对准装置及对准方法与流程

1.本发明涉及光刻机制造技术领域，特别涉及一种对准装置及对准方法。


背景技术：

2.在集成电路制造技术领域中，光刻机能够将掩模版图案施加至硅片(也可以称为衬底)的光刻胶等感光膜层上，以制备所需的电路结构。为了精准控制每次光刻对应在硅片上的位置，需要在硅片上设置光刻对准标记(通常为对准标记)，并通过设置相应的一个或多个对准装置来测定硅片上相应的光刻对准标记的位置，进而确定硅片的对准位置。
3.目前常用的对准装置为基于自参考干涉仪的对准传感器。基于自参考干涉仪的对准传感器可以完成对于常见标记的对准测量，但是为了获得调制深度高且精度高的相干信号，这种对准传感器通常要求衍射光或散射光进入自参考干涉仪时的偏振态是45
°
线偏振。然而，随着光刻工艺的不断发展，测量多种工艺条件下的标记成为了新的需求。例如，标记的线条可以是由另一个方向的细分线条所组成，这种细分线条可以起到起偏器的作用，从而使衍射光或散射光的偏振态不再与入射光相同。例如，在入射光是线偏振的条件下，衍射光或散射光的偏振态可能是线偏振、椭圆偏振或圆偏振。在这种条件下，衍射光或散射光的偏振态不是唯一的，因此无法实现45
°
线偏振入射的要求，则导致信号的调制深度和相位出现偏差，引起对准测量的精度和重复精度下降。
4.因此，需要一种新的对准装置及对准方法，能够实现不依赖于衍射光或散射光的偏振态，且能够保证较高的对准重复精度，提高产品性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种对准装置及对准方法，以解决如何提高对准重复精度的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种对准装置，包括光照单元、第一偏振调节单元、自参考干涉仪、分光单元、第一探测单元以及第二探测单元；其中，
7.所述光照单元用于提供光照；所述光照经一对准标记后产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光进入所述第一偏振调节单元；
8.所述第一偏振调节单元包括相接的第一波片和第二波片，且所述衍射光或散射光中具有相同衍射级次的负级衍射光和正级衍射光分别经过所述第一波片和所述第二波片；其中，所述第一波片的快轴所在方向与所述第二波片的快轴所在方向呈第一夹角，以使所述衍射光或散射光经所述第一偏振调节单元后形成具有第一偏振方向的第一光束和具有第二偏振方向的第二光束；所述第一光束和所述第二光束进入所述自参考干涉仪；并经所述自参考干涉仪之后，在所述分光单元的反射作用下，部分光束至进入所述第一探测单元，剩余部分光束进入所述第二探测单元；
9.所述第一探测单元和所述第二探测单元分别获取对应光束的光强。
10.可选的，在所述的对准装置中，所述自参考干涉仪用于将所述第一光束转为具有
第二偏振方向的第三光束，以及将所述第二光束转为具有第一偏振方向的第四光束，且所述第三光束和所述第四光束重合形成重合光束；其中，沿垂直于所述第一波片和所述第二波片相接的方向上，将所述重合光束分为第五光束和第六光束；并且，进入所述第一探测单元的所述部分光束为所述第五光束，以及进入所述第二探测单元的所述剩余部分光束为所述第六光束。
11.可选的，在所述的对准装置中，所述分光单元包括第一反射镜和第二反射镜；所述第一反射镜用于将所述第五光束反射至所述第一探测单元；所述第二反射镜用于将所述第六光束反射至所述第二探测单元；
12.所述第一探测单元和所述第二探测单元分别用于获取所述第五光束和所述第六光束中的光强。
13.可选的，在所述的对准装置中，所述第一探测单元包括第一偏振分束器、第一探测器和第二探测器；其中，
14.所述第一偏振分束器用于将所述第五光束分为具有第一偏振方向的第七光束和具有第二偏振方向的第八光束；
15.所述第一探测器用于获取所述第七光束的光强；
16.所述第二探测器用于获取所述第八光束的光强。
17.可选的，在所述的对准装置中，所述第二探测单元包括第二偏振分束器、第三探测器和第四探测器；其中，
18.所述第二偏振分束器用于将所述第六光束分为具有第一偏振方向的第九光束和具有第二偏振方向的第十光束；
19.所述第三探测器用于获取所述第九光束的光强；
20.所述第四探测器用于获取所述第十光束的光强。
21.可选的，在所述的对准装置中，当移动所述对准标记至所述第一探测单元和所述第二探测单元分别获取的所述光强均达到预设值时，所述对准标记的所在的位置为对准位置。
22.可选的，在所述的对准装置中，所述第一波片和所述第二波片均为二分之一波片，且所述第一夹角的范围包括45度或135度。
23.可选的，在所述的对准装置中，所述第一波片的快轴所在方向与所述第一偏振方向重合，所述第二波片的快轴所在方向与所述第一偏振方向呈45度夹角。
24.可选的，在所述的对准装置中，所述第一波片和所述第二波片均为四分之一波片，且所述第一夹角为90度。
25.可选的，在所述的对准装置中，所述衍射光或散射光中的零级衍射光经过所述第一波片和所述第二波片的相接面。
26.可选的，在所述的对准装置中，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向相互垂直。
