一种硅片标记捕获系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种硅片标记捕获系统与方法，所述硅片标记捕获系统包括：光源与照明模块、成像模块、捕获标记、参考光栅、位置采集与运动控制模块、光电探测与信号采集处理模块以及对准操作与管理模块，通过所述捕获标记的成像扫描所述参考光栅获得捕获信号，通过所述捕获信号的相位信息和幅值信息确定所述捕获标记的位置，以实现上片后标记对准位置的大范围捕获，确保在上片预对准误差超出硅片对准系统的捕获范围的情况下，能够准确、迅速地实现标记对准位置的捕获，从而提高生产效率，且所述硅片标记捕获系统的各模块与所述硅片对准系统共用，节省安装空间，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路或其它微型器件制造领域，特别涉及一种硅片标记捕 获系统与方法。
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，在曝光前，其余层次的光刻都要将该 层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，以保证两层图形之间的正确相对位置，即套刻。套刻误差通常只允许在光刻分辨力的1/3范围之内。影 响套刻精度的因素众多，包括工件台的定位精度、位置测量系统的测量误差、 掩模与硅片的对准误差、机器的安装误差等，其中硅片不同工艺层之间的对准精度也是重要的影响因素之一。由于硅片在光刻设备上完成一层图形曝光之后， 需要下片进行烘焙、显影等后续半导体工艺的处理，然后再重新上片到光刻设 备，进行下一层图形的光刻。在进行该层图形光刻之前，首选需要通过对准系 统，建立本层标记和上一层标记之间的位置坐标关系，才能保证两图形之间准 确的套刻关系。实际生产中，为了避免层与层之间标记对准的误差传递，常采 用零层标记作为基准标记。各层标记与零层标记进行对准，即建立各层标记与 零层标记之间的位置坐标关系。层与层之间的对准误差一般只允许为套刻误差的1/3左右，甚至更小。对于 100nm工艺节点的光刻设备而言，套刻误差要求不超过33nm，而层与层之间的 对准误差要求可达7nm左右。显然，硅片不同层之间的对准精度和对准分辨率 要求非常高，对准测量范围即捕获范围就难以做到很大。为此，在进行硅片精 对准之前，需要首先进行硅片预对准，以保证上片后的标记对准位置能够在对 准系统的测量范围之内，即在对准系统的捕获范围之内，能够获得标记的对准 位置。 一般而言，硅片预对准依次由机械预对准和光学预对准两步操作组成。机械预对准是通过硅片的外形进行对准，即通过外圆和切边进行对准，测量采 用机械定位法或光电二极管、四象限探测器、CCD等光电定位法。光学预对准 是通过硅片上的对准标记进行对准，测量采用光电定位方法。光学预对准完成 后，确保硅片标记对准位置进入硅片对准的测量范围之内。中国专利CN03164859.2 、 200710044152.1、 200710044153.6 、 200710045495 .X 以及美国专利US6297876、 US6864956等公布了一类光4册式石圭片对准方法，该 类方法采用两个存在纟敬小周期差的光栅的相位信号进行标记的捕获，两个信号 之间的最大公约数即为捕获范围，具体请参考图1，图中所示8微米信号为8微 米线宽光栅的正弦周期信号，其周期为8微米，图中所示8.8微米信号为8.8微 米线宽光栅的正弦周期信号，其周期为8.8微米，在88微米内，两个正弦周期 信号存在唯一的峰值重合点。当机械预对准或光学预对准后的标记位置位于实 际对准位置(峰值重合点)的土44微米之内，即位于捕获范围之内，光栅式硅片 对准方法就能准确地捕获到该标记对准位置。如果超出了捕获范围之外，获得 的对准位置可能就是88微米后的峰值重合点，即错误的对准位置，因此无法准 确捕获到标记对准位置。对于光栅式硅片对准方法，其捕获范围的大小与光栅标记的周期直接相关， 一个可选择的方法是通过扩大光栅标记的周期来扩大捕获范围。然而，光栅标 记的周期的大小又决定着硅片对准的最小分辨率，即与精对准的精度直接相关。 直接扩大光栅标记的周期，将降低对准最小分辨率，增大对准误差。此外，光 栅标记周期的增大也将导致标记对硅片工艺的适应性下降，例如CMP、金属沉 积等工艺会使得标记发生更大的非对称变形，进而影响对准精度。另外一个可 选择的方法就是提高硅片预对准的精度，确保硅片预对准后，硅片的标记对准 位置能够在捕获范围之内，但是，对于机械预对准，很难达到更高的上片精度， 以满足光栅式硅片对准方法的要求，而对于光学预对准，需要一整套的预对准 系统，不但提高了成本，而且需要占用光刻设备宝贵的安装设计空间。