一种用于光刻设备的对准系统及对准方法.pdf

本发明提供了一种用于光刻设备的对准系统及对准方法，所述对准系统采用的参考标记的中间分支为共用参考标记，所述共用参考标记由不同方向的条形振幅光栅组成，形成新形式的参考标记，可以实现两个方向的位置扫描，使对准信号信噪比和强度与现有技术相比得到提高，能量利用率得到提高，得到的对准扫描信号没有出现明显的拐点，有利于后期信号探测和AGG增益等部分的处理，提高了对准精度。

1、  一种用于光刻设备的对准系统，包括：
对准辐射源模块，提供用于对准系统的照明光束；
照明模块，传输所述对准辐射源模块的照明光束，准直照明硅片或基准板上的三周期对准标记；
对准光学模块，采集对准标记相应级次的衍射光束并相干成像在参考标记位置；以及
信号探测模块，其包括：参考标记、光电探测器以及信号处理部分，通过对准标记衍射光束的相干成像与相应参考标记的扫描，探测和处理经过参考标记调制的对准光强信号；
其特征在于，所述参考标记的中间分支为共用参考标记，其由不同方向的条形振幅光栅组成。

2、  如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述参考标记包括沿X方向依次排列的X向第一光栅、X向第三光栅、X向第二光栅；沿Y方向依次排列的Y向第一光栅、Y向第三光栅、Y向第二光栅，其中所述X向第三光栅与所述Y向第三光栅为同一光栅，即所述共用参考标记，其用于实现两个方向位置扫描，物理上两个方向共用；
所述X向第一光栅、所述X向第三光栅、所述X向第二光栅、所述Y向第一光栅、所述Y向第三光栅、所述Y向第二光栅与所述对准标记的各分支光栅分别对应；
所述参考标记的各个光栅分别对相应的对准标记分支光栅的干涉像进行扫描，得到X向第一扫描信号、X向第二扫描信号、X向第三扫描信号、Y向第一扫描信号、Y向第二扫描信号以及Y向第三扫描信号。

3、  如权利要求2所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述参考标记的分支光栅数目根据所述对准标记需要增加或减少。

4、  如权利要求2所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述共用参考标记的条形振幅光栅的周期数目根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增加或减少。

5、  如权利要求2所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述共用参考标记的条形振幅光栅的大小根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增大或减小。

6、  如权利要求2所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述共用参考标记包括沿X方向依次排列的X向第一条形振幅光栅、X向第三条形振幅光栅、X向第二条形振幅光栅；沿Y方向依次排列的Y向第一条形振幅光栅、Y向第三条形振幅光栅、Y向第二条形振幅光栅，其中所述X向第三条形振幅光栅与所述Y向第三条形振幅光栅为同一光栅，即共用参考标记的共用光栅，所述共用参考标记的共用光栅由不同方向的条形振幅光栅组成。

7、  如权利要求6所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述共用参考标记的共用光栅的条形振幅光栅的周期数目根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增加或减少。

8、  如权利要求7所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述共用参考标记的共用光栅的条形振幅光栅的大小根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增大或减小。

9、  如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述对准辐射源模块中包括激光单元。

10、  如权利要求9所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述激光单元包括相位调制器和强度调制器单元。

11、  如权利要求9所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述激光单元包括激光器，所述激光器是气体激光器、固体激光器、半导体激光器或光纤激光器。

12、  如权利要求1所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述照明光束包括至少两个分立波长的激光照明光束。

13、  如权利要求12所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述包括至少两个分立波长的激光照明光束采用四个分立波长，并且其中至少有两个波长在近红外或红外波段。

14、  如权利要求12所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述对准光学模块包括对准光学系统和分光装置。

15、  如权利要求14所述的用于光刻设备的对准系统，其特征在于，所述分光装置利用光的偏振性质分开两种不同波长的对准光束。

16、  一种使用权利要求1所述系统的对准方法，其特征在于：通过对对准标记中的较大周期光栅扫描，得到第一扫描信号和第二扫描信号，通过对对准标记中的较小周期光栅扫描，得到第三扫描信号；利用第一扫描信号和第二扫描信号的位相信息获得粗捕获范围，利用第三扫描信号的位相信息在所述粗捕获范围内进行精对准。

