基于拼接光栅莫尔条纹相位解调的纳米光刻对准方法

摘要

一种基于拼接光栅莫尔条纹相位解调的纳米光刻对准方法。该方法以拼接光栅那作为掩模、工件台对准标记，以莫尔条纹相位信息为掩模-工件台对准偏差的载体，通过多像素点的相位提取直接计算出掩模和基片的对准偏差，从而实现掩模工件台的快速对准。降低了对工件台精度和速度指标的依赖，既保证了对准精度，又提高了对准效率。

说明书

技术领域

本发明适用于投影光刻光学系统的对准，属于超大规模集成电路制造以及光学微细加工 技术中的纳米器件制造领域。

背景技术

光刻技术是微电子制造业及信息产业的核心技术，作为大规模集成电路生产的主流光刻 技术，光学投影光刻技术自从1978年诞生以来，由最初的g线、i线光刻机，发展至现在的 ArF浸没式光刻机。光学投影光刻技术已成为当今应用最广、技术进步最快的光学光刻技术， 其分辨力也由最初的几十微米延伸至现在的32nm，22nm甚至更高。衡量光刻机性能的三大 指标是光刻分辨率、套刻精度和产率。随着光学光刻投影光刻分辨率的不断提高，多层重复 套刻在超大规模制造、微纳结构加工中显得更加举足轻重，而套刻必须凭借高精度的对准来 实现。

当前的光学投影光刻机普遍采用工件台扫描的方式实现对准，降低对准效率，且扫描过 程引入工件台漂移误差会影响对准精度。本发明提出一种新的回字形对准标记，通过莫尔条 纹相位信息反映对准偏差，打破了以工件台扫描实现掩模-工件台对准模式，可一次性获取 莫尔条纹，从而快速准确计算出掩模-工件台之间的对准偏差，极大地提高了对准效率。

发明内容

为了实现高效率高精度光刻对准，本发明的技术解决方案：一种基于拼接光栅莫尔条纹 相位解调的纳米光刻对准方法，所述回字形对准标记，掩模与基片对准标记都由4个直角 线光栅拼接而成，占空比1:2。整个标记中光栅周期设置为一三象限、二四相同，两组象限 的光栅周期接近。基片对准标记的周期大小与掩模对准标记之间的关系由投影物镜放大倍 率、对准波长共同决定，且与掩模对准标记的布局方式成互补关系。Pm1Pm₁是掩模对准标 记二四象限的周期，Pm2Pm₂是掩模对准标记一三象限的周期，Ps1Ps₁是工件台对准标记一 三象限的周期，Ps2Ps₂是工件台对准标记二四象限的周期。各个周期关系为：Pm₁≈Pm₂， Pm2=M*Ps2_，Pm1=M*Ps₁Pm1≈Pm2，Pm2=M*Ps2，Pm1=M*Ps1。掩膜标记和硅片标记产生莫尔 条纹。拼接光栅将会产生两组不同相位的莫尔条纹。由快速高精度提取算法提取相位差。再 通过相位差计算对准的偏差。通过两处固定点的对准偏差计算出硅片和掩膜的对准偏差Δ xw、Δyw和α。

本发明的优点：

（1）本发明采用特殊的回字形标记便于寻找对准偏差。

（2）通过解调放大的莫尔条纹可以测量掩模－基片之间的微小偏差，因而具有很高灵敏 度。

（3）本发明采用高速高精度算法提取相位差，可以动态测量，不需要两组条纹独立分析， 基片工艺对两组条纹的质量的影响几乎一致，因而可靠性高，工艺适应性强。

（4）本发明一次性计算出对准偏差，避免了工件台的扫描，提高了精度和效率。

附图说明

图1是掩膜和硅片上的回字形对准标记，其中（a）图是掩模对准标记，（b）图是硅片 对准标记；

图2是对准过程中可能的莫尔条纹，其中（a）图是x方向对准y未对准，(b)图x方向 未对准y对准，(c)图是x与y方向均未对准，(d)图是x与y方向完全对准；

图3是快速高精度相位差提取算法示意图；

图4是硅片和掩膜对准偏差示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图， 对本发明进一步详细说明。

