CN102486622B

CN102486622B - 光刻机掩模预对准装置及方法

Info

Publication number: CN102486622B
Application number: CN201010572160.5A
Authority: CN
Inventors: 张品祥; 郭勇; 朱立荣
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: CN102486622A

Abstract

本发明公开了一种用于光刻机的掩模预对准装置，包括：调制信号电源，照明模块，掩模，掩模预对准标记、四象限传感器和信号处理模块组成，所述调制信号电源提供两种不同频率的电流或电压使照明模块出射两种不同频率的光斑，所述两种不同频率的光斑被所述四象限传感器同时接收。本发明简化了现有技术中复杂的预对准装置结构，节省了光刻机内部布局空间，实现了光刻机的整体性能的提升，降低了生产制造和集成成本。

Description

光刻机掩模预对准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻机的掩模预对准装置及方法。

背景技术

光刻机是一种应用于集成电路制造的装备，利用该装备包括但不限于：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及印刷电路板加工装置等。

光刻机的掩模预对准是将掩模在一定对准精度范围内与光刻物镜光轴进行预对准，包括水平位移方向和水平旋转方向的对准，以使得掩模的精对准标记位于精对准系统的捕获范围内。掩模预对准的精度影响精对准的效率，而掩模预对准的效率影响着掩模的上片速度，所以，掩模预对准影响着光刻机的曝光生产效率，提高预对准的效率和精度是提高光刻机生产效率的重要一环。

如图1所示，专利CN101403865提供了一种掩模预对准装置，该装置的技术特点是具有左右对称的两路对准光路，使用两个四象限传感器101分别采集掩模上的两个预对准标记，利用每个象限之间能量差值关系表征掩模的位置信息。这种装置是光刻机系统中常用的预对准方法，无论是用于掩模预对准还是硅片预对准。但是，这种预对准装置的对准精度受限于照明的能量，稳定性，震动和四象限传感器的精度等因素。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中所存在的问题，提供一种结构简洁、工程制造成本较低的光刻机掩模预对准装置及方法。

为了实现上述发明目的，本发明公开的技术方案如下：

一种用于光刻机的掩模预对准装置，包括：调制信号电源，照明模块，掩模，掩模预对准标记、四象限传感器和信号处理模块组成，其特征在于所述调制信号电源提供两种不同频率的电流或电压使照明模块出射两种不同频率的光斑，所述两种不同频率的光斑经过设置在所述掩模上的所述掩模预对准标记后，被所述四象限传感器接收。

其中，所述照明模块包括两个结构相同的照明构件，用于发射脉冲式发射光。

其中，所述掩模预对准标记至少包括形状相同的第一掩模预对准标记和第二掩模预对准标记。

其中，所述掩模预对准标记为中心对成形图案标记。

其中，所述信号处理模块包括信号采集组件和信号计算组件，所述信号采集组件将输入信号根据不同频率分开，所述信号计算组件计算所述掩模的水平位移和水平旋转位置信息。

一种用于光刻机的掩模预对准方法，包括调制信号电源提供两种不同频率的电流或电压使照明模块出射两种不同频率的光斑，所述两种不同频率的光斑，在通过设置在掩模上的掩模预对准标记后，被四象限传感器接收并转化为输入信号，信号处理模块将所述输入信号根据不同频率分开并计算所述掩模的水平位移和水平旋转位置信息。

进一步地，所述计算掩模的水平位移和水平旋转位置信息，步骤如下：

步骤1，所述掩模预对准标记设置有第一掩模预对准标记和第二掩模预对准标记，

步骤2，所述两种不同频率的光斑包括第一光斑和第二光斑，所述第一光斑通过所述第一掩模预对准标记获得第一标记投影光斑，所述第二光斑通过所述第二掩模预对准标记获得第二标记投影光斑，

