CN113448192A - 一种对准系统及光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种对准系统及光刻机，对准系统包括：对准光束产生单元，用于产生对准光束；偏振分光单元，位于对准光束产生单元的出射光路上，用于将对准光束分为偏振方向相互垂直且传播方向不同的第一光束和第二光束；对准标记成像单元，位于第一光束的传播路径上，对准标记成像单元包括对准标记；对准标记成像单元用于将投射至对准标记上的第一光束转化为第一衍射光束，并将第一衍射光束投射至偏振分光单元；参考标记成像单元，位于第二光束的传播路径上，参考标记成像单元包括空间光调制器，空间光调制器形成有周期性结构；干涉信息探测单元。本发明实施例提供一种对准系统及光刻机，以实现兼容不同的对准标记，降低对准系统的成本。

Description

一种对准系统及光刻机

技术领域

本发明涉及光刻技术，尤其涉及一种对准系统及光刻机。

背景技术

光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。光刻过程中一关键步骤是将基底与光刻的装置对准，以便掩膜图案的投射图像在基底的正确位置上。由于光刻技术的半导体和其它器件需要多次曝光，以在器件中形成多层，并且这些层正确地排列非常重要。当成像更小特征时，对重叠的要求以及因此导致的对于对准操作的准确度的要求变得更严格。

使用参考光栅的对准系统中，往往对准标记的衍射级次、光栅方向等的改变，都需要一个新的对应的参考光栅，增加了对准系统的成本。

发明内容

本发明实施例提供一种对准系统及光刻机，以实现兼容不同的对准标记，降低对准系统的成本。

第一方面，本发明实施例提供一种对准系统，包括：

对准光束产生单元，用于产生对准光束；

偏振分光单元，位于所述对准光束产生单元的出射光路上，用于将所述对准光束分为偏振方向相互垂直且传播方向不同的第一光束和第二光束；

对准标记成像单元，位于所述第一光束的传播路径上，所述对准标记成像单元包括对准标记；所述对准标记成像单元用于将投射至所述对准标记上的所述第一光束转化为第一衍射光束，并将所述第一衍射光束投射至所述偏振分光单元；

参考标记成像单元，位于所述第二光束的传播路径上，所述参考标记成像单元包括空间光调制器，所述空间光调制器形成有周期性结构；所述参考标记成像单元用于将投射至所述空间光调制器上的所述第二光束转化为第二衍射光束，并将所述第二衍射光束投射至所述偏振分光单元；

以及干涉信息探测单元，位于所述第一衍射光束和所述第二衍射光束传播路径上，位于所述偏振分光单元的光路下游，用于探测所述第一衍射光束以及所述第二衍射光束中正级衍射光与负级衍射光的干涉光强度。

可选地，所述对准光束产生单元与所述对准标记成像单元位于所述偏振分光单元的相对两侧，所述参考标记成像单元与所述干涉信息探测单元位于所述偏振分光单元的相对两侧；或者，

所述对准光束产生单元与所述参考标记成像单元位于所述偏振分光单元的相对两侧，所述对准标记成像单元与所述干涉信息探测单元位于所述偏振分光单元的相对两侧。

可选地，所述偏振分光单元包括第一偏振分光棱镜。

可选地，所述对准标记成像单元包括第一四分之一波片和第一透镜组，所述第一透镜组位于所述第一四分之一波片与所述对准标记之间的所述第一光束的传播路径上。

可选地，所述参考标记成像单元还包括第二二分之一波片和第二透镜组，所述第二透镜组位于所述第二二分之一波片与所述空间光调制器之间的所述第二光束的传播路径上。

可选地，所述周期性结构的周期与所述对准标记的光栅周期相同。

可选地，所述对准光束产生单元产生的所述对准光束包括45°线偏振光或者圆偏振光。

可选地，所述干涉信息探测单元包括二分之一波片、第二偏振分光棱镜、第一探测器和第二探测器；所述二分之一波片位于所述偏振分光单元与所述第二偏振分光棱镜之间的所述第一衍射光束以及所述第二衍射光束传播路径上，所述第一探测器和所述第二探测器位于所述第二偏振分光棱镜的光路下游。

可选地，所述对准光束产生单元包括多个激光器和光合成器，任意两个所述激光器发射的激光光束的波长不同，所述光合成器位于所述多个激光器的出射光路上，用于将所述多个激光器出射的激光光束合并为一束；