27.可选的，在所述的对准装置中，所述光照单元包括激光发射器。
28.可选的，在所述的对准装置中，所述对准装置还包括物镜，所述光照经所述物镜入射至所述对准标记，并经所述对准标记产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光经所述物镜进入所述第一偏振调节单元。
29.基于同一发明构思，本发明还提供一种对准方法，包括：
30.所述光照单元提供光照；
31.所述光照经所述对准标记产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光经所述第一偏振调节单元形成具有第一偏振方向的第一光束和具有第二偏振方向的第二光束；
32.所述第一光束和所述第二光束经所述自参考干涉仪分别转为具有第二偏振方向的第三光束和具有第一偏振方向的第四光束；且所述第三光束和所述第四光束重合形成重合光束；其中，沿垂直于所述第一波片和所述第二波片相接的方向上，将所述重合光束分为第五光束和第六光束；
33.所述第五光束和所述第六光束经所述分光单元分别反射至所述第一探测单元和所述第二探测单元；
34.所述第一探测单元和所述第二探测单元分别获取所述第五光束和所述第六光束中的光强；
35.移动工件台以带动所述对准标记移动，当所述第一探测单元和所述第二探测单元分别获取的所述光强均达到预设值时，所述对准标记的所在位置为对准位置。
36.基于同一发明构思，本发明还提供一种对准装置，包括光照单元、第一偏振调节单元、自参考干涉仪、第二偏振调节单元以及第三探测单元；其中，
37.所述光照单元用于提供光照；所述光照经一对准标记后产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光进入所述第一偏振调节单元；
38.所述第一偏振调节单元包括相接的第一波片和第二波片，且所述衍射光或散射光中具有相同衍射级次的负级衍射光和正级衍射光分别经过所述第一波片和所述第二波片；其中，所述第一波片的快轴所在方向与所述第二波片的快轴所在方向呈第一夹角，以使所述衍射光或散射光经所述第一偏振调节单元后形成具有第一偏振方向的第一光束和具有第二偏振方向的第二光束；所述第一光束和所述第二光束进入所述自参考干涉仪；并经所述自参考干涉仪之后，进入所述第二偏振调节单元；
39.所述第二偏振调节单元包括相接的第三波片和第四波片，所述第三波片的快轴所在方向与所述第四波片的快轴所在方向呈第二夹角，且所述第三波片和所述第四波片的连接轴所在方向与所述第一波片和所述第二波片的连接轴所在方向垂直；部分光束经所述第三波片进入所述第三探测单元，剩余部分光束经所述第四波片进入所述第三探测单元；
40.所述第三探测单元用于获取光强。
41.可选的，在所述的对准装置中，所述自参考干涉仪用于将所述第一光束转为具有第二偏振方向的第三光束，以及将所述第二光束转为具有第一偏振方向的第四光束；且所述第三光束和所述第四光束重合形成重合光束；其中，沿垂直于所述第一波片和所述第二波片相接的方向上，将所述重合光束分为第五光束和第六光束；且所述第五光束经所述第三波片进入所述第三探测单元，所述第六光束经所述第四波片进入所述第三探测单元。
42.可选的，在所述的对准装置中，所述第三探测单元包括第一偏振分光棱镜、第五探测器和第六探测器；其中，
43.所述第一偏振分光棱镜用于将经所述第二偏振调节单元入射的所述第五光束和所述第六光束分为具有第一偏振方向的第十一光束和具有第二偏振方向的第十二光束；
44.所述第五探测器用于获取所述第十一光束的光强；
45.所述第六探测器用于获取所述第十二光束的光强。
46.可选的，在所述的对准装置中，当移动所述对准标记至所述第三探测单元获取的所述光强达到预设值时，所述对准标记的所在位置为对准位置。
47.可选的，在所述的对准装置中，所述第一波片和所述第二波片均为二分之一波片，且所述第一夹角的范围包括45度或135度。
48.可选的，在所述的对准装置中，所述第一波片的快轴所在方向与所述第一偏振方向重合，所述第二波片的快轴所在方向与所述第一偏振方向呈45度夹角。
49.可选的，在所述的对准装置中，所述第三波片和所述第四波片均为二分之一波片，且所述第二夹角的范围包括45度、90度或135度。
50.可选的，在所述的对准装置中，所述第三波片的快轴所在方向与所述第一偏振方向的夹角为22.5度或67.5度，所述第四波片的快轴所在方向与所述第一偏振方向的夹角为-22.5度或-67.5度。
51.可选的，在所述的对准装置中，所述第一波片和所述第二波片均为四分之一波片，且所述第一夹角为90度。
52.可选的，在所述的对准装置中，所述第三波片和所述第四波片均为四分之一波片，且所述第二夹角为90度。
53.可选的，在所述的对准装置中，所述衍射光或散射光中的零级衍射光或散射光经过所述第一波片和所述第二波片的相接面。
54.可选的，在所述的对准装置中，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向相互垂直。
