CN103309163B - 外参考干涉硅片对准系统 - Google Patents
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Abstract
一种外参考干涉硅片对准系统，包括：提供对准照明光束的照明光源模块；对所述照明光束进行偏振分束的偏振分束器；参考标记成像模块和对准标记成像模块；偏振器和探测对准信号的探测器单元；参考标记成像模块和对准标记成像模块分别具有一1/4波片，照明光束经由偏振分束器分成分别具有不同偏振成分的第一光束和第二光束，第一光束通过对准标记成像模块后投射到对准标记上，形成第一衍射波面后再次由对准标记成像模块成像；第二光束通过参考标记成像模块后投射到参考标记上，形成第二衍射波面后再次由参考标记成像模块成像；两个衍射波面分别被成像后由偏振分束器合束，使得两个衍射波面所成的像重叠，两个重叠的像通过偏振器后互相干涉形成对准信号，探测器单元对所述对准信号进行探测。
Description
技术领域
本发明涉及光刻领域，尤其涉及用于光刻装置中的外参考干涉硅片对准系统。背景技术
在半导体IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置，即套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/3～1/5，对于100纳米的光刻机而言，套刻精度指标要求小于35nm。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一，而掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。当特征尺寸CD要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更小的对准精度。
掩模与硅片之间的对准可采用掩模（同轴）对准＋硅片（离轴）对准的方式，即以工件台基准板标记为桥梁，建立掩模标记和硅片标记之间的位置关系，如图1所示。对准的基本过程为：首先通过同轴对准系统（即掩模对准系统），实现掩模标记与运动台基准板标记之间的对准，然后利用离轴对准系统（硅片对准系统），完成硅片对准标记与工件台基准板标记之间的对准（通过两次对准实现），进而间接实现硅片对准标记与掩模对准标记之间对准，建立二者之间的位置坐标关系。
专利EP1148390、US00US7564534和CN03133004.5给出了一种自参考干涉对准系统，如图2所示。该对准系统通过像旋转装置，实现对准标记衍射波面的分裂，以及分裂后两波面相对180°的旋转重叠干涉，然后利用光强信号探测器，在光瞳面处探测干涉后的对准信号，通过信号分析器确定标记的对准位置。该对准系统要求对准标记是180°旋转对称。像旋转装置是该对准系统最核心的装置，用以标记像的分裂与旋转。在该发明中，通过自参考干涉仪实现。而自参考干涉仪结构复杂，加工与装调难度高，实现起来困难。此外，由于干涉波面上每一干涉点来源照明光束空间上的不同位置处，故该对准系统要求照明光源具备严格的空间相干性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种新的外参考干涉硅片对准系统，通过探测对准标记与参考标记的在光瞳面上重叠的像，确定标记的对准位置。探测器单元通过探测重叠像的干涉信号，获得对准信号，并通过对准信号的相位信息，判断是否为完全重合的位置。当两个重叠的像完全重合时，即对准标记与参考标记完全对准，此时即为对准位置。成像模块对参考标记和对准标记进行投射成像，包括投射对准标记成像的光路和投射对准标记成像的光路。
根据本发明的外参考干涉硅片对准系统，包括：
提供对准照明光束的照明光源模块；
对所述照明光束进行偏振分束的偏振分束器；
参考标记成像模块和对准标记成像模块；
偏振器和探测对准信号的探测器单元；
其特征在于：
