CN101403865B - 光刻机掩模预对准系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光刻机掩模预对准系统。本发明所公开的光刻机掩模预对准系统包括：位于掩模台的第一标记和第二标记；第一光路系统，包括第一照明模块、第一成像模块和第一探测模块；第二光路系统，包括第二照明模块、第二成像模块和第二探测模块；所述第一照明模块包括第一光源单元和第一准直单元，所述第二照明模块包括第二光源单元和第二准直单元，其中，所述第一光路系统与所述第二光路系统的结构相同。本发明具有对准精度高，测量范围大的特点，可实现掩模和掩模夹具与物镜工件台的预对准，使掩模进入到精密对准系统的捕获范围内以提高精密对准的效率，并使掩模位于物镜扫描范围内。

Description

光刻机掩模预对准系统

技术领域

本发明是有关于一种实时信号处理系统，且特别是有关于一种光刻机掩模预对准系统。

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信号采样、数据采集、信号实时处理系统。其中信号实时处理系统需要采用有效的信号处理模型和方法以达到高精密、高效率的要求。有该需求的装置包括：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、MEMS(微电子机械系统)/MOMS(微光机系统)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等。

上述装置中光刻对准系统的对准方法对于掩模对准的重复精度有较大影响。且随着半导体芯片特征尺寸的不断减小，以及硅片尺寸的不断增大，对芯片制造设备—光刻机的要求越来越高，硅片预对准系统是光刻机中重要组成部分，为了满足芯片加工工艺要求，必须研制出对准精度高，系统性能稳定，制造成本低廉的掩模预对准系统。

图1为美国专利US6952262中掩模预对准系统示意图。如图1所示，其中21为LED光源，6为掩模，10为掩模台，12是掩模夹具，11是掩模台驱动器，20为CCD相机。图2为美国专利US6952262中标记位置示意图。如图2所示，42和43是位于掩模或掩模夹具上的两个标记，可透光。由LED光源21发出的光束均匀照明掩模6或掩模夹具12上的标记42和43，然后由CCD相机探测这两个标记像的位置，并通过成像处理单元31和控制单元32，控制掩模台驱动器11，进行掩模预对准。美国专利US6952262采用LED光源照明掩模或掩模夹具上标记位置，通过安装在工件台上的CCD相机测量标记像，从而得到掩模、掩模夹具以及工件台的相对位置，由此进行掩模预对准。此系统结构简单，制造成本低，但由于LED发散角较大，标记在CCD相机上的像较模，而且由于使用CCD相机探测本身有误差，因此整个系统对准精度不高。

发明内容

本发明提供一种光刻机掩模预对准系统，以便于光刻机掩模方便快捷的实现预对准，提高系统调整的效率。

本发明所公开的光刻机掩模预对准系统包括：位于掩模台的第一标记和第二标记；第一光路系统，包括第一照明模块、第一成像模块和第一探测模块；第二光路系统，包括第二照明模块、第二成像模块和第二探测模块；所述第一照明模块包括第一光源单元和第一准直单元，所述第二照明模块包括第二光源单元和第二准直单元，其中，所述第一光路系统与所述第二光路系统的结构相同。

当本发明中的光源单元是LED光源时，所述准直单元包括直角棱镜和准直透镜，其中由所述LED光源发出的光束经所述直角棱镜后光路改变90°，再经所述准直透镜出射后照射所述标记。

当本发明中的光源单元是可见光波段的LD光源时，所述光源单元还包括匀光板和小孔光阑，所述准直单元包括直角棱镜和准直透镜，其中由所述LD光源发出的光束经匀光板、小孔光阑和直角棱镜后光路改变90°，再经所述准直透镜出射后照射所述标记。

本发明中的成像模块包括第一透镜组和第二透镜组，其中所述第一透镜组和所述第二透镜组均由一块直角棱镜和贴合于该直角棱镜直角面的一片平凸透镜组成，所述透过标记的光束经所述第一透镜组的平凸透镜、所述第一透镜组的直角棱镜和第二透镜组的直角棱镜后，从所述第二透镜组的平凸透镜出射。

本发明中的探测模块包括四象限光电传感器及其后继电路。

本发明具有对准精度高，测量范围大的特点，可实现掩模和掩模夹具与物镜工件台的预对准，使掩模进入到精密对准系统的捕获范围内以提高精密对准的效率，并使掩模位于物镜扫描范围内。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为美国专利US6952262中掩模预对准系统示意图。

