一種具有調焦及傾斜校正設計的標記及對準方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種具有調焦及傾斜校正設計的標記及對準方法，尤其是一種包括對 準標記和至少一對調焦標記的標記及其對準方法。
【背景技術】
[0002] 在集成電路制造過程中，一個完整的芯片通常需要經過多次光刻曝光才能制作完 成。除了第一層光刻外，其余層次的光刻在曝光前都要將該層次的圖形與以前層次曝光留 下的圖形（即標記）進行精確定位，這樣才能保證每一層圖形之間有正確的相對位置，即套 刻精度。
[0003] 在現有技術中，基于光學成像原理的對準系統是光刻機中常用的系統之一，如 Nikon FIA系統、Ultratec MVS等。FIA的標記樣式單一，如圖1所不。Ultratec MVS具有 標記學習功能，標記無固定形式。此外，US6344698B2和CN102103336考慮了工藝對標記的 影響，并分別設計了受工藝影響較小的標記。
[0004] 實際上，除了工藝影響測量精度外，還有眾多因素會影響測量精度。
[0005] 首先，畸變是一種常見的像差，在光學成像系統中，畸變對測量復現性的影響不容 忽視。它的影響機理是，測量標記在視場中的位置不確定性與畸變的非線性耦合，影響測量 復現性，如圖2所示。雖然FIA系統通過多次迭代以使標記始終處于某一固定位置被測量， 減輕了畸變的影響，但是迭代需要消耗大量的時間。
[0006] 其次，如圖3所示，標記的離焦傾斜效應也會影響測量復現性，被測物傾斜角a會 產生誤差D。盡管光刻機中的調焦調平系統可實現傾斜與離焦的校正，但是由于調焦調平測 量面為光刻膠上表面，而對準標記有時位于光刻膠下表面，光刻膠的厚度具有一定的波動 性，因此調焦調平系統還不足以實現對準標記的高精度調焦調平。
[0007] 此外，在光學成像系統中，盡管自動調焦技術在對準傳感器中已經廣泛應用，但是 在自動調焦的同時實現傾斜校正的傳感器還未被發明。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供一種具有調焦及傾斜校正設計的標記及對準方法，所述標 記包括對準標記和至少一對調焦標記，用于在調焦的同時消除傾斜對標記的影響，同時降 低畸變對標記的影響。
[0009] 為了達到上述目的，本發明提供了一種具有調焦及傾斜校正設計的標記，包括：
[0010] 對準標記和至少一對調焦標記，所述對準標記的中心位于任一對所述調焦標記連 線的中點上，任一對所述調焦標記中心對稱于所述對準標記的兩側。
[0011] 進一步地，所述對準標記為十字型標記或者米字型標記。
[0012] 進一步地，所述對準標記的線寬大于離散化粒度。
[0013] 進一步地，所述對準標記的線寬大于兩倍PSF寬度。
[0014] 進一步地，所述調焦標記為方塊型調焦標記或光柵型調焦標記。
[0015] 進一步地，所述光柵型調焦標記為水平光柵型調焦標記或者堅直光柵型調焦標 記。
[0016] 進一步地,所述標記包括對準標記和調焦標記，所述調焦標記包括一對所述方塊 型調焦標記、一對所述水平光柵型調焦標記和一對所述堅直光柵型調焦標記。
[0017] 本發明還提出了 一種對準方法，應用于所述標記，所述對準方法包括以下步驟：
[0018] (1)對準系統初步對準工件上所述具有調焦及傾斜校正設計的標記；
[0019] (2)以預定步距垂向移動工件臺，根據焦面判據及其最佳焦面確定方法獲得各對 調焦標記的最佳焦面位置{Pu QJ，即兩個調焦標記的垂向最佳焦面位置，其中，Pi和％為 第i對調焦標記的位置，其中i彡3 ;
[0020] (3)根據各對調焦標記的最佳焦面位置汜，QJ獲得所述對準標記的最佳焦面位 置的原始值％及其傾斜的原始值1\，其中，
[0021]
[0022] (4)根據所述對準標記的最佳焦面位置的原始值％及其傾斜的原始值?\通過均 值濾波或者中值濾波方法確定視場內所述工件（硅片）的最佳焦面位置Μ及其傾斜Τ ;
[0023] (5)根據所述視場內所述工件（硅片）的最佳焦面位置的Μ及其傾斜Τ垂向運動 工件臺以補償多個對準標記中需補償的對準標記的垂向位置。
[0024] 進一步地，所述焦面判據包括梯度幅值法和PSF寬度法。
[0025] 進一步地，所述調焦標記為方塊型調焦標記或光柵型調焦標記。
[0026] 進一步地，所述光柵型調焦標記的所述焦面判據是所述標記圖像的梯度幅值，即 將圖像與Sobel算子卷積，并累加。
[0027] 進一步地，所述方塊型調焦標記的所述焦面判據是所述標記的PSF寬度，具體方 法是，抽取所述方塊型調焦標記的某行或某幾行灰度值，得到灰度分布，并求解中h值，根 據h值的大小判斷焦面位置。
[0028] 進一步地，所述最佳焦面確定方法獲取所述對準標記中任一對所述調焦標記的 {Pi, QJ，可米用第一方法，所述第一方法包括：
[0029] (1)以預定步距運動工件臺；
[0030] (2)在每個位置拍攝圖像；
[0031] (3)從圖像中提取所述焦面判據值；
[0032] (4)擬合曲線求最佳焦面位置。
