[发明专利]用于光刻设备的自参考干涉对准系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的自参考干涉对准系统。

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。

专利EP1148390、US00US7564534和CN03133004.5给出了一种自参考干涉对准系统，如图2所示。该对准系统通过像旋转装置22，实现对准标记衍射波面的分裂，以及分裂后两波面相对180°的旋转重叠干涉，然后利用光强信号探测器27，在光瞳面处探测干涉后的对准信号，通过信号分析器28确定标记24的对准位置。该对准系统要求对准标记是180°旋转对称。像旋转装置22是该对准系统最核心的装置，用于标记像的分裂与旋转。

在该发明中，由于照射到标记上的光强的波动（随时间的能量变化，主要由激光器输出光强的波动、相位调制和光强调制导致的能量波动、以及光路的稳定性、环境波动导致），该波动将直接影响信号的质量，导致对准误差。通常1%的波动可导致0.5nm的对准误差。在本发明中，这种非有用信号的光强波动称之为光学噪声。

现有技术需要一种能够有效消除照射到标记上的光强波动（即光学噪声）自参考干涉对准系统，提高对准信号质量。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种能够有效消除照射到标记上的光强波动（即光学噪声）自参考干涉对准系统，以提高对准信号质量。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的自参考干涉对准系统，其特征在于，包括：一激光光源模块，用于提供照明光束；一光学模块，用于将该照明光束标记上，形成一衍射光学信号；一信号采集模块，用于将该光学信号进行处理，获得光强信号；一处理模块，用于对该光强信号进行处理，并结合工件台位置数据，获得对准位置；该光学模块中包括第一光学通道和第二光学通道，该第二光学通道中的光学信号经处理后用于消除该第一光学通道中的光学噪声。

更进一步地，该光学噪声为任意衍射级次中包含的光学噪声，或不同衍射级次的组合光学信号中包含的光学噪声，或全部衍射光束组合成的光学信号所包含的光学噪声。

更进一步地，该光学模块还包括照明光路和多波长分路单元，该照明光束依次经过该照明光路、第一光学通道、第二光学通道以及多波长分路单元。该照明光路包括照明单元、第一偏振分束器、1/4波带片和前组透镜。该第一光学通道包括前组透镜、1/4波带片、第一偏振分束器、光强分束器、第一1/2波带片、自参考干涉仪、第二1/2波带片、第二偏振分束器、A_1通道汇聚透镜、A_2通道汇聚透镜。该第二光学通道包括前组透镜、1/4波带片、第一偏振分束器、光强分束器、B通道汇聚透镜。该照明光路、第一光学通道、第二光学通道共用该前组透镜、1/4波带片、第一偏振分束器。该第一光学通道和第二光学通道共用该光强分束器，光强分束器将多数能量分配到第一光学通道。该多波长分路单元包括输入光纤、多波长分路器和输出光纤，用于将光学信号传输到信号采集模块。

更进一步地，该激光光源模块包括第一激光器控制机箱，第二激光器控制机箱和多波长复用器。该第一激光器控制机箱提供两个可见光照明光束，该第二激光器控制机箱提供两个红外光照明光束，该可见光照明光束进行相位调制，该红外光照明光束不进行相位调制。该多波长复用器将4束不同波长的激光光束合为一束同轴激光光束，然后通过光纤传输到光学模块。