CN103092011A - 用于光刻系统的对准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于光刻系统的对准装置，包括：照明模块，用于提供照射对准标记的光束；光学装置，对对准标记各级次的衍射光进行光学处理；探测模块，用于探测干涉像；其中光学装置包括一偏转模块，偏转模块使各级次衍射光分别形成干涉像。

Description

用于光刻系统的对准装置

技术领域

本发明涉及集成电路和/或其他微型器件制造领域的光刻装置，尤其涉及一种用于光刻系统的对准装置。

背景技术

光刻机是集成电路加工过程中最为关键的设备。对准是光刻机的主要工艺流程之一，通过掩模、掩模台、硅片、硅片台上的特殊标记确定它们之间的相对位置关系，使掩模图形能够精确的成像于硅片上，实现套刻精度。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一。对准可分为掩模对准和硅片对准，掩模对准实现掩模与工件台的相对位置关系，硅片对准实现硅片与硅片台的相对位置关系。掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。

现有技术方案中，对准系统在光刻设备中完成硅片标记像与参考光栅间的相对位置对准，利用偏转元件将硅片标记各级次的干涉像分开，使光束的各个级次分别干涉成像。如专利CN1506768A和US6297876B1中公开的内容可知，偏转元件是由楔块（在光学平板上粘贴小棱镜实现光束的偏折，各小棱镜块具有不同的角度）或者楔板组（由多个楔块胶合组合而成，光束通过不同的楔块组合达到偏转不同角度的目的）组成，用于完成各级次的分光，使各子光束的像到达基准面内的不同位置。衍射光束进入楔块或者楔板组时有一个微小的角度（由光学系统设计而定），因此楔块或者楔板组的材料、厚度都会给光学系统带入像差，而且楔块或者楔板组的加工都离不开胶合工序，在此操作中必定会引入胶合误差，会影响最终的对准的精度，因此偏转元件像差和胶合精度的控制对整个偏轴对准系统的对准精度及其重要。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于光刻系统的对准装置，该对准装置包括一偏转模块，该偏转模块可以完全消除原光学设计中由楔块和楔板组带入的各项像差。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻系统的对准装置，照明模块，用于提供照射对准标记的光束；光学装置，对对准标记各级次的衍射光进行光学处理；探测模块，用于探测干涉像；其中光学装置包括一偏转模块，偏转模块使各级次衍射光分别形成干涉像。

更进一步地，该偏转模块包括多个对各级次衍射光进行反射的反射面，该反射面均与一棱镜一体成型。

更进一步地，该反射面包括沿X方向排列的-3级次反射面、-2级次反射面、-1级次反射面、+1级次反射面、+2级次反射面以及+3级次反射面，和沿Y方向排列的-3级次反射面、-2级次反射面、-1级次反射面、+1级次反射面、+2级次反射面以及+3级次反射面。该同一方向的同一正负级次反射面的偏转角相同。该棱镜为等腰直角棱镜。该反射面上镀有高反膜。该干涉像面上各级次位置与反射面的偏转角的位置满足公式：                                                ，其中为第N衍射级次的光在干涉像面上的成像距离，

是对准后组透镜的焦距，

为反射面的偏转角度。

更进一步地，该光学装置还包括对准前组透镜和对准后组透镜。该照明模块用于提供红色激光和绿色激光。该偏转模块由任意玻璃材料制成。

与现有技术相比较，本发明所提供的用于光刻系统的对准装置根据楔板偏转角度的工作原理设计而成，提供一组用于同样功能的反射面，每个反射面面都有各自不同的角度，在光学系统中反射面是唯一成完善像的元件，所以此方法可以完全消除原光学设计中由楔块和楔板组带入的各项像差（例如：球差、像散等），此反射面的各反射面是在一整块棱镜上加工而来的，因此在实际加工省去了胶合工序。在对准系统中运用反射面面代替楔块和楔板组，不仅有效的简化了光学设计中的像差平衡，而且还消除了加工中胶合工序引入的误差项，提高整个系统了对准精度。

附图说明

关于本发明的优点可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是光刻系统的离轴对准系统的原理结构示意图；

图2是用于光刻系统的对准标记的结构示意图；

图3是本发明所示出的偏转模块的结构示意图；

图4是本发明所示出的偏转模块的反射面的偏角示意图；

图5是本发明所示出的经过偏转模块后获得的光束干涉像的示意图。

具体实施方式

    下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的用于光刻系统的对准装置。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X轴或X向”一词主要指于水平向平行的坐标轴或方向；“Y轴或Y向”一词主要指与X轴垂直的坐标轴或方向。

本发明的目的在于提供一种用于光刻系统的对准装置。如图1所示，本实施例包括：照明光路提供对准系统所需要的光束；对准标记具有一定周期的成不同方向分布的光栅条纹；光学装置对对准标记衍射的各级次光利用偏转模块进行分离，使各级次衍射光分别形成干涉像； 照明光路采用了红、绿光（波长分别为632.8nm和532nm）两种工作波长。如图1中所示，红光光源子模块发出的光束依次经过红光进光透镜组13、红光进光棱镜组件8、1/4波片10、PBS分束器6和硅片对准系统前组透镜2照射到硅片标记1上；绿光光源子模块经过绿光进光透镜组12、绿光进光棱镜组件4、PBS分束器6和硅片对准系统前组透镜2照射到硅片标记1上。 

