一种用于光刻设备的对准系统和对准方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于光刻设备的对准系统和对准方法，采用了两组或两组以上不同周期的振幅型参考光栅以及对准标记，所述参考光栅及所述对准标记的各分支光栅由宽度等差排列的条形结构组成，可使扫描强度信号峰值更尖锐，提高了对准系统的可靠性，对准过程中只使用对准标记的±１级衍射光束，对准标记中的较小周期光栅相干像与相应参考光栅扫描后，利用得到的扫描信号强度峰值作为粗捕获，在粗捕获基础上利用对准标记中较大周期光栅相干像的位相信息获取精捕获信息，并结合对准标记中的较小周期光栅相干像与相应参考光栅扫描得到的位相信息用于精对准，减小了对准标记非对称变形导致的对准位置误差，降低了光学系统的复杂性，提高了光能利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻设备，尤其涉及。 背景技}现有技术中的光刻设备，主要用于集成电路IC或其他微型器件的制造。通 过光刻设备，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准情况下依次曝光成像在 涂覆有光刻胶的硅片上。目前的光刻设备大体上分为两类， 一类是步进光刻设 备，掩模图案一次曝光成像在硅片的一个曝光区域，随后硅片相对于掩模移动， 将下一个曝光区域移动到掩4莫图案和投影物镜下方，再一次将掩才莫图案曝光在 硅片的另一曝光区域，重复这一过程直到硅片上所有曝光区域都拥有相应掩模 闺案的像。另一类是步进扫描光刻设备，在上述过程中，掩模图案不是一次曝 光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与 硅片同时相对于投影系统和投影光束移动，完成硅片曝光。光刻设备中关键的步骤是将掩模与硅片对准。第一层掩模图案在硅片上曝 光后从设备中移走，在硅片进行相关的工艺处理后，进行第二层掩模图案的曝 光，但为确保第二层掩模图案和随后掩模图案的像相对于硅片上已曝光掩模图 案像的精确定位，需要将掩模和硅片进行精确对准。由于光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在硅片中形成多层电路，为此，光刻设备中要求实现掩模和硅 片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对对准精度的要求将变得更加严格。现有技术有两种对准方案， 一种是透过镜头的TTL对准技术，激光照明掩 模上的对准标记通过物镜成像于硅片平面，移动硅片台，使硅片台上的参考标 记扫描对准标记所成的像，同时采样所成像的光强，探测器输出的最大光强位 置即表示正确的对准位置，所迷对准位置为用于监测硅片台位置移动的激光干 涉仪的位置测量提供了零基准。另一种是OA离轴对准技术，通过离轴对准系5统测量位于硅片台上的多个对准标记以及硅片台上基准板的基准标记，实现硅片对准和硅片台对准；硅片台上参考标记与掩模对准标记对准，实现掩模对准； 由此可以得到掩才莫和硅片的位置关系，实现掩模和硅片对准。目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指照明光 束照射在光栅型对准标记上发生衍射，衍射光携带有关于对准标记结构的全部 信息。多级次衍射光以不同角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波器滤掉 零级光后，采集±1级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光 (包括高级)在参考面干涉成像，利用像与相应参考光栅在一定方向扫描，经 光电探测器探测和信号处理，确定对准中心位置。经过现有技术的文献检索发现，中国专刮公开(公告)号为CN1506768A的 专利"用于光刻系统的对准系统和方法"中，荷兰ASML公司采用一种4f系统 结构的ATHENA离轴对准系统，所述对准系统在光源部分采用红光、绿光双光 源照射；并采用楔块列阵或楔板组来实现对准标记多级衍射光的重叠和相干成 像，并在像面上将成像空间分开；红光和绿光的对准信号通过一个偏振分束棱 镜来分离；通过探测对准标记像透过参考光栅的透射光强，得到正弦输出的对 准信号。所述对准系统通过探测对准标记的(包括高级次衍射光在内)多级次 衍射光以减小对准标记非对称变形导致的对准位置误差。具体采用楔块列阵或 楔板组来实现对准标记多级衍射光的正、负级次光斑对应重叠、相干成像，同 时各级衍射光光束通过楔块列阵或楔板组的偏折使得对准标记用于x方向对准 的光栅各级光栅像在像面沿y方向排列成像；用于y方向对准的光栅各级光栅 像在像面沿x方向排列成像，避免了对准标记各级光栅像扫描对应参考光栅时 不同周期光栅像同时扫描一个参考光栅的情况，有效解决信号的串扰问题。