CN103576467A - 一种对准装置及对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对准装置及对准方法，采用偏振光源及成像镜组，使得硅片背面可侦测的面积增大。由此，在需要同样侦测面积的情况下，可缩小凹槽的深度，从而有效的减小夹盘的厚度，进一步减少夹盘的重量。最终，提高了变速运动时的稳定性，提高了曝光速度和光刻的精度，进而提高了产能。

Description

一种对准装置及对准方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种应用于光刻的对准装置及对准方法。

背景技术

在集成电路制造领域中，光刻是四个基本工艺中最关键的一个工艺步骤。光刻确定了器件的关键尺寸，其是高科技版本的照相术，需要在非常小的尺寸下完成，故光刻对准就非常的重要。若光刻对准上的出现问题，则可造成图形歪曲或套刻精度（overlay）不好，最终转化为对器件的电特性产生影响。

投影光刻机中，背面对准方式较为常用。文献号为US2006/0007441A1的美国专利中记载了一种背面对准方式，采用了含两个反射镜的3D Align Optics（3维对准光学组件）将背面标记成像到正面，并采用正面对准系统对背面标记的像进行对准。文献号为US6525805的美国专利中记载了另一背面对准方式，其在夹盘（chuck）边缘直接开孔成凹槽，用两个45度镜，将硅片背面标记成像到正面。

以上几种方式为代表的传统可见光背面对准方式的缺点为，为了能够较大范围的侦测背面标记，需要用较大的反射镜，则其凹槽深度就需要加深，通常都要达到2cm左右。如此，占用了夹盘比较大的空间，并且需要较大的工件台行程，使得基于传统无背面对准系统的光刻机难以改进，以增加或直接选配背面对准系统；另一方面，上述几种方法使得夹盘体积较大，即重量较大，在实际生产过程中不能够较灵活的运作，限制了光刻的精度和产能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对准装置及对准方法，以解决现有技术中的背面对准占据空间较大，灵活性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种对准装置，包括：

偏振光源，所述偏振光源发出偏振光束；

夹盘，用于夹持一工件，所述工件背面具有对准标记，所述夹盘具有至少一个凹槽；

至少一个成像镜组，设置所述凹槽内，所述成像镜组包括第一反射镜、第二反射镜及至少一个偏振分光镜，所述第一反射镜和第二反射镜分别位于所述凹槽的相对两侧，所述偏振分光镜位于所述第一反射镜和第二反射镜之间且与第二反射镜平行，所述偏振光束经所述成像镜组照射所述工件背面，所述偏振光束经所述工件背面反射后再次经成像镜组返回；以及

探测器，接收经所述成像镜组反回的偏振光束。

可选的，对于所述的对准装置，所述凹槽的深度为3~15mm。

可选的，对于所述的对准装置，所述凹槽的深度为5~7mm。

可选的，对于所述的对准装置，所述偏振光束入射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后入射到所述偏振分光镜，所述偏振分光镜反射所述偏振光束形成第一照射面投射至所述工件背面。

可选的，对于所述的对准装置，所述第一照射面的宽度皆为3~5mm

可选的，对于所述的对准装置，所述偏振光束入射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后入射到所述偏振分光镜，所述第二反射镜反射偏振光束形成第二照射面投射至所述工件背面。

