CN114253093A - 一种对准装置、对准方法及光刻系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种对准装置、对准方法及光刻系统。对准装置包括光源模块、光场变换模块、探测模块及处理模块；光源模块用于出射第一偏振光，第一偏振光入射至对准标记；光场变换模块用于接收对准标记衍射出的第一光束，并将第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，第二光束和第三光束在光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在光场变换模块的出射端重叠；探测模块用于接收光场变换模块出射的第二光束和第三光束的叠加光束；处理模块与探测模块连接，用于根据探测模块获取的叠加信号检测对准标记的对准状态。本发明实施例的技术方案，可以实现任意方向的对准标记对准，且不会产生由于光程差导致的信号对比度下降问题。

Description

一种对准装置、对准方法及光刻系统

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术，尤其涉及一种对准装置、对准方法及光刻系统。

背景技术

在20世纪80年代，人们就已经利用对准标记(如光栅)的衍射正负级次光叠加来产生对准信号。

在对光刻机中的硅片的对准中，对准方向一般有两个，分别是相互垂直的x方向和y方向，而不能对任意方向的对准标记进行对准。而且现有的对准方案一般采用自参考干涉方案，为了兼容不同周期的对准标记，接收端一般将所有级次信号收集至点探测器接收，对于单个波长会有两路干涉信号，如果两路干涉信号存在相位差，就会导致信号对比度的下降。此时就需要自参考干涉两个棱镜两路光程差尽量的小。因为信号对比度对两个棱镜的光程差相当敏感，这对棱镜加工和胶合是个挑战，导致成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种对准装置、对准方法及光刻系统，以实现任意方向的对准标记对准，且分割后光场沿不同的传输路径传输，重合时只有一路叠加信号，不会产生由于光程差导致的信号对比度下降问题。

第一方面，本发明实施例提供一种对准装置，用于检测对准标记，包括光源模块、光场变换模块、探测模块以及处理模块；

所述光源模块用于出射第一偏振光，所述第一偏振光入射至所述对准标记；

所述光场变换模块用于接收所述对准标记衍射出的第一光束，并将所述第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，所述第二光束和所述第三光束在所述光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在所述光场变换模块的出射端重叠；

所述探测模块用于接收所述光场变换模块出射的所述第二光束和所述第三光束的叠加光束；

所述处理模块与所述探测模块连接，用于根据所述探测模块获取的叠加信号检测所述对准标记的对准状态；

其中，所述分割线经过所述第一光束所形成光场的中心，且所述第一方向与所述对准标记的对准方向具有一不为零的夹角。

可选的，所述光场变换模块包括第一棱镜，所述第一棱镜包括第一光场分割面、多个第一反射面和多个第二反射面；

所述第一光场分割面包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于透射所述第二光束，所述第二区域用于反射所述第三光束；

所述第二光束经过多个所述第一反射面反射后传输至所述第一棱镜的出射端；

所述第三光束经过多个所述第二反射面反射后传输至所述第一棱镜的出射端，与所述第二光束重叠。

可选的，所述光场变换模块包括光场分割单元和第二棱镜，所述第二棱镜包括分束面、多个第三反射面和多个第四反射面；

所述光场分割单元用于将所述第一光束分为第二光束和第三光束；

所述分束面用于透射所述第二光束，反射所述第三光束；

所述第二光束经过多个所述第三反射面反射后传输至所述第二棱镜的出射端；

所述第三光束经过多个所述第四反射面反射后传输至所述第二棱镜的出射端，与所述第二光束重叠。

可选的，所述第一偏振光为圆偏振光，所述光场分割单元包括拼接设置的第一四分之一波片和第二四分之一波片，所述第一四分之一波片的快轴方向与所述第二四分之一波片的快轴方向垂直，且所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片的拼接线与所述分割线重合。

可选的，所述第一偏振光为线偏振光，所述光场分割单元包括拼接设置的第一二分之一波片和第二二分之一波片，所述第一二分之一波片的快轴方向和所述第二二分之一波片的快轴方向关于所述第一偏振光的偏振方向对称，且所述第一二分之一波片和所述第二二分之一波片的拼接线与所述分割线重合。

