CN101286010B

CN101286010B - 用于光刻设备的对准系统及其对准方法和光刻设备

Info

Publication number: CN101286010B
Application number: CN2008100366510A
Authority: CN
Inventors: 徐荣伟
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: CN101286010A

Abstract

一种用于光刻设备的对准系统，将包括全局型和局部型位置检测器在内的多个位置检测器集成在一个对准系统中；整个系统结构紧凑，具有较强工艺适应性、能够产生高灵敏度和高信噪比的对准信号。一种对准方法，在不同的工艺情况下可以选择不同的位置检测器进行对准检测；在两种位置检测器都可以满足对准要求时，同时对两种位置检测器下得到的对准位置信息进行加权处理获得最终的标记中心位置。对准系统在采用不同位置检测器对准探测时使用同一个对准标记，可以节省晶片的占用面积，并可以使用户在对准过程中自由改变位置检测器。

Description

用于光刻设备的对准系统及其对准方法和光刻设备

技术领域

本发明与集成电路或其它微型器件制造领域的光刻装置有关，特别涉及一种对准系统及其对准技术。

背景技术

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下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上；目前有两种光刻设备，一类是步进光刻设备，掩模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版移动，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，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。

在半导体制作过程中，为使掩模图案正确转移到晶片上，关键的步骤是将掩模与晶片对准，即计算掩模相对于晶片的位置，以满足套刻精度的要求；当特征尺寸“CD”要求更小时，对套刻精度“Overlay”的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格；现有技术有两种对准方案，一种是透过镜头的TTL同轴对准技术，另一种是OA离轴对准技术；在离轴对准技术中，对位于晶片非曝光区域的全场对准标记或划线槽(scribe line)对准标记成像，通过确定对准标记像相对于处于某一参考位置的偏差，来确定对准标记位置，从而进行晶片曝光场和掩模图案定位。

目前，主流光刻设备的对准系统大多所采用以相位光栅为对准标记的对准技术，通过探测携带有对准标记的全部或局部位置信息的反射和衍射光获得对准标记的中心位置；一种全局型的对准系统采用准直光束照明整个光栅型对准标记，由反射或衍射的光信号信息得到整个对准标记的中心位置；另一种局部型对准系统使光栅型对准标记的单个光栅线条或光栅线条的边缘被分别照明，由反射或衍射的光信号信息得到单个光栅线条的中心位置或光栅线条边缘的位置，通过逐个扫描对准标记的所有光栅线条，最后得到整个对准标记的中心位置。

一种现有技术的情况(参见中国发明专利，申请号：CN03164859.2，发明名称：用于光刻系统的对准系统和方法)，荷兰ASML公司所采用的一种全局型对准系统ATHENA，在光源部分采用红光、绿光双光源照明光栅型对准标记；并采用楔块列阵或楔板组来实现对准标记多级衍射光的分离，相同级次的正、负级衍射光在像面分别相干成像；红光和绿光的对准信号通过一个偏振分束棱镜来分离；探测对准标记多级次衍射光相干成像后透过对应周期的参考光栅的透射光强，在对准标记扫描过程中得到正弦输出的对准信号，由不同频率的信号的位相信息获得对准标记的中心位置。

这种全局型的对准系统通过双波长照明可以部分抑制相消干涉导致的信号衰减影响；但是，由于只使用了两种可见波长的激光光源，事实上要完全消除相消干涉导致的信号衰减问题至少需要采用4-5个照明波长，并且低k值的介质材料在可见光谱范围的吸收会导致对准信号强度的衰减，从而影响对准精度；当对准标记由于工艺影响产生非对称变形时，对准信号的非对称变形会直接导致对准位置的偏差，通过探测对准标记的包括高级次衍射光在内的多级次衍射光可以减小这一影响，但是采用楔块列阵或楔板组(某些楔板上还需要打孔)来实现多级衍射光的分离和相干成像，对折射正、负相同级次的两个楔块的面型和楔角加工的一致性要求很高；而楔板组以及在楔板上精确位置打孔，使得加工制造、装配和调整的要求非常高，具体实现起来工程难度较大，代价昂贵。

另一种现有技术的情况(参见美国发明专利，专利号：US5477057，发明名称：Off axis alignment system for scanning photolithography)，SVGL公司采用的一种局部型对准系统AXIOM，该对准系统采用非相干宽带照明光源，波长为475nm-650nm，投射“X”型照明光斑到晶片表面；工件台扫描过程中，“X”型照明光斑依次扫描对准标记光栅线条的边缘(对准标记是±45度角倾斜的“/”和“\”形光栅)，在边缘上发生衍射和反射，通过位于光瞳面上拥有五个通光孔的光阑挡板(中心区域为明场区域，边上四个区域为暗场区域；明场和暗场间的不透明的区域为挡光带；)同时探测明场信号和暗场信号，并且分离“左/右”暗场信号；产生的信号被安装在光阑挡板后面的光纤束接收并传到探测器上，根据标记光栅边缘的暗场信号和非边缘的明场信号得到对准标记的位置信息；但是，当“X”照明光斑单独扫描+45度标记时，另一个-45度方向的照明光斑也会扫描+45度标记，引入背景噪声，从而影响暗场信号的信噪比；更重要的一点，当对准标记由于工艺影响导致位相深度变得较小时(浅槽标记)，左/右暗场信号对比度的衰减会降低对准信号的信噪比，直接导致对准位置的偏差；另外，宽带照明光源能够自动补偿薄膜效应，对标记膜层结构不敏感，但是缺点在于亮度不足，对浅槽标记不能够提供足够的照明以探测微弱的衍射光信号。

发明内容

本发明提供的一种用于光刻设备的对准系统及其对准方法，包含多个位置检测器，不同位置检测器对准探测时使用同一个对准标记，整个系统结构紧凑，具有较强工艺适应性、能够产生高灵敏度和高信噪比的对准信号，节省晶片的占用面积，并可以使用户在对准过程中自由改变位置检测器。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于光刻设备的对准系统，其特征在于：该对准系统包含多个位置检测器，至少包括：光源模块，提供用于对准系统的照明光束；照明模块，传输光源模块的照明光束，照明晶片上的光栅型对准标记；检测模块，至少包括第一位置检测器和第二位置检测器，第一位置检测器探测对准标记，得到第一对准信号；第二位置检测器探测相同的对准标记，得到第二对准信号；信号处理和定位模块，设置成与检测模块相连接，处理第一对准信号和第二对准信号，由第一对准信号得到对准标记的第一位置，由第二对准信号得到对准标记的第二位置；取第一位置和第二位置的其中之一，或者通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算的第三位置作为对准标记的中心位置。

所述的第一位置检测器是一个全局型位置检测器，对准照明光束照明整个光栅型对准标记，由反射或衍射的光信号信息得到整个对准标记的中心位置。第二位置检测器是一个局部型位置检测器，光栅型对准标记的单个光栅线条或光栅线条的边缘被分别照明，由反射或衍射的光信号信息得到单个光栅线条的中心位置或光栅线条边缘的位置，通过逐个扫描对准标记的所有光栅线条并采集位置信息，最后得到整个对准标记的中心位置。

所述的光源模块中包含有激光单元。激光单元中包含有激光器，该激光器可以是气体激光器、或者固体激光器、或者半导体激光器，或者光纤激光器。

所述的照明光束是多波长照明光束，包括四个分立波长的激光束，并且其中至少有两个波长在近红外或红外波段。所述的照射到晶片上的照明光束为圆偏振光。

所述的照明模块包括第一照明光路和第二照明光路，所述第一照明光路与第一位置检测器相连接，所述第二照明光路与第二位置检测器相连接。第一照明光路和第二照明光路中分别包含一个光学开关，设置成两个光学开关交替打开，用于选择相应的照明光路。

