CN101140423B - 用于掩模对准的透射对准标记组合及其掩模对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于掩模对准的透射对准标记组合及其掩模对准方法，通过采用两个方向相互垂直、按照一定间距交叉分段的细分光栅交错分布成两个组群，构成掩模对准标记分支，在工件平面处用近似其空间像分布的传感器标记进行对准扫描，探测透过上述掩模对准标记分支中光栅的偏振态随位置的变化和透射辐射的能量有关的信息；用所获得的对准辐射信息和工件台及掩模的位置信息，逐级获得高精度的对准位置，建立掩模图形相对工件台坐标系的空间位置。采用本发明的标记组合及其对准方法，可提高标记的捕获能力、对准精度以及对准扫描的效率。

Description

用于掩模对准的透射对准标记组合及其掩模对准方法

技术领域

本发明涉及光刻装置的对准技术，尤其涉及一种用于掩模对准的透射对准标记组合及采用该标记组合的掩模对准方法。 

背景技术

在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量精密光电测量、高速实时信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的测量系统和控制系统。这些系统需要我们采用多种方式实现传感器信号采样控制、数据采集控制、数据交换控制和数据传输通信等的控制。有该测量和控制需求的装置包括：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、MEMS/MOEMS光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置、印刷电路板加工装置以及印刷电路板器件贴装装置等。 

在光刻装置中，通过光刻装置中的对准系统使用对准标记组合进行对准扫描得到各对准标记分支的光信息和位置信息等对准信息，对这些信息进行相应处理，得到掩模对准标记组合和工件台基准板上对准标记组合间的位置关系，对准该光刻装置的对准系统包括：辐射发生器、掩模图形照射窗口及其控制板、掩模及其掩模对准标记组合、掩模台、掩模台位置探测器、投影系统、工件台及其基准板对准标记组合、工件台位置探测器和辐射探测传感器；其中掩模图形包括曝光掩模图形和对准掩模图形，掩模图形照射窗口及其控制板用于形成窗口将辐射透射到对准掩模图形上；投影系统用于将辐射照射到对准掩模图形上形成透射像或反射像，该透射像或反射像通过投影系统投射形成空间像，用工件台基准板对准标记下方的传感器探测该空间像；辐射传感器用于检测空间像经过工件台对准图形透射后的辐射能量；掩模台位置探测器和工件台位置探测器分别探测对准扫描过程中的掩模台和工件台的空间位置。 

在以前的上述装置中，为了实现掩模图形对工件台基准板上对准标记的对准，并生成高精度的对准扫描信息，需要有能够产生高精度对准扫描信息的掩模对准标记。

现有的对准标记，要么捕获能力较差，需要在掩模上增加辅助的掩模对准标记，并增加较多的对准扫描方式，进行逐级捕获，从而降低了对准效率；要么单个对准标记的信号对比度不高，用虚拟的数字处理方法虽然能够提高信号对比度，但同时也同步放大了噪声水平，并不能从物理上提高信噪比，从而限制了对准重复精度的提高。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种新的用于掩模对准的透射对准标记组合及相应的对准方法，以提高光刻装置对准扫描的效率和精度。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于掩模对准的透射对准标记组合，包括位于掩模上的第一和第二对准标记分支，以及位于工件台基准板上与所述第一和第二对准标记分支配合使用的第三和第四对准标记分支，其中，所述的第一和第三对准标记分支分别由两组光栅构成，所述的两组光栅相互垂直布置；每组光栅进一步包括若干个光栅标记，这些光栅标记以预定的间距分段错位排列；所述的第二和第四对准标记分支为方形透射孔。 

所述掩模上的第一和第二对准标记分支经过一投影系统所成的空间像分别与工件台基准板上的第三和第四对准标记分支相对应。 

所述的两组光栅以一定距离交叠布置，或者所述的两组光栅中的若干光栅标记之间相互不交叠。 

所述第一和第三对准标记分支中的每个光栅标记还被细分为三个细小栅。 

所述工件台基准板上第三对准标记分支与掩模上第一对准标记分支的所有光栅标记的占空比相同，而工件台基准板上第三对准标记分支与掩模上第一对准标记分支的所有光栅标记内部的细小栅的占空比可根据对准信号调制和测量要求确定。 