图2为美国专利US6952262中标记位置示意图。

图3为本发明一实施例的示意图。

图4为四象限光电传感器示意图。

图5为本发明另一实施例的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

作为本发明的解决方案之一，提供一种应用于硅片预对准装置的光学系统结构。该结构由两组光学系统组成，每组系统包括照明模块、成像模块和探测模块。该系统照明模块由LED(发光二极管)光源、直角棱镜和准直透镜组成的，。由LED光源发出的光束经直角棱镜后光路改变90°，然后经过准直透镜出射，此时出射光斑直径不小于6mm，发散角不大于4°。LED光源的波长范围位于非可见的红外波段，不会对照在掩模板上的照明光束产生影响。光源出射功率大于20mW，出射光束发散角度在80°以内，光源出射面直径约0.8mm。直角棱镜直径约7mm，直角和45°的角度误差±1’。玻璃材料选用K9，直角面镀增透膜，波长880nm。斜面镀反射膜。准直透镜为一片平凸透镜，与直角棱镜直角面胶合，准直透镜的焦点位置位于LED光源附近，由光源发出的发散光束经过准直透镜后，其发散角不大于4°，近似于平行光。该系统成像模块包括两个由两块直角棱镜和两片平凸透镜。直角棱镜和平凸透镜胶合作为一组胶合镜，两组胶合镜对称放置，系统采用物方远心结构，即系统入瞳位于物方无限远，物方主光线平行光轴入射。成像模块对于距离相差20mm的两个物距，其成像光斑直径不超过0.4mm，放大倍率小于-0.75。该系统包括由两个四象限光电传感器及其后继电路组成的探测模块，其探测头表面直径Φ3mm，灵敏度0.4A/W，暗电流0.3nA。一个照明模块、一个成像模块和一个探测器组成一组系统，两组系统对称放置，其中心与掩模或掩模夹具标记位置中心重合。

本发明第一实施例如图3所示，照明系统由LED光源111、直角棱镜112和一片准直透镜113构成，其中LED光源111为光源单元，直角棱镜112和准直透镜组成准直单元113。LED光源111位于准直透镜113焦点位置处，光源出射光束的光强分布均匀，但具有一定的发散角，经过直角棱镜112后光束改变方向，垂直入射到准直透镜113上，经透镜会聚成准直光束，均匀照明到标记面。准直后系统发散角2°左右。标记位置有两处：掩模板114或者掩模夹具115，两者距离相差20mm。成像系统包括两组透镜，分别由直角棱镜117和平凸透镜116胶合而成，对称放置。标记面被准直光束均匀照明后，经成像系统成像在Quadcell探测器101上，其成像弥散斑斑大小不超过0.2mm。

四象限光电传感器(Quadcell)示意图如图4所示。Quadcell位于工件台的顶端，其感光面积7.2mm＾2，由不感光的金属分割线301、302分成四个部分，每个部分面积大小相等，可以把接收到的光能转换成电流，并通过后继电路计算出光能量的变化，由此计算出标记相对位置的变化，即掩模台相对于工件台位置的变化，为掩模台和工件台的预对准提供依据。

大功率的LED光源多位于非可见的红外波段，给系统装调带来困难。为此，在另一方案中考虑使用可见光波段的LD(激光二极管)光源，并对照明系统和成像改系统加以改进，其特点在于：照明光源使用可见光波段的LD光源，功率大于20mW，为以后的装调工作提供便利。照明系统中增加一块匀光板和一个小孔光阑，光阑直径不大于2mm，匀光板和小孔光阑粘和在一起，位于LD光源和准直透镜之间。准直透镜为一片平凸透镜，与直角棱镜直角面胶合，焦距不大于25mm，焦点位于小孔光阑附近。由LD光源发出的发散光束经过匀光板、小孔光阑和准直透镜后，光束发散角小于7°，功率不小于8mW。该系统包括两个由两块直角棱镜和两片平凸透镜组成的成像模块。直角棱镜和平凸透镜胶合作为一组胶合镜，两组胶合镜对称放置，系统采用物像双远心结构。对于距离相差20mm的两个物距，其成像光斑直径不超过0.3mm，放大倍率小于-0.75。

