專利名稱：雙向分束器、使用其的對準(zhǔn)系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的光刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與集成電路或其它微型器件制造領(lǐng)域的光刻裝置有關(guān)，特別涉及一 種對準(zhǔn)技術(shù)和光刻裝置。
背景技術(shù)：
光刻裝置主要用于集成電路IC或其他微型器件的制造。通過光刻裝置，具有不同掩模圖案的多層掩模在精確對準(zhǔn)下依次成像在涂覆有光刻膠的晶片上。 目前有兩種光刻裝置， 一類是步進(jìn)光刻裝置，掩模圖案一次曝光成像在晶片的 一個曝光區(qū)域，隨后晶片相對于掩模版移動，將下一個曝光區(qū)域移動到掩模圖 案和投影物鏡下方，再一次將掩模圖案曝光在晶片的另一曝光區(qū)域，重復(fù)這一 過程直到晶片上所有曝光區(qū)域都擁有掩模圖案的像。另一類是步進(jìn)掃描光刻裝 置，在上述過程中，掩模圖案不是一次曝光成像，而是通過投影光場的掃描移 動成像。在掩模圖案成像過程中，掩模與晶片同時相對于投影系統(tǒng)和投影光束移動o在半導(dǎo)體制作過程中，為使掩模圖案正確轉(zhuǎn)移到晶片上，關(guān)鍵的步驟是將 掩模與晶片對準(zhǔn)，即計算掩模相對于晶片的位置，以滿足套刻精度的要求。當(dāng)特征尺寸"CD，，要求更小時，對套刻精度"Overlay"的要求以及由此產(chǎn)生的對對準(zhǔn) 精度的要求變得更加嚴(yán)格。現(xiàn)有技術(shù)有兩種對準(zhǔn)方案， 一種是透過鏡頭的TTL 同軸對準(zhǔn)技術(shù)，另一種是OA離軸對準(zhǔn)技術(shù)。在每一次進(jìn)行光刻膠曝光前，需 要使用對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行掩模-晶片對準(zhǔn)。在離軸對準(zhǔn)技術(shù)中，將位于晶片非曝光 區(qū)域的全場對準(zhǔn)標(biāo)記或劃線槽(scribe line)對準(zhǔn)標(biāo)記成^^到參考板上，通過確 定對準(zhǔn)標(biāo)記位置相對于處于理想位置的參考標(biāo)記的偏差，來進(jìn)行晶片曝光場和 掩模圖案定位。目前，主流光刻設(shè)備大多所采用的對準(zhǔn)方式為光柵對準(zhǔn)。光柵對準(zhǔn)是指照 明光束照射在光柵型對準(zhǔn)標(biāo)記上發(fā)生衍射，衍射光攜帶有關(guān)于對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)的 全部信息。多級次衍射光以不同角度從相位對準(zhǔn)光柵上散開，通過空間濾波器 濾掉零級光后，采集衍射光士l級衍射光，或者隨著CD要求的提高，同時采集 多級衍射光(包括高級)在參考面干涉成像，經(jīng)光電探測器探測和信號處理， 確定對準(zhǔn)中心位置。一種現(xiàn)有技術(shù)的情況(參見中國發(fā)明專利，申請?zhí)朇N03164859.2，發(fā)明 名稱用于光刻系統(tǒng)的對準(zhǔn)系統(tǒng)和方法)，荷蘭ASML公司所采用的一種4f系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)的離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)ATHENA，參見圖1 (a) 圖1 (g)。盡管通過雙波長照 明可以部分抑制相消干涉導(dǎo)致的信號衰減影響；探測標(biāo)記的高級次衍射光也可以減小對準(zhǔn)標(biāo)記非對稱變形的影響。但是，由于只使用了兩種可見波長的激光 光源，事實上要完全消除相消干涉導(dǎo)致的信號衰減問題至少需要采用4-5個照明 波長，并且低k值的介質(zhì)材料在可見光譜范圍的吸收會導(dǎo)致對準(zhǔn)信號強度的衰 減，從而影響對準(zhǔn)精度。另外，采用楔塊列陣或楔板組合來實現(xiàn)多級衍射光的 分離和相干成像。對折射正、負(fù)相同級次的兩楔塊的面型和楔角一致性要求很 高；而楔板組的加工制造、裝配和調(diào)整的要求也很高，具體實現(xiàn)起來工程難度 較大，代價昂貴。釆用多分段的高級次衍射光增強型光柵標(biāo)記，可以提高對準(zhǔn)精度，增強工 藝適應(yīng)性。但是，該具有周期性細(xì)分結(jié)構(gòu)的高級次衍射光增強型對準(zhǔn)標(biāo)記 SPM-AH32、 SPM-AH53、 SPM-AH74都只能同時實現(xiàn)一個高階衍射級次光強的 增強，VSPM標(biāo)記雖然可以同時實現(xiàn)3級、5級和7級衍射光增強，但是標(biāo)記尺 寸過大，占用了較多的劃線槽面積。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的雙向分束器、使用 該分束器的對準(zhǔn)系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的光刻裝置，以實現(xiàn)光刻機的對準(zhǔn)。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的雙向分 束器，其包括反射區(qū)域和透射區(qū)域，該反射區(qū)域完全反射入射光，該透射區(qū)域 完全透過入射光。該反射區(qū)域與透射區(qū)域的分布可以是中間區(qū)域為透射區(qū)域，兩側(cè)區(qū)域為反 射區(qū)域，也可以是中間區(qū)域為反射區(qū)域，兩側(cè)區(qū)域為透射區(qū)域。該透射區(qū)域和
反射區(qū)域可以通過對分束面分區(qū)域鍍膜來實現(xiàn)。該透射區(qū)域也可以是去除對應(yīng) 的分束器材料以形成通孔，讓光束直接透過。該完全反射的入射光和該完全透 過的入射光分別是光柵型對準(zhǔn)標(biāo)記的相互垂直的兩個方向的多級次衍射光。本發(fā)明還提供一種使用該雙向分束器的對準(zhǔn)系統(tǒng)，包括光源模塊；照明 模塊；包括物鏡、第一成像光路、第二成像光路的成像模塊；包括第一探測光 路、第二探測光路的探測模塊和信號處理和定位模塊。該光源模塊提供用于對準(zhǔn)系統(tǒng)的照明光束；該照明光束通過該照明模塊傳 輸，照明對準(zhǔn)標(biāo)記；該成像模塊的物鏡收集該對準(zhǔn)標(biāo)記的反射光和衍射光，并 且分別傳輸?shù)皆摰谝怀上窆饴泛偷诙上窆鈄各對該對準(zhǔn)標(biāo)記成像；該第一l笨測 光路探測該第一成像光路所成的像得到第一光信號，該第二探測光路探測該第 二成像光路所成的像得到第二光信號；該信號處理和定位模塊處理第一光信號 和第二光信號，并根據(jù)第一光信號和第二光信號的位相信息確定對準(zhǔn)標(biāo)記的位 置信息。