[0033] 進一步地，所述最佳焦面確定方法獲取所述對準標記中任一對所述調焦標記的 {Pu QJ，也可采用第二方法，所述第二方法包括：
[0034] (1)標定所述焦面判據值與垂向位置的關系；
[0035] (2)在當前工件臺位置上拍攝圖像；
[0036] (3)從圖像中提取所述焦面判據值；
[0037] (4)根據標定數據獲得當前位置離焦面的距離d ;
[0038] (5)在當前位置的基礎上使工件臺分別移動d與_d，并分別拍攝圖像以獲得焦面 判據值I與V 2 ;
[0039] (6)比較Vi與V2，決定焦面位置。
[0040] 與現有技術相比，本發明公開了一種具有調焦及傾斜校正設計的標記及對準方 法，實現了對準標記的高精度調焦調平。一方面，使得調焦的同時消除了傾斜對標記的影 響，提高了測量復現性；另一方面，分析了畸變對測量復現性的影響機理，并據此給出了對 準標記寬度的限定條件，進一步地提高了測量復現性。
【附圖說明】
[0041] 圖1為FIA標記的示意圖；
[0042] 圖2為畸變對測量復現性的影響的原理圖；
[0043] 圖3為離焦傾斜效應的原理圖；
[0044] 圖4為本發明實施例一中標記的示意圖；
[0045] 圖5為本發明實施例一中抽取標記灰度值的示意圖；
[0046] 圖6為本發明實施例一中抽取標記灰度值的灰度分布示意圖；
[0047] 圖7為本發明實施例一中對準標記和調焦標記的位直關系意圖；
[0048] 圖8為根據各調焦標記的得到的垂向位置Pi、Qi，計算各對準標記的垂向位姿Mi， Ti的τκ意圖；
[0049] 圖9為根據若干個對準標記的位置X，Y，計算工件（硅片）位置的位置示意圖。
[0050] 其中，a:被測物傾斜角，D :誤差，10 :方塊型調焦標記，30 :方塊型調焦標記，11 :水 平光柵型調焦標記，31 :水平光柵型調焦標記，12 :堅直光柵型調焦標記，32 :堅直光柵型調 焦標記，20 :對準標記，h :PSF寬度，1 :一側調焦標記的最佳焦面，2 :對準標記的最佳焦面， 3 :另一側調焦標記的最佳焦面。
【具體實施方式】
[0051] 下面將結合示意圖對本發明的【具體實施方式】進行更詳細的描述。根據下列描述和 權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均 使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0052] 實施例一
[0053] 如圖4所示，本發明實施例一提供了一種具有調焦及傾斜校正設計的標記，所述 標記包括對準標記20和至少一對調焦標記，調焦標記為方塊型調焦標記或光柵型調焦標 記，所述光柵型調焦標記為水平光柵型調焦標記或者堅直光柵型調焦標記，所述調焦標記 包括一對所述方塊型調焦標記、一對所述水平光柵型調焦標記和一對所述堅直光柵型調焦 標記，所述調焦標記包括方塊型調焦標記10、方塊型調焦標記30、水平光柵型調焦標記11、 水平光柵型調焦標記31、堅直光柵型調焦標記12和堅直光柵型調焦標記32。其中，方塊型 調焦標記10和方塊型調焦標記30為一對方塊形調焦標記，水平光柵型調焦標記11和水平 光柵型調焦標記31為一對光柵型調焦標記，堅直光柵型調焦標記12和堅直光柵型調焦標 記32為一對光柵型調焦標記。對準標記20為十字型標記或者米字型標記，用于對準，在實 施例一中，對準標記20為十字型標記，所述十字型標記包括橫線條和堅線條，所述橫線條 和堅線條相互垂直，且對準標記20的中心位于任一對所述調焦標記連線上的中點上，任一 對所述調焦標記中心對稱于所述對準標記的兩側，對準標記20和調焦標記結合起來用于 實現對準標記的高精度調焦調平。在確定調焦標記的最佳焦面時，需要選擇焦面判據。常 見的焦面判據有兩種，分別是梯度幅值法和PSF (點擴散函數）寬度法。
[0054] 在實施例一中，光柵型調焦標記的焦面判據采用梯度幅值法，即將圖像與Sobel 算子卷積，并累加。焦面判據的公式如下：
[0055] Dx = Image*SobelX
[0056] Dy = Image*SobelY
[0057]
[0058] 其中，Image為原始圖像，SobeIX及SobelY分別為橫向和縱向Sobel算子，Dx及 Dy分別為橫向和縱向邊緣檢測的圖像，V為梯度近似值，也即焦面判據值。
[0059] 在實施例一中，方塊型調焦標記的焦面判據采用PSF寬度法，即抽取方塊標記的 某行或某幾行的灰度值，如圖5中虛線框所示，得到如圖6所示的灰度分布，求解圖6中的 PSF寬度h，即焦面判據值，然后再根據PSF寬度h值的大小判斷焦面位置。
[0060] 在選定焦面判據后，確定最佳焦面的方法為第一方法或第二方法。
[0061] 第一方法包括以下步驟：
[0062] (1)以預定步距運動工件臺；
[0063] (2)在每個位置拍攝圖像；
[0064] (3)從圖像中提取所述焦面判據值；
[0065] (4)擬合曲線求最佳焦面位置。
[0066] 第二方法包括以下步驟：
[0067] (1)標定所述焦面判據值與垂向位置的關系；
[0068] (2)在當前工件臺位置上拍攝圖像；
[0069] (3)從圖像中提取所述焦面判據值；
[0070] (4