硅片标记1（或称对准标记）的结构如图2中所示。该硅片标记的光栅周期用p表示，该硅片标记包括两个周期，其中第一周期光栅包括X方向光栅X（p1）和Y方向光栅Y（p1），第二周期光栅包括X方向光栅X（p2）和Y方向光栅Y（p2）。红光、绿光（红光波长632.8nm，绿光波长532nm）照射到硅片标记1上发生衍射，衍射角度由光栅方程定义：

，其中N为衍射级数，P为光栅周期。

如图1所示，光栅衍射的各级次子光束经过硅片对准系统前组透镜2（此透镜焦距为f1）后，在PBS分束器6上的成像位置为：

， 

决定了绿光偏转模块3和红光偏转模块9上各级次反射面的中心位置。红、绿衍射光束经过PBS分束器6后进入各自的成像光路。红光经过1/4波片10，再经过红光光阑7对光束进行滤波，留下了x、y方向周期为p1的正负1~3级光束和周期为p2的正负1级光束。绿光经过绿光光阑5滤波，同样留下了x、y方向周期为p1的正负1~3级光束和周期为p2的正负1级光束。

当没有偏转模块时，所有级次光束经硅片对准系统后组透镜的成像都覆盖在基准面中（如图5中干涉像的一级像的位置），因此为了进一步分开光束，在对准系统中设置了红光偏转模块9和绿光偏转模块3，使各级次的光束分别偏转一定的角度，使各级次正负光束干涉成像在绿光参考光栅15和红光参考光栅16上的不同位置处（如图1所示），所成的干涉像如图5所示。

在本实施例中，偏转模块如图3所示，偏转模块x、y轴上分别有6个反射面，x轴上的±1、±2、±3级反射面和y轴上的±1、±2、±3级反射面。不同级次的反射面有不同角度的偏转角。图3中x方向的反射面绕x轴有不同的偏转角，y方向的反射面绕y轴有不同的偏转角。反射面的中心位置由决定。以图3中A区域的反射面为例，A反射面的偏角示意图如图4所示。+2级光的x方向的反射面绕x轴向偏转θ角度，则出射光束偏转2θ，与之对应的-2级光也偏转相同的角度，即此时x方向衍射的±2级光束被分离出来并成像在y轴上（即图5光束干涉像的x2）。红光光束由红光偏转模块9分光后，再经过硅片对准系统后组透镜14（红光）后，各级次像分别干涉，得到如图5所示的干涉像。绿光光束由绿光偏转模块3分光后，经过硅片对准系统后组透镜11（绿光）干涉成像，得到如图5所示的干涉像。干涉像面上各级次位置与反射面块上反射面的偏转角度相关，以x2为例，其x2与x1的中心距离

,(为硅片对准系统后组透镜的焦距)，例如：当

=80mm、       θ=0.5°时则

=

=80×tan1°=1.396mm，其余级次的分离原理与此级次相同，只是各级的偏转角度不同，所以只需设置不同的偏转角，就能在像面上得到不同光束间的最佳间距。

偏转模块的加工，如图3所示各级次的反射面面都是在同一块基准棱镜上加工得到的，根据衍射光斑的大小（一般标记像都比较小在0.3mm左右），反射面的大小可设置为2mm×2mm，反射面厚度在1mm左右，此大小在光学加工中是可以实现的，反射面上镀有高反膜。为了保持由偏转模块入射和出射时正负级次光束间的各距离保持不变，将光束的基准棱镜加工为等腰直角棱镜。该偏转模块可以由任何玻璃材料制成，选择容易加工的材料。由于偏转模块的各个偏转面都由反射面组成（反射面不会带入任何的光学像差），在设计时可以不用考虑此元件，因此可以大大降低整个光刻系统的对准装置的设计难度。将反射面加工在同一基准棱镜上，使得加工中省去了胶合步骤，降低了加工的难度，同样提高了对准的精度。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1. 一种用于光刻系统的对准装置，包括：

照明模块，用于提供照射对准标记的光束；

光学装置，对对准标记各级次的衍射光进行光学处理；

探测模块，用于探测干涉像；

其特征在于，所述光学装置包括一偏转模块，所述偏转模块使所述各级次衍射光分别形成干涉像。

2.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述偏转模块包括多个对各级次衍射光发生偏转的反射面，所述反射面均与一棱镜一体成型。

3.如权利要求2所述的对准装置，其特征在于，所述反射面包括沿X方向排列的-3级次反射面、-2级次反射面、-1级次反射面、+1级次反射面、+2级次反射面以及+3级次反射面，和沿Y方向排列的-3级次反射面、-2级次反射面、-1级次反射面、+1级次反射面、+2级次反射面以及+3级次反射面。

4.如权利要求3所述的对准装置，其特征在于，所述同一方向的同一正负级次反射面的偏转角相同。

5.如权利要求2所述的对准装置，其特征在于，所述棱镜为等腰直角棱镜。

6.如权利要求2所述的对准装置，其特征在于，所述反射面上镀有高反膜。

7.如权利要求4所述的对准装置，其特征在于，所述干涉像面上各级次位置与反射面的偏转角的位置满足公式：                                                

，其中

为第N衍射级次的光在干涉像面上的成像距离，

是对准后组透镜的焦距，

为反射面的偏转角度。

8.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述光学装置还包括对准前组透镜和对准后组透镜。

9.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述照明模块用于提供红色激光和绿色激光。

10.如权利要求2所述的对准装置，其特征在于，所述偏转模块可由任何玻璃材料制成。

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