CN1949087B - 一种光刻装置的对准系统以及该对准系统的级结合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光刻装置的对准系统以及该对准系统的级结合系统，其对准系统包括光源模块，提供照明光源；照明模块，传输照明光源的光束，照明晶片上的对准标记；成像模块，使正、负级次的频谱光斑对应重叠相干，采用多色光分离系统实现多波长光信号的分离；探测模块，通过测量多个波长多级次衍射光斑对应位置处光强或位相的变化，得到对准标记的位置信息。对准系统的级结合系统使对准标记衍射频谱的正、负级次的频谱光斑对应重叠相干；采用多色光分离系统实现多波长光信号的分离；通过测量多个波长多级次衍射光斑对应位置处光强或位相的变化，得到对准标记的位置信息。本发明光刻装置的对准系统以及级结合系统能够提供较高的对准精度和稳定性。

Description

一种光刻装置的对准系统以及该对准系统的级结合系统
技术领域
本发明涉及集成电路IC或其它微型器件制造领域的光刻装置，尤其涉及一种光刻装置的对准系统以及该对准系统的级结合系统。
背景技术
现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。
光刻装置中关键的步骤是将掩模与晶片对准。第一层掩模图案在晶片上曝光后从装置中移开，在晶片进行相关的工艺处理后，进行第二层掩模图案的曝光，但为确保第二层掩模图案和随后掩模图案的像相对于晶片上已曝光掩模图案像的精确定位，需要将掩模和晶片进行精确对准。由光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在晶片中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系统，实现掩模和晶片的精确对准。当特征尺寸“CD”要求更小时，对套刻精度“Overlay”的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。
光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-晶片对准，即测出晶片在机器坐标系中的坐标(XW，YW，ФWZ)，及掩模在机器坐标系中的坐标(XR，YR，ФRZ)，并计算得到掩模相对于晶片的位置，以满足套刻精度的要求。现有技术有两种对准方案：一种是透过镜头的TTL对准技术，激光照明在晶片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物镜所收集的晶片对准标记的衍射光或散射光照射在掩模对准标记上，该对准标记可以为振幅或相位光栅。在掩模标记后设置探测器，当在投影物镜下扫描晶片时，探测透过掩模标记的光强，探测器输出的最大值表示正确的对准位置，该对准位置为用于监测晶片台位置移动的激光干涉仪的位置测量提供了零基准；另一种是OA离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于晶片上的多个对准标记以及晶片台上基准板的基准标记，实现晶片对准和晶片台对准；晶片台上基准板的基准标记与掩模对准标记对准，实现掩模对准；由此可以得到掩模和晶片的位置关系，实现掩模和晶片对准。
目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指均匀照明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息。高级衍射光以大角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波器滤掉零级光后，采集衍射光±1级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光(包括高级)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确定对准中心位置。
一种现有技术的情况是，荷兰ASML公司所采用的一种离轴对准系统，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合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与参考光栅形成的莫尔条纹的透过光强，得到正弦输出的对准信号.这种类型的对准系统通过双波长照明的确可以抑制干涉相消和对准标记非对称变形的影响.但是，由于只使用了两种可见波长的激光光源，而低k值的介质材料在可见光谱范围的吸收会导致对准信号强度的衰减，从而影响对准精度.另外，采用楔块列阵或楔板组合来实现多级衍射光的重叠、相干.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；而楔板组合的加工制造、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.此外，基于偏振分束棱镜的分光系统只能分离两种波长的色光，对多于两种波长以上的对准信号则无能为力.
另一种现有技术的情况是，荷兰ASML公司所采用的另外一种离轴对准系统，该对准系统通过一个旋转自参考干涉仪产生两个旋转±90度(相对旋转180度)重叠的对准标记像，在光瞳面探测重叠衍射级的干涉信号，根据标记扫描时各衍射级次的相对位相变化得到对准位置信息。该对准系统采用了多主截面、空间复合棱镜结构的旋转自参考干涉仪，棱镜的加工和装调公差要求很高，棱镜组胶合难度较大。该系统采用以中心波长优化的单个闪耀光栅进行多色光的分离，会导致边缘波长其他色光衍射效率的降低，从而导致对准信号强度的衰减，影响对准精度。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中光刻装置的对准系统所存在的不足，提供一种改进的光刻装置的对准系统以及该对准系统的级结合系统，它能够提供较高的对准精度和稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种光刻装置的对准系统，它包括：
光源模块，提供用于对准系统的照明光源；
照明模块，传输照明光源的光束，垂直照明晶片上周期性光学结构的对准标记；
成像模块，其至少包括显微物镜，级结合系统以及多色光分离系统，采用显微物镜收集对准标记的多级次衍射光，并利用级结合系统使得对准标记的多级衍射频谱相同级次的正、负级频谱光斑对应重叠相干，然后采用多色光分离系统实现多波长光信号的分离；
