CN104460248A - 对准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对准装置，包括：光源，提供照明光束；反射面，设置于对准标记上方，使对准标记产生的一个方向上的各级次衍射光偏转后与另一个方向上对应的各级次衍射光平行；汇聚透镜，将对应的正负级次衍射光干涉成像到其焦面；探测模块，位于汇聚透镜的焦面，探测多级次的干涉图像的信号；运动台，用于承载对准标记，实现对对准标记的扫描测量；控制模块，与所述运动台与探测模块分别相连，并同步控制运动台和探测模块。本发明通过采用单一的反射面的结构，代替现有技术中复杂的楔块列阵（或楔板组），降低了系统加工制造和装调的难度，并且避免了由于楔块列阵加工制造误差引起的各级次干涉条纹图像不一致和倍率偏差的情况发生。

Description

对准装置

技术领域

本发明涉及光刻设备，特别涉及一种对准装置。

背景技术

目前，光刻设备大多所采用是基于光栅衍射干涉的对准系统。该对准系统基本特征为：照明光束照射在光栅型对准标记上发生衍射，产生的各级衍射光携带有关于对准标记的位置信息；不同级次的光束以不同的衍射角从对准标记光栅上衍射，通过对准系统收集各级次的衍射光束，使两个对称的正负衍射级次（如±1级、±2级…±n级）在对准系统的像面重叠相干，形成各级干涉信号。当对标记光栅进行扫描时，利用光电探测器记录干涉信号的强度变化，通过信号处理，确定对准中心位置。

荷兰采用了一种离轴对准系统，该对准系统在对准光学系统光瞳面采用楔块列阵或楔板组来实现对准标记多级衍射光的重叠和相干成像，并在像面上将成像空间分开；该对准系统使用楔块列阵时，对折射正、负相同级次的两楔块的面型和楔角一致性要求很高；而楔板组的加工制造、装配和调整的要求也很高，具体实现起来工程难度较大，代价昂贵。

发明内容

本发明提供一种对准装置，以克服现有技术中对准系统加工制造和装调难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种对准装置，包括：光源，提供照明光束；反射面，设置于对准标记上方，使对准标记产生的一个方向上的各级次衍射光偏转后与另一个方向上对应的各级次衍射光平行；汇聚透镜，将对应的正负级次衍射光干涉成像到其焦面；探测模块，位于汇聚透镜的焦面，探测多级次的干涉图像的信号；运动台，用于承载对准标记，实现对对准标记的扫描测量；控制模块，与所述运动台与探测模块分别相连，并同步控制运动台。

作为优选，所述反射面采用平面镜，所述平面镜设置在所述正/负级次衍射光的方向上。

作为优选，所述反射面采用棱镜，所述棱镜设置在所述正/负级次衍射光的方向上。

作为优选，还包括光源反射平面镜，所述光源经过所述光源反射平面镜反射后，照射到所述对准标记上。所述反射面采用至少1块半反射镜，所述半反射镜设置在所述正/负级次衍射光的方向上。

作为优选，还包括光源反射平面镜，所述光源经过所述光源反射平面镜反射后，照射到所述对准标记上。所述反射面采用半反射镜为2块，它们分别垂直于所述对准标记之上，且所述的2块半反射镜相互平行相向而立。

作为优选，所述探测模块包括参考光栅和多个光电探测器，所述光电探测器与参考光栅相连，所述光电探测器探测多级次的干涉图像透过参考光栅的信号。

作为优选，所述光电探测器采用光电二极管或者CCD探测器。

作为优选，所述光源采用氦氖激光器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过采用单一的反射面的结构，代替现有技术中复杂的楔块列阵（或楔板组），降低了系统加工制造和装调的难度，并且避免了由于楔块列阵加工制造误差引起的各级次干涉条纹图像不一致和倍率偏差的情况发生。此外，在光路结构上，使用单一反射面实现各正负级次干涉成像位置在空间上的分离，结构简单、便于实现。

