[发明专利]用于光刻设备的对准系统及应用其的光刻设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种对准系统，且特别涉及一种用于光刻设备的对准系统。 

背景技术

现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。光刻装置中关键的步骤是将掩模与晶片对准。第一层掩模图案在晶片上曝光后从装置中移开，在晶片进行相关的工艺处理后，进行第二层掩模图案的曝光，但为确保第二层掩模图案和随后掩模图案的像相对于晶片上已曝光掩模图案像的精确定位，需要将掩模和晶片进行精确对准。由光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在晶片中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系统，实现掩模和晶片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。 

光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-晶片对准，即测出晶片在机器坐标系中的坐标(X_W，Y_W，Φ_WZ)，及掩模在机器坐标系中的坐标(X_R，Y_R，Φ_RZ)，并计算得到掩模相对于晶片的位置，以满足套刻精度的要求。现有技术有两种对准方案。一种是透过镜头的TTL对准技术，激光照明在晶片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物镜所收集的晶片对准标记的衍射光或散射光照射在掩模对准标记上，该对准标记可以为振幅或相位光栅。在掩模标记后设置探测器，当在投影物镜下扫描晶片时，探测透过掩模标记的光强，探测器输出的最大值表示正确的对准位置。该对准位置为用于监测晶片台位置移动的激光干涉仪的位置测量提供了零基准。另一种是OA离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于晶片上的多个对准标记以及晶片台上基准板的基准标记，实现晶片对准和晶片台对准；晶片台上基准板的基准标记与掩模对准标记对准，实现掩模对准；由此可以得到掩模和晶片的位置关系，实现掩模和晶片对准。 

目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指均匀照明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息。高级衍射光束以大角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波器滤掉零级光束后，采集正负一级衍射光束，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光束(包括高级)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确定对准中心位置。 

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4f系统结构的ATHENA离轴对准系统。该对准系统在光源部分采用红光、绿光双光源照射；采用楔块列阵或楔板组来实现多级衍射光的分离。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。该方案的优点是可以实现自动捕获以及较高的对准精度，但衍射光束中的高阶次信号较弱。而该方法又靠高阶次信号来实现较高的对准精度，实际中随着标记(特别是晶片标记)反射信号(特别是高阶次信号)功率过低，则实际无法利用高阶次信号，所以并不能可靠地提供对准精度。