55.可选的，在所述的对准装置中，所述光照单元包括激光发射器。
56.可选的，在所述的对准装置中，所述对准装置还包括物镜，所述光照经所述物镜入射至所述对准标记，并经所述对准标记产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光经所述物镜进入所述第一偏振调节单元。
57.基于同一发明构思，本发明还提供一种对准方法，包括：
58.所述光照单元提供光照；
59.所述光照经所述对准标记产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光经所述第一偏振调节单元形成具有第一偏振方向的第一光束和具有第二偏振方向的第二光束；
60.所述第一光束和所述第二光束经所述自参考干涉仪分别转为具有第二偏振方向的第三光束和具有第一偏振方向的第四光束；且所述第三光束和所述第四光束重合形成重合光束；其中，沿垂直于所述第一波片和所述第二波片相接的方向上，将所述重合光束分为第五光束和第六光束；
61.所述第五光束经所述第二偏振调节单元中的所述第三波片进入所述第三探测单元，所述第六光束经所述第四波片进入所述第三探测单元；
62.所述第三探测单元获取所述第五光束和所述第六光束中的光强；
63.移动工件台以带动所述对准标记移动，当所述第三探测单元获取的所述光强达到预设值时，所述对准标记的所在位置为对准位置。
64.综上所述，本发明提供一种对准装置及对准方法。其中，所述对准装置包括光照单元、第一偏振调节单元、自参考干涉仪、分光单元、第一探测单元以及第二探测单元。并且，所述第一偏振调节单元包括相接的第一波片和第二波片，且所述衍射光或散射光中具有相同衍射级次的负级衍射光和正级衍射光分别经过所述第一波片和所述第二波片。所述第一
波片的快轴所在方向与所述第二波片的快轴所在方向呈第一夹角，以使无论入射的所述衍射光或散射光的偏振态是线偏振、(椭)圆偏振或者非偏振，均可以经所述第一偏振调节单元后形成具有第一偏振方向的第一光束和具有第二偏振方向的第二光束，再进入所述自参考干涉仪，实现了独立于偏振态的标记衍射的对准测量。
65.基于此，本发明还提供一种对准装置包括光照单元、第一偏振调节单元、自参考干涉仪、第二偏振调节单元以及第三探测单元。其中，相较于上述的所述对准装置，去除了所述分光单元，而是利用所述第二偏振调节单元同时处理经所述自参考干涉仪出射的所述第五光束和所述第六光束，进一步消除了上述所述对准装置中各探测器探测到的相位差，降低信号波动相互抵消、调制深度下降的风险。
66.因此，本发明提供的所述对准装置不但能够拓展适用范围，不受入射衍射光或散射光的偏振态限制，而且能够减少信号间相对误差，提高对准重复精度，此外还降低了光路复杂度、噪声以及成本。
附图说明
67.图1为现有技术中的对准装置结构示意图；
68.图2为现有技术中的自参考干涉仪结构示意图；
69.图3为现有技术中p偏振光和s偏振光在自参考干涉仪中的光路图；
70.图4为本发明实施例一中的对准装置结构示意图；
71.图5为本发明实施例一中的衍射光或散射光进入第一偏振调节单元中的光路图；
72.图6为本发明实施例一中的第一光束和第二光束进入自参考干涉仪中的光路图；
73.图7为本发明实施例二中的对准装置结构示意图；
74.图8为本发明实施例二中的衍射光或散射光进入第一偏振调节单元中的光路图；
75.图9为本发明实施例二中的第二偏振调节单元的结构示意图。
具体实施方式
76.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
77.《实施例一》
78.在现有的对准装置中，为保证较高的探测信号的调制深度(dom)，需要设定入射自参考干涉仪的衍射光或散射光的偏振态为45度线偏振。其中，调制深度代表了信号中交流成分所占比重，其定义为：
79.dom＝(2iac)/(iac+idc)
ꢀꢀꢀ
(1.1)
80.其中，iac为交流电流；idc为直流电流。
81.进一步的，请参阅图1，激光光源a提供的光照经过物镜q，以平面波的形式垂直入
射至对准标记m。所述对准标记m可以是具有一定周期的光栅。所述光照经所述对准标记m后产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光经过所述物镜q后形成平行光束，然后进入波片11。波片11的作用是将所述衍射光或散射光的偏振态调整为45度线偏振，对于常见标记的衍射，可以根据光源入射时的偏振态确定衍射束的偏振态，从而决定波片11的类型和角度。例如：对于45度线偏振的入射光，可以不设波片。对于s偏振或p偏振的入射光，波片可以选择半波片，其快轴与s方向的夹角可以是22.5度或67.5度。对于圆偏振的入射光，波片可以选择四分之一波片，其快轴与s方向的夹角可以为0度或90度。
82.然后，请参阅图1-3，具有45度线偏振态的所述衍射光或散射光进入自参考干涉仪12。所述自参考干涉仪12的作用在于将入射的所述衍射光或散射光分为p偏振光和s偏振光，其中，所述p偏振方向和s偏振方向相互垂直。其中，可以实现自参考功能的光学装置很多，常见的装置可以是图2所示的两块特殊加工的棱镜(上侧棱镜和右侧棱镜)，两个所述棱镜的贴合面镀有偏振分束膜，所述偏振分束膜可以使p偏振光透射而s偏振光反射，从而将入射的45度线偏振光分为强度相同、偏振方向相互垂直的p偏振光和s偏振光。
