CN114690594A - 对准装置、光刻机及对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对准装置、光刻机及对准方法。所述光照单元提供的所述光照经光栅标记发生衍射并产生衍射光，所述衍射光经所述分光单元分为具有第二偏振方向的第三衍射光和具有第一偏振方向的第四衍射光。所述第三衍射光和所述第四衍射光经所述第一波片透射后，以在第一偏振方向和第二偏振方向均发生干涉并产生干涉光。再由第一探测器和第二探测器分别获取所述干涉光中的第一偏振光和第二偏振光的光能量。当移动所述光栅标记至所述第一探测器和所述第二探测器分别获取的所述光能量均达到预设值时，所述光栅标记的所在位置为对准位置。因此，本发明无需使用自参考干涉棱镜，即可实现衍射级次的干涉，不但成本低，操作简便，而且对准精度高。

Description

对准装置、光刻机及对准方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种对准装置、光刻机及对准方法。

背景技术

在集成电路制造技术领域中，光刻机能够将掩模版图案施加至硅片(也可以称为衬底)的光刻胶等感光膜层上，以制备所需的电路结构。为了精准控制每次光刻对应在硅片上的位置，需要在硅片上设置光刻对准标记(通常为光栅标记)，并通过设置相应的一个或多个对准装置来测定硅片上相应的光刻对准标记的位置，进而确定硅片的对准位置。

目前常用的对准装置利用自参考干涉棱镜以实现衍射光的干涉，进而测定硅片上的光栅标记的位置。但基于自参考干涉棱镜的对准装置存在一些难以避免的缺陷。例如，自参考干涉棱镜采用需要经过特殊光学设计和制造的棱镜部件，其加工指标高，装调难度大，所需成本较高；以及，自参考干涉棱镜通常比较笨重，这会产生低带宽震动模等一些负面效应，最终会影响对准精度。

因此，需要一种新的对准装置及对准方法，来避免使用自参考干涉棱镜所带来的弊端，以降低对准测量成本、提高对准精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对准装置、光刻机及对准方法，以解决对准测量成本高和对准精度低中的至少一个问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种对准装置，所述对准装置包括：光照单元、分光单元和探测单元；其中，

所述光照单元用于提供光照；

所述分光单元包括第一偏振分光棱镜、第一镜组和第二镜组；所述光照经一光栅标记发生衍射并产生衍射光，所述衍射光经所述第一偏振分光棱镜分为具有第一偏振方向的第一衍射光和具有第二偏振方向的第二衍射光；所述第一衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射后，经所述第一镜组转换为具有第二偏振方向的第三衍射光，所述第三衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射至所述探测单元；所述第二衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射后，经所述第二镜组转换为具有第一偏振方向的第四衍射光，所述第四衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射至所述探测单元；

所述探测单元包括第一波片、第二偏振分光棱镜、第一探测器和第二探测器；所述第三衍射光和所述第四衍射光经所述第一波片透射后改变偏振方向，以在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉，并形成干涉光；所述干涉光经所述第二偏振分光棱镜分为第一偏振光和第二偏振光；所述第一探测器获取所述第一偏振光的光能量，所述第二探测器获取所述第二偏振光的光能量；

当移动所述光栅标记至所述第一探测器和所述第二探测器分别获取的所述光能量均达到预设值时，所述光栅标记的所在位置为对准位置。

可选的，在所述的对准装置中，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向相互垂直。

可选的，在所述的对准装置中，所述第一偏振光具有第一偏振方向，所述第二偏振光具有第二偏振方向。

可选的，在所述的对准装置中，所述第一镜组包括第二波片和第一等腰直角三棱镜；所述第二镜组包括第三波片和第二等腰直角三棱镜；其中，所述第一等腰直角三棱镜和所述第二等腰直角三棱镜的直角边所在的两个面上均镀有反射膜；

