专利名称：对准标记,对准方法和对准系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对准系统、对准方法和对准标记，尤其涉及一种与集成电 路或其它微型器件制造领域内的光刻装置有关的对准系统、对准方法和对准标 记。
背景技术：
现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶圆上，例如半导体晶圓或LCD板。光刻装置大体上分为两类， 一类是 步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶圓的一个曝光区域，随后晶圆相对 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 模图案曝光在晶圆的另 一曝光区域，重复这一过程直到晶圆上所有曝光区域都 拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，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， 掩模与晶圆同时相对于投影系统和投影光束移动。光刻装置中关键的步骤是将掩模与晶圆对准。第 一层掩模图案在晶圓上曝 光后从装置中移开，在晶圆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晶圆上已曝光掩模图 案像的精确定位，需要将掩模和晶圆进行精确对准。由光刻技术制造的IC器件 需要多次曝光在晶圓中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系统， 实现掩模和晶圆的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对套刻精度的要求以及 由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-晶圆对准， 即测出晶圆在机器坐标系中的坐标(Xw, Yw， <DWZ),及掩模在机器坐标系中
的坐标(XR, YR, Orz),并计算得到掩模相对于晶圓的位置，以满足套刻精度 的要求。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 明在晶圓上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物镜所 收集的晶圓对准标记的衍射光或散射光照射在掩模对准标记上，该对准标记可 以为振幅或相位光栅。在掩模标记后设置探测器，当在投影物镜下扫描晶圓时， 探测透过掩模标记的光强，探测器输出的最大值表示正确的对准位置。该对准 位置为用于监测晶圆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OA离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于晶圆上的多个对准标记以 及晶圆台上基准板的基准标记，实现晶圓对准和晶圆台对准；晶圓台上基准板 的基准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晶圓的 位置关系，实现掩模和晶圆对准。目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指均匀照 明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记 结构的全部信息。高级衍射光以大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，采集衍射光士l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)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确 定对准中心位置。 '中国专利CN03164859.2公开了 一种4f系统结构的离轴对准系统，该对准 系统采用楔块列阵或楔板组来实现多级衍射光的重叠和相干；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；由于该对准系统采 用的标记为包含两个不同周期的光栅分支，各光栅分支的周期之间存在微小的 周期差，基于游标卡尺原理，采集的信号在一定数目周期后，将存在一个峰值 对准点，从而确定精确的对准位置。采用楔块列阵或楔板组合来实现多级衍射 光的重叠、相干。对折射正、负相同级次的两楔块的面型和楔角一致性要求很 高；而楔板组的加工制造、装配和调整的要求也很高，具体实现起来工程难度 较大，代价昂贵。美国专利US.6,297，876B1介绍了一种离轴对准方法，也是结合同轴对准装 置来实现掩膜版标记和晶圆标记的对准。通过采集一个标记的7个阶次的衍射 光，经过具有楔板调节装置的空间分离装置使这7个阶次的正负分量在.像面相