探测模块，通过测量多个波长多级次衍射光斑对应位置处光强或位相的变化，得到对准标记的位置信息；
其特征在于：所述级结合系统是马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型结构，包含两个直角棱相互垂直放置的直角棱镜。
一种光刻装置的对准系统，它包括：光源模块，提供用于对准系统的照明光源；
照明模块，传输照明光源的光束，垂直照明晶片上周期性光学结构的对准标记；
成像模块，其至少包括显微物镜，级结合系统以及多色光分离系统，采用显微物镜收集对准标记的多级次衍射光，并利用级结合系统使得对准标记的多级衍射频谱相同级次的正、负级频谱光斑对应重叠相干，然后采用多色光分离系统实现多波长光信号的分离；
探测模块，通过测量多个波长多级次衍射光斑对应位置处光强或位相的变化，得到对准标记的位置信息；
其特征在于：所述级结合系统是胶合在一起的两个，或是四个相同的60度直角棱镜，或是胶合在一起的两个不同的直角棱镜或是胶合在一起的两个相同的道威(Dove)棱镜。
一种光刻装置的对准系统，它包括：
光源模块，提供用于对准系统的照明光源；
照明模块，传输照明光源的光束，垂直照明晶片上周期性光学结构的对准标记；
成像模块，其至少包括显微物镜，级结合系统以及多色光分离系统，采用显微物镜收集对准标记的多级次衍射光，并利用级结合系统使得对准标记的多级衍射频谱相同级次的正、负级频谱光斑对应重叠相干，然后采用多色光分离系统实现多波长光信号的分离；
探测模块，通过测量多个波长多级次衍射光斑对应位置处光强或位相的变化，得到对准标记的位置信息；
其特征在于：所述级结合系统是基于横向剪切干涉仪的级结合系统，利用至少两束光的横向剪切干涉来实现对准标记多级次衍射光斑的正、负级次光斑对应重叠相干。
一种光刻装置的对准系统，它包括：
光源模块，提供用于对准系统的照明光源；
照明模块，传输照明光源的光束，垂直照明晶片上周期性光学结构的对准标记；
成像模块，其至少包括显微物镜，级结合系统以及多色光分离系统，采用显微物镜收集对准标记的多级次衍射光，并利用级结合系统使得对准标记的多级衍射频谱相同级次的正、负级频谱光斑对应重叠相干，然后采用多色光分离系统实现多波长光信号的分离；
探测模块，通过测量多个波长多级次衍射光斑对应位置处光强或位相的变化，得到对准标记的位置信息；
其特征在于：所述级结合系统是基于光栅衍射的级结合系统，使对准标记的+1-+n级和-1--n级衍射光分别通过同一光栅的衍射，实现多级次衍射光相同级次衍射光斑的正、负级光斑对应重叠相干。
上述光刻装置的对准系统，所述的对准系统还包括两个级结合系统，通过两个级结合系统使对准标记的水平方向的±1-±n级和垂直方向的±1-±n级衍射光斑分别实现对应正、负级次光斑的重叠、干涉，并且分别探测水平方向和垂直方向的光信号。
上述光刻装置的对准系统，所述的探测模块，包括两路光束，一路光束将对准标记和分划线成像在CCD照相机上，进行粗对准；另一路光束将级结合系统的出射光瞳面成像在参考板上，进行精对准；所述精对准光路的中间像位置设置有空间滤波器，且在级结合系统出射光瞳处设置有光阑。
上述光刻装置的对准系统，所述的晶片对准标记为以十字划线为中心沿水平和垂直方向对称分布的4组子光栅组成的二维相位光栅结构；并且，同一方向对称分布的两组子光栅具有不同的基本光栅周期。
上述光刻装置的对准系统，所述的多色光分离系统为基于色散元件，或者干涉截止滤光片，或者衍射光学元件的分光系统。
上述光刻装置的对准系统，所述基于横向剪切干涉仪的级结合系统，包括转像棱镜，光程差补偿平板和横向剪切干涉仪。
上述光刻装置的对准系统，所述横向剪切干涉仪是等光程迈克尔逊(Michelson)型结构，包括以一定剪切量胶合在一起的分束器和两个直角棱镜，或是以一定剪切量胶合在一起的两个四棱镜。
上述光刻装置的对准系统，所述横向剪切干涉仪是等光程循环(cycle)干涉仪结构，包括以一定剪切量胶合在一起的两个半五棱镜。
上述光刻装置的对准系统，所述横向剪切干涉仪是Ronchi光栅结构。
上述光刻装置的对准系统，所述的色散元件包括棱镜、闪耀光栅、阶梯光栅，以及所述棱镜、闪耀光栅、阶梯光栅的组合。
上述光刻装置的对准系统，所述的闪耀光栅是反射或透射式的多闪耀光栅，包括折线型多闪耀光栅、分区域型多闪耀光栅和折线型-分区域组合多闪耀光栅。
上述光刻装置的对准系统，所述的照明光源为多波长光源，至少有四个波长，并且其中至少有两个光源波长在红外波段。
上述光刻装置的对准系统，所述的显微物镜的出射光瞳处设置有空间滤波器。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：
1、由于本发明使用至少有四个波长的多波长空间相干光源，并且其中至少有两个波长在红外波段。一方面，采用多波长光源照明，可以抑制干涉相消效应的影响，提高了工艺适应性；另一方面，采用红外波段的光源可以有效解决低k值的介质材料在可见光谱范围的吸收问题，并可用于多晶硅工艺层的标记探测，提高了对准信号强度。
2、由于本发明同时在显微物镜的出射光瞳面和多级次衍射光重叠相干成像的中间像位置设置空间滤波器，即采用瞳面和像面双滤波技术，有效消除晶片上邻近的产品结构散射光对对准信号的串扰影响，提高了对准精度。
3、由于本发明使用一种级结合系统，实现对准标记的多级次衍射频谱的+1-+n级和-1--n级相同级次的正、负级频谱光斑对应重叠相干。本发明所述的级结合系统原理简单、结构稳定性好，并且光学元件的加工、装配和调整难度都不大，工程上具有可实施性。
4、由于本发明使用以透射式多闪耀光栅为基础的多色光分离系统，包括折线型多闪耀光栅、分区域型多闪耀光栅和折线型-分区域组合多闪耀光栅，多闪耀光栅可以同时对多个波长进行闪耀，因而提高了不同色光衍射效率和对应的信号强度，有利于提高对准精度。
附图说明
通过以下实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：
图1是本发明光刻装置的对准系统与光刻装置之间的总体布局、工作原理结构示意图；
图2是图1中晶片对准标记的示意图；
图3是本发明光刻装置的对准系统与该对准系统的级结合系统的结构原理结构示意图；
图4(a)至图4(b)是本发明基于坐标反演干涉仪的级结合系统的原理图；
图5(a)至图5(c)是本发明基于坐标反演干涉仪的级结合系统中坐标反演干涉仪的结构示意图；
图6是本发明基于坐标反演干涉仪的级结合系统的实现多级衍射光斑坐标反演和重叠相干的示意图；
