CN102193320A - 光刻机对准装置及其对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光刻机对准装置及其对准方法，该装置包括光源，准直镜，待对准的掩模，掩模上的标记，和四象限光强传感器，标记呈近十字形，关于X，Y轴对称，标记在X轴方向的长度H与在Y轴方向的长度L之间具有设定差值，标记的侧面边缘与坐标轴具有设定角度。该对准方法包括：准直镜将光源发出的光准直照射到掩模的标记上；透过标记的准直光束垂直入射到四象限光强传感器上；根据四象限光强传感器的信息计算当前掩模的X轴和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度；反馈给掩模运动系统对掩模进行位置移动和旋转，完成预对准过程。本发明提出的光刻机对准装置及其对准方法，用于光刻机掩模预对准，节约掩模空间，提高掩模利用率。

Description

光刻机对准装置及其对准方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，且特别涉及一种光刻机对准装置及其对准方法。

背景技术

光刻机中的预对准技术是使掩模在一定精度范围内与物镜光轴进行预对准，包括旋转和水平方向对准，以使得对准标记处于精密对准系统的捕获范围内，预对准的成功与否以及其效率的高低直接影响着生产效率的高低。

专利CN2421670提供了一种硅片预对准装置，该装置的特点是利用四象限探测器分别采集硅片上两个标记的像，利用每个象限之间能量差值关系表征硅片的位置信息，这种装置是光刻机系统中常用的预对准方法，可用于掩模预对准或硅片预对准。

这种方法的缺点是每个测量系统只能测量X，Y两个自由度的位置，需要同时提供两套测量系统才能测量待对准设备的旋转Rz。

发明内容

本发明提出一种光刻机对准装置及其对准方法，可以用于光刻机掩模预对准，节约掩模空间，提高掩模利用率。

为了达到上述目的，本发明提出一种光刻机对准装置，包括光源，以及所述光源光径上的准直镜，待对准的掩模，掩模上面的标记，和四象限光强传感器，所述标记呈近十字形，其分别关于X、Y轴对称，其中所述标记在X轴方向的长度H与标记在Y轴方向的长度L之间具有设定差值，所述设定差值越大，对准装置对旋转角度的测量越精确，所述标记的侧面边缘与坐标轴具有设定角度，所述设定角度用于增加旋转角度的测量范围，同时使所述四象限光强传感器的各象限输出数据远离零点，位于线性区域内。

进一步的，所述四象限光强传感器的中心与所述标记的中心重合，透过标记照射到所述四象限光强传感器上的为能量均匀的光线。

为了达到上述目的，本发明还提出一种光刻机对准装置的对准方法，包括下列步骤：

所述准直镜将光源发出的光准直照射到掩模的标记上；

透过标记的准直光束垂直入射到四象限光强传感器上；

根据四象限光强传感器的信息计算当前掩模的X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度；

反馈给掩模运动系统对掩模进行位置移动和旋转，完成预对准过程。

进一步的，所述四象限光强传感器在准直光束照射的情况下，电流输出与光照面积成正比，由光强传感器的电流输出得到传感器的光照面积S＝K_I(I+I₀)，其中I表示输出电流，K_I表示各象限输出电流对各象限光照面积的增益，I₀表示各象限输出电流的偏置。

进一步的，所述掩模的X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度分别为X，Y，Rz：

X＝k_x*((A+D)-(B+C))

Y＝k_y*((A+B)-(C+D))

Rz＝k_Rz*((B+D)-(A+C))

其中，k_x，k_x，k_rz为各方向位移敏感度，为常数，A，B，C，D为四象限光强传感器在各个象限的光照面积，Rz的正方向为逆时针方向。

进一步的，所述掩模的X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度的修正计算方法为：

Rz_new＝k′Rz_old/((L²+Y_old ²-H²-X_old ²))

X_new＝X_old+2Y_old*Rz_new

Y_new＝Y_old-2X_new*Rz_new

其中，k′为比例系数，是常数，计算的粗略坐标为(X_old，Y_old，Rz_old)，精确坐标为(X_new，Y_new，Rz_new)。

本发明提供一种光刻机对准装置及其对准方法，可以用于光刻机掩模预对准，该装置只需使用一套光源，标记，四象限光强传感器，就可以达到测试平面上X，Y，Rz三个自由度的目的，即节约空间，又节约材料。用在光刻机上，可以节约掩模空间，提高掩模利用率。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的用于光刻机预对准的对准装置结构示意图。

