晶圆对准模板图像生成方法技术

本发明专利技术公开了一种用于晶圆对准的晶圆模板图像生成方法，能产生各级晶圆对准所需的高精度的模板图像，该晶圆模板图像生成方法包括：对所选模板区域，获得晶圆设计信息包括各层结构和层结构对应的材料信息，对正入射或接近正入射照明的光学成像系统包括OM系统和TDI系统，将晶圆表面结构划分微分区域，计算晶圆上各微分区域到图像采集单元感光区域中对应的微分像素反射率，用图像采集单元感光区域内微分像素反射率的平均值作为图像采集单元对应像素的原始值，并归一(映射)到像素灰度值数据类型所对应的取值范围，构成模板图像中各像素的灰度值。按照本发明专利技术实现的晶圆模板图像生成方法，能够避免设置Recipe时占用半导体设备工作时间，从而支持脱机产生Recipe,进一步提高半导体设备晶圆对准的可靠性。高半导体设备晶圆对准的可靠性。高半导体设备晶圆对准的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
晶圆对准模板图像生成方法


[0001]本专利技术涉及超大规模集成电路(ULSIC)制造和检测设备，尤其涉及这些设备中涉及对有图形晶圆(Patterned Wafer)的对准(Alignment)所用的模板图像的生成方法。