可选的，所述第一偏振光为圆偏振光，所述光场变换模块包括偏振分束单元、第一光场变换单元和第二光场变换单元，所述探测模块包括第一探测单元和第二探测单元；

所述偏振分束单元用于将所述对准标记衍射出的第一光束分束为第二偏振光和第三偏振光；

所述第一光场变换单元用于接收所述第二偏振光，并将所述第二偏振光进行光场变换后从出射端出射至所述第一探测单元；

所述第二光场变换单元用于接收所述第三偏振光，并将所述第三偏振光进行光场变换后从出射端出射至所述第二探测单元。

可选的，所述光源模块包括多个波长的激光器。

可选的，还包括镜头，所述镜头用于将所述第一偏振光汇聚到所述对准标记，还用于将所述对准标记衍射出的第一光束汇聚到所述光场变换模块。

可选的，所述光场变换模块的出射端还包括偏振态调整单元，所述偏振态调整单元用于将出射端重叠的两束光调整为相同的偏振态。

第二方面，本发明实施例还提供一种对准方法，采用上述任一所述的对准装置执行，包括：

光源模块出射第一偏振光，所述第一偏振光入射至对准标记；

光场变换模块接收所述对准标记衍射出的第一光束，并将所述第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，所述第二光束和所述第三光束在所述光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在所述光场变换模块的出射端重叠；

探测模块接收所述光场变换模块出射的所述第二光束和所述第三光束的叠加光束；

处理模块根据所述探测模块获取的叠加信号检测所述对准标记的对准状态；

其中，所述分割线经过所述第一光束所形成光场的中心，且所述第一方向与所述对准标记的对准方向具有一不为零的夹角。

可选的，所述光场变换模块包括第一棱镜，所述第一棱镜包括第一光场分割面、多个第一反射面和多个第二反射面；

所述第一光束通过所述第一光场分割面分为所述第二光束和所述第三光束；

所述第二光束经过多个所述第一反射面反射后传输至所述第一棱镜的出射端；

所述第三光束经过多个所述第二反射面反射后传输至所述第一棱镜的出射端，与所述第二光束重叠。

可选的，所述光场变换模块包括光场分割单元和第二棱镜，所述第二棱镜包括分束面、多个第三反射面和多个第四反射面；

所述第一光束通过所述光场分割单元分为第二光束和第三光束；

所述第二光束经过所述分束面透射和多个所述第三反射面反射后传输至所述第二棱镜的出射端；

所述第三光束经过所述分束面反射和多个所述第四反射面反射后传输至所述第二棱镜的出射端，与所述第二光束重叠。

第三方面，本发明实施例还提供一种光刻系统，包括上述任一所述的对准装置。

本发明实施例提供的对准装置，包括光源模块、光场变换模块、探测模块以及处理模块；通过光源模块出射第一偏振光，第一偏振光入射至对准标记；通过光场变换模块接收对准标记衍射出的第一光束，并将第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，分割线经过第一光束所形成光场的中心，且分割线与衍射级次的方向不重合；第二光束和第三光束在光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在光场变换模块的出射端重叠；通过探测模块接收光场变换模块出射的第二光束和第三光束的叠加光束；通过处理模块根据探测模块获取的叠加信号检测对准标记的对准状态，从而实现任意方向的对准标记的对准；而且分割后光场沿不同的传输路径传输，重合时只有一路叠加信号，不会产生由于光程差导致的信号对比度下降问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种对准装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种对准标记的衍射光场示意图；

图3是为图2中的衍射光场正负级次的分割示意图；

图4是本发明实施例提供的一种分割光场的经过不同的路径转换后再叠加的示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种分割光场的经过不同的路径转换后再叠加的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种第一棱镜的光路传输示意图；

图7是图6中面AMEN入射和出射区域示意图；

图8和图9分别是本发明实施例提供的一种第一棱镜的局部结构示意图；

图10是图8和图9中棱镜组合为第一棱镜的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种光场分割单元的原理示意图；

图12是本发明实施例提供的另一种光场分割单元的原理示意图；

图13是本发明实施例提供的一种第二棱镜的光路传输示意图；

图14是本发明实施例提供的另一种对准装置的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的一种偏振态调整单元的结构示意图；