可选的，对于所述的对准装置，所述第二照射面的宽度皆为3~5mm。

可选的，对于所述的对准装置，所述第一反射镜与所述凹槽底部的夹角为135°。

可选的，对于所述的对准装置，所述第二反射镜与所述凹槽底部的夹角为45°。

可选的，对于所述的对准装置，所述偏振分光镜、第一反射镜及第二反射镜均采用卡槽或螺栓固定于所述凹槽内。

可选的，对于所述的对准装置，还包括物镜及分束镜，所述偏振光束经反射后经过所述物镜及分束镜，到达所述探测器。

本发明提供一种对准方法，包括：

放置工件于夹盘上，所述工件背面具有对准标记，所述工件的背面具有第一照射面及第二照射面；

偏振光源发出偏振光束，经一成像镜组将所述偏振光束投射到所述工件背面，以检测所述工件背面的对准标记；

若检测到所述对准标记，则根据所述对准标记位置调整所述工件的位置；

其中，所述偏振光束为第一偏振光或者第二偏振光，所述第一偏振光的偏振方向垂直于所述第二偏振光的偏振方向，当所述偏振光束为第一偏振光时，利用第一照射面检测所述工件背面的对准标记，当所述偏振光束为第二偏振光时，利用第二照射面检测所述工件背面的对准标记。

可选的，对于所述的对准方法，所述夹盘具有至少一凹槽，所述成像镜组设置于所述凹槽内，所述成像镜组包括第一反射镜、第二反射镜、偏振分光镜，经所述工件背面反射回的所述偏振光束被偏振分光镜或者第二反射镜反射后经过第一反射镜、物镜及分束镜，被探测器接收。

可选的，对于所述的对准方法，所述第一偏振光经过偏振分光镜予以反射。

可选的，对于所述的对准方法，所述第二偏振光经过偏振分光镜予以透射，经过第二反射镜予以反射。

可选的，对于所述的对准方法，若检测不到所述对准标记，则中止对准过程并报错。

与现有技术相比，在本发明提供的对准装置及对准方法中，采用偏振光源及成像镜组，使得硅片背面可侦测的面积增大。由此，在需要同样侦测面积的情况下，可缩小凹槽的深度，从而有效的减小夹盘的厚度，进一步减少夹盘的重量。最终，提高了变速运动时的稳定性，提高了曝光速度和光刻的精度，进而提高了产能。

附图说明

图1为本发明实施例的对准装置及采用第一偏振光对准时的示意图；

图2为本发明实施例的对准装置中第一照射面和第二照射面的位置示意图；

图3为本发明实施例的对准装置采用第二偏振光对准时的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的对准装置及对准方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，一种对准装置，包括：

硅片台1，所述硅片台1包括底层的平台（stage）1a和位于平台1a上的夹盘（chuck）1b，夹盘1b用于挟持一工件12，所述工件12背面具有对准标记，所述夹盘1b具有至少一个凹槽2；为了能够较好的进行对准，优选的，采用两个凹槽2的设计，两个凹槽2可位于相对的位置（在此，该两个凹槽2位于所述夹盘的同一条直径上）；也可以采取其他个数的凹槽2。所述凹槽的深度可以为3mm~15mm，优选的，可以为5mm~7mm，每个凹槽2内均设置有一成像镜组，即成像镜组至少具有一个。由此，既能满足通常的侦测面积的要求，又能够保证夹盘1b的薄型化、小型化。

所述成像镜组包括第一反射镜4a、第二反射镜4b、至少一个偏振分光镜4c及成像系统（未示出），在本实施例中，采用一个偏振分光镜4c。其中，所述第一反射镜4a和第二反射镜4b分别位于一凹槽2的相对两侧（在此，所述第一反射镜4a和第二反射镜4b紧贴所述凹槽2的两个相对侧壁。），所述第一反射镜4a与所述凹槽2底面的夹角为135°，所述第二反射镜4b与所述凹槽2底面的夹角为45°，所述偏振分光镜4c位于所述第一反射镜4a、第二反射镜4b之间。优选的，所述偏振分光镜4c可以为格兰-汤普森棱镜，其以靠近并平行于所述第二反射镜4b的方式设置。所述第一反射镜4a、第二反射镜4b及偏振分光镜4c采用卡槽或螺栓固定于所述凹槽2内。

