專(zhuān)利名稱(chēng)：一種硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路或其它微型器件制造領(lǐng)域，特別涉及一種硅片標(biāo)記捕 獲系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體IC集成電路制造過(guò)程中， 一個(gè)完整的芯片通常需要經(jīng)過(guò)多次光刻
曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，在曝光前，其余層次的光刻都要將該 層次的圖形與以前層次曝光留下的圖形進(jìn)行精確定位，以保證兩層圖形之間的
正確相對(duì)位置，即套刻。套刻誤差通常只允許在光刻分辨力的1/3范圍之內(nèi)。影 響套刻精度的因素眾多，包括工件臺(tái)的定位精度、位置測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差、 掩模與硅片的對(duì)準(zhǔn)誤差、機(jī)器的安裝誤差等，其中硅片不同工藝層之間的對(duì)準(zhǔn)
精度也是重要的影響因素之一。由于硅片在光刻設(shè)備上完成一層圖形曝光之后， 需要下片進(jìn)行烘焙、顯影等后續(xù)半導(dǎo)體工藝的處理，然后再重新上片到光刻設(shè) 備，進(jìn)行下一層圖形的光刻。在進(jìn)行該層圖形光刻之前，首選需要通過(guò)對(duì)準(zhǔn)系 統(tǒng)，建立本層標(biāo)記和上一層標(biāo)記之間的位置坐標(biāo)關(guān)系，才能保證兩圖形之間準(zhǔn) 確的套刻關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)中，為了避免層與層之間標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)的誤差傳遞，常采 用零層標(biāo)記作為基準(zhǔn)標(biāo)記。各層標(biāo)記與零層標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，即建立各層標(biāo)記與 零層標(biāo)記之間的位置坐標(biāo)關(guān)系。
層與層之間的對(duì)準(zhǔn)誤差一般只允許為套刻誤差的1/3左右，甚至更小。對(duì)于 100nm工藝節(jié)點(diǎn)的光刻設(shè)備而言，套刻誤差要求不超過(guò)33nm，而層與層之間的 對(duì)準(zhǔn)誤差要求可達(dá)7nm左右。顯然，硅片不同層之間的對(duì)準(zhǔn)精度和對(duì)準(zhǔn)分辨率 要求非常高，對(duì)準(zhǔn)測(cè)量范圍即捕獲范圍就難以做到很大。為此，在進(jìn)行硅片精 對(duì)準(zhǔn)之前，需要首先進(jìn)行硅片預(yù)對(duì)準(zhǔn)，以保證上片后的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置能夠在對(duì) 準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量范圍之內(nèi)，即在對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的捕獲范圍之內(nèi)，能夠獲得標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn) 位置。 一般而言，硅片預(yù)對(duì)準(zhǔn)依次由機(jī)械預(yù)對(duì)準(zhǔn)和光學(xué)預(yù)對(duì)準(zhǔn)兩步操作組成。機(jī)械預(yù)對(duì)準(zhǔn)是通過(guò)硅片的外形進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，即通過(guò)外圓和切邊進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，測(cè)量采 用機(jī)械定位法或光電二極管、四象限探測(cè)器、CCD等光電定位法。光學(xué)預(yù)對(duì)準(zhǔn) 是通過(guò)硅片上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，測(cè)量采用光電定位方法。光學(xué)預(yù)對(duì)準(zhǔn)完成 后，確保硅片標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置進(jìn)入硅片對(duì)準(zhǔn)的測(cè)量范圍之內(nèi)。
中國(guó)專(zhuān)利CN03164859.2 、 200710044152.1、 200710044153.6 、 200710045495 .X 以及美國(guó)專(zhuān)利US6297876、 US6864956等公布了一類(lèi)光4冊(cè)式石圭片對(duì)準(zhǔn)方法，該 類(lèi)方法采用兩個(gè)存在纟敬小周期差的光柵的相位信號(hào)進(jìn)行標(biāo)記的捕獲，兩個(gè)信號(hào) 之間的最大公約數(shù)即為捕獲范圍，具體請(qǐng)參考圖1，圖中所示8微米信號(hào)為8微 米線(xiàn)寬光柵的正弦周期信號(hào)，其周期為8微米，圖中所示8.8微米信號(hào)為8.8微 米線(xiàn)寬光柵的正弦周期信號(hào)，其周期為8.8微米，在88微米內(nèi)，兩個(gè)正弦周期 信號(hào)存在唯一的峰值重合點(diǎn)。當(dāng)機(jī)械預(yù)對(duì)準(zhǔn)或光學(xué)預(yù)對(duì)準(zhǔn)后的標(biāo)記位置位于實(shí) 際對(duì)準(zhǔn)位置(峰值重合點(diǎn))的土44微米之內(nèi)，即位于捕獲范圍之內(nèi)，光柵式硅片 對(duì)準(zhǔn)方法就能準(zhǔn)確地捕獲到該標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置。如果超出了捕獲范圍之外，獲得 的對(duì)準(zhǔn)位置可能就是88微米后的峰值重合點(diǎn)，即錯(cuò)誤的對(duì)準(zhǔn)位置，因此無(wú)法準(zhǔn) 確捕獲到標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置。
對(duì)于光柵式硅片對(duì)準(zhǔn)方法，其捕獲范圍的大小與光柵標(biāo)記的周期直接相關(guān)， 一個(gè)可選擇的方法是通過(guò)擴(kuò)大光柵標(biāo)記的周期來(lái)擴(kuò)大捕獲范圍。然而，光柵標(biāo) 記的周期的大小又決定著硅片對(duì)準(zhǔn)的最小分辨率，即與精對(duì)準(zhǔn)的精度直接相關(guān)。 直接擴(kuò)大光柵標(biāo)記的周期，將降低對(duì)準(zhǔn)最小分辨率，增大對(duì)準(zhǔn)誤差。此外，光 柵標(biāo)記周期的增大也將導(dǎo)致標(biāo)記對(duì)硅片工藝的適應(yīng)性下降，例如CMP、金屬沉 積等工藝會(huì)使得標(biāo)記發(fā)生更大的非對(duì)稱(chēng)變形，進(jìn)而影響對(duì)準(zhǔn)精度。另外一個(gè)可 選擇的方法就是提高硅片預(yù)對(duì)準(zhǔn)的精度，確保硅片預(yù)對(duì)準(zhǔn)后，硅片的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn) 位置能夠在捕獲范圍之內(nèi)，但是，對(duì)于機(jī)械預(yù)對(duì)準(zhǔn)，很難達(dá)到更高的上片精度， 以滿(mǎn)足光柵式硅片對(duì)準(zhǔn)方法的要求，而對(duì)于光學(xué)預(yù)對(duì)準(zhǔn)，需要一整套的預(yù)對(duì)準(zhǔn) 系統(tǒng)，不但提高了成本，而且需要占用光刻設(shè)備寶貴的安裝設(shè)計(jì)空間。
具體請(qǐng)參考圖2，并結(jié)合圖1,光柵式硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)包括光源與照明模塊 1、成像模塊、位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊、光電探測(cè)與信號(hào)釆集處理模塊以及對(duì) 準(zhǔn)操作與管理模塊14。其中，成像模塊包括前組透鏡3、后組透鏡7以及光闌6， 位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊包括位置數(shù)據(jù)采集單元12以及運(yùn)動(dòng)控制單元13，光電