第二照明光路包括一个设置在物面位置的投影平板，所述投影平板上包含两个相互垂直的狭缝。投影平板还可以是包含两个相互垂直的线条的掩模版。两个相互垂直的狭缝被设置成在对准标记沿一个方向扫描时，其中一个方向的狭缝处于透光(打开)状态，另一个方向的狭缝处于不透光(关闭)状态。第二照明光路中可以包含一个可编程的液晶光阀，或者包含一个带有四根照明光纤和四个光学开关的分束照明装置，用于实现两个狭缝的开、关控制。狭缝经第二照明光路以所设计的倍率在晶片上投影形成的一个沿垂直于对准标记扫描方向延伸的长条形光斑。

所述的检测模块还包含一个回转镜，通过选择回转状态使对准标记的衍射光进入第一位置检测器，或者使对准标记的衍射光进入第二位置检测器。

所述的第一位置检测器包括第一成像光路和第一探测光路，用于使对准标记的正、负级衍射光相干成像，并在像面探测对准标记像经参考光栅调制后的透射光强变化，得到第一对准信号。

所述的第一成像光路包括第一成像子光路、第二成像子光路和分束器。所述的分束器包括透射区域和反射区域，使得组成对准标记的第一光栅和第二光栅的±1级衍射光完全透过，第三光栅的±1级衍射光完全反射；或者使第一光栅和第二光栅的±1级衍射光完全反射，第三光栅的±1级衍射光完全透过。第一成像子光路使组成对准标记的第一光栅和第二光栅的±1级衍射光分别相干成像在位于像面的第一参考光栅上。第二成像子光路使组成对准标记的第三光栅的±1级衍射光相干成像在位于像面的第二参考光栅上。

所述的第一探测光路包括第一探测子光路和第二探测子光路，所述第一探测子光路与第一成像子光路相连接，第二探测子光路与第二成像子光路相连接。第一探测子光路探测组成对准标记的第一光栅和第二光栅的像经过第一参考光栅调制的透射光强变化，得到第一对准信号的粗对准信号，用于捕获标记。第二探测子光路探测组成对准标记的第三光栅的像经过第二参考光栅调制的透射光强变化，得到第一对准信号的精对准信号，用于精确对准。、

所述的信号处理和定位模块处理第一对准信号的粗对准信号和精对准信号，得到对准标记的第一位置。

所述的第一成像光路还包含多色光分离系统，实现多波长的对准标记衍射光的分离。所述多色光分离系统为基于色散元件，或者二向色性元件，或者衍射光学元件的分光系统。

所述的第二位置检测器包括第二成像光路和第二探测光路，通过长条形投影光斑逐个扫描相同对准标记的第二光栅的单个光栅线条或光栅线条边缘，并探测衍射光的幅值信号，得到第二对准信号；

所述的第二成像光路的中间像面设置有视场光阑，用于消除杂散光。

所述的第二探测光路包括设置在第二成像光路像面位置的光阑挡板、设置在光阑挡板后的探测光纤以及与之相连接的光电探测器。所述的光阑挡板包括四个通光区域和一个挡光区域。四个通光区域分别用于探测对准标记x方向和y方向的单个光栅线条或光栅线条边缘的衍射光形成的左、右暗场信号。所述的挡光区域用于阻挡晶片反射光。所述的光电探测器可以是PMT光电倍增管，还可以是CCD探测器。

所述的信号处理和定位模块处理第二对准信号，得到对准标记的第二位置。

所述的检测模块光路中还包括CCD成像光路，对对准标记直接成像，用于对准标记位置的视频监测和手动对准。

所述的加权因子由信号质量指标因子确定，所述信号质量指标是指信号强度、噪声水平、信号拟合质量等单个指标或多个指标组合。所述的信号质量指标因子是根据晶片上对准标记的质量指标与基准板上基准标记的质量指标的比值求得。

所述的对准系统进一步还可以包含第三位置检测器，或者更多的位置检测器，并且对准系统的全部的位置检测器中至少包括一个全局型位置检测器和一个局部型位置检测器。

本发明还提供一种使用所述的对准系统进行晶片对准的对准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

主控制系统选择所述对准系统的全部位置检测器中的一个或者两个位置检测器按照一定的检测流程实施晶片对准标记的位置检测；

经照明模块传输光源模块发出的激光照明光束，并照射在晶片上的对准标记；

通过检测模块的物镜采集对准标记的衍射光；由第一位置检测器探测对准标记的衍射光，得到第一对准信号；由第二位置检测器探测相同的对准标记的衍射光，得到第二对准信号；

经信号处理和定位模块处理第一对准信号和第二对准信号，由第一对准信号得到对准标记的第一位置，由第二对准信号得到对准标记的第二位置；取第一位置和第二位置的其中之一，或者取通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算的第三位置作为对准标记的中心位置。

所述的对准标记位置的检测流程包括以下步骤：

步骤1、主控制系统选择第一位置检测器，同时设置照明模块中光学开关和检测模块中回转镜的状态；

步骤2、移动晶片台，使照明光束经第一照明光路照明组成对准标记的第一光栅、第二光栅和第三光栅；

步骤3、接收来自第一位置检测器的第一对准信号；

步骤4、基于第一对准信号，计算对准标记的第一位置；

步骤5、将对准标记的第一位置作为对准标记中心位置。

或者，

步骤1、主控制系统选择第二位置检测器，同时设置照明模块中光学开关和检测模块中回转镜的状态；

步骤2、移动晶片台，使照明光束经第二照明光路照明组成对准标记的第二光栅；

步骤3、接收来自第二位置检测器的第二对准信号；

步骤4、基于第二对准信号，计算对准标记的第二位置；

步骤5、将对准标记的第二位置作为对准标记中心位置。

所述的对准标记位置的检测流程也可以包括以下步骤：

步骤3、接收来自第一位置检测器的第一对准信号；

步骤4、基于第一对准信号，计算对准标记的第一位置；

步骤5主控制系统选择第二位置检测器，同时设置照明模块中光学开关和检测模块中回转镜的状态；

步骤6、移动晶片台，使照明光束经第二照明光路照明组成对准标记的第二光栅；

步骤7、接收来自第二位置检测器的第二对准信号；

步骤8、基于第二对准信号，计算对准标记的第二位置；

步骤9、通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算得到第三位置；

步骤10、取第三位置作为对准标记的中心位置。

本发明还提供一种用于所述对准系统的对准标记，其特征在于：所述的对准标记包括周期互不相同的第一光栅、第二光栅和第三光栅，且第一光栅和第二光栅分布在第三光栅两侧。所述的第一光栅、第二光栅和第三光栅均用于同一方向对准。所述的第三光栅周期小于第一光栅周期和第二光栅周期。所述的第二光栅是分段型光栅结构，第二光栅的光栅线条为沿垂直于周期方向进行周期性细分的分段结构。所述的第一光栅也可以是分段型光栅结构，光栅线条为沿周期方向或垂直于周期方向进行细分的分段结构。

