专利名称：一种用于套刻精度的透镜成像系统及其反馈和校准方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造设备中的投影光刻设备，尤其涉及一种用 于套刻精度的透镜成像系统及其反馈和校准方法。
背景技术：
目前的光刻工艺在测量套刻精度(overlay)的时候，必须将硅片拿到 专门的机器上测量，在测量完之后将所得到的数据反馈给光刻机来补偿下 个Lot(批次)的套刻数值，在测量套刻精度过程中，有可能光刻机又对其 他的Lot进行了曝光，这些Lot在曝光过程中并没有获得最新的套刻精度 测量值，因此，现有的套刻精度反馈系统反馈效率低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于套刻精度的透镜成像系统 及其反馈和校准方法，可以提高套刻精度的反馈效率，降低产品的返工率。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于套刻精度测量的透镜成 像系统，包括主透镜、傅立叶平面附近的分束板、反光镜、投影透镜、 焦平面空间像收集探测器阵列、附属照明光源和计算模块，该透镜成像系 统可用于扫描式光刻机或非扫描式光刻机，且具有自我校准的能力或将在 其他设备上测量硅片的测量数据用于校准;分束板与通过主透镜进入透镜 成像系统的光路呈45度夹角，且分束板的反射面朝向被光刻器件的一侧； 在经过分束板反射后与光刻光路相垂直的光路上设置有反射镜，反射镜的 法线与分束板的法线相平行，且反射镜的反射面朝向分束板一侧；在经过 反射镜反射之后的光路上设置有焦平面空间像收集探测器阵列。可用于扫 描式光刻机或非扫描式光刻机;具有自我校准的能力或将在其他设备上测 量硅片的测量数据用于校准。
本发明还提出了 一种套刻精度的反馈和校准方法，可运用于上述的透 镜成像系统，S卩首先将掩膜板平面上的套刻标记通过光刻机投影透镜投
射到硅片表面，再通过硅片表面反射回来,并且通过所述45度角度分束板
投影到所述焦平面空间像探测器阵列上，同时将硅片平台上的套刻标记的
像通过45度角度分束板投影到所述焦平面空间像探测器阵列上；然后由
计算模块将上述两组像的中心位置值进行比较，并计算得出套刻精度数据 即两组像的中心位置差值。套刻精度反馈参量的解算可以按照行业中的常
规方法进行,如通过测量4到5个曝光区域的上述两组图像的中心位置差 值来解算出硅片范围曝光区域之间(inter-field)的平移量，旋转量，放大 率误差，正交性误差等参量以及曝光区域内(Intra-f ield)的旋转量，放大 率误差，正交性误差等参量。
本发明由于使用上述新型的透镜系统及新的套刻精度反馈和校准方 法，可以实时地测量套刻精度，及时将测量结果反馈给下一片硅片，提高 套刻精度的反馈效率，降低产品的返工率。
图1是本发明套刻精度实时测量方法所依靠的透镜成像系统的一种 构造示意图，包括主透镜、傅立叶平面附近的45度角度分束板、45度角 度反光镜、投影透镜、焦平面空间像收集探测器阵列、附属照明光源等模 块；
图2是本发明系统透镜中的焦平面探测器单元的一种实现方式示意 图，包括放大透镜、像传感器和外壳； 图3是本发明方法的流程示意图4是本发明方法在测量和补正过程中，曝光前对每枚硅片直接进行 的流程示意图5是图4的替代方法，即直接使用前一硅片的测量值作为补正值， 并测量本枚硅片的对准精度以取得下一枚硅片的补正值的流程示意图6是图4的另一替代方法，即选择第一和第n枚硅片进行精确测量， 而第2— (n-l)枚直接采用第一枚硅片的测量结果进行补正，从n+l枚 硅片则使用第一和第n枚硅片精确测量的结果进行补正的流程示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。 本发明中的透镜成像系统由主透镜、傅立叶平面附近的45度角度分 束板、45度角度反光镜、投影透镜、焦平面空间像收集探测器阵列、附 属照明光源等模块组成。如图1所示，是本发明套刻精度实时测量方法所 依靠的透镜成像系统的一种构造示意图，包括主透镜、傅立叶平面附近的 45度角度分束板、45度角度反光镜、投影透镜、焦平面空间像收集探测 器阵列、附属照明光源等模块；图2是本发明一个具体实施例中系统透镜 的焦平面探测器单元的一种实现方式示意图，包括放大透镜、像传感器、 和外壳。上述的透镜成像系统中的傅立叶平面附近的45度角度分束板， 作用是硅片平面的光强分布投影到焦平面探测器阵列上。上述附属照明光
源的作用在于将硅片平面上己经有的套刻测试图形照亮，并且由所述下分 束板将图像传递到焦平面探测器阵列上。 实施例
本发明透镜的特征是能够及时将测量的数据反馈给光刻机系统。其一 种实施方式为:利用新型透镜成像系统对每个Lot的第一枚先进行实时精 确测量和反馈，在接下来的硅片曝光时，直接使用前一硅片的测量解算值 作为补正值，同时测量本枚硅片的对准精度，以取得下一枚硅片的补正值。