7探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊包括光電探測(cè)器9以及信號(hào)采集與處理單元10。 硅片5位于硅片臺(tái)4上，光源與照明模塊1的照明光束通過(guò)半透半反射鏡2和 前組透鏡3照射到硅片5的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上，攜帶對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)信息的衍射光束通 過(guò)前組透鏡3，并由光闌6濾除不需要級(jí)次的衍射光后，通過(guò)后組透鏡7相干成 像到參考光柵8上，并由放置于參考光柵8后的光電探測(cè)器9將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換 電信號(hào)。信號(hào)采集與處理單元IO對(duì)獲得的電信號(hào)進(jìn)行采集與處理，并將處理后 的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)傳送到對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊14中，位置數(shù)據(jù)采集單元12用于采集 運(yùn)動(dòng)臺(tái)11的位置信息，并將位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地提供給對(duì)準(zhǔn)才乘作與管理模塊14和 運(yùn)動(dòng)控制單元13,運(yùn)動(dòng)控制單元13用于控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)11實(shí)現(xiàn)X向或Y向的直線(xiàn) 往復(fù)運(yùn)動(dòng)和高精度的定位，對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊14根據(jù)獲得的對(duì)準(zhǔn)光強(qiáng)信號(hào)和 位置數(shù)據(jù)，計(jì)算得到硅片5的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置，即硅片5的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置坐標(biāo)。 但是，在上述對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，為了確保獲得標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置是唯一的，對(duì)準(zhǔn)掃描長(zhǎng) 度通常設(shè)定為略大于1個(gè)捕獲范圍，如捕獲范圍為88微米對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，掃描長(zhǎng)度 為100微米左右。由于光柵式硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的捕獲是基于兩個(gè) 不同周期信號(hào)的峰值重合點(diǎn)，故要求上片預(yù)對(duì)準(zhǔn)誤差必須在捕獲范圍之內(nèi)，否 則將無(wú)法獲得正確的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于光刻設(shè)備的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)與方法，可 實(shí)現(xiàn)上片后標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的大范圍捕獲，以解決上片預(yù)對(duì)準(zhǔn)誤差超出硅片對(duì)準(zhǔn) 系統(tǒng)的捕獲范圍的情況下，無(wú)法準(zhǔn)確捕獲到標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供一種用于光刻設(shè)備的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)， 用于實(shí)現(xiàn)光刻設(shè)備的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置捕獲，所述硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)包括光源與 照明模塊、成像模塊、捕獲標(biāo)記、參考光柵、位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊、光電 探測(cè)與信號(hào)釆集處理模塊以及對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊；其中，所述捕獲標(biāo)記設(shè)置 于硅片上，所述光源與照明模塊提供照明光束照射到所述捕獲標(biāo)記上，形成攜 帶所述捕獲標(biāo)記信息的衍射光，所述衍射光通過(guò)所述成像模塊成像；所述位置 采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊釆集承載所述硅片的運(yùn)動(dòng)臺(tái)的位置信息，將所述位置信息 提供給所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊，以控制所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)使得所述捕獲標(biāo)記的成像掃描所述參考光柵并產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)；所述光電探測(cè) 與信號(hào)采集處理模塊采集并處理所述光學(xué)信號(hào)，產(chǎn)生捕獲信號(hào)，并將所述捕獲 信號(hào)傳輸至所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊，所述捕獲信號(hào)包括第一捕獲信號(hào)與第二 捕獲信號(hào)；所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊通過(guò)所述第一捕獲信號(hào)的相位信息與幅值 信息和第二捕獲信號(hào)的相位信息與幅值信息確定所述捕獲標(biāo)記的位置。
進(jìn)一步的，所迷相位信息為所述捕獲信號(hào)的諧波相位信息，所述幅值信息 為所述捕獲信號(hào)的幅值包絡(luò)線(xiàn)信息。
進(jìn)一步的，所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊通過(guò)所述相位信息和所述幅值信息獲 取所迷捕獲信號(hào)的峰值重合點(diǎn)以及所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)，并通過(guò)所述捕獲信 號(hào)的峰值重合點(diǎn)以及所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)確定所述捕獲標(biāo)記的位置。
進(jìn)一步的，所述捕獲標(biāo)記具有柵條，所述柵條在其延伸方向的尺寸大于或 者等于硅片上片重復(fù)誤差。
進(jìn)一步的，所述捕荻標(biāo)記包括第一光柵分支和第二光柵分支，所述第一光 柵分支與所述第二光柵分支的周期不同。
進(jìn)一步的，所述參考光柵包括第一參考光柵分支和第二參考光柵分支，所 述第一參考光柵分支與所述第一光柵分支的成像的周期相同，所述第二參考光 柵分支與所述第二光柵分支的成像的周期相同。
進(jìn)一步的，所述第一捕獲信號(hào)為所述第一光柵分支的成像掃描所述第一參 考光柵分支獲得的捕獲信號(hào)，所述第二捕獲信號(hào)為所述第二光柵分支的成像掃 描所述第二參考光柵分支獲得的捕獲信號(hào)。
進(jìn)一步的，所述光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊包括光電探測(cè)器以及信號(hào)采 集與處理單元，所述光電探測(cè)器用于探測(cè)所述光學(xué)信號(hào)，所述信號(hào)采集與處理
將所述捕獲信號(hào)傳輸?shù)剿鰧?duì)準(zhǔn)操作與管理模塊。
進(jìn)一步的，所述增益放大為固定增益放大，即所述光電探測(cè)器的通道的信 號(hào)增益值在掃描過(guò)程中保持不變。