图16是图15中二分之一波片的快轴方向示意图；

图17是本发明实施例提供的一种对准方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为本发明实施例提供的一种对准装置的结构示意图，该对准装置可以用于光刻系统中，参考图1，本实施例提供的对准装置用于检测对准标记100，该对准装置包括光源模块10、光场变换模块20、探测模块30以及处理模块40；光源模块10用于出射第一偏振光，第一偏振光入射至对准标记100；光场变换模块20用于接收对准标记100衍射出的第一光束，并将第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，第二光束和第三光束在光场变换模块20内沿不同的传输路径传输，在光场变换模块20的出射端重叠；探测模块30用于接收光场变换模块20出射的第二光束和第三光束的叠加光束；处理模块40与探测模块30连接，用于根据探测模块30获取的叠加信号检测对准标记100的对准状态；其中，分割线经过第一光束所形成光场的中心，且第一方向与对准标记的对准方向具有一不为零的夹角。

其中，对准标记100可以为光栅，现有的光刻系统的硅片对准中，对准方向一般有两个，分别是x方向、y方向。光源模块10用于提供对准时所需的光线，在具体实施时，为了提高不同应用场景的兼容性，可选的，光源模块10可以包括多个波长的激光器。光场变换模块20用于进行光场分割，利用光场分割的方法，可应用在光栅标记的对准方案中，可以但不限于x方向、y方向、45°、135°等方向对准标记对准。本实施例所用光场分割的方法，对对准标记100的任意方向的衍射光场进行分割。分割线通过衍射光场的旋转对称中心，经过分离后的不同级次光在光场变换模块20内分别经过不同的路径，最后再重叠，实现各级次对准衍射光正负级的光斑叠加，当对准标记移动时，即可产生对准信号。此处的光场分割是指对级次光进行不同的光学操作，如偏振态分光、方向调节等。探测模块30可以包括光电探测器，将光信号转换为电信号，处理模块40根据探测模块30获取的电信号检测对准状态。

对准标记100的正负级次的衍射光场叠加可以表示成：

其中，A₊与A_-分别是正级次和负级次光的光振幅，

与

分别是正级次光和负级次光的初始相位。当对准标记相对照明光束移动时，正级次相位

与负级次相位

将产生变化，假设正级次相位变化为

那负级次相位变化为

那么上式(1)可表示为：

而相位变化

与照明光束相对对准零位的位置有关。可表示为：

这里n表示对准标记衍射级次，X表示照明光束位置，X₀表示对准位置，X_p表示对准标记的周期。

图2所示为本发明实施例提供的一种对准标记的衍射光场示意图。其中，1是照明光束，2是对准物镜，3是对准标记，4是对准标记的衍射光场。图3所示为图2中的衍射光场正负级次的分割示意图。其中，(a)描述了一般对准标记的衍射光场方向，分割线应选择避开衍射光场的方向，例如衍射光场方向为x、45°、y和135°，分割线可以为图中所示的22.5°、67.5°、112.5°和167.5°。(b)给出了当分割线为67.5°时的情况。图中21和22为分割的两个光场区域。

图4所示为本发明实施例提供的一种分割光场的经过不同的路径转换后再叠加的示意图。其中(a)表示对准标记衍射光场，31和32分别表示分割区域，(b)表示分割光场的分离部分分别走不同的路径，其自身坐标系分别为x₁、y₁和x₂、y₂。(c)表示分割光场进行空间的转换，这里取例是旋转，(d)表示最后31和32光场重叠的情况。为了方便表达分割光场中正负级次的叠加情况，不妨假定对准标记衍射光场只有一个衍射级次，图5所示为本发明实施例提供的另一种分割光场的经过不同的路径转换后再叠加的示意图。示例性的，参考图5(a)，只有3级次光，分割线选择在67.5°，31和32分别是分割区域，(b)表示分割光场的分离部分分别走不同的路径，其自身坐标系分别为x₁、y₁和x₂、y₂。(c)表示分割光场进行空间的转换，这里取例是旋转，(d)表示最后31和32光场重叠的情况。最终实现了衍射级次的正负光斑重叠。

