一种基于DMD直写曝光设备的对准系统及方法与流程

本发明涉及光刻对准，尤其是涉及一种基于dmd直写曝光设备的对准系统及方法。

背景技术：

1、光刻工序的完成需要经历多次曝光，套刻精度是多层图形精确曝光的保证，而套刻是通过对准系统来实现，是半导体光刻设备最重要的系统之一。当前曝光对准系统主要分两类，一种是图像控制器(ccd)机器视觉对准，主要应用于数字微镜装置(dmd)直写曝光，通过成像镜头和ccd自动接收和处理对准标记在工件台坐标系中的位置，从而实现工件台和dmd的对准；另一种是基于衍射光栅对准，首先在硅片和掩膜上分别制作对准光栅，进行曝光时利用对准光栅形成的叠栅条纹进行对准，主要应用于掩模式投影光刻设备与接近式光刻设备。

2、基于机器视觉的对准系统，对准精度提高会受到光学系统分辨力的限制；基于衍射光栅的对准系统，由于需要提前制作对准光栅，在dmd直写曝光设备的应用中受dmd像素间隙的影响，对物理光栅的制作精度要求非常高，高精度的要求带来物料备货周期漫长、成本较高，在实际应用中实施较困难且降低了生产效率，限制了dmd直写曝光设备的对准精度。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于dmd直写曝光设备的对准系统，解决了当前制作生产物理光栅效率慢且现有对准系统的对准精度低的问题。

2、本发明还提供一种基于dmd直写曝光设备的对准方法。

3、根据本发明的第一方面实施例的基于dmd直写曝光设备的对准系统，包括：

4、曝光光源，用于发射曝光光束；

5、数字微镜装置，用于接收所述曝光光束以发出物理光栅、数字光栅和多个光刻图案；

6、硅片，放置于工件台上，用于接收所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案，所述硅片第一层在曝光该层所述光刻图案的同时刻蚀所述物理光栅，所述硅片的其他层在分别曝光其他层所述光刻图案的同时投影所述数字光栅至所述物理光栅上以产生放大莫尔条纹；

7、投影物镜，设置于所述数字微镜装置与所述硅片之间，用于对所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案进行投影；

8、半透半反镜，设置于所述投影物镜与所述硅片之间，用于透射所述物理光栅、所述数字光栅和多个所述光刻图案，且还用于反射所述放大莫尔条纹；

9、图像控制器，用于接收所述放大莫尔条纹；

10、数字微镜控制模块，与所述数字微镜装置电性连接；

11、图像处理模块，与所述图像控制器电性连接，用于对所述放大莫尔条纹进行图像处理。

12、根据本发明实施例的基于dmd直写曝光设备的对准系统，至少具有如下有益效果：

13、对于本发明实施例的对准系统，通过利用数字微镜装置可产生图像平滑、细腻且精确的优势，使用可直写曝光的数字微镜装置来制备物理光栅，再由同组数字微镜装置产生数字光栅，抵消了数字微镜装置像素间隙和投影物镜倍率公差中带来的误差，减少物料周期和成本。

14、进一步地，本发明实施例创新地将物理光栅的制作嵌入到曝光流程中，在第一层光刻图案中加入作为光栅标记信息的物理光栅，再投影数字光栅来分别进行粗对准与精对准过程，将硅片的细微位移放大显示在叠栅条纹的光强信息上，在工艺上提高了莫尔条纹精度，同时在生产上提升了效率。

15、除此之外，由于本发明实施例采用的是同一组光路系统，且物理光栅和数字光栅都与曝光进程同质，因此能抵消光源波长波动、dmd像素间隙和投影物镜倍率的两光栅中的误差，同时没有造成成本和性能的流失，这对于dmd直写曝光设备领域的发展具有重要意义。

16、根据本发明的一些实施例，所述基于dmd直写曝光设备的对准系统还包括扩束镜，所述扩束镜设置于所述曝光光源与所述数字微镜装置之间，所述扩束镜用于对所述曝光光束进行整形。

17、根据本发明的一些实施例，所述扩束镜采用双远心伽利略型扩束镜。

18、根据本发明的一些实施例，所述基于dmd直写曝光设备的对准系统还包括接收物镜，所述接收物镜设置于所述半透半反镜与所述图像控制器之间，所述接收物镜用于对所述放大莫尔条纹进行放大。

19、根据本发明的一些实施例，所述物理光栅包括第一横向条纹、第二横向条纹、第一竖向条纹、第二竖向条纹，所述第一横向条纹平行间隔地位于所述第二横向条纹下侧且相隔第一标准距离，所述第一竖向条纹平行间隔地位于所述第二竖向条纹左侧且相隔第二标准距离；所述数字光栅包括第三横向条纹、第四横向条纹、第三竖向条纹、第四竖向条纹，所述第三横向条纹平行间隔地位于所述第四横向条纹上侧且相隔第一标准距离，所述第三竖向条纹平行间隔地位于所述第四竖向条纹右侧且相隔第二标准距离。

20、根据本发明的一些实施例，所述第一横向条纹、所述第一竖向条纹、所述第三横向条纹、所述第三竖向条纹皆具有第一条纹宽度和第一条纹间隙，所述第一条纹宽度和所述第一条纹间隙大小相同且为a；所述第二横向条纹、所述第二竖向条纹、所述第四横向条纹、所述第四竖向条纹皆具有第二条纹宽度和第二条纹间隙，所述第二条纹宽度和所述第二条纹间隙大小相同且为b；对于a和b，存在a＝m×b，其中，m∈[1.09,1.2]。

