一种具有调焦及倾斜校正设计的标记及对准方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有调焦及倾斜校正设计的标记及对准方法，尤其是一种包括对 准标记和至少一对调焦标记的标记及其对准方法。
【背景技术】
[0002] 在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。除了第一层光刻外，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（即标记）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，即套 刻精度。
[0003] 在现有技术中，基于光学成像原理的对准系统是光刻机中常用的系统之一，如 Nikon FIA系统、Ultratec MVS等。FIA的标记样式单一，如图1所不。Ultratec MVS具有 标记学习功能，标记无固定形式。此外，US6344698B2和CN102103336考虑了工艺对标记的 影响，并分别设计了受工艺影响较小的标记。
[0004] 实际上，除了工艺影响测量精度外，还有众多因素会影响测量精度。
[0005] 首先，畸变是一种常见的像差，在光学成像系统中，畸变对测量复现性的影响不容 忽视。它的影响机理是，测量标记在视场中的位置不确定性与畸变的非线性耦合，影响测量 复现性，如图2所示。虽然FIA系统通过多次迭代以使标记始终处于某一固定位置被测量， 减轻了畸变的影响，但是迭代需要消耗大量的时间。
[0006] 其次，如图3所示，标记的离焦倾斜效应也会影响测量复现性，被测物倾斜角a会 产生误差D。尽管光刻机中的调焦调平系统可实现倾斜与离焦的校正，但是由于调焦调平测 量面为光刻胶上表面，而对准标记有时位于光刻胶下表面，光刻胶的厚度具有一定的波动 性，因此调焦调平系统还不足以实现对准标记的高精度调焦调平。
[0007] 此外，在光学成像系统中，尽管自动调焦技术在对准传感器中已经广泛应用，但是 在自动调焦的同时实现倾斜校正的传感器还未被发明。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种具有调焦及倾斜校正设计的标记及对准方法，所述标 记包括对准标记和至少一对调焦标记，用于在调焦的同时消除倾斜对标记的影响，同时降 低畸变对标记的影响。
[0009] 为了达到上述目的，本发明提供了一种具有调焦及倾斜校正设计的标记，包括：
[0010] 对准标记和至少一对调焦标记，所述对准标记的中心位于任一对所述调焦标记连 线的中点上，任一对所述调焦标记中心对称于所述对准标记的两侧。
[0011] 进一步地，所述对准标记为十字型标记或者米字型标记。
[0012] 进一步地，所述对准标记的线宽大于离散化粒度。
[0013] 进一步地，所述对准标记的线宽大于两倍PSF宽度。
[0014] 进一步地，所述调焦标记为方块型调焦标记或光栅型调焦标记。
[0015] 进一步地，所述光栅型调焦标记为水平光栅型调焦标记或者坚直光栅型调焦标 记。
[0016] 进一步地,所述标记包括对准标记和调焦标记，所述调焦标记包括一对所述方块 型调焦标记、一对所述水平光栅型调焦标记和一对所述坚直光栅型调焦标记。
[0017] 本发明还提出了 一种对准方法，应用于所述标记，所述对准方法包括以下步骤：
[0018] (1)对准系统初步对准工件上所述具有调焦及倾斜校正设计的标记；
[0019] (2)以预定步距垂向移动工件台，根据焦面判据及其最佳焦面确定方法获得各对 调焦标记的最佳焦面位置{Pu QJ，即两个调焦标记的垂向最佳焦面位置，其中，Pi和％为 第i对调焦标记的位置，其中i彡3 ;
[0020] (3)根据各对调焦标记的最佳焦面位置汜，QJ获得所述对准标记的最佳焦面位 置的原始值％及其倾斜的原始值1\，其中，
[0021]
[0022] (4)根据所述对准标记的最佳焦面位置的原始值％及其倾斜的原始值?\通过均 值滤波或者中值滤波方法确定视场内所述工件（硅片）的最佳焦面位置Μ及其倾斜Τ ;
[0023] (5)根据所述视场内所述工件（硅片）的最佳焦面位置的Μ及其倾斜Τ垂向运动 工件台以补偿多个对准标记中需补偿的对准标记的垂向位置。
[0024] 进一步地，所述焦面判据包括梯度幅值法和PSF宽度法。
[0025] 进一步地，所述调焦标记为方块型调焦标记或光栅型调焦标记。
[0026] 进一步地，所述光栅型调焦标记的所述焦面判据是所述标记图像的梯度幅值，即 将图像与Sobel算子卷积，并累加。
[0027] 进一步地，所述方块型调焦标记的所述焦面判据是所述标记的PSF宽度，具体方 法是，抽取所述方块型调焦标记的某行或某几行灰度值，得到灰度分布，并求解中h值，根 据h值的大小判断焦面位置。
[0028] 进一步地，所述最佳焦面确定方法获取所述对准标记中任一对所述调焦标记的 {Pi, QJ，可米用第一方法，所述第一方法包括：
[0029] (1)以预定步距运动工件台；
[0030] (2)在每个位置拍摄图像；