該第二成像光3各包括該雙向分束器，該雙向分束器完全透過該對準(zhǔn)標(biāo)記在 一個方向上的衍射光，完全反射與該方向的衍射光垂直方向的衍射光。該對準(zhǔn)標(biāo)記為包含有高級次衍射光增強型光柵的對準(zhǔn)標(biāo)記，該高級次衍射 光增強型光柵是能夠抑制零級和偶數(shù)級次的衍射光能量，同時增強多個奇數(shù)級 次的衍射光光強的光柵。該照明光束是多波長照明光束，包括四個分立波長的激光束，該四個分立 波長中至少有兩個波長在近紅外或紅外波#殳。該光源模塊使用激光器，該激光器可以是氣體激光器、可以是固體激光器、 可以是半導(dǎo)體激光器，還可以是光纖激光器。該光源模塊中包含平頂高斯光束整型裝置。該照射到晶片上的照明光束為圓偏振光。該對準(zhǔn)標(biāo)記的士l級衍射光在該成像4莫塊的第一成像光路相干成l象。 該對準(zhǔn)標(biāo)記的高級次衍射光的相同級次的正、負(fù)級衍射光斑在該成像模塊的第二成像光路對應(yīng)重疊相干。該第二成像光路包含兩個級結(jié)合干涉儀，使對準(zhǔn)標(biāo)記的高級次衍射光的相同級次的正、負(fù)級書f射光斑對應(yīng)重疊相干。兩個級結(jié)合干涉儀由級結(jié)合系統(tǒng)和檢偏器組成。該級結(jié)合系統(tǒng)可以是坐標(biāo) 反演千涉儀，可以是棱鏡干涉儀，可以是橫向剪切干涉儀，還可以是衍射光柵 的級結(jié)合系統(tǒng)。該成像模塊包含多色光分離系統(tǒng)。該多色光分離系統(tǒng)可以是使用色散元件 的分光系統(tǒng)，可以是使用二向色性元件的分光系統(tǒng)，還可以是使用衍射光學(xué)元 件的分光系統(tǒng)。該第 一探測光3各與該第 一成像光路相連，纟笨測對準(zhǔn)標(biāo)記像經(jīng)過位于第 一成 像光路像面的參考光柵調(diào)制后的透射光強變化，得到該第一光信號。該第二探 測光路與該第二成像光路相連，探測對準(zhǔn)標(biāo)記的重疊相干的高次級衍射光斑在 光瞳面的對應(yīng)位置處的光強變化，得到該第二光信號。該成像模塊還可以包括 第三成像光路，該的探測模塊還可以包含第三探測光路，該第三成像光路直接將該對準(zhǔn)標(biāo)記成像于該第三探測光路的CCD相機。本發(fā)明還提供一種使用該對準(zhǔn)系統(tǒng)的光刻裝置，包括照明系統(tǒng)、掩模支 架、掩模臺、投影光學(xué)系統(tǒng)、晶片支架、晶片臺、該對準(zhǔn)系統(tǒng)、同軸對準(zhǔn)單元、 反射鏡和激光干涉儀、伺服系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)以及主控制系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)傳輸曝光光束；該掩模支架和掩模臺支撐該掩模版；該掩模版 上有掩模圖案和具有周期性結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)標(biāo)記；該投影光學(xué)系統(tǒng)將該掩模版上的 掩模圖案投影到該晶片上；該晶片支架和晶片臺支撐該晶片；該晶片臺上有含 有基準(zhǔn)標(biāo)記的基準(zhǔn)板；該晶片上有具有周期性光學(xué)結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)標(biāo)記；該對準(zhǔn)系 統(tǒng)，設(shè)置在該掩模臺和該晶片臺之間；該同軸對準(zhǔn)單元用于掩模對準(zhǔn)；該反射 鏡和激光干涉儀測量該掩模臺和晶片臺的位置；該伺服系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動該 掩模臺和晶片臺移動；該伺服系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)由該主控制系統(tǒng)控制；該對準(zhǔn)標(biāo) 記為包含有高級次衍射光增強型光柵的對準(zhǔn)標(biāo)記，該高級次衍射光增強型光柵 可以同時增強一個以上衍射級次的光強。本發(fā)明所提供的用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的雙向分束器、使用該分束器的 對準(zhǔn)系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的光刻裝置，通過在像面探測對準(zhǔn)標(biāo)記的± 1級衍射光 相干成像經(jīng)參考光^H周制后的光強，由透射光信號的位相信息獲得對準(zhǔn)標(biāo)記的 粗略位置信息；同時在光瞳面探測對準(zhǔn)標(biāo)記的高級次衍射光的相同級次的正、 負(fù)級衍射光斑重疊相干的各級次干涉信號強度變化，根據(jù)以不同頻率變化的信
號的位相信息得到對準(zhǔn)標(biāo)記的精確位置信息。該對準(zhǔn)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生具有較強工 藝適應(yīng)性、高靈敏度和高信噪比的對準(zhǔn)信號，對準(zhǔn)系統(tǒng)重復(fù)性精度高。采用基 于一個雙向分束器和兩個級結(jié)合干涉儀的正、負(fù)級次衍射光斑重疊相干系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)和原理， 一方面，通過使用雙向分束器使得對準(zhǔn)標(biāo)記的兩個垂直方向的多級次衍射光斑在沒有能量損失的情況下完全分離，提高了對準(zhǔn)信號的信噪比；另 一方面使得兩個垂直方向的多級次衍射光分別重疊、相干，并且探測光路完全 分開，有效降低了級結(jié)合干涉儀的設(shè)計、加工和裝調(diào)的難度，有利于降低成本， 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性精度。


