專利名稱：基于區(qū)域照明的小光斑離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，特別涉及一種基于區(qū)域照明的小光斑離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體IC集成電路制造過程中，一個(gè)完整的芯片通常需要經(jīng)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(jìn)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(jī)分辨率指標(biāo)的1/3 1/5，對于100納米的光刻機(jī)而言，套刻精度指標(biāo)要求小于35nm。套刻精度是投影光刻機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)之一，而掩模與硅片之間的對準(zhǔn)精度是影響套刻精度的關(guān)鍵因素。當(dāng)特征尺寸CD要求更小時(shí)，對套刻精度的要求以及由此產(chǎn)生的對準(zhǔn)精度的要求變得更加嚴(yán)格，如90nm的CD尺寸要求IOnm或更小的對準(zhǔn)精度。掩模與硅片之間的對準(zhǔn)可采用掩模(同軸)對準(zhǔn)+硅片(離軸)對準(zhǔn)的方式，即以工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)臺(tái)基準(zhǔn)板標(biāo)記為橋梁，建立掩模標(biāo)記和硅片標(biāo)記之間的位置關(guān)系。對準(zhǔn)的基本過程為:首先通過掩模對準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)掩模標(biāo)記與運(yùn)動(dòng)臺(tái)基準(zhǔn)板標(biāo)記之間的對準(zhǔn)，然后利用硅片對準(zhǔn)系統(tǒng)，完成硅片標(biāo)記與工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)臺(tái)基準(zhǔn)板標(biāo)記之間的對準(zhǔn)，進(jìn)而間接實(shí)現(xiàn)硅片標(biāo)記與掩模標(biāo)記之間對準(zhǔn)。中國專利CN03164859.2和美國專利US.6，297，876 BI公布了一種硅片(離軸)對準(zhǔn)系統(tǒng)。該對準(zhǔn)系統(tǒng)采用包含兩個(gè)不同線寬子光柵的對準(zhǔn)標(biāo)記(如8.0微米和8.8微米)，通過探測兩個(gè)子光柵的±1級光干涉像透過對應(yīng)參考子光柵的光強(qiáng)信號，確定標(biāo)記的粗對準(zhǔn)位置。同時(shí)，對于8.0微米子光柵的高級光，采用楔板組分離技術(shù)，使得高級次光發(fā)生折轉(zhuǎn)，成像在參考光柵不同的位置，亦即對應(yīng)的參考子光柵上面，如圖1所示。進(jìn)而利用高級光信號，確定標(biāo)記在粗對準(zhǔn)基礎(chǔ)上的精對準(zhǔn)位置。在該技術(shù)方案中，照明光斑是完全覆蓋標(biāo)記的各個(gè)分支的，如圖2所示(通常為700微米左右)。4個(gè)標(biāo)記分支的±1級光無需偏折，就能夠成像在參考光柵中心的各自對應(yīng)的參考子光柵上。然而，照明光斑越大，越容易引入更多的噪聲，影響對準(zhǔn)的重復(fù)精度。如采用小光斑照明技術(shù)(照明光斑直徑為60微米左右，如圖3所示)，對標(biāo)記離焦和傾斜的敏感度可降低5倍，探測動(dòng)態(tài)范圍能提高10倍，標(biāo)記的對準(zhǔn)重復(fù)精度理論可達(dá)1.5nm，如ASML公司65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的光刻機(jī)即采用了該離軸對準(zhǔn)技術(shù)。關(guān)于小光斑對準(zhǔn)系統(tǒng)，可參考文獻(xiàn)《Advances in Phase-Grating-Based Wafer AlignmentSystems)) (Proc.0f SPIE, 2005，Vol.5752:948-960)。采用小光斑照明時(shí)，由于照明光斑不能完全覆蓋所有的標(biāo)記分支，一次對準(zhǔn)只能掃描一個(gè)分支，需要通過多次掃描來實(shí)現(xiàn)標(biāo)記的粗對準(zhǔn)和精對準(zhǔn)。例如，如第一次掃描8.8-x向標(biāo)記分支，獲得8.8-x向的I級光信號；第二次掃描8.0-x向標(biāo)記分支，獲得8.0-的I級和高級光信號；然后利用兩次獲得的I級光信號，獲得到粗對準(zhǔn)位置；進(jìn)而利用8.0-x向高級光信號確定精對準(zhǔn)位置。具體的信號處理原理和對準(zhǔn)位置計(jì)算方法，可參考在先專利 CN200810033263.7、CN200710045495.X、CN200710044153.6、CN200710044152.1、CN200810035115.9、CN200810040234.3、CN200910052799.8、CN200910047030.7、CN200910194853.2,200910055927.4，這里作為在先技術(shù)引入。同樣，當(dāng)采用小光斑照明時(shí)，由于照明光斑不能完全覆蓋所有的標(biāo)記分支，照射任一個(gè)標(biāo)記分支都將成像在參考光柵中心位置(專利CN03164859.2和美國專利US.6，297，876 BI的技術(shù)方案中，照明光軸與成像光軸是重合的，如圖3所示)，即8.0_x_l、
