对准装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种对准装置，包括照明模块、干涉模块和探测模块，所述干涉模块至少包括一组科斯特（Koster）棱镜，多个波长的光源发出的光束通过所述照明模块输出照明光束，所述照明光束通过所述干涉模块入射到对准标记，所述干涉模块还通过所述科斯特（Koster）棱镜将所述对准标记衍射得到的对称的正负极衍射光进行重合形成探测光，所述探测光被所述探测模块转化为干涉信号并进行收集，从而通过收集得到的干涉信号的信息可以得到所述对准标记的位置信息。本发明在干涉模块中使用了科斯特（Koster）棱镜（Koester棱镜），相比于空间多面体结构的屋脊棱镜，可有效的降低加工制造、装调难度。
【专利说明】对准装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种光刻设备中的对准装置。
【背景技术】
[0002] 目前，光刻设备大多所采用是基于光栅衍射干涉的对准系统。该类对准系统基本 特征为：包含单个波长或多波长的照明光束照射在光栅型对准标记上发生衍射，产生的各 级衍射光携带有关于对准标记的位置信息；不同级次的光束以不同的衍射角从相位对准光 栅上散开，通过对准系统收集各级次的衍射光束，使两个对称的正负衍射级次(如±1级、 ±2级、土级等）在对准系统的像面或瞳面重叠相干，形成各级干涉信号。当对标记光栅进 行扫描时，利用光电探测器记录干涉信号的强度变化，通过信号处理，确定对准中心位置。
[0003] 目前，现有技术中具有代表性的是荷兰ASML公司采用一种离轴对准系统，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对准标记多 级衍射光的重叠和相干成像，并在像面上将成像空间分开；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光栅的透射光强，得到正弦输出的 对准信号。首先，由于该系统采用偏振分束棱镜的分光系统只能分离两个波长的色光，对两 个波长以上的对准信号则无能为力；其次该对准系统的多级衍射光在像面干涉，在对准标 记反射率不均匀时，标记旋转、倍率误差等因素导致的对准误差较大；最后，该对准系统使 用楔块列阵时，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。
[0004] 另外一种现有技术也是荷兰ASML公式采用的离轴对准系统。该系统通过一个旋 转自参考干涉仪产生两个相对旋转180度的对准标记像，在光瞳面探测重叠衍射级的干涉 信号，根据探测到的各级次干涉信号的相对相位变化得到对准位置信号。该对准系统采用 了多主截面，空间复合棱镜结果的旋转自参考干涉仪，棱镜的加工和装调公差要求很高，棱 镜组胶合难度较大。例如常用的施密特屋脊棱镜，其至少4个面需要精加工，特别是屋脊面 的夹角误差需控制在±5"，面型误差约0. 5 λ，相对入射面的装调精度在微米量级。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是如何采用更简单的光学器件实现对准标记产生的衍 射光实现重叠干涉，同时能够降低对准系统的加工和装调难度。
[0006] 为了解决这一技术问题，本发明提供了一种对准装置，包括照明模块、干涉模块和 探测模块，所述干涉模块至少包括一组科斯特（Koster)棱镜，多个波长的光源发出的光束 通过所述照明模块输出照明光束，所述照明光束通过所述干涉模块入射到对准标记，所述 干涉模块还通过所述科斯特（Koster )棱镜将所述对准标记衍射得到的对称的正、负极次衍 射光进行重合形成探测光，所述探测光被所述探测模块转化为干涉信号并进行收集，从而 通过收集得到的干涉信号的信息可以得到所述对准标记的位置信息。
[0007] 所述照明模块包括光纤耦合器、多路转换器和两个单模保偏光纤，多个波长的光 源通过一个所述单偏保偏光纤的传输进入所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将多个光源进 行耦合后依次经过所述多路转换器和另一个所述单模保偏光纤，进而输出多波长的照明光 束。
[0008] 所述照明模块还包括偏振片和透镜，所述照明光束通过所述偏振片变成线偏正光 后通过所述透镜进入所述干涉模块。