進(jìn)一步的，所述位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊包括位置數(shù)據(jù)采集單元以及運(yùn)動(dòng) 控制單元，所述位置數(shù)據(jù)采集單元采集所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的位置信息，并將所述位置 信息提供給所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊和所述運(yùn)動(dòng)控制單元，所述運(yùn)動(dòng)控制單元
9用于控制所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。
進(jìn)一步的，所述光源與照明模塊提供至少一個(gè)分立波長(zhǎng)的照明光束。 進(jìn)一步的，所述成像才莫塊包括前組透鏡、后組透鏡以及位于所述前組透鏡
與所述后組透鏡之間的光闌。
進(jìn)一步的，所述光刻設(shè)備還包括對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，所述光源與照明模塊、所述成
像模塊、所述參考光柵、所述位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊、所述光電探測(cè)與信號(hào)
采集處理模塊以及所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊為所述對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與所述硅片標(biāo)記捕
獲系統(tǒng)共用。
本發(fā)明還提供了一種硅片標(biāo)記捕獲方法，包括如下步驟將照明光束照射 在一捕獲標(biāo)記上；所述捕獲標(biāo)記的成像掃描參考光柵并產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)；采集并 處理所述光學(xué)信號(hào)并產(chǎn)生捕獲信號(hào)；以及通過(guò)所述捕獲信號(hào)的相位信息中包含 的峰值重合點(diǎn)以及幅值信息中包含的極值點(diǎn)確定所述捕獲標(biāo)記的位置。
進(jìn)一步的，所述相位信息為所述捕獲信號(hào)的諧波相位信息，所述幅值信息 為所述捕獲信號(hào)的幅值包絡(luò)線(xiàn)信息。
進(jìn)一步的，所述捕獲標(biāo)記具有柵條，所述柵條在其延伸方向的尺寸大于或 者等于硅片上片重復(fù)誤差。
進(jìn)一步的，所述捕獲標(biāo)記包括第一光柵分支和第二光柵分支，所述第一光 柵分支與所述第二光柵分支的周期不同。
進(jìn)一步的，所述參考光柵包括第一參考光柵分支和第二參考光柵分支，所 述第一參考光柵分支與所述第一光柵分支的成像的周期相同，所述第二參考光 柵分支與所述第二光柵分支的成像的周期相同。
進(jìn)一步的，所述捕獲信號(hào)包括第一捕獲信號(hào)和第二捕獲信號(hào)，所述第一捕 獲信號(hào)為所述第一光柵分支的成像掃描第一參考光柵分支獲得的捕獲信號(hào)，所 述第二捕獲信號(hào)為所述第二光柵分支的成像掃描第二參考光柵分支獲得的捕獲 信號(hào)。
進(jìn)一步的，所述硅片標(biāo)記捕獲方法具體包括如下步驟l)設(shè)定掃描的起始 位置和終止位置；2)獲得所述掃描后的光強(qiáng)離散信號(hào)，提取所述第一捕獲信號(hào) 和所述第二捕獲信號(hào)；3)對(duì)所述第一捕獲信號(hào)和所述第二捕獲信號(hào)分別進(jìn)行相 位擬合，以獲得所述第一捕獲信號(hào)和所述第二捕獲信號(hào)的諧波相位信息，并進(jìn)一步獲得第一捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)以及第二捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)；4)根據(jù)所述第一 捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)和所述第二捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)，確定所述第 一捕獲信號(hào)與所 述第二捕獲信號(hào)的峰值重合點(diǎn)；5)根據(jù)所述第一捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)和所述第二 捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)，提取第一捕獲信號(hào)的包絡(luò)線(xiàn)和第二捕獲信號(hào)的包絡(luò)線(xiàn)；6) 獲得第一捕獲信號(hào)的滑動(dòng)平均信號(hào)和第二捕獲信號(hào)的滑動(dòng)平均信號(hào)，并對(duì)所述 滑動(dòng)平均信號(hào)分別進(jìn)行擬合，得到第一捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)和第二捕獲信號(hào)的極 值點(diǎn)；7)通過(guò)所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)以及所述峰值重合點(diǎn)，確定所述捕獲標(biāo)記 的位置，并以所述捕獲標(biāo)記的位置為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的捕獲。
進(jìn)一步的，在所述步驟4)中，所述峰值重合點(diǎn)為所述第一捕獲信號(hào)和所述 第二捕獲信號(hào)的峰值位置完全重合的點(diǎn)，或者為所述第一捕獲信號(hào)和所述第二 捕獲信號(hào)的峰值位置最接近的點(diǎn)。
進(jìn)一步的，在所述步驟6)中，所述滑動(dòng)平均信號(hào)采用如下的滑動(dòng)平均方法 求得
'=0 &
其中，/(x)代表JC位置處的信號(hào)強(qiáng)度，/t為參與的點(diǎn)數(shù)，A,為兩采樣點(diǎn)之間 的間隔，/t&為滑動(dòng)平均窗口長(zhǎng)度，^"為滑動(dòng)平均后X位置處信號(hào)強(qiáng)度。
進(jìn)一步的，所述第一捕荻信號(hào)的極值點(diǎn)采用拋物線(xiàn)模型對(duì)所述第一捕獲信 號(hào)的滑動(dòng)平均信號(hào)進(jìn)行擬合獲得，所述第二捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)采用拋物線(xiàn)模型 對(duì)所述第二捕獲信號(hào)的滑動(dòng)平均信號(hào)進(jìn)行擬合獲得。
進(jìn)一步的，在所述步驟7)中，所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)為所述第一捕獲信號(hào) 的極值點(diǎn)，所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)或者為所述第二捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)，所述捕 獲信號(hào)的極值點(diǎn)或者為所述第一捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)與所述第二捕獲信號(hào)的極值 點(diǎn)的平均值。
進(jìn)一步的，在所述步驟7)中，距離所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)最近的峰值重合 點(diǎn)的位置為所述捕獲標(biāo)記位置。
綜上所述，本發(fā)明所提供的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)與方法，通過(guò)所述捕獲標(biāo)記 的成像掃描所述參考光柵獲得捕獲信號(hào)，通過(guò)所述捕獲信號(hào)的相位信息和幅值 信息確定所述捕獲標(biāo)記的位置，實(shí)現(xiàn)上片后標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的大范圍捕獲，可確 保在上片預(yù)對(duì)準(zhǔn)誤差超出硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的捕獲范圍的情況下，能夠準(zhǔn)確、迅速