17、  如权利要求16所述的对准方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
经照明模块传输照明光束照射到所述对准标记上发生衍射，利用所述对准标记衍射光束经过对准光学模块相干成像，并利用信号探测模块相应的参考标记对所述对准标记相干像进行信号强度扫描得到对准扫描信号，其中所述参考标记沿X方向排列的X向第一光栅、X向第二光栅以及X向第三光栅对X方向对准标记相应光栅相干像进行扫描得到X方向对准扫描信号，所述参考标记沿Y方向排列的Y向第一光栅、Y向第二光栅以及Y向第三光栅对Y方向对准标记相应光栅相干像进行扫描得到Y方向对准扫描信号；
得到的对准扫描信号经过精密连接在所述参考标记后面的传输光纤传输到光电探测器进行探测；
利用所述光电探测器探测得到对准扫描信号的强度和位相信息进行位置探测和对准，通过对所述对准标记中的较大周期光栅扫描，得到所述第一扫描信号和所述第二扫描信号，通过对所述对准标记中的较小周期光栅扫描，得到所述第三扫描信号；利用所述第一扫描信号和所述第二扫描信号的位相信息获得所述粗捕获范围，利用所述第三扫描信号的位相信息在所述粗捕获范围内进行精对准。

18、  如权利要求16所述的对准方法，其特征在于，所述参考标记包括沿X方向依次排列的X向第一光栅、X向第三光栅、X向第二光栅；沿Y方向依次排列的Y向第一光栅、Y向第三光栅、Y向第二光栅，其中所述X向第三光栅与所述Y向第三光栅为同一光栅，即所述共用参考标记，其用于实现两个方向位置扫描，物理上两个方向共用；
所述X向第一光栅、所述X向第三光栅、所述X向第二光栅、所述Y向第一光栅、所述Y向第三光栅、所述Y向第二光栅与所述对准标记的各分支光栅分别对应；
所述参考标记的各个光栅分别对相应的对准标记分支光栅的干涉像进行扫描，得到X向第一扫描信号、X向第二扫描信号、X向第三扫描信号、Y向第一扫描信号、Y向第二扫描信号以及Y向第三扫描信号。