本发明还提供一种包括所述对准系统的光刻设备，其构成包括：

照明系统，用于传输曝光光束；

掩模台，用于支承掩模版的掩模支架，掩模版上有掩模图案和具有周期性结构的掩模对准标记；

投影光学系统，用于将掩模版上的掩模图案投影到晶片上；

晶片支架和晶片台，用于支承晶片，晶片台上有含有基准标记的基准板，晶片上具有对准标记；

对准系统，用于晶片对准和晶片台对准，其设置在所述的掩模台和所述的晶片台之间；

同轴对准单元，用于掩模对准；

反射镜和激光干涉仪，用于掩模台和晶片台位置检测，以及

由主控制系统控制的掩模台和晶片台位移驱动的伺服系统和驱动系统；其特征在于：

所述对准系统包含多个位置检测器，至少包括：光源模块，提供用于对准系统的照明光束；照明模块，传输光源模块的照明光束，照明晶片上的对准标记；检测模块，至少包括第一位置检测器和第二位置检测器，第一位置检测器探测对准标记，得到第一对准信号；第二位置检测器探测相同的对准标记，得到第二对准信号；信号处理和定位模块，设置成与检测模块相连接，处理第一对准信号和第二对准信号，由第一对准信号得到对准标记的第一位置，由第二对准信号得到对准标记的第二位置；取第一位置和第二位置的其中之一，或者取通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算的第三位置作为对准标记的中心位置。

本发明的对准系统通过部分模块和元件的共用将包括全局型和局部型位置检测器在内的多个位置检测器集成在一个对准系统中，使得整个系统结构紧凑，光刻设备的主控制系统在不同的工艺情况下可以选择不同的位置检测器进行对准检测，具有较强工艺适应性、能够产生高灵敏度和高信噪比的对准信号；在两种位置检测器都可以满足对准要求时，同时对两种位置检测器下得到的对准位置信息进行加权处理获得最终的标记中心位置，进一步提高对准精度。对准系统在采用不同位置检测器对准探测时使用同一个对准标记，可以节省晶片的占用面积，并可以使用户在对准过程中自由改变位置检测器；而且，不同的位置检测器下使用相同的对准标记可以保证不同的位置检测器具有相同的坐标系。

附图说明

图1是本发明用于光刻设备的对准系统与光刻设备之间的总体布局、工作原理结构示意图；

图2是本发明对准系统结构示意图；

图3是图2中晶片对准标记的结构示意图；

图4是本发明第一位置检测器的第一成像光路中分束器的分束面示意图；

图5是本发明第一位置检测器的第一对准信号形式；

图6a和图6b是本发明第二位置检测器位于物面的投影平板结构；

图7是本发明第二位置检测器的信号探测面的光阑挡板结构；

图8是本发明第二位置检测器的第二对准信号形式；

图9和图10给出了根据本发明的对准系统的检测方法流程图。

具体实施方式

以下根据图1～图10具体说明本发明的较佳实施方式：

图1为本发明光刻设备的对准系统以及该对准系统与已有光刻设备之间的总体布局、工作原理结构示意图。如图所示，光刻设备的构成包括：用于提供曝光光束的照明系统1；用于支承掩模版2的掩模支架和掩模台3，掩模版2上有掩模图案和具有周期性结构的掩模对准标记RM；用于将掩模版2上的掩模图案投影到晶片6的投影光学系统4；用于支承晶片6的晶片支架和晶片台7，晶片台7上有刻有基准标记FM的基准板8，晶片6上有周期性光学结构的对准标记WM；用于掩模和晶片对准的离轴式的对准系统5；用于掩模台3和晶片台7位置检测的反射镜10、16和激光干涉仪11、15，以及由主控制系统12控制的掩模台3和晶片台7位移的伺服系统13和驱动系统9、14。

其中，照明系统1包括一个光源、一个使照明均匀化的透镜系统、一个反射镜、一个聚光镜(图中均未示出)。作为一个光源单元，采用KrF准分子激光器(波长248nm)、ArF准分子激光器(波长193nm)、F₂激光器(波长157nm)、Kr₂激光器(波长146nm)、Ar₂激光器(波长126nm)、或者使用超高压汞灯(g-线、i-线)等。照明系统1均匀照射的曝光光束IL照射在掩模版2上，掩模版2上包含有掩模图案和周期性结构的掩模标记RM，用于掩模对准。掩模台3可以经驱动系统14在垂直于照明系统光轴(与投影物镜的光轴AX重合)的X-Y平面内移动，并且在预定的扫描方向(平行于X轴方向)以特定的扫描速度移动。掩模台3在移动平面内的位置通过位于掩模台3上的反射镜16由多普勒双频激光干涉仪15精密测得。掩模台3的位置信息由激光干涉仪15经伺服系统13发送到主控制系统12，主控制系统12根据掩模台3的位置信息通过驱动系统14驱动掩模台3。

投影光学系统4(投影物镜)位于图1所示的掩模台3下方，其光轴AX平行于Z轴方向。由于采用双远心结构并具有预定的缩小比例如1/5或1/4的折射式或折反射式光学系统作为投影光学系统，所以当照明系统1发射的曝光光束照射掩模版2上的掩模图案时，电路掩模图案经过投影光学系统在涂覆有光刻胶的晶片6上成缩小的图像。

晶片台7位于投影光学系统4的下方，晶片台7上设置有一个晶片支架(图中未示出)，晶片6固定在支架上。晶片台7经驱动系统9驱动可以在扫描方向(X方向)和垂直于扫描方向(Y方向)上运动，使得可以将晶片6的不同区域定位在曝光光场内，并进行步进扫描操作。晶片台7在X-Y平面内的位置通过一个位于晶片台上的反射镜10由多普勒双频激光干涉仪11精密测得，晶片台7的位置信息经伺服系统13发送到主控制系统12，主控制系统12根据位置信息(或速度信息)通过驱动系统9控制晶片台7的运动。

晶片6上设有周期性结构的对准标记WM，晶片台7上有包含基准标记FM的基准板8，对准系统5分别通过晶片对准标记WM和基准标记FM实现晶片6对准和晶片台7对准。另外，一个同轴对准单元(图中未示出)将晶片台上基准板8的基准标记FM与掩模对准标记RM对准，实现掩模对准。对准系统5的对准信息结合同轴对准单元的对准信息一起传输到主控制系统12，经数据处理后，驱动系统9驱动晶片台7移动实现掩模和晶片6的对准。

图2为本发明对准系统5的系统结构示意图，该对准系统5包含多个对准标记位置检测器，至少包含第一位置检测器和第二位置检测器。第一位置检测器是一个全局型位置检测器，采用准直的平面波照明整个相位光栅型对准标记，通过探测正、负级衍射光相干成像后经参考光栅调制的透射光强，得到正弦形式的对准标记的完整信号，经信号处理根据光信号的位相信息得到对准标记中心位置；第二位置检测器是一个局部型位置检测器，使光栅型对准标记的单个光栅线条或光栅线条的边缘被分别照明，依次探测对准标记单个光栅线条或光栅线条边缘的衍射光，根据衍射光的幅值信号获取每一个光栅线条中心或光栅线条边缘的位置信息，通过逐个扫描对准标记所有的光栅线条或光栅线条的边缘，从而得到整个对准标记的中心位置。该对准系统通过部分模块和元件的共用将多个位置检测器集成在一个对准系统中，使得整个系统结构紧凑，同时在不同的工艺情况下可以选择不同的位置检测器进行对准，具有较强工艺适应性、能够产生高灵敏度和高信噪比的对准信号。例如，对浅槽对准标记，采用第二位置检测器进行对准时信号太弱，信噪比太低，这时可以采用第一位置检测器进行对准；对于CMP或Al-PVD工艺导致的非对称变形标记，采用第一位置检测器进行对准时会产生位置偏差，这时采用第二位置检测器可以减小对标记变形对对准位置偏差的影响。对准系统的两个位置检测器使用同一个对准标记，可以节省晶片的占用面积，并可以使用户在对准过程中自由改变位置检测器；而且，不同的位置检测器下使用相同的对准标记可以保证不同的位置检测器具有相同的坐标系。该对准系统重复性精度可以达到3～5nm左右，完全满足线宽90nm以及90nm以下的对准要求。