干叠加，然后对这7个阶次的光信号进行拟合，找到7个阶次都最大的一点， 作为标记的中心位置。该方案的优点是可以实现自动捕获以及较高的对准精度， 但缺点是需要特殊的楔板调节装置和复杂的装调，另外，衍射光中的高阶次信 号较弱，而该方法却又靠高阶次信号来实现较高的对准精度，实际中随着标记 (特别是硅片标记)反射信号(特别是高阶次信号)功率过低，则可能导致实 际中无法利用高阶次信号，所以并不能可靠的4是供最高对准精度。发明内容本发明的目的在于提供一种改进的用于光刻设备的对准系统、对准方法和 对准标记，以实现较大的捕获范围和较高的对准精度。为了达到上述的目的，本发明提供了一种用于光刻设备的对准系统，该对 准系统包括光源模块，用于提供对准系统照明光束；照明模块，用于将所述对准照明 光束传输到对准标记上；标记模块，用于将粗对准信号成像在第一参考光栅上， 将精对准信号成像在第二参考光栅上；成像模块；用于通过物镜收集对准标记 的衍射光或反射光，并利用第一成^f象光路对组成对准标记的粗对准光栅分支相 干成像以及利用第一成像光路对组成对准标记的精对准光栅分支相干成像；信 号检测与处理模块，用于将第一探测光路探测粗对准光栅分支像经过第一参考 光栅调制后的透射光强，在对准标记扫描过程中得到第一光信号，将第二探测 光路探测精对准光栅分支像经过第二参考光栅调制后的透射光强，在对准标记 扫描过程中得到第二光信号并处理第一光信号和第二光信号，并结合第一光信 号的相位信息和第二光信号的相位信息确定对准标记的位置信息。其中光源模块提供包含多个分立波长的照明光束，至少包含两个分立波长 的照明光束。其中照明模块包括传输光纤和照明光学系统，照明光学系统包括起偏器、 透镜、照明孔径光阑、偏振分束器和偏振分束面，其中标记模块包括对准标记和参考光栅，用于将照明光束衍射后的出射光 携带有关于对准标记结构的全部信息，将透过参考光栅的光强调制为具有恒定 周期的正弦信号。其中对准标记体系可为一个或者多个双向光栅标记， 一个或
者多个单向光栅标记；参考光栅，也可以为一个或者多个双向光4册标记和参考 光栅，也可以为一个或者多个单向光栅标记和参考光栅。参考光栅包括第一参 考光栅和第二参考光栅，第一参考光栅用于粗对准信号的探测，第二参考光栅 用于精对准信号的探测。其中成像模块至少包括物镜、分束器和成像光学系统，分束器包括反射区 域和透射区域，反射区域可通过镀反射膜实现衍射光的全部反射，透射区域可 通过镀增透膜实现衍射光的全部透射，透射区域也可通过适当位置挖通孔的形 式，实现衍射光的全部透射，透射区域也可通过全部挖空，实现衍射光的全部 透射。信号检测与处理模块包括光电探测器，光电信号转换和放大器、模数转换 器、拟合信号处理器、位置数据处理器、位置数据转换与采样器、基底台运动 控制器、工作时序控制器。其中第 一光信号为两组正弦形式的固定周期信号，且两组信号的周期存在 一个微小周期差，第二光信号可为两组正弦形式的固定周期信号，且两组信号 的周期可存在一个微小周期差，第二光信号也可为一组正弦形式的固定周期信 号。本发明还提供了一种用于光刻设备的对准标记体系，该体系包括，双向光栅标记，用于支持对X向和Y向扫描方式，也可支持对角线扫描方式，同时获 得X向和Y向的对准位置，提高对准效率或者单向光栅标记，用于单个方向的 探测；参考光栅，用于光强信号的探测。其中双向光斥册标记由x向和y向标记组合而成，每一方向的标记包括一组 大周期光栅分支和一组小周期光栅分支，可同时用于x向和y向探测，细光栅 分支与粗光栅分支交叉排列，整个标记组成四边形结构，中心可蚀刻有十字叉 丝，用于手工对准和一见频;险测。其中单向光栅标记可由 一组单向大光栅周期和一组单向小光栅周期组成， 也可仅由一组单向大周期光栅或一组单向小周期光栅组成。单向光栅标记也可 以由以下几种方式组合而成1、 两个较大周期光栅分支和两个较小周期光栅分支；2、 仅有两个较大周期光栅分支；