一种用于光刻设备的对准系统及对准方法
技术领域
本发明涉及光刻设备，尤其涉及一种用于光刻设备的对准系统及对准方法。
背景技术
现有技术中的光刻设备，主要用于集成电路IC或其他微型器件的制造。通过光刻设备，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准情况下依次曝光成像在涂覆有光刻胶的硅片上。目前的光刻设备大体上分为两类，一类是步进光刻设备，掩模图案一次曝光成像在硅片的一个曝光区域，随后硅片相对于掩模移动，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硅片的另一曝光区域，重复这一过程直到硅片上所有曝光区域都拥有相应掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻设备，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，掩模与硅片同时相对于投影系统和投影光束移动，完成硅片曝光。
光刻设备中关键的步骤是将掩模与硅片对准。第一层掩模图案在硅片上曝光后从设备中移走，在硅片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硅片上已曝光掩模图案像的精确定位，需要将掩模和硅片进行精确对准。由于光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在硅片中形成多层电路，为此，光刻设备中要求配置对准系统，实现掩模和硅片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对对准精度的要求将变得更加严格。
光刻设备的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模与硅片对准，即测出硅片在机器坐标系中的坐标(X_W，Y_W，Φ_WZ)，以及掩模在机器坐标系中的坐标(X_R，Y_R，ΦR_Z)，并计算得到掩模相对于硅片的位置，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，激光照明在硅片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻设备的投影物镜所收集的硅片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硅片时，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硅片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硅片上的多个对准标记以及硅片台上基准板的基准标记，实现硅片对准和硅片台对准；硅片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硅片的位置关系，实现掩模和硅片对准。
目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指照明光束照射在光栅型对准标记上发生衍射，衍射光携带有关于对准标记结构的全部信息。多级次衍射光以不同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±1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)在参考面干涉成像，利用像与相应参考标记在一定方向扫描，经光电探测器探测和信号处理，确定对准中心位置。
经过现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为CN03164859.2的专利“用于光刻系统的对准系统和方法”中，荷兰ASML公司所采用的一种4f系统结构的离轴对准系统，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多级衍射光的重叠和相干；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标记的透射光强，得到正弦输出的对准信号。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。
