自参考干涉对准系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104020642 A (43)申请公布日 2014.09.03 C N 1 0 4 0 2 0 6 4 2 A (21)申请号 201310064775.0 (22)申请日 2013.03.01 G03F 7/20(2006.01) G03F 9/00(2006.01) (71)申请人上海微电子装备有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区张东路1525号 (72)发明人李运锋 (74)专利代理机构北京连和连知识产权代理有 限公司 11278 代理人王光辉 (54) 发明名称 自参考干涉对准系统 (57) 摘要 本发明提出一种自参考干涉对准系统，包。

2、括： 激光光源模块，用于提供所需的照明光束；光学 模块，用于将照明光束照射到对准标记上，并接收 携带所述对准标记X向和Y向的对准信息的反射 光，所述反射光在所述光学模块的自参考干涉仪 内进行波面的分裂、旋转和叠加，然后出射光学信 号，其中，所述X向垂直于Y向；电子采集模块，用 于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；软 件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对 准位置；其特征在于，所述光学模块还包括一分 束汇聚单元，所述分束汇聚单元将携带所述对准 标记X向和Y向对准信息的光学信号分束到不同 的支路里，以实现X向和Y向对准位置的二维扫 描。本发明在现有技术基础上进行了改进，可以同 时实现X和。

3、Y向的二维对准，从而提高对准产率。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104020642 A CN 104020642 A 1/2页 2 1.一种自参考干涉对准系统，包括： 激光光源模块，用于提供所需的照明光束； 光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上，并接收携带所述对准标记X向和Y向的 对准信息的反射光，所述反射光在所述光学模块的自参考干涉仪内进行波面的分裂、旋转 和叠加，然后出射光学信号，其中，所述X向垂直于Y向； 电子采集模块，用于将所。

4、述光学信号进行处理，获得光强信号； 软件模块，用于对光强信号进行处理，进一步获得对准位置； 其特征在于，所述光学模块还包括一分束汇聚单元，所述分束汇聚单元将携带所述对 准标记X向和Y向对准信息的光学信号分束到不同的支路里，以实现X向和Y向对准位置 的二维扫描。 2.如权利要求1所述的自参考干涉对准系统，其特征在于，所述分束汇聚单元利用偏 振分束特性，将光束分束到两个不同支路，在两个支路里形成相位相差180度的光学信号。 3.如权利要求1所述的自参考干涉对准系统，其特征在于，所述分束汇聚单元包括： XY向分束器，用于接收所述自参考干涉仪出射的光信号，并将该光信号进行分束处理， 形成第一光信号及第。

5、二光信号，所述第一光信号携带有所述对准标记X向对准信息，所述 第二光信号携带有所述对准标记Y向对准信息； X向支路，包括第一偏振分束器、第一汇聚透镜及第二汇聚透镜，所述第一光信号经由 所述偏振分束器分成X向零级次光信号及X向高级次光信号，所述X向零级次光信号经由 第一汇聚透镜汇聚后出射，所述Y向高级光信号经由第四汇聚透镜汇聚后出射；以及 Y向支路，包括第二偏振分束器、第三汇聚透镜及第四汇聚透镜，所述第二信号经由所 述第二偏振分束器分成Y向零级次光信号及Y向高级次光信号，所述Y向零级次光信号经 由所述第三汇聚透镜汇聚后出射。 4.如权利要求3所述的自参考干涉对准系统，其特征在于，所述光学模块还包。

6、括多波 长分路器，所述多波长分路器的输入端透过输入光纤接收所述第一、第二、第三、第四汇聚 透镜汇聚后的X向零级次光信号、X向高级次光信号、Y向零级次光信号及Y向高级次光信 号，并对所接收到的该些光信号进行多波长分离后经由输出光纤输入所述电子模块。 5.如权利要求1所述的自参考干涉对准系统，其特征在于，所述分束汇聚单元包括：偏 振分束器、第一支路以及第二支路，所述光学模块出射的光学信号首先通过所述偏振分束 器产生第一分束光信号及第二分束光信号，所述第一、第二分束光信号分别被分束到所述 第一、第二支路中，所述第一第二支路均包括XY向分束器、X向支路及Y向支路，所述第一 第二分束光信号经由所述XY向。

7、分束器后产生的携带X向对准信息、Y湘对准信息的光信号 被分别分束到所述X向支路及Y向支路。 6.如权利要求5所述的自参考干涉对准系统，其特征在于所述光学模块还包括多波长 分路器，所述X、Y向支路的光信号透过汇聚透镜汇聚后进入所述多波长分路器进行多波长 分离后输入所述电子模块。 7.如权利要求3或5所述的自参考干涉对准系统，其特征在于，所述XY向分束器包括 反射区域、透射区域和半透半反区域。 8.如权利要求7所述的自参考干涉对准系统，其特征在于，所述反射区域、透射区域和 半透半反区域通过光学镀膜实现。 权 利 要 求 书CN 104020642 A 2/2页 3 9.如权利要求1所述的自参考干涉。