圖l(a)到圖l(g)為現(xiàn)有技術(shù)的雙激光多級衍射光柵離軸對準(zhǔn)(ATHENA) 對準(zhǔn)系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)與光刻裝置之間的總體布局、工作原理 結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 (a)到圖3 (b)為晶片對準(zhǔn)標(biāo)記的示意圖； 圖4為本發(fā)明對準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明雙向分束器的分束面示意圖； 圖6為本發(fā)明一種級結(jié)合干涉儀的基本結(jié)構(gòu)和原理示意圖； 附圖中1、照明系統(tǒng)；2、掩模版；3、掩模臺；4、投影光學(xué)系統(tǒng)；5、離 軸式對準(zhǔn)系統(tǒng)；6、晶片；7、晶片臺；8、基準(zhǔn)板；9、驅(qū)動系統(tǒng)；10、反射鏡； 11、激光干涉儀；12、主控制系統(tǒng)；13、伺服系統(tǒng)；14、驅(qū)動系統(tǒng)；15、激光 干涉儀；16、反射鏡；61、劃線槽標(biāo)記的第一光柵；62、劃線槽標(biāo)記的第二光 柵；63、劃線槽標(biāo)記的十字圖形；73、四象限標(biāo)記的十字線；71、四象限標(biāo)記 的第一光柵；72、四象限標(biāo)記的第二光柵；74、四象限標(biāo)記的第三光柵；75、 四象限標(biāo)記的第四光柵；76、四象限標(biāo)記的非周期性調(diào)制的高級次衍射光增強 型細(xì)分結(jié)構(gòu)；77、四象限標(biāo)記的非周期性調(diào)制的高級次衍射光增強型細(xì)分結(jié)構(gòu)； 501、單模保偏光纖；502、光纖耦合器；503、合束器；504、單模保偏光纖； 505、透鏡；506、照明孔徑光闌；507、透4免；508、平々反；508a、小反射4竟； 509、入/4波片；510、物4竟；511、平^反；511a、反射4竟；512、空間濾波器；513、多色光分離系統(tǒng)；514、透鏡；515、參考光柵；516、雙向分束器；516a、 分束面；517、空間濾波器；518、級結(jié)合干涉儀；519、多色光分離系統(tǒng)；521、 空間濾波器；520a、 4笨測器；520b、纟笨測器；520c、纟笨測器；520d、 4笨測器；522、 級結(jié)合干涉儀；523、多色光分離系統(tǒng)；524a、探測器；524b、探測器；524c、 探測器；524d、探測器；525、傳輸光纖；526、光電探測器；70、紅光；70'、 綠光；800、光程差補償器；801、直角棱鏡；801a、反射面；802、直角棱鏡； 802a、膠合面；803、消色差入/4波片；804、反射鏡；805、檢偏器；90、探測 器；91、探測器；92、探測器；93、探測器；94、探測器；95、探測器；96、 探測器；90'、探測器；91'、探測器；92'、探測器；93'、探測器；94'、探測器； 95'、纟果測器;96'、探測器；RM、對準(zhǔn)標(biāo)記；FM、基準(zhǔn)標(biāo)記；WM、對準(zhǔn)標(biāo)記； IL、曝光光束；WEP、楔塊列陣或楔板組；WEP'、楔塊列陣或楔板組；RGP、 參考板；RGP'、參考板。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的說明。 圖1 (a)到圖1 (g)示出了現(xiàn)有技術(shù)的雙激光多級衍射光柵離軸對準(zhǔn) (ATHENA)對準(zhǔn)系統(tǒng)示意圖。其中，圖1 (a)示出了現(xiàn)有技術(shù)的雙激光多級 衍射光柵離軸對準(zhǔn)(ATHENA)對準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖1 (b)示出了現(xiàn)有技 術(shù)的雙激光多級衍射光柵離軸對準(zhǔn)(ATHENA)對準(zhǔn)系統(tǒng)原理示意圖。該對準(zhǔn) 系統(tǒng)在光源部分采用紅光70、綠光70'雙激光光源照射；光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為4f系 統(tǒng)，并采用位于頻譜面的楔塊列陣或楔板組WEP和WEP'來實現(xiàn)對準(zhǔn)標(biāo)記不同 級次衍射光的分離，在像面分別相干成像；通過探測器陣列90-96和90'-96'，探 測對準(zhǔn)標(biāo)記多級次衍射光相干成像后透過參考板RGP和RGP'上對應(yīng)參考光柵 的透射光強，得到正弦輸出的對準(zhǔn)信號，由不同頻率的信號的位相信息獲得對 準(zhǔn)標(biāo)記的中心位置。圖1 (c)示出了用于現(xiàn)有技術(shù)的雙激光多級衍射光柵離軸 對準(zhǔn)(ATHENA)對準(zhǔn)系統(tǒng)的SPM標(biāo)記示意圖。SPM標(biāo)記包括光柵111、 112 和CCD圖像粗對準(zhǔn)標(biāo)記113,光柵111周期為16um,光柵112周期為17.6um, 對用于同一方向?qū)?zhǔn)的兩組光柵，選擇不同的光柵周期可以提高對準(zhǔn)的捕獲范 圍，捕獲范圍表示為士P,P2/[2(P廣P2)]。由于SPM標(biāo)記的高級次衍射光衍射效率
較低，因此在SPM基礎(chǔ)上又提出了如圖1 (d)、圖1 (e)、圖1 (f)和圖1 (g) 所示的SPM-AH32、 SPM-AH53、 SPM-AH74和VSPM等含有周期性增強型細(xì) 分結(jié)構(gòu)的增強型標(biāo)記，通過對基本光柵周期進(jìn)行n級周期性細(xì)分，使基本光柵 的n級衍射級次光強得到增強，從而提高光刻裝置的對準(zhǔn)精度和工藝適應(yīng)性。 如圖所示，在周期為16um的光4冊121、光4冊131和光柵141的半周期內(nèi)分別進(jìn) 行3級、5級和7級均勻細(xì)分，細(xì)分結(jié)構(gòu)分別如123、 133和143所示，通過細(xì) 分結(jié)構(gòu)123、 133和143分別增強光柵121、光柵131和光柵141的3級、5級 和7級衍射光；光柵122、光柵132和光柵142的周期為17.6um,用作捕獲光 柵。VSPM標(biāo)記是一個4分段的標(biāo)記，光柵151、光柵152和光柵153的周期均 為16um,分別是3級、5級和7級衍射光增強型光柵；光柵154也是3級衍射 光增強型光柵，周期為17.6um,用于捕獲。圖2示出了本發(fā)明光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)與光刻裝置之間的總體布局、工作 原理結(jié)構(gòu)示意圖。光刻裝置的構(gòu)成包括用于提供曝光光束的照明系統(tǒng)1;用于 支承掩模版2的掩模支架和掩模臺3,掩模版2上有掩模圖案和具有周期性結(jié)構(gòu) 的對準(zhǔn)標(biāo)記RM;用于將掩模版2上的掩模圖案投影到晶片6的投影光學(xué)系統(tǒng)4; 用于支承晶片6的晶片支架和晶片臺7,晶片臺7上有刻有基準(zhǔn)標(biāo)記FM的基準(zhǔn) 板8,晶片6上有周期性光學(xué)結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)標(biāo)記WM;用于掩模和晶片對準(zhǔn)的離軸 式對準(zhǔn)系統(tǒng)5;用于掩^^莫臺3和晶片臺7位置測量的反射鏡10、 16和激光干涉 儀ll、 15，以及由主控制系統(tǒng)12控制的掩模臺3和晶片臺7位移的伺服系統(tǒng) 13和驅(qū)動系統(tǒng)9、 14。其中，照明系統(tǒng)1包括一個光源、 一個使照明均勻化的透鏡系統(tǒng)、 一個反 射鏡、 一個聚光鏡(圖中均未示出)。作為一個光源單元，釆用KrF準(zhǔn)分子激光 器(波長248nm )、 ArF準(zhǔn)分子激光器(波長193nm )、 F2激光器(波長157nm )、 Kr2激光器(波長146nm )、 Ar2激光器(波長126nm )、或者使用超高壓汞燈(g-線、i-線)等。照明系統(tǒng)1均勻照射的曝光光束IL照射在掩模版2上，掩模版2 上包含有掩模圖案和周期性結(jié)構(gòu)的標(biāo)記RM,用于掩模對準(zhǔn)。4務(wù)才莫臺3可以經(jīng)驅(qū) 動系統(tǒng)14在垂直于照明系統(tǒng)光軸(與投影物鏡的光軸AX重合)的X-Y平面內(nèi) 移動，并且在預(yù)定的掃描方向(平行于X軸方向)以特定的掃描速度移動。掩 模臺3在移動平面內(nèi)的位置通過位于掩模臺3上的反射鏡16由多普勒雙頻激光
