到硅片上的投影光學(xué)系統(tǒng)；用于支承硅片的工件臺(tái)，工件臺(tái)上有刻有基準(zhǔn)標(biāo)記FM的基準(zhǔn) 板，硅片上有用于對(duì)準(zhǔn)的周期性標(biāo)記；用于掩模和硅片對(duì)準(zhǔn)的離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。掩模臺(tái)和工件 臺(tái)都由高精度伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
[0027] 本發(fā)明涉及一種對(duì)準(zhǔn)裝置，包括一光源，用于提供一用于對(duì)準(zhǔn)的照明光束；光學(xué)系 統(tǒng)，用于使所述照明光束傾斜入射至對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，收集所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光束；探測 器，用于探測所述衍射光束的干涉信號(hào)；處理單元，用于根據(jù)所述干涉信號(hào)的強(qiáng)度隨運(yùn)動(dòng)臺(tái) 位置變化的關(guān)系計(jì)算對(duì)準(zhǔn)位置。
[0028] 圖2是本發(fā)明涉及的對(duì)準(zhǔn)裝置的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。光源1，提供照明 光，照明光為單色光或窄帶光、寬波段光。光學(xué)系統(tǒng)10,使照明光斜入射投影在標(biāo)記上，其中 斜入射照明光至少包括兩個(gè)不同入射角度。探測器5,接收標(biāo)記的衍射光。處理器6,從探 測器獲取衍射光的干涉信號(hào)，并進(jìn)行處理。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記9,采用光柵標(biāo)記。光源1發(fā)出的光經(jīng) 過光學(xué)系統(tǒng)10后產(chǎn)生可斜入射光21和22 (21和22代表兩個(gè)不同角度的斜入射照明光)， 并且21和22相干，光斜入射照明對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記9,經(jīng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記9衍射后的同方向的衍射光發(fā)生 干涉。探測器5負(fù)責(zé)接收標(biāo)記的衍射光，并將衍射光干涉光強(qiáng)信號(hào)傳輸給處理器6。當(dāng)對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)記9隨載體沿光柵周期方向移動(dòng)時(shí)，探測器5接收到的干涉光強(qiáng)信號(hào)呈現(xiàn)余弦形式的變 化，根據(jù)光強(qiáng)信號(hào)變化，可計(jì)算得到對(duì)準(zhǔn)位置。
[0029] 圖3是本發(fā)明涉及的對(duì)準(zhǔn)裝置的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該對(duì) 準(zhǔn)裝置包括：照明單元1，提供照明光，照明光為寬波段、白光、單色光或窄帶光；光學(xué)單元 2,用于在瞳面(光學(xué)單元4的后焦面）形成科勒照明，即光源成像在樣品面上，而在瞳面上， 光源的一點(diǎn)發(fā)出的光照明整個(gè)瞳面，如圖13所示，01為一個(gè)點(diǎn)光源，41代表系統(tǒng)的瞳面， 光源發(fā)出的相同方向的光都會(huì)聚在瞳面上的同一點(diǎn)，如圖14所τκ，02、03、04、05分別代表 4個(gè)不同位置的點(diǎn)光源，即光源上一點(diǎn)發(fā)出的光對(duì)應(yīng)整個(gè)瞳面，瞳面上一點(diǎn)對(duì)應(yīng)光源各點(diǎn)發(fā) 出的同一個(gè)方向的光。科勒照明可以保證同一點(diǎn)光源發(fā)出的經(jīng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的衍射光具有相干 性，能得到干涉信號(hào)。光學(xué)元件3,用于將照明光導(dǎo)向測量樣品面，可以是中心透過的反射 鏡(如圖4所示）或分束鏡。光學(xué)單元4,用于將照明光會(huì)聚到測量樣品上，可采用物鏡，也 就是說，照明光束傾斜入射至對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。探測器5,用于測量光信號(hào)，可放置于光學(xué)單元4的 后焦面，可使用光電二極管。信號(hào)處理系統(tǒng)6,從探測器獲取強(qiáng)度信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)處理。工 件臺(tái)7,用于承載硅片，并可6自由度精確定位。標(biāo)記載體8,可以為硅片、或基準(zhǔn)版，其上有 對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記9,可為一維線性光柵，或帶有精細(xì)結(jié)構(gòu)線性光柵。