该对准系统5的第一和第二位置检测器使用同一个光源模块，照明模块分开。采用不同的位置检测器对准时通过光学开关切换选择不同的照明光路；同时，通过一个回转镜来选择相应的成像光路、探测光路、信号处理和定位模块。

对准系统5使用不同位置检测器对准时采用相同的对准标记，对准标记500结构如图3所示，该对准标记为相位光栅结构(图中仅给出了x方向的对准标记，y方向的对准标记相类似)，包括周期互不相同的第一光栅5001，第二光栅5002和第三光栅5003。第一光栅5001和第二光栅5002用于同一方向(x方向或y方向)对准，基本周期不同且分别分布在第三光栅5003的两侧。对准系统使用第一位置检测器时检测第一光栅5001、第二光栅5002和第三光栅5003的衍射光，第一光栅5001和第二光栅5002用于粗对准(捕获对准标记)，第三光栅5003用于精对准；使用第二位置检测器时仅检测第二光栅5002的光栅条的边缘衍射光。

使用第一位置检测器时，通过对用于同一方向对准的两组光栅，即第一光栅5001和第二光栅5002，选择不同的光栅周期可以提高对准的捕获范围。第一光栅5001周期为P₁，第二光栅5002基本周期为P₂，光栅周期P₁、P₂相差不大，一般取P₂＝(1±r)P₁，其中r＝0.05或0.1，标记捕获范围表示为：P₁P₂/[2(P₁-P₂)]。例如，第一光栅5001周期为14.4um，第二光栅5002周期为16um，则捕获范围为72um。第三光栅5003的周期P₃较小，并且P₃＜P₁，且P₃＜P₂，用于精对准。例如，第三光栅5003的周期可以为P₃＝1μm。

第二光栅5002为分段型光栅结构，光栅线条在垂直于周期P₂方向进行周期性细分，如图中5004所示。第一光栅5001也可以是分段型光栅结构，光栅线条为沿周期方向或垂直于周期方向进行细分的分段结构。使用第一位置检测器对准时，采用这种分段型光栅结构的第二光栅5002和小周期的第三光栅5003，可以减少因CMP(化学机械平坦化)和Al-PVD(金属溅射)等工艺导致的标记非对称变形及其引起的对准偏差，提高工艺适应性。使用第二位置检测器对准时，采用这种具有分段型光栅结构的第二光栅5002，同样可以减小因光栅条非对称变形引起的边缘衍射光信号的变形和由此导致的对准位置的偏差。

第二光栅5002的光栅线条宽度为Wx；光栅线条的分段结构周期为Wy，通过选择较小的Wy值，使得该分段结构产生的衍射光不能进入对准系统的物镜；分段结构的占空比为Wy1∶Wy2，通过优化设计Wy1和Wy2的大小，使得分段结构的衍射效率较低，减少第二光栅5002因光栅线条引入分段结构导致的对准信号强度的衰减。例如，Wx＝4um，Wy＝2um，Wy1＝1.6um，Wy2＝0.4um。

采用如图3所示的对准标记的优点在于，对包含多个位置检测器(例如第一位置检测器和第二位置检测器)的对准系统使用同一个对准标记可以节省晶片的占用面积，并可以使用户在对准过程中自由改变位置检测器；在两种位置检测器都可以满足对准要求时，同时对两种位置检测器下得到的对准位置信息进行加权处理获得最终的标记位置，进一步提高对准精度。而且，不同的位置检测器下使用相同的对准标记可以保证不同的位置检测器具有相同的坐标系。此外，当晶片台的基准板8上具有该对准标记(包括x方向和y方向的对准标记)时，可以用于在线校准的目的。

参见图2，对准系统5的光源模块提供包含多个分立波长的激光照明光源，至少采用四个分立的波长的激光光源(λ₁、λ₂、λ₃和λ₄)，并且其中至少有两个波长在近红外或红外波段，例如：532nm、632.8nm、785nm和850nm。使用多波长照明光束，可以抑制多工艺层产生的干涉相消效应的影响，提高工艺适应性；使用近红外和红外波长的激光光源照明，可以有效解决低k值的介质材料在可见光谱范围的吸收问题，并可用于多晶硅工艺层的标记探测，并且兼容所谓的双掩模技术，有利于提高对准信号强度。线偏振的多波长照明光束经单模保偏光纤501传输，然后经光纤耦合器502耦合进入合束器503，再通过单模保偏光纤504输出到对准系统5的照明模块。

光源模块中包含有激光单元(图中未示出)，为提高信噪比，在激光单元中采用相位调制器对激光束进行相位调制；所使用的激光光源可以是气体激光器、固体激光器、半导体激光器，或者光纤激光器等。

如图2所示，照明模块包括第一照明光路和第二照明光路，分别对应于第一位置检测器和第二位置检测器。来自光源模块的多波长照明光束首先经分束器505分束，分别进入第一照明光路和第二照明光路。位于第一和第二照明光路中的光学开关513和506是交替打开的，对两个照明光路进行选择，使对准系统能够选择采用第一位置检测器或第二位置检测器进行对准。

检测模块的第一位置检测器包括第一成像光路和第一探测光路，其中，第一成像光路又包括第一成像子光路和第二成像子光路；第一探测光路又包括第一探测子光路和第二探测子光路，其中，第一探测子光路对应于第一成像子光路，第二探测子光路对应于第二成像子光路。第二位置检测器包括第二成像光路和第二探测光路。

当对准系统5采用第一位置检测器对准时，光学开关513打开并且光学开关506处于关闭状态，同时回转镜522处于移出光路的状态522b。多波长照明光束进入第一照明光路，第一照明光路为柯勒照明系统，多波长照明光束依次经过反射镜514、透镜515、孔径光阑516和透镜517，然后经分束器512入射到偏振分束器518上，经偏振分束面518a反射垂直入射到消色差的λ/4波片519，透过的圆偏振态的照明光束再经物镜520照射到位于晶片上的对准标记500，发生反射和衍射。对准标记500产生的反射光和衍射光经物镜520准直后再次经过消色差的λ/4波片519，由于线偏振的照明光束两次通过消色差的λ/4波片519，因此偏振态旋转90度，反射光和衍射光透过偏振分束器518的偏振分束面518a。零级反射光被挡板521遮挡，由于回转镜522处于移出光路的522b状态，所以对准标记的多波长衍射光进入对应于第一位置检测器的第一成像光路。

首先，多波长衍射光入射到分束器528，参见图4，分束器528的分束面528a包含两个区域a和b，区域a位于分束面中间位置为透射区域，使得对准标记的一部分衍射光可以完全透过分束器528，区域b位于分束面外围为反射区域，使得对准标记的另一部分衍射光完全反射。例如，如图中所示，第一光栅5001和第二光栅5002的±1级衍射光P_1，+1、P_1，-1、P_2，+1和P_2，-1经区域a完全透过分束器528，第三光栅5003的±1级衍射光P_3，+1和P_3，-1经区域b完全反射。可以通过对分束面528a进行局部区域镀膜来实现上述功能，例如对区域b镀反射膜，区域a镀增透膜；也可以直接将透射区域对应的分束器材料去除以形成通孔，例如在分束器上将区域a所对应的部分做成通孔，让光束直接穿过。同样，也可以使分束面528a的区域a为反射区域，区域b为透射区域。

