[发明专利]基于机器视觉的光刻装置对准系统与对准方法

说明书

技术领域

本发明应用于与集成电路或其它微型器件制造领域的光刻装置，具体涉及一种基于机器视觉的对准系统与对准方法，实现晶圆和基底台的精确对准。

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，可将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晶圆上，例如半导体晶圆或LCD(液晶)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晶圆的一个曝光区域，随后晶圆相对于掩模移动，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晶圆的另一曝光区域，重复这一过程直到晶圆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，掩模与晶圆同时相对于投影系统和投影光束移动。

在光刻装置的曝光过程中，关键的步骤是将掩模与晶圆对准。第一层掩模图案在晶圆上曝光后从装置中移开，在晶圆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晶圆上已曝光掩模图案像的精确定位，需要将掩模和晶圆进行精确对准。由光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在晶圆中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系统，实现掩模和晶圆的精确对准。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和晶圆的对准，即测出晶圆在机器坐标系中的坐标(XW，YW，ФWZ)，及掩模在机器坐标系中的坐标(XR，YR，ФRZ)，并计算得到掩模相对于晶圆的位置，以满足套刻精度的要求。

目前，光刻装置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，或者随着成像线条要求的提高，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。

现有技术有以下两种对准方案：

一种是透过镜头的TTL(晶体管-晶体管逻辑)对准技术，激光照明在晶圆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晶圆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晶圆时，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晶圆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OA(离轴)对准技术，通过离轴对准系统测量位于晶圆上的多个对准标记以及基底台上基准对准标记，实现晶圆和基底台对准；再对基底台上的基准对准标记与掩模版上的对准标记进行对准，实现掩模与基底台的对准；由此可以得到掩模和晶圆的位置关系，最终实现掩模和晶圆对准。

所述的离轴对准技术，具体结合图1详细说明。如图1所示，该光刻装置对准系统包括：用于提供曝光光束的照明系统8’，该照明系统8’包括一个光源、一个使照明均匀化的透镜系统、一个反射镜、一个聚光镜(图中均未示出)；该光源采用KrF准分子激光器(波长248nm)，或者ArF准分子激光器(波长193nm)，或者F2激光器(波长157nm)，或者Kr2激光器(波长146nm)，或者Ar2激光器(波长126nm)，或者超高压汞灯(g-线、i-线)等；用于支承掩模版4’的掩模台6’，在掩模版4’上刻有掩模图案和具有周期性结构的对准标记2’；用于将掩模版4’上的掩模图案投影到晶圆7’上的投影光学系统PL，其是一个投影物镜；用于支承晶圆7’的基底台9’，在晶圆7’刻有对准标记5’，在基底台9’上刻有基准板对准标记1’；用于对准基底台9’和晶圆7’的离轴对准光学系统500’，和提供对准照明的对准辐射源300’；用于对准信号的处理单元200’；用于基底台9’伺服运动的运动台10’和测量系统IFx和IFy，该测量系统IFx是一个x向基底台位移测量装置激光干涉仪，测量系统IFy是一个y向基底台位移测量装置激光干涉仪。

首先，通过所述的离轴对准光学系统500’，对位于晶圆7’上的多个对准标记5’和位于基底台9’上基准对准标记1’进行对准，从而实现晶圆7’和基底台9’的对准。