一种用于光刻设备的对准标记和对准方法技术

一种用于光刻设备的对准标记，该对准标记分布在两个不同的方向上，在每个方向上至少包含两种不同周期的光栅，且每种光栅都有多个；不同周期的光栅在对准标记的每个方向上交替排列；所述不同周期的光栅的±１级衍射光经对准光学系统成像，所成像的周期分别与参考光栅的不同周期的光栅相对应。利用“十”字成像图象处理或者利用扫描拟合信号强度峰值进行位置捕获，利用较大周期光栅相干像与相应参考光栅扫描信号位相信息进行粗对准，利用较小周期光栅与相应参考光栅扫描信号位相信息进行精确对准，从而提高了对准精度，减小了对准标记非对称变形导致的对准位置误差。该对准标记还可被形成于硅片的曝光场之间的互相垂直的划线槽中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路或其他微型器件制造领域的光刻设备，尤其涉及一种用于光 刻设备对准系统的对准标记和对准方法。
技术介绍
目前，光刻设备主要用于集成电路IC或其他微型器件的制造。通过光刻设备，具 有不同掩模图案的多层掩模在精确对准情况下依次曝光成像在涂覆有光刻胶的硅片上。目 前的光刻设备主要分为两类，一类是步进光刻设备，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 拥有相应掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻设备，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，完成硅片曝光。光刻设备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 设备中移走，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。由于光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在硅片中形成多层电路，为 此，光刻设备中要求实现掩模和硅片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对对准精度的要 求将变得更加严格。现有技术有两种对准方案。一种是透过镜头的TTL对准技术，激光照明掩模上的 对准标记通过物镜成像于硅片平面，移动硅片台，使硅片台上的参考标记扫描对准标记所 成的像，同时采样所成像的光强，探测器输出的最大光强位置即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OA 离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于硅片台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；硅片台上参考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，主流光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指照明光束 照射在光栅型对准标记上发生衍射，衍射光携带有关于对准标记结构的全部信息。多级次 衍射光以不同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，采集士 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)在参考面干涉成像，利用 像与相应参考光栅在一定方向扫描，经光电探测器探测和信号处理，确定对准中心位置。一种现有技术的情况(中国专利技术专利CN1506768A，专利技术名称用于光刻系统的对 准系统和方法)，荷兰ASML公司所采用的一种4f系统结构的ATHENA离轴对准系统，该对准 系统在光源部分采用红光、绿光双光源照射；并采用楔块列阵或楔板组来实现对准标记多 级衍射光的重叠和相干成像，并在像面上将成像空间分开；红光和绿光的对准信号通过一 个偏振分束棱镜来分离；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。该对准系统通过探测对准标记的(包括高级次衍射光在内)多级次衍射光以减小 对准标记非对称变形导致的对准位置误差。具体采用楔块列阵或楔板组来实现对准标记 多级衍射光的正、负级次光斑对应重叠、相干成像，同时各级衍射光光束通过楔块列阵或楔 板组的偏折使得对准标记用于X方向对准的光栅各级光栅像在像面沿y方向排列成像；用 于y方向对准的光栅各级光栅像在像面沿χ方向排列成像，避免了对准标记各级光栅像扫 描对应参考光栅时不同周期光栅像同时扫描一个参考光栅的情况，有效解决信号的串扰问 题。但是，使用楔块列阵时，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。另一种现有技术的情况(中国专利技术专利申请200710044152. 1，专利技术名称一种用 于光刻设备的对准系统)，该对准系统采用具有粗细结合的三周期相位光栅，只利用这三 个周期的一级衍射光作为对准信号，可以实现大的捕获范围的同时获得高的对准精度，只 使用各周期的一级衍射光，可以获取较强的信号强度，提高系统信噪比，不需要借助楔板等 调节装置来分开多路高级次衍射分量，简化光路设计和调试难度，但对准系统中对准标记 在硅片和基准板上一字排开分布，降低了光源的利用率，并且这种排列方式在对准扫描中 对准标记各组光栅像扫描对应参考光栅时，不同周期的光栅像同时扫描一个参考光栅的情 况，会引起扫描信号的串扰问题，不利于光刻设备的对准。同时上述两种对准标记在发生硅片非对称变形时会引起对准标记的非对称变形， 从而导致对准位置产生较大的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提高对准精度，减小对准标记非对称变形导致的对准位置误 差。本专利技术采用了下述对准标记和对准方法一种用于光刻设备的对准标记，其特征在于对准标记分布在两个不同的方向上， 在每个方向上至少包含两种不同周期的光栅，且每种光栅都有多个；不同周期的光栅在对 准标记的每个方向上交替排列；所述不同周期的光栅的士 1级衍射光经对准光学系统成 像，所成像的周期分别与参考光栅的不同周期的光栅相对应。其中所述对准标记的两个方向相互垂直，所述对准标记包含两种不同周期的光 栅，这两种周期的光栅在二维对准标记的每个方向上交替排列。其中所述对准标记的两个方向相互垂直，所述对准标记包含多于两种不同周期的 光栅。其中所述对准标记中包含作为制造对准标记基准的“十”字图形，且所述图形可被 用于位置捕获。其中所述对准标记是被形成于硅片的曝光场之间的互相垂直的划线槽中的划线 槽对准标记，每个划线槽中的对准标记都包含交替排列的两种周期的光栅。其中划线槽对准标记中包含交替排列的两种以上的周期的光栅。其中所述参考光栅为振幅型光栅，参考光栅各分支的周期大小与对应对准标记 士 1级衍射光成像周期大小相同。其中参考光栅各分支中光栅长度与对准标记中对应方向上对应光栅的长度相同。其中参考光栅中各分支光栅分布于互相垂直的两条线上，每个光栅的位置根据对 准系统中光束偏折器的偏折大小和对准光学系统参数确定。其中参考光栅各分支光栅的宽度与对应对准标记士 1级衍射光成像宽度相同。其中参考光栅各分支光栅的宽度大于或小于对应对准标记士 1级衍射光成像宽度。一种采用上述对准标记的用于光刻设备的对准方法，包括如下步骤(1)根据对对准标记中“十”字所成的像的图像处理或者对准标记中较大周期光栅 的士 1级衍射光经对准光学系统成像与相应参考光栅扫描得到的信号强度包络进行对准 位置捕获，并获得较大周期光栅成像扫描信号位相信息；(2)根据对准标记中小周期光栅士 1级衍射光经对准光学系统成像与相应参考光 栅扫描得到的信号的位相信息进行位置精密对准。其中先利用二维对准标记中的“十”字图形经对准系统后所成的像进行位置捕获， 再根据对准标记中大周期光栅士 1级衍射光经对准光学系统成像与相应参考光栅扫描得 到的信号的位相信息进行位置二级捕获。其中所有扫描得到的信号都经过软件算法进行信号位相峰值校正，使其在同一对 准位置时所有对准标记中不同周期的光栅所有经过对准光学系统的衍射光成像与相应参 考光栅扫描得到的信号的位相信息一个周期中的峰值在同一位置。其中所有扫描得到的信号都经过增益处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光刻设备的对准标记，其特征在于：该对准标记分布在两个不同的方向上，在每个方向上至少包含两种不同周期的光栅，且每种光栅都有多个；不同周期的光栅在对准标记的每个方向上交替排列；所述不同周期的光栅的±１级衍射光经对准光学系统成像，所成像的周期分别与参考光栅的不同周期的光栅相对应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜聚有，宋海军，徐荣伟，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，上海微高精密机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]