3、 仅有两个较小周期光栅分支；4、 两个较大周期光栅分支和一个较小周期光栅分支；5、 两个较小周期光栅分支和一个较大周期光栅分支。 其中对准标记中大周期光栅分支用于产生粗对准信号，小周期光栅分支用于产生精对准信号。其中参考光栅包括第一参考光栅和第二参考光栅，分别用于大周期光栅分 支和小周期光栅分支光强信号的探测，第一参考光栅在空间位置分布上，分别 对应双向标记中粗光栅分支，并且在周期大小上，分别为对应双向标记中粗光 栅分支周期的1/2。第二参考光栅在空间位置分布上，分别对应双向标记中细光 栅分支，并且在周期大小上，分别为对应双向标记中细光栅分支周期的1/2。本发明还提供了一种用于光刻设备的对准方法，包括步骤一，经照明模块传输光源模块发出的多波长照明光束，照射到晶圆上 的对准标记上；步骤二，通过第一成像光路对组成对准标记的粗对准光栅分支相干成{象， 通过第二成像光路对组成对准标记的精对准光栅分支相干成像；步骤三，通过第一探测光路探测粗对准光栅分支士l衍射成像透过第一参考 光栅后的位置-光强信号，获得粗对准信号，通过第二探测光路探测粗对准光 栅分支士l衍射成像透过第二参考光栅后的位置-光强信号，获得精对准信号；步骤四，经信号检测与处理模块完成粗对准信号和精对准信号的处理与拟 合，获得粗对准位置，结合粗对准位置信息，获得精对准位置。本发明的基本对准原理为在对准扫描结束后，首先利用第一探测光路获得的第一光信号(粗对准信 号)，通过的信号的拟合，确定粗对准信号的峰值重合点，该点的位置即为粗对 准位置；然后以粗对准位置为基准，寻找第二探测光路荻得的第二光信号(精对准信号)上的峰值重合点，即为对准位置。如果第二光信号仅包括一条正弦形式的信号时，此时的对准策略为以粗对准位置为基准，寻找该第二光信号上最接近的波峰点，该波峰点即为,对准位置。本发明提供了一种对准系统、对准方法和对准标记，该对准标记包括大周
期光栅分支和小周期光栅分支，采用分光路探测系统，同时对组成光栅标记的 大周期光栅分支±1级衍射光相干成像和小周期光栅分支士l级衍射光相干成像分 别进行信号采集、处理与拟合，并结合两组信号的相位信息，确定精碌的对准 位置。由于仅采用士l衍射光相干成像，避免了高级次衍射光需采用具有楔板调节装置的空间分离装置；采用小周期光栅分支，可以保证获得高的对准精度； 采用分光路探测系统，避免了粗对准信号和精对准信号之间串扰现象。
图1为使用本发明的光刻机对准系统示意图；图2为本发明的晶圓对准系统结构示意图；图3为同时用于x向和y向对准的双向标记结构示意图；图4为带有十字叉丝的双向标记结构示意图；图5为双向标记的对角线扫描方式示意图；图6为一种x向划线槽标记的结构示意图；图7为一种x向划线槽标记的结构示意图；图8为一种x向划线槽标记的结构示意图；图9为一种x向划线槽标记的结构示意图；图10为划线槽标记的在晶圆上的 一种布局形式示意图；图11为划线槽标记的在晶圆上的一种布局形式示意图；图12为分束面的结构示意图；图13为第一参考光栅结构示意图；图14为第二参考光栅结构示意图；图15为第一光信号(粗对准信号)的基本形式；图16为第二光信号(精对准信号)的基本形式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明。 附图1示出了光刻机使用的一种现有技术对准系统示意图。光刻装置的构 成包括用于提供曝光光束的照明系统8;用于支承掩模版4的掩模台6，掩模
版4上有掩模图案和具有周期性结构的对准标记2;用于将掩模版4上的掩模图 案投影到晶圆7上的投影光学系统PL;用于支撑晶圓7的基底台9，基底台9 上有刻有对准标记3;用于基底台和晶圓对准的离轴的对准光学系统500和提供 对准照明的对准辐射源300;用于对准信号采集、处理与拟合的信号处理单元 200;用于基底台伺月良运动的驱动系统10和测量系统IFx和IFy。其中，照明系统8包括一个光源、 一个使照明均匀化的透镜系统、 一个反 射镜、 一个聚光镜(图中均未示出)。作为一个光源单元，采用KrF准分子激光 器(波长248nm )、 ArF准分子激光器(波长193nm )、 F2激光器(波长157nm )、 Kiv激光器(波长146nm)、 A&激光器(波长126nm)、或者使用超高压汞灯(g-线、i-线)等。照明系统8均匀照射的曝光光束IL照射在掩^f莫版4上的对准标 记2，通过投影物镜PL将掩膜版标记2的缩小像投射到基底台9上的作为基准 标记集合的基底台标记3上，利用基底台标记3透射到其下的传感器进行光电 信'号转换，通过一系列的扫描采集信号，结合由x向基底台位移测量装置激光 干涉仪IFx和y向基底台位移测量装置激光干涉仪IFy测得的空间位置信号进行 拟合处理，建立掩膜版与基底台的坐标转换关系，即掩膜版与基底台的对准。