[发明专利]自参考干涉对准系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的自参考干涉对准系统。

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给出了一种自参考干涉对准系统（硅片对准系统），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、旋转和叠加。在该发明中，像旋转装置通过自参考干涉仪实现。

专利US00US7564534、CN03133004.5、CN201210117917.0和CN201210091145.8给出了该对准系统的具体实现结构，如图3所示。该技术方案中每一组件的作用可参考在先专利，此处作为公知技术引入。但是，该技术方案一次只能实现一个方向的对准，要确定标记的X和Y向位置，需要两次扫描实现。光尤其是对更高技术节点的光刻机而言，套刻精度要求极高（例如ASML1950i光刻机，套刻精度高达2.5纳米）。除了通过提升对准重复精度来提高套刻精度外，另外一个办法就是对准更多的标记，来实现套刻精度的提高。然而，对准的标记越多，用时也将越多，将直接导致产率的降低。而光刻机作为一种极端昂贵的设备，产率也是客户尤为看重的一个技术指标。如果能够同时实现二维对准扫描，一次性获得每个标记对的X和Y向坐标，将可以直接减小对准用时，提高产率。   

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种自参考干涉对准系统，包括：激光光源模块，用于提供所需的照明光束；光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上，并接收携带所述对准标记X向和Y向的对准信息的反射光，所述反射光在所述光学模块的自参考干涉仪内进行波面的分裂、旋转和叠加，然后出射光学信号，其中，所述X向垂直于Y向；电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准位置；其特征在于，所述光学模块还包括一分束汇聚单元，所述分束汇聚单元将携带所述对准标记X向和Y向对准信息的光学信号分束到不同的支路里，以实现X向和Y向对准位置的二维扫描。

较优地，所述分束汇聚单元利用偏振分束特性，将光束分束到两个不同支路，在两个支路里形成相位相差180度的光学信号。

其中，所述分束汇聚单元包括：XY向分束器，用于接收所述自参考干涉仪出射的光信号，并将该光信号进行分束处理，形成第一光信号及第二光信号，所述第一光信号携带有所述对准标记X向对准信息，所述第二光信号携带有所述对准标记Y向对准信息；X向支路，包括第一偏振分束器、第一汇聚透镜及第二汇聚透镜，所述第一光信号经由所述偏振分束器分成X向零级次光信号及X向高级次光信号，所述X向零级次光信号经由第一汇聚透镜汇聚后出射，所述Y向高级光信号经由第四汇聚透镜汇聚后出射；以及Y向支路，包括第二偏振分束器、第三汇聚透镜及第四汇聚透镜，所述第二信号经由所述第二偏振分束器分成Y向零级次光信号及Y向高级次光信号，所述Y向零级次光信号经由所述第三汇聚透镜汇聚后出射。