[0030]照明單元1出射端發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)單元2在瞳面形成科勒照明。照明光對(duì)應(yīng)光 學(xué)元件3反射區(qū)域（圖4中Α區(qū)域）的光由光學(xué)元件3反射，經(jīng)過光學(xué)單元4斜入射會(huì)聚到 對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記9上，其他光線透過光學(xué)元件3 (圖4中A區(qū)域)，因而無法照射到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上，其 他光線為不需要的背景光，將其排除以避免其干擾衍射光的探測?？蛇x地，經(jīng)標(biāo)記9衍射的 光被光學(xué)單元4接收，其中標(biāo)記0級(jí)衍射光(反射光)和高級(jí)次衍射光將被光學(xué)元件3 (圖4 中B和C區(qū)域）阻擋，C區(qū)域?yàn)椴环瓷洳煌腹鈪^(qū)，± 1級(jí)衍射光或者更高級(jí)次衍射光通過光 學(xué)元件3 (圖4中A區(qū)域）到達(dá)探測器5,由探測器5探測得到的干涉光強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)教幚?單元6進(jìn)行處理。
[0031]照明光束經(jīng)標(biāo)記衍射后，光波表達(dá)式如下
其中，表示入射角為0時(shí)，第m級(jí)衍射光的振幅與入射光振幅的比值；1為入射光波 長#為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記光柵常數(shù);As為標(biāo)記相對(duì)對(duì)準(zhǔn)位置的偏移量。
[0032] 衍射光104a和114a分別為各自入射光103和113的+1級(jí)和-1級(jí)衍射光，則當(dāng) 入射角正弦{I
i, 104a和114a重合，且垂直于硅片面，由光學(xué)單 元4收集，探測器5探測這兩束光的干涉強(qiáng)度為
運(yùn)動(dòng)臺(tái)沿標(biāo)記光柵方向運(yùn)動(dòng)，標(biāo)記的偏移量泣發(fā)生變化，探測器5探測到的光強(qiáng)信號(hào) 隨_周期性變化。運(yùn)動(dòng)臺(tái)每移動(dòng)f的距離，測量信號(hào)變化一個(gè)周期。
下所示：
「nrmlλ射#妹1Π3和113與光軸夾角不相等時(shí)，如圖5所示，當(dāng)滿足等式 % 104a和114a平行，則在探測面上可探測到兩光束的干涉信號(hào)，如 探測器5探測到的光強(qiáng)信號(hào)是探測區(qū)域接收到的不同入射角度光的±1級(jí)衍射光干涉 信號(hào)之和，可衷示為
其中，JJG為本底，為光強(qiáng)隨標(biāo)記偏移量變化的幅值。
[0034] 探測器探測到的光強(qiáng)隨標(biāo)記位置變化周期性變化，處理器6接收探測器5的測量 信號(hào)，結(jié)合工件臺(tái)位置測量系統(tǒng)反饋的工件臺(tái)位置信息，可計(jì)算得到對(duì)準(zhǔn)位置。
[0035] 圖6是本發(fā)明所涉及的對(duì)準(zhǔn)裝置的第三實(shí)施方式。與第二實(shí)施方式不同的是，照 明光束對(duì)應(yīng)光學(xué)元件31不透光區(qū)（圖4中Ε和G區(qū)域，Ε為反射區(qū)域，G為不反射不透光 區(qū)，）域的光束被光學(xué)元件31 (如圖4所示)遮擋，因而無法照射到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上，該光束為不 需要的背景光，將其排除以避免其干擾衍射光的探測；可選地，透光區(qū)域的光線透過光學(xué)元 件31 (圖4中F區(qū)域）經(jīng)光學(xué)單元4會(huì)聚到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上，標(biāo)記的衍射光被光學(xué)單元4收集， 其中±1級(jí)衍射光或者更高級(jí)次衍射光由光學(xué)元件31 (圖4中Ε區(qū)域)反射到達(dá)探測器5， 探測器5測量干涉信號(hào)。其探測到的干涉光強(qiáng)同式（7)所示?？蛇x地，光學(xué)元件31也可 以僅包括不透光區(qū)，使得不透光區(qū)域以外的光束毫無阻礙地經(jīng)光學(xué)單元4會(huì)聚到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記 上?？蛇x地，光學(xué)元件31的反射區(qū)也可以為中心圓形區(qū)域，透光區(qū)為圍繞反射區(qū)的環(huán)狀區(qū) 域。