具体请参考图2，并结合图1,光栅式硅片对准系统包括光源与照明模块 1、成像模块、位置采集与运动控制模块、光电探测与信号釆集处理模块以及对 准操作与管理模块14。其中，成像模块包括前组透镜3、后组透镜7以及光阑6， 位置采集与运动控制模块包括位置数据采集单元12以及运动控制单元13，光电7探测与信号采集处理模块包括光电探测器9以及信号采集与处理单元10。 硅片5位于硅片台4上，光源与照明模块1的照明光束通过半透半反射镜2和 前组透镜3照射到硅片5的对准标记上，携带对准标记结构信息的衍射光束通 过前组透镜3，并由光阑6滤除不需要级次的衍射光后，通过后组透镜7相干成 像到参考光栅8上，并由放置于参考光栅8后的光电探测器9将光学信号转换 电信号。信号采集与处理单元IO对获得的电信号进行采集与处理，并将处理后 的对准信号传送到对准操作与管理模块14中，位置数据采集单元12用于采集 运动台11的位置信息，并将位置数据实时地提供给对准才乘作与管理模块14和 运动控制单元13,运动控制单元13用于控制运动台11实现X向或Y向的直线 往复运动和高精度的定位，对准操作与管理模块14根据获得的对准光强信号和 位置数据，计算得到硅片5的标记对准位置，即硅片5的对准标记的位置坐标。 但是，在上述对准过程中，为了确保获得标记对准位置是唯一的，对准扫描长 度通常设定为略大于1个捕获范围，如捕获范围为88微米对准系统，扫描长度 为100微米左右。由于光栅式硅片对准系统的标记对准位置的捕获是基于两个 不同周期信号的峰值重合点，故要求上片预对准误差必须在捕获范围之内，否 则将无法获得正确的标记对准位置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于光刻设备的硅片标记捕获系统与方法，可 实现上片后标记对准位置的大范围捕获，以解决上片预对准误差超出硅片对准 系统的捕获范围的情况下，无法准确捕获到标记对准位置的问题。为了实现上述的目的，本专利技术提供一种用于光刻设备的硅片标记捕获系统， 用于实现光刻设备的标记对准位置捕获，所述硅片标记捕获系统包括光源与 照明模块、成像模块、捕获标记、参考光栅、位置采集与运动控制模块、光电 探测与信号釆集处理模块以及对准操作与管理模块；其中，所述捕获标记设置 于硅片上，所述光源与照明模块提供照明光束照射到所述捕获标记上，形成携 带所述捕获标记信息的衍射光，所述衍射光通过所述成像模块成像；所述位置 采集与运动控制模块釆集承载所述硅片的运动台的位置信息，将所述位置信息 提供给所述对准操作与管理模块，以控制所述运动台的运动，所述运动台的运动使得所述捕获标记的成像扫描所述参考光栅并产生光学信号；所述光电探测 与信号采集处理模块采集并处理所述光学信号，产生捕获信号，并将所述捕获 信号传输至所述对准操作与管理模块，所述捕获信号包括第一捕获信号与第二 捕获信号；所述对准操作与管理模块通过所述第一捕获信号的相位信息与幅值 信息和第二捕获信号的相位信息与幅值信息确定所述捕获标记的位置。进一步的，所迷相位信息为所述捕获信号的谐波相位信息，所述幅值信息 为所述捕获信号的幅值包络线信息。进一步的，所述对准操作与管理模块通过所述相位信息和所述幅值信息获 取所迷捕获信号的峰值重合点以及所述捕获信号的极值点，并通过所述捕获信 号的峰值重合点以及所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅片标记捕获系统，用于实现光刻设备的标记对准位置捕获，其特征在于，所述硅片标记捕获系统包括：光源与照明模块、成像模块、捕获标记、参考光栅、位置采集与运动控制模块、光电探测与信号采集处理模块以及对准操作与管理模块；　其中，所述捕获标记设置于硅片上，所述光源与照明模块提供照明光束照射到所述捕获标记上，形成携带所述捕获标记信息的衍射光，所述衍射光通过所述成像模块成像；所述位置采集与运动控制模块采集承载所述硅片的运动台的位置信息，将所述位置信息提供给所述对准操作与管理模块，以控制所述运动台的运动，所述运动台的运动使得所述捕获标记的成像扫描所述参考光栅并产生光学信号；所述光电探测与信号采集处理模块采集并处理所述光学信号，产生捕获信号，并将所述捕获信号传输至所述对准操作与管理模块，所述捕获信号包括第一捕获信号与第二捕获信号，所述对准操作与管理模块通过所述第一捕获信号的相位信息与幅值信息和所述第二捕获信号的相位信息与幅值信息确定所述捕获标记的位置。

【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，韦学志，宋海军，
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]