[发明专利]外参考干涉硅片对准系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及用于光刻装置中的外参考干涉硅片对准系统。背景技术

在半导体IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置，即套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/3～1/5，对于100纳米的光刻机而言，套刻精度指标要求小于35nm。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一，而掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。当特征尺寸CD要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更小的对准精度。

掩模与硅片之间的对准可采用掩模（同轴）对准＋硅片（离轴）对准的方式，即以工件台基准板标记为桥梁，建立掩模标记和硅片标记之间的位置关系，如图1所示。对准的基本过程为：首先通过同轴对准系统（即掩模对准系统），实现掩模标记与运动台基准板标记之间的对准，然后利用离轴对准系统（硅片对准系统），完成硅片对准标记与工件台基准板标记之间的对准（通过两次对准实现），进而间接实现硅片对准标记与掩模对准标记之间对准，建立二者之间的位置坐标关系。

专利EP1148390、US00US7564534和CN03133004.5给出了一种自参考干涉对准系统，如图2所示。该对准系统通过像旋转装置，实现对准标记衍射波面的分裂，以及分裂后两波面相对180°的旋转重叠干涉，然后利用光强信号探测器，在光瞳面处探测干涉后的对准信号，通过信号分析器确定标记的对准位置。该对准系统要求对准标记是180°旋转对称。像旋转装置是该对准系统最核心的装置，用以标记像的分裂与旋转。在该发明中，通过自参考干涉仪实现。而自参考干涉仪结构复杂，加工与装调难度高，实现起来困难。此外，由于干涉波面上每一干涉点来源照明光束空间上的不同位置处，故该对准系统要求照明光源具备严格的空间相干性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种新的外参考干涉硅片对准系统，通过探测对准标记与参考标记的在光瞳面上重叠的像，确定标记的对准位置。探测器单元通过探测重叠像的干涉信号，获得对准信号，并通过对准信号的相位信息，判断是否为完全重合的位置。当两个重叠的像完全重合时，即对准标记与参考标记完全对准，此时即为对准位置。成像模块对参考标记和对准标记进行投射成像，包括投射对准标记成像的光路和投射对准标记成像的光路。

根据本发明的外参考干涉硅片对准系统，包括：

提供对准照明光束的照明光源模块；

对所述照明光束进行偏振分束的偏振分束器；

参考标记成像模块和对准标记成像模块；

偏振器和探测对准信号的探测器单元；

其特征在于：

参考标记成像模块和对准标记成像模块分别具有一1/4波片，照明光束经由偏振分束器分成分别具有不同偏振成分的第一光束和第二光束，第一光束通过对准标记成像模块后投射到对准标记上，形成第一衍射波面后再次由对准标记成像模块成像；第二光束通过参考标记成像模块后投射到参考标记上，形成第二衍射波面后再次由参考标记成像模块成像；两个衍射波面分别被成像后由偏振分束器合束，使得两个衍射波面所成的像重叠，两个重叠的像通过偏振器后互相干涉形成对准信号，探测器单元对所述对准信号进行探测。

其中，所述参考标记成像模块和所述对准标记成像模块中的至少一个具有光程补偿器。

其中，所述光程补偿器为Solei Babinet补偿器。

其中，所述参考标记成像模块中包括波面旋转装置，使得波面旋转180°。

其中，所述波面旋转装置为透镜组或转像棱镜。

其中，所述偏振器为二向色片偏振器、基于多层涂层的正则偏振分光器、双折射分光器或线栅偏振器。

其中，所述照明光束不要求严格的空间相干性。

其中，所述参考标记的结构与所述对准标记的结构具备相同的空间周期，或者二者的结构具备满足拍频关系的周期。 

根据本发明的对准系统是对准标记与参考标记之间的比较，当二者完全重合时，即为对准位置。自参考干涉对准系统要求标记必须是180度旋转对称的。而外参考干涉硅片对准系统不要求对准标记是旋转对称的，只需要对准标记与参考标记相同或者是拍频关系即可。此外，外参考干涉硅片对准系统不要求照明光束具备严格的空间相关性。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。