一种基于多个不同波长的对准方法 【技术领域】
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种应用于光刻设备的基于多个不同波长的对准方法。
背景技术
光刻装置是制造集成电路的主要设备，其作用是使不同的掩膜图案依次成像到基底(半导体硅片或LCD板)上的精确对准的位置。然而这个对准位置却因为连续图形所经历的物理和化学变化而改变，因此需要一个对准系统，以保证硅片对应掩膜的对准位置每次都能够被精确的对准。随着基底每单位表面积上的电子元件数量的增长以及电子元件的尺寸合成越来越小，对集成电路的精度要求日益提高，因此依次掩膜成像在基底上的位置必须越来越准确的固定，对光刻时对准精度的要求也越来越高。
美国专利第5243195号公开了一种对准系统其中提及一种轴上对准方式，这种对准方式的优点在于掩膜和基底可以直接被对准，但其缺点在于难以改进到更高的精密度和准确度，而且各种工艺步骤会引起对准标记变化，从而引入不对称性和基底光栅标记的沟槽有效深度的变化。这种现象导致工艺检测不到光栅标记，或在其他情况下仅提供微弱的信号，对准系统稳定性降低。
为了解决这个问题，中国专利申请第03164858号公开了一种双波长对准系统，包括具有第一波长和第二波长的对准辐射源；具有第一波长通道和第二波长通道的检测系统，第一波长通道接收对准标记第一波长处的对准辐射，第二波长通道接收对准标记第二波长处的对准辐射；以及一个定位单元，用以根据在第一波长处检测到的对准辐射相对于在第二波长处检测到的对准辐射的相对强度来确定对准标记的位置。从上述系统中，可以看出，该系统事实上是使用了两个独立的波长来照射和检测基底上的对准标记的位置，从而可以动态的选择对准激光，以取得更好的对准效果。但是，在现有的双波长激光测量系统中，采用的照射光束选择方法是简单的不加区分的信号强度加权比较，没有考虑不同周期信号强度变化不规律的情况，如图1所示为同种波长(颜色)照射下同周期一、五级次的信号强度在一定标记深度下趋势不一致，因此不能准确详细反映各周期各级次对不同波长激光照射后，信号强度的实际情况，更不能保证在同一种激光照射的情况下，一旦不同周期信号强度不符合正常的变化规律时(可能是标记线条被工艺处理产生信号增强的特性改变)，针对多周期对准方案的选择的对准光束正确性。进而影响了最终对准位置获得的精确性。
【发明内容】
有鉴于上述的问题，本发明的目的在于提供一种应用于光刻设备的基于多个不同波长的对准方法。
本发明提出的一种基于多个不同波长的对准方法，接收多个不同波长光源的各三个周期各级次光的信号作为对准信号，根据反射信号强度与预定阈值的大小关系，以大、中周期一级次的信号进行捕获波长动态选择，以中周期各级次的信号和小周期一级次地信号进行对准波长动态选择，通过对参与对准位置计算的各对准级次进行权重计算和颜色、级次参数修正，获得最终对准位置。
进一步的，当大、中周期一级次的信号强度皆超过预定阈值时，捕获波长动态选择遵循，比较各波长的大、中周期一级次的信号强度和值，信号强度和值大的波长为所选择的捕获波长。
进一步的，当大周期一级次的信号强度超过预定阈值时，而中周期一级次的信号强度未超过预定阈值时，捕获波长动态选择遵循，比较各波长的中周期一级次的信号强度，信号强度大的波长为所选择的捕获波长。
进一步的，当中周期一级次的信号强度超过预定阈值时，而大周期一级次的信号强度未超过预定阈值时，捕获波长动态选择遵循，比较各波长的大周期一级次的信号强度，信号强度大的波长为所选择的捕获波长。
进一步的，当大、中周期一级次的信号强度皆未超过预定阈值时，捕获波长动态选择遵循，分别选出各波长的大周期一级次的信号强度最高的一个和各波长的中周期一级次的信号强度最高的一个，然后再从选出的大周期一级次的信号强度最高的波长和中周期一级次的信号强度最高的波长中选择两者间信号强度较弱的波长为捕获波长。
进一步的，进行对准波长动态选择时，比较同一级次不同波长的信号强度，信号强度大的波长为该级次所选择的对准波长。
进一步的，对准各级次权重分别等于各级次的可调级次因子与各级次所选对准波长的信号强度占所有选择级次对准波长的信号强度比值的乘积。
进一步的，可调级次因子可根据波长以及标记材料特性设定调整，默认为1。
进一步的，颜色、级次参数修正，若选择的对准波长与选择的捕获波长不一致，则对计算出的位置修正颜色误差，并修正各级次间的误差。
进一步的，颜色、级次参数修正，若选择的对准波长与选择的捕获波长一致，则仅修正级次间误差。