另外，现有的自参考方案中，为了兼容不同周期的对准标记，接收端一般将所有级次信号收集至点探测器接收，对于单个波长会有两路干涉信号，如果两路干涉信号存在相位差，就会导致信号对比度的下降。此时就需要自参考干涉两个棱镜两路光程差尽量的小，例如当采用532nm波长，在-200nm～200nm不同光程差下情况下，55nm光程差就会导致信号对比度下降20％，这对棱镜加工和胶合是个挑战。本实施例采用光场分割的方式，分割后光场分别走不同的路径，重合时只有一路叠加信号，所以不会产生由于棱镜光程差导致的信号对比度下降问题。

本实施例的技术方案，通过光源模块出射第一偏振光，第一偏振光入射至对准标记；通过光场变换模块接收对准标记衍射出的第一光束，并将第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，分割线经过第一光束所形成光场的中心，且分割线与衍射级次的方向不重合；第二光束和第三光束在光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在光场变换模块的出射端重叠；通过探测模块接收光场变换模块出射的第二光束和第三光束的叠加光束；通过处理模块根据探测模块获取的叠加信号检测对准标记的对准状态，从而实现任意方向的对准标记的对准；而且分割后光场沿不同的传输路径传输，重合时只有一路叠加信号，不会产生由于光程差导致的信号对比度下降问题。

在上述技术方案的基础上，可选的，光场变换模块包括第一棱镜，第一棱镜包括第一光场分割面、多个第一反射面和多个第二反射面；第一光场分割面包括第一区域和第二区域，第一区域用于透射第二光束，第二区域用于反射第三光束；第二光束经过多个第一反射面反射后传输至第一棱镜的出射端；第三光束经过多个第二反射面反射后传输至第一棱镜的出射端，与第二光束重叠。

示例性的，图6所示为本发明实施例提供的一种第一棱镜的光路传输示意图。参考图6，入射光线OA，照射在A点，A处是第一棱镜的第一光场分割面，其中反射光线(第三光束)为AB1。反射光线AB1照射在B1点，B1处是第一棱镜的一个第二反射面，反射光线为B1C1。反射光线B1C1照射在C1点，C1处是第一棱镜的一个第二反射面，反射光线为C1D1。反射光线C1D1照射在D1点，D1处是第一棱镜的一个第二反射面，反射光线为D1E1。E处为输出分界面，这里可以是半透半反，透射走EF支路，反射走EG支路。

如图6所示，十字箭头标记：a、b、c、d分别表示此平面内光场的四个不同方位。在每个线段上分别标注了a、b、c、d光场的空间分布状态。

类似的，入射光线OA，照射在A点，A处是第一棱镜的第一光场分割面，其中透射光线(第二光束)为AB2。透射光线AB2照射在B2点，B2处是第一棱镜的一个第一反射面，反射光线为B2C2。反射光线B2C2照射在C2点，C2处是第一棱镜的一个第一反射面，反射光线为C2D2。反射光线C2D2照射在D2点，D2处是第一棱镜的一个第一反射面，反射光线为D2E。照射在E点，E处是半透半反，透射走EG支路，反射走EF支路。

总结的，入射光线OA，照射在A点，反射光线为AB1，透射光线为AB2，分别遵循图4和图5中光线的传播方式。具体为：OA-AB1-B1C1-C1D1-D1E-EF和OA-AB2-B2C2-C2D2-D2E-EF重叠，OA-AB1-B1C1-C1D1-D1E-EG和OA-AB2-B2C2-C2D2-D2E-EG重叠。每个出射光束均为原衍射光场的一半光场，重叠后实现正负级次的干涉。

图7所示为图6中面AMEN入射和出射区域示意图。AMEN面相对入射光场是个45°斜面，在A处和E处分别为入射光场分离面和出射光场分离面，其中A处为第一光场分割面，对衍射光场进行分割，分别为第一区域71和第二区域72，这里第一区域71反射，可镀反射膜，而第二区域72透射，可不镀或者镀透射膜。在出射区域E处，可选择50％分光膜。

