[发明专利]一种用于光刻设备的硅片对准光源系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种用于光刻设备的硅片对准光源系统。 

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9（即掩模对准系统），实现掩模标记3与位于运动台5上的基准板标记7之间的对准，然后利用离轴对准系统10（硅片对准系统），完成硅片对准标记6与工件台基准板标记7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6与掩模对准标记3之间对准，建立二者之间的位置坐标关系。 

现有光刻设备的硅片对准光源系统中，由于对准光学信号的强度微弱、波动大，容易受工作环境干扰等特点，在对准信号采集的过程中，为了提高信号的稳定性与抗干扰能力，采用了幅度调制技术，其直接使用比较独立的单元，即包括光弹晶体12、压电晶体11、功率驱动单元13、调制控制器14，如图2所示。在调制控制器14的控制下产生一定功率的驱动信号，驱动压电晶体的功率驱动器13对压电晶体11施加周期性的电压信号时，压电晶体11对与它连在一起的光弹晶体12施加周期性的机械力，此时光弹晶体12中产生周期性的光弹性效应。所谓光弹性效应，即通常晶体在自然状态下表现为各向同性，但当施加机械外力时变为各向异性，光通过时产生双折射效应。通过光路后面的检偏器后，透射的光强的能量规律与施加到压电晶体上的电压信号的规律相对应。该独立的幅度调制装置造价昂贵，占据空间大。 

现有光刻设备的的硅片对准系统中，光源的功率波动量对对准重复精度有直接影响，如扫描光刻机中，光源1%的稳定性会引起对准重复精度0.5nm的误差，基于此问题，有必要对光源的功率波动量进行控制，功率波动量越小越好，从而保证分系统的可靠性。现有技术方案中采用外部光强调制装置实现光强幅度调制，采用外部衰减装置实现光功率衰减，造价昂贵，占据空间大。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于光源内部幅度调制的硅片对准光源系统，同时又可对光源的波动量进行调校，大幅降低硅片对准系统的开发成本，缩小系统的空间结构尺寸，提高信号的抗干扰性，提高对准重复精度。 

本发明提出一种用于光刻设备的硅片对准光源系统，其特征在于包括：光源模块，光强调制模块，光纤模块，光电探测模块，AD采集模块，相位调整模块，控制模块以及对准探测模块；所述光源模块发出的光经过所述光强调制模块幅度调制，并通过所述光纤模块后一路进入所述对准探测模块；另一路经过所述光电探测模块进行光电转换，所述AD采集模块采集和所述相位调整模块校准后，经过所述控制模块对所述光强调制模块进行控制。 

其中，所述光源模块包括激光器和激光控制器，用于输出单个波长的激光。 

其中，所述光强调制模块产生调制信号，对所述光源模块输出的光束进行光强幅度调制，并提供一路参考信号给相位调整模块。 

其中，所述光强调制模块包括信号源、滤波、缓冲以及电压-电流转换四个部分。 

其中，所述参考信号与调制信号相同。 

其中，所述调制信号为 ，其中A为幅值，f为调制频率，为相位。 

其中，所述光纤模块包括光纤分束器、光纤跳线以及光纤准直器；光纤分束器用于耦合并对光束进行分束，光纤跳线用于传输调制光束，光纤准直器用于对光束进行准直。 

其中，所述控制模块接收所述AD采集模块的信号，并对所述光源模块、相位调整模块进行控制。 

本发明还提出一种使用上述硅片对准光源系统的对准方法，其特征在于包括如下步骤： 

步骤一，开启光源模块，控制模块设定光强幅值，调制模块产生调制信号；