基于相对位置测量的对准系统、双工件台系统及测量系统的制作方法

本发明涉及集成电路制造领域，尤其是一种基于相对位置测量的对准系统、双工件台系统及测量系统。

背景技术：

在半导体IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置。每一层图形之间相对位置的误差，即为套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/3～1/5，对于100纳米的光刻机而言，套刻精度指标要求小于35nm。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一，而掩膜与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。当特征尺寸CD要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更小的对准精度。

为进一步提高产率，如图1所示的双工件台系统被用于步进扫描光刻机中，

包括：主框架101、固定在所述主框架101上的投影物镜102及对准传感器103、与所述投影物镜102对应的曝光位工件台104、与所述对准传感器103对应的测量位工件台105。测量位硅片108位于所述测量位工件台105上，曝光位硅片107位于所述曝光位工件台104上。其中，所述测量位工件台105用于硅片上片后的测量，包括对准标记测量、调平调焦测量等；曝光位工件台104主要用于线条的曝光。二者并行进行，交换操作，可以极大地提高产率。

在上述双工件台系统中，由于采用双台结构，所述投影物镜102的振动会引起主框架101的振动增大，从而导致对准传感器103的振动也将随之增大。此外，随着对产率的要求越来越高，工件台加速度也越来越大，导致冲击力会增大，将进一步增大对准传感器103的振动。对准传感器103的振动增大进而使得对准标记测量的对准误差增大。

而且随着光刻机Overlay(迭对)精度越来越高，对对准的重复精度也要求越来越高，而对准传感器103的振动直接引入对准误差，故对准传感器103的对准误差的容忍度将会越来越低。对于高达2nm对准重复精度，对准传感器103的振幅不能超过10nm(10nm振幅将大致导致0.3nm对准误差)，上述的双工件台系统的对准传感器的振幅很难控制在10nm以内，导致对准重复精度不够。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于相对位置测量的对准系统，以解决对准重复精度不够高的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于相对位置测量的对准系统、双工件台系统及测量系统，其中，基于相对位置测量的对准系统包括：

主框架；

对准传感器，所述对准传感器固定于所述主框架上；

光强信号采集处理模块，所述光强信号采集处理模块获取所述对准传感器输出的光信号，将所述光信号转换成数字电信号，并输出所述数字电信号；

反射镜，所述反射镜设置于所述对准传感器上；

工件台，所述对准传感器悬浮于所述工件台的上方，所述工件台用于放置一硅片，所述硅片包括一对准标记；

位置采集模块，所述位置采集模块获取所述反射镜及所述工件台的位置数据，输出所述反射镜及所述工件台的相对位置数据；及

对准操作与管理模块，所述对准操作与管理模块获取所述数字光强信号及所述相对位置数据并处理，计算出所述对准标记的对准位置。

优选的，在上述的基于相对位置测量的对准系统中，所述对准传感器内的照明模块提供紫外光或超紫外光对所述对准标记进行对准照明辐射。

优选的，在上述的基于相对位置测量的对准系统中，所述对准传感器内包含有光电探测器，所述光电探测器探测并接收所述对准标记上的反射和衍射光束，输出所述光信号。

优选的，在上述的基于相对位置测量的对准系统中，所述位置采集模块还包括一提供可见光光束的光源模块。

优选的，在上述的基于相对位置测量的对准系统中，所述光源模块发射一第一可见光束到所述反射镜，经所述反射镜后反射出一参考光束；同时，所述光源模块发射一第二可见光束到所述工件台，经所述工件台后反射出一测量光束。

优选的，在上述的基于相对位置测量的对准系统中，所述位置采集模块还包括一光电系统，所述光电系统接收所述参考光束，并生成参考光电信号。

优选的，在上述的基于相对位置测量的对准系统中，所述光电系统接收所述测量光束，生成测量光电信号。

优选的，在上述的基于相对位置测量的对准系统中，所述对准传感器悬浮于所述工件台中心的正上方。

本发明还提供一种双工件台系统，包括：如上所述的基于相对位置测量的对准系统、固定在所述主框架上的投影物镜、与所述投影物镜对应的曝光位工件台，所述基于相对位置测量的对准系统中的工件台为测量位工件台。

优选的，在上述的双工件台系统中，所述投影物镜悬浮于所述曝光位工件台中心的正上方。

本发明还提供一种测量系统，包括：

第一测量装置，包括探测源，通过所述探测源发射测量信号至探测物，并 获得探测信号；

第二测量装置，用于探测上述探测源，并获得影响上述探测信号正确率的扰动信号；

信号处理装置，用于接收上述探测信号，及上述扰动信号，通过上述扰动信号，修正上述探测信号。

优选的，在上述的测量系统中，所述第一测量装置为对准装置，所述探测源为对准传感器，所述探测物为对准标记，所述测量信号为光信号。

优选的，在上述的测量系统中，所述第二测量装置为位置采集模块，所述扰动信号为上述对准传感器与所述探测物的相对位置数据。

优选的，在上述的测量系统中，所述位置采集模块在上述对准传感器上设置有反射镜，所述相对位置数据是通过所述反射镜获得的。

优选的，在上述的测量系统中，所述位置采集模块还包括一光源模块，所述光源模块提供可见光光束。

优选的，在上述的测量系统中，所述光源模块发射一第一可见光束到所述反射镜，经所述反射镜后反射出一参考光束；同时，所述光源模块发射一第二可见光束到所述探测物，经所述探测物后反射出一测量光束。

