[发明专利]一种光刻设备对准系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地涉及一种光刻设备对准系统。

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。

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，公开了荷兰ASML公司所采用的一种4f系统结构的离轴对准系统，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多级衍射光的重叠和相干；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标记的透射光强，得到正弦输出的对准信号。

图2给出了该对准系统的具体实现结构。此处作为公知技术引入。但是，该对准技术将红光、绿光分别采用两个独立支路照明硅片，进光占用空间过大，装置结构复杂。在实际系统装调中会出现红、绿光照明光束与硅片夹角不一致，且出现两次装调的情况。由于对准精度与硅片倾斜（离焦的情况下）呈线性关系。严重时，高级次的最佳焦面位置，不同色光不在同一焦平面，进而影响其工艺适应性的功能。如果能够让两束进光混合成一束光束且同轴照明标记，上述问题将得到解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，实现各色光同轴照明硅片标记，从而提高对准精度和工艺适应性。

本发明提出一种光刻设备对准系统，包括照明支路以及相干成像支路，其特征在于：所述照明支路包括双光源、光源混合器、光纤、消色差准直透镜、偏振分束器、照明透镜和对准标记，双光源分别发出偏振态相互垂直的第一光束和第二光束，两束光经过光源混合器进行合光，再经过光纤和消色差准直透镜准直后形成同轴照明光束，同轴照明光束经过小棱镜反射后进入照明透镜，再照射到对准标记形成衍射光，衍射光返回偏振分束器；

所述相干成像支路包括第一光束支路和第二光束支路，第一光束支路和第二光束支路都包括楔板、成像透镜、参考光栅以及探测器，衍射光中的第一光束返回偏振分束器后直接透过，经楔板偏折、成像透镜成像在参考光栅上，探测器接收扫描信号进行对准，衍射光中的第二光束返回偏振分束器后被反射从而与第一光束分离，再经楔板偏折、成像透镜成像在参考光栅上，探测器接收扫描信号进行对准。

其中，所述光源混合器利用二向色滤光片进行合光。

其中，还包括监测支路，所述监测支路包括分束器、分划板和CCD相机，第二光束经过楔板后，入射到分束器，部分第二光束被分束器反射到成像透镜和参考光栅，部分第二光束经分束器折射后经过分划板后进入CCD相机。

其中，同轴照明光束经过小棱镜反射后先进入偏振分束器，被偏振分束器反射后进入照明透镜。

其中，所述偏振分束器中0级光区域为全反射。

其中，所述小棱镜为两个，同轴照明光束经过第一个小棱镜反射后，再被第二个小棱镜反射进入照明透镜。

本发明的光刻设备对准系统将两束进光混合成一束光束且同轴照明标记，消除两束光之间的相对倾斜。不仅简化了系统，且提高了对准精度和工艺适应性。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为光刻对准系统结构示意图；

图2为现有技术中对准系统光学结构图；

图3为本发明对准系统的第一实施例的光学结构图；

图4为本发明光源混合器结构示意图；