所述第一衍射光经所述第二波片后，进入所述第一等腰直角三棱镜，并依次经所述第一等腰直角三棱镜直角边所在的两个面反射，再次经所述第二波片后，改变偏振方向为第二偏振方向，以形成所述第三衍射光；

所述第二衍射光经所述第三波片后，进入所述第二等腰直角三棱镜，并依次经所述第二等腰直角三棱镜直角边所在的两个面反射，再次经所述第三波片后，改变偏振方向为第一偏振方向，以形成所述第四衍射光。

可选的，在所述的对准装置中，所述第二波片和所述第三波片均为二分之一波片。

可选的，在所述的对准装置中，所述第三衍射光的光场关于第一平面对称，所述第四衍射光的光场关于第二平面对称；其中，所述第一平面为所述第一等腰直角三棱镜的对称面，且垂直于对应斜边的所在平面；所述第二平面为所述第二等腰直角三棱镜的对称面，且垂直于对应斜边的所在平面。

可选的，在所述的对准装置中，所述第二波片和所述第一等腰直角三棱镜能够沿第一时针方向同步转动，所述第三波片和所述第二等腰直角三棱镜能够沿第二时针方向同步转动。

可选的，在所述的对准装置中，所述第一时针方向为顺时针方向时，所述第二时针方向为逆时针方向；或者，所述第一时针方向为逆时针方向时，所述第二时针方向为顺时针方向。

可选的，在所述的对准装置中，当所述第一等腰直角三棱镜沿第一时针方向转动角度θ时，所述第二波片同步转动角度θ/2，所述第二等腰直角三棱镜沿第二时针方向转动角度θ，所述第三波片同步转动角度θ/2，此时所述第二波片和\或第三波片的快轴方向相对所述第一偏振方向之间的夹角β与转动角度θ满足如下公式：

4β+2θ＝90°×(2k+1)；

其中，k为整数。

可选的，在所述的对准装置中，所述第一镜组包括第四波片、第一平凸柱面镜和第一反射镜；所述第二镜组包括第五波片、第二平凸柱面镜和第二反射镜；其中，

所述第一衍射光先经所述第四波片透射后，依次经所述第一平凸柱面镜透射和第一反射镜反射，再次经所述第四波片透射，改变偏振方向为第二偏振方向，以形成第三衍射光；

所述第二衍射光先经所述第五波片透射后，依次经所述第二平凸柱面镜透射和第二反射镜反射，再次经所述第五波片透射，改变偏振方向为第一偏振方向，以形成第四衍射光。

可选的，在所述的对准装置中，所述第四波片和所述第五波片均为四分之一波片。

可选的，在所述的对准装置中，所述第三衍射光的光场关于第三平面对称，所述第四衍射光的光场关于第四平面对称；其中，所述第三平面为所述第一平凸柱面镜的对称面，且垂直于对应平面；所述第四平面为所述第二平凸柱面镜的对称面，且垂直于对应平面。

可选的，在所述的对准装置中，所述对准装置还包括第三反射镜、第六波片和物镜；所述光照经所述第三反射镜反射，垂直照射于所述光栅标记上发生衍射，并产生衍射光，所述衍射光经所述物镜汇聚后，经所述第六波片透射后，以使所述衍射光呈45度线偏振光进入所述分光单元。

可选的，在所述的对准装置中，所述第六波片为二分之一波片。

可选的，在所述的对准装置中，所述第一波片为二分之一波片。

基于同一发明构思，本发明还提供一种光刻机，所述光刻机包括所述对准装置。

基于同一发明构思，本发明还提供一种对准方法，包括：

所述光照单元提供光照；

所述光照经所述光栅标记发生衍射并产生衍射光，所述衍射光经所述分光单元的所述第一偏振分光棱镜分为具有第一偏振方向的第一衍射光和具有第二偏振方向的第二衍射光；所述第一衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射后，经所述第一镜组转换为具有第二偏振方向的第三衍射光，所述第三衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射至所述探测单元；所述第二衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射后，经所述第二镜组转换为具有第一偏振方向的第四衍射光，所述第四衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射至所述探测单元；