图7是本发明另外一种实现多级衍射光斑重叠干涉的光路示意图；
图8(a)至图8(d)是本发明基于棱镜干涉仪的级结合系统的原理图；
图9(a)与图9(b)是本发明基于横向剪切干涉仪的级结合系统的原理图；
图10(a)至图10(d)给出了本发明基于横向剪切干涉仪的级结合系统中横向剪切干涉仪的结构示意图；
图11(a)至图11(c)为本发明基于光栅衍射的级结合系统的原理图；
图12(a)为本发明基于多闪耀光栅的多色光分离系统的原理和结构示意图；
图12(b)为本发明基于干涉截止滤光片的多色光分离系统的原理和结构示意图；
图12(c)为本发明基于干涉截止滤光片和多闪耀光栅组合的多色光分离系统的原理和结构示意图；
图13为图3中探测光路的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明光刻装置的对准系统以及该对准系统的级结合系统与已有光刻装置之间的总体布局、工作原理结构示意图。如图1所示，光刻装置的构成包括：用于提供曝光光束的照明系统1；用于支承掩模版2的掩模支架和掩模台3，掩模版2上有掩模图案和具有周期性结构的对准标记RM；用于将掩模版2上的掩模图案投影到晶片6的投影光学系统4；用于支承晶片6的晶片支架和晶片台7，晶片台7上有刻有基准标记FM的基准板8，晶片6上有周期性光学结构的对准标记WM；用于掩模和晶片对准的具有级结合系统和多色光分离系统的对准系统5；用于掩模台3和晶片台7位置测量的反射镜10、16和激光干涉仪11、15，以及由主控制系统12控制的掩模台3和晶片台7位移的伺服系统13和驱动系统9、14。
其中，照明系统1包括一个光源、一个使照明均匀化的透镜系统、一个反射镜、一个聚光镜(图中均未示出)。作为一个光源单元，采用KrF准分子激光器(波长248nm)、ArF准分子激光器(波长193nm)、F2激光器(波长157nm)、Kr2激光器(波长146nm)、Ar2激光器(波长126nm)、或者使用超高压汞灯(g-线、i-线)等。照明系统1均匀照射的曝光光束IL照射在掩模版2上，掩模版2上包含有掩模图案和周期性结构的标记RM，用于掩模对准。
掩模台3可以经驱动系统14在垂直于照明系统光轴(与投影物镜的光轴AX重合)的X-Y平面内移动，并且在预定的扫描方向(平行于X轴方向)以特定的扫描速度移动。掩模台3在移动平面内的位置通过位于掩模台3上的反射镜16由多普勒双频激光干涉仪15精密测得。掩模台3的位置信息由激光干涉仪15经伺服系统13发送到主控制系统12，主控制系统12根据掩模台3的位置信息通过驱动系统14驱动掩模台3。
投影光学系统4(投影物镜)位于图1所示的掩模台3下方，其光轴AX平行于Z轴方向.由于采用双远心结构并具有预定的缩小比例如1/5或1/4的折射光学系统作为投影光学系统，所以当照明系统1发射的曝光光束照射掩模版2上的掩模图案时，电路掩模图案经过投影光学系统在涂覆有光刻胶的晶片6上成缩小的图像.
晶片台7位于投影光学系统4的下方，晶片台7上设置有一个晶片支架(图中未示出)，晶片6固定在支架上。晶片台7经驱动系统9驱动可以在扫描方向(X方向)和垂直于扫描方向(Y方向)上运动，使得可以将晶片6的不同区域定位在曝光光场内，并进行步进扫描操作。晶片台7在X-Y平面内的位置通过一个位于晶片台上的反射镜10由多普勒双频激光干涉仪11精密测得，晶片台7的位置信息经伺服系统13发送到主控制系统12，主控制系统12根据位置信息(或速度信息)通过驱动系统9控制晶片台7的运动。
晶片6上设有周期性结构的对准标记WM，晶片台7上有包含基准标记FM的基准板8，对准系统5分别通过晶片对准标记WM和基准标记FM实现晶片6对准和晶片台7对准。对准系统5的对准信息传输到主控制系统12，经数据处理后，驱动系统9驱动晶片台7移动实现掩模和晶片6的对准。
图2为图1中晶片对准标记的示意图。如图所示，晶片6的对准标记WM为二维相位光栅结构，由4组子光栅Pa、Pb、Pc、和Pd以及中心十字划线组成，并且Pa与Pc，Pb与Pd以十字划线为中心沿水平和垂直方向对称分布，其中Pa和Pc用于x方向对准，Pb和Pd用于y方向对准。子光栅Pb和Pc的光栅周期相同，即Pb＝Pc＝P1；子光栅Pa和Pd的光栅周期相同，即Pa＝Pd＝P2。通过选择不同的子光栅周期，可以提高对准系统的捕获范围，捕获范围表示为：±P1P2/[2(P2-P 1)]。子光栅基本光栅周期的线空比为1∶1，为了增强高级次衍射光强度，通常在基本光栅周期内进行细分，具有细分结构的该形式的对准标记也在本发明的保护范围内。整个晶片对准标记WM的尺寸较小，适合于较窄的划线槽，例如为40μm×40μm。
图3为本发明的对准系统结构示意图，该对准系统主要由光源模块1、照明模块2、成像模块3和探测模块4等组成。该对准系统的主要特征是，通过在光瞳面探测对准标记的频谱的+1-+n级与-1--n级相同级次正、负级频谱光斑重叠相干的各级次干涉信号强度变化，得到对准标记的位置信息。该对准系统具有较强的工艺适应性、灵敏度和高信噪比的对准信号，对准精度可以达到7-9nm的量级，完全满足100nm以下线宽的对准要求。
上述的对准系统采用多波长空间相干光源照明，至少有四个波长(例如532nm，633nm，785nm，850nm)，并且其中至少有两个波长在红外波段。多波长光源λ1、λ2、λ3和λ4经单模保偏光纤501传输，然后经光纤耦合器502耦合进入多路转换器503，再通过单模保偏光纤504输出到对准系统的照明光路。
上述的对准系统使用多波长光源照明，可以抑制干涉相消效应的影响，提高工艺适应性；使用近红外和远红外波长的光源照明，可以有效解决低k值的介质材料在可见光谱范围的吸收问题，并可用于多晶硅工艺层的标记探测，从而提高对准信号强度。
优先使用高亮度的激光光源，光源模块1中包含有激光模块(图中未示出)，为提高信噪比，在激光模块中对激光光源进行相位调制，并在后面对探测到的对准信号进行解调。所使用的激光光源可以是半导体激光器，或者光纤激光器等。
在照明光路中，多波长照明光束依次经过起偏器505、透镜506、照明孔径光阑507和透镜508，然后通过位于平板509上的小反射镜509a反射进入成像光路。从孔径光阑507到显微物镜511形成柯勒照明系统，透镜506为聚光镜。
成像光路包括大数值孔径和长工作距的显微物镜511，消色差的λ/4波片510，空间滤波器512，级结合系统513，检偏器514和多色光分离系统515。照明光束经显微物镜511垂直入射到硅片光栅对准标记WM上，发生反射或衍射。显微物镜511是对准成像光路中关键元件，该透镜必须有足够大的数值孔径(例如NA＝0.8)以收集来自硅片对准标记上不同色光的多级次衍射光。当NA＝0.8时，如果使用波长850nm的照明光源，则可以探测节距为1.1μm较小的光栅对准标记。另外，为保证硅片与对准系统间有合适的距离，优选长工作距的显微物镜。