11地實(shí)現(xiàn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的捕獲，從而提高生產(chǎn)效率，且所述硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)的 各模塊與所述硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)共用，節(jié)省安裝空間，降低生產(chǎn)成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置捕獲的信號(hào)示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)的光柵式硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)示意圖； 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)示意圖； 圖4為石圭片上片重復(fù)誤差范圍與捕獲標(biāo)記尺寸的關(guān)系示意圖； 圖5為捕獲標(biāo)記的成像掃描參考光柵的示意圖6為參考光柵條數(shù)不等于捕獲標(biāo)記成像的明暗條紋數(shù)時(shí)的信號(hào)示意圖7為捕獲信號(hào)的信號(hào)段判別示意圖8為原信號(hào)峰^^點(diǎn)和滑動(dòng)平均后的信號(hào)示意圖9為擬合拋物線(xiàn)和片及值點(diǎn)示意圖10為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的判斷捕獲標(biāo)記位置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的硅片標(biāo)記的捕獲系統(tǒng)和方法作 進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明 一 實(shí)施例提出了 一種硅片標(biāo)記的捕獲系統(tǒng)和方法，可確保硅片上片 重復(fù)誤差超出硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的捕獲范圍的情況下，仍能夠獲得正確的硅片標(biāo)記 對(duì)準(zhǔn)位置，從而提高生產(chǎn)效率。
在硅片的套刻過(guò)程中，光刻設(shè)備首先進(jìn)行機(jī)械預(yù)對(duì)準(zhǔn)，若硅片上片重復(fù)誤 差超出所述光刻設(shè)備的硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的捕獲范圍時(shí)，則無(wú)法準(zhǔn)確捕獲到標(biāo)記對(duì) 準(zhǔn)位置，因此使用所述用于光刻設(shè)備的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)進(jìn)行掃描，以獲取捕 獲標(biāo)記的位置，并以所述捕獲標(biāo)記的位置為基準(zhǔn)，間接實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的捕 獲，以確保所述光刻設(shè)備的硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可進(jìn)行接下來(lái)的精對(duì)準(zhǔn)掃描。
具體請(qǐng)參考圖3，本發(fā)明一實(shí)施例所提供的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)包括光源與 照明模塊IO、成像沖莫塊、捕獲標(biāo)記、參考光柵80、位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊、 光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊以及對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊140;其中光源與照明模塊10、成像模塊、參考光柵80、光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊、位置采集與運(yùn) 動(dòng)控制模塊、對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊140與所述硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)共用，從而節(jié)省安 裝空間，降低生產(chǎn)成本。
其中，所述捕獲標(biāo)記設(shè)置于硅片5上，光源與照明模塊IO提供照明光束照 射到所述捕獲標(biāo)記上，形成攜帶所述捕獲標(biāo)記信息的衍射光，所述衍射光通過(guò) 所述成^^莫塊成像；所述位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊采集承載硅片5的運(yùn)動(dòng)臺(tái)110 的位置信息，將所述位置信息提供給對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊140,以控制運(yùn)動(dòng)臺(tái) 110的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)臺(tái)110的運(yùn)動(dòng)使得所述捕獲標(biāo)記的成像掃描參考光柵80并產(chǎn) 生光學(xué)信號(hào)；所述光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊采集并處理所述光學(xué)信號(hào)產(chǎn)生 捕獲信號(hào)，并將所述捕獲信號(hào)傳輸至對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊140;對(duì)準(zhǔn)操作與管理 模塊140通過(guò)所述捕獲信號(hào)的相位信息和幅值信息確定所述捕獲標(biāo)記的位置。
進(jìn)一步的，光源與照明模塊10提供至少一個(gè)分立波長(zhǎng)的照明光束， 例如，633nm和532nm。所述照明光束經(jīng)半透半反射鏡20和前組透鏡30照射 到硅片50的捕獲標(biāo)記上，攜帶所述捕獲標(biāo)記信息的相應(yīng)級(jí)次的衍射光通過(guò)成像 模塊相關(guān)成像到參考光柵80上，所述成像模塊為4f成像系統(tǒng)，其包括前組透鏡 30、后組透鏡70以及位于前組透鏡30與后組透鏡40之間的光闌60,光闌60 用于濾除不需要級(jí)次的衍射光，保留所需級(jí)次的衍射光。所述位置采集與運(yùn)動(dòng) 控制模塊包括位置數(shù)據(jù)采集單元120以及運(yùn)動(dòng)控制單元130，所述位置數(shù)據(jù)采集 單元120用于采集運(yùn)動(dòng)臺(tái)110的位置信息，并將所述位置信息實(shí)時(shí)地提供給對(duì) 準(zhǔn)操作與管理模塊140和運(yùn)動(dòng)控制單元130,運(yùn)動(dòng)控制單元130用于控制運(yùn)動(dòng)臺(tái) 110實(shí)現(xiàn)X向或Y向的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和高精度的定位。由于運(yùn)動(dòng)臺(tái)110的勻速 運(yùn)動(dòng)，所述捕獲標(biāo)記的成像將掃描過(guò)參考光柵80,并由光電探測(cè)與信號(hào)采集處 理模塊進(jìn)行信號(hào)采集與處理。所述光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊包括光電探測(cè) 器90以及信號(hào)采集與處理單元100，光電探測(cè)器卯將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 信號(hào)采集與處理單元100將所述電信號(hào)進(jìn)行固定增益放大以及離散采樣處理， 處理為所述捕獲信號(hào)后，將所述捕獲信號(hào)傳輸?shù)剿鰧?duì)準(zhǔn)操作與管理模塊140。 對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊140通過(guò)所述捕獲信號(hào)的相位信息和幅值信息確定所述捕 獲標(biāo)記的位置，所述相位信息為所述捕獲信號(hào)的諧波相位信息，所述幅值信息 為所述捕獲信號(hào)的幅值包絡(luò)線(xiàn)信息。請(qǐng)繼續(xù)參考圖4,其中，陰影部分為硅片上片重復(fù)誤差范圍，陰影區(qū)Y向 的大小代表了硅片的Y向上片重復(fù)誤差范圍。圖中的標(biāo)記為X方向上的捕獲標(biāo) 記，所述捕獲標(biāo)記包括第一光柵分支P1和第二光柵分支P2，其中，第一光柵分 支P1的周期為P10,第二光柵分支P2的周期為P20,第一光柵分支P1和第二 光柵分支P2存在^f敖小的周期差。為確保在硅片上片重復(fù)誤差影響下，捕獲標(biāo)記 依然能夠部分成像在參考光柵上，捕獲標(biāo)記的柵條在其延伸方向的尺寸大于或 者等于所述硅片上片重復(fù)誤差，即X方向上的捕獲標(biāo)記在光柵條延伸方向的長(zhǎng) 度大于或者等于Y向硅片上片重復(fù)誤差。此外，為確保一次掃描即可捕獲到捕 獲標(biāo)記，掃描長(zhǎng)度應(yīng)大于硅片上片重復(fù)誤差。例如X向硅片上片重復(fù)誤差為300 微米左右，那么X向掃描的長(zhǎng)度可設(shè)定為350微米，這樣即便X向上片誤差達(dá) 到最大值300孩i米左右，通過(guò)掃描依然能夠捕獲到X方向上的捕獲標(biāo)記。