基于上述透镜成像系统，本发明还提出了一种套刻精度的反馈和校准 方法，其主要特征是在新型透镜成像系统中测量套刻精度后，及时将测量 结果反馈给下一片硅片，提高套刻精度测量数据的反馈效率。该方法具体 为 一方面，掩膜板平面上的套刻标记通过光刻机投影透镜投射到硅片表 面,再通过硅片表面反射回来，并且通过所述45度角度分束板投影到所述 焦平面空间像探测器阵列上；另一方面，硅片平台上的套刻标记的像通过
45度角度分束板投影到该焦平面空间像探测器阵列上。然后由计算模块
将这两组像的中心位置值进行比较，来计算得出光刻机透镜系统的套刻精 度数据即两组像的中心位置差值。套刻精度反馈参量的解算按照行业中的
常规方法进行，如通过测量4到5个曝光区域的上述两组图像的中心位 置差值来解算出硅片范围曝光区域之间(inter-field)的平移量，旋转量， 放大率误差，正交性误差等参量以及曝光区域内(Intra-field)的旋转量， 放大率误差，正交性误差等参量，可参见流程图3。
在测量和补正过程中，可以在曝光前对每枚硅片进行实时精确测量， 将测量结果直接补正到光刻机上，对本枚硅片直接进行补正，可参见流程图4;也可以对每个Lot的第一枚先进行实时精确测量和反馈，在接下来 的硅片曝光时，直接使用前一硅片的测量值作为补正值，同时测量本枚硅 片的对准精度，以取得下一枚硅片的补正值，可参见流程图5;还可以选
择第一和第n枚硅片进行精确测量，其中本lot的第2— (n-1)枚直接 采用第一枚硅片的精确测量结果进行补正，从n+l枚硅片开始使用第一和 第n枚硅片精确测量的结果进行补正，可参见流程图6。
需要指出，整个套刻精度测量系统的校准可以是将测试的硅片在其他 设备上测量，将测量数据用于对系统的校准，也可以将系统完善成具有自 我校准的能力，不需要借助其他设备即可校准。本发明方法既可以用于扫 描式光刻机，又可以用于非扫描式光刻机。
根据实施例，本发明涉及的系统和套刻精度的反馈和校准方法适用于 各种尺寸的光刻设备，如8英寸、12英寸、18英寸、以及更加大尺寸的。
综上所述，本发明提出的系统及方法可以实时地测量套刻精度，及时 将测量结果反馈给下一片硅片，提高套刻精度的反馈效率，降低产品的返 工率。
权利要求
1、一种用于套刻精度测量的透镜成像系统，其特征在于，包括主透镜、傅立叶平面附近的分束板、反光镜、投影透镜、焦平面空间像收集探测器阵列、附属照明光源和计算模块，所述透镜成像系统可用于扫描式光刻机或非扫描式光刻机；所述透镜成像系统具有自我校准的能力或将在其他设备上测量硅片的测量数据用于校准；所述分束板与通过所述主透镜进入所述透镜成像系统的光路呈45度夹角，且所述分束板的反射面朝向被光刻器件的一侧；在经过所述分束板反射后与光刻光路相垂直的光路上设置有所述反射镜，所述反射镜的法线与所述分束板的法线相平行，且所述反射镜的反射面朝向所述分束板一侧；在经过所述反射镜反射之后的光路上设置有所述焦平面空间像收集探测器阵列。
2、 一种套刻精度的反馈和校准方法，可运用于根据权利要求1所述 的透镜成像系统，其特征在于，包括首先将掩膜板平面上的套刻标记通 过光刻机投影透镜投射到硅片表面，再通过硅片表面反射回来，并且通过 所述45度角度分束板投影到所述焦平面空间像探测器阵列上，同时将硅 片平台上的套刻标记的像通过所述45度角度分束板投影到所述焦平面空 间像探测器阵列上;然后由所述计算模块将上述两组像的中心位置值进行 比较，并计算得出套刻精度数据。
3、 根据权利要求2所述的套刻精度的反馈和校准方法，其特征在于,所述比较是指按下列任一办法进行测量和补正-可以在曝光前对每枚硅片进行实时精确测量，将测量结果直接补正到 光刻机上，对本枚硅片直接进行补正； 也可以对每个Lot的第一枚先进行实时精确测量和反馈，在接下来的 硅片曝光时，直接使用前一硅片的测量值作为补正值，同时测量本枚硅片 的对准精度，以取得下一枚硅片的补正值；还可以选择第一和第n枚硅片进行精确测量，其中本lot的第2— (n-l)枚直接采用第一枚硅片的精确测量结果进行补正，从n+l枚硅片 开始使用第一和第n枚硅片精确测量的结果进行补正。
4、根据权利要求3所述的套刻精度的反馈和校准方法，其特征在于， 所述套刻精度的反馈和校准方法可用于8英寸、12英寸、18英寸、以及 更加大尺寸的光刻设备。
全文摘要
本发明公开了一种用于套刻精度的透镜成像系统及其反馈和校准方法，该系统包括主透镜、傅立叶平面附近的45度角度分束板、45度角度反光镜、投影透镜、焦平面空间像收集探测器阵列、附属照明光源、和计算模块；该方法首先将掩膜板平面上的套刻标记通过光刻机投影透镜投射到硅片表面，再通过硅片表面反射回来，并且通过所述45度角度分束板成像到所述焦平面空间像探测器阵列上，同时将硅片平台上的套刻标记的像通过所述45度角度分束板成像到所述焦平面空间像探测器阵列上；然后由计算模块将上述两组像的中心进行比较，并计算得出套刻精度数据。本发明可以提高套刻精度的反馈效率，降低产品的返工率。
文档编号G03F7/20GK101169591SQ20061011742
公开日2008年4月30日 申请日期2006年10月23日 优先权日2006年10月23日
发明者强 伍, 蒋运涛 申请人:上海华虹Nec电子有限公司