CN101286011B - 光刻设备的探测装置、探测方法及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光刻设备的探测装置、探测方法及制造方法，所述探测装置包括空间调制图案板和信号调理电路板，空间调制图案板的一面具有透射和反射调制图案，另一面具有容设信号调理电路板的电路板安装穴，信号调理电路板上设有光学元件模块，该光学元件模块按光线传播方向和光电转换的次序依次包括：光学支架，其中安装有可见光光学过滤器；光热隔离板；光辐射探测器支架，其中安装有光辐射探测器阵列。本发明的探测装置与制造方法实现该装置探测紫外光或深紫外光或极紫外光的抗干扰性，提高了探测的精度性能；降低了光学部件安装穴的制造难度，同时不降低装配精度；提高了该装置在变化温度下的结构稳定性和热稳定性，同时保证该探测装置的探测精度。

Description

光刻设备的探测装置、探测方法及制造方法

技术领域

本发明涉及光刻设备的探测装置，运用这种探测装置对光刻设备中掩模对准图形的空间图案进行探测的方法，以及该探测装置的制造方法。

背景技术

在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量高速实时测量、信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的探测装置和控制系统。这些系统需要我们采用多种方式实现传感器探测、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。有该控制需求的装置包括：集成电路制造光刻装置、平板显示面板光刻装置、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。

光刻设备是一种将所需图案应用于工件上的装置。通常是将所需图案应用于工件上的目标部分上的装置。光刻装置能够被用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，掩模板被用于生产在IC一个单独层上形成的电路图案，该图案被传递到工件(如硅晶片)的目标部分，例如包括一部分，一个或者多个管芯上。通常是通过成像到工件上提供的一层辐射敏感材料(抗蚀剂)上来按比例复制所需图像。已知的光刻设备还包括扫描器，运用辐射光束沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描工件来辐照每一目标部分。还通过将图案压印在工件上而将图案通过构图部件生成到工件上。

利用位于工件高度处的多个探测装置来评估和优化成像性能。这些探测装置包括空间图案探测装置(SIDU，Spatial Image Detecting Unit)、用于曝光辐射剂量测量的能量探测装置(EDU，Energy Detecting Unit)和测量使用的集成微透镜干涉探测装置(IMIDU，Integrating Microbeam Interference Detecting Unit)。

SIDU是一种在工件高度处测量空间图像位置的探测装置，该空间图案是在掩模高度处投射标记图案形成的。位于工件高度处的投射图案通常是线条图案，其线宽与曝光辐射的波长相当。当SIDU利用投图案来测量这些掩模图案，该投射图案具有位于其下面的光电单元。探测装置的数据被用来测量六个自由度上掩模相对于基底台的位置(三个平移自由度和三个旋转自由度)，此外，还被用于测量所投射的掩模的放大倍率。由于探测装置能够测量图案位置和所有照射设定：δ、透镜数值孔径NA、所有掩模，例如二元掩模(binary mask)、相移掩模PSM等的影响，因此小线宽是经过优化的。还使用SIDU来测量工具的光学性能。能够使用不同照射设定于不同投射图案的结合来测量投射系统的多种性质，如光瞳形状、球差、慧差、像散和场曲等。

IMIDU是一种对达到高阶的透镜像差进行静态测量的干涉波前测量系统。IMIDU能够通过用于系统初始化和校准的集成测量系统来实现。

在以前的上述装置中，当光刻对准系统使用的是DUV(深紫外)光源，则该辐射源以波长为248nm、193nm的准分子激光光源为主，也使用157nm、126nm的准分子激光光源。此外，还有使用EUV(极紫外)脉冲辐射源和X射线脉冲辐射源的对准系统。如申请号为CN200710046955.0的专利中所述的传感器由于是将调制用的探测图案板与光谱及光电转换的元件集成在一起，因此，光谱及光电转换的元件在探测转换过程中生成的热量会引起探测图案板在水平方向和垂直方向产生变形，以及使得它们自身的性能漂移，从而影响了传感器探测信号的处理形成误差，进而影响整个传感器的性能。