83.进一步的，p偏振光在上侧棱镜内多次反射重新回到偏振分束面，其空间和偏振方向都被逆时针(或顺时针)旋转90度，并经自参考干涉仪12中的偏振分束面反射出。s偏振光在右侧棱镜内多次反射重新回到偏振分束面，其空间和偏振方向都被顺时针(或逆时针)旋转90
°
，并经自参考干涉仪12中的偏振分束面透射出，两路光束重合并射出所述自参考干涉仪12。
84.其中，图3中所示的n为衍射级次，“+”表示正级衍射光，
“‑”
表示负级衍射光。因此，经所述自参考干涉仪的作用，出射的所述衍射光或散射光中对应的正负级次相互重合。并且，重合的对应正负级次衍射光的偏振态相互垂直，因此，需要经过偏振调制元件13。所述偏振调制元件13起到检偏器的作用，其可以是一块半波片，其快轴方向与s偏振方向夹角可以是22.5度或67.5度，作用为使重合的衍射级次在s、p偏振上分别相干，形成干涉信号。
85.其次，所述干涉信号经过偏振分束器14，被分为具有s偏振方向和具有p偏振方向的干涉信号。探测器151、152直接在瞳面分别收集所述干涉信号，以获得对准位置信息。
86.进一步的，在衍射光或散射光进入自参考干涉仪12之前，衍射级次+n的电场可以由如下等式表述：
[0087][0088]
其中，a是衍射光或散射光中s偏振的振幅；b是衍射光或散射光中p偏振的振幅；是p偏振相对s偏振的相位差，对于线偏振为0，对于椭圆(圆)偏振为固定值，对于非偏振态为随机值。为了便于标记，可以将将记为b
′
。en是入射光投射在标记上的衍射+n/-n级次的电场强度。exp(-i2πf
+n
x-iθn)是衍射电场的相位。
[0089]
对应的-n级次的电场强度相同，相位的下标由+n变为-n，即可得到：
[0090][0091]
在图3右侧棱镜工作原理示意图中，上侧重合光束的+n级次来源于+n衍射的p偏振被逆时针旋转90度，其电场表述为：
[0092]
[0093]
同理，上侧重合光束的-n级次来源于-n衍射的s偏振被顺时针旋转90度，其电场表述为：
[0094][0095]
因此，上侧重合光束的电场表述为：
[0096][0097]
所述偏振调制元件13为半波片时，其快轴方向与s偏振方向夹角是22.5
°
，其矩阵表述为：
[0098][0099]
因此，上侧重合光束在经过半波片13后的电场表述为：
[0100][0101]
经由偏振分束器14后，其中的p偏振支路的探测信号为：
[0102][0103][0104]
对另一个衍射光斑和/或散射光斑的相干信号进行分析的过程与公式(1.1)～公式(1.8)类似，最终可以得到：
[0105][0106]
因此，探测器151收集的信号表述为：
[0107][0108]
由式(1.11)可以分析信号的频率、相位和调制深度dom。当a/b＝
±
1时，信号的交流和直流成分强度相同，调制深度达到最高(即100％)；当a＝0或b＝0时，信号的交流成分强度为0，调制深度达到最低值0。同理可以推导另一探测器152收集信号的形式，其分析结论与上述相同。因此，现有的对准装置受限于入射自参考干涉仪的衍射光或散射光的偏振态为45度线偏振。
[0109]
因此，为解决上述技术问题，本实施例提供一种对准装置，请参阅图4-6，包括光照单元a、物镜q、第一偏振调节单元21、自参考干涉仪22、分光单元23、第一探测单元24以及第二探测单元25。其中，
[0110]
所述光照单元a用于提供光照。可选的，为激光发射器。所述光照经物镜q入射至一对准标记m后，产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光经所述物镜q进入所述第一偏振调节单元21。
[0111]
请参阅图5-6，所述第一偏振调节单元21包括相接的第一波片211和第二波片212。本实施例不限制所述第一波片211和所述第二波片212的拼接方向，可以为任意方向，但需
保证所述衍射光或散射光中具有相同衍射级次的正级衍射光和负级衍射光分别经过所述第一波片211和所述第二波片212。例如，正一级衍射光经过所述第一波片211，则负一级衍射光经过所述第二波片212。但所述第一波片211和所述第二波片212的连接轴只经过零级衍射。此外，所述第一波片211的快轴所在方向与所述第二波片212的快轴所在方向呈第一夹角，从而使得所述衍射光或散射光分为具有第一偏振方向s的第一光束(包括振幅为b’的正级次衍射光斑和振幅为a的负级次衍射斑)和具有第二偏振方向p的第二光束(包括振幅为a的正级次衍射光斑和振幅为b’的负级次衍射光斑)。对此，可以记为：[第一光束s，b’(+n)，a(-n)]，[第二光束p，a(+n)，b’(-n)]。其中，所述第一偏振方向s和所述第二偏振方向p相互垂直，且所述第一光束s偏振和所述第二光束p偏振的偏振强度相同。
[0112]