8、对准系统，其特征在于，所述对准标记为二维光栅 结构或二维菱形结构。 10.如权利要求1所述的自参考干涉对准系统，其特征在于，所述对准标记位于硅片划 线槽中。 11.如权利要求1所述的自参考干涉对准系统，其特征在于，所述自参考干涉对准系统 是沿着与所述X、Y向相交的第三方向对对准标记进行扫描，以同时获取该对准标记的X、Y 向对准信息，其中，所述第三方向位于所述X、Y向定义的平面内。 权 利 要 求 书CN 104020642 A 1/5页 4 自参考干涉对准系统 技术领域 0001 本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的自参考干 涉对准系统。 背景技术 0002 在半导体。

9、IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光 才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前 层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置，即 套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/31/5，对于100纳米的光刻 机而言，套刻精度指标要求小于35nm。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一，而掩模 与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。当特征尺寸CD要求更小时，对套刻精 度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更 小的对准精度。 0003 掩模与硅。

10、片之间的对准可采用掩模（同轴）对准硅片（离轴）对准的方式，即以工 件台基准板标记为桥梁，建立掩模标记和硅片标记之间的位置关系，如图1所示。对准的基 本过程为：首先通过同轴对准系统（即掩模对准系统），实现掩模标记与运动台基准板标记 之间的对准，然后利用离轴对准系统（硅片对准系统），完成硅片对准标记与工件台基准板 标记之间的对准（通过两次对准实现），进而间接实现硅片对准标记与掩模对准标记之间对 准，建立二者之间的位置坐标关系。 0004 专利EP1148390给出了一种自参考干涉对准系统（硅片对准系统），如图2所示。该 对准系统通过像旋转装置，实现对准标记衍射波面的分裂，以及分裂后两波面相对180。

11、的 旋转重叠干涉，然后利用光强信号探测器，在光瞳面处探测干涉后的对准信号，通过信号分 析器确定标记的对准位置。该对准系统要求对准标记是180旋转对称。像旋转装置是该 对准系统最核心的装置，用以标记像的分裂、旋转和叠加。在该发明中，像旋转装置通过自 参考干涉仪实现。 0005 专利US00US7564534、CN03133004.5、CN201210117917.0和CN201210091145.8给 出了该对准系统的具体实现结构，如图3所示。该技术方案中每一组件的作用可参考在先 专利，此处作为公知技术引入。但是，该技术方案一次只能实现一个方向的对准，要确定标 记的X和Y向位置，需要两次扫描实现。

12、。光尤其是对更高技术节点的光刻机而言，套刻精度 要求极高（例如ASML1950i光刻机，套刻精度高达2.5纳米）。除了通过提升对准重复精度来 提高套刻精度外，另外一个办法就是对准更多的标记，来实现套刻精度的提高。然而，对准 的标记越多，用时也将越多，将直接导致产率的降低。而光刻机作为一种极端昂贵的设备， 产率也是客户尤为看重的一个技术指标。如果能够同时实现二维对准扫描，一次性获得每 个标记对的X和Y向坐标，将可以直接减小对准用时，提高产率。 发明内容 说 明 书CN 104020642 A 2/5页 5 0006 为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种自参考干涉对准系统，包括：激 光光源。

13、模块，用于提供所需的照明光束；光学模块，用于将照明光束照射到对准标记上，并 接收携带所述对准标记X向和Y向的对准信息的反射光，所述反射光在所述光学模块的自 参考干涉仪内进行波面的分裂、旋转和叠加，然后出射光学信号，其中，所述X向垂直于Y 向；电子采集模块，用于将所述光学信号进行处理，获得光强信号；软件模块，用于对光强 信号进行处理，进一步获得对准位置；其特征在于，所述光学模块还包括一分束汇聚单元， 所述分束汇聚单元将携带所述对准标记X向和Y向对准信息的光学信号分束到不同的支路 里，以实现X向和Y向对准位置的二维扫描。 0007 较优地，所述分束汇聚单元利用偏振分束特性，将光束分束到两个不同支路。

14、，在两 个支路里形成相位相差180度的光学信号。 0008 其中，所述分束汇聚单元包括：XY向分束器，用于接收所述自参考干涉仪出射的 光信号，并将该光信号进行分束处理，形成第一光信号及第二光信号，所述第一光信号携带 有所述对准标记X向对准信息，所述第二光信号携带有所述对准标记Y向对准信息；X向支 路，包括第一偏振分束器、第一汇聚透镜及第二汇聚透镜，所述第一光信号经由所述偏振分 束器分成X向零级次光信号及X向高级次光信号，所述X向零级次光信号经由第一汇聚透 镜汇聚后出射，所述Y向高级光信号经由第四汇聚透镜汇聚后出射；以及Y向支路，包括第 二偏振分束器、第三汇聚透镜及第四汇聚透镜，所述第二信号经由。

