光刻技术中对准信号的处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于幅值与相位分开探测的对准信号处理方法，该方法对来源于对准标记的粗对准信号进行分段归纳和估计峰值位置，通过粗对准信号模型拟合的方式确定标记的粗对准位置；对来源于对准标记的精对准信号化简归纳，通过精对准信号模型拟合的方式确定精对准信号的峰值点；并综合粗对准位置和精对准信号峰值点确定最终的对准位置。本发明专利技术提供的对准信号处理方法可以有效地提高对准信号处理效率，获得正确的对准位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路光刻技术中一种对准信号的处理方法，特别涉 及一种使用幅值与相位分开探测的对准信号处理方法。
技术介绍
现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的硅片上，例如半导体硅片或LCD板。光刻装置大体上分为两类， 一类是 步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在硅片的一个曝光区域，随后硅片相对 于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩 模图案曝光在硅片的另 一曝光区域，重复这一过程直到硅片上所有曝光区域都 拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不 是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中， 掩模与硅片同时相对于投影系统和投影光束移动。光刻装置中关键的步骤是将掩模与硅片对准。第一层掩模图案在硅片上曝 光后从装置中移开，在硅片进行相关的工艺处理后，进行第二层掩模图案的曝 光，但为确保第二层掩模图案和随后掩模图案的像相对于硅片上已曝光掩模图 案像的精确定位，需要将掩模和硅片进行精确对准。由光刻技术制造的IC器件 需要多次'曝光在硅片中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系统， 实现掩模和硅片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对套刻精度的要求以及 由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-硅片对准， 即测出硅片在机器坐标系中的坐标(XW， YW, OWZ),及掩模在机器坐标系 中的坐标(XR, YR, ORZ),并计算得到掩模相对于硅片的位置，以满足套刻 精度的要求。现有技术有两种对准方案。 一种是透过镜头的TTL对准技术，激光照明在硅片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物 镜所收集的硅片对准标记的衍射光或散射光照射在掩模对准标记上，该对准标 记可以为振幅或相位光栅。在掩模标记后设置探测器，当在投影物镜下扫描硅 片时，探测透过掩^^莫标记的光强，探测器输出的最大值表示正确的对准位置。 该对准位置为用于监测硅片台位置移动的激光干涉仪的位置测量提供了零基 准。另一种是离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于硅片上的多个对准标记以及硅片台上基准板的基准标记，实现硅片对准和硅片台对准；硅片台上基 准板的基准标记与掩模对准标记对准，实现掩模对准；由此可以得到掩模和硅 片的位置关系，实现掩模和硅片对准。目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指均匀照 明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记 结构的全部信息。高级衍射光以大角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波 器滤掉零级光后，采集衍射光±1级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采 集多级衍射光(包括高级)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确 定对准中心位置。中国专利CN03164859.2公开了 一种4f系统结构的离轴对准系统，该对准 系统采用楔块列阵或楔板组来实现多级衍射光的重叠和相干；通过探测对准标 记像透过参考光栅的透射光强，得到正弦输出的对准信号；由于该对准系统采, 用的标记为包含两个不同周期的光栅分支，各光栅分支的周期之间存在微小的 周期差，基于游标卡尺原理，采集的信号在一定数目周期后，将存在一个峰值 对准点，从而确定精确的对准位置。