进一步的，所述第一波片211和所述第二波片212在垂直于所述衍射光或散射光入射方向的方向上相接，其拼接方向可选的为图5所示的中间虚线所在方向。并且，当所述第一波片211和所述第二波片212均为二分之一波片时，所述第一夹角的范围包括45度或135度。例如，所述第一波片211的快轴所在方向与所述第一偏振方向s重合，所述第二波片212的快轴所在方向与所述第一偏振方向s呈45度夹角。或者，当所述第一波片211和所述第二波片212均为四分之一波片时，所述第一夹角为90度。
[0113]
所述第一光束和所述第二光束进入所述自参考干涉仪22。所述自参考干涉仪22包括但不限于为图2所示的自参考干涉仪，用于将所述第一光束转为具有第二偏振方向p的第三光束，以及将所述第二光束转为具有第一偏振方向s的第四光束。即，在所述自参考干涉仪22的作用下，所述第一光束的传播方向和偏振方向都被逆时针(或顺时针)旋转90度，以形成第三光束。所述第二光束的传播方向和偏振方向都被逆时针(或顺时针)旋转90度，以形成第四光束。则如图6所示，所述第三光束具有第二偏振方向p，且包括振幅为b’的正级次衍射光斑和振幅为a的负级次衍射光斑，可记为：[第三光束p，a(-n)，b’(+n)]。所述第四光束具有第一偏振方向s，且包括振幅为a的正级次衍射光斑和振幅为b’的负级次衍射光斑，可记为：[第四光束s，a(+n)，b’(-n)]。
[0114]
当所述第三光束和所述第四光束重合后，形成重合光束。所述重合光束具有第一偏振方向s和第二偏振方向p，且包括振幅为a的具有第一偏振方向s的正级次衍射光斑、振幅为a的具有第二偏振方向p的负级次衍射光斑、振幅为b’的具有第一偏振方向s的负级次衍射光斑以及振幅为b’的具有第二偏振方向p的正级次衍射光斑。其中，根据图6可知，振幅为a的具有第一偏振方向s的正级次衍射光斑和振幅为a的具有第二偏振方向p的负级次衍射光斑重合并位于所述重合光束的上半部分；振幅为b’的具有第一偏振方向s的负级次衍射光斑和振幅为b’的具有第二偏振方向p的正级次衍射光斑重合并位于所述重合光束的下半部分。因此，可以将所述重合光束记为[重合光束，a(-np，+ns)，b’(-ns，+np)]。
[0115]
对此，沿垂直于所述第一波片211和所述第二波片212的拼接方向，将所述重合光束分为上半部分重合光束和下半部分重合光束。其中，上半部分重合光束记为振幅为a的第五光束，即：[第五光束，a(-np，+ns)]；下半部分重合光束记为振幅为b’的第六光束，即：[第六光束，b’(-ns，+np)]。
[0116]
所述分光单元23包括第一反射镜231和第二反射镜232；所述第一反射镜231用于将所述第五光束反射至所述第一探测单元24；所述第二反射镜232用于将所述第六光束反射至所述第二探测单元25。
[0117]
所述第一探测单元24和所述第二探测单元25分别用于获取所述第五光束和所述第六光束中的光强。进一步的，如图4所示，所述第一探测单元24包括第一偏振分束器、第一探测器243和第二探测器244。其中，所述第一偏振分束器包括第五波片241和第二偏振分光棱镜242。且当所述第一波片211和所述第二波片212为二分之一波片时，所述第五波片241是一块半波片，其快轴与s偏振方向的夹角为22.5度。且当所述第一波片211和所述第二波片212为四分之一波片时，所述第五波片241也是一块四分之一波片，其快轴与s偏振方向的夹角为45度。因此，所述第五光束经所述第五波片241后再经所述第二偏振分光棱镜242分为两束光束，分别具有第一偏振方向s的第七光束和具有第二偏振方向p的第八光束。其中，所述第七光束入射至所述第一探测器243；所述第八光束入射至所述第二探测器244。所述第一探测器243用于获取所述第七光束的光强；所述第二探测器244用于获取所述第八光束的光强。
[0118]
进一步的，所述第二探测单元25包括第二偏振分束器、第三探测器253和第四探测器254。其中，所述第二偏振分束器包括第六波片251和第三偏振分光棱镜252。且当所述第一波片211和所述第二波片212为二分之一波片时，所述第六波片251是一块半波片，其快轴与s偏振方向的夹角为22.5度。且当所述第一波片211和所述第二波片212为四分之一波片时，所述第六波片251也是一块四分之一波片，其快轴与s偏振方向的夹角为45度。
[0119]
因此，所述第六光束经所述第六波片251后再经所述第三偏振分光棱镜252分为两束光束，分别具有第一偏振方向s的第九光束和具有第二偏振方向p的第十光束。其中，所述第九光束入射至所述第三探测器253；所述第十光束入射至所述第四探测器254。所述第三探测器253用于获取所述第九光束的光强；所述第四探测器254用于获取所述第十光束的光强。
[0120]
因此，当移动所述对准标记m至所述第一探测单元24和所述第二探测单元25分别获取的所述光强均达到预设值时，所述对准标记m的所在位置为对准位置。
[0121]
综上可知，本实施例提供的所述对准装置设置有所述第一偏振调节单元21，实现衍射光或散射光的波前分割，使得无论入射的所述衍射光或散射光的偏振态是线偏振、(椭)圆偏振或者非偏振，均可以经所述第一偏振调节单元21后形成具有第一偏振方向s的第一光束和具有第二偏振方向p的第二光束，再进入所述自参考干涉仪22，实现了独立于偏振态的标记衍射的对准测量。对此，为进一步验证本实施例的技术效果，本实施例中的所述第一波片211和所述第二波片212均选用二分之一波片，并以此计算出本实施例中的探测信号。
