投影光刻机的离轴对准装置及对准调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于加工半导体设备领域，具体涉及一种通过莫尔条纹来进行离轴对准装 置和对准调节方法，将其用于投影光刻机中硅片的精确定位。
【背景技术】
[0002] 集成电路芯片生产过程中，为了实现光刻机期望的精度指标，需要精确建立光刻 机各个坐标系间的关系。如图1所示，投影式光刻机包括了提供曝光光束的照明系统11、用 于支承掩模版12的掩模台13、掩模版12上有掩模图案和用于掩膜对准标记RM、用于将掩 模版13上的掩模图案投影到硅片15上的投影光学系统16、用于支承硅片15的工件台17、 工件台17上有刻有基准标记FM的基准板14、硅片15上有硅片对准标记WM和用于掩模版 12和硅片15对准的离轴对准系统18。
[0003] 硅片15与掩模版12的位置关系是通过基准板14上的基准对准标记FM作为过渡 参考间接获取，即先分别确立硅片15和掩模版12在工件台17坐标系下的位置，然后间接 获得硅片15和掩模版12之间相对位置关系。其中，硅片15在工件台17坐标系下位置的 确立，更为复杂，需要通过离轴对准系统的参考标记板上的标记间接建立，进一步增加了误 差降低了对准度。目前的离轴对准系统仅能通过物镜放大位置偏差，即不够精确，也会因标 记旋转、倍率漂移等引入对准误差，影响对准精度和重复性。
[0004] 莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果。有 人提出借助两组莫尔条纹来进行硅片与掩膜的位置对准，具体为光束先后经过两层光栅， 每层分别并排设置两个光栅常数相近的光栅，光栅常数分别为Pi和p 2，并且两层光栅的对 应关系为，Pi对应p2, p2对应Pi，这样光经过两层光栅，产生"拍"现象，形成莫尔条纹，莫尔 条纹相对于光栅有放大作用，且相位可以和光栅的相对位移建立关系，从而确定对准位置。
[0005] 两层光栅的间距要求很小，因此仅能用于接触式或接近式光刻机、纳米压印、扫描 探针或原子力光刻等。对于应用广泛的投影式光刻机，由于工件台频繁、大范围水平运动， 硅片表面不平整度，不同工艺胶厚不同，产率要求等因素的制约，参考标记与硅片的间距不 可能太小，因此目前投影式光刻机中还未能引入该方法进行精确对准。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是投影式光刻机的离轴对准系统复杂，影响因素众 多，对准精度和准确度有待提高，为了克服以上不足，提供了一种投影光刻机的离轴对准装 置及对准调节方法。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述投影光刻机的离轴对准装置， 包括照明装置、设置在待对准部件上的精对准标记、倍率为Mi的第一投影系统、设置在参考 标记板上的参考标记、倍率为M 2的第二投影系统、探测器和信号处理系统；
[0008] 所述精对准标记包括并排设置的第一反射光栅和第二反射光栅，所述第一反射光 栅的光栅常数为Pi，所述第二反射光栅的光栅常数为P 2 ;
[0009] 所述参考标记包括并排设置的第一透射光栅和第二透射光栅，所述第一透射光栅 的光栅常数为P 3，所述第二透射光栅的光栅常数为P4;
[0010] 所述照明装置提供照明光，所述照明光入射到精对准标记上，所述第一投影系统 收集第一反射光栅衍射光并将其投射到第一透射光栅上，所述第一投影系统收集第二反射 光栅衍射光并将其投射到第二透射光栅上，经过第一反射光栅和第一透射光栅干涉形成第 一莫尔条纹，经过第二反射光栅和第二透射光栅干涉形成第二莫尔条纹，所述第二投影系 统收集两组莫尔条纹并将其投射到探测器，所述信号处理系统从探测器获取莫尔条纹的信 息并进行信号处理。
