二维编码归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统

摘要

本发明公开了一种二维编码归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统，所述二维编码归一化对准标记组合由置于对准系统目标构图部件上的多孔形对准标记和置于探测构图部件上的单孔形对准标记组成；所述多孔形对准标记由二维编码透光内核、四个对角线二维编码透光元件和一镀铬屏蔽层构成，所述单孔形对准标记由透光元件和镀铬屏蔽层构成。所述方法采用探测构图部件上的单孔形对准标记及其下面的探测装置，对目标构图部件上多孔形对准标记所成的像做两次二维对准扫描，并综合两次扫描所获得的辐射测量信息和位置测量信息进行对准信号处理，获得目标构图部件承载台上目标构图部件经投影系统所成空间像，相对探测构图部件承载台的位置关系。

说明书

技术领域

本发明涉及光刻设备的对准扫描方法，特别涉及光刻设备的二维编码归一化对准标记组合及其对准扫描方法。

背景技术

在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量高速实时测量、信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的探测装置和控制系统。这些系统需要我们采用多种方式实现探测、信号采样控制、数据采集控制、数据交换控制和数据传输通信等的控制。有该探测和控制需求的装置包括：集成电路制造光刻设备、平板显示面板光刻设备、MEMS/MOEMS光刻设备、先进封装光刻设备、印刷电路板光刻设备、印刷电路板加工装置以及印刷电路板器件贴装装置等。

光刻设备是一种将所需图案应用于工件上的装置。通常是将所需图案应用于工件上的目标部分上的装置。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可用于生产在IC一个单独层上形成的电路图案。该图案可以传递到工件(如硅晶片)的目标部分(一个或者多个管芯)上。通常是通过将图案成像到工件上提供的一层辐射敏感材料(抗蚀剂)上来按比例复制所需图案。已知的光刻设备还包括所谓扫描器，运用辐射光束沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描工件来辐照每一目标部分。还可以通过将图案压印在工件上而将图案通过构图部件生成到工件上。

在光刻设备中，通过光刻设备中的对准系统使用对准标记组合进行对准扫描得到各对准标记分支的光信息和位置信息等对准信息，对这些信息进行相应处理，得到对准构图部件上的标记组合和工件台探测构图部件上的标记组合间的位置关系，对准该光刻设备的对准系统包括：辐射发生器、构图照射窗口及其控制板、构图部件及其对准标记组合、构图部件承载运动台及其位置探测器、投影系统、工件台及其基准板对准标记组合、工件台位置探测器和辐射探测传感器；其中构图图形包括曝光构图图形和对准构图图形，构图图形照射窗口及其控制板用于形成窗口将辐射透射到对准构图图形上；投影系统用于将辐射照射到对准构图图形上形成透射像或反射像，该透射像或反射像通过投影系统投射形成空间像，用工件台基准板对准标记下方的传感器探测该空间像；辐射传感器用于检测空间像经过工件台对准图形透射后的辐射能量；构图部件承载运动台位置探测器和工件台位置探测器分别探测对准扫描过程中的构图部件承载台和工件台的空间位置。

单孔形标记是一种孔形透光标记，如200710045044.6、200710045037.6、200710046061.1、200710046156.3、200710046157.8和200710173146.6等中国专利中请中所描述的那样，这种标记存在于目标构图部件上和调制构图部件上，它被用于多工件的对准扫描定位、粗捕获和对组合标记中的其它标记的扫描光信息进行归一化处理。

在以前的上述装置中，由于在构图部件上的单孔形归一化对准标记透光面积大，又集中，存在探测成像能量密度较大的问题，另外其探测捕获范围较小，特别是对准扫描信号的平顶和梯形斜坡段较短，当扫描速度较高的时候，由于此段采样点数不足，不利于满足对准扫描定位、粗捕获的精度要求，如果需要增加足够的采样点，则一方面可以降低对准扫描速度，但如此会降低光刻装置的产能，另一方面可以增大目标构图部件上的单孔形归一化对准标记的尺寸，但又增加了成像面积，不利于提高对准扫描的稳定性精度。

