一种对准系统、对准方法及光刻机与流程

1.本发明涉及光刻技术，尤其涉及一种对准系统、对准方法及光刻机。


背景技术：

2.光刻投影装置可以用于例如集成电路(ic)的制造。光刻过程中一关键步骤是将基底与光刻的装置对准，以便掩膜图案的投射图像在基底的正确位置上。由于光刻技术的半导体和其它器件需要多次曝光，以在器件中形成多层，并且这些层正确地排列非常重要。当成像更小特征时，对重叠的要求以及因此导致的对于对准操作的准确度的要求变得更严格。
3.现有的对准系统中，为了滤除零级衍射光，通常在瞳面加设光阑，光阑大小要兼顾阻挡零级衍射光同时让高级次衍射光通过，通常会有残留零级衍射光泄露到对准信号中，造成对准信号的信噪比下降。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种对准系统、对准方法及光刻机，以实现完全滤除零级光，提高对准信号的信噪比，进而提高对准精度。
5.本发明实施例提供一种对准系统，包括：
6.差频光源，用于产生对准光束，所述对准光束中s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的相位差随时间变化；
7.物镜；所述对准光束经过所述物镜后照射到对准标记上并产生正级衍射光和负级衍射光；
8.干涉发生单元，位于所述正级衍射光和所述负级衍射光的传播路径上，位于所述物镜的光路下游，用于产生两个相对旋转180
°
的图像，并使两个相对旋转180
°
的图像叠加产生第一路衍射光和第二路衍射光；所述第一路衍射光以及所述第二路衍射光均包括所述正级衍射光和所述负级衍射光；
9.干涉信息探测单元，位于所述第一路衍射光和所述第二路衍射光的传播路径上，位于所述干涉发生单元的光路下游，用于探测所述第一路衍射光以及所述第二路衍射光中所述正级衍射光与所述负级衍射光的干涉光强度；
10.定位单元，与所述干涉信息探测单元通讯连接，用于处理来自所述干涉信息探测单元的干涉光强度，以确定对准标记的位置。
11.可选地，所述差频光源包括：
12.激光器，用于产生激光光束；
13.起偏器，位于所述激光器的出射光路上，用于将所述激光光束设置为45
°
线偏振光；
14.调制器，位于45
°
线偏振光的传播路径上，用于将45
°
线偏振光调制为所述对准光束。
15.可选地，还包括：对准光束偏转单元，位于所述差频光源与所述对准标记之间的所述对准光束的传播路径上，用于对所述差频光源产生的所述对准光束进行偏转，以使所述对准光束经过所述物镜入射至所述对准标记上。
16.可选地，所述干涉发生单元包括第一二分之一波片和自参考棱镜，所述第一二分之一波片位于所述物镜与所述自参考棱镜之间的所述正级衍射光和所述负级衍射光的传播路径上。
17.可选地，所述干涉信息探测单元包括至少一个探测器，所述探测器位于所述第一路衍射光或者所述第二路衍射光的传播路径上。
18.可选地，所述干涉信息探测单元还包括第二二分之一波片和偏振分光棱镜，所述第二二分之一波片位于所述偏振分光棱镜与所述干涉发生单元之间的所述第一路衍射光以及所述第二路衍射光的传播路径上；
19.所述至少一个探测器包括第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器，所述第一探测器、所述第二探测器、所述第三探测器和所述第四探测器均位于所述偏振分光棱镜的光路下游，所述第一探测器和所述第三探测器位于所述第一路衍射光的传播路径上，所述第二探测器和所述第四探测器位于所述第二路衍射光的传播路径上。
20.可选地，所述定位单元用于对来自所述干涉信息探测单元的干涉光强度进行带阻滤波处理。
21.可选地，进行带阻滤波处理的阻带范围为(w-4*π*v/p，w+4*π*v/p)，其中，w为零级衍射光的频率，v工件台扫描速度，p为所述对准标记的周期。
22.第二方面，本发明实施例提供一种对准方法，包括：
23.产生对准光束，并使所述对准光束照射到对准标记上产生正级衍射光和负级衍射光，其中，所述对准光束中s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的相位差随时间变化；
24.根据所述正级衍射光和所述负级衍射光产生两个相对旋转180
°
的图像，并使两个相对旋转180
°
的图像叠加产生第一路衍射光和第二路衍射光；其中，所述第一路衍射光以及所述第二路衍射光均包括所述正级衍射光和所述负级衍射光；
25.探测所述第一路衍射光以及所述第二路衍射光中所述正级衍射光与所述负级衍射光的干涉光强度；