[0031] (3)从图像中提取所述焦面判据值；
[0032] (4)拟合曲线求最佳焦面位置。
[0033] 进一步地，所述最佳焦面确定方法获取所述对准标记中任一对所述调焦标记的 {Pu QJ，也可采用第二方法，所述第二方法包括：
[0034] (1)标定所述焦面判据值与垂向位置的关系；
[0035] (2)在当前工件台位置上拍摄图像；
[0036] (3)从图像中提取所述焦面判据值；
[0037] (4)根据标定数据获得当前位置离焦面的距离d ;
[0038] (5)在当前位置的基础上使工件台分别移动d与_d，并分别拍摄图像以获得焦面 判据值I与V 2 ;
[0039] (6)比较Vi与V2，决定焦面位置。
[0040] 与现有技术相比，本发明公开了一种具有调焦及倾斜校正设计的标记及对准方 法，实现了对准标记的高精度调焦调平。一方面，使得调焦的同时消除了倾斜对标记的影 响，提高了测量复现性；另一方面，分析了畸变对测量复现性的影响机理，并据此给出了对 准标记宽度的限定条件，进一步地提高了测量复现性。
【附图说明】
[0041] 图1为FIA标记的示意图；
[0042] 图2为畸变对测量复现性的影响的原理图；
[0043] 图3为离焦倾斜效应的原理图；
[0044] 图4为本发明实施例一中标记的示意图；
[0045] 图5为本发明实施例一中抽取标记灰度值的示意图；
[0046] 图6为本发明实施例一中抽取标记灰度值的灰度分布示意图；
[0047] 图7为本发明实施例一中对准标记和调焦标记的位直关系意图；
[0048] 图8为根据各调焦标记的得到的垂向位置Pi、Qi，计算各对准标记的垂向位姿Mi， Ti的τκ意图；
[0049] 图9为根据若干个对准标记的位置X，Y，计算工件（硅片）位置的位置示意图。
[0050] 其中，a:被测物倾斜角，D :误差，10 :方块型调焦标记，30 :方块型调焦标记，11 :水 平光栅型调焦标记，31 :水平光栅型调焦标记，12 :坚直光栅型调焦标记，32 :坚直光栅型调 焦标记，20 :对准标记，h :PSF宽度，1 :一侧调焦标记的最佳焦面，2 :对准标记的最佳焦面， 3 :另一侧调焦标记的最佳焦面。
【具体实施方式】
[0051] 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。
[0052] 实施例一
[0053] 如图4所示，本发明实施例一提供了一种具有调焦及倾斜校正设计的标记，所述 标记包括对准标记20和至少一对调焦标记，调焦标记为方块型调焦标记或光栅型调焦标 记，所述光栅型调焦标记为水平光栅型调焦标记或者坚直光栅型调焦标记，所述调焦标记 包括一对所述方块型调焦标记、一对所述水平光栅型调焦标记和一对所述坚直光栅型调焦 标记，所述调焦标记包括方块型调焦标记10、方块型调焦标记30、水平光栅型调焦标记11、 水平光栅型调焦标记31、坚直光栅型调焦标记12和坚直光栅型调焦标记32。其中，方块型 调焦标记10和方块型调焦标记30为一对方块形调焦标记，水平光栅型调焦标记11和水平 光栅型调焦标记31为一对光栅型调焦标记，坚直光栅型调焦标记12和坚直光栅型调焦标 记32为一对光栅型调焦标记。对准标记20为十字型标记或者米字型标记，用于对准，在实 施例一中，对准标记20为十字型标记，所述十字型标记包括横线条和坚线条，所述横线条 和坚线条相互垂直，且对准标记20的中心位于任一对所述调焦标记连线上的中点上，任一 对所述调焦标记中心对称于所述对准标记的两侧，对准标记20和调焦标记结合起来用于 实现对准标记的高精度调焦调平。在确定调焦标记的最佳焦面时，需要选择焦面判据。常 见的焦面判据有两种，分别是梯度幅值法和PSF (点扩散函数）宽度法。
[0054] 在实施例一中，光栅型调焦标记的焦面判据采用梯度幅值法，即将图像与Sobel 算子卷积，并累加。焦面判据的公式如下：
[0055] Dx = Image*SobelX
[0056] Dy = Image*SobelY
[0057]
[0058] 其中，Image为原始图像，SobeIX及SobelY分别为横向和纵向Sobel算子，Dx及 Dy分别为横向和纵向边缘检测的图像，V为梯度近似值，也即焦面判据值。
[0059] 在实施例一中，方块型调焦标记的焦面判据采用PSF宽度法，即抽取方块标记的 某行或某几行的灰度值，如图5中虚线框所示，得到如图6所示的灰度分布，求解图6中的 PSF宽度h，即焦面判据值，然后再根据PSF宽度h值的大小判断焦面位置。
[0060] 在选定焦面判据后，确定最佳焦面的方法为第一方法或第二方法。
[0061] 第一方法包括以下步骤：
[0062] (1)以预定步距运动工件台；
[0063] (2)在每个位置拍摄图像；
[0064] (3)从图像中提取所述焦面判据值；
[0065] (4)拟合曲线求最佳焦面位置。
[0066] 第二方法包括以下步骤：
[0067] (1)标定所述焦面判据值与垂向位置的关系；
[0068] (2)在当前工件台位置上拍摄图像；
[0069] (3)从图像中提取所述焦面判据值；
[0070] (4