图2为本发明实施例中的晶圆对准系统结构示意图，该对准系统主要由光 源模块、照明模块、标记模块、成像模块、信号检测与处理模块等组成。该对 准系统的主要特征是，基于包含多个周期光栅分支的对准标记成像，采用粗对 准与精对准分开探测的方法，分开探测对准标记的不同周期光栅分支，在提高 对准精度的同时，避免了粗对准和精对准信号之间的相互串扰。粗对准仅探测 大周期光栅分支的士l级衍射光相干成像后，经粗对准参考光栅后透射的光强， 由透射光强的相位信息确定较大的捕获范围和粗对准定位；精对准探测小周期 光栅分支的士l级衍射光相干成像后，经精对准参考光栅后透射的光强，'由透射 光强的相位信息确定精对准位置。由于精对准标记线宽较小， 一方面提高了对 准精度，另一方面具有较强的工艺适应性，可以减小对准标记非对称变形对对 准精度的影响。精对准和粗对准信号经一次扫描，同步采样获得；硬件上精对 准和粗对准的分开成像与探测，照明模块、成像模块前组透镜以及信号检测与 处理模块共用。 -对准系统光源模块提供包含多个分立波长的照明光束，至少包含两个分立
波长的照明光束，例如，633nm和785nm;优先采用四个分立的波长，并且其 中至少有两个波长在近红外或红外波段，例如，532nm、 633nm、 785nm和850nm。 多波长(、、人2、、和、)照明光束经单模保偏光纤301传输，然后经光纤耦合 器302耦合进入合束器303,再通过单模保偏光纤304输出到对准系统的照明模块。照明模块包括传输光纤和照明光学系统，多波长照明光束依次经过起偏器 505、透镜506、照明孔径光阑507和透镜508，然后经偏振分束器509.的偏振 分束面509a垂直入射到成像模块。从孔径光阑507到物镜511形成柯勒照明系 统。标记模块包括对准标记和参考光栅两部分。其中对准标记为振幅型或相位 型光栅，位于晶圓7或基底台9上。照明光束照射到对准标记上发生衍射，衍 射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息，经成像模块后形成明暗相 间的周期性光斑条紋。对准标记分为单向标记和双向标记，单向标记支持x向 或y向扫描方式，双向标记可支持x向、y向和对角线扫描方式。参考光栅位于 成像模块的像平面上，为表面有条紋状镀铬区的光学材料制成，其条紋周期大 小与对应的光斑条紋周期相等，镀铬区用于吸收和反射光斑条紋，非镀'铬去用 于透射光斑条紋，以实现调制光强信号。当明暗相间的光斑条紋扫描过参考光 栅时，透过参考光栅后的光强将被调制为具有恒定周期的正弦式信号。整个标 记体系可由第一参考光栅(见图13)和第二参考光栅(见图14)、单个或数个 双向标记(见图3、图4)、单个或数个x向和y向标记(见图6~图9)构成， 也可由第一参考光栅和第二参考光栅、单个或数个双向标记构成，或者由第一 参考光栅和第二参考光栅、单个或数个x向和y向标记构成。成像模块包括第一成像光路(即粗对准成像光路)、第二成像光路(即精对 准成像光路)。照明光束经物镜511垂直入射到位于基底台9的基底台对准标记 1或位于晶圆7的晶圓对准标记5上，如图3~图9所示，经过V4波片510后， 入射到标记上的光斑为圆偏振光，发生反射和衍射，在物镜511的频谱面上产 生一系列衍射光斑，分别对应对准标记不同周期的光栅部分。对准标记的衍射 光经透镜511准直后，多波长衍射光首先经过一个空间滤波器512，将标记全部 光栅分支的零级光和高级次衍射光滤掉，仅保留士l级衍射光通过。然后经分束
器513的分束面513a分成两路(分束面见图12), —路进入第一成像光路，另 一路进入第二成像光路。第一成像光路是粗对准光路，对应组成对准标记的大 周期光栅成像；第二成像光路是精对准光路，对应组成对准标记的小周期光栅成像。当采用多个分立波长的照明光束(例如532 nm, 633nm, 785nm, 850nm) 同时照明对准标记时，不同波长的衍射光相互重叠，因此，不同波长的信号必 须分开探测。在第一成像光路(粗对准光路)中，设置第一多色光分离系统514, 使得不同波长的衍射光分离；图2中仅给出了其中一种波长？w的光路，波长为 n的粗光栅分支的士l级衍射光经过透镜515相干成像，成像在第一参考光栅516 上(第一参考光栅见图13)。