下面对图6所示的第一棱镜的传输原理进行详细描述。

镜面的反射矩阵为：

其中，n_x、n_y、n_z分别为面的法向量在笛卡尔坐标系中的值。

图6中光线经过OA-AB1-B1C1-C1D1-D1E-EF，经历的反射矩阵为：

N_D1C1B1A＝N_D1*N_C1*N_B1*N_A (6)

具体为：

图6中光线经过OA-AB2-B2C2-C2D2-D2E-EF，经历的反射矩阵为：

N_ED2C2B2＝N_E*N_D2*N_C2*N_B2 (8)

具体为：

OA-AB1-B1C1-C1D1-D1E-EF入射光场的状态分别为：

b_in＝[0；1；0]，c_in＝[-1；0；0]，OA_in＝[0；0；1]。

图6的出射光场状态分别为：

b_out_1＝N_D1C1B1A*b_in＝[-1；0；0] (11)

c_out_1＝N_D1C1B1A*c_in＝[0；0；-1] (12)

EF_out_1＝N_D1C1B1A*OA_in＝[0；-1；0] (13)

OA-AB2-B2C2-C2D2-D2E-EF的出射光场状态分别为：

a_out_2＝N_ED2C2B2*a_in＝[0；0；-1] (14)

d_out_2＝N_ED2C2B2*d_in＝[-1；0；0] (15)

EF_out_2＝N_ED2C2B2*OA_in＝[0；-1；0] (16)

同理可以求出OA-AB1-B1C1-C1D1-D1E-EG和OA-AB2-B2C2-C2D2-D2E-EG光场叠加状态。

在干涉信号方面，不考虑分开级次所走光程差带来的相位差，如果OA-AB1-B1C1-C1D1-D1E-EF与OA-AB2-B2C2-C2D2-D2E-EF信号可表示为：

那么OA-AB1-B1C1-C1D1-D1E-EG和OA-AB2-B2C2-C2D2-D2E-EG的干涉信号可表示为：

对偏振态的变换情况可总结为：如果入射为P偏振光，那么出射为S偏振光，入射为S偏振光，出射为P偏振光。并且在不考虑A处面和E处面带来的相位影响，两个光路带来的相位延时是一致的。

图8和图9所示分别是本发明实施例提供的一种第一棱镜的局部结构示意图，其中图8示出的是第三光束的传输过程，图9示出的是第二光束的传输过程，该实施例示出了4个反射面，其中一个为偏振分光膜，3个为棱镜的内反面。其中带箭头的线条为光线传播路径。在其他实施例中，反射面的数量可以根据实际需求设计，本发明实施例对此不作限定。

图10所示为图8和图9中棱镜组合为第一棱镜的结构示意图。其中带箭头的线条为光线传播路径。

上述实施例中，衍射光场在棱镜内部利用镀膜的方式进行光场分割，在其他实施例中，也可以在衍射光场进入棱镜之前进行分割，这样可以避免棱镜内部镀两种不同的膜层。可选的，光场变换模块包括光场分割单元和第二棱镜，第二棱镜包括分束面、多个第三反射面和多个第四反射面；光场分割单元用于将第一光束分为第二光束和第三光束；分束面用于透射第二光束，反射第三光束；第二光束经过多个第三反射面反射后传输至第二棱镜的出射端；第三光束经过多个第四反射面反射后传输至第二棱镜的出射端，与第二光束重叠。

通过设置光场分割单元，可以将衍射光场的第一光束在进入第二棱镜前就进行光场分割，其中第二棱镜的结构可以和前述实施例中第一棱镜相同，不同的是不需要在棱镜内部分光A和E处镀不一样的膜层，可以采用同一种膜系设计，比如偏振分束(PBS)膜。

可选的，第一偏振光为圆偏振光，光场分割单元包括拼接设置的第一四分之一波片和第二四分之一波片，第一四分之一波片的快轴方向与第二四分之一波片的快轴方向垂直，且第一四分之一波片和第二四分之一波片的拼接线与分割线重合。

示例性的，图11所示为本发明实施例提供的一种光场分割单元的原理示意图，参考图11，入射的第一偏振光为圆偏振光，光场分割单元采用组合四分之一波片的方式，两个波片的快轴方向相互垂直，本实施例中以67.5°分割线为例，并不是对本发明实施例的限定，经过波片后，衍射光场不同区域偏振态相互垂直。