当对准标记光栅节距较小，与照明波长量级相当时，光栅衍射效率与照明光源的偏振特性相关，因此利用消色差的λ/4波片510，使线偏振光经消色差的λ/4波片510后，入射到硅片上的光斑为圆偏振光，圆偏振光包含两个方向垂直的线偏振光，确保总有一偏振方向可以产生高效率的衍射光。
在显微物镜511的出射光瞳处设置有空间滤波器512，以消除晶片上邻近标记或产品结构的杂散光串扰影响。
级结合系统513可以实现对准标记的频谱的多级衍射光斑正、负级次的重叠和干涉功能。多色光光源照明晶片对准标记WM，如果对准标记为二维结构，则在晶片上平行和垂直于晶片台移动方向都会发生衍射，在光瞳面509上产生相互垂直的多级次衍射光斑。零级反射光经小反射镜509a反射被遮挡，其余多级次衍射光±1-±n级经显微物镜准直后进入级结合系统513，使多级次衍射光正、负级次重叠并干涉。
多色光分离系统515是基于色散元件的，其包括：棱镜(考纽棱镜、立特鲁棱镜等)、闪耀光栅和阶梯光栅，或者干涉截止滤光片，或者衍射光学元件(CSG-色分离光栅)等的分光系统。优先采用透射型多闪耀光栅，包括折线型和分区域型闪耀光栅，以及折线型-分区域组合多闪耀光栅。
探测光路516包括粗对准和精对准光路(参见图9)，分别用于捕获和精确对准。多级次衍射光斑正、负级次重叠相干，干涉条纹成像在位于光瞳面的参考标记板上，通过测量在参考标记上透射或反射的各波长多级次衍射光对应位置处光强或位相的变化，可以得到对准标记中心位置。
本发明的级结合系统513可以通过不同的方式来实现，在本发明的实施例中，分别列举了下述四种不同的较佳实施例：基于坐标反演干涉仪的级结合系统5131、基于棱镜干涉仪的级结合系统5132、基于横向剪切干涉仪的级结合系统5133以及基于光栅衍射的级结合系统5134。
请参阅图4，图5及图6，详细描述了基于坐标反演干涉仪的级结合系统5131的原理。
请参阅图4，基于坐标反演干涉仪的级结合系统5131利用坐标反演干涉原理使对准标记的x坐标和y坐标分别发生坐标反演后的两组频谱重叠，实现正、负级次的衍射光斑的+1-+n级与-1--n级一一对应重叠相干。
本发明中的坐标反演干涉仪在干涉原理、光程差的数学表达式和相干波面的形式上均不同于现有技术中所述的自参考干涉仪。
自参考干涉仪的原理是使原始波面与其自身错位、旋转、放大或缩小后的波面相干，即以自身原始入射波面为参考波面的自参考干涉.现有技术中使用的为相对旋转180度的旋转自参考干涉仪，如果原始入射波面表示为W(ρ，θ)，则两个旋转±90度(相对旋转180度)后的波面为：W(ρ，θ-π/2)和W(ρ，θ+π/2)，干涉条纹表示的光程差为：OPD＝W(ρ，θ-π/2)-W(ρ，θ+π/2).如果入射波面W(ρ，θ)为右手坐标系的波面，则两个旋转±90度的相干波面W(ρ，θ-π/2)和W(ρ，θ+π/2)也是右手坐标系的波面.
坐标反演干涉仪的原理是使入射波面分别发生了x坐标和y坐标反演(z坐标为入射光轴方向)，然后两个坐标反演后的波面进行干涉，相干的两个波面均不同于原始入射波面。坐标反演干涉仪是通过改变入射波面的内部结构来实现干涉的。坐标反演干涉仪对对称像差不敏感，与普通干涉仪相比，对非对称像差的灵敏度提高一倍。假设原始入射波面表示为W(x，y)，则坐标分别反演后的两相干波面表示为：W(-x，y)和W(x，-y)，干涉条纹表示的光程差为：OPD＝W(-x，y)-W(x，-y)。如果入射波面W(x，y)为右手坐标系的波面，两个相干波面W(-x，y)和W(x，-y)则是左手坐标系的波面，即不可能通过旋转入射波面来得到两个相干波面。
参考图4(a)，假设入射波面的图案为图中的“R”型图案1，“R”型图案1经过x坐标(或y坐标)反演后，即翻转(Reverted)图形为图案2所示；“R”型图案1经过y坐标(或x坐标)反演后，即倒转(Inverted)图形为图案3所示；“R”型图案1经过180度旋转(180°Rotated)的图形为图案4所示。由图中可见，图案2和图案3不可能通过旋转入射图案1得到，只能通过x坐标或y坐标反演得到。假设原始入射波面为图4(a)中所示的“R”型，对于现有技术中所述的旋转自参考干涉仪，两个相干波面分别是图案1和相对旋转180度后的图案4；对于本发明中所述的坐标反演干涉仪，则两个相干波面是x坐标和y坐标分别反演后的图案2和图案3。
参见图4(b)，基于坐标反演干涉仪的级结合系统5131主要包括三部分：偏振分束器101，用作分束与合束功能；棱镜系统102，用于产生x坐标和y坐标分别反演的两个相干光束；结合消色差波片103(λ/4波或λ/2波片)使相干的两束光偏振态相互垂直。为了增强稳定性，该级结合系统5131为一整体结构，偏振分束器101、棱镜系统102和消色差波片103胶合在一起。考虑到照明光源为多色光，λ/4或λ/2波片103为消色差波片。
基于坐标反演干涉仪的级结合系统5131的入射光束为线偏振光，偏振分束面101a的偏振方向与分束面成45度角，入射光束分别经偏振分束面101a偏振分束和棱镜系统102反射后，两出射光束分别发生x坐标和y坐标反演，两个反演光束叠加，但偏振方向垂直。图3中的检偏器514的偏振方向与出射的两束光偏振方向成45度角，出射的两束光偏振矢量分解后相干。
如图4(b)所示，基于坐标反演干涉仪的级结合系统5131的级结合规则为：当入射波面为右手坐标系104(o-xyz)时，两出射波面分别为左手坐标系105(o1-x1y1z1)和左手坐标系106(o2-x2y2z2)；相干的两束光所经历的反射次数均为奇次；棱镜系统102中至少有一个是屋脊棱镜(或直角棱镜)，使得其中一束相干光的y轴坐标发生反演，而另一束相干光的x轴坐标发生反演；如果z坐标为光轴方向，棱镜系统102使相干的两束光相对于入射光分别发生了x坐标和y坐标反演；相干的两光束通过λ/4或λ/2波片后改变偏振方向，出射的两束光偏振态相互垂直。
图4(b)中，假设入射波面107a的图案为右手坐标系中的“R”型图案，入射图案经过棱镜系统102的反射分别发生x坐标和y坐标反演后的图形如107b和107c所示，图案107b和107c都为左手坐标系中的图案，均不同于入射图案107a，即不可能通过旋转入射图案107a得到图案107b或107c，图案107b和107c重叠相干.