所述第三衍射光和所述第四衍射光经所述探测单元中的所述第一波片透射后改变偏振方向，以在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉，并形成干涉光；所述干涉光经所述第二偏振分光棱镜分为第一偏振光和第二偏振光；所述第一探测器获取所述第一偏振光的光能量，所述第二探测器获取所述第二偏振光的光能量；

移动工件台以带动所述光栅标记移动，当所述第一探测器和所述第二探测器分别获取的所述光能量均达到预设值时，所述光栅标记的所在位置为对准位置。

综上所述，本发明提供一种对准装置、光刻机及对准方法。其中，所述对准装置包括：光照单元、分光单元和探测单元。所述光照单元提供的所述光照经一光栅标记发生衍射并产生衍射光，所述衍射光经所述第一偏振分光棱镜分为具有第一偏振方向的第一衍射光和具有第二偏振方向的第二衍射光。所述第一衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射后，经所述第一镜组转换为具有第二偏振方向的第三衍射光，所述第三衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射至所述探测单元；所述第二衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射后，经所述第二镜组转换为具有第一偏振方向的第四衍射光，所述第四衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射至所述探测单元。

所述第三衍射光和所述第四衍射光经所述第一波片透射后改变偏振方向，以在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉，并形成干涉光。所述干涉光经所述第二偏振分光棱镜分为第一偏振光和第二偏振光。所述第一探测器获取所述第一偏振光的光能量，所述第二探测器获取所述第二偏振光的光能量。当移动所述光栅标记至所述第一探测器和所述第二探测器分别获取的所述光能量均达到预设值时，所述光栅标记的所在位置为对准位置。因此，本发明利用分光单元将所述衍射光分为第三衍射光和第四衍射光，并通过所述第一波片实现二者在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉并产生干涉光，由第一探测器和第二探测器分别获取所述干涉光中的第一偏振光和第二偏振光的光能量，无需使用自参考干涉棱镜，即可实现衍射级次的干涉，同时还能够兼容具有多种排布方向的衍射光。不但成本低，操作简便，而且对准精度高。

附图说明

图1是本发明实施例一中的对准装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的分光单元的结构示意图；

图3是本发明实施例一中的第二衍射光的光路示意图；

图4是本发明实施例一中的分光单元的结构示意图；

图5是本发明实施例一中的偏振方向变化示意图；

图6是本发明实施例二中的分光单元的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种对准装置、光刻机及对准方法作进一步详细说明。根据下面说明，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。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

<实施例一>

为解决上述技术问题，本实施例提供一种对准装置，请参阅图1-2，所述对准装置包括：光照单元10、分光单元20和探测单元30。其中，所述光照单元10用于提供光照。所述光照单元10为一发光器，所述发光器提供线偏振光。

所述分光单元20包括第一偏振分光棱镜PBS1、第一镜组201和第二镜组202。其中，偏振分光棱镜具有如下特征：反射第一偏振方向的光，以及透过第二偏振方向的光。所述第一偏振方向和所述第二偏振方向相互垂直。所述光照经一光栅标记M发生衍射并产生衍射光。图2中abcd为所述衍射光的光场分布，ac方向与bd方向相互垂直。其中，所述衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1分为具有第一偏振方向的第一衍射光和具有第二偏振方向的第二衍射光。所述第一衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1反射后，经所述第一镜组201转换为具有第二偏振方向的第三衍射光，所述第三衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1透射至所述探测单元30。所述第二衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1透射后，经所述第二镜组202转换为具有第一偏振方向的第四衍射光，所述第四衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1反射至所述探测单元30。