干涉儀15精密測得。掩模臺3的位置信息由激光干涉儀15經(jīng)伺服系統(tǒng)13發(fā)送 到主控制系統(tǒng)12,主控制系統(tǒng)12根據(jù)掩模臺3的位置信息通過驅(qū)動系統(tǒng)14驅(qū) 動掩模臺3。投影光學(xué)系統(tǒng)4 (投影物鏡)位于圖1所示的掩模臺3下方，其光軸AX 平行于Z軸方向。由于釆用雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)并具有預(yù)定的縮小比例如1/5或1/4的折 射式或折反射式光學(xué)系統(tǒng)作為投影光學(xué)系統(tǒng)，所以當(dāng)照明系統(tǒng)1發(fā)射的曝光光 束照射掩模版2上的掩模圖案時，電路掩模圖案經(jīng)過投影光學(xué)系統(tǒng)在涂覆有光 刻膠的晶片6上成縮小的圖像。晶片臺7位于投影光學(xué)系統(tǒng)4的下方，晶片臺7上設(shè)置有一個晶片支架(圖 中未示出)，晶片6固定在支架上。晶片臺7經(jīng)驅(qū)動系統(tǒng)9驅(qū)動可以在掃描方向 (X方向)和垂直于掃描方向(Y方向)上運動，佳_得可以將晶片6的不同區(qū) 域定位在曝光光場內(nèi)，并進(jìn)行步進(jìn)掃描操作。晶片臺7在X-Y平面內(nèi)的位置通 過一個位于晶片臺上的反射鏡10由多普勒雙頻激光干涉儀11精密測得，晶片 臺7的位置信息經(jīng)伺服系統(tǒng)13發(fā)送到主控制系統(tǒng)12,主控制系統(tǒng)12根據(jù)位置 信息(或速度信息)通過驅(qū)動系統(tǒng)9控制晶片臺7的運動。晶片6上設(shè)有周期性結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)標(biāo)記WM,晶片臺7上有包含基準(zhǔn)標(biāo)記FM 的基準(zhǔn)板8,對準(zhǔn)系統(tǒng)5分別通過晶片對準(zhǔn)標(biāo)記WM和基準(zhǔn)標(biāo)記FM實現(xiàn)晶片6 對準(zhǔn)和晶片臺7對準(zhǔn)。另外， 一個同軸對準(zhǔn)單元(圖中未示出)將晶片臺上基 準(zhǔn)板8的基準(zhǔn)標(biāo)記FM與掩模對準(zhǔn)標(biāo)記RM對準(zhǔn)，實現(xiàn)掩才莫對準(zhǔn)。對準(zhǔn)系統(tǒng)5 的對準(zhǔn)信息結(jié)合同軸對準(zhǔn)單元的對準(zhǔn)信息一起傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)12,經(jīng)數(shù)據(jù)處 理后，驅(qū)動系統(tǒng)9驅(qū)動晶片臺7移動實現(xiàn)掩^t和晶片6的對準(zhǔn)。圖3示出了晶片對準(zhǔn)標(biāo)記的示意圖。具體可以參見中國發(fā)明專利1."一 種對準(zhǔn)標(biāo)記及其制造方法"，公開號CN1936710A; 2."用于晶片對準(zhǔn)的對準(zhǔn) 標(biāo)記結(jié)構(gòu)"，7>開號CN1963679A。圖3 (a)示出了劃線槽標(biāo)記示意圖，該對準(zhǔn)標(biāo)記為相位光柵結(jié)構(gòu)(圖中僅 給出了x方向的對準(zhǔn)標(biāo)記，y方向的對準(zhǔn)標(biāo)記相類似)，包括第一光柵61、第二 光柵62和十字圖形63。第一光柵61的周期和第二光柵62的基本周期不同且分 別分布在十字圖形63的兩側(cè)。光柵61和62均用于同一方向(x或y方向)對 準(zhǔn)。第一光柵61是基本光柵周期為P,的高級次衍射光增強型光柵，基本周期 Pl (如圖中放大部分所示)為非周期性調(diào)制的高級次衍射光增強型細(xì)分結(jié)構(gòu)64。例如，如圖3(a)中所示，第一光柵61可以是士1、 ±3、 ±5和±7級的高級 次衍射光增強型光柵，同時增強士l、 ±3、 ±5和±7級的衍射光。在一個基本 光柵周期P,內(nèi)有IO個調(diào)制點，以周期進(jìn)行歸一化的調(diào)制點位置分別為0， 0.1812， 0.2956， 0.3282, 0.4392, 0.5, 0.6812, 0.7956， 0.8282， 0.9392,多級次的衍射光斑1 x8的列陣，抑制了偶數(shù)級次衍射光斑，同時使士l級，±3級，±5級和±7級 的衍射光斑的光強得到增強。第二光柵62基本周期為P2,通過對用于同一方向 對準(zhǔn)的兩組光柵選擇不同的光柵周期可以提高對準(zhǔn)的捕獲范圍，作為捕獲標(biāo)記 使得捕獲范圍為土P,P2/[2(P廣P2)]。第二光柵62可以是1級捕獲標(biāo)記，也可以 為3級或5級捕獲標(biāo)記。同樣，第二光柵62也可以是包含非周期性的高級次衍 射光增強型細(xì)分結(jié)構(gòu)的高級次衍射光增強型光柵。圖3 (b)示出了四象限的標(biāo)記示意圖，該對準(zhǔn)標(biāo)記為相位光^f冊結(jié)構(gòu)。位于 整個對準(zhǔn)標(biāo)記中央的十字線73用于視頻監(jiān)測。第一光柵71、第二光柵72、第 三光柵74和第四光柵75以十字線73為中心沿x和y方向相互錯位排列，相向 分布的兩組光柵結(jié)構(gòu)用于同一方向?qū)?zhǔn)，即第一光4冊71和第三光4冊74用于x 方向?qū)?zhǔn)，第二光^冊72和第四光柵75用于y方向?qū)?zhǔn)。第二光4冊72和第三光 柵74是基本光柵周期為P,的衍射光柵，第二光柵72的基本周期P，(如圖中放 大部分所示)為非周期性調(diào)制的高級次衍射光增強型細(xì)分結(jié)構(gòu)77，光柵74的基 本周期P,為非周期性調(diào)制的高級次衍射光增強型細(xì)分結(jié)構(gòu)76;作為捕獲標(biāo)記， 第一光沖冊71和第四光柵75的基本光4冊周期為P2，捕獲范圍為土P,P2/[2(P廣P2)]。 同樣，第一光柵71和第四光柵75也可以是包含非周期性的高級次衍射光增強 型細(xì)分結(jié)構(gòu)的高級次衍射光增強型光柵。相對于在先技術(shù)中所述的SPM、 SPM-AH32、 SPM-AH-53、 SPM-AH-74和 VSPM標(biāo)記，本發(fā)明所述的具有非周期性調(diào)制的高級次衍射光增強型細(xì)分結(jié)構(gòu) 的高級次衍射光增強型對準(zhǔn)標(biāo)記，可以抑制零級和偶數(shù)級次的衍射光能量，能 夠同時增強多個奇數(shù)級次的衍射光光強，并且能夠增強對化學(xué)機械拋光(CMP ) 和金屬濺射(A1-PVD)等工藝的適應(yīng)性，降低標(biāo)記非對稱變形的發(fā)生概率，提 高對準(zhǔn)精度。圖4示出了本發(fā)明的對準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該對準(zhǔn)系統(tǒng)主要由光源模塊、