步骤3，所述四象限传感器设置有感光区域，划分所述感光区域为A象限，B象限，C象限，及D象限，用于接受上述第一标记投影光斑及第二标记投影光斑，按照投影位置与上述象限的关系，划分为第一标记投影光斑A象限信号A_{s_l}，第一标记投影光斑B象限信号B_{a_l}，第一标记投影光斑C象限信号C_{s_l}，第一标记投影光斑D象限信号D_{s_l}，第二标记投影光斑A象限信号A_{s_r}，第二标记投影光斑B象限信号B_{s_r}，第二标记投影光斑C象限信号C_{s_r}，第二标记投影光斑D象限信号D_{s_}r，

步骤4，根据下列公式，计算出所述掩模的位置信息，

X＝a(A_{s_l}+B_{s_l}+A_{s_r}+B_{s_r}-C_{s_l}-D_{s_l}-C_{s_r}-D_{s_r})

Y＝b(A_{s_l}+D_{s_l}+A_{s_r}+D_{s_r}-B_{s_l}-C_{s_l}-B_{s_r}-C_{s_r})

Rz＝c[(A_{s_l}+B_{s_l}+A_{s_r}-C_{s_l}-D_{s_l})-(A_{s_r}+B_{s_r}-C_{s_r}-D_{s_r})]/L

其中，X表示所述掩模相对于所述四象限传感器的水平方向中X向位置，Y表示所述掩模相对于所述四象限传感器的水平方向中垂直于X的Y向位置，Rz表示所述掩模相对于所属四象限传感器的水平旋转方向Rz向位置。a表示X向位移系数，b表示Y向位移系数，c表示Rz向位移系数，L表示标第一掩模预对准标记和第二掩模预对准标记之间的长度距离。

其中，所述其中所述第一掩模预对准标记和所述第二掩模预对准标记为形状相同的中心对称形图案标记。

其中，所述两种不同频率的光斑经过设置在所述掩模上的所述掩模预对准标记后，在空间传播过程中，被所述四象限传感器同时接收。

与现有技术相比较，本技术方案仅使用了一个四象限传感器，简化了现有技术中复杂的预对准装置结构，节省了光刻机内部布局空间，实现了光刻机的整体性能的提升，降低了生产制造和集成成本。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图1是现有技术中掩模预对准装置结构示意图；

附图2是本发明的掩模预对准装置结构示意图；

附图3是本发明的照明模块的结构示意图；

附图4是四象限传感器的感光面示意图；

附图5是标记光斑投影于四象限传感器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明提供一种用于光刻机的掩模预对准装置，本发明同时还提供一种用于光刻机的掩模预对准方法。

附图2是本发明的掩模预对准装置结构示意图。本发明所涉及的掩模预对准装置由调制信号电源，照明模块，掩模，掩模预对准标记，四象限传感器和信号处理模块组成。照明模块投射的光斑照射与掩模预对准标记上，并最终被四象限传感器接收。本发明的调制信号电源是整个装置的供电来源，照明模块用以提供光源。根据掩模预对准系统及光刻机设备的特点，照明模块所提供的光源具有准直性和均匀性特点时，技术效果更加优异。掩模是光刻机设备的重要组成部件，在现有技术中有充分的阐述，因此此处不对其作出叙述。

调制信号电源1为照明模块供电，其技术特点是输出两种频率不同的电压或电流给照明模块。如图1中所示，照明模块由两个照明部件组成，为了将其区别，按照图示中的位置，将其称为左照明部件3和右照明部件2。左照明部件3和右照明部件2具有完全相同的内部结构。调制信号电源1通过输出两种频率不同的电压或电流给左照明部件3和右照明部件2，使左照明部件2发射光的频率和右照明部件3发射光的频率不同。

