[發明專利]一種投影光刻中的同軸對準系統

有效

• 申請號: 200910090921.0
• 申請日: 2009-08-14
• 公開（公告）號: CN101639630A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 陳旺富;胡松;周紹林;楊勇;趙立新;嚴偉;蔣文波;徐鋒;張博
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 成金玉;盧 紀

技術領域

本發明是一種適用于步進掃描投影光學系統的對準裝置，屬于超大規模集成電路制造以及光學微細加工技術中的納米器件制造技術領域。

背景技術

微電子工業發展至今，主要依靠集成電路制造技術的不斷進步。光學投影光刻因其具有成本相對較低、產率高、光刻分辨率高以及視場大等優點，一直是小規模集成電路乃至極大規模集成電路制造的主流手段。光學投影光刻技術自1978年誕生以來，先后經歷了g線、i線、248nm到現在的193nm準分子激光光源等幾個技術發展階段。不論哪個發展階段，光學投影光刻主要依靠著三大核心技術，即光刻投影物鏡、掩模硅片對準系統、激光定位工件臺系統的進步來推進微電子工業的發展。本發明主要涉及光學投影光刻中的掩模硅片對準系統。

從早期的步進重復到現今的步進掃描投影光刻，其基本原理都是將掩模上預先制作的圖形通過投影物鏡以縮小倍率投影到硅片上。由于集成電路制造需要進行多層套刻，因此需要將硅片待光刻區域和掩模上的圖形進行對準。表征光刻技術發展的技術參數主要有特征線寬(即最小線寬)和套刻精度等。隨著特征線寬的不斷縮小，對準精度要求也越高，一般套刻精度要達到特征線寬的1/5～1/7。光刻特征線寬從微米級發展到亞微米級，如今采用各種分辨率增強技術的浸沒式雙曝光193nm深紫外光刻技術已經遠遠超越衍射極限達到深亞微米級，相應的對準精度要求也達到納米級。

中國專利公開號CN?1495540A中公開了一種用于投影光刻中的對準系統和方法。該對準系統采用兩種對準波長以及兩個對準通道，通過采集兩個對準通道的非零級衍射光來確定對準位置信息，并對兩個通道的信息進行加權來進一步提高對準精度和系統的穩定性。由于該專利是通過采集信號強度來確定對準信息的，而光強度容易受到工藝過程的影響，因此對準精度有限。由于光刻投影系統只能對單一曝光波長成像，對準用的照明波長相對于曝光波長存在很大的色差，因此對準用的照明波長數越多，需要加入鏡頭內部的矯正色差的裝置越多，這不僅使得投影曝光系統的裝配變難，而且還增加了對準系統的復雜性。本專利采用單一的對準照明波長，通過采集衍射級的干涉條紋的空間相位信息來對準，因此對準裝置簡單，而且曝光工藝對光強產生的影響不改變干涉條紋的周期和空間相位信息，因此本專利可以達到很高的對準精度。

發明內容

本發明的技術解決解決問題：克服現有技術的不足，提供一種投影光刻中的同軸對準系統，該對準系統可以獲得納米到亞納米級的對準精度，并且具有很強的工藝適應性。

本發明的技術解決方案：一種投影光刻中的同軸對準系統，其特征在于包括：包括光刻投影成像系統、照明激光系統、掩模、硅片、位于掩模上的反射式光柵標記、位于硅片上的反射式衍射光柵標記和對準成像系統；所述的光刻投影成像系統中的光學系統物方在掩模一側，像方在硅片一側；照明激光系統在掩模上的反射式衍射光柵標記處發生反射衍射和透射照射在硅片上的反射式衍射光柵標記處，利特羅角使得照明光在該反射式衍射光柵上產生按原路返回的衍射光，該衍射光透過光刻投影成像系統后在掩模面上與前述照明光在掩模上發生的反射衍射光干涉得到干涉條紋，對準成像系統將該干涉條紋成像到探測器上，根據干涉條紋的空間相位信息來探測掩模和硅片的對準位置。

所述的光刻投影成像系統是一個具有物像縮小作用的雙遠心光學系統，即平行于光軸的入射光線與出射光線平行，入射光線和出射光線與光軸的夾角的正弦之比等于鏡頭縮小倍率的倒數。雙遠心光學系統使得照明光路得到極大簡化，便于布置照明光路且有利于換算掩模和硅片上的光柵標記的周期關系。

所述的光刻投影成像系統(a1)能夠透過可見光以及365nm到193nm波長的紫外和深紫外光，因此，根據實際需求采用不同波長的照明光以提高工藝適應性。

所述的照明激光系統包括可以提供可見光到紅外的單波長或者多波長照明光的激光器和半反半透鏡，通過調節半反半透鏡的角度獲得合適的照明光入射角。

所述的照明激光系統中的照明光的入射角使得反射式衍射光柵標記產生的衍射級次中的0級光透過衍射光柵并進入投影光刻成像系統。

所述的照明激光系統中的照明光在掩模面的入射角為3°-18°。該入射角約等于掩模上的光柵標記的利特羅角。入射角太小則幾乎與光刻投影成像系統同光軸，光路布置困難；入射角的最大值根據光刻投影成像系統的物方數值孔徑來確定，一般物方數值孔徑最大為0.3，因此入射角范圍為3°-18°。