請(qǐng)繼續(xù)參考圖5，并結(jié)合圖3至圖4，所述捕獲標(biāo)記的成像為明暗條紋，參 考光柵80包括第一參考光柵分支Rl和第二參考光柵分支R2,在掃描過(guò)程中， 隨著運(yùn)動(dòng)臺(tái)110的勻速移動(dòng)，所述捕獲標(biāo)記所成的明暗條紋將掃描過(guò)第一參考 光柵分支Rl和第二參考光柵分支R2,其中第一參考光柵分支Rl的周期與Pl 所成明暗條紋周期相同，第二參考光柵分支R2的周期與P2所成明暗條紋周期 相同。參考光4冊(cè)80包括透光和不透光部分，第一參考光柵分支R1后面放置有 第一光電探測(cè)器，第二參考光柵分支R2后放置有第二光電探測(cè)器，分別用于探 測(cè)透過(guò)第一參考光柵分支R1和第二參考光柵分支R2的光學(xué)信號(hào)。
信號(hào)采集與處理單元ioo將第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器荻得的光學(xué) 信號(hào)進(jìn)行固定增益放大以及離散采樣處理。不同掃描可以有不同的固定增益值， 但在每一次掃描過(guò)程中，每一個(gè)探測(cè)器通道的信號(hào)增益值從掃描過(guò)程開(kāi)始至掃 描過(guò)程結(jié)束保持固定不變，以確保在一次掃描過(guò)程中，獲得的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)是相同 增益放大的。
請(qǐng)繼續(xù)參考圖6，其為參考光柵條數(shù)不等于捕獲標(biāo)記成像的明暗條紋數(shù)時(shí)的 信號(hào)示意圖，在掃描過(guò)程中，第一光電探測(cè)器獲得捕獲信號(hào)Sl,捕獲信號(hào)Sl 存在兩個(gè)明顯信號(hào)區(qū)，即第一捕獲信號(hào)Sl_l和第三捕獲信號(hào)Sl一2，分別對(duì)應(yīng) 捕獲標(biāo)記的第一光柵分支P1的成像和第二光柵分支P2的成像掃描過(guò)第一參考 光柵分支R1時(shí)的信號(hào)。第二光電探測(cè)器獲得捕獲信號(hào)S2，捕獲信號(hào)S2存在兩個(gè)明顯信號(hào)區(qū)，即第四捕獲信號(hào)S2_l和第二捕獲信號(hào)S2—2,分別對(duì)應(yīng)捕獲標(biāo) 記的第一光柵分支Pl的成像和第二光柵分支P2的成像掃描過(guò)第二參考光柵分 支R2時(shí)的信號(hào)。
由于第二光柵分支P2的明暗條紋的周期與第一參考光柵分支Rl的周期存 在微小差值，S2—1為類(lèi)正弦信號(hào)形式，而非標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)形式，第一光柵分支 Pl的明暗條紋的周期與第一參考光柵分支R1的周期相同，S1—1為標(biāo)準(zhǔn)的正弦 信號(hào)形式。同理，第二參考光柵分支R2后的第二光電探測(cè)器獲得信號(hào)S2，信 號(hào)S2上也存在兩個(gè)明顯信號(hào)區(qū)S2_l和S2—2,分別對(duì)應(yīng)捕獲標(biāo)記的第一光柵分 支Pl的成像和第二光柵分支P2的成像掃描過(guò)第二參考光柵分支R2時(shí)的信號(hào)。 由于參考光柵條數(shù)不等于捕獲標(biāo)記成像的明暗條紋數(shù)，信號(hào)區(qū)域的包絡(luò)線(xiàn)為梯 形。需要說(shuō)明的是，若參考光柵條數(shù)等于捕獲標(biāo)記成像的明暗條紋數(shù)時(shí)，信號(hào) 區(qū)域的包絡(luò)線(xiàn)則為三角形，根據(jù)掃描的起點(diǎn)位置和掃描長(zhǎng)度的不同，在本發(fā)明 的其它實(shí)施例中，獲得的捕獲信號(hào)也可為圖6中所示信號(hào)的一段。
在捕獲信號(hào)Sl和捕獲信號(hào)S2中，僅第一捕獲信號(hào)Sl_l和第二捕獲信號(hào)
S2一2參與捕獲，即第一光柵分支P1的成像勻速掃描過(guò)第一參考光柵分支R1獲
得的信號(hào)，和第二光柵分支P2的成像勻速掃描過(guò)第二參考光柵分支R2獲得的 信號(hào)參與捕獲。
請(qǐng)繼續(xù)參考圖7，并結(jié)合圖6，第一捕獲信號(hào)S1一1和第二捕獲信號(hào)S2—2為 兩個(gè)捕獲信號(hào)。通過(guò)判別閾值，可獲得每一信號(hào)中的兩處信號(hào)區(qū)域，再根據(jù)第 一參考光柵分支R1和第二參考光柵分支R2的布局、掃描方向、以及捕獲標(biāo)記 的第一光柵分支P1和第二光柵分支P2的布局，可容易地抽取出S1—1和S2一2 信號(hào)段。判別閾值可以設(shè)定為整個(gè)掃描信號(hào)最大值的一半，大于該閾值的信號(hào) 明顯處在兩個(gè)區(qū)域，即大于閾值的信號(hào)區(qū)域1和大于閾值的信號(hào)區(qū)域2。參考光 柵的布局從左到右依次為第一參考光柵分支Rl和第二參考光柵分支R2,捕獲 標(biāo)記的布局從左到右依次為第 一光柵分支P1和第二光柵分支P2 ，掃描方向?yàn)閺?左到右，那么獲得的第一捕獲信號(hào)Sl一l在捕獲信號(hào)Sl中的后一處信號(hào)區(qū)域， 而第二捕獲信號(hào)S2一2在捕獲信號(hào)S2中的前一處信號(hào)區(qū)域。
在本發(fā)明一實(shí)施例所提供的硅片標(biāo)記捕獲方法中，將照明光束照射在所述 捕獲標(biāo)記上；所述捕獲標(biāo)記的成像掃描參考光柵并產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)；采集并處理所述光學(xué)信號(hào)并產(chǎn)生捕獲信號(hào)；以及通過(guò)所述捕獲信號(hào)的相位信息中包含的峰 值重合點(diǎn)以及幅值信息中包含的極值點(diǎn)確定所述捕獲標(biāo)記的位置，其中，所述 相位信息為所述捕獲信號(hào)的諧波相位信息，所述幅值信息為所述捕獲信號(hào)的幅 值包絡(luò)線(xiàn)信息。本發(fā)明一實(shí)施例所提供的硅片標(biāo)記捕獲方法具體包括如下步驟 步驟一、設(shè)定掃描的起始位置和終止位置；
步驟二、獲得所述掃描后的光強(qiáng)離散信號(hào)，提取出第一捕獲信號(hào)S1J和第 二捕獲信號(hào)S2—2;
步驟三、對(duì)第一捕獲信號(hào)Sl_l和第二捕獲信號(hào)S2一2分別進(jìn)行相位擬合， 以獲得第一捕獲信號(hào)Sl_l和第二捕獲信號(hào)S2—2的諧波相位信息，并進(jìn)一步獲 得第一捕獲信號(hào)SI—1的峰值點(diǎn)以及第二捕獲信號(hào)S2_2的峰值點(diǎn)；
步驟四、根據(jù)第一捕獲信號(hào)Sl_l的峰值點(diǎn)和第二捕獲信號(hào)S2—2的峰值點(diǎn)， 確定第一捕獲信號(hào)Sl一l與第二捕獲信號(hào)S2_2的峰值重合點(diǎn)；
步驟五、根據(jù)第一捕獲信號(hào)SI—1的峰值點(diǎn)和第二捕獲信號(hào)S2—2的峰值點(diǎn)， 提取第一捕獲信號(hào)Sl一l的包絡(luò)線(xiàn)和第二捕獲信號(hào)S2一2的包絡(luò)線(xiàn)；
步驟六、獲得第一捕獲信號(hào)Sl一l的滑動(dòng)平均信號(hào)和第二捕獲信號(hào)S2—2的 滑動(dòng)平均信號(hào)，并對(duì)所述滑動(dòng)平均信號(hào)分別進(jìn)行擬合，得到第一捕獲信號(hào)Sl一l 的極值點(diǎn)和第第二捕獲信號(hào)S2一2的極值點(diǎn)；
步驟七、結(jié)合所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)以及所述峰值重合點(diǎn)，確定所述捕獲 標(biāo)記的位置，并以所述捕獲標(biāo)記的位置為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的捕獲。