其中，所述探测单元30包括第一波片301、第二偏振分光棱镜PBS2、第一探测器PD1和第二探测器PD2。所述第一波片301为二分之一波片。所述第三衍射光和所述第四衍射光经所述第一波片301透射后，改变偏振方向为+45度偏振和\或-45度偏振，从而能够实现二者在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉，并形成干涉光。所述干涉光经所述第二偏振分光棱镜PBS2分为第一偏振光和第二偏振光。所述第一偏振光具有第一偏振方向，所述第二偏振光具有第二偏振方向。所述第一探测器PD1获取所述第一偏振光的光能量，所述第二探测器PD2获取所述第二偏振光的光能量。当移动所述光栅标记M至所述第一探测器PD1和所述第二探测器PD2分别获取的所述光能量均达到预设值时，所述光栅标记M的所在位置为对准位置。可选的，所述第一探测器PD1和所述第二探测器PD2为点能量探测器。

此外，所述对准装置还包括第三反射镜40、第六波片60和物镜50。所述光照经所述第三反射镜40反射，垂直照射于所述光栅标记M上发生衍射，并产生衍射光，所述衍射光经所述物镜50汇聚后，经所述第六波片60透射后，改变偏振方向，再进入所述分光单元20。其中，所述第六波片60为二分之一波片，以使得所述衍射光以45度线偏振光进入所述分光单元，经第一偏振分光棱镜PBS1分出的第一衍射光和第二衍射光的光能量相等，以降低误差。

因此，本实施例提供的所述对准装置无需使用自参考干涉棱镜，即可实现衍射级次的干涉，不但成本低，操作简便，而且对准精度高。

进一步的，请参阅图2，所述第一镜组201包括第二波片2011和第一等腰直角三棱镜2012。所述第二镜组202包括第三波片2021和第二等腰直角三棱镜2022。其中，所述第一等腰直角三棱镜2011和所述第二等腰直角三棱镜2022的直角边所在的两个面上均镀有反射膜。所述第二波片2011和所述第三波片2021均为二分之一波片。因此，所述第一衍射光经所述第二波片2011后，进入所述第一等腰直角三棱镜2012，并依次经所述第一等腰直角三棱镜直角边所在的两个面反射，再次经所述第二波片2011后，改变偏振方向为第二偏振方向，以形成所述第三衍射光。所述第二衍射光经所述第三波片2021后，进入所述第二等腰直角三棱镜2022，并依次经所述第二等腰直角三棱镜2022直角边所在的两个面反射，再次经所述第三波片2021后，改变偏振方向为第一偏振方向，以形成所述第四衍射光。

其中，因所述第一等腰直角三棱镜2012和所述第二等腰直角三棱镜2022的反射作用，所述第三衍射光的光场关于第一平面对称，所述第四衍射光的光场关于第二平面对称，以实现后续光的传播中所述第三衍射光和所述第四衍射光的正负级次干涉。其中，所述第一平面为所述第一等腰直角三棱镜2012的对称面，且垂直于对应斜边的所在平面。即能够将所述第一等腰直角三棱镜2012均分为两个相等的子等腰直角三棱镜的平面。所述第二平面为所述第二等腰直角三棱镜2022的对称面，且垂直于对应斜边的所在平面。即能够将所述第二等腰直角三棱镜2022均分为两个相等的子等腰直角三棱镜的平面。

具体的，请参阅图3，所述第二衍射光中的光束B1和光束D1为分别入射所述第二等腰直角三棱镜2022两个直角边所在平面的两个光束。光束B2和光束D2为对应光束B1和光束D1经所述第二等腰直角三棱镜2022两个直角边所在平面反射后出射光束。由此可知，出射的光束形成的光场光于轴ac所在平面对称。因图3为光路俯视图，故轴ac所在平面为垂直于所述第二等腰直角三棱镜2022的平面，且过对应的两个直角边的交点。出射的光束经所述第三波片2021透射后，形成所述第四衍射光。则所述第四衍射光的光场是呈镜面对称的。同样，所述第三衍射光的光场也是呈镜面对称的。由此，经所述第一波片301后，可实现衍射光的正负级次依次相干，获得相应的干涉光。