进一步的，将各选中对准级次的对准位置与权重相乘获得对准级次的位置值，通过各对准级次的位置值相加的和值获得最终对准位置。
通过本发明提供的基于多个不同波长的对准方法，有效避免了不同周期不同级次信号强度变化规律不正常引起的误差，保证了选择合适的对准光束，进而提高对准精度。
【附图说明】
图1为根据本发明实施例基于多个不同波长的对准方法的红色激光信号同周期一、五级次的信号强度变化示意图。
图2为根据本发明实施例基于多个不同波长的对准方法的标准三周期对准方案标记示意图。
图3为根据本发明实施例基于多个不同波长的对准方法的各周期各级次反射信号形式示意图。
图4为根据本发明实施例基于多个不同波长的对准方法的特殊变形三周期对准方案标记示意图。
【具体实施方式】
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
本发明实施例提供的基于多个不同波长的对准方法适用于多波长的激光测量系统，其技术方案为：接收多个不同波长光源的各三个周期各级次光的信号作为对准信号，根据反射信号强度与预定阈值的大小关系，以大、中周期一级次的信号进行捕获波长动态选择，以中周期各级次的信号和小周期一级次的信号进行对准波长动态选择，通过对参与对准位置计算的各对准级次进行权重计算和颜色、级次参数修正，获得最终对准位置。
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
图2为根据本发明实施例基于多个不同波长的对准方法的标准三周期对准方案标记示意图。本发明的基于多个不同波长的对准方法接收如图2中所示的标准三周期的各级次信号作为对准信号。在上述方案中，该对准标记按照光栅条纹的宽窄，可分为大周期、中周期与小周期。如图2、图3的三周期标记是由大周期(B)、中周期(M)、小周期(SG)光栅组成。大周期被各波长光照射后各波长(颜色)一级次的光信号被捕获，中周期被各波长光照射后各波长1-7级次的光信号被捕获，小周期被各波长光照射后各波长一级次的光信号被捕获。各波长照射标记后可获九路反射信号，反射信号形式如图3所示。各波长照射各周期后所得的各级次信号的信号强度以WQ(Wafer Quality)表示，以波长632nm红光和533nm绿光为例，红光的各周期各级次的信号强度表示为R(WQB)、R(WQM-1)、R(WQM-2)、R(WQM-3)、R(WQM-4)、R(WQM-5)、R(WQM-6)、R(WQM-7)、R(WQSG)，绿光同理表示为G(WQB)、G(WQM-1)、G(WQM-2)、G(WQM-3)、G(WQM-4)、G(WQM-5)、G(WQM-6)、G(WQM-7)、G(WQSG)。另外三周期标记包括特殊的变形标记，如图4所示，即取消小周期部分的标记，其可以提供大、中周期八路周期信号。
在获得各周期各级次不同波长照射反射信号强度WQ后，使用各波长的大、中周期的一级次的光信号进行捕获波长的选择，进而通过本发明所提供的方法选择使用何种波长(颜色)光的级次信号计算捕获位置。
根据本发明所提供的方法，需要根据反射信号强度与预定阈值的大小关系来选择捕获波长。详细而言，当大、中周期一级次的信号强度皆超过阈值时，捕获波长的选择遵循，比较各波长大、中周期一级次的信号强度的和值，信号强度和值大的波长为所选择的捕获波长；当大周期信号强度超过阈值，而中周期未超过时，捕获波长的选择遵循，比较各波长中周期一级次的信号强度，信号强度大的波长为所选择的捕获波长；当中周期信号强度超过阈值，而大周期未超过时，捕获波长的选择遵循，比较各波长大周期一级次的信号强度，信号强度大的波长为所选择的捕获波长；当大、中周期一级次的信号强度皆未超过阈值时，捕获波长的选择遵循，分别选出不同波长照射下大周期一级次的信号强度最高的一个和不同波长照射下中周期一级次的信号强度最高的一个，然后再从选出的大周期一级次的信号强度最高的波长和中周期一级次的信号强度最高的波长中选择两者间信号强度较弱的波长为捕获波长。
捕获波长确认后，须确认中周期各级次和小周期一级次使用何种照射波长的信号，即对准波长的选择。对准波长的选择遵循，比较同一级次不同波长照射后的信号强度，信号强度大的波长为该级次所选择的对准波长。
在确认各级次的对准波长后，还需要计算对准各级次的权重，对准各级次权重分别等于各级次的可调级次因子与各级次所选对准波长的信号强度占所有参与对准位置计算的级次对准波长的信号强度比值的乘积，具体计算如下式表述：
CWX1＝(OrderGeneX1)×(G(WQX1)/(G(WQX1)+R(WQX2)...))