所述干涉信息探测单元还包括第一光分路器和第二光分路器，所述第一光分路器位于所述第一探测器与所述第二偏振分光棱镜之间的所述第一衍射光束以及所述第二衍射光束传播路径上，所述第二光分路器位于所述第二探测器与所述第二偏振分光棱镜之间所述第一衍射光束以及所述第二衍射光束传播路径上。

第二方面，本发明实施例提供一种光刻机，包括第一方面所述的对准系统。

本发明实施例提供的对准系统中，对准标记成像单元包括对准标记，参考标记成像单元包括空间光调制器，对准标记的衍射级次、光栅方向等改变后，空间光调制器上的周期性结构对应改变，但是仍然使用同一空间光调制器，无需更换新的空间光调制器，从而实现兼容不同的对准标记，降低对准系统的成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种对准系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种对准系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种对准系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种对准系统的结构示意图，参考图1，对准系统包括对准光束产生单元1、偏振分光单元2、对准标记成像单元3、参考标记成像单元4以及干涉信息探测单元5。对准光束产生单元1用于产生对准光束。偏振分光单元2位于对准光束产生单元1的出射光路上，用于将对准光束分为偏振方向相互垂直且传播方向不同的第一光束101和第二光束102。对准标记成像单元3位于第一光束101的传播路径上，对准标记成像单元3包括对准标记31，对准标记成像单元3用于将投射至对准标记31上的第一光束101转化为第一衍射光束301，并将第一衍射光束301投射至偏振分光单元2。其中对准标记31包括衍射光栅。第一衍射光束301包括正级衍射光和负级衍射光。参考标记成像单元4位于第二光束102的传播路径上，参考标记成像单元4包括空间光调制器41，空间光调制器41形成有周期性结构，参考标记成像单元4用于将投射至空间光调制器41上的第二光束102转化为第二衍射光束401，并将第二衍射光束401投射至偏振分光单元2。其中，空间光调制器41例如可以为反射式空间光调制器，空间光调制器41形成的周期性结构可以为空间光调制器中光线调制单元阵列所显示的图像。第二衍射光束401包括正级衍射光和负级衍射光。干涉信息探测单元5位于第一衍射光束301和第二衍射光束401传播路径上，位于偏振分光单元2的光路下游，用于探测第一衍射光束301以及第二衍射光束401中正级衍射光与负级衍射光的干涉光强度。

本发明实施例提供的对准系统中，对准标记成像单元包括对准标记，参考标记成像单元包括空间光调制器，对准标记的衍射级次、光栅方向等改变后，空间光调制器上的周期性结构对应改变，但是仍然使用同一空间光调制器，无需更换新的空间光调制器，从而实现兼容不同的对准标记，降低对准系统的成本。

可选地，参考图1，对准光束产生单元1与对准标记成像单元3位于偏振分光单元2的相对两侧，参考标记成像单元4与干涉信息探测单元5位于偏振分光单元2的相对两侧。对准光束产生单元1产生的对准光束透过偏振分光单元2的部分为第一光束101，第一光束101投射至对准标记成像单元3。对准光束产生单元1产生的对准光束被偏振分光单元2反射的部分为第二光束102，第二光束102投射至参考标记成像单元4。

图2为本发明实施例提供的另一种对准系统的结构示意图，参考图2，对准光束产生单元1与参考标记成像单元4位于偏振分光单元2的相对两侧，对准标记成像单元3与干涉信息探测单元5位于偏振分光单元2的相对两侧。

对准光束产生单元1产生的对准光束透过偏振分光单元2的部分为第二光束102，第二光束102投射至参考标记成像单元4。对准光束产生单元1产生的对准光束被偏振分光单元2反射的部分为第一光束101，第一光束101投射至对准标记成像单元3。

可选地，参考图1，偏振分光单元1包括第一偏振分光棱镜。

示例性地，参考图1，第一光束101为透过第一偏振分光棱镜的光束，第一光束101为P偏振的线偏振光。P偏振的线偏振光指的是偏振方向在入射面内且偏振方向与光线的传播方向垂直的线偏振光。第二光束102为被第一偏振分光棱镜反射的光束，第二光束102为S偏振的线偏振光，S偏振的线偏振光指的是偏振方向垂直于入射面的线偏振光。

可选地，参考图1，对准标记成像单元3包括第一四分之一波片33和第一透镜组32，第一透镜组32位于第一四分之一波片33与对准标记31之间的第一光束101的传播路径上。

示例性地，参考图1，第一透镜组32位于第一四分之一波片33与对准标记31之间。

可选地，参考图1，参考标记成像单元4还包括第二二分之一波片43和第二透镜组42，第二透镜组42位于第二二分之一波片43与空间光调制器41之间的第二光束102的传播路径上。