对于常规多孔形归一化对准标记，一方面存在上述问题，另一方面还存在对准扫描信号存在多阶梯状对准扫描信号或者上凸/下凹的拐点，这都不利于提高归一化对准扫描的精度和适应性的要求。

此外，上述的单孔形归一化对准标记和常规多孔形归一化对准标记的捕获范围较小。

因此，需要提供应用特殊的多孔形归一化对准标记进行对准扫描的方法，使得该方法能够很好地处理单孔形归一化对准标记和常规多孔形归一化对准标记在对准扫描中出现的对准扫描的精度和适应性等问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种二维编码归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统，以实现对准系统更高的对准扫描定位精度、粗捕获精度、捕获范围、稳定性和更强对准扫描的适应性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种二维编码归一化对准标记组合，用于光刻设备的对准系统，所述的二维编码归一化对准标记组合由置于一对准系统目标构图部件上的多孔形对准标记和置于一对准系统探测构图部件上的单孔形对准标记组成；所述的多孔形对准标记由二维编码透光内核、四个对角线二维编码透光元件和一镀铬屏蔽层构成，所述的四个对角线二维编码透光元件分布在所述二维编码透光内核的对角线向外延伸的四个方向上，且每个对角线二维编码透光元件均有一个顶点与相应的对角线延伸段的顶点重合，所述镀铬屏蔽层分布于该二维编码透光内核和四个对角线二维编码透光元件以外的区域；所述的单孔形对准标记由透光元件和镀铬屏蔽层构成，所述的透光元件是正方形孔状结构，所述镀铬屏蔽层分布于该透光元件以外的区域。

进一步地，所述的多孔形对准标记中，相邻两个对角线二维编码透光元件关于所述二维编码透光内核的中心互为旋转90度；所述多孔形对准标记中的二维编码透光内核和四个对角线二维编码透光元件均由尺寸相同的正方形透光编码单元组成，所述的二维编码透光内核是由N×N个正方形透光编码单元组成的正方形结构，其中，N为大于等于2的自然数。

所述的每一个对角线二维编码透光元件进一步分成沿所述相应的对角线延伸方向排列的数个相同的透光编码单元组。当N＝2时，所述的每个透光编码单元组由一个正方形透光编码单元构成；当N＞2时，所述的每个透光编码单元组是由N(N-1)/2个正方形透光编码单元排列成的阶梯形结构，且排列在外围的正方形透光编码单元的中心点顺次连接构成等腰直角三角形。

进一步地，所述正方形透光编码单元的边长取值符合光学邻近衍射干涉成像规律。

进一步地，采用所述探测构图部件上的单孔形对准标记去扫描所述目标构图部件上的多孔形对准标记经由一投影系统投射所成的空间像；所述单孔形对准标记的透光元件的边长不小于所述多孔形对准标记中所有二维编码透光元件所成像的轮廓边长的两倍与两倍的目标构图部件放置的预对准精度误差尺寸之和。

本发明在上述二维编码归一化对准标记组合的基础上提出了另一种二维编码归一化对准标记组合，其是将上述的二维编码归一化对准标记组合中的四个对角线二维编码透光元件分别绕该对角线二维编码透光元件的图形轮廓截相应的对角线延伸段所得的线段的中点旋转180度所得的对准标记组合。

本发明还提供了一种采用上述归一化对准标记组合进行光刻装置对准扫描的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将目标构图部件置于目标构图部件承载台上，并完成预对准定位；(2)设置直接照射在所述目标构图部件上多孔形标记的辐射束窗口，形成目标构图部件上多孔形标记的透射成像；(3)用探测构图部件上的单孔形对准标记及其下面的探测装置，沿目标构图部件上多孔形对准标记所成像的方形轮廓的四边其中的一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射测量信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到在这两个方向上的对准位置；(4)用探测构图部件上的单孔形对准标记及其下面的探测装置，沿目标构图部件上多孔形对准标记所成像的方形轮廓的四边中的另一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射测量信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到在这两个方向上的对准位置；(5)综合步骤(3)和步骤(4)的结果，获得目标构图部件承载台上目标构图部件经投影系统所成空间像，相对探测构图部件承载台的位置关系。