CW(Color Weight)表示颜色权重，其角码X表示某周期，数字表示某级次光，OrderGene是可调级次因子可根据波长以及标记材料特性设定调整，默认为1。
在确定捕获波长后，还根据所确定的捕获波长对应的大、中周期一级次信号，计算获得捕获位置P捕。以P捕为输入，结合对准位置计算所需的中周期和小周期各级次所选照射波长的信号，计算出其对应的位置。若该级次选择的对准波长与捕获波长不一致，则对计算出的位置修正颜色误差(TSBC)并修正各级次间(TSBO)的误差，若一致则仅修正级次间误差(TSBO)，得到各周期各级次的对准位置。TSBC、TSBO对准装置自身校订。
将各选中参与对准级次的对准位置与权重(CW)相乘获得对准级次的位置值，通过各对准级次的位置值相加的和值获得最终对准位置具体计算如下式：
P对＝PX1×CWX1+PX2×CWX2+...
以下结合三个具体实施例来说明本发明的对准方法。
实施例一(标准三周期，大、中周期信号强度均低于预定阈值)
本实施例以波长632nm红光和533nm绿光为不同波长照射光源，根据本实施例的对准方法，包括以下步骤：
步骤S1：红、绿光源照射标准三周期标记，该标记小周期采用通用尺寸，获得不同波长照射下，各周期各级次的信号强度值R(WQB)、R(WQM-1)、R(WQM-2)、R(WQM-3)、R(WQM-4)、R(WQM-5)、R(WQM-6)、R(WQM-7)、R(WQSG)；G(WQB)、G(WQM-1)、G(WQM-2)、G(WQM-3)、G(WQM-4)、G(WQM-5)、G(WQM-6)、G(WQM-7)、G(WQSG)
步骤S2：经判断，大、中周期的信号强度均小于预定阈值，分别选出红绿光照射下大周期一级次的信号强度高的一个和中周期一级次的信号强度高的一个，然后再选择二者间信号强度弱的一个所对应的波长为捕获波长。如下式：
Min[Max(G(WQB)，R(WQB))，Max(G(WQM-1)，R(WQM-1))]
步骤S3：比较中、小周期各级次红绿光的信号强度。
Max(G(WQM-1)，R(WQM-1))
Max(G(WQM-2)，R(WQM-2))
......
Max(G(WQSG)，R(WQSG))
得到各级次信号强度大的对准波长。
步骤S4：确定需要参与对准位置计算的中周期一、三、五级次与小周期级次，设定OrderGene因子，并通过CWX1＝(OrderGeneX1)×(G(WQX1)/(G(WQX1)+R(WQX2)...))计算获得各级次的对准权重。
CWM-1＝(OrderGeneM-1)×(G(WQM-1)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5)+R(WQSG))
CWM-3＝(OrderGeneM-3)×(G(WQM-3)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5)+R(WQSG))
CWM-5＝(OrderGeneM-5)×(R(WQM-3)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5)+R(WQSG))
CWSG＝(OrderGeneSG)×(R(WQM-3)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5)+R(WQSG))
步骤S5：计算捕获位置P捕，并计算各级次原始对准位置为P1、P3、P5、PSG。判断各级次所选择的对准波长是否与捕获波长一致，如不一致对各级次的对准位置进行颜色参数的修正和级次参数的修正，如果一致则仅进行级次参数的修正，最终获得各级次各周期的对准位置。捕获波长选择为绿色(G)，故中周期五级次和小周期需要作颜色、级次参数修正，而其它级次仅作级次修正，得到各级次对准位置为：
PM-1＝P1-TSBO
PM-3＝P3-TSBO
PM-5＝P5-TSBC-TSBO
PSG＝PSG-TSBC-TSBO
步骤S6：根据各周期各级次权重和各周期各级次对准位置，依据以下公式计算最终对准位置：
P对＝PM-1×CWM-1+PM-3×CWM-3+PM-5×CWM-5+PSG×CWSG
实施例二(标准三周期，大、中周期信号强度均高于预定阈值)
本实施例以波长632nm红光和533nm绿光为不同波长照射光源，根据本实施例的对准方法，包括以下步骤：
步骤S10：红、绿光源照射标准三周期标记，该标记小周期采用通用尺寸，获得不同波长照射下，各周期各级次的信号强度值R(WQB)、R(WQM-1)、R(WQM-2)、R(WQM-3)、R(WQM-4)、R(WQM-5)、R(WQM-6)、R(WQM-7)、R(WQSG)；G(WQB)、G(WQM-1)、G(WQM-2)、G(WQM-3)、G(WQM-4)、G(WQM-5)、G(WQM-6)、G(WQM-7)、G(WQSG)
步骤S20：经判断，大、中周期的信号强度均大于预定阈值，分别计算红绿光照射下大周期中周期一级次的信号强度和值，并比较信号和值的大小，选出信号强度大的波长作为捕获波长，见公式：
Max[G(WQB+WQM-1)，R(WQB+WQM-1)]
步骤S30：比较中、小周期各级次红绿光的信号强度。
Max(G(WQM-1)，R(WQM-1))
Max(G(WQM-2)，R(WQM-2))
......