由于光刻设备的传感器装置是位置信息与光信息的综合超高精密探测装置，因此对所使用的材料有严格的要求，特别是材料的光学和光热特性。同时，对该传感器装置的制造精度和制造难度有特殊要求，需要在不降低装配精度和长期使用探测精度稳定的前提下，降低制造难度和成本，因此，需要采用特殊的材料配合制造结构和装配结构的要求，实现光刻设备传感器装置的装配超高精度，并提高光刻设备的传感器装置在长期使用条件下的探测精度稳定性。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供光刻设备的探测装置，运用这种探测装置对光刻设备中掩模对准图形的空间图案进行探测的方法，以及制造该探测装置的方法，以实现大范围辐射波长和脉冲宽度的转换，提高辐射能量转换的线性度和空间图案的探测精度，提高该装置的转配精度和热稳定性，从而提高光刻设备的性能和效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光刻设备的探测装置，置于光刻设备中工件基准高度处，该光刻设备具有投影系统，用于将带图案的辐射光束投射到工件目标部分以形成辐射空间图案，该探测装置被用于调制辐射空间图案并探测该图案的中心位置。所述探测装置包括空间调制图案板和信号调理电路板，所述空间调制图案板的一面具有透射调制图案和反射调制图案，另一面具有容设所述信号调理电路板的电路板安装穴，所述信号调理电路板上设有光学元件模块。经投影系统产生的辐射空间图案，被空间调制图案板上的透射调制图案调制后，投射到光学元件模块上，再进入信号调理电路板。所述光学元件模块按光线传播方向和光电转换的次序依次包括：光学支架，其中安装有可见光光学过滤器；光热隔离板；光辐射探测器支架，其中安装有光辐射探测器阵列。

在上述探测装置中，所述电路板安装穴内还具有一光学部件安装穴，用于容设所述光学元件模块，该光学部件安装穴比电路板安装穴深。所述光学部件安装穴设置在透射调制图案对应的背面，使调制后的辐射空间图案被投射到光学元件模块上。

在上述探测装置中，所述光热隔离板由高隔热陶瓷材料制成，其上分布有透光孔，所述光热隔离板用于对两侧的光学支架内的光学元件和光辐射探测器支架中的光辐射探测器阵列以及所述信号调理电路板进行光热隔离，并对透过光学支架的多个单元光进行传播隔离。

在上述探测装置中，所述光辐射探测器是由元素周期表中III族和V族元素、或II族和IV族元素、或II族和VI族元素生成的具有紫外光或深紫外光光电效应的化合物、金属氧化物以及由所述化合物和金属氧化物形成的混合物或掺杂混合物构成的光电二极管。

在上述探测装置中，所述空间调制图案板上的透射调制图案具有易于被探测的调制特性，包括单峰值特性、峰值特性、谷值特性、相位特性、边缘特性、图案辨识特性或窗口特性中的一个或多个特性的组合。所述空间调制图案板上的反射调制图案存在多层介质结构，该反射调制图案生长在透明基板上，与透明基板接触的是铬镀层，在铬镀层上覆盖的是铝镀层，在铝镀层上覆盖的是透明镀层，该透明镀层是氧化镁或二氧化硅。

在上述探测装置中，所述空间调制图案板另一面设有磁楔块安装穴，用于装配磁楔块。

在上述探测装置中，所述光学部件安装穴的形状是圆形、椭圆形或者三角形、四边形、五边形、六边形、八边形、十边形。所述光学支架的形状是圆形、椭圆形、六边形、八边形、十边形、十二边形、十六边形或二十边形，其与圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、八边形或十边形的光学部件安装穴相对应。

相应地，本发明提供了采用上述光刻设备探测装置的探测方法，在辐射空间图案与探测装置间产生相对位置移动的过程中，工件高度处的探测装置用其空间调制图案板上的透射调制图案来调制该空间图案，调制过的空间图案直接透过可见光光学过滤器，穿过光热隔离板上的透光孔，照射到辐射探测器上，形成电信号，通过信号调理电路板，检测得到上述空间图案的变化，获得能够传输和处理的辐射空间图案调制变化的特征信息。

此外，本发明还提供了光刻设备探测装置的制造方法，其包括如下步骤：

(1)在空间调制图案板的背面分别制造光学部件安装穴、磁楔块安装穴、电路板安装穴；

(2)在空间调制图案板的正面预先镀好的铬层上刻上透射调制图案，然后通过光刻方法制造反射调制图案窗口，增加反射调制图案窗口的镀铬层厚度，再光刻出反射调制图案，最后给反射调制图案生长一层铝薄膜和氧化镁薄膜；

(3)根据光学部件安装穴、电路板安装穴、磁楔块安装穴的制造公差和装配精度要求，制造光学支架、光热隔离板、光辐射探测器支架、信号调理电路板和磁楔块；

(4)将可见光光学过滤器装入光学支架，并进行位置固定，将光辐射探测器阵列装入光辐射探测器支架中，并进行固定；

(5)将光学支架、光热隔离板、光辐射探测器支架通过装配工艺实现单元光路对准并进行固定，然后将它们与信号调理电路板进行电气连接固定，将光学支架、光热隔离板、光辐射探测器支架和信号调理电路板分别装入空间调制图案板背面的光学部件安装穴和电路板安装穴中并进行固定，最后将磁楔块按照设计好的定位方向装入磁楔块安装穴中并进行固定。

