[发明专利]基于信号频率的二维自参考干涉对准系统及对准方法

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基于信号频率的二维自参考干涉对准系统及对准方法。 

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，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，在光瞳面处探测干涉后的对准信号，通过信号分析器确定标记的对准位置。该对准系统要求对准标记是180°旋转对称。像旋转装置是该对准系统最核心的装置，用于标记像的分裂与旋转和叠加。在该发明中，像旋转装置通过自参考干涉仪实现。 

专利US00US7564534、CN03133004.5、CN201210117917.0和CN201210091145.8给出了该对准系统的具体实现结构，如图3所示。该技术方案中每一组件的作用可参考在先专利，此处作为公知技术引入。但是，该技术方案一次只能实现一个方向的对准，要确定标记的X和Y向位置，需要两次扫描实现。主要原因是X向和Y向对准在光路是共用的,斜向扫描时，二者的对准信号混合在一起，无法区分和提取。尤其是对更高技术节点的光刻机而言，套刻精度要求极高（例如ASML1950i光刻机，套刻精度高达2.5纳米）。除了通过提升对准重复精度来提高套刻精度外，另外一个办法就是对准更多的标记，来实现套刻精度的提高。然而，对准的标记越多，用时也将越多，将直接导致产率的降低。而光刻机作为一种极端昂贵的设备，产率也是客户尤为看重的一个技术指标。 

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种基于信号频率的二维自参考干涉对准系统，包括：激光光源模块，用于提供所需的照明光束；光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上并进行扫描，形成光学信号；电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准信号；其特征在于，所述对准标记为180度旋转对称结构的二维光栅标记，在所述对准标记的X方向上各级对准信号的对准频率和Y方向上对应的各级对准信号的对准频率不同，根据所述对准频率，可以从中提取出X向对准信号和Y向对准信号，从而实现两个方向的同时对准。 

其中，所述对准标记在X方向和Y方向上均为周期性结构。 

较优地，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽相同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度不同。 

较优地，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽不同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度相同。 

较优地，所述对准标记在X方向和Y方向的线宽不同，在X方向和Y方向上的标记扫描速度不同。 

较优地，所述二维光栅标记在X方向上的长度大于在Y方向上的长度，X方向上的标记扫描速度大于Y方向上的扫描速度。 

其中，所述用于对准的各级对准信号仅为奇次级对准信号。 

其中，所述软件模块通过信号处理的方法，分离出同一通道中的X向各级对准信号和Y向各级对准信号。 

基于上述信号频率的二维自参考干涉对准系统的对准方法，其特征在于包括如下步骤： 

（1）光学模块对对准标记衍射光束进行光学处理，形成光学信号；