左照明部件3和右照明部件2具有完全相同的内部结构。如图3所示，图3是照明模块中的任一照明部件的结构示意图。该照明部件由光源21和聚光器件22构成。光源21放置于聚光器件22的焦点F处，以获得具有准直性和均匀性的出射光斑。为了使照明部件所出射的光斑能令具有一定的照明均匀性，能满足预对准的对准精度和线性测量特性，本领域技术人员可根据不同的照明均匀性要求，选择具体的可以提供聚光效果的器件，例如光学透镜，特别是准直透镜等。在本实施例中，为了实现最好的技术效果，光源21选择发光二极管(LED)。因为调制信号电源1所供给的是具有一定频率的电压或电流，而LED具有可脉冲式工作的特点。另外，LED具有能量高，寿命长，稳定性好等特点。但是本领域技术人员可以知晓，半导体激光器件LD等具有可脉冲式工作特点的光源同样可以实现本技术方案。

本实施例中，掩模预对准标记包括位于掩模板上的左预对准标记5和右预对准标记6，上述标记具有相同的尺寸外形和构造。标记的形状关于中心对准，即关于X轴和Y轴对称，X轴和Y轴是光刻机中所定义的，其闭合图形区域内是透光的。标记的外围尺寸要使得标记被照明部件2所投影的光斑小于四象传感器7的感光面积。一般采用的标记形状为十字形，如图2所示，标记被照明部件照射的投影光斑51小于四象传感器的感光面积71。

信号处理部件的作用是采集并处理信号。在本实施例中，信号处理部件8主要由信号采集组件81和信号计算组件82所组成，信号采集组件81的特点是能分辨不同频率的信号，把不同频率的信号分开输出给信号计算组件82。信号计算组件82的作用是根据预先制定的预对准算法处理信号，给出当前掩模的位置信息，包括水平位移XY和水平旋转Rz三个位置信息。

下面阐述本发明所涉及的用于光刻机的掩模预对准方法。

参见附图2所示的掩模预对准装置结构示意图，调制信号电源1分别为左照明部件2和右照明部件3提供不同频率的电压或电流，使得左照明部件2发射光和右照明部件3发射光的频率不同，分别称为右频率和左频率。左频率发射光23将掩模4上的左预对准标记5投影到四象限传感器7上，同样的，右频率发射光33将掩模4上的右预对准标记6投影到四象限传感器7上。因此，四象限传感器7同时接收了两个标记的投影光斑能量。四象限传感器7将两个标记的投影光斑的混合能量信号输出到信号采集组件81。如图5中所示，输入信号有四路，其中四象限传感器7的象限A输出的信号，称为As；象限B的信号，称为Bs；象限C的信号，称为Cs；象限D的信号，称为Ds。信号采集组件81具有信号分频的作用，四路信号A_s，B_s，C_s，D_s经过信号采集组件81分频后，被分为八路信号输出，具有左频率的四路信号称为左标记信号，分别为：A_{s_l}，B_{s_l}，C_{s_l}，D_{s_l}。，具有右频率的四路信号称为右标记信号，分别为：A_{s_r}，B_{s_r}，C_{s_r}，D_{s_r}。

该掩模预对准方法中计算掩模的水平位移和水平旋转位置信息的步骤如下：

步骤3，所述四象限传感器设置有感光区域，划分所述感光区域为A象限，B象限，C象限，及D象限，用于接受上述第一标记投影光斑及第二标记投影光斑，按照投影位置与上述象限的关系，划分为第一标记投影光斑A象限信号A_{s_l}，第一标记投影光斑B象限信号B_{s_l}，第一标记投影光斑C象限信号C_{s_l}，第一标记投影光斑D象限信号D_{s_l}，第二标记投影光斑A象限信号A_{s_r}，第二标记投影光斑B象限信号B_{s_r}，第二标记投影光斑C象限信号C_{s_r}，第二标记投影光斑D象限信号D_{s_r}，

步骤4，根据下列公式，计算出所述掩模的位置信息，

左标记信号A_{s_l}，B_{s_l}，C_{s_l}，D_{s_l}和右标记信号A_{s_r}，B_{s_r}，C_{s_r}，D_{s_r}输入到信号计算组件82，信号计算组件82根据以下算法计算出当前的掩模4位置信息：

X＝a(A_{s_l}+B_{s_l}+A_{s_r}+B_{s_r}-C_{s_l}-D_{s_l}-C_{s_r}-D_{s_r})