本发明的另一解决方案是提供一种采用上述透射对准标记组合进行光刻装置掩模对准的方法，所述光刻装置具有一对准系统，该对准系统包括：辐射发生器、掩模图形照射窗口及其控制板、掩模、掩模台、掩模台位置探测器、投影系统、工件台及其工件台基准板标记、工件台位置探测器和辐射探测传感器；其中，掩模上包括曝光掩模图形和若干组掩模对准标记分支；掩模图形照射窗口及其控制板形成透射窗口，将辐射发生器产生的辐射透射到曝光掩模图形和掩模对准标记分支上，形成透射像；投影系统将该透射像投射形成空间像，并用工件台基准板标记下方的辐射探测传感器探测该空间像；辐射探测传感器检测空间像经过工件台基准板标记透射后的辐射信息，所述辐射信息包括辐射振幅强度信息、辐射能量信息、辐射相位信息中任意一种或者相位信息与其它两种信息的组合；掩模台位置探测器和工件台位置探测器分别探测对准扫描过程中的掩模台和工件台的空间位置；所述的光刻装置掩模对准方法包括如下步骤：(1)用第四对准标记分支对第二对准标记分支的空间像进行对准扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到掩模对准标记分支的大致位置；(2)用第三对准标记分支对第一对准标记分支的空间像进行空间粗扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到工件台基准板上第三对准标记分支和掩模上第一对准标记分支间的空间粗对准位置；(3)在步骤(2)的基础上，调整扫描中心，用第三对准标记分支对第一对准标记分支的空间像进行空间精确扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到第三对准标记分支与第一对准标记分支间的空间精确对准位置；(4)用步骤(2)和(3)所得到的两个方向上精确对准位置进行综合，校正得到对准位置，得到掩模对准标记分支的空间成像中心在工件台坐标系下的坐标位置；(5)重复步骤(1)～(4)，得到掩模上若干组对准标记分支在工件台坐标系下的空间对准坐标位置，用这些空间对准坐标位置校准光刻装置中曝光掩模图形空间像的中心位置在工件台坐标系下的坐标位置。 

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果： 

1、本发明通过采用较少数量的掩模对准标记分支，减少了掩模对准扫描对光刻装置投影系统和探测装置的热效应； 

2、本发明提供的分段错位分布的掩模对准标记，可提高标记的捕获能力，从而提升掩模对准扫描的效率； 

3、提供合适的掩模辐射对准方法，提高掩模对准扫描的效率，获得了较高的对准精度和系统稳定性。 

附图说明

通过以下对本发明的具体实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为： 

图1为光刻装置对准系统的结构示意图。 

图2a为本发明无交叠分段错位分布的透射对准标记组合的结构示意图。 

图2b为本发明交叠分段错位分布的透射对准标记组合的结构示意图。 

图3a为图2a所示的掩模对准标记分支在掩模上的布置图。 

图3b为图2b所示的掩模对准标记分支在掩模上的布置图。 

图4为本发明掩模对准方法的流程图。 

具体实施方式

以下将对本发明的用于掩模对准的透射对准标记组合及其掩模对准方法作进一步的详细描述。 

图1是光刻装置对准系统的结构示意图，图中4为掩模，其上具有掩模图形(包括曝光掩模图形和掩模对准标记分支组合5)，9为被光刻工件，掩模图形照射窗口2及其控制板3用于形成窗口将辐射1透射到掩模对准标记分支组合5上，以形成透射像；投影系统8用于将该透射像投射形成空间像，并用工件台基准板标记11下方的辐射传感器12探测该空间像；辐射传感器12用于检测空间像经过工件台基准板标记12透射后的辐射信息；掩模台位置探测器7和工件台位置探测器13分别探测对准扫描过程中的掩模台6和工件台10的空间位置。通过计算辐射信息与掩模4及工件台10间相对位置的关系模型参数，即可从该模型得到对准信息，所述对准信息包括与工件台上标记组合及其传感器的位置相关信息，所述辐射信息包括光振幅强度信息、光能量信息、相位信息中任意一种或者相位信息与其它两种信息的组合。 

实施例1 

如图2a、图2b所示，本发明的用于掩模对准的透射对准标记组合包括第一、第二、第三和第四对准标记分支21～24，其中第一和第二对准标记分支21、22分布在掩模上，第三和第四对准标记分支23、24分布在工件台基准板上，掩模上的第一、第二对准标记分支21、22经过投影系统所成的空间像分别与工件台基准板上的第三、第四对准标记分支23、24相对应。所述的第一和第三对准标记分支21、23分别由多个光栅标记构成，这些光栅标记被分成两组，且这两组光栅是相互垂直布置的。每组光栅中的多个光栅标记以一定的距离分段错位排列。沿与光栅垂直的方向上，该两组光栅可以以一定距离交叠布置(见图2a)，也可以相互不交叠(见图2b)。 