请继续参考图1，所述对准装置还包括偏振光源3，物镜5，分束镜7及探测器6（如CCD）等，所述偏振光源3发出偏振光束，所述偏振光束为线偏振光，经所述分束镜7、物镜5、成像镜组照射至工件12背面，所述偏振分光镜4c反射偏振光束形成第一照射面9a，即偏振分光镜4c竖直投影的正上方空间中的一水平面，投射至所述工件12背面（即所述工件12具有第一照射面9a），具体请参考图2，在此体现为偏振分光镜4c竖直投影的正上方空间与工件12底部相交所成的面；所述偏振分光镜4c透射并经第二反射镜4b反射偏振光束形成第二照射面9b，即第二反射镜4b竖直投影的正上方空间中的一水平面，投射至所述工件12背面（即所述工件12具有第二照射面9b），同样的，请参考图2，在此体现为第二反射镜4b竖直投影的正上方空间与工件12底部相交所成的面，所述第一照射面9a和第二照射面9b可以有重叠部分，本实施例未重叠但相互紧靠，由此，利用所述第一照射面9a和第二照射面9b能够得到最大化的侦测面。具体的，所述第一照射面9a和第二照射面9b的宽度皆可以为3~5cm，长度即为相对应的镜片的长度，在此不做限定。偏振光束照射至工件12背面后经其反射逆向返回经所述成像镜组被探测器6接收。

具体的，所述偏振光束可以采用普通光源与起偏器3a产生，所述起偏器3a可以是方解石、石英、人造偏振片（碘化硫酸金鸡纳）、玻璃片堆、尼科尔棱镜、格兰-汤普森棱镜或线栅偏振片等的一种。本实施例采用人造偏振片产生偏振光束，该人造偏振片可以通过电机旋转任意角度，普通光源通过它可以产生偏振光束，所述偏振光束的偏振方向随起偏器3a的角度而变化。当起偏器3a为0°时，偏振光束为第一偏振光，当起偏器3a为90°时，偏振光束为第二偏振光，所述第一偏振光的偏振方向垂直于所述第二偏振光的偏振方向。

所述物镜5具有一标准标记；所述分束镜7位于物镜5和探测器6之间，其靠近或紧靠所述探测器6，并与偏振光源3基本处于同一水平位置，其能够反射偏振光源3发出的偏振光束，并能使得经一系列透反射后的偏振光束通过并被探测器6接收。

相应的，本实施例还提供一种对准方法：传送工件12至投影装置10下方，放置于夹盘1b上，通常此时所述工件12背面的对准标记8位于所述凹槽2上方；

偏振光源3发出偏振光束，以检测所述工件12背面的对准标记8；若检测到所述对准标记8，则根据所述对准标记8调整所述工件12的位置；具体的，首先，偏振光源3发出第一偏振光，所述第一偏振光经分束镜7、物镜5达到第一反射镜4a并被反射至偏振分光镜4c，偏振分光镜4c全反射第一偏振光，位于第一照射面9a中的部分工件12经成像系统和第一反射镜4a被成像到物镜5和第一反射镜4a之间，得到成像11，其位于所述工件12附近，反射的第一偏振光经物镜5和分束镜7被对准光路中的探测器6观测到，若在成像11内发现对准标记8，则结合物镜5的标准标记，计量对准标记8的位置偏差，从而控制工件12移动，以达到精确对准。

请参考图3，若未发现所述对准标记8，则起偏器3a旋转90°，使得偏振光源3发出第二偏振光，所述第二偏振光经分束镜7、物镜5达到第一反射镜4a并被反射至偏振分光镜4c，此时偏振分光镜4c全透射第二偏振光，第二反射镜4b反射第二偏振光，位于第二照射面9b中的部分工件12经成像系统和第一反射镜4a被成像到物镜5和第一反射镜4a之间，得到成像11，其位于所述工件12附近，反射的第二偏振光经物镜5和分束镜7被对准光路中的探测器6观测到，若在成像11内发现对准标记8，则结合物镜5的标准标记，计量对准标记8的位置偏差，从而控制工件12移动，以达到精确对准。