如图4所示，第一光栅5001和第二光栅5002的多波长±1级衍射光经区域a透过后进入第一成像光路的第一成像子光路。首先经过第一空间滤波器529，用于消除来自IC产品结构的杂散光和其他衍射级次，使得只有第一光栅5001和第二光栅5002的±1级衍射光能够通过；然后经过一个多色光分离系统530使得不同颜色的衍射光分离，以波长λ₁的光路为例，第一光栅5001和第二光栅5002的±1级衍射光经物镜531后分别相干成像在位于像面的第一参考光栅532上，第一参考光栅532包括两组振幅型光栅，分别对应于第一光栅5001和第二光栅5002的1级干涉条纹。当对准标记扫描过程中，通过第一探测子光路的传输光纤533和光电探测器534探测第一光栅5001和第二光栅5002的像经过第一参考光栅532调制的透射光强，分别得到如图5所示第一对准信号的粗对准信号SP₁和SP₂，根据粗对准信号SP₁和SP₂可以捕获对准标记，得到对准标记的粗对准位置信息。

第三光栅5003的±1级衍射光P_3，+1和P_3，-1经区域b完全反射后进入第一成像光路的第二成像子光路。首先经过第二空间滤波器535进行空间滤波，然后经多色光分离系统536分离不同颜色的衍射光。以波长λ₁的光路为例，第三光栅5003的±1级衍射光经物镜537后相干成像在位于像面的第二参考光栅538上，第二参考光栅532为一组振幅型光栅，对应于第三光栅5003的1级干涉条纹。当对准标记扫描过程中，通过第二探测子光路的传输光纤539和光电探测器540探测第三光栅5003的1级像经过第二参考光栅538调制的透射光强，得到如图5所示第一对准信号的精对准信号SP₃，根据精对准信号SP₃并结合粗对准信号SP₁和SP₂，可以得到对准标记的精确位置信息。

物镜520是对准系统中关键元件，该透镜必须有足够大的数值孔径(例如NA＝0.8)以收集来自晶片对准标记上不同色光的多级次衍射光。另外，为保证晶片与对准系统间有合适的距离，优选长工作距的物镜。

当对准标记光栅周期较小，与照明波长量级相当(一般指小于5λ)时，光栅衍射效率与照明光束的偏振特性相关，因此利用消色差的λ/4波片519，使线偏振光经消色差的λ/4波片519后，入射到晶片上的光斑为圆偏振光，圆偏振光包含两个方向垂直的线偏振光，确保总有一偏振方向可以产生高效率的衍射光。

本发明所述的对准系统采用四个分立波长的照明光束(例如：532nm，632.8nm，785nm，850nm)同时照明对准标记时，不同波长的衍射光相互重叠。对准系统的第一位置检测器采用相位探测技术，因此不同波长的对准信号必须分开探测，需要使用多色光分离系统分离不同波长的光信号。

本发明中，多色光分离系统530和536可以采用不同的原理和器件来实现，可以为基于色散元件的分光系统包括：棱镜(考纽棱镜、立特鲁棱镜等)、闪耀光栅和阶梯光栅；也可以是基于二向色性元件的分光系统，例如干涉滤光片，也可以是基于DOE衍射光学元件(例如CSG-色分离光栅)的分光系统。

优先采用一种透射型多闪耀光栅作为多色光分离系统，所述的透射型多闪耀光栅包括折线型闪耀光栅和分区域型闪耀光栅，以及折线型-分区域组合多闪耀光栅，其具体形式或结构参见中国发明专利(1)“一种光刻设备的对准系统以及该对准系统的级结合系统”，公开号：CN1949087；(2)“用于光刻设备的对准系统及其级结合光栅系统”，公开号CN1936711。通常的闪耀光栅结构参数是按中心波长优化，在边缘波长(例如532nm，850nm)处的光栅衍射效率降低，即使使用高能量的激光，这种能量的衰减也是很明显的。这时可以采用多闪耀光栅，一种为折线型多闪耀光栅，用两个不同闪耀角的小平面代替普通闪耀光栅的槽面，工作时两个不同闪耀角的小平面同时工作，从而在能量-波长曲线上出现两个最大值，分别对应于两个闪耀波长，使曲线在两端下降缓慢，可覆盖较大的波长范围。由于折线型多闪耀光栅的刻划需使用特殊刻制刀，在每条刻线上刻划出两个折线型槽面，因此只适合于线槽密度较小，每条线槽工作面较宽的红外光栅。另一种为分区域多闪耀光栅，是把一块闪耀光栅的工作槽面分成两个或多个区域(由所需分离的波长数目决定)分别刻划，各分区域的线槽密度相同，闪耀角不同。其实质是多块普通闪耀光栅的拼合，刻划时不会有太大困难，可以刻划较高线槽密度的光栅。

当对准系统5采用第二位置检测器对准时，光学开关506打开并且光学开关513处于关闭状态，同时回转镜522处于进入光路的状态522a。多波长照明光束进入第二照明光路，多波长照明光束照射到位于物面的投影平板507，参见图6(a)，投影平板507上有两个相互垂直的狭缝507a和507b，两个狭缝被设置成在对准标记沿一个方向扫描时，其中一个方向的狭缝处于透光(打开)状态，另一个方向的狭缝处于不透光(关闭)状态。投影平板507还可以是包含两个相互垂直线条的掩模版。可以通过软件控制方法使得在对准标记沿一个方向扫描时，狭缝507a和507b其中垂直于扫描方向的狭缝处于打开状态，另一个方向的狭缝处于关闭状态，则投影到晶片上的光斑为一个平行于对准标记光栅线条的长条形光斑。在进行一个方向的对准扫描时，只投影一个长条形光斑用于扫描标记，可以消除在先技术中所述的AXIOM对准系统存在的问题，即另一方向投影光斑会产生背景噪声。一种可行的方法是光路中加入一个可编程的液晶光阀(图中未示出)来实现两个狭缝的开、关控制。另外，在投影平板507之前加入一个带有四根照明光纤和四个光学开关的分束照明装置(图中未示出)也可以实现上述功能，四根光纤分别照明如图6(b)所示的狭缝507c、507d、507e和507f，通过控制四个光学开关的开关状态来控制被照明的狭缝。例如，两根输出光纤同时照明狭缝507c和507d则会在晶片上投影形成一个平行于对准标记光栅线条的长条形光斑。

多波长照明光束经透镜508，视场光阑509、反射镜510、透镜511、分束器512、偏振分束器518的偏振分束面518a、消色差的λ/4波片519和物镜520将投影平板507的狭缝以一定的数值孔径投影到晶片表面，以所设计的倍率在晶片上交替投影形成的一个沿垂直于对准标记扫描方向延伸的长条形光斑。对准标记扫描过程中，来自于晶片表面的反射光和对准标记光栅条边缘的衍射光进入对应于第二位置检测器的第二成像光路。当投影光斑照射在晶片上非光栅区域时，反射光以与入射光相同的数值孔径返回，经过物镜520和消色差的λ/4波片519后透过偏振分束器518被挡板521遮挡。当投影光斑逐个扫描对准标记(例如图3中所示的第二光栅5002)所有的光栅线条边缘时，产生衍射光，或者也可以扫描第二光栅的单个光栅线条。衍射光依次经过物镜520准直后、再经过消色差的λ/4波片519、偏振分束器518和回转镜522，经回转镜522反射至透镜523后成像，位于中间像面的视场光阑524用于消除杂散光。与第二成像光路相连接的第二探测光路包括一个设置在第二成像光路像面位置的光阑挡板525、设置在光阑挡板525后的探测光纤526以及与之相连接的光电探测器527。通过光电探测器527探测经光阑挡板525透过的对准标记光栅线条的边缘衍射光的幅值信号。光电探测器527可以是PMT光电倍增管，还可以是CCD探测器。