更进一步，中国专利公开(公告)号为200710044152.1的专利“一种用于光刻设备的对准系统”，该对准系统采用具有粗细结合的三周期相位光栅，只利用这三个周期的±1级衍射光相干像作为对准信号，可以实现大的捕获范围的同时获得高的对准精度，只使用各周期的±1级衍射光，可以获取较强的信号强度，提高系统信噪比，不需要借助楔板等调节装置来分开多路高级次衍射分量，简化光路设计和调试难度。但对准系统中对准标记在硅片和基准板上一字排开分布，都为单方向的对准标记，对应的参考标记分为八个分支，这样会带来很多不足：对准标记和对应参考标记占用空间比较大，这使得光源能量利用率低，并且光刻工艺和硅片变形等因素对对准精度的影响比较大；对准标记衍射光束的相干像与参考标记进行扫描时，得到的对准扫描信号强度出现明显的拐点，这种对准扫描信号不利于后期AGC增益等相关的信号处理；由于参考标记中间分支在一个方向扫描时，参考标记两个分支同时扫描一个对准标记光栅衍射光束的相干像，这两个分支中间的空白部分没有光能进入参考标记后的探测光纤和光电探测器，使得对准扫描信号的强度和信噪比很低，并且会造成两个参考标记分支相对于对准标记衍射光束的相干像出现相位不匹配问题，不利于对准标记位置对准和信号处理；同一个方向的两个小周期参考标记在对准信号能量足够的情况下要求尽量做小，但同时带来参考标记后面探测光纤直径变小和空间与参考标记耦合困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光刻设备的对准系统及对准方法，以实现提高对准信号信噪比和强度，提高对准精度的目的。
有鉴于此，本发明提供一种用于光刻设备的对准系统，包括：对准辐射源模块，提供用于对准系统的照明光束；照明模块，传输所述对准辐射源模块的照明光束，准直照明硅片或基准板上的三周期对准标记；对准光学模块，采集对准标记相应级次的衍射光束并相干成像在参考标记位置；以及信号探测模块，其包括：参考标记、光电探测器以及信号处理部分，通过对准标记衍射光束的相干成像与相应参考标记的扫描，探测和处理经过参考标记调制的对准光强信号；所述参考标记的中间分支为共用参考标记，其由不同方向的条形振幅光栅组成。
进一步的，所述参考标记包括沿X方向依次排列的X向第一光栅、X向第三光栅、X向第二光栅；沿Y方向依次排列的Y向第一光栅、Y向第三光栅、Y向第二光栅，其中所述X向第三光栅与所述Y向第三光栅为同一光栅，即所述共用参考标记，其用于实现两个方向位置扫描，物理上两个方向共用；所述X向第一光栅、所述X向第三光栅、所述X向第二光栅、所述Y向第一光栅、所述Y向第三光栅、所述Y向第二光栅与所述对准标记的各分支光栅分别对应；所述参考标记的各个光栅分别对相应的对准标记分支光栅的干涉像进行扫描，得到X向第一扫描信号、X向第二扫描信号、X向第三扫描信号、Y向第一扫描信号、Y向第二扫描信号以及Y向第三扫描信号。
进一步的，所述参考标记的分支光栅数目根据所述对准标记需要增加或减少。
进一步的，所述共用参考标记的条形振幅光栅的周期数目根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增加或减少。
进一步的，所述共用参考标记的条形振幅光栅的大小根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增大或减小。
进一步的，所述共用参考标记包括沿X方向依次排列的X向第一条形振幅光栅、X向第三条形振幅光栅、X向第二条形振幅光栅；沿Y方向依次排列的Y向第一条形振幅光栅、Y向第三条形振幅光栅、Y向第二条形振幅光栅，其中所述X向第三条形振幅光栅与所述Y向第三条形振幅光栅为同一光栅，即共用参考标记的共用光栅，所述共用参考标记的共用光栅由不同方向的条形振幅光栅组成。
进一步的，所述共用参考标记的共用光栅的条形振幅光栅的周期数目根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增加或减少。
进一步的，所述共用参考标记的共用光栅的条形振幅光栅的大小根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增大或减小。
进一步的，所述对准辐射源模块中包括激光单元。
进一步的，所述激光单元包括相位调制器和强度调制器单元。
进一步的，所述激光单元包括激光器，所述激光器是气体激光器、固体激光器、半导体激光器或光纤激光器。
进一步的，所述照明光束包括至少两个分立波长的激光照明光束。
进一步的，所述包括至少两个分立波长的激光照明光束采用四个分立波长，并且其中至少有两个波长在近红外或红外波段。
进一步的，所述对准光学模块包括对准光学系统和分光装置。
进一步的，所述分光装置利用光的偏振性质分开两种不同波长的对准光束。
本发明还提供了一种使用所述系统的用于光学设备的对准方法，包括如下步骤：通过对对准标记中的较大周期光栅扫描，得到第一扫描信号和第二扫描信号，通过对对准标记中的较小周期光栅扫描，得到第三扫描信号；利用第一扫描信号和第二扫描信号的位相信息获得粗捕获范围，利用第三扫描信号的位相信息在所述粗捕获范围内进行精对准。