附图说明

图1为本发明实施例1的对准装置的结构示意图；

图2为本发明实施例2的对准装置的结构示意图；

图3为本发明实施例3的对准装置的结构示意图。

图1中：101-光源、102-镜面、103-汇聚透镜、104-参考光栅、105-光电二极管、106-对准标记、107-运动台、108-控制模块。

图2中：201-光源、202-棱镜、203-汇聚透镜、204-参考光栅、205-光电探测器、206-对准标记、207-运动台、208-控制模块。

图3中：301-光源、302-半反射镜、303-汇聚透镜、304-参考光栅、305-光电探测器、306-对准标记、307-运动台、308-控制模块、309-光源反射平面镜。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

请参照图1，本实施例中，对准装置包括：光源101，为所述的对准装置提供照明光束，照射到对准标记106上，进一步的，所述光源101采用HeNe激光器；镜面102，设置于对准标记106的上方，使对准标记106产生的一个方向上的各级次衍射光偏转后与另一个方向上对应的各级次衍射光平行，进一步的，所述镜面102采用平面镜；汇聚透镜103，将对应的正负级次衍射光干涉成像到其焦面；探测模块，位于汇聚透镜103的焦面，探测多级次的干涉图像的信号；运动台107，用于承载对准标记，实现对对准标记106的扫描测量；控制模块108，与所述运动台107与探测模块分别相连，并同步控制运动台107和探测模块。本实施例通过采用镜面102作为单一的反射面，代替现有技术中复杂的楔块列阵（或楔板组），降低了系统加工制造和装调的难度，并且避免了由于楔块列阵加工制造误差引起的各级次干涉条纹图像不一致和倍率偏差的情况发生。此外，在光路结构上，使用单一反射面实现各正负级次干涉成像位置在空间上的分离，结构简单、便于实现。

请继续参照图1，作为优选，所述探测模块包括参考光栅104和多个光电探测器，所述光电探测器与参考光栅相连，所述光电探测器探测多级次的干涉图像透过参考光栅的信号。进一步的，所述光电探测器采用光电二极管105。

请继续参照图1，下面将详细说明所述对准装置的工作过程：所述光源101发出的光入射到运动台107上的对准标记106上，对准标记106产生各衍射级次的衍射光。一个方向上的各级衍射光被所述镜面102反射，其反射的各级次衍射光与另一方向上对应的各级次衍射光的传播方向相同。如图1所示，所述镜面102放置在负级次衍射光的方向上，负级次衍射光在被镜面102反射之后，-1级光的反射光与+1级光传播方向相同或平行；-2级光的反射光与+2级光传播方向相同或平行；当然，所述镜面102也可以放置在正级次衍射光的方向上，用于反射正级次衍射光，使其传播方向与负级次衍射光一致。接着，所述汇聚透镜103汇聚相应的正负级次光到参考光栅104，并在参考光栅104处形成干涉条纹，光电二极管105则探测透过参考光栅104的衍射条纹能量。当对准标记106随运动台107移动时，各光电二极管105将采集到透过的干涉条纹能量的变化情况。控制模块108同步运动台107和光电二极管105的动作，并根据采集到的光能量随运动台107位置变化的关系计算对准位置。

需要说明的是，本实施例在图1中仅给出了测量对准标记106+/-1级到+/-3级衍射光干涉条纹光能量的方案示意图，事实上，本方案可用于测量对准标记106任意多级次的衍射光干涉条纹光能量，从而得到对准位置。不同的衍射级次形成的干涉条纹，其透过参考光栅104的光强随对准标记106位置变化所形成的测量信号的周期不同。+/-1级衍射光形成的测量信号其变化周期是对准标记106位置变化周期的2倍，+/-2级衍射光形成的测量信号变化周期是对准标记106位置变化周期的4倍，依次类推。可见，高级次衍射光形成的测量信号对应着更高的对准测量分辨率。由于对准标记106的周期性性质，低级次衍射光形成的测量信号可获得更大的测量范围。组合使用高级次和低级次衍射光信号，可在较大的对准范围内获得较好的对准精度。