照明模塊、成像模塊、探測模塊、信號處理和定位模塊(圖中沒有示出)等組 成。光源模塊主要包括提供近紅外或紅外波段在內(nèi)的多個分立波長的光源、快門、光隔離器和RF調(diào)制器(圖中沒有示出)；照明模塊包括傳輸光纖和照明光 學(xué)系統(tǒng)；成像模塊主要包括大數(shù)值孔徑的物鏡、分束器、空間濾波器、級結(jié) 合干涉儀、多色光分離系統(tǒng)和成像光學(xué)系統(tǒng)；探測模塊包括參考光柵和光電探 測器；信號處理和定位模塊主要包括光電信號轉(zhuǎn)換和放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信 號處理電路等。該對準(zhǔn)系統(tǒng)的主要特征是，通過在像面探測對準(zhǔn)標(biāo)記的± 1級衍射光相干成 像經(jīng)參考光柵調(diào)制后的光強，由透射光信號的位相信息獲得對準(zhǔn)標(biāo)記的粗略位 置信息；同時在光瞳面探測對準(zhǔn)標(biāo)記的高級次衍射光的相同級次的正、負(fù)級衍 射光斑重疊相干的各級次干涉信號強度變化，根據(jù)以不同的頻率變化的信號的 位相信息得到對準(zhǔn)標(biāo)記的精確位置信息。該對準(zhǔn)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生具有較強工藝適 應(yīng)性、高靈敏度和高信噪比的對準(zhǔn)信號，對準(zhǔn)系統(tǒng)重復(fù)性精度可以達(dá)到3-5nm, 完全滿足線寬90nm以及90nm以下的對準(zhǔn)要求。對準(zhǔn)系統(tǒng)提供包含多個分立波長的照明光束，優(yōu)先采用四個分立的波長， 并且其中至少有兩個波長在近紅外或紅外波段，例如，532nm、 633nm、 785nm 和850nm。多波長(、、、、X3和、)照明光束經(jīng)單才莫保偏光纖501傳輸，然后 經(jīng)光纖耦合器502耦合進(jìn)入合束器503,再通過單才莫保偏光纖504輸出到對準(zhǔn)系 統(tǒng)的照明模塊。所使用的激光光源可以是氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器，或者 光纖激光器等。另外，光源模塊1中還包含平頂高斯光束(Flat-top Gaussian beam) 整型器(圖中未示出)，用于將高斯光束整型成平頂高斯光束。上述的對準(zhǔn)系統(tǒng)使用多波長激光照明光束，可以抑制多工藝層產(chǎn)生的干涉 相消效應(yīng)的影響， -提高工藝適應(yīng)性；使用近紅外和遠(yuǎn)紅外波長的光源:瞎明，可以有效解決低k值的介質(zhì)材料在可見光譜范圍的吸收問題，并可用于多晶硅工 藝層的標(biāo)記探測，從而提高對準(zhǔn)信號強度。照明模塊包括傳輸光纖和柯勒照明系統(tǒng)，多波長照明光束依次經(jīng)過透鏡505、照明孔徑光闌506和透鏡507，然后經(jīng)位于平板508上的小反射鏡508a反 射進(jìn)入成像光路系統(tǒng)。
成像模塊包括第一成像光路(即粗對準(zhǔn)光路)、第二成像光路(即精對準(zhǔn)光 路)和第三成像光路(即CCD成像光路，圖4中未示出)。其中，第三成像光3各將對準(zhǔn)標(biāo)記和分劃線一起成^象在CCD相4幾光壽丈面上， 一方面用于手動對準(zhǔn)和視頻監(jiān)測，另一方面也可以進(jìn)行圖像處理和模式識別。第一成像光路將對準(zhǔn)標(biāo)記的±1級衍射光相干后成像在位于像面的參考光柵上，進(jìn)行粗對準(zhǔn)；第二成像 光路使對準(zhǔn)標(biāo)記的高級次衍射光的相同級次的正、負(fù)級衍射光斑在光瞳面重疊 相干，進(jìn)行精對準(zhǔn)。第一成像光路包括物鏡510、消色差的A/4波片509、反射 鏡511a、空間濾波器512、多色光分離系統(tǒng)513和透鏡系統(tǒng)514。第二成像光路 包括物鏡510、消色差的X/4波片509、雙向分束器516、空間濾波器517和521、 級結(jié)合干涉儀518和522等。探測模塊包括第一探測光路(即粗對準(zhǔn)探測光路)、第二探測光路(即精對 準(zhǔn)探測光路)和第三探測光路(即CCD圖像探測光路，圖4中未示出)，分別 對應(yīng)于第一成像光路、第二成像光路和第三成像光路。第一探測光路包括參考 光柵515、傳輸光纖525和光電探測器526。第二探測光路包括，多色光分離系 統(tǒng)519和523、光電探測器陣列520a畫520d和524a -524d。在晶片臺掃描過程中，第一成像光路對對準(zhǔn)標(biāo)記的± 1級衍射光相干成像， 第一探測光路在像面探測光柵像經(jīng)對應(yīng)參考光柵調(diào)制后的光強，由位相信息獲 得對準(zhǔn)標(biāo)記的粗略位置信息。第二成像光路使對準(zhǔn)標(biāo)記的高級次衍射光的相同 級次的正、負(fù)級衍射光斑重疊相干，由第二探測光路在光瞳面探測相干的各級 次干涉信號強度變化，得到對準(zhǔn)標(biāo)記的精確位置信息。第三纟笨測光路采用CCD 相才幾纟笨測對準(zhǔn)標(biāo)記和分劃線的^象， 一方面用于手動對準(zhǔn)和;現(xiàn)頻監(jiān)測，另一方面 也可以進(jìn)行圖像處理和^t式識別，用于輔助自動對準(zhǔn)。多波長照明光束經(jīng)物鏡510垂直入射到硅片對準(zhǔn)標(biāo)記上，發(fā)生反射或衍射。 物鏡510是對準(zhǔn)成像光路中關(guān)鍵元件，該透鏡必須有足夠大的數(shù)值孔徑(例如 NA=0.8 )以收集來自硅片對準(zhǔn)標(biāo)記上不同色光的多級次衍射光。當(dāng)NA=0.8時， 如果使用波長850nm的照明光源，則可以探測節(jié)距為1.1 ium較小的光柵對準(zhǔn)標(biāo) 記。另外，為保證硅片與對準(zhǔn)系統(tǒng)間有合適的距離，優(yōu)選長工作距的物鏡。