但 是，使用楔块列阵时，对折射正、负相同级次的两楔块的面型和楔角一致性要 求很高；而楔板组的加工制造、装配和调整的要求也很高，具体实现起来工程 难度较大，代价昂贵。更进一步，中国专利^Hf ^>告)号为200710044152.1的专利"一种用于 光刻设备的对准系统"，所述对准系统采用具有粗细结合的三周期相位光栅，只 利用这三个周期的一级务T射光作为对准信号，可以实现大的捕获范围的同时获 得高的对准精度，只使用各周期的一级衍射光，可以获取较强的信号强度，提6高系统信噪比，不需要借助楔板等调节装置来分开多路高级次衍射分量，简化 光路设计和调试难度，但对准系统中对准标记在硅片和基准板上一字排开分布， 降低了光源的利用率，并且这种排列方式在对准扫描中对准标记各组光栅像扫 描对应参考光栅时，不同周期的光栅像同时扫描一个参考光栅的情况，会引起 扫描信号的串扰问题，不利于光刻设备的对准。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以使扫 描强度信号峰值更尖锐，提高对准系统的可靠性。为了实现上述的目的，本专利技术提供一种用于光刻设备的对准系统，包括-.对准辐射源模块，提供用于对准系统的辐射源；照明模块，传输所述对准辐射 源模块的辐射源，准直照明硅片或基准板上的对准标记；对准光学模块，采集 对准标记相应级次的衍射光束并相干成像在振幅型参考光栅位置；以及信号探 测模块，其包括振幅型参考光栅、探测器以及信号处理部分，通过对准标记 衍射光束的相干成像与相应振幅型参考光栅的扫描，探测和处理经过振幅型参 考光栅调制的对准光强信号；所述振幅型参考光栅包括两组或两组以上不同周 期的光栅，所述振幅型参考光栅的各分支光栅由宽度等差排列的条形结构组成； 所述对准标记包括两组或两组以上不同周期的光栅，所述对准标记的各分支光 栅由宽度等差排列的条形结构组成。进一步的，所述振幅型参考光栅的各分支光栅为菱形结构，其由宽度从中 间到两边由大渐小等差排列的条形结构组成。进一步的，所述对准标记的各分支光栅为菱形结构，其由宽度从中间到两 边由大渐小等差排列的条形结构组成。进一步的，所述振幅型参考光栅包括沿X方向依次排列的X方向第一光栅、 X方向第二光栅；沿Y方向依次排列的Y方向第一光4册、Y方向第二光4册；所 述X方向第一光栅、所述X方向第二光栅、所述Y方向第一光栅、所述Y方向 第二光栅与所述对准标记的各分支光栅分别对应；所述振幅型参考光栅分别对 相应的对准标记光栅干涉像进行扫描，得到X方向第二扫描信号、X方向第一 扫描信号、X方向第三扫描信号、Y方向第二扫描信号、Y方向第一扫描信号和Y方向第三扫描信号。进一步的，所述振幅型参考光栅的分支光栅相对位置根据需要互换或移动。 进一步的，所述对准辐射源模块中包括激光单元。 进一步的，所述激光单元包括相位调制器和强度调制器单元。 进一步的，所述激光单元包括激光器，所迷激光器是气体激光器、固体激 光器、半导体激光器或光纤激光器。进一步的，所述照明光束包括至少两个分立波长的激光照明光束。 进一步的，所述包括至少两个分立波长的激光照明光束采用四个分立波长， 并且其中至少有两个波长在近红外或红外波段。进一步的，所述对准光学;f莫块包括对准光学系统和分光装置。 进一步的，所述分光装置利用光的偏振性质分开两种不同波长的对准光束。 本专利技术还提供了一种使用所述系统的用于光学设备的对准方法，通过对对 准标记中的较小周期光栅扫描，得到第一扫描信号和第三扫描信号，通过对对 准标记中的较大周期光栅扫描，得到第二扫描信号；利用第一扫描信号强度峰 值信息捕获第二扫描信号的位相信息获得粗捕获位置，利用第二扫描信号的位 相信息捕获第三扫描信号的位相信息，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光刻设备的对准系统，包括：　对准辐射源模块，提供用于对准系统的辐射源；　照明模块，传输所述对准辐射源模块的辐射源，准直照明硅片或基准板上的对准标记；　对准光学模块，采集对准标记相应级次的衍射光束并相干成像在振幅型参 考光栅位置；以及　信号探测模块，其包括：振幅型参考光栅、探测器以及信号处理部分，通过对准标记衍射光束的相干成像与相应振幅型参考光栅的扫描，探测和处理经过振幅型参考光栅调制的对准光强信号；　其特征在于，所述振幅型参考光栅包括两组或 两组以上不同周期的光栅，所述振幅型参考光栅的各分支光栅由宽度等差排列的条形结构组成；　所述对准标记包括两组或两组以上不同周期的光栅，所述对准标记的各分支光栅由宽度等差排列的条形结构组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜聚有，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，上海微高精密机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]