[发明专利]一种离轴对准系统及对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅片对准的处理装置，尤其涉及一种离轴对准系统及其对准方法。

背景技术

目前，光刻设备大多采用基于光栅衍射干涉的对准系统。该类对准系统基本特征为：包含单波长或多波长的照明光束照射在光栅型对准标记上发生衍射，产生的各级衍射光携带有关于对准标记的位置信息；不同级次的光束以不同的衍射角从相位对准光栅上散开，通过对准系统收集各级次的衍射光束，使两个对称的正负衍射级次（如±1级、±2级、±3级等）在对准系统的像面或瞳面重叠相干，形成各级干涉信号。当对对准标记进行扫描时，利用光电探测器记录干涉信号的强度变化，通过信号处理，确定对准中心位置。

现有技术中具有代表性的是荷兰ASML公司采用的一种离轴对准系统，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对准标记多级衍射光的重叠和相干成像，并在像面上将成像空间分开；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光栅的透射光强，得到正弦输出的对准信号。该对准系统存在的缺陷：首先，由于该系统采用偏振分束棱镜的分光系统只能分离两个波长的色光，对两个波长以上的对准信号则无法完成；其次，该对准系统的多级衍射光在像面干涉，在对准标记反射率不均匀时，标记旋转、倍率误差等因素导致的对准误差较大；最后，该对准系统使用楔块列阵时，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，具体实施工程难度较大，成本高。

另外一种现有技术也是荷兰ASML公式采用的离轴对准系统。该系统通过一个旋转自参考干涉仪产生两个相对旋转180°的对准标记像，在光瞳面探测重叠衍射级的干涉信号，根据探测到的各级次干涉信号的相对相位变化得到对准位置信号。该对准系统采用了多主截面，空间复合棱镜结果的旋转自参考干涉仪，棱镜的加工和装调公差要求很高，棱镜组胶合难度较大，同时，由于光束是相对旋转180°重叠干涉，对照明光束的空间相干性要求较高，实施难度也较大。

因此，如何提供一种既能够避免对照明光束空间相干性的要求、消除对准标记倾斜、离焦对探测结果的影响，且光路结构简单、避免使用复杂光学元件、容易实现的离轴对准系统及对准方法是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离轴对准系统及对准方法，以解决现有离轴对准系统中对准标记倾斜、离焦对探测结果的影响较大，对照明光束相干性要求较高或需要使用楔块列阵等复杂元件而使实施难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种离轴对准系统，按光束传播路径依次包括照明模块、干涉模块以及探测模块，所述照明模块包括光源、多波长入射光纤以及分光元件；所述干涉模块包括偏振分束器，所述偏振分束器与所述照明模块和探测模块所在的一侧相对的一侧依次设有第一1/4波片和第一反射镜，所述偏振分束器的另外两侧分别依次设有第二1/4波片、角锥棱镜和第三1/4波片、第二反射镜以及透镜，所述第二反射镜位于所述透镜的后焦面上，所述角锥棱镜的底面中心位于所述透镜的光轴上；所述探测模块依次包括探测透镜组、偏振装置、探测光纤以及光电探测器。

较佳地，所述照明模块还包括快门、光隔离器和相位调制器。

较佳地，所述光源为激光器。

较佳地，所述光源至少包含四个不同波长，其中有两个波长在红外波段。

较佳地，所述光源为单频激光器，所述分光元件为光栅分束器或光纤分束器或平面光波导功率分光器。

较佳地，所述光源为双频激光器，所述分光元件为激光频率分裂器。

较佳地，所述激光频率分裂器为电光调制器或声光调制器。

较佳地，所述偏振装置为二向色偏振器、基于多层涂层的正则偏振分光器、双折射分光器中的一种。

本发明还提供了一种离轴对准方法，采用如上所述的离轴对准系统，所述离轴对准方法包括如下步骤：

所述光源发出激光束，经所述分光元件分为多波长多级次的照明光束，所述照明光束入射至所述偏振分束器并被分为第一光束和第二光束，所述第一光束和第二光束分别经所述反射镜和角锥棱镜的反射后关于所述透镜的光轴对称，所述第一光束和第二光束入射至所述透镜后以对称的入射角照射至对准标记，发生第一次衍射；

两束衍射光束通过所述透镜，被所述透镜后焦面的第二反射镜反射，反射后的光束再次入射到所述对准标记发生第二次衍射；

二次衍射光束被所述透镜收集后，再次经过所述偏振分光器、角锥棱镜以及第一反射镜，最终在所述偏振分束器的分界面相同位置重叠，形成干涉信号；