可选的，第一偏振光为线偏振光，光场分割单元包括拼接设置的第一二分之一波片和第二二分之一波片，第一二分之一波片的快轴方向和第二二分之一波片的快轴方向关于第一偏振光的偏振方向对称，且第一二分之一波片和第二二分之一波片的拼接线与分割线重合。

示例性的，图12所示为本发明实施例提供的另一种光场分割单元的原理示意图，参考图12，入射的第一偏振光为45°线偏振光，光场分割单元采用组合二分之一波片的方式，两个波片的快轴方向关于分割线对称，本实施例中以67.5°分割线为例，并不是对本发明实施例的限定，经过波片后，衍射光场不同区域偏振态相互垂直。

图13所示为本发明实施例提供的一种第二棱镜的光路传输示意图。经过波片分割的光场将走不同的光路，最后在E处再合成一束发出。如图13所示。被波片分割的光场，b处和c处光偏振方向为垂直于入射面，a处和d处为平行于入射面。面AMEN为偏振分光膜。b、c边光场走右边光路，a、d边光场走里面的光路。最后在E处合成为EF光出射。这里由于a、d和c、b是相互垂直的偏振态。

可选的，第一偏振光为圆偏振光，光场变换模块包括偏振分束单元、第一光场变换单元和第二光场变换单元，探测模块包括第一探测单元和第二探测单元；偏振分束单元用于将对准标记衍射出的第一光束分束为第二偏振光和第三偏振光；第一光场变换单元用于接收第二偏振光，并将第二偏振光进行光场变换后从出射端出射至第一探测单元；第二光场变换单元用于接收第三偏振光，并将第三偏振光进行光场变换后从出射端出射至第二探测单元。

示例性的，图14所示为本发明实施例提供的另一种对准装置的结构示意图。参考图14，其中，光源模块10包括多个激光器101、合束器102、反射镜103以及偏振变换器件104，多个激光器101出射的激光束一起合束到合束器102，合束器102将激光束组合到一起并出射出线偏振光，出射光束照射至反射镜103，反射镜103反射光束至偏振变换器件104(可以为四分之一波片)，经过波片后，光束变成圆偏振光。由反射镜105反射后照射在对准标记100上。光束经过对准标记100衍射，衍射光照射在偏振分光单元201上，对衍射回来的光进行偏振分离。其中透射部分继续往上传播，照射至第一光场变换单元202上。另一路经过反射镜203转折至与第一光场变换单元202功能一样的第二光场变换单元204上。经过第一光场变换单元202以后，衍射光场的正负级次再次重叠，并且在第一光场变换单元202内部分成两路光束输出，两路信号光束分别由镜组301和302收集至第一探测单元303中。其他光束经过第二光场变换单元204以后，衍射光场的正负级次再次重叠，并且在第二光场变换单元204内部分成两路光束输出，两路信号光束分别由镜组304和305收集至第二探测单元306中。

可以理解的是，图14中的光场变换模块可以基于图6或图12所示的原理，若对应于图11中所示的原理，只需将偏振分束单元出射的两束光转换为圆偏振光即可。

可选的，继续参考图14，该对准装置还包括镜头50，镜头50用于将第一偏振光汇聚到对准标记100，还用于将对准标记100衍射出的第一光束汇聚到光场变换模块。

棱镜出射两束重叠的光束，其偏振态相互垂直，为了使两束光形成干涉，可选的，光场变换模块的出射端还包括偏振态调整单元，偏振态调整单元用于将出射端重叠的两束光调整为相同的偏振态。

示例性的，图15所示为本发明实施例提供的一种偏振态调整单元的结构示意图，图16所示为图15中二分之一波片的快轴方向示意图，图13中出射光束EF经过二分之一波片，如图16所示，快轴方向选择与X方向成22.5°。经过波片后的再经过PBS，P光和S光中即可包含正负级次光，从而实现对准信号的获得。

x方向的对准信号为：

y方向的对准信号为：

其中，A₊与A_-分别是正级次和负级次光的光振幅，

与

分别是正级次光和负级次光的初始相位。正负级次相位变化为

图17所示为本发明实施例提供的一种对准方法的流程示意图，本实施例提供的对准方法可采用上述实施例提供的任意一种对准装置执行，该对准方法包括：

步骤S110、光源模块出射第一偏振光，第一偏振光入射至对准标记。

其中，对准标记可以为光栅，光源模块可以包括多个波长的激光器，第一偏振光可以根据需求，选用线偏振光、圆偏振光等。

步骤S120、光场变换模块接收对准标记衍射出的第一光束，并将第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，第二光束和第三光束在光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在光场变换模块的出射端重叠。