进一步的，所述对准方法具体包括如下步骤：经照明模块传输照明光束照射到所述对准标记上发生衍射，利用所述对准标记衍射光束经过对准光学模块相干成像，并利用信号探测模块相应的参考标记对所述对准标记相干像进行信号强度扫描得到对准扫描信号，其中所述参考标记沿X方向排列的X向第一光栅、X向第二光栅以及X向第三光栅对X方向对准标记相应光栅相干像进行扫描得到X方向对准扫描信号，所述参考标记沿Y方向排列的Y向第一光栅、Y向第二光栅以及Y向第三光栅对Y方向对准标记相应光栅相干像进行扫描得到Y方向对准扫描信号；得到的对准扫描信号经过精密连接在所述参考标记后面的传输光纤传输到光电探测器进行探测；利用所述光电探测器探测得到对准扫描信号的强度和位相信息进行位置探测和对准，通过对所述对准标记中的较大周期光栅扫描，得到所述第一扫描信号和所述第二扫描信号，通过对所述对准标记中的较小周期光栅扫描，得到所述第三扫描信号；利用所述第一扫描信号和所述第二扫描信号的位相信息获得所述粗捕获范围，利用所述第三扫描信号的位相信息在所述粗捕获范围内进行精对准。
进一步的，所述参考标记包括沿X方向依次排列的X向第一光栅、X向第三光栅、X向第二光栅；沿Y方向依次排列的Y向第一光栅、Y向第三光栅、Y向第二光栅，其中所述X向第三光栅与所述Y向第三光栅为同一光栅，即所述共用参考标记，其用于实现两个方向位置扫描，物理上两个方向共用，其由不同方向的条形振幅光栅组成；所述X向第一光栅、所述X向第三光栅、所述X向第二光栅、所述Y向第一光栅、所述Y向第三光栅、所述Y向第二光栅与所述对准标记的各分支光栅分别对应；所述参考标记分别对相应的的对准标记光栅干涉像进行扫描，得到X向第一扫描信号、X向第二扫描信号、X向第三扫描信号、Y向第一扫描信号、Y向第二扫描信号以及Y向第三扫描信号。
与现有技术相比，本发明所提供的一种用于光刻设备的对准系统及对准方法，采用了参考标记的中间分支为共用参考标记，所述共用参考标记由不同方向的条形振幅光栅组成，形成新形式的参考标记，可以实现两个方向的位置扫描，使对准信号信噪比和强度与现有技术相比得到提高，能量利用率得到提高，得到的对准扫描信号没有出现明显的拐点，有利于后期信号探测和AGG增益等部分的处理，提高了对准精度。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的光刻设备的对准系统与光刻设备之间的总体布局、工作原理结构示意图；
图2a至图2b为现有技术中对准标记的结构示意图；
图3为本发明一实施例所提供的对准系统原理结构示意图；
图4为本发明一实施例所提供的对准系统空间滤波器的结构示意图；
图5是本发明一实施例所提供的对准过程中，经过增益处理后的扫描信号强度图；
图6a至图6b为现有技术中一种参考标记的结构示意图和扫描信号强度图；
图7a至图7b是本发明一实施例所提供的参考标记的结构示意图和扫描信号强度图；
图8a至图8b是现有技术中另一种参考标记结构示意图和扫描信号强度图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于光刻设备的对准系统和对准方法作进一步详细说明。
请参考图1，其为本发明一实施例所提供的光刻设备的对准系统与光刻设备之间的总体布局、工作原理结构示意图。所述光刻设备包括：用于提供曝光光束的照明系统1；用于支承掩模版2的掩模支架和掩模台3，掩模版2上有掩模图案和具有周期性结构的对准标记RM；用于将掩模版2上的掩模图案投影到硅片6的投影光学系统4；用于支承硅片6的硅片支架和硅片台7，硅片台7上有刻有基准标记FM的基准板8，硅片6上有周期性光学结构的对准标记；用于掩模和硅片对准的离轴对准系统5；用于掩模台3和硅片台7位置测量的反射镜10、16和激光干涉仪11、15，以及由主控制系统12控制的掩模台3和硅片台7位移的伺服系统13和驱动系统9、14。
其中，照明系统1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)、Kr2激光器(波长146nm)、Ar2激光器(波长126nm)、或者使用超高压汞灯(g-线、i-线)等。照明系统1均匀照射的曝光光束IL照射在掩模版2上，掩模版2上包括有掩模图案和周期性结构的标记RM，用于掩模对准。掩模台3可以经驱动系统14在垂直于照明系统光轴(与投影物镜的光轴AX重合)的X-Y平面内移动，并且在预定的扫描方向(平行于X轴方向)以特定的扫描速度移动。掩模台3在移动平面内的位置通过位于掩模台3上的反射镜16由多普勒双频激光干涉仪15精密测得。掩模台3的位置信息由激光干涉仪15经伺服系统13发送到主控制系统12，主控制系统12根据掩模台3的位置信息通过驱动系统14驱动掩模台3。
投影光学系统4(投影物镜)位于图1所示的掩模台3下方，其光轴AX平行于Z轴方向。由于采用双远心结构并具有预定的缩小比例如1/5或1/4的折射式或折反射式光学系统作为投影光学系统，所以当照明系统1发射的曝光光束照射掩模版2上的掩模图案时，电路掩模图案经过投影光学系统在涂覆有光刻胶的硅片6上成缩小的图像。