當(dāng)對準(zhǔn)標(biāo)記光柵周期較小，與照明波長量級相當(dāng)(一般指小于5入)時，光 柵衍射效率與照明光束的偏振特性相關(guān)，因此利用消色差的X/4波片509,使線 偏振光經(jīng)消色差的X/4波片509后，入射到晶片上的光斑為圓偏振光，圓偏振光包含兩個方向垂直的線偏振光，確保總有一偏振方向可以產(chǎn)生高效率的衍射光。當(dāng)使用圖3 (b)所示的四象限標(biāo)記時，對準(zhǔn)標(biāo)記產(chǎn)生的多波長的多級次衍 射光，其中第一光柵71、第二光柵72、第三光柵74和第四光柵75的± 1級衍 射光經(jīng)位于平板511上的反射鏡511a反射，通過一個空間濾波器512，以消除 晶片上鄰近標(biāo)記或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的雜散光串?dāng)_影響，不同波長的多級衍射光經(jīng)多色 光分離系統(tǒng)513實現(xiàn)不同色光的分離。以波長為、為例，由對準(zhǔn)標(biāo)記、物4竟510、 空間濾波器512、透鏡系統(tǒng)514和參考光斥冊515形成一個4f系統(tǒng)。第一光片冊71、 第二光柵72、第三光柵74和第四光柵75的± 1級衍射光經(jīng)透鏡系統(tǒng)514相干 成像在位于像面的參考光柵515上，經(jīng)傳輸光纖525通過光電探測器526探測 透射光強，根據(jù)不同周期光強信號的位相信息對標(biāo)記進(jìn)行捕獲，得到對準(zhǔn)標(biāo)記 的粗略位置(x和y方向)，具體原理與圖1現(xiàn)有技術(shù)描述相似。第二光柵72和第三光才冊74的多波長的高級次衍射光，例如士3級、±5級 和士7級，透過平板511入射到雙向分束器516上，其中一個方向的衍射光(例 如y方向)透過雙向分束器516,另一個方向的^f汙射光(例如x方向)經(jīng)雙向分 束器516的分束面516a反射。分束面516a的結(jié)構(gòu)如圖5所示，包含兩個區(qū)域a 和b,區(qū)域a位于分束面中間位置為透射區(qū)域，使得某一方向(例如y方向)的 衍射光可以直接透過雙向分束器516，區(qū)域b位于分束面兩側(cè)位置為反射區(qū)域， 使得另 一方向(例如x方向)的衍射光完全反射?？梢酝ㄟ^對分束面516a進(jìn)行 局部區(qū)域鍍膜來實現(xiàn)上述功能，例如對區(qū)域b鍍反射膜，區(qū)域a鍍增透膜；也 可以直接將透射區(qū)域?qū)?yīng)的分束器材料去除以形成通孔，例如在分束器上將區(qū) 域a所對應(yīng)的部分做成通孔，讓光束直接穿過。同樣，也可以使區(qū)域a為反射區(qū) 域，區(qū)域b為透射區(qū)域。進(jìn)一步，分束面516a還可以包含更多的區(qū)域。透過雙向分束器516的y方向的多波長的± 3級、±5級和± 7級衍射光首 先經(jīng)過一個空間濾波器521消除雜散光的影響；然后經(jīng)過一個級結(jié)合干涉儀522 使得± 3級、± 5級和± 7級衍射光斑對應(yīng)重疊相干(參見圖6 );多波長的干涉 信號經(jīng)多色光分離系統(tǒng)523實現(xiàn)不同的色光分離；當(dāng)對準(zhǔn)標(biāo)記掃描過程中，不 同級次的干涉信號以不同的頻率變化，通過探測器陣列524a-524d在光瞳面同時 探測3級、5級和7級干涉信號的強度變化，根據(jù)以不同頻率變化的干涉信號的
位相信息可以得到對準(zhǔn)標(biāo)記y方向的精確位置。同樣，經(jīng)分束面516a反射的x 方向的多波長的± 3級、±5級和± 7級衍射光依次經(jīng)過空間濾波器517、級結(jié) 合干涉儀518、多色光分離系統(tǒng)519和探測器陣列520a-520d,通過在光瞳面探 測不同級次的干涉信號強度的變化，可以得到對準(zhǔn)標(biāo)記x方向的精確位置。經(jīng)雙向分束器516分束的對準(zhǔn)標(biāo)記x方向和y方向多級次衍射光的重疊、 相干光路的主截面是相互垂直的，因此圖4中在分束面516a上分別用實線和虛 線表示兩個光^^的主截面相互垂直。圖5示出了本發(fā)明雙向分束器的分束面示意圖。圖6示出了本發(fā)明一種級結(jié)合干涉儀的基本結(jié)構(gòu)和原理示意圖。該級結(jié)合 干涉儀由一個級結(jié)合系統(tǒng)和檢偏器805組成。級結(jié)合系統(tǒng)可以是基于坐標(biāo)反演 干涉儀、基于棱鏡干涉儀、基于橫向剪切干涉儀和基于光柵衍射的級結(jié)合系統(tǒng)， 具體可以參見中國發(fā)明專利"一種光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)以及該對準(zhǔn)系統(tǒng)的級結(jié) 合系統(tǒng)"，公開號CN1949087。圖6中給出了一個基于棱鏡干涉儀的級結(jié)合系 統(tǒng)，它由直角棱鏡801、直角棱鏡802,消色差A(yù)74波片803、反射鏡804和光 程差補償器800購成。直角棱鏡801和802膠合在一起的，膠合面為802a,膠 合面802a同時也是偏振分束面。如果入射的多級次衍射光為p線偏振光，+3 -+7級衍射光經(jīng)光程差補償器800入射到直角棱鏡801,再經(jīng)反射面801a反射 后透過偏振分束面802a出射，偏振態(tài)不變；多級衍射光的-3--7級經(jīng)過偏振分 束面802a入射到直角棱鏡802，透過消色差A(yù)74波片803,將反射4竟804反射后 再次通過消色差X/4波片803,兩次通過消色差波片803后改變偏l^態(tài)為s 線偏振光，在偏振分束面802a上反射后出射；出射的兩束光偏振方向相互垂直， 經(jīng)過檢偏器805,檢偏器805的偏振方向與出射的兩束光偏振方向成45度角， 出射的兩束光偏振方向矢量分解后相干，從而實現(xiàn)了多級衍射光相同級次正、 負(fù)級光斑對應(yīng)重疊、干涉功能。光程差補償器800用于補償消色差A(yù)74波片803 引入的附加光程，例如是巴比涅-索累補償器。本發(fā)明的基于雙向分束器516和級結(jié)合干涉儀518、 522的正、負(fù)級次衍射 光斑重疊相干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理， 一方面，通過使用雙向分束器使得對準(zhǔn)標(biāo)記的 兩個垂直方向的多級次衍射光斑在沒有能量損失的情況下完全分離，提高了對 準(zhǔn)信號的信噪比；另一方面使得兩個垂直方向的多級次衍射光分別重疊、相干，
