[发明专利]光刻技术中对准信号的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路光刻技术中一种对准信号的处理方法，特别涉及一种使用幅值与相位分开探测的对准信号处理方法。 

背景技术

现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的硅片上，例如半导体硅片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，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掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，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。 

光刻装置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装置中移开，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，光刻装置中要求配置对准系统，实现掩模和硅片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。 

光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-硅片对准，即测出硅片在机器坐标系中的坐标(XW，YW，ΦWZ)，及掩模在机器坐标系中的坐标(XR，YR，ΦRZ)，并计算得到掩模相对于硅片的位置，以满足套刻精度的要求。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 光照明在硅片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物镜所收集的硅片对准标记的衍射光或散射光照射在掩模对准标记上，该对准标记可以为振幅或相位光栅。在掩模标记后设置探测器，当在投影物镜下扫描硅片时，探测透过掩模标记的光强，探测器输出的最大值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。另一种是离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于硅片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；硅片台上基准板的基准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，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指均匀照明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息。高级衍射光以大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，采集衍射光±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)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确定对准中心位置。 

中国专利CN03164859.2公开了一种4f系统结构的离轴对准系统，该对准系统采用楔块列阵或楔板组来实现多级衍射光的重叠和相干；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；由于该对准系统采用的标记为包含两个不同周期的光栅分支，各光栅分支的周期之间存在微小的周期差，基于游标卡尺原理，采集的信号在一定数目周期后，将存在一个峰值对准点，从而确定精确的对准位置。采用楔块列阵或楔板组合来实现多级衍射光的重叠、相干。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。 

美国专利US.6,297,876B1介绍了一种离轴对准方法，也是结合同轴对准装置来实现掩膜版标记和硅片标记的对准。通过采集一个标记的7个阶次的衍射光，经过具有楔板调节装置的空间分离装置使这7个阶次的正负分量在像面相干叠加，然后对这7个阶次的光信号进行拟和，找到7个阶次都最大的一点，作为标记的中心位置。该方案的优点是可以实现自动捕获以及较高的对准精度， 但缺点是需要特殊的楔板调节装置和复杂的装调，另外，衍射光中的高阶次信号较弱，而该方法却又靠高阶次信号来实现较高的对准精度，实际中随着标记(特别是硅片标记)反射信号(特别是高阶次信号)功率过低，则实际无法利用高阶次信号，所以并不能可靠的提供最高对准精度。