成像對準系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及集成電路制造領域，特別涉及一種成像對準系統。
【背景技術】
[0002] 對準系統是半導體光刻設備中的一個核也分系統，其對準精度往往直接決定半導 體光刻設備所能達到的套刻精度。半導體光刻設備將描繪在掩模版上的電路圖形通過光學 投影的方法投影在涂有感光材料的曝光對象例如娃片的表面。然后通過刻蝕等工藝實現掩 模版和曝光對象之間的圖形轉移。由于芯片是由多層電路組成的，集成電路芯片通常需要 多次曝光完成。為保證不同電路層之間的精確位置關系，在投影曝光過程中，必須通過對準 系統實現掩模、曝光對象之間的精確對準。
[0003] 機器視覺對準系統W其結構簡單、速度快、精度高等特點在光刻設備中得到了廣 泛應用。例如，美國的一種晶圓標記與基底標記的位置測量(對準）裝置。該裝置通過照 明系統和光學成像系統，將晶圓標記與基底臺標記依次成像到圖像捕獲單元（CCD，化arge Coupled Device 或CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistor),從而 獲得對準標記的數字圖像。然后采用信號處理和圖像分析的方法，確定標記圖像在圖像坐 標系中的位置。再將其轉換成為對準標記在物理世界的坐標(工件臺系坐標)。
[0004]該基于機器視覺的對準系統的良好工作的前提是需要獲取清晰度較高的標記圖 像。然而在實際的半導體制造工序中，標記上方通常會涂覆光刻膠或其他工藝層，導致標記 圖像對比度嚴重下降或邊緣噪聲顯著增加，從而降低對準系統捕獲標記的成功率或降低對 準測量精度。

【發明內容】

[0005] 本發明提供一種成像對準系統，W解決現有技術中對準系統捕獲標記的成功率和 測量精度低的問題。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明提供一種成像對準系統，包括；光源和沿光傳播方向 設置的波長選擇單元、偏振調節單元、探測器，W及信號處理與控制單元；光源提供照明光 束，所述照明光束依次通過用于選擇特定波長的光束的波長選擇單元和用于實現照明光束 偏振方向的調節的偏振調節單元，再經基片上方的第一透鏡后投射到基片的對準標記上， 產生反射光或衍射光再經第一透鏡收集后，由探測器接收；所述信號處理與控制單元用于 從所述探測器處采集圖像并處理，并對所述波長選擇單元和偏振調節單元的狀態進行控 制。
[0007]作為優選，所述光源采用LED光源、気燈、團素燈或者禪合有多個波長的光纖激光 器。
[0008]作為優選，所述光源提供福射光，經準直擴束鏡組后輸出照明光束。
[0009] 作為優選，所述波長選擇單元采用光柵衍射型濾光片，通過調整光柵與光軸的夾 角實現透過波長的選擇。
[0010] 作為優選，所述波長選擇單元采用若干透射型的帶通濾光片，所述帶通濾光片固 定在輪盤上，由一電機驅動所述輪盤旋轉進行波長切換。
[0011] 作為優選，所述成像對準系統還包括角度調節單元，用于將經過所述偏振調節單 元的照明光束進行入射角度調整后，再經過所述第一透鏡投射到所述對準標記，實現明場 成像。
[0012] 作為優選，所述偏振調節單元采用偏振片、磁致旋光器或電光調制器。
[0013] 作為優選，所述角度調節單元包括角度偏轉單元和反射棱鏡。
[0014] 作為優選，所述角度偏轉單元沿光傳播方向依次包括旋轉反射鏡和第二透鏡，照 明光束經旋轉反射鏡后改變方向，并匯聚到第二透鏡上的后焦面上。
[0015] 作為優選，所述第二透鏡的后焦面與所述第一透鏡的前焦面共面。
[0016] 作為優選，所述成像對準系統還包括光纖環形光導或環形光闊，將經過所述偏振 調節單元的照明光束轉變為環形光，再經過所述第一透鏡投射到所述對準標記，即采用暗 場成像方式。
[0017] 作為優選，對準標記上反射的照明光束(所述反射光或衍射光）經檢偏器和成像鏡 組后入射到探測器中。
[001引作為優選，所述探測器采用CCD或CMOS等圖形探測器。
[0019] 作為優選，所述信號處理與控制單元通過前饋方式或反饋方式控制所述波長選擇 單元和偏振調節單元。
[0020] 與現有技術相比，本發明具有W下優點：本發明增加了波長選擇單元和角度偏轉 單元/光纖環形光導，采用波長選擇單元、偏振調節單元和角度偏轉單元/光纖環形光導調 節照明光束，針對不同工藝特性的測試對象，實現波長、偏振、角度的最優配置，增加標記圖 像的對比度，提高對準系統的對準成功率和測量精度。通過成像對準系統參數的優化配置， 可W提高其對各種基片的工藝適應性，又由于信號處理與控制單元通過前饋或反饋方式控 制波長選擇單元和偏振調節單元，提高了成像對準系統的產率及自動化。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明實施例1的成像對準系統的結構示意圖；
[0022] 圖2為本發明實施例1的角度偏轉單元光路圖；
[0023] 圖3為本發明實施例1的照明光束在標記面反射示意圖；
[0024] 圖4為本發明實施例1的標記上下層反射光束的偏振方向夾角隨入射光偏振方向 的變化示意圖；