参见图7，光阑挡板525分为5个区域，包括第一通光区域525a、第二通光区域525b、第三通光区域525c、第四通光区域525d和挡光区域525e。四个通光区域分别用于探测对准标记x方向和y方向的单个光栅线条或光栅线条边缘的衍射光形成的左、右暗场信号。例如，如图中所示，第一通光区域525a和第二通光区域525b作为左、右暗场探测区域，同时探测x方向对准标记的光栅条边缘衍射光；第三通光区域525c和第四通光区域525d作为左、右暗场探测区域，用于探测y方向对准标记的光栅条边缘衍射光；挡光区域525e用于阻挡漏过挡板521的反射光，增强暗场探测信号的信噪比。通过合理设置四个通光区域的通光孔径大小，使得通过光阑挡板525可以探测来自晶片表面数值孔径NA为0.32～0.8之间的标记光栅条边缘衍射光信号。四个通光区域525a、525b、525c和525d后各有一个探测光纤传输衍射光信号。当采用图2中所示的第二光栅5002作为第二位置检测器的对准标记(指x方向的对准标记，y方向的对准标记相似)时，平行于光栅线条的长条形投影光斑逐个扫描第二光栅5002的光栅条边缘，则光栅条边缘产生的衍射光进入到光阑挡板525的第一通光区域525a和第二通光区域525b，光电探测器527通过探测光纤526探测衍射光的幅值，得到如图8所示的第二对准信号。

如图8所示，当长条形投影光斑逐个扫描第二光栅5002的光栅条边缘时发生衍射，经第一通光区域525a和第二通光区域525b后探测器分别得到不同时刻(t₁～t₁₀)的脉冲状的左、右暗场信号，根据这些暗场信号可以得到每一个光栅条边缘的位置，最终可以获得整个光栅标记的中心位置。

本发明所述的包含多个位置检测器的对准系统的检测模块光路中进一步还包括一个CCD成像光路(图2中未示出)，对对准标记的第一光栅5001和第二光栅5002经过一个拥有十字划线的叉丝平板后成像在CCD相机上，用于标记位置视频图像监测和手动对准。

本发明所述的对准系统还包括信号处理和定位模块(图2中未示出)，设置成与检测模块相连接，处理第一对准信号和第二对准信号，由第一对准信号得到对准标记的第一位置，由第二对准信号得到对准标记的第二位置；取第一位置和第二位置的其中之一，或者通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算对准标记第三位置，并以第三位置作为对准标记的中心位置。

本发明所述的包含多个位置检测器的对准系统不仅限于上述实施例中的第一位置检测器和第二位置检测器，进一步还可以包含第三位置检测器，或者更多的位置检测器，并且对准系统的全部的位置检测器中至少包括一个全局型位置检测器和一个局部型位置检测器。

图9和图10给出了主控制系统12控制本发明所述的对准系统进行对准标记位置检测的流程图。通过主控制系统选择所述对准系统的全部位置检测器或其中一个位置检测器以一定的检测流程进行对准标记的位置检测。

参见图9，在该对准检测流程中，主控制系统12根据该对准层的工艺状况选择对准系统其中的一种位置检测器进行对准。

首先在操作101中，根据当前对准层的工艺状况，主控制系统12选择对准系统的其中一种位置检测器。所述的位置检测器是指第一位置检测器或第二位置检测器。

在操作102中，通过主控制系统12选择第一位置检测器进行检测，同时设置光学开关513处于打开状态并且关闭光学开关506，同时回转镜522处于移出光路的522b状态。

在操作103中，主控制系统12控制驱动系统9移动晶片台7，使照明光束经第一照明光路照明对准标记500，包括第一光栅5001、第二光栅5002和第三光栅5003。

在操作104中，通过第一位置检测器的光电探测器534和540接收采用第一位置检测器对准时的第一对准信号，例如图5所示的信号SP₁、SP₂和SP₃。

在操作104中，基于第一位置检测器的第一对准信号，根据信号的位相信息计算对准标记500的第一位置。

在操作105中，取第一位置作为对准标记中心位置。

在操作101之后，也可以选择进行操作107中，通过主控制系统12选择第二位置检测器进行检测，同时设置光学开关506处于打开状态并且关闭光学开关513，同时回转镜522处于进入光路的522a状态。

在操作108中，主控制系统12控制驱动系统9移动晶片台7，使照明光束经第二照明光路照明对准标记500的第二光栅5002。

在操作109中，通过第二位置检测器的光电探测器527接收采用第二位置检测器对准时的第二对准信号，例如图8所示的对准信号。

在操作110中，基于第二位置检测器的第二对准信号，根据信号的幅值信息计算对准标记500的第二位置。

在操作111中，取第二位置作为对准标记中心位置。

图10示出了对准检测过程中的另一种对准的流程，主控制系统12选择对准系统的两个位置检测器依次分别进行对准标记位置检测，加权组合两种位置检测器得到的对准标记中心位置信息作为最终的对准标记中心位置。

首先在操作201中，通过主控制系统12选择第一位置检测器进行检测，同时设置光学开关513处于打开状态并且关闭光学开关506，同时回转镜522处于移出光路的522b状态。

在操作202中，主控制系统12控制驱动系统9移动晶片台7，使照明光束经第一照明光路照明对准标记500，包括第一光栅5001、第二光栅5002和第三光栅5003。

在操作203中，通过第一位置检测器的光电探测器534和540接收采用第一位置检测器对准时的第一对准信号，例如图5所示的信号SP₁、SP₂和SP₃。

在操作204中，基于第一位置检测器的第一对准信号，根据信号的位相信息计算对准标记500的第一位置。

在操作205中，通过主控制系统12选择第二位置检测器进行对准，同时设置光学开关506处于打开状态并且关闭光学开关513，同时回转镜522处于进入光路的522a状态。

在操作206中，主控制系统12控制驱动系统9移动晶片台7，使照明光束经第二照明光路照明对准标记500的第二光栅5002。

在操作207中，通过第二位置检测器的光电探测器527接收采用第二位置检测器得到的第二对准信号，例如图8所示的对准信号。

在操作208中，基于第二位置检测器的第二对准信号，根据信号的幅值信息计算对准标记500的第二位置。

执行操作201-208的优点在于，不同的位置检测器使用同一个的对准标记，可以节省晶片上的有效资源。

在操作209中，信号处理和定位模块通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算得到第三位置。

在操作210中，将第三位置作为最终的对准标记中心位置。

第一位置和第二位置信息的组合方式通过加权平均处理的方法实现，以提高对准标记中心位置的检测精度。加权平均处理的方法是根据信号质量指标，例如，信号强度、噪声水平、信号拟合质量等单个指标或多个指标组合，计算出第一位置和第二位置的加权因子，对第一位置和第二位置分别乘上各自的加权因子，两者之和为第三位置，将其为最终的对准标记中心位置。基于对准标记的第一位置(x1)乘上第一加权因子(w1)和第二位置(x2)乘上各自的第二加权因子(w2)计算第三位置(x3)并作为最终的对准标记中心位置x，

x3＝w1*x1+w2*x2

x＝x3

加权因子w1和w2可以由下式确定，其中q1是第一对准信号的质量指标因子，q2是第二对准信号的质量指标因子，

w1＝q1/(q1+q2)

w2＝q2/(q1+q2)