优选的，在上述的测量系统中，所述位置采集模块还包括光电转换模块，所述光电转换模块接受所述参考光束，并生成参考光电信号；所述光电转换模块接收所述测量光束，并生成测量光电信号；根据所述参考光电信号和所述测量光电信号，获得所述对准传感器与所述探测物的相对位置数据。

在本发明提供的基于相对位置测量的对准系统、双工件台系统及测量系统中，位置采集模块同时采集从工件台及反射镜获取的位置数据，而所述反射镜位于所述对准传感器上，即，同时采集所述对准传感器与所述工件台的位置数据，通过处理可得到所述工件台相对于所述对准传感器无振动时的相对位置。即，可得到所述对准传感器相对振幅为零时对准标记的对准位置，从而避免了所述对准传感器的震动的影响，提高了对准重复精度。

附图说明

图1为现有技术中的双工件台系统结构示意图；

图2为本发明实施例中基于相对位置测量的对准系统的示意图；

图3为本发明实施例基于相对位置测量的对准系统在对准扫描时，对准传感器的振幅随时间的示意图；

图4为本发明实施例基于相对位置测量的对准系统在对准扫描时，工件台相对于对准传感器的位置关系图；

图5为本发明实施例基于相对位置测量的对准系统在对准扫描时，光强与工件台相对于对准传感器位置的关系图；

图6为本发明实施例中双工件台系统示意图；

图7为本发明实施例中测量系统示意图；

图中：101-主框架；102-投影物镜；103-对准传感器；104-曝光位工件台；105-测量位工件台；106-曝光位硅片；107-测量位硅片；

201-主框架；202-对准传感器；203-光强信号采集处理模块；204-反射镜；205-工件台；206-对准标记；207-硅片；208-位置采集模块；209-对准操作与管理模块。

301-主框架；302-对准传感器；303-光强信号采集处理模块；304-反射镜；305-测量位工件台；306-对准标记；307-硅片；308-位置采集模块；309-对准操作与管理模块；310-投影物镜；311-曝光位工件台；

401-对准传感器；402-第二测量装置；403-信号处理装置；404-探测物；405-反射镜。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用 非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图2所示，本发明提供一种基于相对位置测量的对准系统，包括：主框架201；对准传感器202，所述对准传感器202固定于所述主框架201上；光强信号采集处理模块203，所述光强信号采集处理模块203获取所述对准传感器202输出的光信号，转换并输出数字电信号；反射镜204，所述反射镜204设置于所述对准传感器202上；工件台205，所述对准传感器202悬浮于所述工件台205的上方，所述工件台205用于放置一硅片207，所述硅片207包括一对准标记206；位置采集模块208，所述位置采集模块208获取所述反射镜204及所述工件台205的位置数据，输出所述反射镜204及所述工件台205的相对位置数据；及对准操作与管理模块209，所述对准操作与管理模块209获取所述数字光强信号及所述相对位置数据并处理，计算出对准标记206的对准位置。

具体的，所述对准传感器202正对着所述工件台205的中心，硅片207位于所述工件台205上。所述对准传感器202内的照明模块提供紫外光或超紫外光对所述硅片207上的对准标记206进行对准照明辐射，所述对准传感器202还包括一光电探测器，所述探测并接收所述对准标记206上的反射和衍射光束。所述对准传感器202将接收到的反射和衍射光束进行处理后，输出光信号。

具体的，如图3所示，图中横坐标为时间轴，纵坐标为对准传感器202的振幅。对准传感器202的振动是一直存在的，但是只是在对准扫描时，我们才关心振动的影响。

如图2所示，所述光强信号采集处理模块203接收所述光信号后，将其转换为数字电信号，并将所述数字电信号传输到所述对准操作与管理模块209。

所述位置采集模块208内有一光源模块，所述光源模块提供可见光光束。所述光源模块可同时发射出两束光：第一可见光束和第二可见光束，其中，第二可见光束照射到所述工件台205，经工件台205反射出一测量光束。位置采集模块208内的光电系统接收所述测量光束后，生产测量光电信号，所述测量光 电信号中包含所述工件台205相对于振动中的对准传感器202的位置数据X_工件台。

具体的，如图4所示，为工件台205相对于对准传感器202的位置关系图，对准标记206位于工件台上的硅片207上，故也是对准标记206相对于所述对准传感器202的位置关系图。由于工件台205是匀速运动的，当对准传感器202不存在振动时，工件台205相对于对准传感器202的位置轨迹曲线为一条直线，如图4中实线所示。当对准传感器202存在振动时，工件台205相对于对准传感器202的位置轨迹曲线为一曲线，如图4中虚线所示，即工件台205与所述对转传感器202之间的相对运动不是匀速运动。