[0025] 圖5為本發明實施例1的標記反射信號的提取過程示意圖；
[0026] 圖6a為本發明實施例1的表示未采用偏振調節獲取的圖像；
[0027] 圖化為本發明實施例1的表示采用偏振調節獲取的圖像；
[0028] 圖7為本發明實施例1的成像對準系統的對準流程示意圖；
[0029] 圖8為本發明實施例2的成像對準系統的結構示意圖。
[0030] 圖中；1〇-光源、101-照明光束、102-偏振光、103-反射光或衍射光、103a-上層反 射光束、103b-下層反射光束；
[0031] 20-準直擴束鏡組、30-波長選擇單元、40-偏振調節單元、50-角度偏轉單元、 501-旋轉反射鏡、502-第二透鏡、510-反射棱鏡、511-第一透鏡、520-基片、521-對準標 記、530-光纖環形光導、60-檢偏器、70-成像鏡組、80-探測器、90-信號處理與控制單元、 901-數據線。
【具體實施方式】
[0032] 為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明 的【具體實施方式】做詳細的說明。需說明的是，本發明附圖均采用簡化的形式且均使用非精 準的比例，僅用W方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0033] 實施例1
[0034] 如圖1所示，本實施例的成像對準系統包括；光源10和沿光傳播方向設置的準直 擴束鏡組20、波長選擇單元30、偏振調節單元40、角度偏轉單元50、反射棱鏡510、第一透鏡 511 W及探測器80。具體地，光源10為成像對準系統提供所需的福射光，經準直擴束鏡組 20后輸出照明光束101 ;隨后照明光束101依次通過用于選擇特定波長的光束的波長選擇 單元30、用于實現照明光束101偏振方向的調節的偏振調節單元40、用于實現照明光束101 入射角度調整的角度偏轉單元50,產生具有特定波長、偏振態和入射角的偏振光102 ;該偏 振光102經反射棱鏡510、第一透鏡511后，投射到基片520的對準標記521上，產生的反射 光或衍射光103經第一透鏡511收集后通過檢偏器60和成像鏡組70,最后由探測器80接 收。所述成像對準系統還包括信號處理與控制單元90,該信號處理與控制單元90通過數據 線901與所述波長選擇單元30、偏振調節單元40、角度偏轉單元50 W及探測器80相連，負 責探測器80數據采集、傳輸，W及波長選擇單元30、偏振調節單元40、角度偏轉單元50的 狀態控制。
[00巧]請繼續參照圖1，所述光源10為寬波段光源，波長范圍可覆蓋紫外、可見光和近紅 外波段。優選的寬波段光源為L邸光源、気燈或團素燈，該光源10可W適應不同工藝的對 準標記521。
[0036] 所述的準直擴束鏡組20用于光束的整形、勻光，產生平行的照明光束101，并保證 光束在基片520上的照明視場大于對準標記521。
[0037] 所述波長選擇單元30實現濾光作用，允許指定的波長通過。具體地，波長選擇單 元30可W由多個透射型的帶通濾光片組成，將該些濾光片固定在輪盤上，通過電機驅動輪 盤旋轉實現不同波長間的切換。作為優選，所述波長選擇單元30也可采用光柵衍射型濾光 片，調整光柵衍射型濾光片與光軸的夾角實現透過波長的連續變化，從而進行波長選擇。
[0038] 所述偏振調節單元40用于照明光束101偏振態的控制。偏振調節單元40可采用 偏振片、磁致旋光器或電光調制器實現。采用偏振片時，偏振片中也位于光軸上，利用旋轉 電動臺驅動偏振片繞光軸旋轉，偏振片光軸方向決定輸出光束的偏振態。
[0039] 所述角度偏轉單元50用于將經過所述偏振調節單元40的照明光束101進行入 射角度調整后，再經過所述第一透鏡511投射到所述對準標記521，即采用明場成像方式。 具體地，角度偏轉單元50的一種結構如圖2所示，包括旋轉反射鏡501和第二透鏡502,由 F-0掃描系統配合第一透鏡511實現光束入射角的調節。具體地，照明光束101經旋轉 反射鏡501后改變方向，并匯聚在第二透鏡502的后焦面上，匯聚點離光軸的距離為y = fi*tan e，其中表示第二透鏡502的焦距，0表示掃描角巧P照明光束101經旋轉反射鏡 501反射后的光線與光軸的夾角）。請繼續參照圖2,所述第一透鏡511的前焦面與第二透 鏡502的后焦面共面，偏振光102在對準標記521表面的入射角為0 ' = tarfi (fi*tan 0 / f2)。通過控制旋轉反射鏡501的旋轉角度，改變掃描角e，從而調節偏振光102在標記面 的入射角0 '。采用如圖2所示的角度偏振單元50的優點在于；當照射到標記面的光束入 射角變化時，其照明視場中也始終位于光軸上。
[0040] 所述的探測器80用于標記光信號轉化為電信號，并完成A/D轉化，輸出數字圖像 信號。所述探測器80可W是CCD傳感器或CMOS傳感器。
[0041] 所述的信號處理與控制單元90用于探測器80控制命令發送、圖像采集傳輸、圖像 處理等；同時，所述的信號處理與控制單元90可采用前饋或反饋的方式實現波長選擇單元 30、偏振調節單元40、角度偏轉單元50的控制調節。其中，前饋方式可W是