[0122]
其中，所述第一波片211和所述第二波片212的琼斯矩阵分别表述为：
[0123][0124][0125]
容易推导得到，对于任意偏振态的光经过第一偏振调节单元21后，光束21.1的偏振态与光束21.2偏振态相互垂直(如图5所示)。则经过第一偏振调节单元21后的衍射光或散射光，其中-n级次的偏振态为21.1光束偏振态，+n级次的偏振态为与之垂直的
21.2光束偏振态。
[0126]
因此，这个过程的分析与公式(1.3)～公式(1.11)相似，上半部分重合光束(第五光束)的+n级次来源于+n衍射光的p偏振被逆时针旋转90
°
，其电场表述为：
[0127][0128]
同理，上半部分重合光束的-n级次来源于-n衍射光的s偏振被顺时针旋转90
°
，其电场表述为：
[0129][0130]
因此，上半部分重合光束(第五光束)的电场表述为：
[0131][0132]
同理可推导出，下半部分重合光束(第六光束)的电场表述为：
[0133][0134]
因为，所述第五波片241和所述第六波片251均为二分之一波片，则其琼斯矩阵表述为：
[0135][0136]
所述第五光束经过所述第五波片241，以及所述第六光束经过所述第六波片251之后的电场为：
[0137][0138][0139]
则公式(1.16)表明，上半部分重合光束(第五光束)含有标记衍射光或散射光s偏振的全部信息而不含p偏振；相对地，下半部分重合光束(第六光束)含有标记衍射光或散射光p偏振的全部信息而不含s偏振。
[0140]
继而，经所述第二偏振分光棱镜242的作用下，具有第二偏振方向p的所述第八光束进入所述第二探测器244，则所述第二探测器244的信号为：
[0141]i244
＝|e
up_p
|2[0142][0143]
可见，无论衍射光或散射光处于什么样的偏振态，探测信号的能量平均值等于衍射光或散射光中p偏振方向的输出能量，信号调制深度恒定为100％。同理可以推导其它探测器的探测信号为：
[0144][0145][0146]
[0147]
至此，所述第一探测器243、所述第二探测器244、所述第三探测器253以及所述第四探测器254均可以输出信号，信号本身调制深度高，且不引入额外相位差(精度误差)。因此，根据上述推导可知，本实施例提供的所述对准装置设置有所述第一偏振调节单元21，实现衍射光或散射光的波前分割，使得无论入射的所述衍射光或散射光的偏振态是线偏振、(椭)圆偏振或者非偏振，均可以经所述第一偏振调节单元21后形成具有第一偏振方向s的第一光束和具有第二偏振方向p的第二光束，再进入所述自参考干涉仪22，实现了独立于偏振态的标记衍射的对准测量。
[0148]
同理，当所述第一波片211和所述第二波片212均为四分之一波片时，所述第一波片211和所述第二波片212的琼斯矩阵分别表述为：
[0149][0150][0151]
容易推导得到，对于任意偏振态的光经过第一偏振调节单元21后，光束21.1的偏振态为：
[0152][0153]
光束21.2偏振态为：
[0154][0155]
记可以将光束21.1的偏振态表述为光束21.2的偏振态表述为显然，21.1的s/p偏振态强度与21.2的p/s偏振态强度相同，相位差为90
°
。
[0156]
以下分析过程与公式(1.12)-公式(1.15)类似，上/下半部分重合光束(第五光束和第六光束)的电场表述为：
[0157][0158][0159]
所述第五波片241和所述第六波片251均为四分之一波片，其琼斯矩阵表述为：
[0160][0161]
则所述第五光束经过所述第五波片241，以及所述第六光束经过所述第六波片251之后的电场为：
[0162]
[0163][0164]
继而，经所述第二偏振分光棱镜242的作用下，具有第二偏振方向p的所述第八光束进入所述第二探测器244，则所述第二探测器244的信号为：
[0165][0166][0167]
同理可以推导出其它探测器的探测信号为：
[0168][0169][0170][0171]
可见，本实施例提供的所述对准装置设置有所述第一偏振调节单元21，实现衍射光或散射光的波前分割，使得无论入射的所述衍射光或散射光的偏振态是线偏振、(椭)圆偏振或者非偏振，均可以经所述第一偏振调节单元21后形成具有第一偏振方向s的第一光束和具有第二偏振方向p的第二光束，再进入所述自参考干涉仪22，实现了独立于偏振态的标记衍射的对准测量。
[0172]
基于同一发明构思，本实施例还提供一种对准方法，包括：
[0173]