经分束器513的分束面513a分束的另一部分多波长衍射光进入第二成像光 路(即精对准光路)，组成标记的细光栅分支士l级衍射光经过第二多色光分离系 统517，使得不同波长的衍射光分离；图2中仅给出了其中一种波长^的光路， 波长为、的±1级衍射光经过透镜518相干成像，成像在第二参考光栅519上(第 二参考光栅见图14)。.信号检测与处理模块主要包括光电探测器、光电信号转换和放大器、模数 转换器、拟合信号处理器、位置数据处理器、位置数据转换与采样器、基底台 运动控制器、工作时序控制器等。 .对准扫描过程中，第一成像光路中组成标记的粗光栅分支的像扫描第一参 考光栅516，通过放置在参考光栅后面的光纤102,收集通过参考光栅后的光强 信号，并将相应的光强信号引导至光电探测器201a，对光强信号进行电信号的 转换。由于晶圓标记的图像是与光栅结构形式一致的连续光斑条紋，当标记相 对于对准光学系统匀速移动时，这些条紋相对于参考光栅也匀速移动，即成像 条紋与参考光栅的重合程度发生连续的变化，结果是在光电探测器上的信号光 强也随着这种移动发生连续变化，根据傅立叶光学，可以获得恒定周期的正弦 形式信号，即第一光信号(粗对准信号)，如图15所示。第二成像光路中组成 标记的细光栅分支的像扫描第二参考光栅519,通过放置在参考光栅后面的光纤 102,收集通过参考光栅后的光强信号，并将相应的光强信号引导至光电探测器 201a，对光强信号进行电信号的转换，获得恒定周期的正弦形式信号，即第二
光信号(精对准信号)，如图16所示。经光电探测器转后的电信号由工作时序控制器207的统一触发，可保证对 准电信号的采集与经位置数据转换和采样器205所采集的位移数值同步,粗对准 信号和精对准信号的采集同步。同时，光电转换和放大器201处理后的信号还 要经模数转换器202转换成数字信号，送至拟合信号处理器203;而203同时接 收来自位置数据处理器204的位置数据，其来自于位置凄t据转换与采样器205, 该数据同时提供给基底台运动控制器206,由基底台运动控制器206控制基底台 按照所要求的速度和方向进行标记扫描。结合来自于模数转换器202和位置数 据处理器204的同步采样数据，可由拟合信号处理器203经拟合处理，确定本 次扫描的对准位置。附图3示出了同时用于x向和y向对准的双向标记结构示意图。其.中x向 包括P1—x、 P2—x、 P3—x和P4—x四个光栅分支，其周期分别为Pl、 P2、 P3和 P4; y向包括Plj、 P2_y、 P3_y和P4_y四个光栅分支，其周期分别为pl、 p2、 p3和p4; x向的标记和y向的标记成中心对称分布。标记各光栅分支周期大小 关系为pl >p2 >p3〉p4 (式1 ) Pl和P2光栅分支为大周期光栅分支，用于粗对准，PI和P2光栅分支之间存在 着固定的微小周期差，即pl-p2 + Ap,(式2); P3和P4光栅分支为小周期光栅 分支，用于精对准，P3和P4光栅分支之间存在着固定的微小周期差，即口3 = p4 + Ap2 (式3 )。该双向对准标记的给光栅分支布局为小周期光栅分支排列在大 周期光栅分支之间，也可为大周期光栅分支排列在小周期光栅分支之间。附图4示出了带有十字叉丝R的双向标记结构示意图。十字叉丝位于双向 标记的中心位置，可成像于CCD相机光敏面上，用于手动对准和i见频监测。附图5示出了双向标记的对角线扫描方式示意图。双向标记不仅支持x向 和y向扫描方式，也可支持对角线扫描方式，同时获得x向和y向的对准位置， 提高对准效率。附图6示出了一种x向划线槽标记的结构示意图。该标记用于x向扫描对 准，包括两个精对准光4册分支P3_x和P4—x。这里仅给出了该类型x方向的划线 槽对准标记，y方向的对准标记与此类似。
附图7示出了一种X向划线槽标记的结构示意图。该标记用于X向扫描对准，包括两个粗对准光栅分支Pl一x和P2—x。这里仅给出了该类型x方向的划线 槽对准标记，y方向的对准标记与此类似。附图8示出了一种x向划线槽标记的结构示意图。该标记用于x向扫描对 准，包括三个光栅分支，标记的中心处为精对准光栅分支P3—x或P4—x,两端处 分别为粗对准光栅分支P1—x和P2—x。这里仅给出了该类型x方向的划线槽对准 标记，y方向的对准标记与此类似。附图9示出了一种x向划线槽标记的结构示意图。该标记用于x向扫描对 准，包括四个光栅分支，标记的中心处左右分布为精对准光栅分支P3—x和P4—x, 两端处分别为粗对准光栅分支P1—x和P2—x。这里仅给出了该类型x方向的划线 槽对准标记，y方向的对准标记与此类似。