信号的质量指标因子q1和q2的计算是根据实际质量指标与理想质量指标的比值求得，所述的实际质量指标是指对晶片上对准标记检测时得到的实际信号的信号强度、噪声水平、信号拟合质量等；理想质量指标是指对位于晶片台基准板上的基准标记检测时得到的理想信号的信号强度、噪声水平、信号拟合质量等。以信号强度的质量指标因子q1和q2的计算为例，其中，I1和I2是实际的来自于晶片对准标记的第一对准信号和第二对准信号的强度，I1-ref和I2-ref是理想的来自于基准标记的第一基准对准信号和第二基准对准信号的强度，于是有

q1＝I1/I1-ref

q2＝I2/I2-ref

另外一种方法，信号处理和定位模块根据质量指标因子q1和q2的计算值选择两个位置检测器的最佳检测结果作为标记的中心位置，即

w1＝1，w2＝0；如果q1≥q2

w1＝0，w2＝1；如果q1＜q2

本发明所述的一个实施例是图1-图10及其附图说明所述的具有多个位置检测器的对准系统。其他多个位置检测器的非本质性改变的组合也在本发明的保护范围之内。

本发明所述的另一个实施例是图1-图10及其附图说明所述的一种使用上述对准系统进行晶片对准的对准方法。

本发明所述的另一个实施例是如图3及其附图说明所述的适用于具有多个位置检测器的对准系统的对准标记结构。

本发明所述的又一个实施例是采用上述对准系统的光刻设备，参见图1-10及其附图说明。

本发明所述的对准系统同时还可以实现对光刻设备的相关参数的检测，基于对对准标记的位置信息探测来确定离焦、能量、剂量、线宽、接触孔尺寸或关键尺寸中的至少一个；

本发明不仅限于上述实施例，还包括对本发明实施例的组合和非本质性的改动；本发明所述的设备和方法具体应用于但不局限于集成电路IC的制造，该设备还可以用于其他方面的制造，包括微机电系统(MEMS)器件、微光机电系统(MOEMS)器件、集成光学系统、液晶显示板LCD、薄膜磁头等；并且，在上述其它应用领域中，本发明所述的“晶片”可以由更通用的术语“基底”代替；本发明中所涉及到的“光源”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，例如：KrF准分子激光器(波长248nm)、ArF准分子激光器(波长193nm)、F₂激光器(波长157nm)、Kr₂激光器(波长146nm)、Ar₂激光器(波长126nm)、超高压汞灯(g-线、i线)、远紫外光源(5-20nm的波长范围)、或者离子束和电子束等。

Claims

1.一种用于光刻设备的对准系统，其特征在于，该对准系统包含多个位置检测器，至少包括：

光源模块，提供用于对准系统的照明光束；

照明模块，传输光源模块的照明光束，照明晶片上的光栅型对准标记；

检测模块，至少包括第一位置检测器和第二位置检测器，第一位置检测器探测对准标记，得到第一对准信号；第二位置检测器探测相同的对准标记，得到第二对准信号；所述第一位置检测器是全局型位置检测器，所述第二位置检测器是局部型位置检测器，根据不同工艺情况选择第一或第二位置检测器；

信号处理和定位模块，设置成与检测模块相连接，处理第一对准信号和第二对准信号，由第一对准信号得到对准标记的第一位置，由第二对准信号得到对准标记的第二位置；取第一位置和第二位置的其中之一，或者取通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算的第三位置，作为对准标记的中心位置。

2.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一位置检测器是一个全局型位置检测器，对准照明光束照明整个光栅型对准标记，由反射或衍射的光信号信息得到整个对准标记的中心位置。

3.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二位置检测器是一个局部型位置检测器，光栅型对准标记的单个光栅线条或光栅线条的边缘被分别照明，由反射或衍射的光信号信息得到单个光栅线条的中心位置或光栅线条边缘的位置，通过逐个扫描对准标记的所有光栅线条并采集位置信息，最后得到整个对准标记的中心位置。

4.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的光源模块中包含有激光单元。

5.如权利要求4所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的激光单元中包含有激光器，该激光器是气体激光器、或者固体激光器、或者半导体激光器，或者光纤激光器。

6.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的照明光束是多波长照明光束，包括四个分立波长的激光束，并且其中至少有两个波长在近红外或红外波段。

7.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述照明光束为圆偏振光。

8.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的照明模块包括第一照明光路和第二照明光路，所述第一照明光路与第一位置检测器相连接，所述第二照明光路与第二位置检测器相连接。

9.如权利要求8所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一照明光路和第二照明光路中分别包含一个光学开关，设置成两个光学开关交替打开，用于选择相应的照明光路。

10.如权利要求8所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二照明光路包括一个设置在物面位置的投影平板，所述投影平板上包含两个相互垂直的狭缝。

11.如权利要求10所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的投影平板是包含两个相互垂直的线条的掩模版。

12.如权利要求10所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的两个相互垂直的狭缝被设置成在对准标记沿一个方向扫描时，其中一个方向的狭缝处于透光或者打开状态，另一个方向的狭缝处于不透光或者关闭状态。

13.如权利要求10所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二照明光路中包含一个可编程的液晶光阀，或者包含一个带有四根照明光纤和四个光学开关的分束照明装置，用于实现两个狭缝的开、关控制。

14.如权利要求10或13所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的狭缝经第二照明光路以所设计的倍率在晶片上投影形成一个沿垂直于对准标记扫描方向延伸的长条形光斑。

15.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的检测模块还包含一个回转镜，通过选择回转状态使对准标记的衍射光进入第一位置检测器，或者使对准标记的衍射光进入第二位置检测器。

16.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一位置检测器包括第一成像光路和第一探测光路，用于使对准标记的正、负级衍射光相干成像，并在像面探测对准标记像经参考光栅调制后的透射光强变化，得到第一对准信号。

17.如权利要求16所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一成像光路包括第一成像子光路、第二成像子光路和分束器。

18.如权利要求17所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的分束器包括透射区域和反射区域，使得组成对准标记的第一光栅和第二光栅的±1级衍射光完全透过，第三光栅的±1级衍射光完全反射；或者使第一光栅和第二光栅的±1级衍射光完全反射，第三光栅的±1级衍射光完全透过。

19.如权利要求17所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一成像子光路使组成对准标记的第一光栅和第二光栅的±1级衍射光分别相干成像在位于像面的第一参考光栅上。

20.如权利要求17所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二成像子光路使组成对准标记的第三光栅的±1级衍射光相干成像在位于像面的第二参考光栅上。

21.如权利要求16所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一探测光路包括第一探测子光路和第二探测子光路，所述第一探测子光路与第一成像子光路相连接，第二探测子光路与第二成像子光路相连接。

22.如权利要求21所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一探测子光路探测组成对准标记的第一光栅和第二光栅的像经过第一参考光栅调制的透射光强变化，得到第一对准信号的粗对准信号，用于捕获标记。

23.如权利要求21所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二探测子光路探测组成对准标记的第三光栅的像经过第二参考光栅调制的透射光强变化，得到第一对准信号的精对准信号，用于精确对准。

24.如权利要求22或23所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的信号处理和定位模块处理第一对准信号的粗对准信号和精对准信号，得到对准标记的第一位置。

25.如权利要求16所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一成像光路还包含多色光分离系统，实现多波长的对准标记衍射光的分离。

