一种自动调焦的对准系统及对准方法技术方案

本发明专利技术提供一种自动调焦的对准系统及对准方法，依次包括：光源、波长选择单元、照明镜组、照明调节单元、分束单元、成像物镜组、分光单元、参考标记面及参考标记、硅片以及对准标记、运动台，分光单元依次连接成像调节单元、成像镜组、探测器，探测器、成像调节单元、照明调节单元、运动台皆与信号处理与控制单元连接，照明光同时照射参考标记与对准标记，系统先搜索并标定参考标记的最佳焦面，然后将参考标记与对准标记上反射的光的干涉条纹形成的干涉包络极值在参考标记区域的位置进行计算，便可确定对准标记上与最佳焦面偏离值，将对准标记移动到最佳焦面即调焦完成，本发明专利技术具有自动、精准、快速地调焦以及降低环境对准精确性影响的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体光刻领域，特别涉及一种自动调焦的对准系统及对准方法。
技术介绍
在半导体IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置，即套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/3～1/5，对于100纳米的光刻机而言，套刻精度指标要求小于35nm。当特征尺寸CD要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更小的对准精度。又如在半导体器件先进封装制程中实现多层堆叠的二维平面器件的集成，对硅片的图案的双面对准提出了更高的要求，用机器视觉的原理进行穿透式的背面对准为公知技术，由于需要用红外穿透硅片的方式进行背面对准，上述工艺对对准精度的影响更为恶劣。现有技术中揭示了一种采用以参考标记确定对准标记位置的系统，通过探测对准标记与参考标记在探测器上的重叠像的干涉信号的极值确定对准标记的垂向位置通过计算对准标记与参考标记在探测器上的相对位置关系来确定水平向对准位置。这种技术解决了使用自参考干涉仪来确定对准标记位置时结构复杂、装调难度高且实现困难的问题。但是在探测器单元获得对准标记和参考标记的水平向相对位置关系之前，必须先获得对准标记的清晰成像，由于环境的干扰以及日益微小的芯片尺寸，使得硅片上的对准标记很难清晰成像，因此有必要专利技术一种能够解决对准系统容易受环境干扰、且对于硅片上小尺寸的对准标记很难搜索最佳焦面的问题的光路对准系统。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种带自动调焦和参考标记的光路的对准系统，利用参考标记的对比作用使得系统能够快速精准地搜索对准镜头的最佳焦面，同时，提高对准系统对复杂工艺、温度变化等情况的适应能力。为达到上述目的，本专利技术提供一种自动调焦的对准系统，依次包括：光源、波长选择单元、照明镜组、照明调节单元、分束单元、成像物镜组、分光单元、参考标记面及位于参考标记面上的参考标记、硅片以及位于硅片表面的对准标记、运动台，所述分光单元还依次连接成像调节单元、成像镜组、探测器，所述探测器、成像调节单元、照明调节单元、运动台皆与信号处理与控制单元电路连接，所述探测器探测所述对准标记与所述参考标记位置的干涉信息，并发送到所述信号处理及控制单元，所述信号处理单元根据所述干涉信息对所述运动台进行控制。作为优选，所述照明光源为非单色光源。作为优选，所述参考标记横截面为两边有斜边并且在底面设置有凹坑的形状。作为优选，所述对准标记为十字形，所述参考标记的边长小于对准标记十字形中间相交形成的方形的边长。作为优选，所述分光单元与所述参考标记面之间设置快门切断所述参考入射光路。作为优选，照射到所述硅片上的入射光路，与经过所述硅片后反射的测量反射光路的夹角为0°到90°之间。本专利技术还提供一种使用上述自动调焦的对准系统的硅片对准方法，该方法包括以下步骤：步骤1：将所述硅片放置在运动台上；步骤2：,移动运动台，直到视场中出现所述对准标记和所述参考标记；步骤3：移动运动台，将所述对准标记在视场中移到与所述参考标记图形处，直至所述对准标记和所述参考标记的交叠区域的面积大于0；步骤4：打开光源，调控照明调节单元为照明模式，调控成像调节单元为成像模式；步骤5：在探测器中显示出步骤2中产生的所述对准标记与所述参考标记位置的干涉信息，并发送到所述信号处理及控制单元；步骤6：所述信号处理及控制单元通过对步骤5中所述的干涉信息进行处理调控，计算对准标记当前垂向位置偏离成像的最佳焦面z的距离，控制运动台移动到所述对准标记最佳焦面z的位置，此时对准标记清晰成像，自动调焦完成；步骤7：将所述对准标记水平移出所述参考标记的位置，所述信号处理及控制单元根据所述对准标记与所述参考标记的位置关系确定所述对准标记的位置，所述对准标记位置标定完成。作为优选，所述信号处理及控制单元事先在所述参考标记的斜边上标定所述参考标记的最佳焦面位置z0，所述参考标记的最佳焦面位置z0即为所述对准标记最佳焦面z的位置。作为优选，所述信号处理及控制单元根据所述对准标记与所述参考标记的位置关系确定所述对准标记的位置时，通过监测所述参考标记的位置漂移量来对所述对准标记的位置进行相应的位置补偿。