实施例2

请参照图2，本实施例的反射面采用棱镜202代替了实施例1中的镜面，即，利用了棱镜202内部全反射的特性，实现对对准标记206一个方向各衍射级次的方向偏转功能。

具体如图2所示，光源201产生的光照射到对准标记206上，对准标记206产生各衍射级次的衍射光，各级次衍射光进入到棱镜302中，一个方向的衍射光则经棱镜302内部反射，其反射的各级次衍射光与另一方向上对应的各级次衍射光的传播方向相同。后续与实施例1相同，汇聚透镜203汇聚相应的正负级次光到参考光栅204，并在参考光栅204处形成干涉条纹，光电探测器205则探测透过参考光栅204的衍射条纹能量。当对准标记206随运动台207移动时，各光电探测器205将采集到透过的干涉条纹能量的变化情况。控制模块208同步运动台207和光电探测器205的动作，并根据采集到的光能量随运动台207位置变化的关系计算对准位置。

实施例3

请参照图3，本实施例与实施例1和实施例2的区别点在于，其采用相互平行且相向而立的两块半反射镜302作为反射面。

具体地，光源301通过一光源反射平面镜309反射后，照射到对准标记306上，所述对准标记306产生各衍射级次的衍射光，半反射镜302将对准标记306各衍射级次光能的一半反射到与其对应衍射级次一致的方向，同时各衍射级次另一半的光能透过该半反射镜汇聚透镜303将由半反射镜302反射的各衍射级次与投射的各衍射级次成像到参考光栅304上，使对应衍射级次产生干涉条纹图像。光电探测器305位于参考光栅304后，用于收集透过参考光栅304的成像图案光能量。当对准标记306随运动台307移动时，各光电探测器305将采集到透过的干涉条纹能量的变化情况。控制模块308同步运动台307和光电探测器305的动作，并根据采集到的光能量随运动台307位置变化的关系计算对准位置。

综上所述，本发明的对准装置包括：光源，提供照明光束；反射面，设置于对准标记上方，使对准标记产生的一个方向的各级次衍射光偏转后与另一个方向对应的各级次衍射光平行；汇聚透镜，将对应的正负级次衍射光干涉成像到其焦面；探测模块，位于汇聚透镜的焦面，探测多级次的干涉图像的信号；运动台，用于承载对准标记，实现对对准标记的扫描测量；控制模块，与所述运动台与探测模块分别相连，并同步控制运动台和探测模块。本发明通过采用单一的反射面的结构，代替现有技术中复杂的楔块列阵（或楔板组），降低了系统加工制造和装调的难度，并且避免了由于楔块列阵加工制造误差引起的各级次干涉条纹图像不一致和倍率偏差的情况发生。此外，在光路结构上，使用单一反射面实现各正负级次干涉成像位置在空间上的分离，可用于测量对准标记任意多级次的衍射光干涉条纹光能量，得到对准位置。

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 (9)

1.一种对准装置，包括：

光源，提供照明光束；

反射面，设置于对准标记上方，使对准标记产生的一个方向上的各级次衍射光偏转后与另一个方向上对应的各级次衍射光平行；

汇聚透镜，将对应的正负级次平行衍射光干涉成像到其焦面；

探测模块，位于汇聚透镜的焦面，探测多级次的干涉图像的信号；

运动台，用于承载对准标记，实现对对准标记的扫描测量；

控制模块，与所述运动台与探测模块分别相连，并同步控制运动台。

2.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述反射面采用平面镜，所述平面镜设置在正/负级次衍射光的方向上。

3.如权利要求2所述的对准装置，其特征在于，所述平面镜垂直设置于所述对准标记平面之上。

4.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述反射面采用棱镜，所述棱镜设置在所述正/负级次衍射光的方向上。

5.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，还包括一光源反射平面镜，所述光源经过所述光源反射平面镜反射后，照射到所述对准标记上，所述反射面采用至少1块半反射镜，所述半反射镜设置在所述正/负级次衍射光的方向上。

6.如权利要求5所述的对准装置，其特征在于，所述半反射镜为2块，它们分别垂直于所述对准标记之上，且所述的2块半反射镜相互平行相向而立。

7.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述探测模块包括参考光栅和多个光电探测器，所述光电探测器与参考光栅相连，所述光电探测器探测多级次的干涉图像透过参考光栅的信号。

8.如权利要求7所述的对准装置，其特征在于，所述光电探测器采用光电二极管或者CCD探测器。

9.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述光源采用氦氖激光器。