15、所述第二偏振分束器分 成Y向零级次光信号及Y向高级次光信号，所述Y向零级次光信号经由所述第三汇聚透镜 汇聚后出射。 0009 较优地，所述光学模块还包括多波长分路器，所述多波长分路器的输入端透过输 入光纤接收所述第一、第二、第三、第四汇聚透镜汇聚后的X向零级次光信号、X向高级次光 信号、Y向零级次光信号及Y向高级次光信号，并对所接收到的该些光信号进行多波长分离 后经由输出光纤输入所述电子模块。 0010 其中，所述分束汇聚单元包括：偏振分束器、第一支路以及第二支路，所述光学模 块出射的光学信号首先通过所述偏振分束器产生第一分束光信号及第二分束光信号，所述 第一、第二分束光信号分别被分束到所述第。

16、一、第二支路中，所述第一第二支路均包括XY 向分束器、X向支路及Y向支路，所述第一第二分束光信号经由所述XY向分束器后产生的 携带X向对准信息、Y湘对准信息的光信号被分别分束到所述X向支路及Y向支路。 0011 较优地，所述光学模块还包括多波长分路器，所述X、Y向支路的光信号透过汇聚 透镜汇聚后进入所述多波长分路器进行多波长分离后输入所述电子模块。 0012 较优地，所述XY向分束器包括反射区域、透射区域和半透半反区域。 0013 其中，所述反射区域、透射区域和半透半反区域通过光学镀膜实现。 0014 其中，所述对准标记为二维光栅结构或二维菱形结构。 0015 其中，所述对准标记位于硅片划线槽。

17、中。 0016 较优地，所述自参考干涉对准系统是沿着与所述X、Y向相交的第三方向对对准标 记进行扫描，以同时获取该对准标记的X、Y向对准信息，其中，所述第三方向位于所述X、Y 向定义的平面内。 0017 本发明在现有技术基础上进行了改进，可以同时实现X和Y向的二维对准，从而提 高对准产率。 说 明 书CN 104020642 A 3/5页 6 附图说明 0018 关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了 解。 0019 图1是现有光刻对准系统示意图； 图2是现有自参考干涉对准系统示意图； 图3是现有自参考干涉对准系统结构图； 图4是本发明自参考干涉对准系统结构示意图。

18、； 图5是本发明自参考干涉对准系统中XY向分束器结构示意图； 图6是本发明另一个实施例中XY向分束器示意图； 图7是本发明另一个实施例中分束汇聚单元结构示意图； 图8是本发明自参考干涉对准系统中对准标记结构图； 图9是本发明自参考干涉对准系统中划线槽示意图； 图10是本发明自参考干涉对准系统二维扫描示意图。 具体实施方式 0020 下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。 0021 如图4所示，本发明提出的自参考干涉对准系统包括激光光源模块400、光学模块 300、电子采集模块500、软件模块600。其中，激光光源模块400用于提供所需的照明光束。 光学模块300用于将来自标记衍射的光束进行。

19、光学处理，形成光学信号。电子采集模块500 用于处理光学信号，获得光强信号。软件模块600用于处理光强信号，并经结合工件台位 置数据，经拟合处理，获得光强信号的一系列峰值位置，从而进一步确定标记的位置，该位 置即为对准位置。本发明的实现需要同步采集工件台的位置数据，在图4中未示出，但不 影响对本发明的理解和实现，具体可以参考在先专利CN200810033263.7、CN200710045495. X、CN200710044153.6、CN200710044152.1、CN200810035115.9、CN200810040234.3、 CN200910052799.8、CN2009100470。

20、30.7、CN200910194853.2、CN200910055927.4。 0022 激光光源模块400包括激光器控制机箱402、激光器控制机箱403和多波长复用 器401。其中激光器控制机箱402提供2个可见波长的激光光束，如532nm和633nm的激光 光束，激光器控制机箱403提供2个红外波长的激光光束，如780nm和850nm的激光光束。 其中，可见波长光束需进行相位调制，以抑制寄生干涉，而两个红外波长光束不进行相位调 制。每一波长的激光光束均通过一根单模保偏光纤传输到多波长复用器401。多波长复用 器401将4束不同波长的激光光束合为一束同轴的激光光束，然后通过光纤传输到光学模 。