Y＝b(A_{s_l}+D_{s_l}+A_{s_r}+D_{s_r}-B_{s_l}-C_{s_l}-B_{s_r}-C_{s_r})

其中，X表示掩模4相对于四象限传感器7的X向位置，Y表示掩模4相对于四象限传感器7的Y向位置，Rz表示掩模4相对于四象限传感器7的Rz向位置。a表示X向位移系数，b表示Y向位移系数，c表示Rz向位移系数，L表示左右标记之间的长度距离。其中位移系数可以通过另一测量位置仪器标定得出。

综上所述，本发明提供了一种光刻机掩模预对准技术，具有双对准光路和单传感器的特点，在保持与传统对准装置相同的性能前提下，简化了传统的预对准装置结构，节省光刻机内部布局空间，降低了生产制造和集成成本。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims

1.一种用于光刻机的掩模预对准装置，包括：调制信号电源，照明模块，掩模，掩模预对准标记、四象限传感器和信号处理模块组成，其特征在于所述调制信号电源提供两种不同频率的电流或电压使照明模块出射两种不同频率的光斑，所述两种不同频率的光斑分别经过位于所述掩模不同位置上的所述掩模预对准标记后，被所述四象限传感器接收后，由所述信号处理模块的信号采集组件根据不同频率分开。

2.如权利要求1所述的掩模预对准装置，其特征在于所述照明模块包括两个结构相同的照明构件，用于发射脉冲式发射光。

3.如权利要求1所述的掩模预对准装置，其特征在于所述掩模预对准标记至少包括形状相同的第一掩模预对准标记和第二掩模预对准标记。

4.如权利要求3所述的掩模预对准装置，其特征在于所述掩模预对准标记为中心对成形图案标记。

5.如权利要求1所述的掩模预对准装置，其特征在于所述信号处理模块包括信号采集组件和信号计算组件，所述信号采集组件将输入信号根据不同频率分开，所述信号计算组件计算所述掩模的水平位移和水平旋转位置信息。

6.一种用于光刻机的掩模预对准方法，包括调制信号电源提供两种不同频率的电流或电压使照明模块出射两种不同频率的光斑，所述两种不同频率的光斑，在分别通过位于掩模不同位置上的掩模预对准标记后，被四象限传感器接收并转化为输入信号，信号处理模块将所述输入信号根据不同频率分开并计算所述掩模的水平位移和水平旋转位置信息。

7.如权利要求6所述的掩模预对准方法，其特征在于所述计算掩模的水平位移和水平旋转位置信息，步骤如下：

步骤4，根据下列公式，计算出所述掩模的位置信息，

X=a(A_{s_l}+B_{s_l}+A_{s_r}+B_{s_r}-C_{s_l}-D_{s_l}-C_{s_r}-D_{s_r})

Y=b(A_{s_l}+D_{s_l}+A_{s_r}+D_{s_r}-B_{s_l}-C_{s_l}-B_{s_r}-C_{s_r})

Rz=c[(A_{s_l}+B_{s_l}+A_{s_r}-C_{s_l}-D_{s_l})-(A_{s_r}+B_{s_r}-C_{s_r}-D_{s_r})]／L

其中，X表示所述掩模相对于所述四象限传感器的水平方向中X向位置，Y表示所述掩模相对于所述四象限传感器的水平方向中垂直于X的Y向位置，Rz表示所述掩模相对于所属四象限传感器的水平旋转方向Rz向位置；a表示X向位移系数，b表示Y向位移系数，c表示Rz向位移系数，L表示标第一掩模预对准标记和第二掩模预对准标记之间的长度距离。

8.如权利要求7所述的掩模预对准方法，其特征在于其中所述第一掩模预对准标记和所述第二掩模预对准标记为形状相同的中心对称形图案标记。

9.如权利要求6所述的掩模预对准方法，其特征在于所述两种不同频率的光斑分别经过位于所述掩模不同位置上的所述掩模预对准标记后，在空间传播过程中，被所述四象限传感器同时接收。