8.0-y-l、8.8-x-l和8.8_y_l都成像在同一個(gè)位置。此時(shí),參考光柵中心位置處的參考子光柵必須兼容上述4種成像。ASML采用了如圖4所示的解決辦法，參考光柵設(shè)計(jì)為菱形，菱形的對角線長為8.4微米，即8.0微米與8.8微米的折中考慮。采用該方法，無論是X方向?qū)?zhǔn)掃描或是Y方向?qū)?zhǔn)掃描，無論是8.0微米或8.8微米的標(biāo)記分支的土 I光干涉成像，該參考子光柵上均可兼容。采用圖4所示的方法，雖然實(shí)現(xiàn)了 4種標(biāo)記分支成像的兼容，但降低了透過參考光柵的信號的對比度(相比條紋狀參考子光柵，參見專利CN03164859.2和美國專利US.6，297，876 BI)。同時(shí)，參考光柵本質(zhì)是對成像進(jìn)行信號調(diào)制，要求參考光柵的周期與投影在其上的標(biāo)記的干涉成像的周期一致，才能保證調(diào)制后獲得良好的對準(zhǔn)信號。采用圖4方案，參考光柵的周期與標(biāo)記所成像的周期顯然是不一致的(8.0標(biāo)記分支土 I成像周期為8.0微米，8.8標(biāo)記分支土 I級光成像周期為8.8微米，而參考光柵為8.4微米)，這將導(dǎo)致信號的變形，影響信號的精度，帶來對準(zhǔn)誤差。在本發(fā)明中，將采用一種新的方案，用于小光斑離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)。該對準(zhǔn)方案采用區(qū)域照明的方法，即照明光束的光軸與成像模塊的光軸不重合，標(biāo)記的不同分支有各自獨(dú)立的照明光軸，從而實(shí)現(xiàn)各標(biāo)記分支的±1級干涉成像到各自對應(yīng)的參考子光柵上，而不是均成像在參考光柵的中心。在本發(fā)明中，“照明光束的光軸”是指對準(zhǔn)掃描時(shí)的照明光斑中心。照明光束的光軸與成像光軸的不重合，從而使得所照區(qū)域的標(biāo)記成像不在參考光柵中心，而成像在對應(yīng)的參考子光柵上。在本發(fā)明中，所用的術(shù)語“對應(yīng)參考子光柵”或“對應(yīng)的參考子光柵”約定為:與被照明標(biāo)記分支所成像的方向、周期均一致的參考子光柵，例如8.8-x的±1級光成像的周期為8.8微米、方向?yàn)閄向，那么它所對應(yīng)的參考子光柵即為R8.8-x-lst.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用于光刻設(shè)備的對準(zhǔn)系統(tǒng)，包括:提供對準(zhǔn)照明光束的光源與照明模塊；對對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行成像的成像模塊；參考光柵；采集透過參考光柵的光強(qiáng)信號并進(jìn)行處理的信號采集處理模塊；設(shè)置于硅片上的對準(zhǔn)標(biāo)記；承載硅片的運(yùn)動(dòng)臺(tái)；采集承載硅片的工件臺(tái)的位置信息，并與對準(zhǔn)操作與管理模塊進(jìn)行同步談判，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)的位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊；和接收信號采集處理模塊和位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊的信號的對準(zhǔn)操作與管理模塊，其中，所述的照明光束的光軸與成像模塊的光軸不在一條直線上。其中，所述的照明光束的尺寸小于對準(zhǔn)標(biāo)記分支的尺寸。其中，所述的照明光束為一束或多束。其中，所述的照明模塊包括光束調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)整光束的大小和光束的數(shù)量。其中，所述的光束調(diào)節(jié)裝置位于準(zhǔn)直透鏡與對準(zhǔn)標(biāo)記之間或準(zhǔn)直透鏡之后，準(zhǔn)直透鏡位于成像模塊與對準(zhǔn)標(biāo)記之間。
其中，所述的光束調(diào)節(jié)裝置為空間光調(diào)制器或空間濾波器。其中，所述準(zhǔn)直透鏡為成像模塊的前組透鏡。其中，照明光束的光軸與成像模塊的光軸之間的距離等于對應(yīng)參考子光柵中心到參考光柵中心的距離。本發(fā)明給出了一種新的小光斑離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)，該對準(zhǔn)方案采用區(qū)域照明的技術(shù)思路，通過光束調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)各標(biāo)記分支采用獨(dú)立照明光斑，該照明光斑的中心與成像模塊的光軸不重合，從而實(shí)現(xiàn)各標(biāo)記分支± I級干涉成像在不同的位置，即各自對應(yīng)的參考子光柵上。


關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的對準(zhǔn)方案結(jié)構(gòu) 圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)所用的照明光斑；