在附图7、附图8和附图9所示的划线槽对准标记中，标记中心的空白处也 可蚀刻上十字叉丝，成像于CCD面相机光敏面上，用于手工对准和视频监测。附图IO和附图11分别给出了划线槽标记的在晶圓上的两种布局形式。对 于图3和图4所示的双向标记，需要单独在晶圓上划出一定的区域，用于布置 标记，可布置在晶圆边缘的不完整die内。附图12示出了分束面513a在水平面上投影结构示意图。分束面包含两个 区域A和B，区域A位于分束面的外环位置，镀有反射膜，为反射区域，使得 构成对准标记的细光栅的士l级衍射光完全反射；区域B ^fi于分束面的内环位置， 镀有增透膜，为透射区域，使得构成对准标记的粗光栅的士l级衍射光直接透过。 分束面的另外一种形式可以是透射区域对应的衍射光位置处形成通孔，让衍射 光束直接从中穿过，如图12中所示，此时无需镀增透膜。分束面另外一种更为 简单形式是直接将透射区域B挖为一个通孔，让期望透过的衍射光束全部从中 通过。采用如此设计的分束器，可使组成对准标记的粗光栅分支的士l级衍射光 完全进入第一探测光路，而细光栅分支的士l级衍射光完全进入第二探测光路， 提高了光能量的利用率。附图13示出了第一参考光栅结构示意图。第一参考光栅包括四个参考光栅 分支，分别为x向参考光栅分支RG1—x和RG2—x, y向参考光栅分支RGl_y和 RG2_y,在空间位置分布上，分别对应图2所示的对准标记中粗光栅分支Pl一x、
P2一x、 Plj和P2j。由于仅采用士l级光衍射成像，故第一参考光栅分支的周 期为对应的对准标记光栅分支周期的1/2。附图14示出了第二参考光栅结构示意图。第二参考光栅包括四个参考光栅 分支，分别为x向参考光栅分支RG3—x和RG4—x, y向参考光栅分支RG3_y和 RG4_y，在空间位置分布上，分别对应图2所示的对准标记中细光栅分支P3—x、 P4—x、 P3_y和P4_y。由于仅采用士l级光衍射成像，故第二参考光栅各分支的 周期为对应的对准标记光栅分支周期的1/2。 '附图15示出了第一光信号(粗对准信号)的基本形式。粗对准信号包括两 组正弦形式的固定周期信号SP1和SP2,由于仅采用组成对准标记的粗光栅分 支Pl和P2的±1级光衍射成像，故其信号周期为Pl和P2光^)^分支周期的1/2。 由于粗光栅分支P1和P2之间存在微小周期差，基于游标卡尺原理，在一定的 周期数目内，二者将有一个峰值的重合点xcn。附图16示出了第二光信号(精对准信号)的基本形式。精对准信号可包括 两组正弦形式的固定周期信号SP3和SP4,由于Y又采用组成对准标记的细光棚-分支P3和P4的±1级光衍射成像，故其信号周期为粗P3和P4光栅分支周期的 1/2。由于细光栅分支P3和P3之间存在微小周期差，由游标卡尺原理，在一定的周期数目内，二者将有一个峰值的重合点Xo2。对于图8所示的划线槽标记，精对准信号也可为一条正弦形式的信号SP3或SP4。理论上，通过合理的设计，可保证粗对准信号峰值重合点X(),与精对准信号峰值重合点Xo2完全重合，但由于实际生产中的标记变形、随机误差，以及粗对 准和精对准分开探测导致的系统误差等因素的影响，& !和X()2之间存在微小的 位置误差。本发明用于光刻设备的对准方法，包括步骤一，经照明模块传输光源模块发出的多波长照明光束，照射到晶圆上 的对准标记上；步骤二，通过第一成像光路对组成对准标记的粗对准光栅分支相干成像， 通过第二成像光路对组成对准标记的精对准光栅分支相干成像；步骤三，通过第一探测光路探测粗对准光栅分支士l衍射成像透过第一参考 光栅后的位置-光强信号，获得粗对准信号，通过第二探测光路探测粗对准光
栅分支士l衍射成像透过第二参考光栅后的位置-光强信号，获得精对准信号；步骤四，经信号检测与处理模块完成粗对准信号和精对准信号的处理与拟 合，获得粗对准位置，结合粗对准位置信息，获得精对准位置。对准的基本原理为在对准扫描结束后，首先利用第一探测光路获得的第 一光信号(粗对准信号)，通过的信号的拟合，确定粗对准信号的峰值重合点x01， 该点的位置即为粗对准位置；然后以粗对准位置xo,为基准，寻找第二探测光路获得的第二光信号(精对准信号)上的峰值重合点XC2，即为对准位置。如果第二光信号仅包括一条正弦形式的信号时，此时的对准策略为以粗对准位置xw为基准，寻找该第二光信号上最接近Xd的波峰点，该波峰点即为对准位置。
权利要求