参考标记成像模块和对准标记成像模块分别具有一1/4波片，照明光束经由偏振分束器分成分别具有不同偏振成分的第一光束和第二光束，第一光束通过对准标记成像模块后投射到对准标记上，形成第一衍射波面后再次由对准标记成像模块成像；第二光束通过参考标记成像模块后投射到参考标记上，形成第二衍射波面后再次由参考标记成像模块成像；两个衍射波面分别被成像后由偏振分束器合束，使得两个衍射波面所成的像重叠，两个重叠的像通过偏振器后互相干涉形成对准信号，探测器单元对所述对准信号进行探测。
其中，所述参考标记成像模块和所述对准标记成像模块中的至少一个具有光程补偿器。
其中，所述光程补偿器为Solei Babinet补偿器。
其中，所述参考标记成像模块中包括波面旋转装置，使得波面旋转180°。
其中，所述波面旋转装置为透镜组或转像棱镜。
其中，所述偏振器为二向色片偏振器、基于多层涂层的正则偏振分光器、双折射分光器或线栅偏振器。
其中，所述照明光束不要求严格的空间相干性。
其中，所述参考标记的结构与所述对准标记的结构具备相同的空间周期，或者二者的结构具备满足拍频关系的周期。
根据本发明的对准系统是对准标记与参考标记之间的比较，当二者完全重合时，即为对准位置。自参考干涉对准系统要求标记必须是180度旋转对称的。而外参考干涉硅片对准系统不要求对准标记是旋转对称的，只需要对准标记与参考标记相同或者是拍频关系即可。此外，外参考干涉硅片对准系统不要求照明光束具备严格的空间相关性。
附图说明
关于本发明的优点与精神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所示为离轴+同轴对准流程示意图；
图2所示为在先技术给出的自参考干涉对准系统；
图3所示为外参考干涉硅片对准系统第一实施方式结构示意图；
图4所示为外参考干涉硅片对准系统第二实施方式结构示意图；
图5所示为波面旋转装置第一结构示意图；
图6所示为波面旋转装置第二结构示意图；
图7所示为对准扫描示意图及所获得的对准信号；
图8所示为所示为信号的拟合示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。
第一实施方式
图3所示为根据本发明的第一实施方式的外参考干涉硅片对准系统的结构示意图。如图3所示，照明光源模块1发射出包含P和S偏振成分的单波长或多波长照明光束，经过偏振分束器2后，分裂成光束A（反射光）和光束B（透射光）。光束A通过1/4波片3和准直透镜4，照射到硅片或基准板上的对准标记5上。衍射光（衍射波面）通过准直透镜4和1/4波片3返回到偏振分束面上。由于两次通过1/4波片，衍射光的偏振态发生改变，透射过偏振分束器射出。类似地，光束B经过1/4波片6和准直透镜7，照射到参考标记8上，衍射光通过准直透镜7和1/4波片6返回到偏振分束面上，偏振态发生改变，在偏振分束器上发生反射射出。而此时，源于对准标记的衍射波面A’与源于参考标记的衍射波面B’重叠，此时，波面A’和B’是相互正交的线偏振，不能以强度变化（干涉条纹）的形式看见它们之间的干涉。当通过偏振器9后，可以获得相同的偏振度，从而实现干涉。最后利用探测单元10获得干涉后的对准信号。
所述的偏振器9可以是二向色片偏振器、基于多层涂层的正则偏振分光器，或者是双折射分光器、“线栅”偏振器等。
实际应用中，也可以利用透射穿过偏振分束器2后的光束照射到对准标记上，而由偏振分束器2反射的光束照射到参考标记上。
在第一实施方式中，参考标记的正级次光与对准标记的负级次光发生重叠干涉，而参考标记的负级次光与对准标记的正级次光发生重叠干涉。
进行对准扫描时，工件台以恒定的速度 载着标记在照明光斑下移动，来源于参考标记的衍射波面B’的相位固定不变，来源于对准标记的波面A’的相位随标记的移动而改变。以(+mw, -mr)干涉为例，则干涉后的对准信号为：
（公式一）
式中，为标记位置，m为对准标记或参考标记第m级次光，P为标记的周期，t为扫描时间， t 0 为开始扫描时间，为来源于对准标记的+m级光，为来源于参考标记的-m级光，为源于对准标记的+m级光与源于参考标记的-m级光干涉后的光强信号，即对准信号。显然，获得的对准信号为谐波信号，角频率和频率分别为：，，对准信号的中心位置处的峰值为对准位置（即最接近信号包络线中心处的峰值点）。通过信号的拟合和对准位置求解，可以容易求解出该信号的中心位置处的峰值。