圖3所示為采用小光斑技術(shù)時(shí)的照明光斑；
圖4所示為針對小光斑照明，現(xiàn)有技術(shù)采用的解決方案；
圖5本發(fā)明所用的對準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的小光斑離軸對準(zhǔn)的照明示意 圖7所示為照明光斑對比 圖8所示為雙光斑偏軸對準(zhǔn)照明示意 圖9所示為四光斑偏軸對準(zhǔn)照明示意 圖10所示為光束調(diào)節(jié)裝置位置I示意 圖11所示為光束調(diào)節(jié)裝置位置2示意 圖12所示為空間濾波器結(jié)構(gòu)示意 圖13所示為空間光調(diào)制器多個(gè)獨(dú)立可尋址像素示意 圖14所示為空間光調(diào)制器計(jì)算機(jī)控制像素示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的對準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該對準(zhǔn)系統(tǒng)包括:光源與照明模塊1、成像模塊2、參考光柵3、信號采集與處理模塊4、對準(zhǔn)標(biāo)記5、運(yùn)動(dòng)臺(tái)7、位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊8以及對準(zhǔn)操作與管理模塊9。其中，對準(zhǔn)標(biāo)記5設(shè)置于硅片6上，光源與照明模塊I提供照明光束照射到對準(zhǔn)標(biāo)記5上，形成攜帶標(biāo)記信息的衍射光，衍射光通過成像模塊成像到參考光柵3的表面上。位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊8采集承載硅片6的運(yùn)動(dòng)臺(tái)7的位置信息，對這些位置信息進(jìn)行處理后，傳輸?shù)綄?zhǔn)操作與管理模塊9，并采用同步控制的方法，與對準(zhǔn)操作與管理模塊9進(jìn)行同步談判，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)7的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)臺(tái)7的運(yùn)動(dòng)使得對準(zhǔn)標(biāo)記5所成的像掃描參考光柵3并產(chǎn)生光強(qiáng)信號。信號采集與處理模塊4采集光強(qiáng)信號，并對這些光強(qiáng)信息進(jìn)行處理后，傳輸?shù)綄?zhǔn)操作與管理模塊9。對準(zhǔn)操作與管理模塊9綜合來自多個(gè)參考光柵的子光柵的光強(qiáng)信號和用以對準(zhǔn)的位置信息，計(jì)算求取硅片6上的對準(zhǔn)標(biāo)記5的對準(zhǔn)位置。圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的小光斑離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。照明光束的光軸a2(簡稱照明光軸，下同)與成像模塊的光軸al (簡稱成像光軸，下同)不在同一條直線上，照明光斑的尺寸小于標(biāo)記分支的尺寸，照明光軸與成像光軸的距離等于對應(yīng)參考子光柵與光柵中心的距離(參考光柵的中心位于成像光軸上)。采用上述方案，能夠保證標(biāo)記分支的±1級干涉成像在對應(yīng)的參考子光柵上。具體地，圖6中對準(zhǔn)照明光束照射在標(biāo)記分支8.0-y上，由于照射光斑的光軸偏離成像模塊的光軸，標(biāo)記分支8.0-y的±1級衍射光將會(huì)偏離參考光柵的中心位置成像在對應(yīng)參考子光柵R8.0-y-lst上(工程實(shí)際中，應(yīng)成像在以成像光軸為中心的180度對稱位置，圖中直接成像在同側(cè)位置，僅為方便圖示，但不影響本發(fā)明的有效性)?？梢孕蜗蟮乩斫鉃閳D7所示的大照明光斑(見專利CN03164859.2和美國專利US.6，297，876 BI所示的大光斑離軸對準(zhǔn)系統(tǒng))，除了 Dl區(qū)域外，其余區(qū)域D的光束全部被遮擋，而Dl區(qū)域照射的標(biāo)記分支8.0-y的±1級光干涉成像在對應(yīng)參考子光柵R8.0-y-lst上。為了提高掃描效率，在做水平向?qū)?zhǔn)掃描時(shí)(如X向掃描)，可以同時(shí)采用雙光束小光斑照明。如圖8所示，兩個(gè)照明光束有各自的照明光軸。此時(shí)，可一次性獲得8.0-1和8.8-1級光信號。該方式即保留了小光斑照明技術(shù)引入噪聲小，對準(zhǔn)精度高的優(yōu)點(diǎn)，又保證了對準(zhǔn)的效率。進(jìn)一步地，對角線掃描時(shí)，可以采用4光斑照明光束，如圖9所示，以獲得
