專利名稱：用于光刻設備的對準信號采集系統與對準方法
技術領域：
本發明涉及集成電路或其它微型器件制造領域的光刻裝置，尤其涉及一種用于光 刻設備的對準信號采集系統與對準方法。
背景技術：
在半導體IC集成電路制造過程中，一個完整的芯片通常需要經過多次光刻曝光 才能制作完成。除了第一次光刻外，其余層次的光刻在曝光前都要將該層次的圖形與以前 層次曝光留下的圖形進行精確定位，這樣才能保證每一層圖形之間有正確的相對位置，即 套刻精度。通常情況下，套刻精度為光刻機分辨率指標的1/3 1/5，對于100納米的光刻 機而言，套刻精度指標要求小于35nm。套刻精度是投影光刻機的主要技術指標之一，而掩模 與硅片之間的對準精度是影響套刻精度的關鍵因素。當特征尺寸CD要求更小時，對套刻精 度的要求以及由此產生的對準精度的要求變得更加嚴格，如90nm的CD尺寸要求IOnm或更 小的對準精度。掩模與硅片之間的對準可采用掩模對準+硅片對準的方式，即以工件臺基準板標 記為橋梁，建立掩模標記和硅片標記之間的位置關系。對準的基本過程為首先通過掩模對 準系統，實現掩模標記與工件臺基準板標記之間的對準，然后利用硅片對準系統，完成硅片 標記與工件臺基準板標記之間的對準，進而間接實現硅片標記與掩模標記之間對準。中國專利20091004M15給出了一種用于光刻裝置的掩模對準系統。當在投影物 鏡焦面做水平方向對準掃描時，可采集到圖1所示的對準信號，圖中橫軸為x(或Y)位置采 樣，豎軸為光強采樣。圖1中信號的頂點即為對準位置。為求得該對準位置，首先對采樣數 據對進行過濾處理，保留光強大于閾值的采樣數據，并采用拋物線模型進行擬合處理，擬合 后的拋物線的頂點即為求得的對準位置。但是，由于對準信號并非理想拋物線形式，拋物線 模型與對準信號之間存在模型不匹配問題，導致擬合精度較低，影響對準精度。圖2分別給 出了閾值系數為0. 25和0. 6時擬合結果，采樣點與拋物線曲線之間的擬合誤差(絕對值) 比較大。從圖中可看出，適當地增大閾值，能夠提高擬合精度，但也意味著更多的有用信息 被拋棄，系統的抗噪性將變差。
發明內容
本發明的目的在于提供具有高擬合精度的處理方法，從而提高對準精度。本發明 采用了下述對準信號采集系統和對準方法。一種用于光刻設備的對準信號采集系統，用以實現工件臺相對于掩模臺位置的確 定，包括照明單元，用于提供紫外波長的激光脈沖；掩模臺；掩模臺位置測量單元；掩模臺控制單元，用于控制掩模臺移動，并根據掩模臺位置 測量單元所獲得的掩模臺位置數據將掩模標記定位到特定位置；
投影物鏡，用于對掩模標記進行成像；工件臺；工件臺位置測量單元；工件臺控制單元，用于控制工件臺移動，并根據工件臺位置 測量單元所獲得的工件臺的位置數據將工件臺標記定位到特定位置，并根據對準掃描參數 進行水平運動；光強采集單元，用于采集掩模標記的像掃描過工件臺標記時透過的光強信號；對準操作單元，用于控制對準掃描參數的下發、光強和位置的同步采樣，實現由光 強-位置采樣對組成的對準信號的擬合處理和對準位置計算，其中采用高斯函數作為對準 信號擬合模型，該函數為rιicx'_5] I⑷=Ae 丁其中，Xi為光強-位置采樣對中的位置數據，I (Xi)為光強-位置采樣對中對應位 置Xi的光強數據，a、b、c和A為模型待定參數。其中，所述照明單元包括激光器和控制組件，所述激光器產生激光脈沖，所述控制 組件控制脈沖頻率。其中，所述光強采集單元包括集成傳感器和光強采集板。其中，所述集成傳感器受到紫外波長的激光脈沖激發后產生可見波長段的熒光。其中，所述集成傳感器包括光電探測器和放大環節，所述熒光經光電探測器轉化 為電信號，并經所述放大環節對信號進行放大。其中，所述光強采集板根據所述對準操作單元的時序控制，采集所述集成傳感器 探測到的光強數據。一種利用前述對準信號采集系統的對準方法，包括對準操作單元下發對準掃描參數；根據下發的掃描參數，掩模臺運動單元控制掩模臺移動，并根據掩模臺位置測量 單元實時提供的掩模臺位置數據，將掩模標記定位到掃描參數指定的位置；同時，工件臺控 制單元控制工件臺移動，并根據工件臺位置測量單元實時提供的工件臺位置數據，將工件 臺上的標記，定位到掃描參數指定的位置；在對準操作單元控制下，照明單元以發射激光脈沖，工件臺同步運動，使得掩模標 記通過投影物鏡所成的像勻速掃描過工件臺標記；在對準操作單元時序控制下，光強采樣單元采集掩模標記的像掃描過工件臺標記 時透過的光強信號；在對準操作單元時序控制下，工件臺位置測量單元采集對應每一光強 采樣時刻的工件臺位置數據；采集到的光強-位置采樣對被傳輸到對準操作單元中；對準操作單元對獲得的光強-位置采樣對進行閾值處理，僅保留光強-位置采樣 對中光強大于amaX(I(Xi))的采樣數據，α為閾值系數，max (I (Xi))為光強-位置采樣對 中光強的最大值；對準操作單元對閾值處理后的光強-位置采樣對進行擬合處理，求解模型的待定 參數，進而獲得對準位置，其中，采用高斯函數模型進行擬合/(Xi) = Ae'^2式中，Xi為光強-位置采樣對中的位置數據，I (Xi)為光強-位置采樣對中對應位置Xi的光強數據，a、b、c和A為模型待定參數。