一种标记对准装置及对准方法与流程

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种标记对准装置及对准方法。

背景技术：

光刻机是一种将用户需要的图形曝光到衬底上的机器，是集成电路制造领域的关键设备。制造集成电路过程中，常常会将多层图形曝光到一块衬底上。为了使集成电路能够发挥应有的电路特性，必须保证各层图形的重叠精度。通常的手段是在衬底的特定区域增加对准标记，测量对准标记在工件台1坐标系中的位置，根据此位置信息，计算正确的曝光位置，以便将所需的图形精确的曝在衬底的目标位置。

目前，对准方式主要是采用全衬底对准。如CN101385122A中公开的技术方案所示，全衬底对准通过兼顾处理能力而仅检测衬底上的数个照射区域的对准标记来求出照射区域排列的规则性。

随着光刻技术的发展，集成电路的集成度越来越高，衬底的尺寸越来越大，衬底上需要对准的标记也逐渐增多，将所有的对准标记全部对准完成所耗费的时间也随之增加，这不利于光刻机整体产率的提高。为了提高对准效率，现有技术中公开的一种方法是增加对准传感器的数目，如CN101957567B公开的内容所示。如图1所示，图1是现有技术中的一种对准装置，其中1为工件台，2是硅片,3是传感器。设计多个对准传感器3，可以并行的测量多个对准标记。该技术方案单纯增加对准传感器的数量虽然可以一定程度上增大同一时刻对准传感器照射到衬底上的面积，但由于每个对准传感器照射的衬底的面积有限而各个对准传感器之间存有一定的间隙；当要对准的标记位于各个传感器之间的时候，要想对准所有的标记，工件台1将要同时产生x方向和y方向的运动才能将标记带到对准传感器视场下面。

现有技术中的另一种技术方案如CN101385122A中公开的内容。图2是现有技术中另外一种对准装置，其中1为工件台1，2是硅片。设计多个对准传感器3，并且对准系统的相对位置可以调整，其中旋转臂32可以绕着旋转中心31转动一定角度，对准头在旋转臂远离旋转中心的一侧，整个对准系统位于衬底的上方。对准时，调整旋转臂的旋转角度，便可以改变对准头的位置，借此可以根据衬底上不同位置处的对准标记调整对准头之间的相对位置。该技术方案虽然对准传感器之间的相对位置可调，但每个对准头能对准的区域仍然受旋转臂和旋转角度的限制；另外，每个对准传感器能对准的标记数量有限，当待对准的标记数目多于对准传感器的数目时，仍有部分标记有赖于工件台1同时产生x方向和y方向的运动才能将标记带到对准传感器视场下方；同时此中设计也增加了机构复杂度，延长了集成、调试周期，降低集成效率。

技术实现要素：

本发明的目的在提供一种新的标记对准装置，可以覆盖整个对准面的X方向，减少工件台运动距离和运动维度，缩短对准时间。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种标记对准装置，其特征在于，包括：至少两组对准传感器，该对准传感器包括一广角镜头，该广角镜头的视场范围大于90度；至少一对准标记，该对准标记位于该两组对准传感器的视场重叠区域内。

更进一步地，所述两组对准传感器沿垂直标记扫描方向的视场范围大于90度。

更进一步地，，所述两组对准传感器沿标记扫描方向的视场范围不大于90度。

更进一步地，该对准传感器还包括一照明单元，该照明单元位于该广角镜头外侧。

更进一步地，该照明单元为一环形照明单元。

更进一步地，该对准传感器还包括一成像单元和一图像处理单元。

更进一步地，该对准装置还包括一支架，该支架用于固定该对准传感器。

本发明同时公开一种标记对准方法，包括：步骤一、沿基板的第一方向设置至少两组包括广角镜头的对准传感器，在该对准传感器的视场重叠区域内设置至少一对准标记；步骤二、根据该对准标记在该至少两组对准传感器中的成像标定该对准传感器；步骤三、该对准传感器获取该对准图像，并根据该对准图像获得该标记的位置信息。