进一步地，所述对准信息包括与探测构图部件上单孔形归一化对准标记及其传感器的位置相关信息，所述光信息包括辐射振幅强度信息、辐射能量信息、辐射相位信息中任意一种或者相位信息与其它两种信息的组合。

进一步地，所述单孔形对准标记对多孔形对准标记所成像进行对准扫描的捕获范围大于单孔形对准标记中透光元件的方孔边长与多孔形对准标记中所有透光元件所成像的轮廓边长之差的一半。

本发明还提供了一种用于光刻装置的对准系统，该系统包括：目标构图部件；探测构图部件；置于目标构图部件上的多孔形对准标记；探测构图部件上的单孔形对准标记及其下面的探测装置；目标构图部件承载台及其位置测量装置；探测构图部件承载台及其位置测量装置；置于目标构图部件和探测构图部件之间的投影系统以及对准信号处理装置；所述的多孔形对准标记由二维编码透光内核、四个对角线二维编码透光元件和一镀铬屏蔽层构成，所述的四个对角线二维编码透光元件分布在所述二维编码透光内核的对角线向外延伸的四个方向上，且每个对角线二维编码透光元件均有一个顶点与相应的对角线延伸段的顶点重合，所述镀铬屏蔽层分布于该二维编码透光内核和四个对角线二维编码透光元件以外的区域；所述的单孔形对准标记由透光元件和镀铬屏蔽层构成，所述的透光元件是正方形孔状结构，所述镀铬屏蔽层分布于该透光元件以外的区域。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明通过使用目标构图部件上的多孔形二维编码归一化对准标记，克服了对准扫描信号存在多阶梯状对准扫描信号或者上凸/下凹的拐点的情况，提高归一化对准扫描的精度；

2.本发明通过使用目标构图部件上的多孔形二维编码归一化对准标记，在不增大标记成像面积的情况下增加了标记成像的捕获能力，将对准信号的探测能力提高倍，提高了对准扫描的稳定性精度，增强了对准扫描的适应性。

附图说明

通过以下对本发明的具体实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1为应用本发明二维编码归一化对准标记组合的对准信号处理方法的光刻装置的结构示意图。

图2a至图2c为本发明目标构图部件上多孔形对准标记的不同实施例的结构示意图。

图3为本发明探测构图部件上单孔形对准标记的结构示意图。

图4为图2a所示的多孔形对准标记的一种变形结构示意图。

图5为采用本发明的二维编码归一化对准标记组合的对准扫描方法步骤的示意图。

图6a至图6c为本发明的二维编码多孔形归一化对准标记对准扫描信号和单孔形归一化对准标记对准扫描信号以及常规多孔形归一化对准标记对准扫描信号之间的比较。

图7为对本发明的多孔形对准标记所成空间像进行实际扫描所形成的对准信号示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的二维编码归一化对准标记组合及其对准方法和对准系统作进一步的详细描述。

图1是应用本发明二维编码归一化对准标记组合及其对准信号处理方法的光刻装置对准系统的结构示意图，该对准系统包括：目标构图部件4，其上具有构图图形(包括曝光构图图形和对准构图图形5)；探测构图部件9，其上具有探测构图部件标记11，其下具有辐射空间图案探测装置12；目标构图部件承载台6及其位置测量装置7；探测构图部件承载台10及其位置测量装置13；置于目标构图部件4和探测构图部件9之间的投影系统8以及对准信号处理装置14。该对准系统的工作原理如下：构图图形照射窗口2及其控制板3用于形成窗口将辐射1透射到对准构图图形5上，以形成透射像；投影系统8用于将该透射像投射形成空间图案，并用探测构图部件标记11探测该空间图案；辐射空间图案探测装置12用于检测空间图案经过探测构图部件标记11透射后的辐射信息；目标构图部件承载台位置测量装置7和探测构图部件承载台位置测量装置13分别探测对准扫描过程中的目标构图部件承载台6和探测构图部件承载台10的空间位置，在扫描中得到位置测量装置7和13所测量得到的位置数据，还同步测量得到辐射空间图案探测装置12中的辐射信息，将探测到的所有信息采集到对准信号处理装置14中，进行对准信号处理得到对准位置。

