[发明专利]一种投影光刻中的同轴对准系统

说明书

技术领域

本发明是一种适用于步进扫描投影光学系统的对准装置，属于超大规模集成电路制造以及光学微细加工技术中的纳米器件制造技术领域。

背景技术

微电子工业发展至今，主要依靠集成电路制造技术的不断进步。光学投影光刻因其具有成本相对较低、产率高、光刻分辨率高以及视场大等优点，一直是小规模集成电路乃至极大规模集成电路制造的主流手段。光学投影光刻技术自1978年诞生以来，先后经历了g线、i线、248nm到现在的193nm准分子激光光源等几个技术发展阶段。不论哪个发展阶段，光学投影光刻主要依靠着三大核心技术，即光刻投影物镜、掩模硅片对准系统、激光定位工件台系统的进步来推进微电子工业的发展。本发明主要涉及光学投影光刻中的掩模硅片对准系统。

从早期的步进重复到现今的步进扫描投影光刻，其基本原理都是将掩模上预先制作的图形通过投影物镜以缩小倍率投影到硅片上。由于集成电路制造需要进行多层套刻，因此需要将硅片待光刻区域和掩模上的图形进行对准。表征光刻技术发展的技术参数主要有特征线宽(即最小线宽)和套刻精度等。随着特征线宽的不断缩小，对准精度要求也越高，一般套刻精度要达到特征线宽的1/5～1/7。光刻特征线宽从微米级发展到亚微米级，如今采用各种分辨率增强技术的浸没式双曝光193nm深紫外光刻技术已经远远超越衍射极限达到深亚微米级，相应的对准精度要求也达到纳米级。

中国专利公开号CN 1495540A中公开了一种用于投影光刻中的对准系统和方法。该对准系统采用两种对准波长以及两个对准通道，通过采集两个对准通道的非零级衍射光来确定对准位置信息，并对两个通道的信息进行加权来进一步提高对准精度和系统的稳定性。由于该专利是通过采集信号强度来确定对准信息的，而光强度容易受到工艺过程的影响，因此对准精度有限。由于光刻投影系统只能对单一曝光波长成像，对准用的照明波长相对于曝光波长存在很大的色差，因此对准用的照明波长数越多，需要加入镜头内部的矫正色差的装置越多，这不仅使得投影曝光系统的装配变难，而且还增加了对准系统的复杂性。本专利采用单一的对准照明波长，通过采集衍射级的干涉条纹的空间相位信息来对准，因此对准装置简单，而且曝光工艺对光强产生的影响不改变干涉条纹的周期和空间相位信息，因此本专利可以达到很高的对准精度。

发明内容

本发明的技术解决解决问题：克服现有技术的不足，提供一种投影光刻中的同轴对准系统，该对准系统可以获得纳米到亚纳米级的对准精度，并且具有很强的工艺适应性。

本发明的技术解决方案：一种投影光刻中的同轴对准系统，其特征在于包括：包括光刻投影成像系统、照明激光系统、掩模、硅片、位于掩模上的反射式光栅标记、位于硅片上的反射式衍射光栅标记和对准成像系统；所述的光刻投影成像系统中的光学系统物方在掩模一侧，像方在硅片一侧；照明激光系统在掩模上的反射式衍射光栅标记处发生反射衍射和透射照射在硅片上的反射式衍射光栅标记处，利特罗角使得照明光在该反射式衍射光栅上产生按原路返回的衍射光，该衍射光透过光刻投影成像系统后在掩模面上与前述照明光在掩模上发生的反射衍射光干涉得到干涉条纹，对准成像系统将该干涉条纹成像到探测器上，根据干涉条纹的空间相位信息来探测掩模和硅片的对准位置。

所述的光刻投影成像系统是一个具有物像缩小作用的双远心光学系统，即平行于光轴的入射光线与出射光线平行，入射光线和出射光线与光轴的夹角的正弦之比等于镜头缩小倍率的倒数。双远心光学系统使得照明光路得到极大简化，便于布置照明光路且有利于换算掩模和硅片上的光栅标记的周期关系。

所述的光刻投影成像系统(a1)能够透过可见光以及365nm到193nm波长的紫外和深紫外光，因此，根据实际需求采用不同波长的照明光以提高工艺适应性。

所述的照明激光系统包括可以提供可见光到红外的单波长或者多波长照明光的激光器和半反半透镜，通过调节半反半透镜的角度获得合适的照明光入射角。

所述的照明激光系统中的照明光的入射角使得反射式衍射光栅标记产生的衍射级次中的0级光透过衍射光栅并进入投影光刻成像系统。

所述的照明激光系统中的照明光在掩模面的入射角为3°-18°。该入射角约等于掩模上的光栅标记的利特罗角。入射角太小则几乎与光刻投影成像系统同光轴，光路布置困难；入射角的最大值根据光刻投影成像系统的物方数值孔径来确定，一般物方数值孔径最大为0.3，因此入射角范围为3°-18°。