所述對準位置由擬合獲得的模型參數確定，即Xahgnment = a/c式中，Xahanmmt為對準位置，a、c為擬合處理后獲得的模型參數。本發明的掩模對準信號處理系統首先對掩模對準掃描時采集到的掩模對準信號 進行處理，濾除光強小于特定值的數據對，然后對處理后的數據進行高斯函數擬合，獲得模 型參數的解，進而可求出對準位置。由于高斯函數更能逼近信號的真實情況，故可獲得更高 的擬合精度，從而可提高對準精度。
通過本發明實施例并結合其附圖的描述，可以進一步理解其發明的目的、具體結 構特征和優點。其中，附圖為圖1所示為對準信號示意圖；圖2所示為采用拋物線模型進行擬合的結果；圖3所示為根據本發明的實施例的掩模對準系統信號處理系統示意圖；圖4所示為根據本發明實施例的采用高斯函數模型擬合結果；圖5所示為在閾值為0. 25時，采用拋物線模型和高斯模型進行擬合的對準精度對 比圖；圖6所示為在閾值為0. 6時，采用拋物線模型和高斯模型進行擬合的對準精度對 比圖。
具體實施例方式下面，結合附圖詳細描述根據本發明的優選實施例。為了便于描述和突出顯示本 發明，附圖中省略了現有技術中已有的相關部件，并將省略對這些公知部件的描述。圖3所示為用于光刻設備的對準信號采集系統。該對準信號采集系統包括照 明單元1，用于提供紫外波長的激光脈沖；掩模臺4，用于放置掩模3 ；掩模臺位置測量單元 11，用于實時測量和采集掩模臺的位置數據；掩模臺控制單元12，用于控制掩模臺4移動， 并根據掩模臺位置測量單元11實時提供的掩模臺位置數據將掩模3上的掩模標記2定位 到掃描參數指定的位置；投影物鏡5，用于對掩模標記2進行成像；工件臺8，用于支撐工件 7和安裝工件臺標記6 ；工件臺位置測量單元13，用于實時測量和采集工件臺的位置數據； 工件臺控制單元14，用于控制工件臺8移動，并根據工件臺位置測量單元13實時提供的工 件臺位置數據，將工件臺8上的工件臺標記6定位到掃描參數指定的位置，同時根據對準掃 描參數進行勻速水平運動；光強采集單元，用于采集掩模標記的像掃描過工件臺標記時透 過的光強信號；對準操作單元15，用于控制掃描參數的下發、光強和位置的同步采樣，實現 對準信號擬合處理和對準位置計算。所述的照明單元包括激光器和控制組件。激光器產生激光脈沖，控制組件控制脈 沖頻率。所述的掩模臺位置測量單元11包括X向和Y向激光干涉儀，分別測量掩模臺X向 和Y向的位置。工件臺位置測量單元13包括X向、Y向和Z向激光干涉儀，分別用于測量 工件臺χ向、Y向和ζ向的位置。所述的光強采集單元包括集成傳感器9和光強采集板10。集成傳感器9受到紫外波長的激光脈沖激發后產生可見波長段的熒光，并被集成傳感器9 內的光電探測器探測并生成相應的電信號。探測后生成的電信號經集成傳感器內的放大環 節進行放大。在對掩模3進行對準時，對準操作單元15下發對準掃描參數。掩模臺4被移動到 指定的位置，使得掩模標記2能夠通過投影物鏡5被成像到工件臺上方；工件臺8被移動到 指定位置，使得工件臺標記6位于掩模標記2通過投影物鏡5所成的像位置。照明單元1開 始以固定的頻率發射激光脈沖，工件臺4開始勻速運動，使得掩模標記2通過投影物鏡所成 的像掃描過工件臺標記6。位于工件臺標記6下方的集成傳感器9接收掃描過程中透過工 件臺標記的紫外光，將紫外光轉換為可探測的熒光，并轉換為電信號，經放大后輸出。光強 采集板10和工件臺位置測量單元13按照同一時序采集掃描過程中的光強和工件臺位置數 據，生成光強-位置采樣對，并傳輸給對準操作單元15，這些采樣對組成了對準信號。對準 操作單元15對接收到的光強-位置采樣對進行處理，濾除光強小于給定閾值的采樣數據， 并對處理后的采用數據進行模型擬合，求取對準位置。在對準操作單元中，光強濾除的閾值設定為amaX(I(Xi))，這里α為閾值系數，可 根據采樣數據量設定為0. 25、0.6或其它值，maX(I(Xi))為采樣數據中最大的光強值。擬合 模型采用高斯函數，即