如图4所示掩模-基片中心在x、y方向上的对准偏差Δx_w、Δy_w，基片相对于掩模的方 位角为α。基片上的两个固定点为A(x_A，y_A)、B(x_B，y_B)，当掩模与基片没有对准偏差时， 掩模上与基片固定点A、B对应的点为A’(x’_A，y’_A)、B’(x’_B，y’_B)。分别在A，B，A’， B’处制作对准标记。标记按照如图1所示的结构制作。其中由于存在偏差x，y方向均未对 准，A和A’的标记将会产生如图2（c）所示的莫尔条纹。B和B’也是如此。(Δx_A，Δy_A) 与(Δx_B，Δy_B)分别代表A、B相对于A’、B’在x、y方向的对准偏差。D_AB(常数)表示A、B 之间的距离。根据莫尔条纹计算对准偏差Δx_w、Δy_w和α。

具体步骤如下：

步骤S1：A和A’产生的莫尔条纹，按照如图3所示提取红框提取两组条纹Ａ(L)、B(L)；

步骤S2：为消除信号两端对傅里叶变换操作中产生的频谱泄漏，两组一维正弦信号乘以 汉宁窗口函数得到Ａ_W(L)、B_W(L)；

$A_W\left(L\right)=A\left(L\right)*0.5*(1-\cos \left(2\pi \frac{k}{n+1}\right))k=\mathrm{1,2},......n,n=99$

$B_W\left(L\right)=B\left(L\right)*0.5*(1-\cos \left(2\pi \frac{k}{n+1}\right))k=\mathrm{1,2},......n,n=99;$

步骤S3：信号作一维快速傅里叶变换得到最后两组信号A_W（f），B_w（f）；

步骤S4：得到两组条纹的相位差：

$\Delta {\Phi }_{1x}=\Delta {\phi }_{A\leftrightarrow B}=\frac{A_w^{*}\left(f\right)\times B_w\left(f\right)}{L^2}{|}_{f=f_m}$

步骤S5：在y方向执行步骤S1到S4得到y方向的条纹相位差ΔΦ_1y；

步骤S6：B和B’处产生的条纹也按照步骤S1到步骤S5得到X和Y方向上的条纹相位 差ΔΦ_2x，ΔΦ_2y；

步骤S7：根据条纹信息求基片A，B和掩模对应处A’，B’的对准偏差Δx_A， Δy_A， Δ x_B， Δy_B；

$\Delta x_A=\frac{\Delta {\phi }_{1x}}{4\pi M_o}*\frac{P_{m1}{P}_{m2}}{P_{m1}+P_{m2}}$

$\Delta y_A=\frac{\Delta {\phi }_{1y}}{4\pi M_o}*\frac{P_{m1}{P}_{m2}}{P_{m1}+P_{m2}}$

$\Delta x_B=\frac{\Delta {\phi }_{2x}}{4\pi M_o}*\frac{P_{m1}{P}_{m2}}{P_{m1}+P_{m2}}$

步骤S8：根据对准标记处的偏差求基片和掩模的中心偏差Δx_w、Δy_w和方位角差α；

$\left|\alpha \right|=2{\sin }^{-1}\sqrt{[{(\Delta x_A-\Delta x_B)}^2+{(\Delta y_A-\Delta y_B)}^2]/\left(4{D_{\mathrm{AB}}}^2\right)}$

$\Delta x_w=\frac{x_A+x_B}{2}(1-\cos \alpha )=\frac{x_A+x_B}{2}\sin \alpha +\frac{\Delta x_A+\Delta x_B}{2}$

$\Delta y_w=\frac{y_A+y_B}{2}(1-\cos \alpha )=\frac{y_A+y_B}{2}\sin \alpha +\frac{\Delta y_A+\Delta y_B}{2}$

步骤S9：工件台移动完成对准。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟 悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明 的包含范围之内。