CN104062859A - 一种光刻设备对准系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光刻设备对准系统，包括照明支路以及相干成像支路，其特征在于：所述照明支路包括双光源、光源混合器、光纤、消色差准直透镜、偏振分束器、照明透镜和对准标记；所述相干成像支路包括第一光束支路和第二光束支路，第一光束支路和第二光束支路都包括楔板、成像透镜、参考光栅以及探测器，衍射光中的第一光束返回偏振分束器后直接透过，经楔板偏折、成像透镜成像在参考光栅上，探测器接收扫描信号进行对准，衍射光中的第二光束返回偏振分束器后被反射从而与第一光束分离，再经楔板偏折、成像透镜成像在参考光栅上，探测器接收扫描信号进行对准。本发明将两束进光混合成一束光束且同轴照明标记，消除两束光之间的相对倾斜。不仅简化了系统，且提高了对准精度和工艺适应性。

Description

一种光刻设备对准系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种光刻设备对准系统。

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。

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，公开了荷兰ASML公司所采用的一种4f系统结构的离轴对准系统，该对准系统在光源部分采用红光、绿光双光源照射；并采用楔块列阵或楔板组来实现多级衍射光的重叠和相干；红光和绿光的对准信号通过一个偏振分束棱镜来分离；通过探测对准标记像透过参考标记的透射光强，得到正弦输出的对准信号。

图2给出了该对准系统的具体实现结构。此处作为公知技术引入。但是，该对准技术将红光、绿光分别采用两个独立支路照明硅片，进光占用空间过大，装置结构复杂。在实际系统装调中会出现红、绿光照明光束与硅片夹角不一致，且出现两次装调的情况。由于对准精度与硅片倾斜（离焦的情况下）呈线性关系。严重时，高级次的最佳焦面位置，不同色光不在同一焦平面，进而影响其工艺适应性的功能。如果能够让两束进光混合成一束光束且同轴照明标记，上述问题将得到解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，实现各色光同轴照明硅片标记，从而提高对准精度和工艺适应性。

本发明提出一种光刻设备对准系统，包括照明支路以及相干成像支路，其特征在于：所述照明支路包括双光源、光源混合器、光纤、消色差准直透镜、偏振分束器、照明透镜和对准标记，双光源分别发出偏振态相互垂直的第一光束和第二光束，两束光经过光源混合器进行合光，再经过光纤和消色差准直透镜准直后形成同轴照明光束，同轴照明光束经过小棱镜反射后进入照明透镜，再照射到对准标记形成衍射光，衍射光返回偏振分束器；

所述相干成像支路包括第一光束支路和第二光束支路，第一光束支路和第二光束支路都包括楔板、成像透镜、参考光栅以及探测器，衍射光中的第一光束返回偏振分束器后直接透过，经楔板偏折、成像透镜成像在参考光栅上，探测器接收扫描信号进行对准，衍射光中的第二光束返回偏振分束器后被反射从而与第一光束分离，再经楔板偏折、成像透镜成像在参考光栅上，探测器接收扫描信号进行对准。

其中，所述光源混合器利用二向色滤光片进行合光。

其中，还包括监测支路，所述监测支路包括分束器、分划板和CCD相机，第二光束经过楔板后，入射到分束器，部分第二光束被分束器反射到成像透镜和参考光栅，部分第二光束经分束器折射后经过分划板后进入CCD相机。

其中，同轴照明光束经过小棱镜反射后先进入偏振分束器，被偏振分束器反射后进入照明透镜。

其中，所述偏振分束器中0级光区域为全反射。

其中，所述小棱镜为两个，同轴照明光束经过第一个小棱镜反射后，再被第二个小棱镜反射进入照明透镜。

本发明的光刻设备对准系统将两束进光混合成一束光束且同轴照明标记，消除两束光之间的相对倾斜。不仅简化了系统，且提高了对准精度和工艺适应性。

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为光刻对准系统结构示意图；

图2为现有技术中对准系统光学结构图；

图3为本发明对准系统的第一实施例的光学结构图；

图4为本发明光源混合器结构示意图；

图5为本发明形成同轴光束示意图；

图6为本发明对准系统的第二实施例的光学结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

实施例1

本发明对准系统的第一实施例的光学结构如图3所示，包括照明支路、相干成像支路以及监测支路。照明支路包括对准光源100、光源混合器101、单模保偏光纤102、消色差准直透镜103、小棱镜116、偏振分束器PBS104、照明透镜113、反射镜105、对准标记106。相干成像支路包括红光支路和绿光支路，红光支路包括楔板107、成像透镜114、参考光栅108以及光电探测器112；类似的，绿光支路包括楔板107、分束器BS109、透镜115、参考光栅108以及光电探测器112。监测支路包括反射镜、透镜、分划板110以及CCD（Charge Coupled Device, 电荷耦合装置）相机111。