在上述制造方法中，所述空间调制图案板由高透射率、低膨胀系数的透光材料制造；空间调制图案板正面形成的图案用铬、铝和氧化镁材料制造；光学支架用小密度的轻质金属制造，其外表面经过氧化钝化处理；光热隔离板、光辐射探测器支架、信号调理电路板采用金属陶瓷或有机陶瓷制造。

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.本发明通过在光刻设备的探测装置中使用了可见光光学过滤器，实现该装置探测紫外光或深紫外光或极紫外光的抗干扰性，提高了探测的精度性能；

2.通过设计光学部件安装穴和光学支架结构，降低了光学部件安装穴的制造难度，同时不降低装配精度；

3.通过在探测装置的结构中使用陶瓷材料，提高了该装置在变化温度下的结构稳定性和热稳定性，同时保证该探测装置的探测精度。

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，能够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为应用本发明探测装置的光刻设备对准系统的结构示意图。

图2为本发明探测装置的分解结构示意图。

图3为本发明探测装置的制造方法流程图。

具体实施方式

图1是应用本发明探测装置的光刻设备对准系统的结构示意图，图中4为构图部件，其上具有构图图形(包括曝光构图图形和对准构图图形5)，9为被光刻工件，构图图形照射窗口2及其控制板3用于形成窗口将辐射1透射到对准构图图形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，并用工件台对准标记11探测该空间像；光刻设备的探测装置12用于检测空间像经过工件台对准标记11透射后的辐射信息；构图部件承载台位置探测器7和工件台位置探测器13分别探测对准扫描过程中的构图部件承载台6和工件台10的空间位置，还同步测量得到探测装置12中的辐射信息，将探测到的所有信息采集到对准信号处理装置14中，进行对准信号处理得到对准位置。

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述。

实施例1

图2为本发明探测装置的分解结构示意图，如图2所示，该探测装置包括空间调制图案板15，其一面具有透射调制图案和反射调制图案(未图示)，另一面设有光学部件安装穴17、电路板安装穴19和磁楔块安装穴16，其中光学部件安装穴17嵌入在电路板安装穴19中，可以比电路板安装穴深，并且其设置位置与透射调制图案的背面相对应。该探测装置还包括磁楔块18、信号调理电路板28和设置在信号调理电路板28上的光学元件模块，该光学元件模块被安装在光学部件安装穴17中，信号调理电路板28被安装在电路板安装穴19中，磁楔块18被装配到磁楔块安装穴16中。具体的，该光学元件模块沿光线传播方向和光电转换的次序依次包括光学支架22、光热隔离板24和光辐射探测器支架26，光学支架22上设有定位暗销及通孔21，用于安装可见光光学过滤器23，光热隔离板24和光辐射探测器支架26上均分布有透光孔25，且光辐射探测器支架26中安装光辐射探测器阵列27。

经投影系统产生的空间调制图案从空间调制图案板15的调制图案正面入射，经过调制后从背面射出。所述空间调制图案板15上的图案具有易于被探测的调制特性，这些特性包括：单峰值特性或多峰值特性、谷值特性、边缘特性、图案辨识特性、窗口特性等，经过系列探测信号处理能够得到这些特性中的一个或若干个以及它们的组合。

所述光辐射探测器26是由元素周期表中III族和V族元素、或II族和IV族元素、或II族和VI族元素生成的具有紫外光或深紫外光光电效应的化合物、金属氧化物以及它们形成的混合物或者掺杂混合物等构成的光电二极管，典型的晶体包括：氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2)。

所述光学部件安装穴17和调制图案分布在空间调制图案板15的两面上，透射调制图案的图形中心和光学部件安装穴17的垂直截面图形中心大致重合；所述空间调制图案板上的反射调制图案存在多层介质结构，该反射调制图案生长在透明基板上，与透明基板接触的是铬镀层，在镀铬层上覆盖的是铝镀层，在铝镀层上覆盖的是透明镀层，该透明镀层是氧化镁或二氧化硅等，这些结构被用于保持该反射调制图案结构的稳定性，并增强反射调制图案的反射率以及对温度变化的适应能力，提高探测信号的强度。