詳細(xì)的說(shuō)，本發(fā)明一實(shí)施例所所提供的硅片標(biāo)記捕獲方法包括如下過(guò)程
首先，掃描的起始位置和終止位置的設(shè)置確保覆蓋捕獲標(biāo)記的實(shí)際位置， 掃描長(zhǎng)度大于硅片上片重復(fù)誤差。其中，所述硅片上片重復(fù)誤差即在進(jìn)行硅片 預(yù)對(duì)準(zhǔn)后，硅片將被放置在硅片臺(tái)上，進(jìn)行下一工序的處理，即進(jìn)行硅片精對(duì) 準(zhǔn)，硅片預(yù)對(duì)準(zhǔn)存在一個(gè)對(duì)準(zhǔn)誤差，即硅片的實(shí)際位置和通過(guò)預(yù)對(duì)準(zhǔn)獲得的測(cè) 量位置之間存在一個(gè)誤差，該誤差即為硅片上片重復(fù)誤差，即統(tǒng)計(jì)意義下的多 次上片預(yù)對(duì)準(zhǔn)誤差。
然后，對(duì)第一捕獲信號(hào)Sl一l和第二捕獲信號(hào)S2_2進(jìn)行相位擬合，以獲得 第一捕獲信號(hào)Sl一l和第二捕獲信號(hào)S2一2的諧波相位信息，并進(jìn)一步獲得第一 捕獲信號(hào)SI 1的峰值點(diǎn)以及第二捕獲信號(hào)S2一2的峰值點(diǎn)。擬合的模型可采用
16如下余弦模型中的任意一個(gè)
2丌x
/ W = a, + fl2 c<--(pj (式l)
〃"=^ + a2jc +卩a3 +a4"co<--(p^ (式2 )
〃"=^+a2x + a3;x; + 4+fl5x + a6x X--cpj (式3)
其中，/(x)代表x位置處的信號(hào)強(qiáng)度，A為信號(hào)的周期，對(duì)于第一捕獲信號(hào) Sl_l,信號(hào)的周期為第一光柵分支P1的成像的周期，對(duì)于第二捕獲信號(hào)82_2, 信號(hào)的周期即為第二光柵分支P2成像的周期。fll,a2,a3,"4，a5,fl6為待擬合的多項(xiàng)式 參數(shù)，P是待擬合的相位參數(shù)。采用最小二乘或者牛頓迭代方法，容易地求解 出a,和P值。為保證擬合的準(zhǔn)確性，第一捕獲信號(hào)Sl_l和第二捕獲信號(hào)S2_2 中參與擬合的信號(hào)段可取中間一部分，或者幅值大于判別閾值的信號(hào)段。
根據(jù)擬合所得的a,.和p值，可確定信號(hào)的峰值點(diǎn)，亦即CM(^H-(^-l時(shí)，
對(duì)應(yīng)的；c坐標(biāo)附近信號(hào)采樣點(diǎn)。由兩個(gè)捕獲信號(hào)的擬合獲得的參數(shù)，可以計(jì)算 出第一捕獲信號(hào)SI—1和第二捕獲信號(hào)S2—2上的峰值位置完全重合點(diǎn)，或者峰 值位置最接近的點(diǎn)。
其次，對(duì)第一捕獲信號(hào)Sl_l和第二捕獲信號(hào)S2_2進(jìn)行幅值擬合，以獲得 第一捕獲信號(hào)Sl_l和第二捕獲信號(hào)S2_2的幅值信息。在第一捕獲信號(hào)SI—1和 第二捕獲信號(hào)82_2上，信號(hào)的峰值點(diǎn)組成捕獲信號(hào)的包絡(luò)線(xiàn)。分別獲取所述第 一捕獲信號(hào)SI—1和第二捕獲信號(hào)S2—2的包絡(luò)線(xiàn)的滑動(dòng)平均信號(hào)，得到拋物線(xiàn) 形式的信號(hào)。如圖8所示，其中實(shí)心點(diǎn)為原信號(hào)峰值點(diǎn)，空心點(diǎn)為滑動(dòng)平均后 信號(hào)。所述滑動(dòng)平均信號(hào)采用如下的滑動(dòng)平均方法求得 W = g^^ (式4)
;，O &
其中，/0)代表x位置處的信號(hào)強(qiáng)度，；k為參與的點(diǎn)數(shù)，A/為兩采樣點(diǎn)之間
的間隔，AA/即為滑動(dòng)平均窗口長(zhǎng)度，而^"即為滑動(dòng)平均后x位置處信號(hào)強(qiáng)度。
對(duì)滑動(dòng)平均后的信號(hào)進(jìn)行擬合，擬合模型采用拋物線(xiàn)模型，即 丄fx」=60 + 、x + 62x2 (式5 )
其中，i^"為jc位置處的滑動(dòng)平均信號(hào)強(qiáng)度，6。,、,62,為待擬合拋物線(xiàn)參數(shù)。 由最小二乘法，可以容易地獲得的6。A,62,值。那么，拋物線(xiàn)的極值點(diǎn)即為
17信號(hào)Sl_l和第二捕獲信號(hào)S2—2分別可獲得一個(gè) 拋物線(xiàn)的極值點(diǎn)，與兩個(gè)才及值點(diǎn)最近的第一捕獲信號(hào)Sl一l和第二捕獲信號(hào)S2_2 相位信號(hào)峰值重合點(diǎn)，即為捕獲標(biāo)記的位置。
請(qǐng)繼續(xù)參考圖10,第一捕獲信號(hào)S1—1和第二捕獲信號(hào)S2_2的相位擬合信 號(hào)存在多處的峰值重合點(diǎn)，包括第一峰值重合點(diǎn)A、第二峰值重合點(diǎn)B和第三 峰值重合點(diǎn)C,第一捕獲信號(hào)S1—1和第二捕獲信號(hào)S2—2的幅值擬合信號(hào)各有 一極值點(diǎn)，即第一捕獲信號(hào)Sl一l的極值點(diǎn)a和第二捕獲信號(hào)S2一2的極值點(diǎn)b, 顯然，距離第一捕獲信號(hào)SI—1的極值點(diǎn)a和S2一2的極值點(diǎn)b最近位置處的第 二峰值重合點(diǎn)B的位置即為捕獲標(biāo)記的位置，也即能夠捕獲到標(biāo)記的位置。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，捕獲標(biāo)記和硅片對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記通過(guò)掩才莫曝光在硅片上， 捕獲標(biāo)記和硅片對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置關(guān)系是固定且已知的，獲得所述捕獲標(biāo)記的位 置后，以所述捕獲標(biāo)記的位置為基準(zhǔn)，從而可間接實(shí)現(xiàn)硅片對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的捕獲， 即可保證準(zhǔn)確、迅速地實(shí)現(xiàn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的捕獲。
另外，由于在實(shí)際中制造、裝配等誤差，兩個(gè)捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)可能并非 完全重合，可尋找其中的一系列峰值最接近點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際情況，所述極值點(diǎn)可 以是所述第一捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)，所述極值點(diǎn)或者是所述第二捕獲信號(hào)的極值 點(diǎn)，所述極值點(diǎn)也可以是所述第一捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)與所述第二捕獲信號(hào)的極 值點(diǎn)的平均值。
綜上所述，本發(fā)明所提供的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)與方法，通過(guò)所述捕獲標(biāo)記 的成像掃描所述參考光柵獲得捕獲信號(hào)，通過(guò)所述捕獲信號(hào)的相位信息和幅值 信息確定所述捕獲標(biāo)記的位置，以實(shí)現(xiàn)上片后標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的大范圍捕獲，可 確保在上片預(yù)對(duì)準(zhǔn)誤差超出硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的捕獲范圍的情況下，能夠準(zhǔn)確、迅 速地實(shí)現(xiàn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的捕獲，從而提高生產(chǎn)效率，且所述硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng) 的各模塊與所述硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)共用，節(jié)省安裝空間，降低生產(chǎn)成本。