26.如权利要求25所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的多色光分离系统为基于色散元件，或者二向色性元件，或者衍射光学元件的分光系统。

27.如权利要求17所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二位置检测器包括第二成像光路和第二探测光路，通过长条形投影光斑逐个扫描相同对准标记的第二光栅的单个光栅线条或光栅线条边缘，并探测衍射光的幅值信号，得到第二对准信号。

28.如权利要求27所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二成像光路的中间像面设置有视场光阑，用于消除杂散光。

29.如权利要求27所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二探测光路包括设置在第二成像光路像面位置的光阑挡板、设置在光阑挡板后的探测光纤以及与之相连接的光电探测器。

30.如权利要求29所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的光阑挡板包括四个通光区域和一个挡光区域。

31.如权利要求30所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的四个通光区域分别用于探测对准标记x方向和y方向的单个光栅线条或光栅线条边缘的衍射光形成的左、右暗场信号。

32.如权利要求30所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的挡光区域用于阻挡晶片反射光。

33.如权利要求29所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的光电探测器是PMT光电倍增管，或者是CCD探测器。

34.如权利要求27所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的信号处理和定位模块处理第二对准信号，得到对准标记的第二位置。

35.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的检测模块光路中还包括CCD成像光路，对对准标记直接成像，用于对准标记位置的视频监测和手动对准。

36.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的加权因子由信号质量指标因子确定，所述信号质量指标是指信号强度、噪声水平、信号拟合质量等单个指标或多个指标组合。

37.如权利要求36所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的信号质量指标因子是根据晶片上对准标记的质量指标与基准板上基准标记的质量指标的比值求得。

38.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的对准系统进一步还包含第三位置检测器，或者更多的位置检测器，并且对准系统的全部的位置检测器中至少包括一个全局型位置检测器和一个局部型位置检测器，所述全局型位置检测器，采用准直的平面波照明整个相位光栅型对准标记，通过探测正、负级衍射光相干成像后经参考光栅调制的透射光强，得到正弦形式的对准标记的完整信号，经信号处理根据光信号的位相信息得到对准标记中心位置，所述局部型位置检测器，使光栅型对准标记的单个光栅线条或光栅线条的边缘被分别照明，依次探测对准标记单个光栅线条或光栅线条边缘的衍射光，根据衍射光的幅值信号获取每一个光栅线条中心或光栅线条边缘的位置信息，通过逐个扫描对准标记所有的光栅线条或光栅线条的边缘，从而得到整个对准标记的中心位置。

39.一种使用如权利要求1所述的对准系统进行晶片对准的对准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、主控制系统选择所述对准系统的全部位置检测器中的一个或者多个位置检测器按照一定的检测流程实施晶片对准标记的位置检测；

步骤2、经照明模块传输光源模块发出的激光照明光束，并照射在晶片上的对准标记；

步骤3、通过检测模块的物镜采集对准标记的衍射光；由第一位置检测器探测对准标记的衍射光，得到第一对准信号；由第二位置检测器探测相同的对准标记的衍射光，得到第二对准信号；

步骤4、经信号处理和定位模块处理第一对准信号和第二对准信号，由第一对准信号得到对准标记的第一位置，由第二对准信号得到对准标记的第二位置；取第一位置和第二位置的其中之一，或者取通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算的第三位置，作为对准标记的中心位置。

40.如权利要求39所述的对准方法，其特征在于，所述的步骤3对准标记位置检测的流程包括以下步骤：

步骤3.1、主控制系统选择第一位置检测器，同时设置照明模块中光学开关和检测模块中回转镜的状态；

步骤3.2、移动晶片台，使照明光束经第一照明光路照明组成对准标记的第一光栅、第二光栅和第三光栅；

步骤3.3、接收来自第一位置检测器的第一对准信号；

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1、基于第一对准信号，计算对准标记的第一位置；

步骤4.2、将对准标记的第一位置作为对准标记中心位置；

或者所述的步骤3对准标记位置检测的流程包括以下步骤：

步骤3.1、主控制系统选择第二位置检测器，同时设置照明模块中光学开关和检测模块中回转镜的状态；

步骤3.2、移动晶片台，使照明光束经第二照明光路照明组成对准标记的第二光栅；

步骤3.3、接收来自第二位置检测器的第二对准信号；

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1、基于第二对准信号，计算对准标记的第二位置；

步骤4.2、将对准标记的第二位置作为对准标记中心位置。

41.如权利要求39所述的对准方法，其特征在于，所述的步骤3对准标记位置检测的流程包括以下步骤：

步骤3.3、接收来自第一位置检测器的第一对准信号；

步骤3.4、基于第一对准信号，计算对准标记的第一位置；

步骤3.5、主控制系统选择第二位置检测器，同时设置照明模块中光学开关和检测模块中回转镜的状态；

步骤3.6、移动晶片台，使照明光束经第二照明光路照明组成对准标记的第二光栅；

步骤3.7、接收来自第二位置检测器的第二对准信号；

步骤3.8、基于第二对准信号，计算对准标记的第二位置；

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1、通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算得到第三位置；

步骤4.2、取第三位置作为对准标记的中心位置。

42.如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的对准标记包括周期互不相同的第一光栅、第二光栅和第三光栅，且第一光栅和第二光栅分布在第三光栅两侧。

43.如权利要求42所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一光栅、第二光栅和第三光栅均用于同一方向对准。

44.如权利要求42所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第三光栅周期小于第一光栅周期和第二光栅周期。

45.如权利要求42所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第二光栅是分段型光栅结构，第二光栅的光栅线条为沿垂直于周期方向进行周期性细分的分段结构。

46.如权利要求42所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于：所述的第一光栅也可以是分段型光栅结构，光栅线条为沿周期方向或垂直于周期方向进行细分的分段结构。

47.一种包括如权利要求1所述的对准系统的光刻设备，其构成包括：

照明系统(1)，用于传输曝光光束；

掩模台(3)，用于支承掩模版(2)的掩模支架，掩模版(2)上有掩模图案和具有周期性结构的掩模对准标记；

投影光学系统(4)，用于将掩模版(2)上的掩模图案投影到晶片上；

晶片支架和晶片台(7)，用于支承晶片(6)，晶片台(7)上有含有基准标记的基准板(8)，晶片(6)上具有对准标记；

对准系统(5)，用于晶片对准和晶片台(7)对准，其设置在所述的掩模台(3)和所述的晶片台(7)之间；

同轴对准单元，用于掩模对准；

反射镜和激光干涉仪，用于掩模台(3)和晶片台(7)位置检测，以及

由主控制系统控制的掩模台(3)和晶片台(7)位移驱动的伺服系统和驱动系统；其特征在于：

所述对准系统包含多个位置检测器，至少包括：光源模块，提供用于对准系统(5)的照明光束；照明模块，传输光源模块的照明光束，照明晶片上的对准标记；检测模块，至少包括第一位置检测器和第二位置检测器，第一位置检测器探测对准标记，得到第一对准信号；第二位置检测器探测相同的对准标记，得到第二对准信号；所述第一位置检测器是全局型位置检测器，所述第二位置检测器是局部型位置检测器，根据不同工艺情况选择第一或第二位置检测器；信号处理和定位模块，设置成与检测模块相连接，处理第一对准信号和第二对准信号，由第一对准信号得到对准标记的第一位置，由第二对准信号得到对准标记的第二位置；取第一位置和第二位置的其中之一，或者通过组合第一位置和第二位置以使用加权因子计算的第三位置作为对准标记的中心位置。