用于光刻装置的对准系统、光刻装置及其对准方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种用于光刻设备的对准系统，用于根据晶片上的对准标记对准晶片，包括光源模块、照明模块、成像模块、探测模块和信号处理和定位模块。上述对准标记是包括多个列光栅或行光栅的阵列结构，上述列光栅或行光栅的线宽或占空比在光栅周期内呈正弦规律变化，上述照明光束依次照明对准标记的Ｎ个列光栅或行光栅。本发明专利技术的对准系统能够消除对准位置偏差，提高对准精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对准系统，且特别涉及一种用于光刻装置的对准系统，同 时涉及应用该对准系统的光刻装置及其对准方法。
技术介绍
现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD液晶面板。光刻装置大体上分为两类， 一类是步进光刻装置，掩^^莫图案一次曝光成像 在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到 掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的^f象。另一类是步进扫描 光刻装置，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，掩模与晶片同时相对于投影系统和投 影光束移动。光刻装置中关键的步骤是将掩模与晶片对准。第一层掩模图案在晶片上曝 光后从装置中移开，在晶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晶片上已曝光掩模图 案像的精确定位，需要将掩模和晶片进行精确对准。由于光刻技术制造的IC器 件需要多次曝光，在晶片中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系 统，实现掩模和晶片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对套刻精度的要求 以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-晶片对准， 即测出晶片在机器坐标系中的坐标(Xw， Yw， (Dwz)，及掩模在机器坐标系中 的坐杯(Xr, Yr, Orz),并计算得到掩模相对于晶片的位置，以满足套刻精度的要求。现有技术有两种对准方案。 一种是透过镜头的TTL对准技术，激光照明在 晶片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物镜所收集 的晶片对准标记的衍射光或散射光照射在掩模对准标记上，该对准标记可以为 振幅或相位光栅。在掩模标记后设置探测器，当在投影物镜下扫描晶片时，探 测透过掩模标记的光强，探测器输出的最大值表示正确的对准位置。另一种是 OA离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于晶片上的多个对准标记以及晶片 台上基准板的基准标记，实现晶片对准和晶片台对准；晶片台上基准板的基准 标记与掩模对准标记对准，实现掩模对准；由此可以得到掩模和晶片的位置关系，实现掩^t莫和晶片对准。目前，光刻装置的对准系统大多所采用相位光栅对准技术。相位光栅对准 技术是指照明光束照射在相位光栅型对准标记上发生书f射和反射，通过探测携 带有对准标记的全部或局部位置信息的衍射和反射光获得对准标记的中心位置。多级衍射光以大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，采集衍射光士l级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光 (包括高级次)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确定对准中心 位置。一种现有技术的情况，(参见KazuYa Ota, Nobutaka Magome， Kenji Nishi， New alignment sensor for wafer stepper, SP正，Vol. 1463, 1991， p304-314),,>开了 一种激光分步对准(LSA)系统。如图10 (a)所示，在该对准系统中He-Ne激 光器经光学系统L1产生一个长条形照明光斑，再经分束器BS，光学系统L2和 反射镜M明晶片上LSA对准标记上。