并且探測光路完全分開，有效降低了級結(jié)合干涉儀的設(shè)計、加工和裝調(diào)的難度， 有利于降低成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性精度。本發(fā)明的對準(zhǔn)系統(tǒng)采用四個分立波長的照明光束(例如532 nm， 633nm， 785nm, 850nm)同時照明對準(zhǔn)標(biāo)記時，不同波長的書t射光相互重疊，因此，不 同波長的信號必須分開探測，因此需要使用多色光分離系統(tǒng)分離不同波長的光信號。本發(fā)明中，多色光分離系統(tǒng)513、 519和523可以采用不同的原理和器件來 實現(xiàn)，可以為基于色散元件的分光系統(tǒng)包括棱鏡(考紐棱鏡、立特魯棱鏡等)、 閃耀光柵和階梯光柵；也可以是基于二向色性元件的分光系統(tǒng)，例如干涉濾光 片，也可以是基于DOE衍射光學(xué)元件(例如CSG-色分離光柵)的分光系統(tǒng)。優(yōu)先采用一種透射型多閃耀光柵作為多色光分離系統(tǒng)，所述的透射型多閃 耀光柵包括折線型閃耀光柵和分區(qū)域型閃耀光柵，以及折線型-分區(qū)域組合多閃 耀光柵，其具體形式或結(jié)構(gòu)參見中國發(fā)明專利(1)"一種光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng) 以及該對準(zhǔn)系統(tǒng)的級結(jié)合系統(tǒng)"，公開號CN1949087; (2)"用于光刻裝置的對 準(zhǔn)系統(tǒng)及其級結(jié)合光柵系統(tǒng)，，，公開號CN1936711。通常的閃耀光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)是 按中心波長優(yōu)化，在邊緣波長(例如532nm, 850nm)處的光柵衍射效率降低， 即使使用高能量的激光，這種能量的衰減也是很明顯的。這時可以采用多閃耀 光柵， 一種為折線型多閃耀光柵，用兩個不同閃耀角的小平面代替普通閃耀光 柵的槽面，工作時兩個不同閃耀角的小平面同時工作，從而在能量-波長曲線上 出現(xiàn)兩個最大值，分別對應(yīng)于兩個閃耀波長，使曲線在兩端下降緩慢，可覆蓋 較大的波長范圍。由于折線型多閃耀光柵的刻劃需使用特殊刻制刀，在每條刻 線上刻劃出兩個折線型槽面，因此只適合于線槽密度較小，每條線槽工作面較 寬的紅外光柵。另一種為分區(qū)域多閃耀光柵，是把一塊閃耀光柵的工作槽面分 成兩個或多個區(qū)域(由所需分離的波長數(shù)目決定)分別刻劃，各分區(qū)域的線槽 密度相同，閃耀角不同。其實質(zhì)是多塊普通閃耀光柵的拼合，刻劃時不會有太 大困難，可以刻劃較高線槽密度的光柵。柵離軸對準(zhǔn)(ATHENA)對準(zhǔn)系統(tǒng)，同時增強多個衍射級次的衍射光強。 本發(fā)明的對準(zhǔn)系統(tǒng)同樣兼容在先技術(shù)中所述的SPM系列標(biāo)記。
本發(fā)明的對準(zhǔn)系統(tǒng)同時還可以實現(xiàn)對光刻裝置的相關(guān)參數(shù)的測量，基于對 對準(zhǔn)標(biāo)記的位置信息探測來確定離焦、能量、劑量、線寬、接觸孔尺寸或關(guān)鍵 尺寸中的至少一個。本發(fā)明的上述實施例用于更好的描述本發(fā)明的具體實施方法，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的限制，。本發(fā)明具體應(yīng)用于但不局限于集成電路IC的制造，該 裝置還可以用于其他方面的制造，包括微機電系統(tǒng)(MEMS)器件、微光機電 系統(tǒng)(MOEMS)器件、集成光學(xué)系統(tǒng)、液晶顯示板(LCD)、薄膜磁頭等。并 且，在上述其它應(yīng)用領(lǐng)域中，本發(fā)明所述的"晶片，，可以由更通用的術(shù)語"基 底"代替。本發(fā)明中所涉及到的"光源"和"光束"包括所有類型的電磁輻射， 例如KrF準(zhǔn)分子激光器(波長248nm )、 ArF準(zhǔn)分子激光器(波長193nm )、 F2 激光器(波長157nm )、 Kr2激光器(波長146nm )、 Ar2激光器(波長126nm )、 超高壓汞燈(g-線、i線)、遠(yuǎn)紫外光源(5-20nm的波長范圍)、或者離子束和電 子束等。
權(quán)利要求
1、一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的雙向分束器，其特征在于包括反射區(qū)域和透射區(qū)域，所述反射區(qū)域完全反射入射光，所述透射區(qū)域完全透過入射光。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的雙向分束器，其特征 在于所述反射區(qū)域與透射區(qū)域的分布可以是中間區(qū)域為透射區(qū)域，兩側(cè)區(qū)域 為反射區(qū)域，也可以是中間區(qū)域為反射區(qū)域，兩側(cè)區(qū)域為透射區(qū)域。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的雙向分束器，其特征 在于所述的透射區(qū)域和反射區(qū)域可以通過對分束面分區(qū)域鍍膜來實現(xiàn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的雙向分束器，其特征 在于所述的透射區(qū)域可以是去除對應(yīng)的分束器材料以形成通孔，讓光束直接 透過。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的雙向分束器，其特征 在于所述完全反射的入射光和所述完全透過的入射光分別是光柵型對準(zhǔn)標(biāo)記 的相互垂直的兩個方向的多級次衍射光。
6、 一種使用權(quán)利要求1所述的雙向分束器的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于該系 統(tǒng)包括光源模塊； 照明模塊；包括物鏡、第一成像光路、第二成像光路的成像模塊，所述第二成像光路 還包括所述雙向分束器；包括第一探測光路、第二探測光路的探測模塊；和 信號處理和定位模塊；所述光源模塊提供用于對準(zhǔn)系統(tǒng)的照明光束；所述照明光束通過所述照明 模塊傳輸，照明對準(zhǔn)標(biāo)記；所述成像模塊的物鏡收集所述對準(zhǔn)標(biāo)記的反射光和 衍射光，并且分別傳輸?shù)剿龅谝怀上窆饴泛偷诙上窆饴穼λ鰧?zhǔn)標(biāo)記成 像；所述第一探測光路探測所述第一成像光路所成的像得到第一光信號，所述 第二探測光路探測所述第二成像光路所成的像得到第二光信號；所述信號處理 和定位模塊處理第一光信號和第二光信號，并根據(jù)第一光信號和第二光信號的 位相信息確定對準(zhǔn)標(biāo)記的位置信息。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述對準(zhǔn)標(biāo)記為包含有高級次衍射光增強型光柵的對準(zhǔn)標(biāo)記，所述高級次衍射光增強型光柵是能夠抑 制零級和偶數(shù)級次的衍射光能量，同時增強多個奇數(shù)級次的衍射光光強的光柵。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光束是多波 長照明光束，包括四個分立波長的激光束，所述四個分立波長中至少有兩個波 長在近紅外或紅外波段。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的光源模塊使用激 光器，所迷激光器可以是氣體激光器、可以是固體激光器、可以是半導(dǎo)體激光 器，還可以是光纖激光器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的光源模塊中包 含平頂高斯光束整型裝置。