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术使用参考标记作对比，采用复色光同时照射所述参考标记与所述硅片上的对准标记，系统先搜索并标定所述参考标记的最佳焦面，则参考标记的最佳焦面即为对准标记的最佳焦面，然后将所述参考标记与所述对准标记上反射的光的干涉条纹形成的干涉包络极值在参考标记区域的位置进行计算，便可确定对准标记与最佳焦面偏离值，然后可以根据该偏离值移动运动台从而带动对准标记移动至最佳焦面，因此实现了系统自动、精准、快速地调焦功能；当系统已搜索到对准标记上的最佳焦面的位置，便可将对准标记移出所述参考标记，然后确定对准标记所在的垂向位置，由于参考标记是属于系统的一部分，在系统所形成的成像视场中的位置固定，因此即使系统受外界影响时所述参考标记产生了位置漂移，也可以通过监测所述参考标记的位置漂移量为每次对准做位置补偿，从而减少了环境对系统对准精确性的影响。综上所述，本专利技术具有自动、精准、快速地调焦来搜索最佳焦面以及降低环境对系统对准精确性影响的特点。附图说明图1为本专利技术实施例一的系统结构示意图；图2为本专利技术实施例一对准系统的硅片对准方法图；图3为本专利技术实施例一中参考标记的截面示意图；图4为本专利技术实施例一中分光干涉光路示意图；图5为本专利技术实施例一中对准标记移到视场参考标记位置的示意图；图6为本专利技术实施例一中对准标记在视场中移出参考标记位置的示意图；图7为本专利技术实施例一中干涉包络λ形成原理示意图；图8为本专利技术实施例一中自动搜索最佳焦面的原理示意图；图9为本专利技术实施例一中参考标记最佳焦面位置示意图；图10为本专利技术实施例二的系统结构示意图；图11为本专利技术实施例三中参考标记截面示意图；图12为本专利技术实施例四中参考标记截面示意图；图13为本专利技术实施例五中参考标记截面示意图；图14为本专利技术实施例六中分光干涉光路示意图；图15为本专利技术实施例七中分光干涉光路示意图。图中：10-光源，20-波长选择单元，30-照明镜组，40-照明调节单元，50-分束单元，601-成像物镜组，602-成像镜组，70-分光单元，80-硅片，801-对准标记，802-运动台，90-参考标记面，901-参考标记，100-成像调节单元，101-第一入射光路，102a-测量入射光路，102b-测量反射光路，103a-参考入射光路，103b-参考反射光路，104-第一反射光路，105-第二反射光路，110-探测器，200-信号处理与控制单元；λ-干涉包络，z-对准标记最佳焦面，z0-参考标记最佳焦面。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。实施例一图1为本专利技术所提供的自动调焦对准系统的结构示意图，如图中所示，所述的自动调焦系统至少包括：光源10，用于提供照明光源；波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动调焦的对准系统，其特征在于，依次包括：光源(10)、波长选择单元(20)、照明镜组(30)、照明调节单元(40)、分束单元(50)、成像物镜组(601)、分光单元(70)、参考标记面(90)及位于参考标记面(90)上的参考标记(901)、硅片(80)以及位于硅片(80)表面的对准标记(801)、运动台(802)，所述分光单元还依次连接成像调节单元(100)、成像镜组(602)、探测器(110)，所述探测器(110)、成像调节单元(100)、照明调节单元(40)、运动台(802)皆与信号处理与控制单元(200)电路连接，所述探测器(110)探测所述对准标记(801)与所述参考标记(901)位置的干涉信息，并发送到所述信号处理及控制单元(200)，所述信号处理单元(200)根据所述干涉信息对所述运动台(802)进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种自动调焦的对准系统，其特征在于，依次包括：光源(10)、波长选择单元(20)、照明镜组(30)、照明调节单元(40)、分束单元(50)、成像物镜组(601)、分光单元(70)、参考标记面(90)及位于参考标记面(90)上的参考标记(901)、硅片(80)以及位于硅片(80)表面的对准标记(801)、运动台(802)，所述分光单元还依次连接成像调节单元(100)、成像镜组(602)、探测器(110)，所述探测器(110)、成像调节单元(100)、照明调节单元(40)、运动台(802)皆与信号处理与控制单元(200)电路连接，所述探测器(110)探测所述对准标记(801)与所述参考标记(901)位置的干涉信息，并发送到所述信号处理及控制单元(200)，所述信号处理单元(200)根据所述干涉信息对所述运动台(802)进行控制。2.如权利要求1所述的自动调焦的对准系统，其特征在于，所述照明光源为非单色光源。3.如权利要求1所述的自动调焦的对准系统，其特征在于，所述参考标记(901)横截面为两边有斜边并且在底面设置有凹坑的形状。4.如权利要求1所述的自动调焦的对准系统，其特征在于，所述对准标记(801)为十字形，所述参考标记(901)的边长小于对准标记(801)十字形中间相交形成的方形的边长。5.如权利要求1所述的自动调焦的对准系统，其特征在于，所述分光单元(70)与所述参考标记面(90)之间设置快门(902)切断所述参考入射光路(103a)。6.如权利要求1所述的自动调焦的对准系统，其特征在于，照射到所述硅片(80)上的入射光路(102a)，与经过所述硅片(80)后反射的测量反射光路(102b)的夹角为0°到90°之间。7.一种使用权利要求1～6中任一项所述的自动调焦的对准系统的硅片对准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：将所述硅片(80)放置在运动台(...

【专利技术属性】
技术研发人员：于大维，
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：上海;31