[0009] 所述照明模块输出的照明光束为线偏振光。
[0010] 所述干涉模块还包括一个四分之一波片，变为线偏振光的照明光束通过所述四分 之一波片转变为圆偏振光后入射到所述对准标记，而且所述对准标记通过衍射得到对称的 正、负次极衍射光后，均通过所述四分之一波片转变为线偏振光的正、负次极衍射光后射入 所述科斯特（Koster)棱镜。
[0011] 所述干涉模块还包括一个透镜和一个反射棱镜，所述照明光束通过所述反射棱镜 入射到所述四分之一波片上，所述正、负极次衍射光经过所述透镜后入射到所述四分之一 波片上。
[0012] 所述干涉模块还包括一个二分之一波片，所述负极次衍射光经过所述四分之一波 片后还通过所述二分之一波片转变九十度偏振方向后入射到所述科斯特（Koster)棱镜。
[0013] 所述科斯特（Koster)棱镜包括两个直角三棱镜，所述两个直角三棱镜的一个直角 边面互相胶合，且所述正、负极次衍射光分别从所述两个直角三棱镜另一个直角边面入射 到两个直角三棱镜中，且在所述两个直角三棱镜中实现重合，形成所述探测光，所述探测光 从其中一个直角三棱镜的斜边面射出进入所述探测模块。
[0014] 所述两个直角三棱镜的互相胶合的直角边面镀有偏振分光介质膜，使得所述正极 次衍射光经过对应的直角三棱镜的斜边面反射后能够穿过所述偏振分光介质膜进入到另 一个直角三棱镜，而负极次衍射光入射到所述偏振分光介质膜后能够反射到所在直角三棱 镜的斜边面，且正、负极次衍射光在经过所述偏振分光介质膜后实现重合，形成所述探测 光。不同波长的探测光从其中一个直角三棱镜的斜边面射出后以不同的角度散射进入所述 探测模块。
[0015] 所述两个直角三棱镜的正对正、负极次衍射光入射面的顶角α的大小同时满足 以下公式：
【权利要求】
1. 一种对准装置，其特征在于：包括照明模块、干涉模块和探测模块，所述干涉模块至 少包括一组科斯特（Koster)棱镜，多个波长的光源发出的光束通过所述照明模块输出照明 光束，所述照明光束通过所述干涉模块入射到对准标记，所述干涉模块还通过所述科斯特 (Koster)棱镜将所述对准标记衍射得到的对称的正、负极次衍射光进行重合形成探测光， 所述探测光被所述探测模块转化为干涉信号并进行收集，从而通过收集得到的干涉信号的 信息可以得到所述对准标记的位置信息。
2. 如权利要求1所述的对准装置，其特征在于：所述照明模块包括光纤耦合器、多路转 换器和两个单模保偏光纤，多个波长的光源通过一个所述单偏保偏光纤的传输进入所述光 纤耦合器，所述光纤耦合器将多个光源进行耦合后依次经过所述多路转换器和另一个所述 单模保偏光纤，进而输出多波长的照明光束。
3. 如权利要求2所述的对准装置，其特征在于：所述照明模块还包括偏振片和透镜，所 述照明光束通过所述偏振片变成线偏正光后通过所述透镜进入所述干涉模块。
4. 如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述照明模块输出的照明光束为线偏 振光。
5. 如权利要求4所述的对准装置，其特征在于：所述干涉模块还包括一个四分之一波 片，变为线偏振光的照明光束通过所述四分之一波片转变为圆偏振光后入射到所述对准标 记，而且所述对准标记通过衍射得到了对称的正、负极次衍射光后，均通过所述四分之一波 片转变为线偏振光的正、负极次衍射光后射入所述科斯特（Koster)棱镜。
6. 如权利要求5所述的对准装置，其特征在于：所述干涉模块还包括一个透镜和一个 反射棱镜，所述照明光束通过所述反射棱镜入射到所述四分之一波片上，所述正、负极次衍 射光经过所述透镜后入射到所述四分之一波片上。
7. 如权利要求5所述的对准装置，其特征在于：所述干涉模块还包括一个二分之一波 片，所述负极次衍射光经过所述四分之一波片后还通过所述二分之一波片转变九十度偏振 方向后入射到所述科斯特（Koster)棱镜。
8. 如权利要求1所述的对准装置，其特征在于：所述科斯特（Koster)棱镜包括两个直 角三棱镜，所述两个直角三棱镜的一个直角边面互相胶合，且所述正、负极次衍射光分别从 所述两个直角三棱镜另一个直角边面入射到两个直角三棱镜中，且在所述两个直角三棱镜 中实现重合，形成所述探测光，所述探测光从其中一个直角三棱镜的斜边面射出进入所述 探测模块。