21、块。合成光束的同轴程度将影响对准精度，需要严格要求。合束后激光光束被传输到光学 模块300。 0023 光学模块300包括照明光路、干涉光路和多波长分路单元。照明光路包括照明单 元301、第一偏振分束器302、1/4波带片303和前组透镜304。照明光路用于将照明光束 导入到硅片标记、工件台标记或工件台基准板标记上。干涉光路包括前组透镜304、1/4波 带片303、第一偏振分束器302、第一1/2波带片305、自参考干涉仪306、第二1/2波带片 307以及分束汇聚单元700。分束汇聚单元700用于将携带对准标记X向和Y向对准信息 说 明 书CN 104020642 A 4/5页 7 的光学信。

22、号（光束）分束到不同的支路里，以实现X向和Y向对准位置的独立探测。同时， 分束汇聚单元还需实现偏振分束功能，即将光学信号中的0级光和一部分高级次光分束到 0级光支路，将其余的高级光分束到高级光支路，以便在两个支路里形成相互相长相消的 光学信号。关于相长相消，即两个支路里形成的信号的相位相差180度，可参考在先专利 US00US7564534、CN03133004.5和CN201210091145.8。 0024 分束汇聚单元700可采用先XY向分束，然后偏振分束的结构，如图4中所示。分 束汇聚单元依次包括XY向分束器308、X支路和Y支路。其中X支路用于测量标记的X向 对准位置，Y支路用于测量。

23、标记的Y向对准位置。X支路包括X向偏振分束器321、汇聚透 镜322和汇聚透镜324；Y支路包括Y向偏振分束器311、汇聚透镜312和汇聚透镜314。对 准扫描时，XY向分束器308将重叠后的光学信号（衍射波面）进行分束。其中，携带标记X 向对准信息的光束，将被分束到X支路，而携带标记Y向对准信息的光束将被分束到Y支路 中。 0025 XY向分束器308可采用如图5所示结构的光学器件，该分束器包括反射区域A、透 射区域B、和半透半反区域C。反射区域A将光路中包含X向对准信息的光束反射到X支路 中，而将光路中包含Y向对准信息的光束透射到Y支路中，对于中心波面的中心区域光束， 分别半透半反到两个支。

24、路中。通过镀膜或其它光学手段，容易实现上述的分束办法。 0026 分束汇聚单元700也可采用先偏振分束，然后再进行XY向分束的结构，如图7所 示。重叠后的光学信号（衍射波面）首先通过偏振分束器311，被分束到两个支路中。其中 0级光支路包含了标记的X向和Y向0级光和高级次光信息；高级光支路仅包含了标记的 X向和Y向的高级次光信息。XY向分束器308a和XY向分束器308b示意图如图6所示。0 级光支路通过XY向分束器308b，分别将携带X向标记信息和Y向标记信息分束到两个不同 的支路中。两个支路上的汇聚透镜312、314分别将光束汇聚到光纤313、315上，并传输到 多波长分路器310中。同理。

25、，高级光支路通过XY向分束器308a分束到两个不同的支路，并 经汇聚透镜322、325和光纤323、325，传输到多波长分路器310上。多波长分路310包括输 入光纤313、315、323、325、多波长分路器310和输出光纤，用于将光学信号导入电子采集模 块500。 0027 电子采集模块500包括光电转换、解调、滤波和/D转换等功能，并将获得 光强信号传输到软件模块600。软件模块对获得光强信号进行拟合处理，并结合工件 台位置数据，确定标记的对准位置。在先专利CN200810033263.7、CN200710045495. X、CN200710044153.6、CN200710044152。

26、.1、CN200810035115.9、CN200810040234.3、 CN200910052799.8、CN200910047030.7、CN200910194853.2、200910055927.4、 CN201210091145.8、CN201210117917.0和参考文献（微光信号探测对准技术，杨兴平，程建 瑞，电子工业专用设备，2006，140：712）对此有详细的描述，此处作为公知技术引入。 0028 在该对准系统中，标记形式可采用包含二维周期性结构信息的且旋转108度对称 的图案，如图8所示二维光栅结构或二维菱形结构。工艺上，标记通常放置在划线槽中，如 图9所示，以节约硅片。

27、空间。由于该对准方案的照明光斑直径较小（通常小于60微米），故 可以实现二维扫描，如图10所示。此时，携带标记的X向和Y向的对准信息（衍射波面）均 被对准系统接收，并在自参考干涉仪内完成波面的分裂、旋转和叠加，然后出射到分束汇聚 单元，实现X向对准信息和Y向对准信息分束在不同光路通道，从而能够同时对二者进行探 说 明 书CN 104020642 A 5/5页 8 测。 0029 本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明 的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理 或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。 说 明 书CN 104020642 A 1/5页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104020642 A 2/5页 10 图3 说 明 书 附 图CN 104020642 A 10 3/5页 11 图4 图5 说 明 书 附 图CN 104020642 A 11 4/5页 12 图6 图7 说 明 书 附 图CN 104020642 A 12 5/5页 13 图8 图9 图10 说 明 书 附 图CN 104020642 A 13 。