[发明专利]用于光刻设备的对准系统及其对准方法和光刻设备

说明书

技术领域

本发明与集成电路或其它微型器件制造领域的光刻装置有关，特别涉及一种对准系统及其对准技术。

背景技术

光刻设备主要用于集成电路IC或其他微型器件的制造；通过光刻设备，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上；目前有两种光刻设备，一类是步进光刻设备，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模版移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像；另一类是步进扫描光刻设备，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像；在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。

在半导体制作过程中，为使掩模图案正确转移到晶片上，关键的步骤是将掩模与晶片对准，即计算掩模相对于晶片的位置，以满足套刻精度的要求；当特征尺寸“CD”要求更小时，对套刻精度“Overlay”的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格；现有技术有两种对准方案，一种是透过镜头的TTL同轴对准技术，另一种是OA离轴对准技术；在离轴对准技术中，对位于晶片非曝光区域的全场对准标记或划线槽(scribe line)对准标记成像，通过确定对准标记像相对于处于某一参考位置的偏差，来确定对准标记位置，从而进行晶片曝光场和掩模图案定位。

目前，主流光刻设备的对准系统大多所采用以相位光栅为对准标记的对准技术，通过探测携带有对准标记的全部或局部位置信息的反射和衍射光获得对准标记的中心位置；一种全局型的对准系统采用准直光束照明整个光栅型对准标记，由反射或衍射的光信号信息得到整个对准标记的中心位置；另一种局部型对准系统使光栅型对准标记的单个光栅线条或光栅线条的边缘被分别照明，由反射或衍射的光信号信息得到单个光栅线条的中心位置或光栅线条边缘的位置，通过逐个扫描对准标记的所有光栅线条，最后得到整个对准标记的中心位置。

一种现有技术的情况(参见中国发明专利，申请号：CN03164859.2，发明名称：用于光刻系统的对准系统和方法)，荷兰ASML公司所采用的一种全局型对准系统ATHENA，在光源部分采用红光、绿光双光源照明光栅型对准标记；并采用楔块列阵或楔板组来实现对准标记多级衍射光的分离，相同级次的正、负级衍射光在像面分别相干成像；红光和绿光的对准信号通过一个偏振分束棱镜来分离；探测对准标记多级次衍射光相干成像后透过对应周期的参考光栅的透射光强，在对准标记扫描过程中得到正弦输出的对准信号，由不同频率的信号的位相信息获得对准标记的中心位置。

这种全局型的对准系统通过双波长照明可以部分抑制相消干涉导致的信号衰减影响；但是，由于只使用了两种可见波长的激光光源，事实上要完全消除相消干涉导致的信号衰减问题至少需要采用4-5个照明波长，并且低k值的介质材料在可见光谱范围的吸收会导致对准信号强度的衰减，从而影响对准精度；当对准标记由于工艺影响产生非对称变形时，对准信号的非对称变形会直接导致对准位置的偏差，通过探测对准标记的包括高级次衍射光在内的多级次衍射光可以减小这一影响，但是采用楔块列阵或楔板组(某些楔板上还需要打孔)来实现多级衍射光的分离和相干成像，对折射正、负相同级次的两个楔块的面型和楔角加工的一致性要求很高；而楔板组以及在楔板上精确位置打孔，使得加工制造、装配和调整的要求非常高，具体实现起来工程难度较大，代价昂贵。