进一步的，同时，所述第一可见光束照射到所述对准传感器202上的反射镜204，经反射镜204后反射出一参考光束。所述参考光束被位置采集模块208内的光电系统接收并处理生成参考光电信号。所述参考光电信号中包含对准传感器202振动时的位置数据X_{对准传感器}。

则(X_工件台-X_{对准传感器})为剔除掉对准传感器202振动后工件台205相对于所述最准传感器的相对位置，即对准传感器202的相对振幅为零时，工件台205相对于所述最准传感器的相对位置。

所述位置采集模块208将上述相对位置，即(X_工件台-X_{对准传感器})，传输到所述对准操作与管理模块209。所述对准操作与管理模块209根据所述数字电信号及所述相对位置(X_工件台-X_{对准传感器})，输出所述硅片207上的对准标记206的最准位置。

对准扫描时，对准操作与管理模块根据数字光强信号及(X_工件台-X_{对准传感器})，从而计算出对准标记的对准位置，发出对准信号。

如图5所示，其中，横轴表示工件台205相对于对准传感器202的位置数据，纵轴表示光强。对准传感器202自身的振动被实时探测，位置采集模块208获得的位置数据反映了所述工件台205相对于所述对准传感器202无振动时的相对位置，无论对准传感器如何振动，对准传感器202相对于工件台205的相 对振幅均为零，提高了对准重复精度及对准测量重复性。

如图6所示，本发明还提供一种双工件台系统，包括：如上所述的基于相对位置测量的对准系统、固定在所述主框架301上的投影物镜310、与所述投影物镜310对应的曝光位工件台311。

具体的，如上所述的基于相对位置测量的对准系统包括：主框架301；对准传感器302，所述对准传感器302固定于所述主框架301上；光强信号采集处理模块303，所述光强信号采集处理模块303获取所述对准传感器302输出的光信号，转换并输出数字电信号；反射镜304，所述反射镜304设置于所述对准传感器302上；测量位工件台305，所述对准传感器302悬浮于所述测量位工件台305的上方，所述测量位工件台305用于放置一硅片307，所述硅片307包括一对准标记306；位置采集模块308，所述位置采集模块308获取所述反射镜304及所述工件台305的位置数据，输出所述反射镜304及所述工件台305的相对位置数据；及对准操作与管理模块309，所述对准操作与管理模块309获取所述数字光强信号及所述相对位置数据并处理，计算出对准标记306的对准位置。

具体的，所述投影物镜310悬浮于所述曝光位工件台311中心的正上方。所述测量位工件台305用于硅片307上片后的测量，包括对准标记测量、调平调焦测量等；曝光位工件台311主要用于线条的曝光。二者并行进行，交换操作，提高生产率。

如图7所示，本发明还提供了一种测量系统，包括：第一测量装置，所述第一测量装置为一对准装置，包括探测源，通过所述探测源发射测量信号至探测物，并获得探测信号。具体的，所述探测源为一对准传感器401，所述探测物404为对准标记，所述测量信号为光信号。所述对准传感器401还包括一光电探测器，所述光电探测器探测并接收所述对准标记上的反射和衍射光束。所述对准传感器401将接收到的反射和衍射光束进行处理后，输出光信号，即为所述测量信号。

所述测量系统还包括第二测量装置402，所述第二测量装置402用于探测所 述探测源，并获得影响所述探测信号正确率的扰动信号。

具体的，所述第二测量装置402为位置采集模块，所述扰动信号为所述对准传感器401与所述探测物404的相对位置数据，所述位置采集模块在所述对准传感器401上设置有一反射镜405，所述相对位置数据是通过所述反射镜405获得的。。

进一步的，所述位置采集模块包括一光源模块，所述光源模块可提供可见光光源。所述光源模块发射一第一可见光束到所述反射镜405，经所述反射镜405后反射出一参考光束；同时，所述光源模块发射一第二可见光束到所述探测物405，经所述探测物后反射出一测量光束。

所述位置采集模块还包括光电转换模块，所述光电转换模块接受所述参考光束，并生成参考光电信号，所述参考光电信号中包含所述对准传感器401振动时的位置数据X_{对准传感器}。

所述光电转换模块接收所述测量光束，并生存测量光电信号，所述测量光电信号中包含所述探测物405相对于振动中的所述对准传感器401的位置数据X_工件台。

根据所述参考光电信号和所述测量光电信号，获得所述对准传感器与所述探测物的相对位置数据，即获得了影响所述探测信号正确率的扰动信号(X_工件台-X_{对准传感器})。

所述测量系统还包括信号处理装置403，所述信号处理装置403用于接收所述探测信号以及所述扰动信号，然后根据所述扰动信号修正所述探测信号。

综上，在本发明实施例提供的基于相对位置测量的对准系统、双工件台系统及测量系统中，位置采集模块同时采集从工件台及反射镜获取的位置数据，而所述反射镜位于所述对准传感器上，即，同时采集所述对准传感器与所述工件台的位置数据，通过处理可得到所述工件台相对于所述对准传感器无振动时的相对位置。即，可得到所述对准传感器相对振幅为零时对准标记的对准位置，从而避免了所述对准传感器的震动的影响，提高了对准重复精度。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。