技术介绍

[0002]大规模集成电路制造和检测设备，简称半导体设备，在晶圆上片后大都需要先进行晶圆对准。如图1所示，上述设备中上片系统均自带晶圆预对准功能，但其精度不高，例如晶圆圆心位置不确定度在～200μm范围,晶圆取向不确定度在
±1°
范围，因此都需在此预对准基础上再进行晶圆对准。由于图像采集系统需兼顾视场(FOV)和分辨率要求，上述设备都需要多级晶圆对准，使晶圆圆心位置和取向从预对准精度，逐步达到制造与检测核心任务所需精度。通常初级晶圆对准始于光学显微成像系统(Optical Microscope，OM)，后级对准可以仍然用OM配多级高倍率物镜，或可用设备本身的核心任务部件，例如光学缺陷检测设备中的延时积分(Time Delayed Integration,TDI)系统，在诸多亮场(Bright Filed)缺陷检测设备中都用到。目前业内晶圆对准主流方法仍是模板匹配，且各级对准模板图像均为设备实际采集的图像。
[0003]半导体设备工作包括创建工作菜单(Recipe)和执行Recipe两部分。参考图2，在创建晶圆对准Recipe时，通常选择模板图像201中的模板202，模板202在模板图像中具有唯一性，且亮度、对比度都须达到既定要求，然后到目标图像203中进行模板匹配，搜寻获最佳匹配位置204。模板匹配算法常用图像相似度算法，例如互相关(Normalized Cross Correlation，NCC)和基于特征的模板匹配，然后在最佳匹配位置(整数像素)附近插值获得亚像素精度的匹配位置。用沿同一行(列)多个Die位置匹配结果，如图3中所示的311，312，313，314，315，316，取其中匹配成功的点拟合直线，获得晶圆取向318，同样方法，直至完成最后一级晶圆对准。
[0004]半导体设备工作时，晶圆上片后先执行晶圆对准Recipe，其过程和创建Recipe时相同，采用Recipe中保存的各级模板，到Recipe中保存的各级目标图像的匹配位置，例如图3中的311至316点附近采集图像进行晶圆对准获得晶圆取向，直至完成最后一级。
[0005]上述业内采用对准方法涉及在线对准，但当前业内趋势是尽可能脱机产生Recipe，为了1)避免设置Recipe时占用半导体设备工作时间，2)规范和方便Recipe的统一设置以支持目前业内“Copy Exactly”理念，而现有技术中常用的设置Recipe时对设备最依赖的就是晶圆对准Recipe,需要到设备上从晶圆上采集置模板图像。而如能脱机产生晶圆对准模板，则意义非凡，不仅能免去占用半导体设备宝贵的机时，也能制定统一的模板，其意义也十分重要，能减少人为误差且能支持“Copy Exactly”。
[0006]基于上述目的业内少数厂商开始尝试一些新的方法产生晶圆对准模板图像，例如尝试采用集成电路设计合成光学图像的模板，但限于当晶圆最表面仅存在简单几何形状的设计部分，或从实际图像中事先人工提取少数几何图形作为模板，能满足这样使用条件的情况极少，且应用中也存在如下的技术问题：
[0007]几何图形的模拟并未考虑设备视觉系统的光学效应，包括初级对准OM图像和TDI图像的晶圆对准的模板的合成，在大部分情况下合成图像和实际图像偏差极大甚至大相径庭，特别是当晶圆上有多膜层(透明或半透明)叠加或设计较复杂时,绝大部分情况下都不能用，除非晶圆表面结构极为简单，只有一、二层，问题可简化为二维的。
[0008]另外一种情况是从实际采集的晶圆光学图像中人工选择构造简单的几何图形作为模板(例如目前商用图像处理软件)，但能用的地方罕见，特别是初级晶圆对准因为其视场区域(Field of View，FOV)较大，其图像中包含很多线路，且纵向可包括多层结构，远非简单的几何图形可以代表的。另外人工选择几何图形过程许多部分需要手工处理，繁琐耗时且极容易出错。
[0009]总之迄今尚无一个实际可行的办法能从集成电路设计产生晶圆对准用的模板图像。
[0010]再者从“Copy Exactly”理念的角度考虑，上述技术方案所选择的几何图形并没有兼顾标准信息和实际应用中多级对准有效性问题，忽视了对晶圆设计文件中的标准信息利用，缺少对晶圆对准中潜在问题的防范或排查。由于后级对准涉及到的FOV小，使得模板的唯一性，X，Y方向特征含量较易出现问题而影响晶圆对准，如何利用设计中信息，尽早在问题的源头上予以防患也是目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0011]为解决上述现有技术中的问题，本专利技术提出了一种用于晶圆对准的晶圆模板图像生成方法，可以解决上述问题，实现晶圆模板图像的脱机生成方法，并且提高了半导体设备应用上述模板图像时的对准可靠性。
[0012]为实现上述目的，按照本专利技术，提出了一种用于晶圆对准的模板图像生成方法，其特征在于，包括：
[0013]获取晶圆选定模板区域的层结构信息和对应的层结构材料信息；
[0014]将所述选定模板区域划分为多个微分区域，每个所述微分区域一一对应于成像系统中的图像采集单元的微分感光区域；
[0015]基于所述层结构信息及所述层结构材料信息，计算所述成像系统中的照明光源经每个所述微分区域反射后到达相应的所述微分感光区域的反射率；
[0016]基于所述微分区域的反射率，获取所述图像采集单元的像素的原始像素值，所述图像采集单元的每个像素包含多个所述微分感光区域并与多个所述微分区域相对应；
[0017]将所述图像采集单元的像素的原始像素值映射至晶圆对准设备对应的图像类型像素值，以此生成模板图像。
[0018]进一步地，所述图像采集单元的每个像素的原始像素值为相应像素所对应的多个微分区域的所述反射率的平均值。
[0019]进一步地，所述获取晶圆选定模板区域的层结构信息和对应的层结构材料信息的方法为解析晶圆设计文件；所述层结构信息包括从晶圆基底到表层。
[0020]进一步地，所述成像系统的所述照明光源接近正入射或入射角<15
°
。
[0021]进一步地，还包括对所述模板图像进行消畸变处理，包括平移亚像素并以高精度插值及边角钝化处理。
[0022]本专利技术解决的核心问题在于脱机产生晶圆模板图像，其中利用光学成像手段来模拟计算成像光路信息为本专利技术的关键，而在计算经过微分区域的成像光路信息中，上述区域对应的层结构信息和材料的折射率信息为计算的关键，在计算中，采用解析晶圆设计文件的方法，能够充分利用晶圆的设计信息。
[0023]按照上述步骤生成的中间模板图像用于以其图像信息修正其它方法生成的模板图像。生成的模板图像对应为图像类型像素值，需要对生成后的模板图像进行后处理，以获得更加准确的考虑到了镜头畸变等各类因素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于晶圆对准的模板图像生成方法，其特征在于，包括：获取晶圆选定模板区域的层结构信息和对应的层结构材料信息；将所述选定模板区域划分为多个微分区域，每个所述微分区域一一对应于成像系统中的图像采集单元的微分感光区域；基于所述层结构信息及所述层结构材料信息，计算所述成像系统中的照明光源经每个所述微分区域反射后到达相应的所述微分感光区域的反射率；基于所述微分区域的反射率，获取所述图像采集单元的像素的原始像素值，所述图像采集单元的每个像素包含多个所述微分感光区域并与多个所述微分区域相对应；将所述图像采集单元的像素的原始像素值映射至晶圆对准设备对应的图像类型像素值，以此生成模板图像。2.如权利要求1中所述的用于晶圆对准的模板图像生成方法，其特征在于，所述图像采集单元的每个像素的原始像素值为相应像素所对应的多个微分区域的所述反射率的平均值。3.如权利要求2所述的用于晶圆对准的模板图像生成方法，其特征在于，所述获取晶圆选定模板区域的层结构信息和对应的层结构材料信息的方法为解析晶圆设计文件；所述层结构信息包括从晶圆基底到表层。4.如权利要求3中所述的用于晶圆对准的模板图像生成方法，其特征在于，所述成像系统的所述照明光源接近正入射或入射角<15
°
。5.如权利要求3中所述的用于晶圆对准的模板图像生成方法，其特征在于，还包括对所述模板图像进行消畸变处理，包括平移亚像素并以高精度插值及边角钝化处理。6.如权利要求1-5中任意一项所述的用于晶圆对准的模板图像的生成方法，其特征在于，还包括所述模板图像唯一性的检验，具体包括：步骤一，基于所述选定模板区域，以晶圆对准中位置的最大误差值为搜寻范围建立搜寻区域；步骤二，在所述搜寻区域内采用模板匹...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骊松，张旭，杨康康，黄涛，王岗，
申请(专利权)人：上海精测半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：