图2所示为本发明较佳实施例的对准装置的标记结构示意图。

图3所示为均匀光透过标记后在四象限光强传感器上的投影示意图。

图4所示为掩模移动后的均匀光透过标记后在四象限光强传感器上的投影示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例说明如下。

本发明提出一种光刻机对准装置及其对准方法，可以用于光刻机掩模预对准，节约掩模空间，提高掩模利用率。

请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的用于光刻机预对准的对准装置结构示意图。本发明提出一种光刻机对准装置，包括光源1，以及所述光源传播路径上的准直镜2，待对准的掩模3，掩模上面的标记4，和四象限光强传感器5，所述标记4呈近十字形，其关于X，Y轴对称，其中所述标记4在X轴方向的长度H与标记4在Y轴方向的长度L之间具有设定差值，所述标记4的侧面边缘与坐标轴具有设定角度。

本发明还提出的光刻机对准装置的对准方法包括：准直镜2将光源1发出的光准直照射到掩模3的标记4上，透过标记4的准直光束6垂直入射到四象限光强传感器5上，根据四象限光强传感器5的信息计算当前掩模3的X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度，反馈给掩模运动系统对掩模3进行位置移动和旋转，完成预对准过程。

再请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的对准装置的标记结构示意图。本发明的标记4如图2所示，所述标记4的特征在于：

1、标记4呈近十字形。

2、标记4关于X，Y轴对称。

3、标记4非中心对称：标记4在X方向的长度H与标记4在Y方向的长度L之间有设定差值，这个差值越大，对准系统对旋转角度Rz的测量也越精确。

4、标记4的侧面边缘与坐标轴有设定角度；该角度的存在可以增加对准系统对旋转角度Rz的测量范围，也可以使四象限光强传感器5的各象限输出数据远离零点，位于线性区域内。

再请参考图3，图3所示为均匀光透过标记后在四象限光强传感器上的投影示意图。如图3所示，准直光透过标记照射到四象限光强传感器上，所述四象限光强传感器的中心与标记的中心重合，中间近十字形区域为光照区域，阴影部分为光未照到的区域。

对于四象限光强传感器，它的输出与光照强度成正比，在准直光照射的情况下，他的输出与光照面积成正比，因此由光强传感器的电流输出可以得到传感器的光照面积。

设任一象限的光照面积为S，输出电流为I，则有：

S＝K_I(I+I₀)……………………………………………………(1)

上式中K_I表示各象限输出电流对各象限光照面积的增益，I₀表示各象限输出电流的偏置，这两个值与四象限光强传感器的物理特性相关，为常数。

下面从光照面积出发，给出本发明中三自由度坐标(X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度Rz)的计算方法。

在L＞＞y0并且L＞＞x0并且H＞＞y0并且H＞＞x0的情况下(其中“＞＞”表示“远大于”，这里指前者是后者的1000倍以上)，可以用下列公式近似的计算X，Y，Rz：

X＝k_x*((A+D)-(B+C))

Y＝k_y*((A+B)-(C+D))

Rz＝k_Rz*((B+D)-(A+C))……………………………………(2)

上式中，Kx，Ky，Krz为各方向位移敏感度，为常数。A，B，C，D为四象限光强传感器在各个象限的光照面积，可以通过各象限输出电流值转换得到。式(2)中Rz的正方向为逆时针方向。

当标记在x，y上的移动相比于标记旁枝的长度有较大影响时，要重新考虑数学模型；此时的X，Y，Rz相互耦合在一起，需要求解方程才能计算出真实的X，Y，Rz；本发明采用先计算出粗略X，Y，Rz，然后进行修正的方法进行处理。

再请参考图4，图4所示为掩模移动后的均匀光透过标记后在四象限光强传感器上的投影示意图。设掩模从(0，0，0)移动到了(x，y，rz)，如图4所示：四象限光强传感器各个象限的光照面积变化量为：

Δ1＝(L+y)²*Rz

Δ2＝(H-x)²*Rz

Δ3＝(L-y)²*Rz

Δ4＝(H+x)²*Rz……………………………………………(3)