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā) 明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)光刻設(shè)備的標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置捕獲，其特征在于，所述硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)包括光源與照明模塊、成像模塊、捕獲標(biāo)記、參考光柵、位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊、光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊以及對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊；其中，所述捕獲標(biāo)記設(shè)置于硅片上，所述光源與照明模塊提供照明光束照射到所述捕獲標(biāo)記上，形成攜帶所述捕獲標(biāo)記信息的衍射光，所述衍射光通過(guò)所述成像模塊成像；所述位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊采集承載所述硅片的運(yùn)動(dòng)臺(tái)的位置信息，將所述位置信息提供給所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊，以控制所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)使得所述捕獲標(biāo)記的成像掃描所述參考光柵并產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)；所述光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊采集并處理所述光學(xué)信號(hào)，產(chǎn)生捕獲信號(hào)，并將所述捕獲信號(hào)傳輸至所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊，所述捕獲信號(hào)包括第一捕獲信號(hào)與第二捕獲信號(hào)，所述對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊通過(guò)所述第一捕獲信號(hào)的相位信息與幅值信息和所述第二捕獲信號(hào)的相位信息與幅值信息確定所述捕獲標(biāo)記的位置。
2、 如權(quán)利要求1所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述相位信息為 所述捕獲信號(hào)的諧波相位信息，所述幅值信息為所述捕獲信號(hào)的幅值包絡(luò)線(xiàn)信 息。
3、 如權(quán)利要求2所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述對(duì)準(zhǔn)操作與 管理模塊通過(guò)所述相位信息和所述幅值信息獲取所述捕獲信號(hào)的峰值重合點(diǎn)以 及所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)，并通過(guò)所述捕獲信號(hào)的峰值重合點(diǎn)以及所述捕獲信 號(hào)的極值點(diǎn)確定所述捕獲標(biāo)記的位置。
4、 如權(quán)利要求1所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述捕獲標(biāo)記具 有柵條，所述柵條在其延伸方向的尺寸大于或者等于硅片上片重復(fù)誤差。
5、 如權(quán)利要求1所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述捕獲標(biāo)記包 括第一光柵分支和第二光柵分支，所述第一光柵分支與所述第二光柵分支的周 期不同。
6、 如權(quán)利要求5所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述參考光柵包括第 一參考光柵分支和第二參考光柵分支，所述第 一參考光柵分支與所述第一 光柵分支的成像的周期相同，所述第二參考光柵分支與所述第二光柵分支的成 像的周期相同。
7、 如權(quán)利要求6所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述第一捕獲信 號(hào)為所述第一光柵分支的成像掃描所述第一參考光柵分支獲得的捕獲信號(hào)，所 述第二捕獲信號(hào)為所述第二光柵分支的成像掃描所述第二參考光柵分支獲得的 捕獲信號(hào)。
8、 如權(quán)利要求1所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述光電探測(cè)與 信號(hào)采集處理模塊包括光電探測(cè)器以及信號(hào)采集與處理單元，所述光電探測(cè)器 用于探測(cè)所述光學(xué)信號(hào)，所述信號(hào)采集與處理單元對(duì)所述光學(xué)信號(hào)進(jìn)行增益放 大以及離散采樣處理以產(chǎn)生所述捕獲信號(hào)，并將所述捕獲信號(hào)傳輸?shù)剿鰧?duì)準(zhǔn) 操作與管理模塊。
9、 如權(quán)利要求8所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述增益放大為 固定增益放大，即所述光電探測(cè)器的通道的信號(hào)增益值在掃描過(guò)程中保持不變。
10、 如權(quán)利要求1所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述位置采集 與運(yùn)動(dòng)控制模塊包括位置數(shù)據(jù)采集單元以及運(yùn)動(dòng)控制單元，所述位置數(shù)據(jù)采集 單元采集所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的位置信息，并將所述位置信息提供給所述對(duì)準(zhǔn)操作與管 理模塊和所述運(yùn)動(dòng)控制單元，所述運(yùn)動(dòng)控制單元用于控制所述運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。
11、 如權(quán)利要求1所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述光源與照 明模塊提供至少 一個(gè)分立波長(zhǎng)的照明光束。
12、 如權(quán)利要求1所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述成像模塊 包括前組透鏡、后組透鏡以及位于所述前組透鏡與所述后組透鏡之間的光闌。
13、 如權(quán)利要求1所述的硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)，其特征在于，所述光刻設(shè)備 還包括對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，所述光源與照明模塊、所述成像模塊、所述參考光柵、所述 位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊、所述光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊以及所述對(duì)準(zhǔn)操 作與管理模塊為所述對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與所述硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)共用。
14、 一種硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于，包括如下步驟 將照明光束照射在一捕獲標(biāo)記上； 所述捕獲標(biāo)記的成^f象掃描參考光柵并產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)；采集并處理所述光學(xué)信號(hào)并產(chǎn)生捕荻信號(hào)；以及 通過(guò)所迷捕獲信號(hào)的相位信息中包含的峰值重合點(diǎn)以及幅值信息中包含的 極值點(diǎn)確定所述捕獲標(biāo)記的位置。
15、 如權(quán)利要求14所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于，所述相位信息 為所述捕獲信號(hào)的諧波相位信息，所述幅值信息為所述捕獲信號(hào)的幅值包絡(luò)線(xiàn) 信息。