26.根据所述干涉光强度确定对准标记的位置。
27.可选地，根据所述干涉光强度确定对准标记的位置包括：
28.根据对所述干涉光强度进行带阻滤波处理后的信息确定对准标记的位置。
29.可选地，进行带阻滤波处理的阻带范围为(w-4*π*v/p，w+4*π*v/p)，其中，w为零级衍射光的频率，v工件台扫描速度，p为所述对准标记的周期。
30.第三方面，本发明实施例提供一种光刻机，包括第一方面所述的对准系统。
31.本发明实施例提供的对准系统包括差频光源，差频光源产生的对准光束中s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的相位差随时间变化，从而定位单元可以在对干涉光强度进行处理时完全滤除零级衍射光，提高对准信号的信噪比，进而提高对准精度。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供的一种对准系统的结构示意图；
33.图2为自参考棱镜的一种实现方式光路示意图；
34.图3为图2所示自参考棱镜中正负衍射级次的光束的旋转叠加示意图；
35.图4为本发明实施例提供的一种对准标记的结构示意图；
36.图5为多个不同零级衍射光漏光情况下的对准信号的光强度随扫描位置的变化曲线图；
37.图6为重复性精度和调制深度随零级衍射光漏光的变化曲线图；
38.图7为本发明实施例提供的一种带阻滤波器的频谱相应示意图；
39.图8为本发明实施例提供的一种对准方法的流程示意图。
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
41.图1为本发明实施例提供的一种对准系统的结构示意图，参考图1，对准系统包括差频光源1、物镜2、干涉发生单元4和干涉信息探测单元5。差频光源1用于产生对准光束，对准光束中s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的相位差随时间变化。对准光束经过物镜2后照射到对准标记3上并产生正级衍射光和负级衍射光。其中，对准标记3包括衍射光栅，衍射光栅具有周期性结构。干涉发生单元4位于正级衍射光和负级衍射光的传播路径上，位于物镜2的光路下游，用于产生两个相对旋转180
°
的图像，并使两个相对旋转180
°
的图像叠加产生第一路衍射光401和第二路衍射光402。第一路衍射光401以及第二路衍射光402均包括正级衍射光和负级衍射光。干涉信息探测单元5位于第一路衍射光401和第二路衍射光402的传播路径上，位于干涉发生单元4的光路下游，用于探测第一路衍射光401以及第二路衍射光402中正级衍射光与负级衍射光的干涉光强度。对准系统还包括定位单元(图1中未示出)，定位单元与干涉信息探测单元5通讯连接，用于处理来自干涉信息探测单元5的干涉光强度，以确定对准标记3的位置。
42.本发明实施例提供的对准系统包括差频光源，差频光源产生的对准光束中s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的相位差随时间变化，从而定位单元可以在对干涉光强度进行处理时完全滤除零级衍射光，提高对准信号的信噪比，进而提高对准精度。
43.可选地，参考图1，差频光源1包括激光器11、起偏器12和调制器13。激光器11用于产生激光光束。起偏器12位于激光器11的出射光路上，用于将激光光束设置为45
°
线偏振光。调制器13位于45
°
线偏振光的传播路径上，用于将45
°
线偏振光调制为对准光束。
44.示例性地，参考图1，激光器11产生激光光束为s偏振的线偏振光或者p偏振的线偏振光。起偏器12为二分之一波片，起偏器12的快轴与s偏振的线偏振光以及p偏振的线偏振光的夹角为22.5
°
。s偏振的线偏振光或者p偏振的线偏振光经过起偏器12后转变为45
°
线偏振光。起偏器12为二分之一波片时，通过对s偏振的线偏振光或者p偏振的线偏振光的偏振方向进行旋转得到45
°
线偏振光，无能量损失。在其他实施方式中，起偏器12还可以为线偏振片，线偏振片的透光轴与水平方向的夹角为45
°
。45
°
线偏振光经过调制器13的调制后产生s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的相位差随时间变化的对准光束。调制器13例如可以为电光调制器，电光调制器在外加电信号的调制下形成对准光束。调制器13还可以为声