图5给出了本发明级结合系统第一实施例的坐标反演干涉仪的结构形式。图5(a)和图5(b)为该坐标反演干涉仪的结构分解示意图，整个干涉仪的结构如图5(c)所示。
如图5(a)所示，两个直角棱镜109和111的直角棱相互垂直，右手坐标系(o-xyz)的入射光束经分束器108的分束面108a分束后，反射光束经过直角棱镜109的反射，y坐标发生反演，通过立方棱镜110后，形成出射光束beam1。透射光束经直角棱镜111反射，发生x坐标反演，然后经立方棱镜112的反射面112a反射，形成出射光束beam2。参见图5(b)，光束beam1通过立方棱镜113和分束器114后出射；光束beam2经过直角反射棱镜115和分束器114的分束面114a反射后出射；两出射光束均为左手坐标系(o1-x1y1z1和o2-x2y2z2)，两光束重叠相干。
分束器108和114也可以是偏振分束器，对应的108a和114a则为偏振分束面，结合光路中消色差的λ/2波片(图中未示出)，可以使垂直偏振的两相干光束的偏振态互换，然后经图3中的检偏器514合束后重叠相干。类似带有布鲁斯特角的两个直角反射镜109，111也可以实现上述的坐标反演和垂直偏振相干功能。
图5(c)为该坐标反演干涉仪的完整结构。为保证稳定性，所有光学元件胶合在一起。该干涉仪为等光程的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型结构，能够使对准标记的x坐标和y坐标分别发生坐标反演后的两组频谱重叠，实现正、负级次的衍射光斑的+1-+n级与-1--n级一一对应重叠相干功能。
本发明所述的坐标反演干涉仪还包括多种结构类型，例如迈克尔逊(Michelson)型、雅敏(Jamin)型，萨尼奈克(Sagnac)型，平板型等；以及各种形式的光学元件组合，例如棱镜(包括五棱镜、半五棱镜、直角棱镜、普柔棱镜和斜方棱镜等)，透镜，平板，楔板，光栅等。
图6为本发明基于坐标反演干涉仪的级结合系统5131实现多级衍射光斑坐标反演和重叠相干的示意图。以单色光为例，图中用填充的实心圆表示+1-+n级衍射光斑，用空心圆表示-1--n级衍射光斑。图6(a)中，116为坐标反演干涉仪的输入面(xy面)上对准标记的多级次(±1级-±n级)衍射光斑分布；图6(b)中，117标示经过x坐标反演的输出面(x1y1面)上的衍射光斑分布，与输入面116相比，x1轴上的光斑正、负级次互换，y1轴上的光斑分布情况不变；图6(c)中，118标示经过y坐标反演的输出面(x2y2面)上衍射光斑分布情况，与输入面116相比，y2轴上的光斑正、负级次互换，x2轴上的光斑分布情况不变；图6(d)中，119标示经过x坐标反演的输出面(x1y1面)和y坐标反演的输出面(x2y2面)重叠，两输出面上的±1-±n级的正、负级次衍射光斑对应重叠相干。
图7给出了本发明另外一种实现多级衍射光斑重叠干涉的光路示意图.该光路结构200中使用基于棱镜干涉仪、横向剪切干涉仪和光栅衍射原理的级结合系统5132，5133及5134分别实现水平和垂直方向的多级衍射光斑的重叠相干功能.与基于坐标反演干涉仪的级结合系统5131的区别在于，一方面实现多级次衍射光斑的重叠相干的原理和方法不同，另一方面结构上没有屋脊棱镜，因此入射光束的光轴与级结合系统光轴只需在单个平面内调整重合，实际过程中更容易实现，装调也更方便.具体方法是使对准标记x方向的±1-±n级和y方向的±1-±n级衍射光斑分别经两个级结合系统实现对应正、负级次光斑的重叠、干涉，并且x和y方向的光信号分别探测.