本发明的该另一实施例如图5所示，其照明模块包括LD光源211、匀光板212、小孔光阑213、直角棱镜214和准直透镜215。其中LD光源211、匀光板212、小孔光阑213组成光源单元，直角棱镜214和准直透镜215组成准直单元。照明光源采用可见光波段的LD半导体激光器，便于系统的装调。标记位置有两处：掩模板216或者掩模夹具217。成像系统包括两组透镜，分别由直角棱镜219和平凸透镜218胶合而成，对称放置。光源出射光束为椭圆形准直光，均匀性较差。匀光板212的主要作用是使光束经过匀光板212后光强分布均匀，但此时光束的准直性遭到破坏，光束的发散角极大。小孔光阑213与匀光板212粘合在一起位于准直透镜215焦点位置处，经过透镜后光束被再次准直，其发散角不超过7°。标记面被准直光束均匀照明后，经成像系统成像在Quadcell探测器201上

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (20)

1.一种光刻机掩模预对准系统，包括：

掩模台；

第一标记和第二标记位于所述掩模台；

第一光路系统，包括第一照明模块、第一成像模块和第一探测模块；

第二光路系统，包括第二照明模块、第二成像模块和第二探测模块；

其特征在于，所述第一照明模块包括第一点光源单元和第一准直单元，所述第二照明模块包括第二点光源单元和第二准直单元，其中，所述第一光路系统与所述第二光路系统的结构相同；所述准直单元包括直角棱镜和准直透镜，其中由所述光源发出的光束经所述直角棱镜后光路改变90°，再经所述准直透镜出射后照射所述标记；所述准直透镜为一片平凸透镜，并与所述直角棱镜的直角面胶合，所述成像模块包括第一透镜组和第二透镜组，其中所述第一透镜组和所述第二透镜组均由一块直角棱镜和贴合于该直角棱镜直角面的一片平凸透镜组成，所述照射标记的光束透过标记后经所述第一透镜组的平凸透镜、所述第一透镜组的直角棱镜和第二透镜组的直角棱镜后，从所述第二透镜组的平凸透镜出射。

2.根据权利要求1所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述掩模台包括掩模板和掩模夹具。

3.根据权利要求2所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述第一标记和所述第二标记设置于所述掩模台的掩模板上。

4.根据权利要求2所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述第一标记和所述第二标记设置于所述掩模台的掩模夹具上。

5.根据权利要求1所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述点光源单元包括LED光源。

6.根据权利要求1所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述直角棱镜的材料为K9玻璃。

7.根据权利要求6所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述直角棱镜的直径为7mm，其直角和45°角的角度误差为±1°。 

8.根据权利要求7所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述直角棱镜的直角面镀可透波长为880nm的增透膜，斜面镀反射膜。

9.根据权利要求5所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述准直透镜的焦点位置位于所述LED光源附近，由光源发出的发散光束经过准直透镜后，其发散角不大于4°。

10.根据权利要求1所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述光源单元包括可见光波段的LD光源。

11.根据权利要求10所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述光源单元还包括匀光板、小孔光阑。

12.根据权利要求11所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，由所述LD光源发出的光束经过所述匀光板、所述小孔光阑、所述直角棱镜后光路改变90°，再经所述准直透镜出射后照射所述标记。

13.根据权利要求12所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，经所述准直透镜出射后的光束发散角小于7°。

14.根据权利要求10所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述LD光源的功率不小于20mW，出射光束的发散角不大于0.5°，光斑直径不大于5mm。

15.根据权利要求11所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述小孔光阑直径不大于2mm。

16.根据权利要求11所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述匀光板和所述小孔光阑粘和在一起，位于所述LD光源和所述直角棱镜之间。

17.根据权利要求12所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述准直透镜的焦距不大于25mm，焦点位于小孔光阑附近。

18.根据权利要求1所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述成像模块对于距离相差20mm的两个物距，其成像光斑直径不超过0.4mm，放大倍率小于-0.75。

19.根据权利要求1所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述探测模块包括四象限光电传感器及其后继电路。

20.根据权利要求19所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于，所述探 测模块的探测头表面直径Φ=3mm，灵敏度0.4A/W，暗电流0.3nA。 

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