[发明专利]一种用于光刻设备的对准系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机技术，特别涉及扫描投影光刻机的对准技术。

背景技术

应用步进扫描投影光刻机来完成微细加工的图形转移任务，基本上会涉及工件装载、工件待加工区域与掩膜版对准、工件曝光和工件卸载等基本步骤，其中尤其涉及到工件需要进行多层加工工艺的情况下，工件待加工区域与掩模版的精确对准是确保在线宽不断缩小情况下工件被正确加工的前提，当图形被准确的投影到工件待加工区域或新一层图形准确的套准投影在先前已形成图形的工件待加工区域上时，对当前层的适宜曝光，可以实现图形从掩膜版到基底(即待加工工件)的准确转移或层间套刻要求。

早期的光刻投影设备多采用同轴对准方法，专利US.4,251,160介绍了一种同轴对准装置，来实现掩膜片标记与基底标记的对准，其实现结构包括对准用光源、掩膜片及掩膜标记、对准光路(借助于投影物镜光路)和基底及基底标记。然而，随着加工最小线宽不断缩小，被迫采用更短的曝光波长，由于物镜必须根据曝光波长而并非对准波长进行优化设计，对准信号的强度势必受到影响。而且由于引入CMP工艺使得基底标记不对称，从而使同轴对准方法不再可靠。此外，各种工艺步骤使对准标记发生变化，包括引入不对称性和基底光栅标记的槽有效深度的变化。其它加工方法或步骤经常引入不同类型的误差。例如，铜-镶嵌过程会在集成电路表面的随机分布中引入对准误差。随着光刻技术构造的结构的尺寸减小和复杂性提高，不断要求提高对准精度。不提高对准精度，就不能实现分辨率的提高。此外，微器件复杂性的提高更需要技术来控制并将制造过程中由于对准误差而必须丢弃的基底数量降至最低。

另外，如何实现较大的捕获范围保证包含对准中心也是应该关注的问题，因为技术条件和工作顺序的限制，基底上片的预对准精度还不容易达到很高的程度，所以对完成预对准以后放在基底台的基底进行对准的前提条件是对准装置可以保证找到对准标记中心所在的区域，并获取包含中心区域信息的信号，通过对这种类型信号的处理最终获得对准中心位置，这也就是所谓的捕获范围问题。文献1(A new interferometric alignment technique，D.C.Flanders and HenryI.Smith，Appl.Phys.Lett.，vol.31，no.7，p.426，1977)介绍了一种用于X射线投影光刻机利用被具有周期p的基底标记与具有周期p+Δp的掩膜版标记之间的空间调制得到的正级次光组干涉形成的相位信号与负级次光组干涉形成的相位信号之间相位零相交位置作为精对准的位置，同时，这样可以获得P＝[p(p+Δp)]/Δp≈p²/Δp的标记中心位置的捕获范围，即可以确保在P范围内有一个对准点。

更进一步，文献2(Automatic Alignment System for Optical ProjectionPrinting，Gijs Bouwhuis and Stefan Wittekoek，IEEE Transactions on ElectronDevices，VOL.ED-26，NO.4，April 1979)提出了一种用于步进投影光刻机的一种利用周期为p的基底相位光栅与周期为p′＝R×p/2(其中R为光学倍率)的掩膜版相位光栅相对进行扫描运动获得一个与基底位置相一致的二次型相位信号，可以利用最大光强值来确定对准位置，前提是预对准精度达到p/4，在预对准精度允许范围内的信号峰值就是所求的对准位置，文中提到虽然可以用增加观察光路的方法来实现这样的预对准精度，但更好的方法是加入另外一个周期为p+Δp(Δp＜＜p)的光栅，通过设计保证这两个周期的光栅存在零相交位置，这样这两个光栅形成的信号的零相交位置将以P＝[p(p+Δp)]/Δp≈p²/Δp为周期重复出现，所以如果在小于P的范围内将可以保证只有一个唯一的零相交位置，这个位置就可以作为精确的对准位置。但随着特征线宽(Critical Dimension，CD)尺寸的减小，对套刻精度提高的要求也使得单纯用这种方式无法满足更高对准精度的要求。因为如果减小p，则P也将减小，对预对准的要求相应必须提高；而如果增大p，则P虽可以增大，但如果只利用一级光无法更好的实现更高精度的对准。