所述第一、第三对准标记分支21、23中的每个光栅标记还被细分为三个细小栅，工件台基准板上的第三对准标记分支23的所有光栅标记的占空比，同第一对准标记分支21中所有光栅标记的占空比相同，但它们的细小栅的占空比可以不相同，根据对准信号调制和测量要求确定。 

掩模上的第二对准标记分支22和工件台基准板上的第四对准标记分支24呈方形透射孔状分布，在用另外两个对准标记分支21、23进行对准扫描之前，通过工件台基准板上的第四对准标记分支24扫描掩模上的第二对准标记分支22的空间像，能够对掩模上第一对准标记分支21的空间像进行粗定位。 

在用第三对准标记分支23对第一对准标记分支21的空间像，沿第一对准标记分支21中某一组光栅垂直的方向或者沿其对角线(45度)方向分别进行对准扫描的过程中，在对第一对准标记分支21的空间像进行对准扫描的范围内，第四对准标记分支24能够完全包含并接收第二对准标记分支22所成的全部空间像，且第四对准标记分支24对应传感器探测到的光信息不随扫描位置的移动而变化，可采用该光信息对扫描第一对准标记分支21的空间像所得到的光信息进行归一化。 

图3a和图3b是本发明的透射对准标记组合中的第一、第二对准标记分支在掩模上的分布情况。图中央的方框表示曝光掩模图形，曝光掩模图形周围分布了四组由第一和第二对准标记分支组成的掩模对准标记分支组合。于本发明的其它实施例中，可以根据需要增加或减少掩模上对准标记分支组合的数量。 

与现有掩模对准标记相比，运用本发明的标记组合能够提高捕获精度和效率，从而扩大了光刻装置对准的稳定性，提高了对掩模传输上片的适应性，能够提高掩模对准效率和其他测量的效率。 

实施例2 

结合图1至图4，运用图2中的透射对准标记组合进行光刻装置掩模对准的具体方法步骤如下： 

首先，执行步骤S1，用第四对准标记分支，对第二对准标记分支的空间像，分别沿第一对准标记分支中两组光栅延伸的方向进行对准扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到掩模上透射对准标记分支的大致位置； 

接着，执行步骤S2，用第三对准标记分支，分别沿与第一对准标记分支的两组光栅中的光栅标记方向近似垂直的方向，或沿它们的对角线方向，对第一对准标记分支的空间像进行空间粗扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，在计算过程中，用扫描过程第四对准标记分支对应传感器得到的光信息，对第三对准标记对应传感器得到的光信息进行归一化，得到工件台基准板上第三对准标记分支和掩模上对应的对准标记分支间的空间粗对准位置； 

然后，在步骤S2的基础上，执行步骤S3，调整扫描中心，用第三对准标记分支，分别沿与第一对准标记分支的每组光栅所成空间像近似垂直的方向，或者沿它们的对角线方向，对第一对准标记分支的空间像进行空间精确扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，在计算过程中，用扫描过程中第四对准标记分支对应传感器扫描第二对准标记分支的空间像所得到的光信息，对第三对准标记对应传感器扫描第一对准标记分支的空间像所得到的光信息进行归一化，分别得到第三对准标记分支与第一对准标记分支间的空间精确对准位置； 

随后，执行步骤S4，利用步骤S2和S3所得到的两个方向上精确对准位置进行综合，校正得到对准位置，得到掩模上透射对准标记组合的空间成像中心在工件台坐标系下的坐标位置； 

由于掩模上具有若干组掩模对准标记分支，因此需要重复执行步骤S1～S4，得到掩模上所有透射对准标记分支在工件台坐标系下的空间对准坐标位置，最后执行步骤S5，用这些空间对准坐标位置校准光刻装置中曝光掩模图形空间像的中心位置在工件台坐标系下的坐标位置。 

与采用现有的掩模对准标记进行对准扫描相比，运用上述掩模对准方法，能够将全部掩模对准扫描时间缩短6秒以上，从而具备较好的掩模对准效率。 

以上介绍的仅仅是基于本发明的优选实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。 

Claims (13)

1.一种用于掩模对准的透射对准标记组合，包括位于掩模上的第一和第二对准标记分支，以及位于工件台基准板上与所述第一和第二对准标记分支配合使用的第三和第四对准标记分支，其特征在于：所述的第一和第三对准标记分支分别由两组光栅构成，所述的两组光栅相互垂直布置；每组光栅进一步包括若干个光栅标记，这些光栅标记以一定的间距分段错位排列；所述的第二和第四对准标记分支为方形透射孔。

