[发明专利]基于分束偏折结构的小光斑离轴对准系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，特别涉及一种用于光刻装置的基于分束偏折结构的小光斑离轴对准系统。

背景技术

在半导体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1/3～1/5，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。

掩模与硅片之间的对准可采用掩模（同轴）对准＋硅片（离轴）对准的方式，即以工件台运动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。对准的基本过程为：首先通过掩模对准系统，实现掩模标记与运动台基准板标记之间的对准，然后利用硅片对准系统，完成硅片标记与工件台运动台基准板标记之间的对准，进而间接实现硅片标记与掩模标记之间对准。

中国专利CN03164859.2和美国专利US.6,297,876 B1公布了一种硅片（离轴）对准系统。该对准系统采用包含两个不同线宽子光栅的对准标记（如8.0微米和8.8微米），通过探测两个子光栅的±1级光干涉像透过对应参考子光栅的光强信号，确定标记的粗对准位置。同时，对于8.0微米子光栅的高级光，采用楔板组分离技术，使得高级次光发生折转，成像在参考光栅不同的位置，亦即对应的参考子光栅上面，如图1所示。进而利用高级光信号，确定标记在粗对准基础上的精对准位置。在该技术方案中，照明光斑是完全覆盖标记的各个分支的，如图2所示（通常为700微米左右）。4个标记分支的±1级光无需偏折，就能够成像在参考光栅中心的各自对应的参考子光栅上。然而，照明光斑越大，越容易引入更多的噪声，影响对准的重复精度。如采用小光斑照明技术（照明光斑直径为60微米左右，如图3所示），对标记离焦和倾斜的敏感度可降低5倍，探测动态范围能提高10倍，标记的对准重复精度理论可达1.5nm，如ASML公司65nm技术节点的光刻机即采用了该离轴对准技术。关于小光斑对准系统，可参考文献《Advances in Phase-Grating-Based Wafer Alignment Systems》（Proc.of SPIE,2005,Vol.5752:948-960）。

采用小光斑照明时，由于照明光斑不能完全覆盖所有的标记分支，一次对准只能扫描一个分支，需要通过多次扫描来实现标记的粗对准和精对准。例如，如第一次扫描8.8-x向标记分支，获得8.8-x向的1级光信号；第二次扫描8.0-x向标记分支，获得8.0-的1级和高级光信号；然后利用两次获得的1级光信号，获得到粗对准位置；进而利用8.0-x向高级光信号确定精对准位置。具体的信号处理原理和对准位置计算方法，可参考在先专利CN200810033263.7、CN200710045495.X、CN200710044153.6、CN200710044152.1、CN200810035115.9、CN200810040234.3、CN200910052799.8、CN200910047030.7、CN200910194853.2、200910055927.4，这里作为公知技术引入。