步骤一：所述光照单元a提供光照；所述光照经所述对准标记m产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光经所述第一偏振调节单元21形成具有第一偏振方向s的第一光束和具有第二偏振方向p的第二光束；所述第一光束和所述第二光束经所述自参考干涉仪22分别转为具有第二偏振方向p的第三光束和具有第一偏振方向s的第四光束。所述第三光束和所述第四光束重合后形成重合光束，所述重合光束经所述自参考干涉仪22进入所述分光单元。其中，沿垂直于所述第一波片211和所述第二波片212的拼接方向上分割，所述重合光束的上半部分为所述第五光束，下半部分为所述第六光束。所述第五光束经所述分光单元中的第一反射镜231反射进入所述第一探测单元24，所述第六光束经所述分光单元中的第二反射经232反射进入所述第二探测单元25。所述第一探测单元24和所述第二探测单元25分别获取所述第五光束和所述第六光束中的光强。
[0174]
步骤二：移动工件台以带动所述对准标记m移动，当所述第一探测单元24和所述第二探测单元25分别获取的所述光强均达到预设值时，所述对准标记m的所在位置为对准位置。
[0175]
《实施例二》
[0176]
根据实施例一公式(1.17)～(1.20)可知，各探测器探测的干涉信号，其强度等同于初始衍射光或散射光在一个偏振方向上的能量分量。则在对准测量的部分工况下，用户不需要分开各个偏振的能量分别测量，而只需要强度够高的对准信号即可。例如公式(1.17)与公式(1.20)之和的信号，或者公式(1.18)与公式(1.19)之和的信号。
[0177]
并且由公式(1.17)～(1.20)可以看出，第一探测器243和第二探测器244的信号波
动相位差为pi，直接使用单个探测器探测两光束信号之和时存在信号波动相互抵消、调制深度下降的风险。因此，基于同一发明构思，本实施例提供一种对准装置。
[0178]
请参阅图7-9，所述对准装置包括光照单元a、物镜q、第一偏振调节单元31、自参考干涉仪32、第二偏振调节单元33以及第三探测单元34。其中，所述光照单元a、所述物镜q、所述第一偏振调节单元31以及所述自参考干涉仪32，请参照实施例一中的所述光照单元a、所述物镜q、所述第一偏振调节单元21以及所述自参考干涉仪22的记载，在此不作赘述。
[0179]
其中，所述第二偏振调节单元33包括相接的第三波片331和第四波片332，所述第三波片331的快轴所在方向与所述第四波片332的快轴所在方向呈第二夹角，且所述第三波片331和所述第四波片332的连接轴所在方向与所述第一波片311和所述第二波片312的连接轴所在方向垂直(所述第一波片311和所述第二波片312请参见实施例一中的所述第一波片211和所述第二波片212)。
[0180]
进一步的，当所述第一波片311和所述第二波片312均为二分之一波片时，所述第三波片331和所述第四波片332均为二分之一波片，且所述第二夹角的范围包括45度、90度或135度。例如，所述第三波片331的快轴所在方向与所述第一偏振方向s的夹角为22.5度或67.5度，所述第四波片332的快轴所在方向与所述第一偏振方向s的夹角为-22.5度或-67.5度。当所述第一波片311和所述第二波片312均为四分之一波片时，所述第三波片331和所述第四波片332均为四分之一波片，且所述第二夹角为90度。此外，本实施不限制所述第一波片311、所述第二波片312的拼接方向，以及不限制所述第三波片331、所述第四波片332的拼接方向，但需满足所述第一波片311和所述第二波片312在垂直于所述衍射光或散射光入射方向的方向上相接；所述第三波片331和所述第四波片332在垂直于重合光束入射方向的方向上相接。
[0181]
当所述光照单元a提供的所述光照经所述物镜q，入射至所述对准标记m上，并产生衍射光或散射光时，所述衍射光或散射光经所述物镜q，进入所述第一偏振调节单元31，所述偏振调节单元31将所述衍射光或散射光分为具有第一偏振方向s的第一光束，以及具有第二偏振方向p的第二光束。所述第一偏振方向s垂直于所述第二偏振方向p。再经所述自参考干涉仪32转成具有第一偏振方向s的第四光束，以及具有第二偏振方向p的第三光束。所述第三光束与所述第四光束重合，以形成重合光束。并且，沿垂直于所述第一波片311和所述第二波片312的拼接方向，将所述重合光束分为第五光束和第六光束。其中，关于所述第一光束、第二光束、第三光束、第四光束、第五光束以及第六光束的详细介绍请参阅实施例一，在此不作赘述。
[0182]
所述第五光束和所述第六光束入射至所述第二偏振调节单元33。并且，所述第五光束经所述第三波片331进入所述第三探测单元34，所述第六光束经所述第四波片332进入所述第三探测单元34。所述第三探测单元34用于获取所述第五光束和所述第六光束中的光强。且当移动所述对准标记m至所述第三探测单元34获取的所述光强达到预设值时，所述对准标记的所在位置为对准位置。
[0183]
进一步的，所述第三探测单元34包括第一偏振分光棱镜341、第五探测器342和第六探测器343；其中，所述第一偏振分光棱镜341用于将经所述第二偏振调节单元33入射的所述第五光束和所述第六光束分为具有第一偏振方向s的第十一光束和具有第二偏振方向p的第十二光束。所述第五探测器342用于获取所述第十一光束的光强。所述第六探测器343
用于获取所述第十二光束的光强。
[0184]
可见，相较于实施例一，本实施例提供的所述对准装置去除了所述分光单元，而是利用所述第二偏振调节单元33中的所述第三波片331和所述第四波片332分别处理上下两个正负级次重合的光束(第五光束和第六光束)，进一步消除了实施例一提供的所述对准装置中各探测器探测到的相位差，降低信号波动相互抵消、调制深度下降的风险。