其中，分割线经过第一光束所形成光场的中心，且第一方向与对准标记的对准方向具有一不为零的夹角。

步骤S130、探测模块接收光场变换模块出射的第二光束和第三光束的叠加光束。

步骤S140、处理模块根据探测模块获取的叠加信号检测对准标记的对准状态。

其中，探测模块可以包括光电探测器，将光信号转换为电信号，处理模块根据探测模块获取的电信号检测对准状态，具体对准原理参考上述对准装置中的原理解释，此处不再赘述。

本实施例的技术方案，通过光源模块出射第一偏振光，第一偏振光入射至对准标记；通过光场变换模块接收对准标记衍射出的第一光束，并将第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，分割线经过第一光束所形成光场的中心，且分割线与衍射级次的方向不重合；第二光束和第三光束在光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在光场变换模块的出射端重叠；通过探测模块接收光场变换模块出射的第二光束和第三光束的叠加光束；通过处理模块根据探测模块获取的叠加信号检测对准标记的对准状态，从而实现任意方向的对准标记的对准；而且分割后光场沿不同的传输路径传输，重合时只有一路叠加信号，不会产生由于光程差导致的信号对比度下降问题。

在上述技术方案的基础上，可选的，光场变换模块包括第一棱镜，第一棱镜包括第一光场分割面、多个第一反射面和多个第二反射面；第一光束通过第一光场分割面分为第二光束和第三光束；第二光束经过多个第一反射面反射后传输至第一棱镜的出射端；第三光束经过多个第二反射面反射后传输至第一棱镜的出射端，与第二光束重叠。通过第一棱镜直接实现光束分束，可以简化结构。

可选的，光场变换模块包括光场分割单元和第二棱镜，第二棱镜包括分束面、多个第三反射面和多个第四反射面；第一光束通过光场分割单元分为第二光束和第三光束；第二光束经过分束面透射和多个第三反射面反射后传输至第二棱镜的出射端；第三光束经过分束面反射和多个第四反射面反射后传输至第二棱镜的出射端，与第二光束重叠。通过在衍射光场进入棱镜之前进行分割，这样可以避免棱镜内部镀两种不同的膜层，有利于降低成本。

本发明实施例还提供一种光刻系统，包括上述实施例提供的任意一种对准装置。

由于本发明实施例提供的光刻系统包括上述实施例提供的任意一种对准装置，因此具备对准装置相同或响应的技术效果，此处不再详述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种对准装置，其特征在于，用于检测对准标记，包括光源模块、光场变换模块、探测模块以及处理模块；

所述光源模块用于出射第一偏振光，所述第一偏振光入射至所述对准标记；

所述光场变换模块用于接收所述对准标记衍射出的第一光束，并将所述第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，所述第二光束和所述第三光束在所述光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在所述光场变换模块的出射端重叠；

所述探测模块用于接收所述光场变换模块出射的所述第二光束和所述第三光束的叠加光束；

所述处理模块与所述探测模块连接，用于根据所述探测模块获取的叠加信号检测所述对准标记的对准状态；

其中，所述分割线经过所述第一光束所形成光场的中心，且所述第一方向与所述对准标记的对准方向具有一不为零的夹角。

2.根据权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述光场变换模块包括第一棱镜，所述第一棱镜包括第一光场分割面、多个第一反射面和多个第二反射面；

所述第一光场分割面包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于透射所述第二光束，所述第二区域用于反射所述第三光束；

所述第二光束经过多个所述第一反射面反射后传输至所述第一棱镜的出射端；

所述第三光束经过多个所述第二反射面反射后传输至所述第一棱镜的出射端，与所述第二光束重叠。

3.根据权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述光场变换模块包括光场分割单元和第二棱镜，所述第二棱镜包括分束面、多个第三反射面和多个第四反射面；