硅片台7位于投影光学系统4的下方，硅片台7上设置有一个硅片支架(图中未示出)，硅片6固定在支架上。硅片台7经驱动系统9驱动可以在扫描方向(X方向)和垂直于扫描方向(Y方向)上运动，使得可以将硅片6的不同区域定位在曝光场内，并进行步进扫描操作。硅片台7在X-Y平面内的位置通过一个位于硅片台上的反射镜10由多普勒双频激光干涉仪11精密测得，硅片台7的位置信息经伺服系统13发送到主控制系统12，主控制系统12根据位置信息(或速度信息)通过驱动系统9控制硅片台7的运动。
硅片6上设有周期性结构的对准标记，硅片台7上有包括基准标记FM的基准板8，对准系统5分别通过硅片对准标记和基准标记FM实现硅片6对准和硅片台7对准。另外，一个同轴对准单元(图中未示出)将硅片台上基准板8的基准标记FM与掩模对准标记RM对准，实现掩模对准。对准系统5的对准信息结合同轴对准单元的对准信息一起传输到主控制系统12，经数据处理后，驱动系统9驱动硅片台7移动实现掩模和硅片6的对准。
请继续参考图2，其为现有技术中对准标记的结构示意图，所述对准标记为三周期划线槽(Scribe Lane)对准标记，占空比为1:1的相位光栅结构，其中，图2a为用于x方向对准的对准标记200X，X方向对准标记200X包含三组不同周期的光栅：X方向第一光栅201、X方向第二光栅202和X方向第三光栅203，其中X方向第一光栅201的光栅周期为P1，X方向第二光栅202的光栅周期为P2，X方向第三光栅203的光栅周期为P3。X方向对准标记200X的三组光栅沿垂直于对准方向的方向排列。另外，三组光栅间的位置可以任意调换，即三组光栅中任何一组光栅的位置可以与其他光栅位置互换。对用于同一方向对准的两组大周期光栅：X方向第一光栅201和X方向第二光栅202，选择不同的光栅周期可以提高对准标记的捕获范围，捕获范围表示为P1×P2/[2(P1-P2)]。光栅周期P1、P2相差不大，一般取P2＝(1±r％)P1，其中r取值在5到15之间。例如，X方向第一光栅201周期为13um，X方向第二光栅202周期为12um，则捕获范围为78um。X方向第三光栅203的周期P3<P1，且P3<P2，用于精对准。例如，X方向第三光栅203的周期可以为2μm。三组光栅之间的周期取值要相互匹配，即要求在滤波面上的滤波孔只能够让各自光栅的±1级衍射光透过，其他级次衍射光由于在滤波孔外而被挡住。同理，如图2b所示，用于y方向对准的对准标记200Y包括Y方向第一光栅204、Y方向第二光栅205和Y方向第三光栅206，三组光栅周期分别与X方向对准标记200X的三组光栅周期相同。
请继续参考图3，其为本发明一实施例所提供的对准系统原理结构示意图，所述对准系统主要由光源模块、照明模块、成像模块、探测模块、信号处理和定位模块(未图示)等组成。光源模块主要包括提供两个波长的光源、快门、光隔离器和RF调制器(未图示)。照明模块包括传输光纤和照明光学系统。成像模块主要包括：大数值孔径的物镜311、分束器314、双向分束器318、λ2空间滤波器319、λ2透镜系统320和λ1空间滤波器324、λ1透镜系统325。探测模块包括CCD传输光纤316、CCD相机317、λ2参考标记321、λ2传输光纤322、λ2光电探测器323、λ1参考标记326、λ2传输光纤327和λ2光电探测器328。信号处理和定位模块主要包括光电信号转换和放大、模数转换和数字信号处理电路等。
对准系统原理为：光源模块输出的对准光束301(包含两种可选波长，也可同时应用)进入光束合束器302，经由单膜保偏光纤303传输到起偏器304、透镜305、照明孔径光阑306和透镜307，然后经平板309上的反射棱镜308垂直入射到消色差的λ/4波片310进入大数值孔径的物镜311(4F透镜的前组)，光束经大数值孔径的物镜311会聚照射到硅片对准标记312上并发生衍射，对准标记312各级次衍射光束沿原路返回并经平板309进入分束器314，分束器314将一小部分衍射光经过镀膜反射面313反射到CCD光路经过CCD透镜315、CCD传输光纤316，成像于CCD317上用于观测标记成像情况，另一部分衍射光沿光路透射过去由分光棱镜318两种波长光束分开，分别进入不同的光路，经过相应的λ2空间滤波器319、λ1空间滤波器324，选择需要的衍射光级次(本发明需要的分别是各光栅的±1级衍射光，并通过λ2透镜系统320、λ1透镜系统325，(4F透镜的后组)将相应衍射级次光干涉像成在λ2参考标记321、λ1参考标记326上，工件台扫描过程中，对准标记衍射级次干涉像扫描λ2参考标记321、λ1参考标记326，经λ2传输光纤322、λ1传输光纤327探测参考标记透过的扫描信号，由扫描信号的位相信息得到对准标记的中心位置，经过增益处理的对准信号如图5所示。