16、 如權(quán)利要求14所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于，所述捕獲標(biāo)記 具有柵條，所述柵條在其延伸方向的尺寸大于或者等于硅片上片重復(fù)誤差。
17、 如權(quán)利要求14所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于，所述捕獲標(biāo)記 包括第一光柵分支和第二光柵分支，所述第一光柵分支與所述第二光柵分支的 周期不同。
18、 如權(quán)利要求17所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于，所述參考光柵 包括第一參考光柵分支和第二參考光柵分支，所述第一參考光柵分支與所述第一光柵分支的成像的周期相同，所述第二參考光柵分支與所述第二光柵分支的 成^^的周期相同。
19、 如權(quán)利要求18所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于，所述捕獲信號(hào) 包括第一捕獲信號(hào)和第二捕獲信號(hào)，所述第一捕獲信號(hào)為所述第一光柵分支的 成像掃描第一參考光柵分支獲得的捕獲信號(hào)，所述第二捕獲信號(hào)為所述第二光柵分支的成像掃描第二參考光柵分支獲得的捕獲信號(hào)。
20、 如權(quán)利要求19所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于所述硅片標(biāo)記 捕獲方法具體包括如下步驟1) 設(shè)定掃描的起始位置和終止位置；2) 獲得所述掃描后的光強(qiáng)離散信號(hào)，提取所述第一捕獲信號(hào)和所述第二捕 獲信號(hào)；3) 對(duì)所述第一捕獲信號(hào)和所述第二捕獲信號(hào)分別進(jìn)行相位擬合，以獲得所 述第一捕獲信號(hào)和所述第二捕獲信號(hào)的諧波相位信息，并進(jìn)一步獲得第一捕獲 信號(hào)的峰值點(diǎn)以及第二捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)；4) 根據(jù)所述第一捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)和所迷第二捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)，確定所 述第 一捕獲信號(hào)與所述第二捕獲信號(hào)的峰值重合點(diǎn)；5) 根據(jù)所述第一捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)和所述第二捕獲信號(hào)的峰值點(diǎn)，提取第一捕獲信號(hào)的包絡(luò)線(xiàn)和第二捕獲信號(hào)的包絡(luò)線(xiàn)；6) 獲得第一捕獲信號(hào)的滑動(dòng)平均信號(hào)和第二捕獲信號(hào)的滑動(dòng)平均信號(hào)，并 對(duì)所述滑動(dòng)平均信號(hào)分別進(jìn)行擬合，得到第 一捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)和第二捕獲信 號(hào)的極值點(diǎn)；7) 通過(guò)所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)以及所述峰值重合點(diǎn)，確定所述捕獲標(biāo)記的 位置，并以所述捕獲標(biāo)記的位置為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的捕獲。
21、 如權(quán)利要求20所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于在所述步驟4) 中，所述峰值重合點(diǎn)為所述第一捕獲信號(hào)和所述第二捕獲信號(hào)的峰值位置完全 重合的點(diǎn)，或者為所述第一捕獲信號(hào)和所述第二捕獲信號(hào)的峰值位置最接近的 點(diǎn)。
22、 如權(quán)利要求20所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于在所述步驟6) 中，所述滑動(dòng)平均信號(hào)采用如下的滑動(dòng)平均方法求得#，,其中，/(x)代表X位置處的信號(hào)強(qiáng)度，A為參與的點(diǎn)數(shù)，A/為兩采樣點(diǎn)之間的間隔，*"為滑動(dòng)平均窗口長(zhǎng)度，irw為滑動(dòng)平均后x位置處信號(hào)強(qiáng)度。
23、 如權(quán)利要求20所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于所述第一捕獲 信號(hào)的極值點(diǎn)采用拋物線(xiàn)模型對(duì)所述第一捕獲信號(hào)的滑動(dòng)平均信號(hào)進(jìn)行擬合獲 得，所述第二捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)采用拋物線(xiàn)模型對(duì)所述第二捕獲信號(hào)的滑動(dòng)平 均信號(hào)進(jìn)行擬合獲得。
24、 如權(quán)利要求20所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于在所述步驟7) 中，所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)為所述第一捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)，所述捕獲信號(hào)的極 值點(diǎn)或者為所述第二捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)，所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)或者為所述第 一捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)與所述第二捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)的平均值。
25、 如權(quán)利要求24所述的硅片標(biāo)記捕獲方法，其特征在于在所述步驟7) 中，距離所述捕獲信號(hào)的極值點(diǎn)最近的峰值重合點(diǎn)的位置為所述捕獲標(biāo)記位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)與方法，所述硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)包括光源與照明模塊、成像模塊、捕獲標(biāo)記、參考光柵、位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊、光電探測(cè)與信號(hào)采集處理模塊以及對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊，通過(guò)所述捕獲標(biāo)記的成像掃描所述參考光柵獲得捕獲信號(hào)，通過(guò)所述捕獲信號(hào)的相位信息和幅值信息確定所述捕獲標(biāo)記的位置，以實(shí)現(xiàn)上片后標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的大范圍捕獲，確保在上片預(yù)對(duì)準(zhǔn)誤差超出硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的捕獲范圍的情況下，能夠準(zhǔn)確、迅速地實(shí)現(xiàn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)位置的捕獲，從而提高生產(chǎn)效率，且所述硅片標(biāo)記捕獲系統(tǒng)的各模塊與所述硅片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)共用，節(jié)省安裝空間，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101487992SQ200910047030
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者宋海軍, 李運(yùn)鋒, 王海江, 新 趙, 韋學(xué)志 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司