图8是本发明级结合系统513第二实施例中一种基于棱镜干涉仪的级结合系统5132的原理图。基于棱镜干涉仪的级结合系统5132通过使对准标记的+1-+n级和-1--n级衍射光分别经过不同的光路折射和反射，实现相同级次衍射光斑的正、负级光斑对应重叠相干。
如图8(a)所示，该级结合系统5132由上、下胶合在一起的两个相同的60度直角棱镜301和302组成，胶合面为303标示。图中黑箭头表示入射多级衍射光的一部分+1-+n级，空心箭头表示另一部分多级衍射光的另一部分-1--n级。+1-+n级衍射光入射到直角棱镜301，经反射面301a和胶合面303反射，在301a面出射；-1--n级衍射光入射到直角棱镜302，经反射面302a反射，然后透过胶合面303，由301a面出射；两出射光束重叠，从而实现多级衍射光相同级次正、负级光斑对应重叠、干涉功能。
另外，如图8(b)所示，四个相同的60度直角棱镜304、305、306和307胶合在一起，组成一个塔型棱镜，对准标记的沿水平和垂直方向的多级衍射光同时入射到塔型棱镜的底面，则可以同时实现水平和垂直方向的正、负级光斑对应重叠相干，重叠干涉光束分别沿胶合面308和309出射。
图8(c)给出了另一种基于棱镜干涉仪的级结合系统5132。该级结合系统5132由直角棱镜311、直角棱镜312，消色差λ/4波片313和平板310组成。直角棱镜311和312胶合在一起的，胶合面为312a，胶合面312a同时也是偏振分束面。多级衍射光的+1-+n级经平板310入射到直角棱镜311，再经反射面311a反射后透过偏振分束面312a出射；多级衍射光的-1--n级经过偏振分束面312a入射到直角棱镜312，透过消色差λ/4波片313，反射后再次通过消色差λ/4波片313，由于对准标记的衍射光为线偏振光，两次通过消色差λ/4波片313后改变偏振态，在偏振分束面312a上反射后出射；出射的两束光偏振态相互垂直，经过检偏器514后，实现多级衍射光相同级次正、负级光斑对应重叠、干涉功能。平板310作为光程差补偿平板，补偿消色差λ/4波片313引入的附加光程。
图8(d)给出了又一种基于棱镜干涉仪的级结合系统5132。该级结合系统5132由上、下胶合在一起的两个相同的道威(Dove)棱镜314和315组成，胶合面316，胶合面316同时也是分束面。多级衍射光的+1-+n级入射到道威棱镜314，在分束面316一部分反射，一部分透射，反射光的出射光束为入射光束的倒像，透射光的出射光束为入射光束的正像；同样，多级衍射光的-1--n级入射到道威棱镜315，在分束面316反射和透射后，分别产生入射光束的倒像和正像；+1-+n级光斑的倒像与-1--n级光斑的正像重叠相干，+1-+n级光斑的正像与-1--n级光斑的倒像重叠相干，从而实现了多级衍射光相同级次正、负级光斑对应重叠、干涉功能。
图9为本发明级结合系统513的第三实施例：基于横向剪切干涉仪的级结合系统5133的原理图。基于横向剪切干涉仪的级结合系统5133主要是利用至少两束光的横向剪切干涉来实现对准标记多级次衍射光斑的正、负级次光斑对应重叠相干。
如图9(a)所示，对准标记的多级衍射光斑401入射到基于横向剪切干涉仪405的级结合系统5133上，-1--n级衍射光斑经过一个转像棱镜403(例如：道威(Dove)棱镜)后发生倒转，+1-+n级衍射光经过一个光程差补偿平板402，则入射到横向剪切干涉仪405的多级衍射光斑404如图中所示.参见图9(b)，横向剪切干涉仪405使得多级衍射光斑404与其自身的横向错开的多级衍射光斑404a在重叠区域内干涉，通过合适调整剪切量，可以使得多级次衍射光斑相同级次的正、负级光斑对应重叠相干.
图10给出了基于横向剪切干涉仪级结合系统5133中横向剪切干涉仪405的几种结构形式。
图10(a)为单平板剪切干涉仪405，入射光束在平板407的前、后表面407a和407b分别反射产生两束剪切相干的光束，剪切量由光束入射角和平板厚度决定。单平板剪切干涉仪为非等光程干涉仪，光程差可以通过补偿平板402的长度调整来补偿。
图10(b)是横向剪切干涉仪405的等光程迈克尔逊(Michelson)结构。入射光束经分束器408的分束面408a分束、合束，两个直角棱镜409和410用来折叠光束，其中直角棱镜410在分束器408的表面移动引入一定剪切量。为保证稳定性，调整到合适的剪切量后，将三者胶合在一起。
图10(c)是横向剪切干涉仪405的另一种等光程迈克尔逊(Michelson)结构。该结构由两个四棱镜411和412组成。入射光束在两个四棱镜411和412的胶合面413上分束，反射光和透射光经两个四棱镜411和412的反射后又在胶合面413上合束。直角棱镜411和412接触面的相对移动引入一定剪切量。为保证稳定性，调整到合适的剪切量后，将两个四棱镜411和412胶合在一起。
图10(d)是横向剪切干涉仪405的等光程循环(cycle)干涉仪结构，由两个半五棱镜414和415组成。入射光束在两个半五棱镜414和415的胶合面416上分束，反射光和透射光分别经两个半五棱镜414和415的反射后又在胶合面416上反射和透射，形成循环干涉路线。半五棱镜414和415接触面的相对移动引入一定剪切量。为保证稳定性，调整到合适的剪切量后，将两个半五棱镜414和415胶合在一起。
另外，还可以利用Ronchi光栅横向剪切干涉仪实现多波面横向剪切相干，提高对准信号光强；也可以利用两个垂直放置的双频光栅作为横向剪切干涉仪同时实现多波面垂直和水平方向的剪切相干。
其他的横向剪切干涉仪结构包括马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型、雅敏(Jamin)型、萨尼奈克(Sagnac)型、双平板型、棱镜型和光栅型等。
图11为本发明级结合系统513的第四实施例：基于光栅衍射的级结合系统5134的原理图。基于光栅衍射的级结合系统5134的原理是利用光栅的衍射，使对准标记的+1-+n级和-1--n级衍射光分别通过同一光栅的衍射，实现多级次衍射光相同级次衍射光斑的正、负级光斑对应重叠相干。使用基于光栅衍射的级结合系统5134，首先需要进行多色光分离，然后再对不同色光分别进行级结合，使多级衍射光斑对应重叠相干。
参见图11(a)，以其中一个方向(x或y方向)为例，单波长的多级衍射光斑601入射到基于光栅衍射的级结合系统5134上，该级结合系统5134由两部分组成：反射镜602和光栅603，并且两者相互垂直.多级次衍射光斑601的+1-+n级衍射光以入射角(π/2-α)入射到反射镜602上，在反射镜602上经过反射，以α角入射到光栅603上；-1--n级衍射光直接以入射角α入射到光栅603上.则+1-+n级和-1--n级衍射光在光栅603表面法线的两侧以相同的入射角α入射，α为光栅603的±1级衍射角，d为光栅603的光栅周期，则根据光栅衍射公式：dsinα＝λ，+1-+n级和-1--n级衍射光在光栅603上的1级衍射光沿垂直于光栅603表面的方向出射，使得入射的多级衍射光斑601同级次的正、负级衍射光斑重叠相干.重叠相干的多级衍射光斑的分布与原始入射光斑分布情况相比，横向尺寸放大了K倍，K＝H/h＝1/cosα＞1.因此，该级结合系统5134除了可以使正、负级衍射光斑重叠相干外，还同时兼有光斑的扩束功能，方便多探测器的探测.