请继续参考图4，其为本发明一实施例所用λ2空间滤波器319、λ1空间滤波器324的结构示意图，分为垂直和水平两个方向排列的六个滤波孔，分别用于两个方向的对准标记第一光栅、第二光栅、第三光栅±1级衍射光滤波，即让两个方向的对准标记第一光栅、第二光栅、第三光栅±1级衍射光从相应的滤波孔通过，其他衍射级次被挡住，由于对准标记中用于对准范围捕获的第一光栅、第二光栅两个大周期光栅的周期相差很小，其±1级衍射光束在4F系统频谱面(空间滤波器所在位置)上距离很近，所以也可以让第一光栅、第二光栅两个大周期光栅的±1级衍射光束在同一滤波孔内通过。
所述对准系统的主要特征是，通过在像面探测对准标记的第一光栅、第二光栅和第三光栅的±1级衍射光相干成像后经参考标记调制的光强变化，由透射扫描信号的位相信息获得对准标记的中心位置。其中由对准标记的第一光栅和第二光栅的对准信号获得对准标记的粗略位置信息，由对准标记的第三光栅的对准信号得到对准标记的精确位置信息。
图5本发明一实施例对准过程中，经过增益处理后的扫描信号强度图，第一扫描信号SP1为对准标记第一光栅相干像经过参考标记调制后的扫描信号；第二扫描信号SP2为对准标记第二光栅相干像经过参考标记调制后的扫描信号；第三扫描信号SP3为对准标记第三光栅相干像经过参考标记调制后的扫描信号；由第一扫描信号SP1和第二扫描信号SP2的位相信息进行位置捕获，获得粗捕获范围，在此基础上由第三扫描信号SP3的位相信息进行精对准。
请继续参考图6a至图6b，其为现有技术中一种参考标记结构示意图和扫描信号强度图，图6a中的参考标记600包括八组振幅型光栅：X向第一光栅G1、X向第二光栅G2、X向第三光栅G3-a、X向第三光栅G3-b、Y向第一光栅G4、Y向第二光栅G5、Y向第三光栅G6-a和Y向第三光栅G6-b，X向第一光栅G1、X向第二光栅G2分别对应于X方向对准标记200X的X方向第一光栅201、X方向第二光栅202的衍射±1级光栅像，X向第三光栅G3-a、X向第三光栅G3-b对应于X方向对准标记200X的X方向第三光栅203的衍射±1级光栅像，Y向第一光栅G4、Y向第二光栅G5分别对应于Y方向对准标记200Y的Y方向第一光栅204、Y方向第二光栅205的衍射±1级光栅像，Y向第三光栅G6-a和Y向第三光栅G6-b对应于Y方向对准标记200Y的Y方向第三光栅206的衍射±1级光栅像。八组振幅型光栅沿周期方向的长度可以略小于或者也可以大于对应的±1级光栅像的长度。八组振幅型光栅后分别设置有传输光纤束，包括F1、F2、F3-a、F3-b、F4、F5、F6-a和F6-b，分别对应G1传输光纤、G2传输光纤、G3-a传输光纤、G3-b传输光纤、G4传输光纤、G5传输光纤、G6-a传输光纤、G6-b传输光纤；将参考标记的各组光栅的透射光传输到相应的光电探测器阵列，其中G3-a传输光纤和G3-b传输光纤得到的对准扫描信号光强合在一起作为一路信号，G6-a传输光纤和G6-b传输光纤得到的对准扫描信号光强合在一起作为一路信号。在X方向对准标记200X和Y方向对准标记200Y对准扫描过程中，得到对准标记x和y方向的对准信号。
图6b为相应参考标记调制相应对准标记相干像光强得到的对准信号，需要说明的是，图中仅示出了参考标记600的X向第三光栅G3-a和X向第三光栅G3-b的合成对准扫描信号，图中横坐标为扫描位置值，单位为um，纵坐标为信号扫描信号强度值，单位用随机量表示，从图中可以看出对准信号在扫描过程中光强出现明显的拐点，出现这种情况不利于对准扫描信号的后期信号AGC增益等处理。
其中，AGC(Automatic Gain Control)为对准信号的自动增益控制，即根据预扫描对准扫描信号强度的变化率作为AGC增益因子，来调整相应探测通道的输出信号强度，使用于对准捕获和精对准的信号强度保持一致，并为一常数，这样做的目的就是为了使各探测通道输出的信号强度一致，便于利用信号相位进行粗对准和精对准。
AGC增益要求扫描信号从开始扫描到信号强度最大过程中信号强度变化率尽量一致，即扫描信号不能出现明显的拐点，以此保证根据预扫描得到的增益因子与相应各通道的输出信号强度保持协调。
因此，本发明提供一种用于光刻设备的对准系统及对准方法，采用了参考标记的中间分支为共用参考标记，所述共用参考标记由不同方向的条形振幅光栅组成，形成新形式的参考标记，可以实现两个方向的位置扫描，使对准信号信噪比和强度与现有技术相比得到提高，能量利用率得到提高，得到的对准扫描信号没有出现明显的拐点，有利于后期信号探测和AGG增益等部分的处理，提高了对准精度。