Max(G(WQSG)，R(WQSG))
得到各级次信号强度大的对准波长。
步骤S40：确定需要参与对准位置计算的中周期一、三、五级次与小周期级次，设定OrderGene因子，并通过CWX1＝(OrderGeneX1)×(G(WQX1)/(G(WQX1)+R(WQX2)...))计算获得各级次的对准权重。
CWM-1＝(OrderGeneM-1)×(G(WQM-1)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5)+R(WQSG))
CWM-3＝(OrderGeneM-3)×(G(WQM-3)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5)+R(WQSG))
CWM-5＝(OrderGeneM-5)×(R(WQM-3)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5)+R(WQSG))
CWSG＝(OrderGeneSG)×(R(WQM-3)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5)+R(WQSG))
步骤S50：计算捕获位置P捕，并计算各级次原始对准位置为P1、P3、P5、PSG。判断各级次所选择的对准波长是否与捕获波长一致，如不一致对各级次的对准位置进行颜色参数的修正和级次参数的修正，如果一致则仅进行级次参数的修正，最终获得各级次各周期的对准位置。捕获波长选择为绿色(G)，故中周期五级次和小周期需要作颜色、级次参数修正，而其它级次仅作级次修正，得到各级次对准位置为：
PM-1＝P1-TSBO
PM-3＝P3-TSBO
PM-5＝P5-TSBC-TSBO
PSG＝PSG-TSBC-TSBO
步骤S60：根据各周期各级次权重和各周期各级次对准位置，依据以下公式计算最终对准位置：
P对＝PM-1×CWM-1+PM-3×CWM-3+PM-5×CWM-5+PSG×CWSG
实施例三(变形三周期，大、中周期信号强度均高于预定阈值)
本实施例以波长632nm红光和533nm绿光为不同波长照射光源，根据本实施例的对准方法，包括以下步骤：
步骤S100：红、绿光源照射变形三周期标记，该标记无小周期光栅，获得不同波长照射下，各周期各级次的信号强度值R(WQB)、R(WQM-1)、R(WQM-2)、R(WQM-3)、R(WQM-4)、R(WQM-5)、R(WQM-6)、R(WQM-7)；G(WQB)、G(WQM-1)、G(WQM-2)、G(WQM-3)、G(WQM-4)、G(WQM-5)、G(WQM-6)、G(WQM-7)
步骤S200：经判断，大、中周期的信号强度均大于预定阈值，分别计算红绿光照射下大周期中周期一级次的信号强度和值，并比较信号和值的大小，选出信号强度大的波长作为捕获波长，见公式：
Max[G(WQB+WQM-1)，R(WQB+WQM-1)]
步骤S300：比较中周期各级次红绿光的信号强度。
Max(G(WQM-1)，R(WQM-1))
Max(G(WQM-2)，R(WQM-2))
......
Max(G(WQM-7)，R(WQM-7))
得到各级次信号强度大的对准波长。
步骤S400：确定需要参与对准位置计算的中周期一、三、五级次，设定OrderGene因子，并通过CWX1＝(OrderGeneX1)×(G(WQX1)/(G(WQX1)+R(WQX2)...))计算获得各级次的对准权重。
CWM-1＝(OrderGeneM-1)×(G(WQM-1)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5))
CWM-3＝(OrderGeneM-3)×(G(WQM-3)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5))
CWM-5＝(OrderGeneM-5)×(R(WQM-3)/(G(WQM-1)+G(WQM-3)+R(WQM-5))
步骤S500：计算捕获位置P捕，并计算各级次原始对准位置为P1、P3、P5。判断各级次所选择的对准波长是否与捕获波长一致，如不一致对各级次的对准位置进行颜色参数的修正和级次参数的修正，如果一致则仅进行级次参数的修正，最终获得各级次各周期的对准位置。捕获波长选择为绿色(G)，故中周期五级次需要作颜色、级次参数修正，而其它级次仅作级次修正，得到各级次对准位置为：
PM-1＝P1-TSBO
PM-3＝P3-TSBO
PM-5＝P5-TSBC-TSBO
步骤S600：根据各周期各级次权重和各周期各级次对准位置，依据以下公式计算最终对准位置：
P对＝PM-1×CWM-1+PM-3×CWM-3+PM-5×CWM-5
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。