对准光源100发出的偏振态相互垂直的第一光束红光（P偏振光）和第二光束绿光（S偏振光）经过光源混合器101后，进入单模保偏光纤102，经过消色差准直透镜103准直后形成同轴照明光束，经过小棱镜116反射，经PBS104（部分区域全反）、透镜113、反射镜105照射对准标记106。反射光束衍射后返回PBS104，红光（P偏振光）透过PBS104后，经楔板107偏折、透镜114成像在参考光栅108上，光电探测器112接收扫描信号进行对准。绿光（S偏振光）经PBS104反射后，经楔板107偏折、分束器BS109反射、透镜115成像在参考光栅108上，光电探测器112接收扫描信号进行对准。部分绿光经BS109折射，经过透镜、分划板110，进入CCD相机111，用于集成、对准监测。

本发明中，光源混合器利用二向色滤光片进行合光，如图4所示。

本发明中，红光、绿光经过光纤导光后，出射光束能量围绕纤芯成高斯分布，经过消色差准直透镜后两束光能达到完全同轴。如图5所示。

本实施例中，偏振分束器PBS为部分区域全反，也即在PBS膜系设计时，在PBS中0级光区域镀反射膜，其余区域镀PBS膜，以屏蔽零级光，从而实现同轴照明光束与衍射光的分离。

实施例2

本发明对准系统的第二实施例的光学结构如图6所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，用两个反射小棱镜117实现同轴照明光束与衍射光的分离。照明支路中经过消色差准直透镜103准直后形成的同轴照明光束，经过小棱镜117反射后不经过PBS104，而是被另一个小棱镜117反射后直接入射到透镜113和反射镜105，再照射到对准标记106，从而实现同轴照明光束与衍射光的分离。其余光路和对准方法与实施例1相同。

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 (6)

1.一种光刻设备对准系统，包括照明支路以及相干成像支路，其特征在于：所述照明支路包括双光源、光源混合器、光纤、消色差准直透镜、偏振分束器、照明透镜和对准标记，双光源分别发出偏振态相互垂直的第一光束和第二光束，两束光经过光源混合器进行合光，再经过光纤和消色差准直透镜准直后形成同轴照明光束，同轴照明光束经过小棱镜反射后进入照明透镜，再照射到对准标记形成衍射光，衍射光返回偏振分束器；

所述相干成像支路包括第一光束支路和第二光束支路，第一光束支路和第二光束支路都包括楔板、成像透镜、参考光栅以及探测器，衍射光中的第一光束返回偏振分束器后直接透过，经楔板偏折、成像透镜成像在参考光栅上，探测器接收扫描信号进行对准，衍射光中的第二光束返回偏振分束器后被反射从而与第一光束分离，再经楔板偏折、成像透镜成像在参考光栅上，探测器接收扫描信号进行对准。

2.如权利要求1所述的对准系统，其特征在于：所述光源混合器利用二向色滤光片进行合光。

3.如权利要求1所述的对准系统，其特征在于：还包括监测支路，所述监测支路包括分束器、分划板和CCD相机，第二光束经过楔板后，入射到分束器，部分第二光束被分束器反射到成像透镜和参考光栅，部分第二光束经分束器折射后经过分划板后进入CCD相机。

4.如权利要求1所述的对准系统，其特征在于：同轴照明光束经过小棱镜反射后先进入偏振分束器，被偏振分束器反射后进入照明透镜。

5.如权利要求4所述的对准系统，其特征在于：所述偏振分束器中0级光区域为全反射。

6.如权利要求1所述的对准系统，其特征在于：所述小棱镜为两个，同轴照明光束经过第一个小棱镜反射后，再被第二个小棱镜反射进入照明透镜。