權利要求
1.一種用于光刻設備的對準信號采集系統，用以實現工件臺相對于掩模臺位置的確 定，包括照明單元，用于提供紫外波長的激光脈沖； 掩模臺；掩模臺位置測量單元；掩模臺控制單元，用于控制掩模臺移動，并根據掩模臺位置測量單元所獲得的掩模臺 位置數據將掩模標記定位到特定位置； 投影物鏡，用于對掩模標記進行成像； 工件臺；工件臺位置測量單元；工件臺控制單元，用于控制工件臺移動，并根據工件臺位置測量單元所獲得的工件臺 的位置數據將工件臺標記定位到特定位置，并根據對準掃描參數進行水平運動；光強采集單元，用于采集掩模標記的像掃描過工件臺標記時透過的光強信號；以及 對準操作單元，用于控制對準掃描參數的下發、光強和位置的同步采樣，實現由光 強-位置采樣對組成的對準信號的擬合處理和對準位置計算，其特征在于采用高斯函數作 為對準信號擬合模型，該函數為IcxI(Xl) = Ae "其中，Xi為光強-位置采樣對中的位置數據，I (Xi)為光強-位置采樣對中對應位置Xi 的光強數據，a、b、c和A為模型待定參數。
2.根據權利要求1所述的對準信號采集系統，其特征在于，所述照明單元包括激光器 和控制組件，所述激光器產生激光脈沖，所述控制組件控制脈沖頻率。
3.根據權利要求1所述的對準信號采集系統，其特征在于所述光強采集單元包括集成 傳感器和光強采集板。
4.根據權利要求3所述的對準信號采集系統，其特征在于所述集成傳感器受到紫外波 長的激光脈沖激發后產生可見波長段的熒光。
5.根據權利要求4所述的對準信號采集系統，其特征在于所述集成傳感器包括光電探 測器和放大環節，所述熒光經光電探測器轉化為電信號，并經所述放大環節對信號進行放 大。
6.根據權利要求3所述的對準信號采集系統，其特征在于所述光強采集板根據所述對 準操作單元的時序控制，采集所述集成傳感器探測到的光強數據。
7.一種利用如權利要求1 6所述的對準信號采集系統的對準方法，包括 對準操作單元下發對準掃描參數；根據下發的掃描參數，掩模臺運動單元控制掩模臺移動，并根據掩模臺位置測量單元 實時提供的掩模臺位置數據，將掩模標記定位到掃描參數指定的位置；同時，工件臺控制單 元控制工件臺移動，并根據工件臺位置測量單元實時提供的工件臺位置數據，將工件臺上 的標記，定位到掃描參數指定的位置；在對準操作單元控制下，照明單元以發射激光脈沖，工件臺同步運動，使得掩模標記通 過投影物鏡所成的像勻速掃描過工件臺標記；在對準操作單元時序控制下，光強采樣單元采集掩模標記的像掃描過工件臺標記時透 過的光強信號；在對準操作單元時序控制下，工件臺位置測量單元采集對應每一光強采樣 時刻的工件臺位置數據；采集到的光強-位置采樣對被傳輸到對準操作單元中；對準操作單元對獲得的光強-位置采樣對進行閾值處理，僅保留光強-位置采樣對中 光強大于amax(l(xi))的采樣數據，α為閾值系數，max (I (Xi))為光強-位置采樣對中光 強的最大值；對準操作單元對閾值處理后的光強-位置采樣對進行擬合處理，求解模型的待定參 數，進而獲得對準位置，其中，采用高斯函數模型進行擬合(cjfI-") 2I(x,) = Ae h式中，Xi為光強-位置采樣對中的位置數據，I (Xi)為光強-位置采樣對中對應位置Xi 的光強數據，a、b、c和A為模型待定參數。
8.根據權利要求7所述的對準方法，所述對準位置由擬合獲得的模型參數確定，即^-alignment —式中，Xalignmmt為對準位置，a、c為擬合處理后獲得的模型參數。
全文摘要
一種用于光刻設備的對準信號采集系統，具有照明單元，用于提供紫外波長的激光脈沖；掩模臺；掩模臺位置測量單元；掩模臺控制單元，用于控制掩模臺移動；投影物鏡，用于對掩模標記進行成像；工件臺；工件臺位置測量單元；工件臺控制單元，用于控制工件臺移動；光強采集單元，用于采集掩模標記的像掃描過工件臺標記時透過的光強信號；和對準操作單元，用于控制掃描參數的下發、光強和位置的同步采樣，實現由光強-位置采樣對組成的對準信號的擬合處理和對準位置計算。
文檔編號G01N21/64GK102043341SQ20091020161
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月12日 優先權日2009年10月12日
發明者李運峰, 王海江, 胡明輝, 韓悅 申請人:上海微電子裝備有限公司