所述光学部件安装穴17的形状是圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、八边形或十边形；所述光学支架22是圆形、椭圆形、六边形、八边形、十边形、十二边形、十六边形或二十边形，其与圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、八边形或十边形的光学部件安装穴17相对应，该结构降低了因为安装光学支架22所需光学部件安装穴17的倒角处的加工精度。

所述光热隔离板24由高隔热陶瓷材料制成，其上分布有透光孔25，该光热隔离板24被用于将隔离板两侧的光学支架22内的光学元件和光辐射探测器支架26中的光辐射探测器阵列27及信号调理电路板28进行光热隔离，以及对透过光学支架22的多个单元光进行传播隔离。

采用上述探测装置的探测方法是：在辐射空间图案与探测装置间产生相对位置移动的过程中，工件高度处的探测装置用其空间调制图案板15上的透射调制图案调制空间图案，将调制过的空间图案投射到并透过可见光光学过滤器23，穿过光热隔离板上的透光孔25，照射到光辐射探测器阵列27上，形成电信号，通过信号调理电路板28，检测得到上述空间图案的变化，获得能够传输和处理的辐射空间图案调制变化的特征信息。

实施例2

下面结合图2和图3对本发明的探测装置的制造方法进行描述。所述空间调制图案板15由高透射率、低膨胀甚至接近零膨胀的透光材料制造，典型材料如高透光率、零膨胀的石英晶体，空间调制图案板15的正面形成的图案用铬、铝和氧化镁材料制造；光学支架22用小密度的轻质金属制造，典型的金属材料如铝、镁、钛、钼等或者它们的合金，其外表面经过氧化钝化处理；光热隔离板24、光辐射探测器支架26、信号调理电路板28采用金属陶瓷或有机陶瓷制造，它们具有较低膨胀、低热导率的特性，典型的陶瓷材料如氧化铝、氧化钛、氧化锆、氮化硅、氮化铝、氮化钛、碳氮化钛、碳化硅、碳化硼、硼化钛、硅化钼和部分硅酸盐及其它们的混合物等构成。如图3所示，所述探测装置的制造方法步骤如下：

S1.在空间调制图案板15的背面分别制造光学部件安装穴17、磁楔块安装穴16、电路板安装穴19；

S2.在空间调制图案板15的正面预先镀好的铬层上刻上透射调制图案，然后通过光刻方法制造反射调制图案窗口，增加反射调制图案窗口的镀铬层厚度，再光刻出反射调制图案，最后给反射调制图案生长一层铝薄膜和氧化镁薄膜，其中铝薄膜增加反射调制图案在光照射下的发射率，氧化镁薄膜阻止铝薄膜被空气中的氧气氧化；

S3.根据光学部件安装穴17、电路板安装穴19、磁楔块安装穴16的制造公差和装配精度要求，制造光学支架22、光热隔离板24、光辐射探测器支架26、信号调理电路板28和磁楔块18；

S4.将可见光光学过滤器23装入光学支架22并进行位置固定，将光辐射探测器阵列27装入光辐射探测器支架26中并进行固定；

S5.将光学支架22、光热隔离板24、光辐射探测器支架26通过装配工艺实现单元光路对准并进行固定，然后将它们与信号调理电路板28进行电气连接固定，形成探测支架，将该支架装入空间调制图案板15的背面的光学部件安装穴17、电路板安装穴19中并进行固定，最后将磁楔块18按照设计好的定位方向装入磁楔块安装穴16中并进行固定。

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 (14)

1.一种光刻设备的探测装置，置于光刻设备中工件基准高度处，该光刻设备具有投影系统，用于将带图案的辐射光束投射到工件目标部分以形成辐射空间图案，该探测装置被用于调制辐射空间图案并探测该图案的中心位置，其特征在于：所述探测装置包括空间调制图案板和信号调理电路板，所述空间调制图案板的一面具有透射调制图案和反射调制图案，另一面具有容设所述信号调理电路板的电路板安装穴；所述信号调理电路板上设有光学元件模块，所述光学元件模块包括：光学支架，其中安装有可见光光学过滤器；光热隔离板；光辐射探测器支架，其中安装有光辐射探测器阵列。

2.如权利要求1所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述的辐射空间图案，被空间调制图案板上的透射调制图案调制后，投射到光学元件模块上，透过可见光光学过滤器，经光辐射探测器阵列转换成电信号后，输入到信号调理电路板。

3.如权利要求1所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述电路板安装穴内还具有一光学部件安装穴，用于容设所述光学元件模块，该光学部件安装穴比电路板安装穴深。