但由于等腰直角三棱镜的设计特点，衍射光存在照射于等腰直角三棱镜的棱边上，经过棱边的衍射光可能出现反射率误差、反射角误差、相位误差等问题，其强度、相位和传播方向会受到影响。

因此，为避免衍射光照射于等腰直角三棱镜的棱边上，所述第二波片2011和所述第一等腰直角三棱镜2012能够沿第一时针方向同步转动，所述第三波片2021和所述第二等腰直角三棱镜2022能够沿第二时针方向同步转动。进一步的，所述第一时针方向为顺时针方向时，所述第二时针方向为逆时针方向；或者，所述第一时针方向为逆时针方向时，所述第二时针方向为顺时针方向。

请参阅图4，当所述第一等腰直角三棱镜2012沿第一时针方向转动角度θ时，所述第二波片2011同步转动角度θ/2，所述第二等腰直角三棱镜2022沿第二时针方向转动角度θ，所述第三波片2021同步转动角度θ/2。相应的所述第三衍射光和所述第四衍射光的光场的对称面也相应转动。其中，图4中br-dr示意所述第三衍射光光场的对称面，ar-cr示意所述第四衍射光光场的对称面。

请参阅图5，以所述第二衍射光为例，其中s为所述第一偏振方向，p为第二偏振方向，f为第二波片或第三波片(即二分之一波片)的快轴方向。其中，f与s方向夹角为β，ar-cr为所述第四衍射光光场的对称面的示意。具有第二偏振方向p的所述第二衍射光经所述第三波片2021偏振方向改变为方向1，此时经过第二等腰直角三棱镜2022，偏振方向改变为方向2，此时再次经过第三波片2021，偏振方向改变为s。则以θ＝22.5°为例，取β＝11.25°，则方向1与方向s夹角为β-(90°-β)＝-67.5°，方向2与方向s夹角为(90+67.5°-θ)+(90-θ)＝202.5°，方向2经过第三波片2021，偏振方向改变为β-(202.5°-β)＝-180°，即为s方向。因此，β取值与转动角度θ满足如下公式：

4β+2θ＝90°×(2k+1)；

其中，β为所述第二波片2011和\或第三波片2021的快轴方向相对所述第一偏振方向之间的夹角β，k为任意整数，可选的为1、2、3或4等。

进一步的，转动角度θ为0度时，β取值为±22.5°/±67.5°，可以得到所述第二波片2011和\或第三波片2021的旋转角度为转动角度θ的二分之一，旋转方向分别与所述第一等腰直角三棱镜2012和\或所述第二等腰直角三棱镜2022旋转方向相同。

故经转动一定角度后，可避免衍射光照射于等腰直角三棱镜的棱边上，从而降低误差，提高精度。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种光刻机，所述光刻机包括所述对准装置。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种对准方法，包括：

步骤一：所述光照单元10提供光照。

步骤二：所述光照经所述光栅标记M发生衍射并产生衍射光，所述衍射光经所述分光单元20的所述第一偏振分光棱镜PBS1分为具有第一偏振方向的第一衍射光和具有第二偏振方向的第二衍射光。所述第一衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1反射后，经所述第一镜组201转换为具有第二偏振方向的第三衍射光，所述第三衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1透射至所述探测单元30。所述第二衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1透射后，经所述第二镜组202转换为具有第一偏振方向的第四衍射光，所述第四衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1反射至所述探测单元30。

步骤三：所述第三衍射光和所述第四衍射光经所述探测单元30中的所述第一波片301透射后改变偏振方向为+45度偏振和\或-45度偏振，从而能够实现二者在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉，并形成干涉光。所述干涉光经所述第二偏振分光棱镜PBS2分为第一偏振光和第二偏振光。所述第一探测器PD1获取所述第一偏振光的光能量，所述第二探测器PD2获取所述第二偏振光的光能量。