1、一种用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述对准系统包括光源模块，用于提供对准系统照明光束；照明模块，用于将所述对准照明光束传输到对准标记上；标记模块，用于将照明光束衍射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息，将透过参考光栅的光强调制为具有恒定周期的正弦信号；成像模块，用于通过物镜收集对准标记的衍射光或反射光，并利用第一成像光路对组成对准标记的粗对准光栅分支相干成像以及利用第一成像光路对组成对准标记的精对准光栅分支相干成像；信号检测与处理模块，用于处理第一光信号和第二光信号，并结合第一光信号的相位信息和第二光信号的相位信息确定对准标记的位置信息。
2、 根据权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述的 光源模块包括两个或者两个以上分立波长的照明光束。
3、 根据权利要求2所述的用于光刻设备的对准系统；其特征在于所述的 照明模块包括传输光纤和照明光学系统，其中照明光束经过传输光纤进入照明 系统。
4、 根据权利要求3所述用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述的照 明光学系统为柯勒照明系统。
5、 根据权利要求2所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述的 标记模块包括对准标记和参考光栅，照明光束照射到对准标记后，形成明暗相 间的周期性光斑条紋，经过参考光栅后，被调制成正弦信号。
6、 根据权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述的 成像模块至少包括物镜、分束器和成像光学系统，对准标记的衍射光经透镜准 直后，经分束器的分束面后进入成像光学系统后，成像在参考光栅上。
7、 根据权利要求6所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述的 分束器包括反射区域和透射区域，反射区域位于分束面的外环位置，透.射区域 位于分束面的内环位置。
8、 根据权利要求7所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述的 反射区域镀有反射膜。
9、 根据权利要求7所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述的 透射区域镀有增透膜。 -
10、 根据权利要求7所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述 的透射区域挖有通孔。
11、 根据权利要求7所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述 的透射区域全部挖空。
12、 根据权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述 的第一光信号为可存在一个周期差的两组正弦形式的固定周期信号。
13、 根据权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述 的第二光信号为可存在一个周期差的两组正弦形式的固定周期信号。
14、 根据权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于所述 的第二光信号也可为 一组正弦形式的固定周期信号。
15、 一种如权利要求1所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于， 所述的对准标记体系包括双向光栅标记，用于支持对X向和Y向扫描方式，也可支持对角线扫描方 式，同时获得X向和Y向的对准位置； 单向光栅标记，用于单个方向的探测； 参考光栅，用于光强信号的探测。
16、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的对准标记体系包括参考光栅、单个或者多个双向标记、单个或者多个单 向标记。
17、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的对准标记体系包括参考光栅、单个或者多个双向光栅标记。
18、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的对准标记体系包括参考光栅、单个或者多个单向光栅标记。