光调制器，声光调制器在外加声信号的调制下形成对准光束。在其他实施方式中，还可以通过zeeman激光，平移光栅或者转动光栅等方式产生s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的相位差随时间变化的对准光束。
45.可选地，参考图1，对准系统还包括对准光束偏转单元6，对准光束偏转单元6位于差频光源1与对准标记3之间的对准光束的传播路径上，用于对差频光源1产生的对准光束进行偏转，以使对准光束经过物镜2入射至对准标记3上。
46.示例性地，参考图1，对准光束偏转单元6可以为分光棱镜或者反射镜，对准光束偏转单元6设置于物镜2远离对准标记3一侧，且设置于物镜2的光轴上。差频光源1设置于物镜2光轴的一侧。
47.可选地，参考图1，干涉发生单元4包括第一二分之一波片41和自参考棱镜42，第一二分之一波片41位于物镜2与自参考棱镜42之间的正级衍射光和负级衍射光的传播路径上。
48.示例性地，第一二分之一波片41的快轴与s偏振的线偏振光以及p偏振的线偏振光的夹角为22.5
°
。s偏振的线偏振光或者p偏振的线偏振光经过起偏器后转变为45
°
线偏振光。45
°
线偏振光相当于s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的合成光。
49.图2为自参考棱镜的一种实现方式光路示意图，图3为图2所示自参考棱镜中正负衍射级次的光束的旋转叠加示意图，参考图1、图2和图3，自参考棱镜42将原图像61(在图2中以标记进行示意)一分为二，其中的第一副图像为p偏振的线偏振光所形成的图像，第二幅图像为s偏振的线偏振光所形成的图像。第一幅图像在自参考棱镜42中经过三次反射后翻转-90
°
，变为第一出射图像621(在图2中以标记进行示意)。第二幅图像在自参考棱镜42中经过三次反射后翻转90
°
，变为第二出射图像622(在图2中以标记进行示意)。第一出射图像621和第二出射图像622沿相同的光路传播，并合束为出射图像62。具体地，出射图像62可以包括第一路衍射光401和第二路衍射光402所形成的图像。
50.可选地，参考图1，干涉信息探测单元5包括至少一个探测器51，探测器51位于第一路衍射光401或者第二路衍射光402的传播路径上。定位单元与干涉信息探测单元5中的探测器51通讯连接，并根据探测器51获取的干涉光强度确定对准标记3的位置。
51.可选地，参考图1，干涉信息探测单元5还包括第二二分之一波片52和偏振分光棱镜53，第二二分之一波片52位于偏振分光棱镜53与干涉发生单元4之间的第一路衍射光401以及第二路衍射光402的传播路径上。至少一个探测器51包括第一探测器511、第二探测器512、第三探测器513和第四探测器514，第一探测器511、第二探测器512、第三探测器513和第四探测器514均位于偏振分光棱镜53的光路下游。第一探测器511和第三探测器513位于第一路衍射光401的传播路径上，第一探测器511用于探测第一路衍射光401中s偏振的线偏振光形成的干涉光强度，第三探测器513用于探测第一路衍射光401中p偏振的线偏振光形成的干涉光强度。第二探测器512和第四探测器514位于第二路衍射光402的传播路径上，第
二探测器512用于探测第二路衍射光402中s偏振的线偏振光形成的干涉光强度，第四探测器514用于探测第二路衍射光402中p偏振的线偏振光形成的干涉光强度。
52.可选地，定位单元用于对来自干涉信息探测单元5的干涉光强度进行带阻滤波处理。带阻滤波处理指的是对干涉光强度信号进行带阻滤波处理，带阻滤波处理能够通过正衍射级次和负衍射级次的频率分量，同时将零级衍射光的频率分量滤除。
53.差频光源1产生的对准光束的光场为：
[0054][0055]
其中，wt为s偏振的线偏振光与p偏振态的线偏振光之间的相位差。
[0056]
对准标记3的衍射级次光场可以表示为：
[0057][0058]
其中，n为衍射级次，p为衍射光栅的周期，x为工件台扫描位置，在此我们先假设振幅为1。以下计算我们以+/-1衍射级次的相干为例。
[0059]
第一路衍射光401的光场为：
[0060][0061]
第二路衍射光402的光场为：
[0062][0063]
第一路衍射光401和第二路衍射光402经过第二二分之一波片52和偏振分光棱镜53后，由偏振分光棱镜53出射至第一探测器511的光束的光场为：
[0064][0065]
由偏振分光棱镜53出射至第二探测器512的光束的光场为：
[0066][0067]