所述光场分割单元用于将所述第一光束分为第二光束和第三光束；

所述分束面用于透射所述第二光束，反射所述第三光束；

所述第二光束经过多个所述第三反射面反射后传输至所述第二棱镜的出射端；

所述第三光束经过多个所述第四反射面反射后传输至所述第二棱镜的出射端，与所述第二光束重叠。

4.根据权利要求3所述的对准装置，其特征在于，所述第一偏振光为圆偏振光，所述光场分割单元包括拼接设置的第一四分之一波片和第二四分之一波片，所述第一四分之一波片的快轴方向与所述第二四分之一波片的快轴方向垂直，且所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片的拼接线与所述分割线重合。

5.根据权利要求3所述的对准装置，其特征在于，所述第一偏振光为线偏振光，所述光场分割单元包括拼接设置的第一二分之一波片和第二二分之一波片，所述第一二分之一波片的快轴方向和所述第二二分之一波片的快轴方向关于所述第一偏振光的偏振方向对称，且所述第一二分之一波片和所述第二二分之一波片的拼接线与所述分割线重合。

6.根据权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第一偏振光为圆偏振光，所述光场变换模块包括偏振分束单元、第一光场变换单元和第二光场变换单元，所述探测模块包括第一探测单元和第二探测单元；

所述偏振分束单元用于将所述对准标记衍射出的第一光束分束为第二偏振光和第三偏振光；

所述第一光场变换单元用于接收所述第二偏振光，并将所述第二偏振光进行光场变换后从出射端出射至所述第一探测单元；

所述第二光场变换单元用于接收所述第三偏振光，并将所述第三偏振光进行光场变换后从出射端出射至所述第二探测单元。

7.根据权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述光源模块包括多个波长的激光器。

8.根据权利要求1所述的对准装置，其特征在于，还包括镜头，所述镜头用于将所述第一偏振光汇聚到所述对准标记，还用于将所述对准标记衍射出的第一光束汇聚到所述光场变换模块。

9.根据权利要求1～8任一所述的对准装置，其特征在于，所述光场变换模块的出射端还包括偏振态调整单元，所述偏振态调整单元用于将出射端重叠的两束光调整为相同的偏振态。

10.一种对准方法，其特征在于，采用权利要求1～9任一所述的对准装置执行，包括：

光源模块出射第一偏振光，所述第一偏振光入射至对准标记；

光场变换模块接收所述对准标记衍射出的第一光束，并将所述第一光束沿第一方向的分割线分为第二光束和第三光束，所述第二光束和所述第三光束在所述光场变换模块内沿不同的传输路径传输，在所述光场变换模块的出射端重叠；

探测模块接收所述光场变换模块出射的所述第二光束和所述第三光束的叠加光束；

处理模块根据所述探测模块获取的叠加信号检测所述对准标记的对准状态；

其中，所述分割线经过所述第一光束所形成光场的中心，且所述第一方向与所述对准标记的对准方向具有一不为零的夹角。

11.根据权利要求10所述的对准方法，其特征在于，所述光场变换模块包括第一棱镜，所述第一棱镜包括第一光场分割面、多个第一反射面和多个第二反射面；

所述第一光束通过所述第一光场分割面分为所述第二光束和所述第三光束；

所述第二光束经过多个所述第一反射面反射后传输至所述第一棱镜的出射端；

所述第三光束经过多个所述第二反射面反射后传输至所述第一棱镜的出射端，与所述第二光束重叠。

12.根据权利要求11所述的对准方法，其特征在于，所述光场变换模块包括光场分割单元和第二棱镜，所述第二棱镜包括分束面、多个第三反射面和多个第四反射面；

所述第一光束通过所述光场分割单元分为第二光束和第三光束；

所述第二光束经过所述分束面透射和多个所述第三反射面反射后传输至所述第二棱镜的出射端；

所述第三光束经过所述分束面反射和多个所述第四反射面反射后传输至所述第二棱镜的出射端，与所述第二光束重叠。

13.一种光刻系统，其特征在于，包括权利要求1～9任一所述的对准装置。

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