本发明采用了一套二维编码归一化对准标记组合来实现光刻装置的对准，该二维编码归一化对准标记组合由置于目标构图部件4上的多孔形对准标记(即上述对准构图图形5)和置于探测构图部件上的单孔形对准标记(即上述探测构图部件标记11)组成。

图2a～图2c为本发明的多孔形对准标记不同实施例的结构示意图，以图2a为例，本发明的多孔形对准标记由二维编码透光内核15、四个对角线二维编码透光元件16～19和一镀铬屏蔽层25构成，该四个对角线二维编码透光元件16～19分布在二维编码透光内核15的对角线向外延伸的四个方向上，即图2a中所示的四条射线r1～r4上，且每个对角线二维编码透光元件均有一个顶点与相应的对角线延伸段的顶点重合，例如对角线二维编码透光元件16的顶点P和相应的对角线延伸段(射线r1)的顶点重合，所述镀铬屏蔽层25则分布于该二维编码透光内核15和四个对角线二维编码透光元件16～19以外的区域。

所述的多孔形对准标记中的四个对角线二维编码透光元件16～19采用了风车状的排布方式，即相邻两个对角线二维编码透光元件关于二维编码透光内核15的中心O互为旋转90度。此外，该多孔形对准标记中的二维编码透光内核15和四个对角线二维编码透光元件16～19均由尺寸相同的正方形透光编码单元100组成。进一步地，该二维编码透光内核15是由N×N个正方形透光编码单元100组成的正方形结构(N≥2，N为自然数)，而每一个对角线二维编码透光元件又被分成沿相应的对角线延伸方向排列的数个相同的透光编码单元组，该多孔形对准标记的二维编码维数n满足n＝2(N-1)k+N，k为自然数。

图2a～图2c分别给出了N取2、3、4时的三个不同的实施例，下面一一对其进行说明。

首先参阅图2a，对应N＝2的情况。该多孔形对准标记的二维编码透光内核15由2×2＝4个正方形透光编码单元100组成，每一个对角线二维编码透光元件又进一步分成三个透光编码单元组，例如对角线二维编码透光元件16沿对角线延伸方向r1分成三个透光编码单元组161、162、163，每个透光编码单元组由一个正方形透光编码单元100构成。设每个正方形透光编码单元100的边长为a₁，并设定该多孔形对准标记的编码维数n＝2(N-1)k+N＝2k+2，k为自然数(图中对应k＝3的情况，当k取其它值时，只需对应减少或者增加每个对角线二维编码透光元件中的透光编码单元组的个数)，则该多孔形对准标记的方形轮廓边长a₂＝na₁＝(2k+2)a₁，总透光面积$a^2=N·a_2^2/n=2(2k+2)a_1^2,$其中，a₁的取值符合光学邻近衍射干涉成像规律。

参见图2b，其对应N＝3的情况。该多孔形对准标记的二维编码透光内核15由3×3＝9个正方形透光编码单元100组成，每一个对角线二维编码透光元件又进一步分成两个透光编码单元组，每个透光编码单元组是由N(N-1)/2＝3个正方形透光编码单元100排列成的阶梯形结构，且排列在外围的正方形透光编码单元的中心点顺次连接构成等腰直角三角形(见图中的虚线框)，该透光编码单元组的形状也可看成是将二维编码透光内核15去掉一条对角线所剩下的图形形状。设每个正方形透光编码单元100的边长为a₁，并设定该多孔形对准标记的编码维数n＝2(N-1)k+N＝4k+3，k为自然数(图中对应k＝2的情况，当k取其它值时，只需对应减少或者增加每个对角线二维编码透光元件中的透光编码单元组的个数)，则该多孔形对准标记的方形轮廓边长a₂＝na₁＝(4k+3)a₁，总透光面积$a^2=N·a_2^2/n=3(4k+3)a_1^2,$其中，a₁的取值符合光学邻近衍射干涉成像规律。