由偏振分光棱镜53出射至第三探测器513的光束的光场为：
[0068][0069]
由偏振分光棱镜53出射至第四探测器514的光束的光场为：
[0070][0071]
其中，j为各光学器件的琼斯矩阵。
[0072]
第一探测器511探测到的干涉光强度为：
[0073][0074]
第二探测器512探测到的干涉光强度为：
[0075][0076]
第三探测器513探测到的干涉光强度为：
[0077][0078]
第四探测器514探测到的干涉光强度为：
[0079][0080]
而零级衍射光的光强为：
[0081]
i
0,s
＝|exp(iwt/2)+exp(-iwt/2)|2＝2+2cos(wt)
[0082]
i
0,p
＝|exp(iwt/2)-exp(-iwt/2)|2＝2-2cos(wt)
[0083]
可见，对准信号(例如
±
1级衍射光)可以分解为两个频率成分，分别为w+4*pi*v/p和w-4*pi*v/p,(其中x＝vt),零级衍射光的频率为w。本发明实施例中，由于形成的干涉光强度的频率与零级衍射光强度的频率不同，因此可采用带阻滤波进一步过滤掉零级衍射光，提高了重复性精度(重复性精度的数值越小，重复性精度越高)。
[0084]
可选地，进行带阻滤波处理的阻带范围为(w-4*π*v/p，w+4*π*v/p)，其中，w为零级衍射光的频率，v工件台扫描速度，p为对准标记的周期。从而过滤掉频率为w的光强度信号，并透过频率小于或者等于w-4*π*v/p的光强度信号，以及透过频率大于或者等于w+4*π*v/p的光强度信号。
[0085]
图4为本发明实施例提供的一种对准标记的结构示意图，参考图4，采取简单的硅/空气对准标记，并且取对准标记3的周期p＝16μm，工件台的扫描长度为48μm。零级衍射光的衍射效率为0.3477，一级衍射光的衍射效率为2.9e-4，即2.9*10-4
。
[0086]
图5为多个不同零级衍射光漏光情况下的对准信号的光强度随扫描位置的变化曲线图，参考图5，零级衍射光漏光分别为0％、1％、2％、3％、4％和5％，在低衍射效率下，零级衍射光漏光对调制深度影响很大。
[0087]
图6为重复性精度和调制深度随零级衍射光漏光的变化曲线图，参考图6，可以看出重复性精度随零级衍射光漏光的增加而变大，同时调制深度随零级衍射光漏光的增加在降低。为了在低信号强度下保证一定的重复性精度(即，需要保证重复性精度的数值小于某一阈值，从而使重复习惯精度足够高)，必须抑制零级衍射光。
[0088]
图7为本发明实施例提供的一种带阻滤波器的频谱相应示意图，参考图7，带阻区域(0.45hz-0.55hz归一化频率区间)可以使零级衍射光信号衰减60db(衰减1000倍)，此时较好地滤除了零级衍射光，对应于图6中调制深度大于0.8，重复性精度小于0.5nm的区域。经过带阻滤波器处理后的光信号具有较大的调制深度和较小的重复性精度。
[0089]
本发明实施例还提供一种基于上述实施中对准系统的对准方法，图8为本发明实施例提供的一种对准方法的流程示意图，参考图8，对准方法包括如下步骤：
[0090]
s110、产生对准光束，并使对准光束照射到对准标记上产生正级衍射光和负级衍射光。
[0091]
其中，对准光束中s偏振的线偏振光与p偏振的线偏振光的相位差随时间变化。
[0092]
s120、根据正级衍射光和负级衍射光产生两个相对旋转180
°
的图像，并使两个相对旋转180
°
的图像叠加产生第一路衍射光和第二路衍射光。
[0093]
其中，第一路衍射光以及第二路衍射光均包括正级衍射光和负级衍射光。
[0094]
s130、探测第一路衍射光以及第二路衍射光中正级衍射光与负级衍射光的干涉光
强度。
[0095]
s140、根据干涉光强度确定对准标记的位置。
[0096]
可选地，根据干涉光强度确定对准标记的位置(步骤s140)包括：
[0097]
根据对干涉光强度进行带阻滤波处理后的信息确定对准标记的位置。
[0098]
可选地，进行带阻滤波处理的阻带范围为(w-4*π*v/p，w+4*π*v/p)，其中，w为零级衍射光的频率，v工件台扫描速度，p为对准标记的周期。
[0099]
本发明实施例还提供一种光刻机，包括上述实施例中的对准系统。光刻机还可以包括曝光系统、掩膜台系统、照明系统等，在此不再一一赘述。由于本发明实施例提供的光刻机包括上述实施例中的对准系统，因此提高了光刻机的光刻精度。
[0100]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。