[0011] 所述第一反射光栅和第二反射光栅可以是反射光栅，反射光栅是指使光反射，又 能使光色散的光栅，具体是在光学玻璃或熔融石英的镜面上，镀上一层金属膜，并在镜面金 属膜上刻一系列平行等宽、等距的刻线的光栅，也就是说通过金属膜反射光。所述第一反射 光栅和第二反射光栅也可以是透射光栅，透射光栅是在透明玻璃上刻制很多条相互平行、 等距、等宽的狭缝，它可以透过入射光，入射光透过透射光栅经硅片或者基准板反射，同样 可以实现入射光的反射和衍射。
[0012] 所述第一反射光栅和第二反射光栅可以为一维线性光栅或带有精细结构线性光 栅。
[0013] 优选地是，Pi 关 P2,0 < iPiXMfPj 彡 0? 2P3,0 < hXMfPj 彡 0? 2P4 且 (PiXMfPP X (PsXMfPj < 0。
[0014] 优选地是，PA = P4且己111 = P3,所述第一莫尔条纹和第二莫尔条纹的周期相同。 这样可以获得周期相同的并排的两组莫尔条纹，便于判断位置偏差。
[0015] 优选地是，所述第一反射光栅和第二反射光栅为统一的线性光栅，？1=匕且
[0016] 优选地是，0? SPWP'PWP/l. 2卩具。
[0017] 优选地是，所述第一透射光栅和第二透射光栅为统一的多个方格型二维标记， P3=P4且。通过一个参考标记可以完成X和Y两向的对准，克服了相应技术中每 套探测系统只能进行一个方向对准的弊端。
[0018] 优选地是，所述第一投影系统仅收集第一反射光栅和第二反射光栅的-1级和+1 级衍射光。
[0019] 优选地是，所述待对准部件为硅片或工件台基准板。也就是说该离轴对准系统可 以分别用于硅片的离轴对准和工件台的离轴对准。
[0020] 优选地是，的取值为1~20, M2的取值为1~20。采用放大倍率第一投影系放 大了衍射条纹，并且可以使匕和匕相应放大，降低了制作难度；第二投影系统可以控制面阵 探测器上成像条纹的数目，提高对莫尔条纹的分辨能力。
[0021] 优选地是，所述照明装置包括光源和准直装置，所述光源为多波长光源或者宽波 段光源。
[0022] 所述多波长光源是指由多个波长的激光合并的光束。
[0023] 所述宽波段光源是指波长为一个范围，比如自然光，其波长范围大约在450~ 750nm〇
[0024] 优选地是，所述光源为多波长光源时，所述照明装置还包括设置在光源和准直装 置之间的光源选通装置，所述光源选通装置用于选取特定一个以上光源通过。不同反射面 对不同波长光的反射率有所不同，因此宽波段光源或者多波长光源较目前单一波长的激光 光源相比，适应性更强。
[0025] 优选地是，所述第一投影系统和精对准标记之间还包括反射镜，所述照明光水平 射入所述反射镜后被反射，反射光束垂直入射到精对准标记上，所述反射镜还同时遮挡精 对准标记反射的0级光。
[0026] 优选地是，还包括偏转元件和其上的通孔，所述照明光经过所述通孔后垂直射入 所述精对准标记，产生的所述第一反射光栅衍射光和第二反射光栅衍射光被所述偏转元件 反射到所述第一投影系统进行收集。
[0027] 优选地是，在所述待对准部件上还设置有与所述精对准标记并排放置的对准粗捕 获标记，所述参考标记板上还设置有与所述参考标记并排放置的参考粗捕获标记，所述参 考粗捕获标记和对准粗捕获标记用于粗对准。
[0028] 优选地是，所述对准粗捕获标记采用粗光栅、十字或者方块图形，参考粗捕获标记 采用通光孔或其他与对准粗捕获标记对应的图形。
[0029] 优选地是，所述精对准标记和参考标记所在平面为相互平行、垂直或成一夹角。
[0030] 优选地是，所述第一透射光栅和第二透射光栅为统一的多个方格型二维标记， P3=