更进一步地，该步骤二包括：2.1对该成像进行畸变预校正；2.2对畸变预校正进行畸变标定；2.3根据该畸变标定获得标记像素位置-物理位置对照表。

更进一步地，该2.1中的畸变预校正采用经纬度校正法。

更进一步地，，该经纬度校正的对应关系为：，其中(x，y)为该成像中任意点P的坐标，（β，α）为经纬度展开图的P点对应的坐标，f为对准传感器的焦距。

与现有技术相比较，本发明所提供的对准装置的视场可以覆盖整个对准面的x方向；无论对准标记在基板面上如何分布，分布数量是多少，均可以在不移动对准传感器之间相对位置的情况下，实现将衬底（以基板为例）x向的尺寸全部覆盖，对准过程中工件台只需要沿着y向运动即可覆盖整个基板面上的对准标记。减少工件台运动距离和运动维度，缩短了对准时间的消耗。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是现有技术中所公开的一种对准装置的结构示意图；

图2是现有技术中所公开的另一种对准装置的结构示意图；

图3是基本对准标记分布示意图；

图4是现有技术中对准情景示意图；

图5是本发明所提供的对准装置的对准情景示意图；

图6是本发明所提供的对准传感器的结构示意图；

图7是本发明所提供的鱼眼对准传感器的结构示意图；

图8是本发明所提供的鱼眼镜头遮挡光线区域示意图；

图9是本发明所提供的对准方法流程图；

图10是本发明所提供的对准方法的标定路径示意图；

图11是本发明所提供的对准传感器的俯视图；

图12是本发明所提供的对准传感器的侧视图之一；

图13是本发明所提供的对准传感器的侧视图之二；

图14是本发明所提供的鱼眼镜头成像效果仿真图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

如图3所示，图3是基本对准标记分布示意图。对准标记原则上可以分布在衬底（以基板4为例）的任何区域，考虑极限情况，待对准的标记分布在基板4的四个角上。对于目前常用的对准装置，需要工件台1载着基板4上的每个标记运动到对准系统视场内，如图4所示。工件台1的运动耗费的时间较多，造成整个对准过程耗费的时间较长。本发明利用视角大于90度的鱼眼镜头对准传感器的组合将基板4的整个x向的尺寸全包含到视场范围内，在对准标记上述分布情境下，工件台1只需运动一次即可，如图5所示。通过减少工件台1在对准过程中的运动，提高对准过程的总体效率。

本发明所提供的第一实施例为一种衬底（以基板4为例）对准装置。如图6所示，a是对准传感器的侧视图，b为对准传感器的俯视图。本发明所提供的对准装置的特点为包含：鱼眼镜头（又称广角镜头）54、成像元件52、照明单元51、图像处理单元53。鱼眼镜头54负责提供大于90度的视场；成像元件52负责形成图像信息；另外，由于光刻机特殊的工作场景，待对准的基板4本身不能发光，需要反射外部的光线进入对准传感器视场之内才能被对准传感器看到，因此需要照明单元51提供照明；最后，需要对获得的图像信息进行处理，使之能够适应光刻机对准的需要。

本发明所提供对准装置可以组成一个对准系统，该对准系统特点为包含：多个上述对准装置5，上述对准装置的视场部分重叠，在重叠的对准视场内设计对准标记6，重叠视场内的对准标记用来进行各个对准传感器5互相标定，如图7所示。以图7所示情景为例，对准系统包含两套上述对准装置5，两套上述对准装置的视场部分重叠，在视场重叠区域内的基板4上设计一组对准标记，使标记同时出现在两个对准装置视场中。 各个对准传感器互相标定过程包括：左对准传感器获取各对准标记的位置，同时右对准传感器获取各对准标记的位置，两组对准传感器获取的结果作差，得到的结果即为对准传感器互标结果。上述对准传感器标定的特点在于，对准传感器的视场有重叠，在不移动工件台1的情况下就可以实现对准传感器的互标。

对于鱼眼镜头，本实施例取其部分区域作为对准区域，其他区域遮光处理，如图8所示。对于视角为α，焦距为f的对准传感器，那么本实施例中对准装置可以覆盖的最大长度：

（1）

如果基板4的X向长度为L，根据（1），覆盖基板4的X向边长所需的对准传感器数量至少为：

（2）

图9是本发明所提供的对准方法流程图，该对准方法包括对准传感器标定S1和对准传感器应用S2。对准传感器标定方法S1包括：对准传感器获取图像，对获取的图像进行畸变预校正S101，得到校正后的图像成像在成像元件的视场中；对上述校正后的图像进行畸变标定S102，获得标记像素位置-物理位置对照表S103。鱼眼镜头是一种短焦距、大视场的摄像镜头。由光学原理可知，焦距越短，视角越大，所成图像所产生的畸变也就越大。鱼眼图像畸变严重，有必要将其校正为人们所习惯的图像。