另外，由于+n级和-n级衍射光经过的光程不同，因此在两相干光之间会引入一定的光程差，并且随着衍射级次的增加，光斑间距的增大，光程差也会增大。对于相干长度较短的半导体光源，要求进行光程差补偿，可以在-1--n级衍射光的光路中放置一些不同厚度的平板，用于补偿光程差。
为增加稳定性，反射镜602和光栅603胶合在一整块玻璃基板上。光栅603可以为反射式或透射式光栅；光栅603可以为振幅型或位相型，优先选用衍射效率高的位相光栅。
另外，图11(b)给出了另外一种基于光栅衍射的级结合系统5134，可以同时实现x和y方向的衍射光斑的重叠相干功能。该级结合系统5134由位相光栅605，606和反射镜607组成，位相光栅605和606分别用于衍射x和y方向的衍射光斑，反射镜607用于反射x和y方向的光斑到位相光栅605和606的表面，在垂直于两个位相光栅605和606表面的方向，x和y方向的同级次的正、负级衍射光斑重叠相干出射。两个位相光栅的周期可以相同或不同，从而x和y方向衍射光的入射角αx和αy也相应可以相同或不同。
图11(c)给出了一种基于光栅衍射的级结合系统5134的光路示意图。多级次衍射光斑608的-1--n级级衍射光经过一个转像棱镜610(例如道威(Dove)棱镜)发生倒转，然后经双楔形棱镜612的下半部分折射，以折射角α′入射到位相光栅613上；+1-+n级衍射光经过一个光程差补偿平板609，再经双楔形棱镜612的上半部分折射，同样以折射角α′入射到位相光栅613上；α′为位相光栅613的±1级衍射角，两束入射光在位相光栅613上发生衍射，1级衍射光垂直于光栅613表面透射，使得入射的多级衍射光斑608相同级次正、负级光斑重叠相干。
图12是图3中多色光分离系统515的基本原理和结构。当采用多光源(例如532nm，633nm，785nm，850nm)同时照明对准标记时，不同波长的多级衍射光相互重叠，因此，不同波长的信号必须分开探测，需要使用多色光分离系统515分离不同波长的光。本发明采用以色散元件为主的分光系统，包括棱镜(考纽棱镜，立特鲁棱镜等)、闪耀光栅和阶梯光栅，或者干涉截止滤光片；也可以采用衍射光学元件(例如CSG-色分离光栅)等。
本发明较佳实施例中的多色光分离系统515采用多闪耀光栅为基础的。通常，闪耀光栅按中心波长优化，则在边缘波长(例如532nm，850nm)处的光栅效率降低，即使使用高能量的激光，这种能量的衰减也是很明显的。这时可以采用多闪耀光栅，一种为折线型多闪耀光栅，用两个不同闪耀角的小平面代替普通闪耀光栅的槽面，工作时两个不同闪耀角的小平面同时工作，从而在能量-波长曲线上出现两个最大值，分别对应于两个闪耀波长，使曲线在两端下降缓慢，可覆盖较大的波长范围。由于折线型多闪耀光栅的刻划需使用特殊刻制刀，在每条刻线上刻划出两个折线型槽面，因此只适合于线槽密度较小，每条线槽工作面较宽的红外光栅。另一种为分区域多闪耀光栅，是把一块闪耀光栅的工作槽面分成两个或多个区域(由所需分离的波长数目决定)分别刻划，各分区域的线槽密度相同，但闪耀角不同。其实质是多块普通闪耀光栅的拼合，刻划时不会有太大困难，可以刻划较高线槽密度的光栅。
图12(a)采用一个透射式的多闪耀光栅701来分离不同的色光的多色光分离系统515.该多闪耀光栅701是基于折线型结构和分区域结构的组合.多闪耀光栅701光栅可以由两个分区域闪耀光栅701a和701b组成，光栅周期分别为d1和d2，其中一块为折线型的红外光栅701a，闪耀角分别为β11和β12，使两个红外波长λ1，λ2(例如785nm、850nm)发生闪耀；另一块为普通闪耀光栅701b，闪耀角β2按两个波长λ3，λ4(例如532nm、633nm)的中心波长(λ3+λ4)/2(例如582.5nm)优化，则在边缘波长λ3，λ4(例如532nm、633nm)处光栅效率的降低程度是可以接受的。另外，多闪耀光栅701还可以由三个分区域闪耀光栅701a、701b和701c组成，光栅周期分别为d1、d2和d3，。701a是折线型多闪耀光栅，闪耀角分别为β11和β12，使两个红外波长λ1，λ2发生闪耀；701b和701c是普通闪耀光栅，闪耀角β2和β3分别按波长λ3，λ4优化。
图12(b)给出了另外一种基于干涉截止滤光片的多色光分离系统515。多色光λ1，λ2，λ3和λ4入射到第一分束器702上，透射光束t经过长波通滤光片704后，只有波长为λ1，λ2的光透过。然后经过第二分束器705分束，反射光束tr经直角棱镜707反射，光束trr经过短波通滤光片708，则出射光束为λ2；透射光束tt直接透过长波通滤光片706，则出射光束为λ1。
第一分束器702的反射光束r经过短波通滤光片703，只有波长为λ3，λ4的光透过。然后经第三分束器709分束，反射光束rr通过短波通滤光片710，则出射光束为λ4；透射光束rt经直角棱镜711反射，光束rtr经过长波通滤光片712，则出射光束为λ3。由此，实现四种波长衍射光的分离。
图12(c)给出了又一种基于干涉截止滤光片和多闪耀光栅组合的多色光分离系统515。多色光λ1，λ2，λ3和λ4入射到分光器713上，透射光束t直接透过长波通滤光片716，只有波长为λ1，λ2的色光透过；波长为λ1，λ2的光入射到第一闪耀光栅717，经光栅衍射分光，波长为λ1，λ2的光束以不同的衍射角出射，入射到探测系统。反射光束r经直角棱镜714反射，反射光束rr透过短波通滤光片715后，只有波长为λ3，λ4的光透过；波长为λ3，λ4的光入射到第二闪耀光栅718，同样经光栅衍射分光，波长为λ3，λ4的光束以不同的衍射角出射，入射到探测系统。第一闪耀光栅717和第二闪耀光栅718可以是折线型多闪耀光栅719a(光栅周期为d1，闪耀角为β11和β12)，或者是分区域多闪耀光栅719b(光栅周期分别为d21和d22，对应闪耀角为β21和β22)，或者是普通闪耀光栅719c(光栅周期为d3，闪耀角为β3，第一闪耀光栅717以λ1，λ2的中心波长进行优化；第二闪耀光栅718以λ3，λ4的中心波长进行优化)。