步骤四：移动工件台以带动所述光栅标记M移动，当所述第一探测器PD1和所述第二探测器PD2分别获取的所述光能量均达到预设值时，所述光栅标记M的所在位置为对准位置。

其中，所述光栅标记的位移量x分别与所述第一探测器获取的所述光能量I₁和所述第二探测器获取的所述光能量I₂之间的关系如下：

其中，x为所述光栅标记的位移量，t为所述光栅标记的周期。

以下具体介绍，获取上述公式的计算过程：

请参阅图1-2，所述光栅标记M的衍射级次光场为：

其中，n为衍射级次，t为光栅标记M的周期，x为光栅标记M位移。在此我们先假设振幅为1，二分之一波片快轴与第一偏振方向夹角均为22.5度，且以+1与-1级衍射光为例。

所述衍射光经所述第一镜组201进入所述探测单元30的光路如下：

所述衍射光依次经物镜50、第六波片60，第一偏振分光棱镜PBS1，第二波片2011，第一等腰直角三棱镜2012，第二波片2011，第一偏振分光棱镜PBS1，第一波片301和第二偏振分光棱镜PBS2。

因此，所述第一探测器PD1中获取的经所述第一镜组201的所述第一偏振光的光场为：

所述第二探测器PD2中获取的经所述第一镜组201的所述第二偏振光的光场为：

所述衍射光经所述第二镜组202进入所述探测单元30的光路如下：

所述衍射光依次经物镜50、第六波片60，第一偏振分光棱镜PBS1，第三波片2021，第二等腰直角三棱镜2022，第三波片2021，第一偏振分光棱镜PBS1，第一波片301和第二偏振分光棱镜PBS2。

因此，所述第一探测器PD1中获取的经所述第二镜组202的所述第一偏振光的光场为：

所述第二探测器PD2中获取的经所述第二镜组202的所述第二偏振光的光场为：

其中，J为各光学器件的琼斯矩阵，E_in为所述衍射光的入射光场(1，0)。(E₊₁+E_-1)表示沿衍射分布方向的+1与-1级次的衍射光场。由于+1级与-1级衍射光的光程相等，故不产生额外的光程差。公式中下标为1和2，分别表示对应光束为第一偏振方向和第二偏振方向。

因此，所述第一探测器PD1探测到的所述第一偏振光的光能量I₁和所述第二探测器PD2探测到的所述第二偏振光的光能量I₂为：

其中，x为所述光栅标记的位移量，t为所述光栅标记的周期。

可见，随着光栅标记M的位移变化，光能量也随之变化，当达到波峰时，即为所需的对准位置。

<实施例二>

因实施例一中转动第一镜组和第二镜组，增加了对准操作的难度，且容易产生误差，故本实施例提供一中对准装置，以避免等腰直角三棱镜带来的弊端。本实施例仅介绍分光单元，其他部件请参照实施例一中的记载，在此不做赘述。

请参阅图6，所述第一镜组201包括第四波片2013、第一平凸柱面镜2014和第一反射镜2015。所述第二镜组202包括第五波片2023、第二平凸柱面镜2024和第二反射镜2025。本实施例中，采用第一平凸柱面镜2014和第一反射镜2015替代所述第一等腰直角三棱镜2012，以达到相同的效果。采用第二平凸柱面镜2024和第二反射镜2025替代所述第二等腰直角三棱镜2022，以达到相同的效果。且采用所述第一平凸柱面镜2014和所述第二平凸柱面镜2024，则不会出现衍射光分布与棱边的情况，可以兼容各方向排布的所述衍射光，提高对准精度。

其他光路可参照实施例一中的记载，分光单元中的具体光路如下：所述衍射光经所述第一偏振分光棱镜PBS1后，分为第一衍射光和第二衍射光。所述第一衍射光先经所述第四波片2013透射后，依次经所述第一平凸柱面镜2014透射和第一反射镜2015反射，再次经所述第四波片2014透射，改变偏振方向为第二偏振方向，以形成第三衍射光。