4.如权利要求3所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述光学部件安装穴设置在透射调制图案对应的背面，使调制后的辐射空间图案被投射到光学元件模块上。

5.如权利要求1所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述光热隔离板由高隔热陶瓷材料制成，其上分布有透光孔，所述光热隔离板用于对两侧的光学支架内的光学元件和光辐射探测器支架中的光辐射探测器阵列以及所述信号调理电路板进行光热隔离，并对透过光学支架的多个单元光进行传播隔离。

6.如权利要求1所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述光辐射探测器是由元素周期表中III族和V族元素、或II族和IV族元素、或II族和VI族元素生成的具有紫外光或深紫外光光电效应的化合物、金属氧化物以及由所述化合物和金属氧化物形成的混合物或掺杂混合物构成的光电二极管。

7.如权利要求1所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述空间调制图案板上的透射调制图案具有易于被探测的调制特性，包括单峰值特性、峰值特性、谷值特性、相位特性、边缘特性、图案辨识特性或窗口特性中的一个或多个特性的组合。

8.如权利要求1所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述空间调制图案板上的反射调制图案存在多层介质结构，该反射调制图案生长在透明基板上，与透明基板接触的是铬镀层，在铬镀层上覆盖的是铝镀层，在铝镀层上覆盖的是透明镀层，该透明镀层是氧化镁或二氧化硅。

9.如权利要求1所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述空间调制图案板另一面设有磁楔块安装穴，用于装配磁楔块。

10.一种光刻设备的探测装置，包含一设有光学元件模块的信号调制电路板，所述光学元件模块含一光学支架；一空间调制图案板，其一面具有透射调制图案和反射调制图案，另一面具有容设所述信号调理电路板的电路板安装穴，所述光学支架与空间调制图案板通过位于所述电路板安装穴内的光学部件安装穴连接，其特征在于：所述光学部件安装穴的形状是圆形、椭圆形或者三角形、四边形、五边形、六边形、八边形、十边形；所述光学支架的形状是圆形、椭圆形、六边形、八边形、十边形、十二边形、十六边形或二十边形，其与圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、八边形或十边形的光学部件安装穴相对应。

11.如权利要求10所述的光刻设备的探测装置，其特征在于：所述光学元件模块包括：光学支架，其中安装有可见光光学过滤器；光热隔离板；光辐射探测器支架，其中安装有光辐射探测器阵列。

12.一种采用如权利要求1或10所述的光刻设备探测装置的探测方法，其特征在于：在辐射空间图案与探测装置间产生相对位置移动的过程中，工件高度处的探测装置用其空间调制图案板上的透射调制图案来调制该空间图案，透过可见光光学过滤器，穿过光热隔离板上的透光孔，照射到辐射探测器上，形成电信号，通过信号调理电路板，检测得到上述空间图案的变化，获得能够传输和处理的辐射空间图案调制变化的特征信息。

13.一种光刻设备探测装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在空间调制图案板的背面分别制造光学部件安装穴、磁楔块安装穴、电路板安装穴；

(2)在空间调制图案板的正面预先镀好的铬层上刻上透射调制图案，然后通过光刻方法制造反射调制图案窗口，增加反射调制图案窗口的镀铬层厚度，再光刻出反射调制图案，最后给反射调制图案生长一层铝薄膜和氧化镁薄膜；

(3)根据光学部件安装穴、电路板安装穴、磁楔块安装穴的制造公差和装配精度要求，制造光学支架、光热隔离板、光辐射探测器支架、信号调理电路板和磁楔块；

(4)将可见光光学过滤器装入光学支架，并进行位置固定，将光辐射探测器阵列装入光辐射探测器支架中，并进行固定；

(5)将光学支架、光热隔离板、光辐射探测器支架通过装配工艺实现单元光路对准并进行固定，然后将它们与信号调理电路板进行电气连接固定，将光学支架、光热隔离板、光辐射探测器支架和信号调理电路板分别装入空间调制图案板背面的光学部件安装穴和电路板安装穴中并进行固定，最后将磁楔块按照设计好的定位方向装入磁楔块安装穴中并进行固定。

14.如权利要求13所述的光刻设备探测装置的制造方法，其特征在于：所述空间调制图案板由高透射率、低膨胀系数的透光材料制造；空间调制图案板正面形成的图案用铬、铝和氧化镁材料制造；光学支架用小密度的轻质金属制造，其外表面经过氧化钝化处理；光热隔离板、光辐射探测器支架、信号调理电路板采用金属陶瓷或有机陶瓷制造。

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