图13给出了本发明探测光路516的结构示意图。如图所示，以波长λ1的探测光路800为例，光束经分束器801分束，一部分用于捕获(粗对准)，反射光首先透过一个划线板809，然后经会聚透镜810耦合进入光纤811，出射光经投影透镜812成像在CCD相机813上。另一部分用于精对准，透镜802、804将级结合系统513的出射光瞳面成像在设置有光栅型参考标记的参考板806上。在中间像位置设置有空间滤波器803以消除晶片上邻近标记或产品结构的杂散光串扰；在级结合系统513的出射光瞳面处设置有空间光调制器805，对多级次重叠相干的干涉条纹进行选择。空间光调制器805也可以是可编程的LCD液晶板，根据液晶光阀原理，通过编程控制，可以在液晶板805上形成任意的透光和不透光区域，选择特定级次的衍射光进行探测。由光纤列阵807和探测器808(或探测器列阵)接收和探测参考板806上透射或反射的光强信号(或莫尔条纹的位相信息)。
另外一种探测光路516，也可以去除参考板806，直接在光瞳面探测多个衍射级位置的光强变化。对准标记扫描时不同衍射级的光强以不同的空间频率变化，通过各级次光强峰值的重合得到中心对准位置。这种方案可以增加对准标记设计的灵活性，并且兼容已知各种形式的对准标记，如光栅形、棋盘格形、盒形、人字形、“X”型等。
本发明装置可具体应用于但不局限于集成电路IC的制造，该装置还可以用于其他方面的制造，包括微机电系统(MEMS)器件、微光机电系统(MOEMS)器件、集成光学系统、液晶显示板LCD、薄膜磁头等。并且，在上述其它应用领域中，本发明所述的“晶片”可以由更通用的术语“基底”代替。本发明中所涉及到的“光源”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，例如：KrF准分子激光器(波长248nm)、ArF准分子激光器(波长193nm)、F2激光器(波长157nm)、Kr2激光器(波长146nm)、Ar2激光器(波长126nm)、超高压汞灯(g-线、i-线)、远紫外光源(5-20nm的波长范围)、或者离子束和电子束等。

Claims (7)

1.一种光刻装置的对准系统，它包括：
光源模块，提供用于对准系统的照明光源；
照明模块，传输照明光源的光束，垂直照明晶片上周期性光学结构的对准标记；
成像模块，其至少包括显微物镜，级结合系统以及多色光分离系统，采用显微物镜收集对准标记的多级次衍射光，并利用级结合系统使得对准标记的多级衍射频谱相同级次的正、负级频谱光斑对应重叠相干，然后采用多色光分离系统实现多波长光信号的分离；
探测模块，通过测量多个波长多级次衍射光斑对应位置处光强或位相的变化，得到对准标记的位置信息；
所述的级结合系统是基于坐标反演干涉仪的级结合系统，使对准标记的多级次衍射频谱分别发生x坐标和y坐标沿z坐标为光轴方向的反演，并使两组坐标反演的频谱相互重叠，实现多级衍射光斑正、负级次的重叠相干功能；
其特征在于：所述级结合系统是马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型结构，包含两个直角棱相互垂直放置的直角棱镜。
2.一种光刻装置的对准系统，它包括：
光源模块，提供用于对准系统的照明光源；
照明模块，传输照明光源的光束，垂直照明晶片上周期性光学结构的对准标记；
成像模块，其至少包括显微物镜，级结合系统以及多色光分离系统，采用显微物镜收集对准标记的多级次衍射光，并利用级结合系统使得对准标记的多级衍射频谱相同级次的正、负级频谱光斑对应重叠相干，然后采用多色光分离系统实现多波长光信号的分离；
探测模块，通过测量多个波长多级次衍射光斑对应位置处光强或位相的变化，得到对准标记的位置信息；
其特征在于：所述级结合系统为两个，通过所述级结合系统使对准标记的水平方向的±1-±n级和垂直方向的±1-±n级衍射光斑分别实现对应正、负级次光斑的重叠、干涉，并且分别探测水平方向和垂直方向的光信号。
3.如权利要求1所述的光刻装置的对准系统，其特征在于，所述的探测模块，包括两路光束，一路光束将对准标记和分划线成像在CCD照相机上，进行粗对准；另一路光束将级结合系统的出射光瞳面成像在参考板上，进行精对准；所述精对准光路的中间像位置设置有空间滤波器，且在级结合系统出射光瞳处设置有光阑。
4.如权利要求1所述的光刻装置的对准系统，其特征在于，所述对准标记为以十字划线为中心沿水平和垂直方向对称分布的4组子光栅组成的二维相位光栅结构；并且，同一方向对称分布的两组子光栅具有不同的基本光栅周期。
5.如权利要求1所述的光刻装置的对准系统，其特征在于，所述的多色光分离系统为基于色散元件，或者干涉截止滤光片，或者衍射光学元件的分光系统。
6.如权利要求1所述的光刻装置的对准系统，其特征在于，所述的照明光源为多波长光源，至少有四个波长，并且其中至少有两个光源波长在红外波段。
7.如权利要求1所述的光刻装置的对准系统，其特征在于，所述的显微物镜的出射光瞳处设置有空间滤波器。
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