示例性地，参考图1，第二透镜组42位于第二二分之一波片43与空间光调制器41之间。

可选地，参考图1，空间光调制器41的周期性结构的周期与对准标记31的光栅周期相同。空间光调制器41的周期性结构与对准标记31产生相同角度的衍射光。

示例性地，参考图1，空间光调制器41的周期性结构产生的第二衍射光束401中的+1级衍射光以及-1级衍射光与对准标记31产生的第一衍射光束301中的+1级衍射光以及-1级衍射光具有相同的角度。

可选地，参考图1，对准光束产生单元1产生的对准光束包括45°线偏振光。45°线偏振光相当于S偏振的线偏振光与P偏振的线偏振光合成的光。

示例性地，参考图1，对准光束产生单元1产生的对准光束包括45°线偏振光，45°线偏振光中P偏振的线偏振光成分透过第一偏振分光棱镜，45°线偏振光中S偏振的线偏振光成分被第一偏振分光棱镜反射。

在其他实施方式中，对准光束产生单元1产生的对准光束也可以包括圆偏振光。圆偏振光相当于S偏振的线偏振光与P偏振的线偏振光合成的光，且S偏振的线偏振光与P偏振的线偏振光存在一定的相位差。

可选地，参考图1，干涉信息探测单元5包括二分之一波片51、第二偏振分光棱镜52、第一探测器531和第二探测器532。二分之一波片51位于偏振分光单元2与第二偏振分光棱镜52之间的第一衍射光束301以及第二衍射光束401传播路径上，第一探测器531和第二探测器532位于第二偏振分光棱镜52的光路下游。

示例性地，参考图1，二分之一波片51位于第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜52之间，第一探测器531和第二探测器532分别位于第二偏振分光棱镜的相邻两侧，第一探测器531用于接收第一衍射光束301以及第二衍射光束401中S偏振的线偏振光产生的干涉光强度，第二探测器532用于接收第一衍射光束301以及第二衍射光束401中P偏振的线偏振光产生的干涉光强度。

为了便于理解，本发明实施例对图1所示的对准系统的工作原理做简要的介绍，但并不以此为限。

对准光束产生单元1产生45°线偏振光，45°线偏振光中的P偏振的线偏振光成分(即第一光束101)透过偏振分光单元2后，经过第一四分之一波片33、第一透镜组32，照射到对准标记31上，并在对准标记31发生衍射产生第一衍射光束301(包括正级衍射光和负级衍射光)，第一衍射光束301再次经过第一透镜组32和第一四分之一波片33后变为S偏振的线偏振光，S偏振的线偏振光被偏振分光单元2反射至干涉信息探测单元5。45°线偏振光中的S偏振的线偏振光成分(即第二光束102)被偏振分光单元2反射后，经过第二四分之一波片43、第二透镜组42，照射到空间光调制器41的周期性结构上，并在空间光调制器41发生衍射产生第二衍射光束401(包括正级衍射光和负级衍射光)，第二衍射光束401再次经过第二透镜组42和第二四分之一波片43后变为P偏振的线偏振光，P偏振的线偏振光透过偏振分光单元2至干涉信息探测单元5。其中，投射至干涉信息探测单元5的光束中，第一衍射光束301中的正级衍射光与第二衍射光束401中的负级衍射光具有相同的传播路径，第一衍射光束301中的负级衍射光与第二衍射光束401中的正级衍射光具有相同的传播路径。示例性地，投射至干涉信息探测单元5的光束中，第一衍射光束301中的+n级衍射光与第二衍射光束401中的-n级衍射光具有相同的传播路径，第一衍射光束301中的-n级衍射光与第二衍射光束401中的+n级衍射光具有相同的传播路径，n为正整数。经过此过程后，正负级衍射级次将沿相同光路传播，最终相同偏振的正负衍射级次发生干涉。

图3为本发明实施例提供的另一种对准系统的结构示意图，参考图3，对准光束产生单元1包括多个激光器101和光合成器15，任意两个激光器101发射激光光束的波长不同，光合成器15位于多个激光器101的出射光路上，用于将多个激光器101出射的激光光束合并为一束。干涉信息探测单元5还包括第一光分路器541和第二光分路器542，第一光分路器541位于第一探测器531与第二偏振分光棱镜52之间的第一衍射光束301以及第二衍射光束401传播路径上，第一光分路器541用于将一束入射光按照波长分为多路光并出射至第一探测器531。第二光分路器542位于第二探测器532与第二偏振分光棱镜52之间第一衍射光束301以及第二衍射光束401传播路径上。第二光分路器542用于将一束入射光按照波长分为多路光并出射至第二探测器532。