本实施例包含的畸变预校正通过利用鱼眼图像的经纬度校正法，建立鱼眼图片上任意点与经纬度展开图上对应点之间的关系：

（3）

其中，(x，y)为鱼眼图像中任意点P的坐标，（β，α）为经纬度展开图的P点对应的坐标，f为对准传感器的焦距。

本实施例包含的畸变标定包括：对经过预校正之后的图像残存的拱形畸变进行标定。通过工件台1载着带有标记的基板4按照规划好的路径步进运动，如图10所示，使得标记出现在成像元件视场中不同位置。每步进一次，获取标记在视场中的像素位置以及此刻的工件台1位置。工件台1按照规划路径运动完成后，获得像素位置-物理位置对照表，根据插值算法计算每个像素位置对应的物理位置，得到完整的像素位置-物理位置对照表M，如表1所示。

表 1

上述对准传感器应用包括：利用标定后的对准传感器实施对准。对准的流程包括：计算工件台1对准期望位置；工件台1开到对准期望位置处；对准传感器获取包含对准标记的对准图像；经过畸变预校正后的图像显示到成像元件中；参照对准模板进行区域匹配；获取标记的像素位置为： (p_n，p_m)，根据像素位置-物理位置对照表获得标记的实际物理位置为： (X，Y)。

（4）

上述对准装置还包括：对准传感器支架55，对准传感器54固定在对准传感器支架55上，对准传感器支架固定在基板44上方的整机框架上，如图11~图13所示。

图11中所示，对准传感器54垂直放置到物料上方，接受物料上标记返回的光线；利用对准传感器54具有广角视场的特点，对准传感器54不必沿着x方向做相应移动，就可以接收到整个x方向所有标记的图像。对准传感器54布局的技术特点在于采用广角视场的传感器或传感器组合，技术优势在于省去对准传感器和下方物料x方向上的相对运动；图12中所示，对准传感器54外围需要设置向下的光源，光源的作用是将光线投射到对准传感器54下方的物料上，进而物料将光线反射到对准传感器54视场内；图13所示，对准传感器54的Y方向的受光区域可以遮挡，以使得对准传感器54仅接收到正下方一条形区域内的标记信息，如此可以减少图形处理阶段计算量；但是对准传感器54并不局限于仅接收到正下方条形区域内的标记信息，所以遮挡部分区域并不是必须的。

采用光学仿真软件ZMAX对鱼眼镜头的成像效果进行光学仿真，效果图如图14所示。其中，图(a)表示原始图像，图(b)表示鱼眼镜头成像效果；鱼眼镜头半视场角设置为100o，成像元件像素大小（Pixel Size）设置为0.01mm，X-Pixels设置为3500，Y-Pixels设置为3500。由图14可以看出，在上述条件下，鱼眼镜头成效效果比较清晰。

本发明同时提供第二实施例。该实施例中对准装置特点包括：视角不同的鱼眼镜头、成像元件、照明单元、图像处理单元。鱼眼镜头负责提供大于90度的视场；成像元件负责形成图像信息；另照明单元提供照明；最后，需要对获得的图像信息进行处理，使之能够适应光刻机对准的需要。这种对准装置可以组成一个对准系统，该对准系统特点为包含：多个上述对准装置，上述对准装置每个鱼眼镜头的视角范围可以不同。根据基板x尺寸和各个鱼眼镜头的视角，鱼眼镜头对准传感器的数目可以灵活改变。基板x尺寸为s，鱼眼镜头对准传感器的视角为β1，β2…，βn，焦距为f1，f2…，fn，那么本实施例中所需要的鱼眼镜头对准传感器数目n满足2•(f1•tan(β1/2)+ f2•tan(β2/2)…+ fn•tan(βn/2))≧s；其中，n取正整数。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。