9. 如权利要求8所述的对准装置，其特征在于：所述两个直角三棱镜的互相胶合的直 角边面镀有偏振分光介质膜，使得所述正极次衍射光经过对应的直角三棱镜的斜边面反射 后能够穿过所述偏振分光介质膜进入到另一个直角三棱镜，而负极次衍射光入射到所述偏 振分光介质膜后能够反射到所在直角三棱镜的斜边面，且正、负极次衍射光在经过所述偏 振分光介质膜后实现重合，形成所述探测光，不同波长的探测光从其中一个直角三棱镜的 斜边面射出后以不同的角度散射进入所述探测模块。
10. 如权利要求8或9所述的对准装置，其特征在于：所述两个直角三棱镜的正、负极 次衍射光入射面的顶角a的大小同时满足以下公式：
其中，max{}表示取最大值，min{}表示取最小值，Iii表示不同波长的探测光在科斯特 (Koster)棱镜中的折射率，i与不同波长的探测光对应，顶角a亦即直角三棱镜的斜边与 平行于入射到所述斜边面的衍射光的直角边面的夹角。
11. 如权利要求1所述的对准装置，其特征在于：所述科斯特（Koster)棱镜包括两个直 角梯形棱镜，所述两个直角梯形棱镜的连接两个底边面的直角边面互相胶合，且所述正、负 极次衍射光分别从所述两个直角梯形棱镜底边面入射到两个直角梯形棱镜中，且在所述两 个直角梯形棱镜中实现重合，形成所述探测光，所述探测光从其中一个直角梯形棱镜的斜 边面射出进入所述探测模块。
12. 如权利要求11所述的对准装置，其特征在于：所述两个直角梯形棱镜的互相胶合 的直角边面镀有偏振分光介质膜，使得所述正极次衍射光经过对应的直角梯形棱镜的斜边 面反射后能够穿过所述偏振分光介质膜进入到另一个直角梯形棱镜，而负极次衍射光入射 到所述偏振分光介质膜后能够反射到所在直角梯形棱镜的斜边面，且正、负极次衍射光在 经过所述偏振分光介质膜后实现重合，形成所述探测光，不同波长的探测光从其中一个直 角梯形棱镜的斜边面射出后以不同的角度散射进入所述探测模块。
13. 如权利要求11或12所述的对准装置，其特征在于：所述两个直角梯形棱镜的直角 边面与斜边面的夹角a的大小同时满足以下公式：
其中，max{}表示取最大值，min{}表示取最小值，Iii表示不同波长的探测光在科斯特 (Koster)棱镜中的折射率，i与不同波长的探测光对应，夹角a亦即直角梯形棱镜的斜边 面与平行于入射到所述斜边面的衍射光的直角边面的夹角。
14. 如权利要求9或12所述的对准装置，其特征在于：所述探测光从所述斜边面出射 时与该斜边面法线的夹角Yi = arcsin(IiiSinP)，其中，所述探测光入射到该斜边面时与 该斜边面法线的夹角为P ,Iii表示不同波长的探测光在科斯特（Koster)棱镜中的折射率， i与不同波长的探测光对应。
15. 如权利要求9或12所述的对准装置，其特征在于：所述干涉模块还包括一个棱镜 或光栅，不同波长的所述探测光通过所述棱镜或光栅增大彼此之间的分离角度后进入所述 探测模块。
16. 如权利要求1所述的对准装置，其特征在于：所述探测模块的数量为两个，所述干 涉模块还包括另一组科斯特（Koster)棱镜和一个分束器，所述正、负极次衍射光通过所述 分束器分成两个互相垂直的衍射光光路部分，且分别进入两组科斯特（Koster)棱镜，进而 通过两组科斯特（Koster)棱镜形成两部分探测光，两部分探测光分别被两个所述探测模块 转化为干涉信号并进行收集，从而通过收集得到的干涉信号的信息可以得到所述对准标记 的两个方向的位置信息。
17. 如权利要求1所述的对准装置，其特征在于：所述探测模块包括多个探测单元，每 个所述探测单元收集同一个波长的探测光，每个探测单元包括偏振装置和光电探测器，所 述偏振装置通过使得每个所述探测光中的正、负级次衍射光具有相同的偏振方向，从而产 生对应数量的干涉信号，每个所述干涉信号入射到一个光电探测器上。
18. 如权利要求17所述的对准装置，其特征在于：所述探测单元还包括两个透镜和一 个空间光阑，所述干涉信号通过一个所述透镜汇聚到所述空间光阑实现杂散光的消除，经 过了所述空间光阑的干涉信号再通过另一个所述透镜入射到所述光电探测器。
19. 如权利要求17所述的对准装置，其特征在于：所述光电探测器为光电二极管或电 荷奉禹合元件。
20. 如权利要求1所述的对准装置，其特征在于：所述探测光通过一个反射镜射入所述 探测模块。
【文档编号】G03F7/20GK104345577SQ201310347666
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】张鹏黎, 许琦欣, 周钰颍 申请人:上海微电子装备有限公司