所述第二衍射光先经所述第五波片2023透射后，依次经所述第二平凸柱面镜2024透射和第二反射镜2025反射，再次经所述第五波片2024透射，改变偏振方向为第一偏振方向，以形成第四衍射光。其中，所述第四波片和所述第五波片均为四分之一波片。

同样，所述第三衍射光的光场关于第三平面对称，所述第四衍射光的光场关于第四平面对称。其中，所述第三平面为所述第一平凸柱面镜2014的对称面，且垂直于对应平面。所述第四平面为所述第二平凸柱面镜2024的对称面，且垂直于对应平面。

因此，本实施例提供的所述分光单元20，可以避免等腰直角三棱镜带来的弊端，降低操作难度，提高对准精度。

综上所述，在各实施例提供的所述对准装置、光刻机及对准方法中，利用分光单元将所述衍射光分为第三衍射光和第四衍射光，且所述第三衍射光和所述第四衍射光呈镜面对称，则各正负衍射级次不重合。再通过所述第一波片301改变偏振方向为+45度偏振和\或-45度偏振，从而能够实现二者在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉，并形成干涉光。所述第一探测器PD1和所述第二探测器PD2分别获取所述干涉光中的第一偏振光和第二偏振光的光能量，无需使用自参考干涉棱镜，即可实现衍射级次的干涉，不但成本低，操作简便，而且对准精度高。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (17)

1.一种对准装置，其特征在于，所述对准装置包括：光照单元、分光单元和探测单元；其中，

所述光照单元用于提供光照；

所述分光单元包括第一偏振分光棱镜、第一镜组和第二镜组；所述光照经一光栅标记发生衍射并产生衍射光，所述衍射光经所述第一偏振分光棱镜分为具有第一偏振方向的第一衍射光和具有第二偏振方向的第二衍射光；所述第一衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射后，经所述第一镜组转换为具有第二偏振方向的第三衍射光，所述第三衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射至所述探测单元；所述第二衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射后，经所述第二镜组转换为具有第一偏振方向的第四衍射光，所述第四衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射至所述探测单元；

所述探测单元包括第一波片、第二偏振分光棱镜、第一探测器和第二探测器；所述第三衍射光和所述第四衍射光经所述第一波片透射后改变偏振方向，以在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉，并形成干涉光；所述干涉光经所述第二偏振分光棱镜分为第一偏振光和第二偏振光；所述第一探测器获取所述第一偏振光的光能量，所述第二探测器获取所述第二偏振光的光能量；

当移动所述光栅标记至所述第一探测器和所述第二探测器分别获取的所述光能量均达到预设值时，所述光栅标记的所在位置为对准位置。

2.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向相互垂直。

3.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第一偏振光具有第一偏振方向，所述第二偏振光具有第二偏振方向。

4.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第一镜组包括第二波片和第一等腰直角三棱镜；所述第二镜组包括第三波片和第二等腰直角三棱镜；其中，所述第一等腰直角三棱镜和所述第二等腰直角三棱镜的直角边所在的两个面上均镀有反射膜；

所述第一衍射光经所述第二波片后，进入所述第一等腰直角三棱镜，并依次经所述第一等腰直角三棱镜直角边所在的两个面反射，再次经所述第二波片后，改变偏振方向为第二偏振方向，以形成所述第三衍射光；

所述第二衍射光经所述第三波片后，进入所述第二等腰直角三棱镜，并依次经所述第二等腰直角三棱镜直角边所在的两个面反射，再次经所述第三波片后，改变偏振方向为第一偏振方向，以形成所述第四衍射光。

5.如权利要求4所述的对准装置，其特征在于，所述第二波片和所述第三波片均为二分之一波片。

6.如权利要求4所述的对准装置，其特征在于，所述第三衍射光的光场关于第一平面对称，所述第四衍射光的光场关于第二平面对称；其中，所述第一平面为所述第一等腰直角三棱镜的对称面，且垂直于对应斜边的所在平面；所述第二平面为所述第二等腰直角三棱镜的对称面，且垂直于对应斜边的所在平面。

