[发明专利]一种对准光源装置

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造装置领域，且特别涉及一种用于光刻设备中的对准光源装置和对准系统。 

背景技术

光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，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晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，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，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。 

光刻装置中关键的步骤是将掩模与晶片对准。第一层掩模图案在晶片上曝光后从装置中移开，在晶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晶片上已曝光掩模图案像的精确定位，需要将掩模和晶片进行精确对准。由光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在晶片中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系统，实现掩模和晶片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。 

光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-晶片对准，即测出晶片在机器坐标系中的坐标(XW，YW，ΦWZ)，及掩模在机器坐标系中的坐标(XR，YR，ΦRZ)，并计算得到掩模相对于晶片的位置，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，激光照明在晶片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物镜所收 集的晶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晶片时，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晶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晶片上的多个对准标记以及晶片台上基准板的基准标记，实现晶片对准和晶片台对准；晶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晶片的位置关系，实现掩模和晶片对准。 

目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指均匀照明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息。高级衍射光以大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，采集衍射光±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)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确定对准中心位置。 

一种现有的技术情况(参见中国发明专利，公开号：CN101114135，发明名称：一种用于光刻设备的对准系统)，采用一定间隔的三个特定周期组合的相位光栅作为对准标记，如图2(a)、(b)所示。此标记位于4f系统的前焦面上，使激光束垂直照射标记，特制的光阑只让衍射±1级光通过，±1级光经光学模块中的4f系统后在其后焦面上形成光强正弦分布的干涉条纹；而参考光栅位于4f系统后焦面上，参考光栅为三周期的振幅光栅，其周期为相应标记光栅周期的一半，通过探测参考光栅后的光强并进行处理可得到对准位置信息。如图2(a)、(b)所示，三周期相位光栅的两边是周期分别为p1、p2的大周期的光栅，两光栅的周期差别很小，主要用于扩大捕获范围及粗对准。由于单独周期为p1光栅其捕获范围为p1/2，故同时使用两个周期的光栅其捕获范围可扩大到 中间是周期为p0的小周期光栅，主要用于精对准。由于p1与p0的中心间距为p1/2的整数倍、p2与p0的中心间距为p2/2的整数倍，故在捕获范围内对相位光栅标记进行扫描时，当与小周期光栅对应的振幅光栅后的光强为最大值时， 与大周期光栅对应的振幅光栅后的光强也为最大值，此时即为对准位置。 

在该技术中，由于标记为长条形，而激光光斑为圆形，故当光照射在准标记上时大部分能量都浪费了，如图3(a)、(b)所示。由于后续的对准信号处理都是针对光强信号进行的，因此如果标记上反射的能量过低，则对后续的信号放大系统要求更高；同时光斑过大时，容易照射在标记旁边的集成电路图形上产生杂散光，导致信号的信噪比下降。本发明主要针对上述情况，提出一种包含光束整形装置的对准光源装置，将圆形光束整形为长条形光斑，提高激光能量利用率，同时提高光强信号的信噪比。 

发明内容