[发明专利]一种用于光刻设备的近场对准装置和对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及用于光刻设备的近场对准装置和对准方法。

背景技术

现有技术中的光刻设备，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情况下依次曝光成像在涂覆有光刻胶的硅片上。目前的光刻设备大体上分为两类，一类是步进光刻设备，掩模图案一次曝光成像在硅片的一个曝光区域，随后硅片相对于掩模移动，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硅片的另一曝光区域，重复这一过程直到硅片上所有曝光区域都拥有相应掩模图案的像。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，掩模与硅片同时相对于投影系统和投影光束移动，完成硅片曝光。

光刻设备中关键的步骤是将掩模与硅片对准。第一层掩模图案在硅片上曝光后从设备中移走，在硅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硅片上已曝光掩模图案像的精确定位，需要将掩模和硅片进行精确对准。由于光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在硅片中形成多层电路，为此，光刻设备中要求实现掩模和硅片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对对准精度的要求将变得更加严格。

现有技术有两种对准方案。一种是透过镜头的TTL对准技术，激光照明掩模上的对准标记通过物镜成像于硅片平面，移动硅片台，使硅片台上的参考标记扫描对准标记所成的像，同时采样所成像的光强，探测器输出的最大光强位置即表示正确的对准位置，该对准位置为用于监测硅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0A离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于硅片台上的多个对准标记以及硅片台上基准板的基准标记，实现硅片对准和硅片台对准；硅片台上参考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硅片的位置关系，实现掩模和硅片对准。

目前，主流光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指照明光束照射在光栅型对准标记上发生衍射，衍射光携带有关于对准标记结构的全部信息。多级次衍射光以不同角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波器滤掉零级光后，采集±1级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光(包括高级)在参考面干涉成像，利用像与相应参考光栅在一定方向扫描，经光电探测器探测和信号处理，确定对准中心位置。

在荷兰ASML公司的发明名称为“用于光刻系统的对准系统和方法”的中国发明专利CN1506768A中，采用了一种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；并采用楔块列阵或楔板组来实现对准标记多级衍射光的重叠和相干成像，并在像面上将成像空间分开；红光和绿光的对准信号通过一个偏振分束棱镜来分离；通过探测对准标记像透过参考光栅的透射光强，得到正弦输出的对准信号。

该对准系统中，对准精度主要取决于对准标记，即光栅的周期大小，周期越小，理论上对准精度越高，光栅的周期远大于对准所用照明光源波长时，衍射方程所需要的对准标记，即asinθ＝nλ，其中a为光栅周期，θ为光栅衍射角度，n为光栅衍射级次，λ为照明光源波长，遵从标量衍射理论，但当光栅周期与对准所用照明光源波长相当时(≤5λ)，由于受矢量衍射理论的影响，光栅衍射的能量主要集中在0级，而0级衍射光不能用于干涉成像，进而不能用于对准。而当光栅周期进一步减小时，标量衍射理论也不成立，因为此时已经涉及到光波近场理论，所以上述专利中的方法已经不能用于对准。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种对准装置，包括照明光源、工件台、探针阵列、传输光纤、光电探测器、对准信号处理模块，及Z向控制单元；从所述照明光源发出的光束，从所述工件台背面，以大于临界角的角度照射置于所述工件台上的基准板或硅片上的对准标记，在所述对准标记正面形成近场信息，所述探针阵列将收集到的所述对准标记的近场信息以光强的方式耦合进所述传输光纤，所述传输光纤将光强信号传输给光电探测器，所述光电探测器将光强信号转换为电信号并进行放大，最后传输给对准信号处理模块进行信号处理和对准位置的计算；利用所述Z向控制单元调整探针阵列和硅片表面的距离，使所述距离处于近场区域。

其中，所述传输光纤与所述探针阵列被形成为一体。

其中，利用镜架实现各组件的固定和定位。

其中，所述探针阵列和硅片表面之间的距离处于近场区域中，即在对准光源的一个波长范围内。

其中，所述照明光源为对硅片和石英透过的单色光或窄带光。