束。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之測量系統，其中該位置採集模組進一步包括一光電系統，該光電系統用於接收該參考光束，並生成一參考光電訊號；該光電系統進一步用於接收該測量光束，並生成一測量光電訊號；根據該參考光電訊號和該測量光電訊號，獲得該對準感測器與該探測物的該相對位置資料。
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