19、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的双向光栅标记由x向和y向标记组合而成，每一方向的标记包括一组大周 期光4册分支和一组小周期光4册分支，可同时用于x向和y向^:测。
20、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的双向光4册标记中，细光4册分支与粗光栅分支交叉排列，整个标记组成四边 形结构。
21、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的双向光4册标记中心可蚀刻有十字叉丝。
22、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的单向光栅标记也可以由以下几种方式组合而成22.1 、两个较大周期光栅分支和两个较小周期光栅分支；22.2、 仅有两个较大周期光栅分支；22.3、 仅有两个较小周期光栅分支；22.4、 两个较大周期光栅分支和一个较小周期光栅分支；22.5、 两个较小周期光栅分支和一个较大周期光栅分支。
23、 根据权利要求19所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的对准标记中大周期光栅分支用于产生粗对准信号，小周期光栅分支用于产 生精对准信号。
24、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的参考光栅位于成像模块的像平面上，其表面为有条紋状镀铬区的光学材料 制成。
25、 根据权利要求24所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述像平面上的镀铬区的条紋的周期大小与对应的光斑条紋周期相等。
26、 根据权利要求15所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的参考光栅包括第一参考光栅和第二参考光栅。
27、 根据权利要求26所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的第 一参考光栅在空间位置分布上，分别对应双向标记中粗光栅分支。
28、 根据权利要求26所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的第一参考光栅在周期大小上，分别为对应双向标记中粗光栅分支周期的1/2。
29、 根据权利要求26所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 迷的第二参考光栅在空间位置分布上，分别对应双向标记中细光4册分支。
30、 根据权利要求26所述对准系统采用的对准标记体系，其特征在于所 述的第二参考光栅在周期大小上，分别为对应双向标记中细光^l"分支周期的1/2。 31、 一种如权利要求1所述对准系统采用的对准方法，其特征在于，该方法包括如下主要步骤步骤一，经照明模块传输光源模块发出的多波长照明光束，照射到晶圆上的对准标记上；步骤二，通过第一成像光路对组成对准标记的粗对准光栅分支相干成像，通过第二成像光路对组成对准标记的精对准光^"分支相干成像；步骤三，通过第一探测光路探测粗对准光栅分支士l衍射成像透过第一参考 光栅后的位置-光强信号，获得粗对准信号，通过第二探测光路探测粗对准光 栅分支士l衍射成像透过第二参考光栅后的位置-光强信号，获得精对准信号；步骤四，经信号检测与处理模块完成粗对准信号和精对准信号的处理与拟 合，获得粗对准位置，结合粗对准位置信息，获得精对准位置。
全文摘要
本发明提供了一种对准系统、对准方法和对准标记，该对准标记包括大周期光栅分支和小周期光栅分支，采用分光路探测系统，同时对组成光栅标记的大周期光栅分支±1级衍射光相干成像和小周期光栅分支±1级衍射光相干成像分别进行信号采集、处理与拟合，并结合两组信号的相位信息，确定精确的对准位置。由于仅采用±1衍射光相干成像，避免了高级次衍射光需采用具有楔板调节装置的空间分离装置；采用小周期光栅分支，可以保证获得高的对准精度；采用分光路探测系统，避免了粗对准信号和精对准信号之间串扰现象。
文档编号G03F9/00GK101158821SQ20071004549
公开日2008年4月9日 申请日期2007年8月31日 优先权日2007年8月31日
发明者畅 周, 徐荣伟, 李运锋, 陈勇辉, 韦学志 申请人:上海微电子装备有限公司