CN104062852B - 零光程差自参考干涉对准系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种零光程差自参考干涉对准系统，包括：激光光源模块，用于提供所需的照明光束；光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上，形成光学信号；电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准位置；其特征在于：所述光学模块包括一等光程回路，使不同偏振态的正负级次光经过相同的光程后进行干涉。本发明在现有技术基础上进行了改进，可以实现各色光、各级次光零光程差干涉对准，从而提高对准精度。

Description

零光程差自参考干涉对准系统

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的零光程差自参考干涉对准系统。

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9(即掩模对准系统)，实现掩模标记3与位于运动台5上的基准板标记7之间的对准，然后利用离轴对准系统10(硅片对准系统)，完成硅片对准标记6与工件台基准板标记7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6与掩模对准标记3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，用于标记像的分裂与旋转和叠加。在该发明中，像旋转装置通过自参考干涉仪实现。

专利US00US7564534、CN03133004.5、CN201210117917.0和CN201210091145.8给出了该对准系统的具体实现结构，如图3所示。自参考干涉对准系统包括：激光光源模块，用于提供所需的照明光束；光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上，形成光学信号；电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；以及软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准位置。该技术方案中每一组件的作用可参考在先专利，此处作为公知技术引入。但是，技术对分裂后两波面通过走不同光路相互旋转干涉，各种色光，不同级次之间消不同光路造成的光程差通过补偿器实现，但对于宽光谱，补偿器补偿额度有限(1um左右)，而实际加工装配带来的光程差远高于10um，且该技术方案中0级光未被过滤掉，当分裂后两波面光程差较大时，会造成0级光泄露，从而降低信号对比度。如果能让分裂后两波面走相同的光路，并且实现必要的旋转，从而实现零光程差干涉，消除各色光，各级次光之间的初始相位差，从而提高对准精度和对比度。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种零光程差自参考干涉对准系统，包括：激光光源模块，用于提供所需的照明光束；光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上，形成光学信号；电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准位置；其特征在于：所述光学模块包括一等光程回路，使不同偏振态的正负级次光经过相同的光程后进行干涉。

较优地，所述等光程回路包括一三面体棱镜和一五角棱镜，光束经过三面体棱镜后物像关系旋转180度，偏振方向不改变；。

其中，光束在所述等光程回路中在三面体棱镜之外反射奇数次，其中五角棱镜反射两次。

其中，所述激光光源模块还包括波长选择器，将宽光谱光源形成特定单色光。

其中，所述光学模块还包括一区域反射镜，将高级光通光区域镀增透膜，零级光区域镀反射膜形成高通零反的反射镜。

其中，所述光学模块还包括一光隔离器，隔离反射回的零级光。

其中，所述电子采集模块中光信号的传输使用多模光纤。

本发明在现有技术基础上进行了改进，可以实现各色光、各级次光零光程差干涉对准，从而提高对准精度。

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是光刻对准系统示意图；

图2是现有技术中的自参考干涉对准系统示意图；

图3是现有技术中的自参考干涉对准系统结构图；

图4是本发明零光程差自参考干涉对准系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图4所示，本发明零光程差自参考干涉对准系统包括光源100、波长选择器101、光隔离器102、透镜组103、区域反射镜104、偏振分束器PBS1105、三面体棱镜106、五角棱镜107、反射镜1108、偏振分束器PBS2109、反射镜2110、半波片1111、透镜组2112、硅片113、半波片2114、偏振分束器PBS3115、透镜组3116、透镜组4117、能量传感器1118、能量传感器2119。

宽光谱光源经波长选择器101后形成特定单色光，此时偏振方向为与纸面成夹角为45度的线偏振光。被区域反射镜104反射后，在偏振分束器PBS1处均匀分光，P光经过三面体棱镜106后，物像关系旋转180度，偏振方向不改变；经过五角棱镜107转换光路方向，与S光在偏振分束器PBS2处混合，经过半波片1后，S光和P光偏振方向分别旋转45度照射硅片，硅片标记衍射光再次经过半波片1，此时原S光和P光互换，P光走原S光支路。两路光在PBS1处混合时，0级光被区域反射镜104反射回照明光路被光隔离器102隔离掉，高级次光经过偏振分束器PBS3后分别进入两个支路被能量接收传送器件接收。此处区域反射镜104是指在整个通光区域将高级光通光区域镀增透膜，零级光区域镀反射膜形成高通零反的反射镜。

本发明中至偏振分束器PBS1进光到硅片衍射再到偏振分束器PBS1两束光混合，两种偏振方向的光分别走完等光程回路200，由于两束相干光所走光程相等，且区域反射镜将零级光反射回入射光路，因此不存在引证文献所述的零级光泄露问题，也不需要补偿器，而补偿器补偿不同色光的光程差的额度有限，必然限制光谱的使用范围，因此本发明实用于宽光谱照明，通过波长选择器根据客户(工艺)需要实时在线选择单一波长通过。此时能量接收传送器件需要选择对宽光谱敏感的传送器件(多模光纤等)。本实施例中区域反射镜是指在整个通光区域将零级光通光区域镀反射膜，高级次光区域镀增透膜形成零反高通的反射镜，光隔离器可以是法拉第隔离器，通过改变光束的偏振方向隔离光束反射回激光器。

本发明中要使正负级次光相互旋转180度，且能在偏振分束器PBS1处干涉，必须保证在等光程回路200中光路在三面体棱镜之外反射(45度入射)奇数次，其中五角棱镜107反射两次。

本发明中正负级次光相对旋转180度后干涉，由于正负级次光在非标记中心具有非零相位差，干涉光经过偏振分束器PBS3后各支路的能量I分布满足：

式中k为衍射波矢，-k为旋转180度后的衍射波矢。

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 (5)

1.一种零光程差自参考干涉对准系统，包括：

激光光源模块，用于提供所需的照明光束；

光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上，形成光学信号；

电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；

软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准位置；

其特征在于：所述光学模块包括一等光程回路，使不同偏振态的正负级次光经过相同的光程后进行干涉；

所述等光程回路包括一三面体棱镜和一五角棱镜，光束经过三面体棱镜后物像关系旋转180度，偏振方向不改变；

光束在所述等光程回路中在三面体棱镜之外反射奇数次，其中五角棱镜反射两次。

2.如权利要求1所述的零光程差自参考干涉对准系统，其特征在于，所述激光光源模块还包括波长选择器，将宽光谱光源形成特定单色光。

3.如权利要求1所述的零光程差自参考干涉对准系统，其特征在于，所述光学模块还包括一区域反射镜，将高级光通光区域镀增透膜，零级光区域镀反射膜形成高通零反的反射镜。

4.如权利要求1所述的零光程差自参考干涉对准系统，其特征在于，所述光学模块还包括一光隔离器，隔离反射回的零级光。

5.如权利要求1所述的零光程差自参考干涉对准系统，其特征在于，所述电子采集模块中光信号的传输使用多模光纤。