采用楔块列阵或楔板组合来实现多级衍射 光的重叠、相干。对折射正、负相同级次的两楔块的面型和楔角一致性要求很 高；而楔板组的加工制造、装配和调整的要求也很高，具体实现起来工程难度 较大，代价昂贵。美国专利US.6，297，876B1介绍了一种离轴对准方法，也是结合同轴对准装 置来实现掩膜版标记和硅片标记的对准。通过釆集一个标记的7个阶次的衍射 光，经过具有楔板调节装置的空间分离装置使这7个阶次的正负分量在像面相 干叠加，然后对这7个阶次的光信号进行拟和，找到7个阶次都最大的一点， 作为标记的中心位置。该方案的优点是可以实现自动捕获以及较高的对准精度，但缺点是需要特殊的楔板调节装置和复杂的装调，另外，衍射光中的高阶次信 号较弱，而该方法却又靠高阶次信号来实现较高的对准精度，实际中随着标记 (特别是硅片标记)反射信号(特别是高阶次信号)功率过低，则实际无法利 用高阶次信号，所以并不能可靠的提供最高对准精度。中国专利2007100455793、 2007100455806 7>布了 一种相位信号与幅值信号 分开探测并相结合获得标记位置的离轴对准系统。该系统粗对准采用幅值探测 技术，基于多周期光栅标记成像，同时探测多周期光栅标记的多组光栅衍射光 相干成像后经多周期参考光栅调制的透射光强，由透射光强的幅值信息确定粗 略对准位置；精对准采用相位探测技术，只探测周期最小的一组光栅的衍射光 相干成像后经单周期参考光栅调制的透射光强，由透射光强的相位信息确定精 确对准位置。附图1示出了该对准系统的光学原理示意图。该光学系统结构上包含两个 相干成像系统(图1中用本专业领域人员所熟悉的4f系统结构来表示)。光源 540发出的照明光束经反射镜541和相干成像系统的前组透镜542垂直入射到位 于前组透镜542前焦面的对准标记543上，对准标记543为多周期光4册结构(如 中间的光栅周期为P!,两边的光栅周期依次分别为P2和P3，并且P^P,P3)。 组成对准标记的多周期光栅中的多组光栅的士l级衍射光经过前组透镜542后， 再经分束器544分成两部分， 一部分进入粗对准光路，另一部分进入精对准光 路。由前组透镜542、第一空间滤波器545和第一后组透镜546构成第一相干成 像系统(粗对准的相干成像系统)；前组透镜542、第二空间滤波器548和第二 后组透镜549构成第二相干成像系统(精对准的相干成像系统)。在第一相干成 像系统的,中间像面(即频语面)上设置有第一空间滤波器545，使得组成多周期 光栅标记的多组光栅(例如光栅P^ P2和P3)的±1级书f射光可以通过；在第二 相干成像系统的中间像面(即频谱面)上设置有第二空间滤波器548，使得只有 周期最小的一组光栅(例如光栅P。的±1级衍射光可以通过。同时，在两个相 干成像系统的像面上分别设置不同的参考光栅，在第一相干成像系统的像面上 设置有振幅型多周期光栅组成的第一参考光栅(粗对准参考光栅)，在第二相干 成像系统的像面上设置有振幅型单周期光栅的第二参考光栅(精对准参考光 栅)。在硅片对准扫描过程中，多周期光栅标记的光栅P,、 P2和P3的±1级衍射6光相干成像，并勻速扫过粗对准参考光栅，然后经光电探测器采集转换后，形成图2中所示的光强与位置——对应的粗对准信号。同时，周期最小的一组光栅P!的士1级衍射光相干所成的像匀速扫过精对准参考光栅，并由光电探测器采集转换后，形成图2中所示的光强与位置一一对应的精对准信号。然后根据粗 对准信号的幅值信息和精对准信号的位相信息确定对准标记的中心位置。针对上述技术，由于信号的数据量较大，所以，应4是供一套信号处理方法， 以提高整个系统的效率及实时性。有鉴于此，如何提供一种，来解决上述技 术问题已成为业界亟待解决的课题。
技术实现思路
本专利技术所解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻技术中对准信号的处理方法，包括：　采集对准标记所产生的粗对准信号和精对准信号，分别对所述粗对准信号和精对准信号进行信号处理，获得粗对准位置与精对准信号的峰值点，以确定对准位置；　其特征在于，所述粗对准信号处理包括信号分段归纳与峰值位置估计过程，用以确定拟合数据窗口；根据所述拟合数据窗口内的光强与位置采样，使用粗对准拟合模型，以获得模型参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李运锋，王海江，赵新，陈延太，韦学志，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]