参见图2c，其对应N＝4的情况。该多孔形对准标记的二维编码透光内核15由4×4＝16个正方形透光编码单元100组成，每一个对角线二维编码透光元件又进一步分成两个透光编码单元组，每个透光编码单元组是由N(N-1)/2＝6个正方形透光编码单元100排列成的阶梯形结构，且排列在外围的正方形透光编码单元的中心点顺次连接构成等腰直角三角形(见图中的虚线框)，该透光编码单元组的形状也可看成是将二维编码透光内核15去掉一条对角线所剩下的图形形状。设每个正方形透光编码单元100的边长为a₁，并设定该多孔形对准标记的编码维数n＝2(N-1)k+N＝6k+4，k为自然数(图中对应k＝2的情况，当k取其它值时，只需对应减少或者增加每个对角线二维编码透光元件中的透光编码单元组的个数)，则该多孔形对准标记的方形轮廓边长a₂＝na₁＝(6k+4)a₁，总透光面积$a^2=N·a_2^2/n=4(6k+4)a_1^2,$其中，a₁的取值符合光学邻近衍射干涉成像规律。

对于N取其它值的多孔形对准标记，其结构可以按照上述三个实施例进行类推，在此不再赘述。

如图3所示，本发明二维编码归一化对准标记组合中的单孔形对准标记由透光元件20和镀铬屏蔽层21构成，该透光元件20是正方形孔状结构，所述镀铬屏蔽层21分布于透光元件20以外的区域。假设单孔形对准标记的透光元件20的边长为SL，则SL与所述多孔形对准标记中所有二维编码透光元件15～19所成像的轮廓边长DLL、目标构图部件放置的预对准精度尺寸PAS以及投影系统的放大倍数M之间的关系如下：

SL≥2×DLL+2×PAS÷M

即单孔形对准标记的透光元件的边长不小于多孔形对准标记中所有二维编码透光元件所成像的轮廓边长的两倍与两倍的目标构图部件放置的预对准精度误差尺寸之和。

图4是本发明二维编码归一化对准标记组合中多孔形对准标记的一种变形结构，请对照图4和图2a，该多孔形对准标记中的四个对角线二维编码透光元件16’～19’也可以不和二维编码透光内核15相交，而是将每一个对角线二维编码透光元件绕其图形轮廓截相应的对角线延伸段所得的线段的中点旋转180度。以对角线二维编码透光元件16’为例，其是将图2a中对应的对角线二维编码透光元件16(图中用虚线画出)绕其图形轮廓截对角线延伸段r1所得的线段AB的中点C旋转180度而得到。采用该变换后的多孔形对准标记也可实现本发明的光刻装置对准扫描方法。

请对照图1至图3，本发明还提供了一种采用上述二维编码归一化对准标记组合进行光刻装置对准扫描的方法，所述方法首先设置直接照射在目标构图部件4上多孔形对准标记5的辐射束窗口2，形成目标构图部件上多孔形对准标记的透射成像；接着用探测构图部件9上的单孔形对准标记11，扫描被投影系统8投射目标构图部件上多孔形对准标记所成的空间成像，由探测构图部件上的单孔形对准标记11下方的辐射空间图案探测装置12探测该空间成像透过探测构图部件上单孔形对准标记11的辐射信息；然后在对准信号处理装置14中综合所述辐射信息、目标构图部件上多孔形对准标记5的位置信息和探测构图部件上的单孔形对准标记11的位置信息，以确定目标构图部件上多孔形对准标记5和探测构图部件上单孔形对准标记11之间的对准信息，从而找到目标构图部件上的多孔形对准标记投影空间像和探测构图部件上的单孔形对准标记11之间的对准关系。所述对准信息包括与探测构图部件上单孔形对准标记11及其辐射空间图案探测装置12的位置相关信息，所述光信息包括辐射振幅强度信息、辐射能量信息、辐射相位信息中任意一种或者相位信息与其它两种信息的组合。