示例性地，参考图3，对准光束产生单元1包括第一激光器11、第二激光器12、第三激光器13和第四激光器14。第一激光器11出射的激光光束为第一波长的45°线偏振光，第二激光器12出射的激光光束为第二波长的45°线偏振光，第三激光器13出射的激光光束为第三波长的45°线偏振光，第四激光器14出射的激光光束为第四波长的45°线偏振光。第一探测器531和第二探测器532可以为四通道探测器，分别探测四个波长的光信号。

本发明实施例还提供一种光刻机，包括上述实施例中的对准系统。光刻机还可以包括曝光系统、掩膜台系统、照明系统等，在此不再一一赘述。由于本发明实施例提供的光刻机包括上述实施例中的对准系统，因此增加了光刻对不同对准标记的兼容性，降低了光刻机的制作成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种对准系统，其特征在于，包括：

对准光束产生单元，用于产生对准光束；

偏振分光单元，位于所述对准光束产生单元的出射光路上，用于将所述对准光束分为偏振方向相互垂直且传播方向不同的第一光束和第二光束；

对准标记成像单元，位于所述第一光束的传播路径上，所述对准标记成像单元包括对准标记；所述对准标记成像单元用于将投射至所述对准标记上的所述第一光束转化为第一衍射光束，并将所述第一衍射光束投射至所述偏振分光单元；

参考标记成像单元，位于所述第二光束的传播路径上，所述参考标记成像单元包括空间光调制器，所述空间光调制器形成有周期性结构；所述参考标记成像单元用于将投射至所述空间光调制器上的所述第二光束转化为第二衍射光束，并将所述第二衍射光束投射至所述偏振分光单元；

以及干涉信息探测单元，位于所述第一衍射光束和所述第二衍射光束传播路径上，位于所述偏振分光单元的光路下游，用于探测所述第一衍射光束以及所述第二衍射光束中正级衍射光与负级衍射光的干涉光强度。

2.根据权利要求1所述的对准系统，其特征在于，所述对准光束产生单元与所述对准标记成像单元位于所述偏振分光单元的相对两侧，所述参考标记成像单元与所述干涉信息探测单元位于所述偏振分光单元的相对两侧；或者，

所述对准光束产生单元与所述参考标记成像单元位于所述偏振分光单元的相对两侧，所述对准标记成像单元与所述干涉信息探测单元位于所述偏振分光单元的相对两侧。

3.根据权利要求1所述的对准系统，其特征在于，所述偏振分光单元包括第一偏振分光棱镜。

4.根据权利要求1所述的对准系统，其特征在于，所述对准标记成像单元包括第一四分之一波片和第一透镜组，所述第一透镜组位于所述第一四分之一波片与所述对准标记之间的所述第一光束的传播路径上。

5.根据权利要求1所述的对准系统，其特征在于，所述参考标记成像单元还包括第二二分之一波片和第二透镜组，所述第二透镜组位于所述第二二分之一波片与所述空间光调制器之间的所述第二光束的传播路径上。

6.根据权利要求1所述的对准系统，其特征在于，所述周期性结构的周期与所述对准标记的光栅周期相同。

7.根据权利要求1所述的对准系统，其特征在于，所述对准光束产生单元产生的所述对准光束包括45°线偏振光或者圆偏振光。

8.根据权利要求1所述的对准系统，其特征在于，所述干涉信息探测单元包括二分之一波片、第二偏振分光棱镜、第一探测器和第二探测器；所述二分之一波片位于所述偏振分光单元与所述第二偏振分光棱镜之间的所述第一衍射光束以及所述第二衍射光束传播路径上，所述第一探测器和所述第二探测器位于所述第二偏振分光棱镜的光路下游。

9.根据权利要求8所述的对准系统，其特征在于，所述对准光束产生单元包括多个激光器和光合成器，任意两个所述激光器发射的激光光束的波长不同，所述光合成器位于所述多个激光器的出射光路上，用于将所述多个激光器出射的激光光束合并为一束；

所述干涉信息探测单元还包括第一光分路器和第二光分路器，所述第一光分路器位于所述第一探测器与所述第二偏振分光棱镜之间的所述第一衍射光束以及所述第二衍射光束传播路径上，所述第二光分路器位于所述第二探测器与所述第二偏振分光棱镜之间所述第一衍射光束以及所述第二衍射光束传播路径上。

10.一种光刻机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的对准系统。

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