信号的拟合和对准位置求解方法可采用在先专利CN200810033263.7、CN200710045495.X、CN200710044153.6、CN200710044152.1、CN200810035115.9、CN200810040234.3、CN200910052799.8、CN200910047030.7、CN200910194853.2、200910055927.4中所描述的方法，此处作为公知技术引入。图8所示为信号的拟合示意图。
在外参考干涉硅片对准系统中，需要合理设计投射参考标记成像的光路和投射对准标记成像的光路，光程可能设计为相等，另外可通过光程补偿器来补偿光程差，如采用Solei Babinet补偿器等。
照明光斑的尺寸可设计为小于对准标记，以减少噪声的引入。对准信号如图7所示，对准位置Xa为信号峰值点。
由于干涉面上每一干涉点的光源来源于照明波面的同一位置，故对照明光束不要求严格的空间相关性。
由于是对准标记所成像与参考标记所成像之间的重叠干涉，只要求两个标记的结构具备相同的空间周期，或者满足拍频关系的空间周期。例如，对准标记的结构的空间周期为8.0微米，参考标记的结构的空间周期为8.0微米，二者的拍频周期将为88微米。具体地，当对准标记和参考标记均为光栅时，二者空间周期结构即为光栅的周期。
第二实施方式
图4给出了本发明的另外一个实施方式。类似于第一实施方式，两者的不同之处在于照射到参考标记光路中增加了波面旋转装置11。增加该装置的目的是：使得参考标记的衍射波面B’发生180°旋转，旋转后与对准标记的波面A’重叠干涉。此时，参考标记的正级次光与对准标记的正级次光发生重叠干涉，而二者的负级次光发生重叠干涉。
所述的波面旋转装置11可以为如图5所示的透镜组，也可以为转像棱镜等复合棱镜（如图6所示）或者其它能够实现波面180°旋转的装置。
本实施方式中的对准信号形式与第一实施方式相同，均为谐波信号或类谐波信号。
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 (8)
1. 一种外参考干涉硅片对准系统，包括：
提供照明光束的照明光源模块；
对所述照明光束进行偏振分束的偏振分束器；
参考标记成像模块和对准标记成像模块；
偏振器和探测对准信号的探测器单元；
其特征在于：
参考标记成像模块和对准标记成像模块分别具有一1/4波片，照明光束经由偏振分束器分成分别具有不同偏振成分的第一光束和第二光束，第一光束通过对准标记成像模块后投射到对准标记上，形成第一衍射波面后再次由对准标记成像模块成像；第二光束通过参考标记成像模块后投射到参考标记上，形成第二衍射波面后再次由参考标记成像模块成像；两个衍射波面分别被成像后由偏振分束器合束，使得两个衍射波面所成的像重叠，两个重叠的像通过偏振器后互相干涉形成对准信号，探测器单元对所述对准信号进行探测。
2.根据权利要求1所述的对准系统，其中，所述参考标记成像模块和所述对准标记成像模块中的至少一个具有光程补偿器。
3.根据权利要求2所述的对准系统，其中，所述光程补偿器为Solei Babinet补偿器。
4.根据权利要求3所述的对准系统，其中，所述参考标记成像模块中包括波面旋转装置，使得波面旋转180°。
5.根据权利要求4所述的对准系统，其中，所述波面旋转装置为透镜组或转像棱镜。
6.根据权利要求5所述的对准系统，其中，所述偏振器为二向色片偏振器、基于多层涂层的正则偏振分光器、双折射分光器或线栅偏振器。
7.根据权利要求6所述的对准系统，其中，所述照明光束不要求严格的空间相干性。
8.根据权利要求7所述的对准系统，其中，所述参考标记的结构与所述对准标记的结构具备相同的空间周期，或者二者的结构具备满足拍频关系的周期。
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