参见图5，运用图2至图4所示的二维编码归一化对准标记组合进行光刻装置对准扫描的具体方法步骤如下：

S1、将目标构图部件4置于目标构图部件承载台6上，并完成预对准定位；

S2、设置直接照射在所述目标构图部件上多孔形对准标记5的辐射束窗口2，形成目标构图部件上多孔形对准标记的透射成像；

S3、用探测构图部件上的单孔形对准标记11及其下面的探测装置12，沿目标构图部件上多孔形对准标记所成像的方形轮廓的四边其中的一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射测量信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到在这两个方向上的对准位置；

S4、用探测构图部件上的单孔形对准标记11及其下面的探测装置12，沿目标构图部件上多孔形对准标记所成像的方形轮廓的四边中的另一维度方向和垂至于该像面的方向，做二维对准扫描，获得一系列辐射测量信息和位置测量信息，用这些信息进行对准信号处理，得到在这两个方向上的对准位置；

S5、综合步骤S3和步骤S4的结果，获得目标构图部件承载台6上目标构图部件经投影系统所成空间像，相对探测构图部件承载台6的位置关系。

用上述多孔形对准标记的对准扫描方法可以初步探测投影系统的焦深范围和最佳焦面；所述单孔形对准标记对多孔形对准标记所成像进行对准扫描的捕获范围CR满足：

$\mathrm{CR}>\frac{\mathrm{SL}-\mathrm{DLL}}{2}$

其中SL为单孔形对准标记中透光元件的方孔边长，DLL为多孔形对准标记中所有透光元件所成像的轮廓边长，即该捕获范围大于单孔形对准标记中透光元件的方孔边长与多孔形对准标记中所有透光元件所成像的轮廓边长之差的一半。

所述多孔形对准标记进行对准扫描得到的光信息，能够对其它对准标记进行对准扫描得到的光信息，进行归一化的扫描长度为目标构图部件放置的预对准精度尺寸PAS的两倍。

图6a～图6c给出了采用不同的标记进行对准扫描得到的扫描信号的比较。其中，图6a是用探测构图部件上单孔形对准标记扫描目标构图部件上单孔形标记空间成像的对准信号，其存在信号上升阶段过短，采样点较少，从而影响对准扫描或对准信号处理的时间效率或重复精度的问题；图6b是用探测构图部件上常规多孔形对准标记扫描目标构图部件上单孔形标记空间成像的对准信号，由于存在阶梯或拐点的问题，导致了对准扫描的信号处理重复精度；图6c是用本发明中探测构图部件上的单孔形对准标记扫描目标构图部件上多孔形对准标记空间成像的对准信号，能够在光学效应允许范围内，任意拉长对准信号上升时间，任意提高空间像的捕获能力。

图7是对图2a、图2b、图2c或图4所示的多孔形二维编码归一化对准标记所成空间像进行实际扫描所形成的对准信号，其中目标构图部件上的多孔形对准标记所成像的轮廓尺寸为24μm×24μm，探测构图部件上的单孔形对准标记尺寸为42μm。

综上所述，采用上述目标构图部件上的多孔形对准标记和探测构图部件上的单孔形对准标记，在不增大透光面积的情况下，降低了探测目标构图部件上的多孔形对准标记所成空间像的能量密度，并且将对目标构图部件上的多孔形对准标记所成空间像的捕获能力，使目标构图部件上的单孔形对准标记所成空间像的捕获能力至少提高了倍。

以上介绍的仅仅是基于本发明的优选实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。