参见图10 (b)所示，LSA对准标记是一 个排列成行和列的7x7方形结构光栅阵列，每一列形成一个列光栅，光栅线宽 为4um，周期为8um，占空比为1: 1,列光栅的宽度为4um; 7个列光栅的间 隔为20um。当晶片台沿X(或Y)方向扫描时，长条形照明光斑扫描LSA对准 标记，依次照明标记的每个列光栅，照明光斑在列光栅上发生反射和衍射。衍 射光沿原入射光的光路返回，经分束器BS反射进入成像光路L3和L4，由空间 滤波器遮挡零级衍射光，只收集±143级衍射光，以减少随机散射光的干扰，得 到高信噪比的信号。光电探测器探测±143级衍射光光强，光强与扫描光斑在列光栅标记上的位置相关，探测器接收到的光强信号经信号处理电路转换到数字 信号后会得到一个单峰值信号，当列光栅标记刚好被扫描光斑照明时，即扫描光斑的x方向中心和列光栅标记在x方向的中心重合时，此时接收到的光强为 最大，由此可以确定该列光栅标记的中心位置。通过扫描多个列光栅标记，可以得到如图10 (c)所示的类高斯型轮廓的多峰值对准光信号，测量多个J^值位 置求平均值的方法减小单个LSA列光栅标记导致的对准偏差。在该对准系统中， X、 Y方向的LSA对准标记彼此独立，X和Y方向各有一套独立的照明光束和 探测系统。因此，晶片台步进扫描时，光电探测器在4笨测X、 Y方向对准标记 的位置时是由彼此独立的X、 Y方向分开的两束扫描光斑来独立完成的，分别 得到X和Y方向的对准信号，信号的峰值位置即为对准标记中心位置。但是，LSA对准系统仅适用于晶片表面不太粗糙，且对准标记不存在非对 称性变形的工艺情况。LSA在金属层之前都可以获得较高精度和高产率的对准 性能，对于金属层，由于表面非常粗糙，有许多金属颗粒(大约1^im左右)，由 此产生的杂散光进入到LSA对准系统的光电探测器，导致对准信号信噪比下降。 同时，金属'賊射导致的LSA标记非对称变形使得对准信号也发生非对称变形， 导致对准位置偏差。另外，LSA对准系统是根据衍射光强的幅值信号判断对准 位置，对于浅沟槽标记，由于光栅标记衍射效率的降低，会使得对准信号强度 降低，导致对准信号信噪比下降。
技术实现思路
本专利技术提出 一种应用于光刻装置的对准系统和应用于该对准系统的对准标 记，能够解决上述问题。为了达到上述目的，本专利技术提出一种用于光刻设备的对准系统，该系统至 少包括光源模块，用于提供该对准系统的照明光束；照明模块，用于传输照 明光束，垂直照明晶片上的对准标记；成像才莫块，采集对准标记的正、负一级 衍射光束；探测模块，在晶片台或对准标记扫描过程中探测对准标记的正、负 一级衍射光的光强，得到对准光信号；信号处理和定位模块，设置成与探测模 块相连接，处理对准光信号并根据对准光信号的幅值信息得到对准标记的中心 位置。9上述对准标记是包括N个列光栅或行光栅的阵列结构，上述列光栅或行光 栅的线宽或占空比在光栅周期内呈正弦规律变化。上述照明光束依次照明对准 标记的N个列光栅或行光才册。所述照明光束至少包括两个分立波长的激光照明光束。所述照明光束包括 四个分立波长的激光照明光束，并且其中至少有两个波长在近红外或红外波段。 照射到晶片上的照明光束为圆偏振光。照明光束为沿垂直于对准方向或者沿垂 直于晶片台扫描方向的方向延伸的长条形光斑。长条形照明光斑是随着晶片台 的不同移动方向交替产生的，在X方向对准时只在晶片上形成沿Y方向延伸的 长条形照明光斑，在Y方向对准时只在晶片上形成沿X方向延伸的长条形照明 光斑。上述长条形照明光斑是通过快门控制，交替选择包含不同整形器的两路 照明光路来产生。或者，长条形照明光斑是通过使用两个交替被驱动的，并且 具有不同形状的快门的激光光源来实现，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：　光源模块，用于提供该对准系统的照明光束；　照明模块，用于传输照明光束，垂直照明晶片上的对准标记；　成像模块，采集对准标记的正、负一级衍射光束；　探测模块，在晶片台或对准标记扫描过程 中探测对准标记的正、负一级衍射光的光强，得到对准光信号；　信号处理和定位模块，设置成与探测模块相连接，处理对准光信号并根据对准光信号的幅值信息得到对准标记的中心位置；　其特征在于：所述对准标记是包括多个列光栅或行光栅的阵列结构， 所述列光栅或行光栅的线宽或占空比在光栅周期内呈正弦规律变化，所述照明光束依次照明对准标记的多个列光栅或行光栅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐荣伟，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]