2.如权利要求1所述的透射对准标记组合，其特征在于：掩模上的第一和第二对准标记分支经过一投影系统所成的空间像分别与工件台基准板上的第三和第四对准标记分支相对应。

3.如权利要求1所述的透射对准标记组合，其特征在于：所述的两组光栅以一定距离交叠布置。

4.如权利要求1所述的透射对准标记组合，其特征在于：所述的两组光栅中的若干光栅标记之间相互不交叠。

5.如权利要求1所述的透射对准标记组合，其特征在于，工件台基准板上第三对准标记分支与掩模上第一对准标记分支的所有光栅标记的占空比相同。

6.如权利要求1所述的透射对准标记组合，其特征在于：所述第一和第三对准标记分支中的每个光栅标记还被细分为三个细小栅。

7.如权利要求6所述的透射对准标记组合，其特征在于：工件台基准板上第三对准标记分支与掩模上第一对准标记分支的所有光栅标记内部的细小栅的占空比根据对准信号调制和测量要求确定。

8.采用如权利要求1～7中任一项所述的透射对准标记组合进行光刻装置掩模对准的方法，所述光刻装置具有一对准系统，该对准系统包括：辐射发生器、掩模图形照射窗口及其控制板、掩模、掩模台、掩模台位置探测器、投影系统、工件台及其工件台基准板标记、工件台位置探测器和辐射探测传感器；其中

掩模上包括曝光掩模图形和若干组掩模对准标记分支；

掩模图形照射窗口及其控制板形成透射窗口，将辐射发生器产生的辐射透射到曝光掩模图形和掩模对准标记分支上，形成透射像；

投影系统将该透射像投射形成空间像，并用工件台基准板标记下方的辐射探测传感器探测该空间像；

辐射探测传感器检测空间像经过工件台基准板标记透射后的辐射信息，所述辐射信息包括辐射振幅强度信息、辐射能量信息、辐射相位信息中任意一种或者相位信息与其它两种信息的组合；

掩模台位置探测器和工件台位置探测器分别探测对准扫描过程中的掩模台和工件台的空间位置；

其特征在于，所述的光刻装置掩模对准方法包括如下步骤：

(1)用第四对准标记分支对第二对准标记分支的空间像进行对准扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到掩模对准标记分支的大致位置；

(2)用第三对准标记分支对第一对准标记分支的空间像进行空间粗扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到工件台基准板上第三对准标记分支和掩模上第一对准标记分支间的空间粗对准位置；

(3)在步骤(2)的基础上，调整扫描中心，用第三对准标记分支对第一对准标记分支的空间像进行空间精确扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到第三对准标记分支与第一对准标记分支间的空间精确对准位置；

(4)用步骤(2)和(3)所得到的两个方向上精确对准位置进行综合，校正得到对准位置，得到掩模对准标记分支的空间成像中心在工件台坐标系下的坐标位置；

(5)重复步骤(1)～(4)，得到掩模上若干组对准标记分支在工件台坐标系下的空间对准坐标位置，用这些空间对准坐标位置校准光刻装置中曝光掩模图形空间像的中心位置在工件台坐标系下的坐标位置。

9.如权利要求8所述的光刻装置掩模对准方法，其特征在于：步骤(1)中，用第四对准标记分支对第二对准标记分支的空间像，分别沿第一对准标记分支中两组光栅延伸的方向进行对准扫描。

10.如权利要求8所述的光刻装置掩模对准方法，其特征在于：步骤(2)中，用第三对准标记分支对第一对准标记分支的空间像，分别沿与第一对准标记分支的两组光栅中光栅标记的方向相垂直的方向，或沿它们的对角线方向进行空间粗扫描。

11.如权利要求8所述的光刻装置掩模对准方法，其特征在于：步骤(2)的计算过程中，用扫描过程第四对准标记分支对应传感器得到的光信息，对第三对准标记对应传感器得到的光信息进行归一化。

12.如权利要求8所述的光刻装置掩模对准方法，其特征在于，步骤(3)中，用第三对准标记分支对第一对准标记分支的空间像，分别沿与第一对准标记分支的两组光栅所成的空间像相垂直的方向，或者沿它们的对角线方向，进行空间精确扫描。

13.如权利要求8所述的光刻装置掩模对准方法，其特征在于，步骤(3)的计算过程中，用扫描过程中第四对准标记分支对应传感器扫描第二对准标记分支的空间像所得到的光信息，对第三对准标记对应传感器扫描第一对准标记分支的空间像所得到的光信息进行归一化。

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