(B+D)-(A+C)

＝(Δ1-Δ2+Δ3-Δ4-(Δ4-Δ1)-(Δ2-Δ3))

＝4(L²+y²-H²-x²)Rz………………………(4)

(A+B)-(C+D)

＝(Δ4-Δ1+Δ1-Δ2-(Δ2-Δ3)-(Δ3-Δ4))+2Hy

＝4HxRz+2Hy    …………………(5)

(A+D)-(B+C)

＝(Δ4-Δ1+Δ3-Δ4-(Δ1-Δ2)-(Δ2-Δ3))+2Lx

＝-4LyRz+2Lx    …………………(6)

设计算的粗略坐标为(X_old，Y_old，Rz_old)；精确坐标为(X_new，Y_new，Rz_new)；由上述误差分析过程可得到修正公式为：

Rz_new＝k′Rz_old/((L²+Y_old ²-H²-X_old ²))

X_new＝X_old+2Y_old*Rz_new    ………………………………………(7)

Y_new＝Y_old-2X_new*Rz_new

公式(7)中，k′为比例系数，是一个常数。

本发明针对所提出的对准装置给出如公式(7)的修正计算方法，可以计算更精确的X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度Rz。

综上所述，本发明提供一种光刻机对准装置及其对准方法，可以用于光刻机掩模预对准，该装置只需使用一套光源，标记，四象限光强传感器，就可以达到测试平面上X，Y，Rz三个自由度的目的，即节约空间，又节约材料。用在光刻机上，可以节约掩模空间，提高掩模利用率。

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，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种光刻机对准装置，包括光源，以及所述光源传播路径上的准直镜，待对准的掩模，掩模上面的标记，和四象限光强传感器，其特征在于，所述标记呈近十字形，其分别关于X、Y轴对称，其中所述标记在X轴方向的长度H与标记在Y轴方向的长度L之间具有设定差值，所述设定差值越大，对准装置对旋转角度的测量越精确，所述标记的侧面边缘与坐标轴具有设定角度，所述设定角度用于增加旋转角度的测量范围，同时使所述四象限光强传感器的各象限输出数据远离零点，位于线性区域内。

2.根据权利要求1所述的光刻机对准装置，其特征在于，所述四象限光强传感器的中心与所述标记的中心重合，透过标记照射到所述四象限光强传感器上的为能量均匀的光线。

3.一种根据权利1所述的光刻机对准装置的对准方法，其特征在于，包括下列步骤：

所述准直镜将光源发出的光准直照射到掩模的标记上；

透过标记的准直光束垂直入射到四象限光强传感器上；

根据四象限光强传感器的信息计算当前掩模的X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度；

反馈给掩模运动系统对掩模进行位置移动和旋转，完成预对准过程。

4.根据权利要求3所述的光刻机对准装置的对准方法，其特征在于，所述四象限光强传感器在准直光束照射的情况下，电流输出与光照面积成正比，由光强传感器的电流输出得到传感器的光照面积S＝K_I(I+I₀)，其中I表示输出电流，K_I表示各象限输出电流对各象限光照面积的增益，I₀表示各象限输出电流的偏置。

5.根据权利要求4所述的光刻机对准装置的对准方法，其特征在于，所述掩模的X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度分别为X，Y，Rz：

X＝k_x*((A+D)-(B+C))

Y＝k_y*((A+B)-(C+D))

Rz＝k_Rz*((B+D)-(A+C))

其中，k_x，k_x，k_rz为各方向位移敏感度，为常数，A，B，C，D为四象限光强传感器在各个象限的光照面积，Rz的正方向为逆时针方向。

6.根据权利要求5所述的光刻机对准装置的对准方法，其特征在于，所述掩模的X轴坐标和Y轴坐标以及绕四象限光强传感器法线方向的旋转角度的修正计算方法为：

Rz_new＝k′Rz_old /((L²+Y_old ²-H²-X_old ²))

X_new＝X_old+2Y_old*Rz_new

Y_new＝Y_old-2X_new*Rz_new

其中，k′为比例系数，是常数，计算的粗略坐标为(X_old，Y_old，Rz_old)，精确坐标为(X_new，Y_new，Rz_new)。

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