[0036]圖7是本發(fā)明涉及的對(duì)準(zhǔn)裝置的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記示意圖，如圖7所示，5Α為0度標(biāo)記，5Β 為90度標(biāo)記，5C為45度標(biāo)記，?為-45度標(biāo)記。圖7中的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記是任意方向的對(duì)準(zhǔn)標(biāo) 記，為了適應(yīng)該對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，本發(fā)明提供一種適用于多方向標(biāo)記測量的光學(xué)元件。如圖8所 示，照明單元1出射端發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)單元2在瞳面形成科勒照明，其中對(duì)應(yīng)圖8中6B區(qū) 域(反射區(qū))的光由光學(xué)元件3反射，經(jīng)過光學(xué)單元4會(huì)聚到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記9上，其他光線無法照 射到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上。經(jīng)標(biāo)記9衍射的光被光學(xué)單元4接收，其中標(biāo)記0級(jí)衍射光(反射光）和 高級(jí)次衍射光將被光學(xué)元件3 (6B和6C區(qū)域）阻擋，± 1級(jí)衍射光通過光學(xué)元件3圖8中 6A區(qū)域到達(dá)探測器5,由5探測得到的光強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)教幚韱卧?進(jìn)行處理。
[0037]
其中，Y為標(biāo)記方向角（標(biāo)記光柵方向與運(yùn)動(dòng)臺(tái)掃描方向的夾角）。
[0038] 本發(fā)明還提供第四實(shí)施方式，在第二實(shí)施方式的基礎(chǔ)上擴(kuò)展光源波長，優(yōu)化光學(xué) 元件3,增大反射區(qū)域環(huán)帶寬度，增大了照明光入射角度范圍，可兼容多波長或?qū)挷ǘ螠y量， 提高工藝適應(yīng)性，還可兼容不同光柵常數(shù)的標(biāo)記，同時(shí)可測量高級(jí)次光的干涉信號(hào)。
[0039] 照明單元1，提供照明光，可以是寬波段光（如45(T750nm)，也可以是多個(gè)波長的 光，如波長分別為λ1，λ2,λ3的激光。1中還可以包括光源選通裝置，可選擇不同光源照 明。硅片不同工藝層對(duì)不同波長光的反射率有所不同，通過選取反射率較高的光源照明，以 提高信號(hào)的對(duì)比度，達(dá)到增強(qiáng)工藝適應(yīng)性的目的。
[0040] 照明單元1出射端發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)單元2和3在瞳面形成科勒照明，其中瞳面 位置上對(duì)應(yīng)圖9中7Β區(qū)域(反射區(qū))的光由光學(xué)元件3反射，經(jīng)過光學(xué)單元4會(huì)聚到對(duì)準(zhǔn)標(biāo) 記9上，對(duì)應(yīng)中心7Α區(qū)域(透光區(qū)，該區(qū)域的尺寸由對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的最大光柵常數(shù)和照明光 束的最短波長以及需要探測的最小衍射級(jí)次?決定，透光區(qū)域可通過的光束的夾角小 吁]光線將透過光學(xué)元件3，無法照射到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上。經(jīng)標(biāo)記9衍射的光 Λ.
* 被光學(xué)單元4接收，其中標(biāo)記0級(jí)衍射光(反射光)將被光學(xué)元件3 (圖10中B區(qū)域）阻擋， 其他可通過7A區(qū)域的衍射級(jí)次光到達(dá)探測器5,由5探測得到的光強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)教幚韱卧?6進(jìn)行處理。
[0041] 同一波