[0185]
对此，为进一步验证本实施例的技术效果，本实施例中的所述第一波片311、所述第二波片312、所述第三波片331以及所述第四波片332均选用二分之一波片，并以此计算出本实施例中的探测信号。
[0186]
则所述第三波片331和所述第四波片332的琼斯矩阵分别表述为：
[0187][0188][0189]
经过所述第二偏振调节单元33之前，上/下半部分重合光束(第五光束和第六光束)的电场由式(1.14)/(1.15)表述。经过所述第二偏振调节单元33后的电场表述为：
[0190][0191][0192]
所述第五光束和所述第六光束经所述第一偏振分光棱镜341后，所述第六探测器343获取的具有p偏振的所述第十二光束的探测信号为：
[0193][0194]
因探测信号公式(2.2)与公式(1.17)(1.20)的信号之和相同。同理可以推导出探测器342的探测信号表达式与式(1.18)(1.19)的信号之和相同。
[0195]
同理，当所述第一波片311、所述第二波片312、所述第三波片331以及所述第四波片332均选用四分之一波片时，则所述第三波片331和所述第四波片332的琼斯矩阵分别表述为：
[0196][0197][0198]
经过所述第二偏振调节单元33之前，上/下半部分重合光束(第五光束和第六光束)的电场由式(1.23)/(1.24)表述。经过所述第二偏振调节单元33后的电场表述为：
[0199][0200][0201]
所述第五光束和所述第六光束经所述第一偏振分光棱镜341后，所述第六探测器
343获取的具有p偏振的所述第十二光束的探测信号为：
[0202][0203]
因探测信号公式(2.4)与公式(1.26)(1.27)的信号之和相同。同理可以推导出探测器342的探测信号表达式与式(1.28)(1.29)的信号之和相同。
[0204]
基于同一发明构思，本发明还提供一种对准方法，包括：
[0205]
步骤一：所述光照单元a提供光照；所述光照经所述对准标记m产生衍射光或散射光，所述衍射光或散射光经所述第一偏振调节单元31形成具有第一偏振方向s的第一光束和具有第二偏振方向p的第二光束；所述第一光束和所述第二光束经所述自参考干涉仪32分别转为具有第二偏振方向p的第三光束和具有第一偏振方向s的第四光束。所述第三光束与所述第四光束重合，以形成重合光束。其中，沿垂直于所述第一波片311和所述第二波片312的拼接方向上分割，所述重合光束的上半部分为所述第五光束，下半部分为所述第六光束。所述第五光束经所述第二偏振调节单元33中的所述第三波片331进入所述第三探测单元34，所述第六光束经所述第二偏振调节单元33中的所述第四波片332进入所述第三探测单元34。所述第三探测单元34获取所述第五光束和所述第六光束中的光强。
[0206]
步骤二：移动工件台以带动所述对准标记m移动，当所述第三探测单元34获取的所述光强达到预设值时，所述对准标记m的所在位置为对准位置。
[0207]
综上所述，实施例一和实施例二均提供一种对准装置及对准方法。其中，实施例一中的所述对准装置包括光照单元a、第一偏振调节单元21、自参考干涉仪22、分光单元23、第一探测单元24以及第二探测单元25。并且，所述第一偏振调节单元21包括相接的第一波片211和第二波片212，且所述衍射光或散射光中具有相同衍射级次的正级衍射光和负级衍射光分别经过所述第一波片211和所述第二波片212。所述第一波片211的快轴所在方向与所述第二波片212的快轴所在方向呈第一夹角，以使无论入射的所述衍射光或散射光的偏振态是线偏振、(椭)圆偏振或者非偏振，均可以经所述第一偏振调节单元21后形成具有第一偏振方向s的第一光束和具有第二偏振方向p的第二光束，再进入所述自参考干涉仪22，实现了独立于偏振态的基于标记衍射的对准测量。
[0208]
基于此，实施例二还提供一种对准装置。其中，相较于实施例一中的所述对准装置，去除了所述分光单元23，而是利用所述第二偏振调节单元33同时处理经所述自参考干涉仪32出射的所述第五光束和所述第六光束，进一步消除了上述所述对准装置中各探测器探测到的相位差，降低信号波动相互抵消、调制深度下降的风险。
[0209]
因此，实施例一和实施例二提供的所述对准装置不但能够拓展适用范围，不受入射衍射光或散射光的偏振态限制，而且能够减少信号间相对误差，提高对准重复精度，此外还降低了光路复杂度、噪声以及成本。
[0210]
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，此外，各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用，本发明对此不作限定。
[0211]
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术
实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。