[发明专利]用于光刻设备的对准系统、对准方法及增强型对准标记

说明书

技术领域

本发明与集成电路或其它微型器件制造领域的光刻装置有关，特别涉及一种用于光刻设备的对准系统、对准方法及增强型对准标记。

背景技术

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，以保证两层图形之间的正确相对位置，即套刻的精度。套刻精度是投影光刻机的关键技术指标之一。影响套刻精度的因素众多，其中掩膜与硅片之间的对准精度是其中一个重要的影响因素。

早期的光刻对准系统采用的是掩模-硅片直接对准的方式，由于对准光源需经过投影物镜，这就要求投影物镜要同时考虑曝光光源和对准光源的透过率。当曝光光源采用深紫外光源(波长193nm或248nm)以提高光刻分辩力时，即使投影物镜只镀深紫外单峰增透膜已经非常困难了，几乎没有可能再保证对准光源的透过率。因此，深紫外光刻对准系统通常采用掩模对准加硅片对准的间接对准方式。具体而言，通过在工件台基准板上设置对准标记，采用曝光光源作为对准光源，实现掩模对准标记与基准板标记之间的对准；同时采用专用对准光源，实现硅片标记与基准板标记之间的对准；从而间接地建立硅片标记与掩模标记之间的位置坐标关系，即实现了掩模硅片的对准。

硅片对准系统通常采用激光分布对准方式(Laser Step Alignment，LSA)、场像对准方式(Field Image Alignment，FIA)和激光干涉对准方式(LaserInterferometric Alignment，LIA)。场像对准方式使用宽带光源，通过探测对准标记和参考标记的明场图像，由图像处理的方法得到对准标记的边缘位置，从而得到对准标记相对于参考标记的位置，该硅片对准系统包括一个照明光源、一个传导光纤，光源采用卤素灯照明或者其它宽带照明系统；照明光束从反射镜1上方入射，经过透镜1、反射镜2、透镜2和反射镜3垂直入射到硅片对准标记记上，从对准标记反射的光束经过透镜2和透镜3组成的双远心成像系统成像；像面位置为参考标记平面，参考标记平面是由刻有不透光的参考标记的透明介质构成，这些标记由一些相互垂直的横线和竖线组成，分别用于X和Y方向的对准。参考标记的位置以基准标记作为参考。经参考标记平面透过的光束包含了对准标记和参考标记的信息，标记和参考标记再经成像透镜3同时成像在用于X方向信号探测的CCD相机1和用于Y方向信号探测的CCD相机2上。两个CCD相机线性扫描输出X和Y方向的视频信号，输入到对准信号处理单元。信号处理单元根据获得信号强度(或图像灰度)曲线，求解出标记所成像的中心X_c(或Y_c)，并通过参考标记所成像的X_1和X_r(或Y_l和Y_r)与基准板建立坐标关系，实现硅片与基准板之间的对准。

进一步地，美国专利US 6876946公布了一种基于场像对准方式的硅片对准系统，该对准系统采用图1所示的对准装置，根据获得的标记图像信号确定标记中心，并通过参考标记图像信号，建立硅片标记与基准板标记之间的位置关系。此外，美国专利US 7038777、US 712670也采用了类似的装置和方法实现硅片对准。本质上，这些发明中确定对准位置的方法是利用标记所成像的灰度或信号强度曲线，通过获取曲线的中心位置或曲线上某个特定位置确定标记的位置坐标，而并不关心标记结构关系和相位关系。当需要提高对准的分辨率时，就通过缩小标记线宽或提高成像系统的放大倍率来实现。然而，通过缩小标记线宽或提高成像系统的放大倍率将带来一些问题，如受限于图像传感器的分辨率和标记制造加工能力，标记的线条不可能无限制的缩小，另外标记的线宽越小越易受半导体工艺影响而变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光刻设备的对准系统和对准方法，以提高对准分辨率和对准精度。

本发明的另一目的在于提供了两种类型的增强型对准标记，该增强型标记可以提高特定级次的信号强度，从而提高该级次对准信号的信噪比，降低对准的误差。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于光刻设备的对准系统，包括：光源模块、对准标记、照明与成像单元、图像采集单元、图像处理单元、对准操作单元和位置采集与运动控制单元。所述对准标记由线宽和槽宽相等的刻蚀线条组成。所述图像处理单元将对标记成像进行傅立叶变换，并提取出不同频率级次的对准信号。所述对准操作单元利用原始信号或获得的某一特定级次的对准信号确定粗对准位置，利用获得的比所述特定级次更高级次的对准信号确定精对准位置。