7.如权利要求4所述的对准装置，其特征在于，所述第二波片和所述第一等腰直角三棱镜能够沿第一时针方向同步转动，所述第三波片和所述第二等腰直角三棱镜能够沿第二时针方向同步转动。

8.如权利要求7所述的对准装置，其特征在于，所述第一时针方向为顺时针方向时，所述第二时针方向为逆时针方向；或者，所述第一时针方向为逆时针方向时，所述第二时针方向为顺时针方向。

9.如权利要求7所述的对准装置，其特征在于，当所述第一等腰直角三棱镜沿第一时针方向转动角度θ时，所述第二波片同步转动角度θ/2，所述第二等腰直角三棱镜沿第二时针方向转动角度θ，所述第三波片同步转动角度θ/2，此时所述第二波片和\或第三波片的快轴方向相对所述第一偏振方向之间的夹角β与转动角度θ满足如下公式：

4β+2θ＝90°×(2k+1)；

其中，k为整数。

10.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第一镜组包括第四波片、第一平凸柱面镜和第一反射镜；所述第二镜组包括第五波片、第二平凸柱面镜和第二反射镜；其中，

所述第一衍射光先经所述第四波片透射后，依次经所述第一平凸柱面镜透射和第一反射镜反射，再次经所述第四波片透射，改变偏振方向为第二偏振方向，以形成第三衍射光；

所述第二衍射光先经所述第五波片透射后，依次经所述第二平凸柱面镜透射和第二反射镜反射，再次经所述第五波片透射，改变偏振方向为第一偏振方向，以形成第四衍射光。

11.如权利要求10所述的对准装置，其特征在于，所述第四波片和所述第五波片均为四分之一波片。

12.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第三衍射光的光场关于第三平面对称，所述第四衍射光的光场关于第四平面对称；其中，所述第三平面为所述第一平凸柱面镜的对称面，且垂直于对应平面；所述第四平面为所述第二平凸柱面镜的对称面，且垂直于对应平面。

13.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述对准装置还包括第三反射镜、第六波片和物镜；所述光照经所述第三反射镜反射，垂直照射于所述光栅标记上发生衍射，并产生衍射光，所述衍射光经所述物镜汇聚后，经所述第六波片透射后，以使所述衍射光呈45度线偏振光进入所述分光单元。

14.如权利要求13所述的对准装置，其特征在于，所述第六波片为二分之一波片。

15.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述第一波片为二分之一波片。

16.一种光刻机，其特征在于，所述光刻机包括如权利要求1-15中任意一项所述对准装置。

17.一种对准方法，其特征在于，使用如权利要求1～15中任一项所述的对准装置，所述对准方法包括：

所述光照单元提供光照；

所述光照经所述光栅标记发生衍射并产生衍射光，所述衍射光经所述分光单元的所述第一偏振分光棱镜分为具有第一偏振方向的第一衍射光和具有第二偏振方向的第二衍射光；所述第一衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射后，经所述第一镜组转换为具有第二偏振方向的第三衍射光，所述第三衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射至所述探测单元；所述第二衍射光经所述第一偏振分光棱镜透射后，经所述第二镜组转换为具有第一偏振方向的第四衍射光，所述第四衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射至所述探测单元；

所述第三衍射光和所述第四衍射光经所述探测单元中的所述第一波片透射后改变偏振方向，以在所述第一偏振方向上和所述第二偏振方向上分别发生干涉，并形成干涉光；所述干涉光经所述第二偏振分光棱镜分为第一偏振光和第二偏振光；所述第一探测器获取所述第一偏振光的光能量，所述第二探测器获取所述第二偏振光的光能量；

移动工件台以带动所述光栅标记移动，当所述第一探测器和所述第二探测器分别获取的所述光能量均达到预设值时，所述光栅标记的所在位置为对准位置。

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