11、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述照射到晶片上的 照明光束為圓偏振光。
12、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述對準(zhǔn)標(biāo)記的士l級 衍射光在所述成像模塊的第一成像光路相干成像。
13、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述對準(zhǔn)標(biāo)記的高級 次衍射光的相同級次的正、負(fù)級衍射光斑在所述成像模塊的第二成像光路對應(yīng) 重疊相干。
14、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的第二成像光路 包含兩個級結(jié)合干涉儀，使對準(zhǔn)標(biāo)記的高級次衍射光的相同級次的正、負(fù)級衍 射光斑對應(yīng)重疊相干。
15、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述兩個級結(jié)合干涉 儀由級結(jié)合系統(tǒng)和檢偏器組成。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的級結(jié)合系統(tǒng)可 以是坐標(biāo)反演干涉儀，可以是棱鏡干涉儀，可以是橫向剪切干涉儀，還可以是 衍射光柵的級結(jié)合系統(tǒng)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述雙向分束器完全 透過所述對準(zhǔn)標(biāo)記在一個方向上的衍射光，完全反射與所述方向的衍射光垂直 方向的衍射光。
18、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的成像模塊包含多色光分離系統(tǒng)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的多色光分離系 統(tǒng)可以是使用色散元件的分光系統(tǒng)，可以是使用二向色性元件的分光系統(tǒng)，還 可以是使用衍射光學(xué)元件的分光系統(tǒng)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述的第一纟采測光^各 與所述第一成像光路相連，探測對準(zhǔn)標(biāo)記像經(jīng)過位于第一成像光路像面的參考 光柵調(diào)制后的透射光強變化，得到所述第一光信號。
21、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述^第二探測光路 與所述第二成像光路相連，探測對準(zhǔn)標(biāo)記的重疊相干的高次級衍射光斑在光瞳 面的對應(yīng)位置處的光強變化，得到所述第二光信號。
22、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于所述成像模塊還可以 包括第三成像光路，所述的探測模塊還可以包含第三探測光路，所述第三成像 光3各直4妻將所述對準(zhǔn)標(biāo)記成像于所述第三纟笨測光3各的CCD相才幾。
23、 一種使用權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)的光刻裝置，其特征在于，所述 光刻裝置包括照明系統(tǒng)；掩模支架；掩模臺；投影光學(xué)系統(tǒng)；晶片支架；晶片臺；所述對準(zhǔn)系統(tǒng)；同軸^"準(zhǔn)單元；反射鏡和激光干涉儀「伺服系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)；以及 主控制系統(tǒng)；所述照明系統(tǒng)傳輸曝光光束；所述掩模支架和掩模臺支撐所述掩模版；所 述掩模版上有掩模圖案和具有周期性結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)標(biāo)記；所述投影光學(xué)系統(tǒng)將所 述掩模版上的掩模圖案投影到所述晶片上；所述晶片支架和晶片臺支撐所述晶 片；所述晶片臺上有含有基準(zhǔn)標(biāo)記的基準(zhǔn)板；所述晶片上有具有周期性光學(xué)結(jié) 構(gòu)的對準(zhǔn)標(biāo)記；所述對準(zhǔn)系統(tǒng)，設(shè)置在所述掩模臺和所述晶片臺之間；所述同 軸對準(zhǔn)單元用于掩模對準(zhǔn)；所述反射鏡和激光干涉儀測量所述掩模臺和晶片臺 的位置；所述伺服系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動所述掩模臺和晶片臺移動；所述伺服系 統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)由所述主控制系統(tǒng)控制；所述對準(zhǔn)標(biāo)記為包含有高級次衍射光增 強型光柵的對準(zhǔn)標(biāo)記，所述高級次衍射光增強型光柵可以同時增強一個以上衍 射級次的光強。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙向分束器、使用該分束器的對準(zhǔn)系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的光刻裝置，通過在像面探測對準(zhǔn)標(biāo)記的±1級衍射光相干成像經(jīng)參考光柵調(diào)制后的光強變化，同時在光瞳面探測對準(zhǔn)標(biāo)記的高級次衍射光的相同級次的正、負(fù)級衍射光斑重疊相干的各級次干涉信號強度變化，產(chǎn)生的信號有較強工藝適應(yīng)性、高靈敏度和高信噪比，由信號的位相信息得到對準(zhǔn)標(biāo)記的位置信息。并且，該對準(zhǔn)系統(tǒng)采用基于一個雙向分束器和兩個級結(jié)合干涉儀的正、負(fù)級次衍射光斑重疊相干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理，有效降低了級結(jié)合干涉儀的設(shè)計、加工和裝調(diào)的難度。
文檔編號G03F7/20GK101165597SQ20071004695
公開日2008年4月23日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者徐榮偉 申請人:上海微電子裝備有限公司