8.0-X-1>8.8—X-1>8.0-y—I 和 8.8—y—I 級光f目號。光束大小和數(shù)量的調(diào)整通過照明模塊內(nèi)的光束調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)。光束調(diào)節(jié)裝置200可位于照明光束的準(zhǔn)直透鏡與標(biāo)記之間(如圖10所示)，也可位于準(zhǔn)直透鏡之后(如圖11所示)。在本發(fā)明中，照明光束的準(zhǔn)直透鏡與成像模塊的前組透鏡共用。光束調(diào)節(jié)裝置200可以采用空間濾波器、空間光調(diào)制器(Spatial LightModulator,簡稱SLM)或其它光學(xué)器件。對于空間濾波器，加工完成后，即變成了固定裝置，調(diào)節(jié)的靈活性有限，如圖12所示?？蓛?yōu)選地采用空間光調(diào)制器，能夠更靈活地控制光束的大小和數(shù)量?？臻g光調(diào)制器，具有質(zhì)量小，功耗低、無機(jī)械惰性等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用在成像顯示、光束分束、激光束整形、相干波前調(diào)制和振幅調(diào)制等領(lǐng)域。電尋址液晶空間光調(diào)制器，利用外電壓改變液晶分子指向達(dá)到控制液晶的雙折射，從而實(shí)現(xiàn)對光波的調(diào)制作用。SLM的典型特征是它包括多個(gè)獨(dú)立可尋址像素，每個(gè)像素由單個(gè)分立元件構(gòu)成，能夠用來調(diào)制入射其上的光波的振幅和相位，如圖13所示。由于SLM可以方便的利用尋址電壓進(jìn)行控制，這使得SLM成為了一種對光波進(jìn)行可編程的控制器件，可以方便實(shí)時(shí)地作為光源濾波器使用。例如，德國Holoeye公司生產(chǎn)的空間光調(diào)制器，透過率可達(dá)70%以上，單個(gè)像元尺寸在10微米以下，已滿足光束調(diào)節(jié)的需要。如圖14所示，計(jì)算機(jī)將優(yōu)化計(jì)算所得的光源調(diào)制信息裝載到SLM的控制單元，該控制單元負(fù)責(zé)將振幅信息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電壓，并尋址加到對應(yīng)的SLM每個(gè)像素S (x，y)上。本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于光刻設(shè)備的對準(zhǔn)系統(tǒng)，包括: 提供對準(zhǔn)照明光束的光源與照明模塊； 對對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行成像的成像模塊； 參考光柵； 采集透過參考光柵的光強(qiáng)信號并進(jìn)行處理的信號采集處理模塊； 設(shè)置于硅片上的對準(zhǔn)標(biāo)記； 承載娃片的運(yùn)動(dòng)臺(tái)； 采集承載硅片的工件臺(tái)的位置信息，并與對準(zhǔn)操作與管理模塊進(jìn)行同步談判，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)的位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊； 和接收信號采集處理模塊和位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊的信號的對準(zhǔn)操作與管理模塊，其特征在于: 所述的照明光束的光軸與成像模塊的光軸不在一條直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的照明光束的尺寸小于對準(zhǔn)標(biāo)記分支的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的照明光束為一束或多束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的照明模塊包括光束調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)整光束的大小和光束的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的光束調(diào)節(jié)裝置位于準(zhǔn)直透鏡與對準(zhǔn)標(biāo)記之間或準(zhǔn)直透鏡之后，準(zhǔn)直透鏡位于成像模塊與對準(zhǔn)標(biāo)記之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的光束調(diào)節(jié)裝置為空間光調(diào)制器或空間濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述準(zhǔn)直透鏡為成像模塊的前組透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一個(gè)所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:照明光束的光軸與成像模塊的光軸之間的距離等于對應(yīng)參考子光柵中心到參考光柵中心的距離。
全文摘要
一種新的小光斑離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)，采用區(qū)域照明的技術(shù)思路，其中照明光束的光軸與成像模塊的光軸不在同一直線上，從而實(shí)現(xiàn)各標(biāo)記分支的±1級干涉成像在不同的位置，即各自對應(yīng)的參考子光柵上。
文檔編號G03F9/00GK103163747SQ201110416848
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者李運(yùn)鋒, 宋海軍 申請人:上海微電子裝備有限公司