若所述第一偏振光和第二偏振光皆检测不到所述对准标记8，则中止对准过程并报错。

显然的，本实施例中初始状态起偏器3a也可以为90°，即偏振光源3发出偏振光束为第二偏振光。

在本实施例提供的对准装置及对准方法中，在本发明提供的对准装置及对准方法中，采用偏振光源及成像镜组，使得硅片背面可侦测的面积增大。由此，在需要同样侦测面积的情况下，可缩小凹槽的深度，从而有效的减小夹盘的厚度，进一步减少夹盘的重量。最终，提高了变速运动时的稳定性，提高了曝光速度和光刻的精度，进而提高了产能，其具体表现在，对于规定的产能需求，运用本装置和方法能够大大提高光刻精度，对于规定的精度需求，能够有着较高的生产效率，大大提高生产时间，即产能提高。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种对准装置，包括：

偏振光源，所述偏振光源发出偏振光束；

夹盘，用于夹持一工件，所述工件背面具有对准标记，所述夹盘具有至少一个凹槽；

至少一个成像镜组，设置所述凹槽内，所述成像镜组包括第一反射镜、第二反射镜及至少一个偏振分光镜，所述第一反射镜和第二反射镜分别位于所述凹槽的相对两侧，所述偏振分光镜位于所述第一反射镜和第二反射镜之间且与第二反射镜平行，所述偏振光束经所述成像镜组照射所述工件背面，所述偏振光束经所述工件背面反射后再次经成像镜组返回；以及

探测器，接收经所述成像镜组反回的偏振光束。

2.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述凹槽的深度为3~15mm。

3.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述凹槽的深度为5~7mm。

4.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述偏振光束入射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后入射到所述偏振分光镜，所述偏振分光镜反射所述偏振光束形成第一照射面投射至所述工件背面。

5.如权利要求4所述的对准装置，其特征在于，所述第一照射面的宽度为3~5mm。

6.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述偏振光束入射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后入射到所述偏振分光镜，所述第二反射镜反射偏振光束形成第二照射面投射至所述工件背面。

7.如权利要求6所述的对准装置，其特征在于，所述第二照射面的宽度为3~5mm。

8.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第一反射镜与所述凹槽底部的夹角为135°。

9.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第二反射镜与所述凹 槽底部的夹角为45°。

10.如权利要求1至9中的任一项所述的对准装置，其特征在于，所述偏振分光镜、第一反射镜及第二反射镜均采用卡槽或螺栓固定于所述凹槽内。

11.如权利要求1至9中的任一项所述的对准装置，其特征在于，还包括物镜及分束镜，所述偏振光束经反射后经过所述物镜及分束镜，到达所述探测器。

12.一种对准方法，其特征在于，包括：

放置工件于夹盘上，所述工件背面具有对准标记，所述工件的背面具有第一照射面及第二照射面；

偏振光源发出偏振光束，经一成像镜组将所述偏振光束投射到所述工件背面，以检测所述工件背面的对准标记；

若检测到所述对准标记，则根据所述对准标记位置调整所述工件的位置；

其中，所述偏振光束为第一偏振光或者第二偏振光，所述第一偏振光的偏振方向垂直于所述第二偏振光的偏振方向，当所述偏振光束为第一偏振光时，利用第一照射面检测所述工件背面的对准标记，当所述偏振光束为第二偏振光时，利用第二照射面检测所述工件背面的对准标记。

13.如权利要求12所述的对准方法，其特征在于，所述夹盘具有至少一凹槽，所述成像镜组设置于所述凹槽内，所述成像镜组包括第一反射镜、第二反射镜、偏振分光镜，经所述工件背面反射回的所述偏振光束被偏振分光镜或者第二反射镜反射后经过第一反射镜、物镜及分束镜，被探测器接收。

14.如权利要求13所述的对准方法，其特征在于，所述第一偏振光经过偏振分光镜予以反射。

15.如权利要求13所述的对准方法，其特征在于，所述第二偏振光经过偏振分光镜予以透射，经过第二反射镜予以反射。

16.如权利要求12所述的对准方法，其特征在于，若检测不到所述对准标记，则中止对准过程并报错。 

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