具体请参考图7a至图7b，其中，图7a为本发明一实施例所提供的参考标记结构示意图，图7b为本发明一实施例所提供的扫描信号强度图，图7a中的B参考标记700包括沿X方向依次排列的X向第一光栅701、X向第三光栅、X向第二光栅703；沿Y方向依次排列的Y向第二光栅704、Y向第三光栅、Y向第一光栅705，其中所述X向第三光栅与所述Y向第三光栅为同一光栅，即所述共用参考标记702，其用于实现两个方向位置扫描，物理上两个方向共用，其由不同方向的条形振幅光栅组成；X向第一光栅701、X向第三光栅、X向第二光栅703、Y向第一光栅705、Y向第三光栅、Y向第二光栅704与所述对准标记的各分支光栅分别对应。在本发明的其它实施例中，所述参考标记的分支光栅数目根据所述对准标记需要增加或减少。
其中，X向第一光栅701、X向第二光栅703、Y向第一光栅705、Y向第二光栅704的周期较大，X向第三光栅与Y向第三光栅的周期较小，即共用参考标记702的周期较小。所述参考标记沿X方向排列的X向第一光栅701、X向第二光栅703以及X向第三光栅与X方向对准标记相应光栅相干像扫描得到X方向对准扫描信号，所述参考标记沿Y方向排列的Y向第一光栅705、Y向第二光栅704以及Y向第三光栅与Y方向对准标记相应光栅相干像扫描得到Y方向对准扫描信号。
得到的对准扫描信号经过精密连接在所述参考标记后面的传输光纤将所述对准扫描信号传输到与传输光纤连接的光电探测器进行探测；具体的说，传输光纤由X向第一传输光纤706、X向第三传输光纤707、X向第二传输光纤708、Y向第二传输光纤709、Y向第一传输光纤710组成。利用所述光电探测器探测得到对准扫描信号的强度和位相信息进行位置探测和对准，通过对所述对准标记中的较大周期光栅扫描，得到所述第一扫描信号和所述第二扫描信号，通过对所述对准标记中的较小周期光栅扫描，得到所述第三扫描信号；利用所述第一扫描信号和所述第二扫描信号的位相信息获得所述粗捕获范围，利用所述第三扫描信号的位相信息在所述粗捕获范围内进行精对准。
进一步的，参考标记700中共用参考标记702对应X方向对准标记200X中X方向第三光栅203或Y方向第三光栅206的±1级衍射光相干像，为了兼顾对准信号两个方向扫描，参考标记700的共用参考标记702两个方向重叠部分设计为两个方向光栅组合形式，周期与相邻条形振幅光栅相同，这样做的目的为最大限度的利用了光能量，可实现两个方向的对准信号扫描。具体的说，共用参考标记702包括沿X方向依次排列的X向第一条形振幅光栅702a、X向第三条形振幅光栅、X向第二条形振幅光栅702b；沿Y方向依次排列的Y向第一条形振幅光栅702c、Y向第三条形振幅光栅、Y向第二条形振幅光栅702d，其中所述X向第三条形振幅光栅与所述Y向第三条形振幅光栅为同一光栅，即共用参考标记的共用光栅702e，所述共用参考标记的共用光栅702e由不同方向的条形振幅光栅组成。
在本发明的其它实施例中，根据实际需要，共用参考标记的条形振幅光栅的周期数目根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增加或减少，所述共用参考标记的条形振幅光栅的大小根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增大或减小。
在本发明的其它实施例中，根据实际需要，共用参考标记的共用光栅的条形振幅光栅的周期数目根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增加或减少，所述共用参考标记的共用光栅的条形振幅光栅的大小根据信号增益调整或根据对准信号强度需要增大或减小。
图7b为相应参考标记700的共用参考光栅702对准信号扫描得到的对准信号，需要说明的是，图中仅示出了参考标记X方向对准扫描信号，图中横坐标为扫描位置值，单位为um，纵坐标为信号扫描信号强度值，单位用随机量表示，从图中可以看出对准信号在扫描过程中光强没有出现明显的拐点，与图6b中比较可以看出对准扫描信号形状明显好于图6b，有利于对准扫描信号的后期增益等处理，在扫描中心的信号强度和范围明显比图6b中要大，便于参考标记后的光电探测器进行信号探测。
请继续参考图8a至图8b，其中图8a为现有技术的另一种参考标记的结构示意图，图8a中参考标记为800为条形参考标记，图8b为图8a的参考标记的扫描信号强度图，图中横坐标为扫描位置值，单位为um，纵坐标为信号扫描信号强度值，单位用随机量表示。其中，图8b中的信号范围比图7b中的扫描信号要大，信号的形状也更有利于信号后期增益处理，但其明显的缺点是不能实现两个方向的扫描。
综上所述，图7a中参考标记700的结构最大限度的提高信号的强度和范围，使对准信号信噪比和强度与现有技术相比得到提高，能量利用率得到提高，得到的对准扫描信号没有出现明显的拐点，有利于后期信号探测和AGG增益等部分的处理，提高了对准精度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。