21、根据本发明的第二方面实施例的基于dmd直写曝光设备的对准方法，应用于如本发明第一方面实施例任一项所述的基于dmd直写曝光设备的对准系统，包括以下步骤：

22、打开曝光光源，利用数字微镜装置经投影物镜、半透半反镜将第一层的光刻图案曝光至硅片的第一层，并将物理光栅刻蚀至所述硅片的第一层；

23、利用数字微镜控制模块使所述数字微镜装置产生数字光栅，在曝光其他层的所述光刻图案时，经所述投影物镜、所述半透半反镜将所述数字光栅投影至所述物理光栅上，以产生放大莫尔条纹；

24、利用图像控制器接收经所述半透半反镜反射的所述放大莫尔条纹，以得到放大莫尔条纹图像；

25、通过识别所述放大莫尔条纹图像，控制工件台和所述投影物镜完成粗对准；

26、利用图像处理模块对所述放大莫尔条纹图像进行处理，以得到图像处理结果；

27、根据所述图像处理结果，通过控制工件台和所述投影物镜完成精对准。

28、根据本发明实施例的基于dmd直写曝光设备的对准方法，至少具有如下有益效果：

29、对于本发明实施例的对准方法，通过利用数字微镜装置可产生图像平滑、细腻且精确的优势，使用可直写曝光的数字微镜装置来制备物理光栅，再由同组数字微镜装置产生数字光栅，抵消了数字微镜装置像素间隙和投影物镜倍率公差中带来的误差，减少物料周期和成本。

30、进一步地，本发明实施例创新地将物理光栅的制作嵌入到曝光流程中，在第一层光刻图案中加入作为光栅标记信息的物理光栅，再投影数字光栅来分别进行粗对准与精对准过程，将硅片的细微位移放大显示在叠栅条纹的光强信息上，在工艺上提高了莫尔条纹精度，同时在生产上提升了效率。

31、除此之外，由于本发明实施例采用的是同一组光路系统，且物理光栅和数字光栅都与曝光进程同质，因此能抵消光源波长波动、dmd像素间隙和投影物镜倍率的两光栅中的误差，同时没有造成成本和性能的流失，这对于dmd直写曝光设备领域的发展具有重要意义。

32、根据本发明的一些实施例，所述物理光栅包括第一横向条纹、第二横向条纹、第一竖向条纹、第二竖向条纹，所述第一横向条纹平行间隔地位于所述第二横向条纹下侧且相隔第一标准距离，所述第一竖向条纹平行间隔地位于所述第二竖向条纹左侧且相隔第二标准距离；所述数字光栅包括第三横向条纹、第四横向条纹、第三竖向条纹、第四竖向条纹，所述第三横向条纹平行间隔地位于所述第四横向条纹上侧且相隔第一标准距离，所述第三竖向条纹平行间隔地位于所述第四竖向条纹右侧且相隔第二标准距离；

33、所述通过识别所述放大莫尔条纹图像，控制工件台和所述投影物镜完成粗对准，包括以下步骤：

34、识别所述放大莫尔条纹图像的第一间隔距离以计算第一差值，所述第一差值表示所述第一间隔距离与所述第一标准距离之间的差值，所述第一间隔距离表示所述第一横向条纹与所述第三横向条纹的重叠条纹与所述第二横向条纹与所述第四横向条纹的重叠条纹之间的间隔距离；

35、若所述第一差值不等于零，控制所述工件台沿垂直方向移动所述第一差值大小的距离；

36、识别所述放大莫尔条纹图像的第二间隔距离以计算第二差值，所述第二差值表示所述第二间隔距离与所述第二标准距离之间的差值，所述第二间隔距离表示所述第一竖向条纹与所述第三竖向条纹的重叠条纹与所述第二竖向条纹与所述第四竖向条纹的重叠条纹之间的间隔距离；

37、若所述第二差值不等于零，控制所述投影物镜沿水平方向移动所述第二差值大小的距离。

38、根据本发明的一些实施例，所述根据所述图像处理结果，通过控制工件台和所述投影物镜完成精对准，包括以下步骤：

39、根据所述放大莫尔条纹图像的水平方向相位差计算水平方向位移差；

40、若所述水平方向位移差不等于零，控制所述投影物镜沿水平方向移动所述水平方向位移差大小的距离；

41、根据所述放大莫尔条纹图像的垂直方向相位差计算垂直方向位移差；

42、若所述垂直方向位移差不等于零，控制所述工件台沿垂直方向移动所述垂直方向位移差大小的距离。

43、根据本发明的一些实施例，所述第一横向条纹、所述第一竖向条纹、所述第三横向条纹、所述第三竖向条纹皆具有第一条纹宽度和第一条纹间隙，所述第一条纹宽度和所述第一条纹间隙大小相同且为a；所述第二横向条纹、所述第二竖向条纹、所述第四横向条纹、所述第四竖向条纹皆具有第二条纹宽度和第二条纹间隙，所述第二条纹宽度和所述第二条纹间隙大小相同且为b；对于a和b，存在a＝m×b，其中，m∈[1.09,1.2]；

44、计算所述水平方向位移差和所述垂直方向位移差，分别由以下数学模型所约束：

45、

46、

47、其中，δx为所述水平方向位移差；δy为所述垂直方向位移差；为水平方向相位差；为垂直方向相位差。

48、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。