CN102540744B - 掩模对准探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种掩模对准探测装置及方法，照明系统将照明光束照射到掩模对准标记上；光电组件，探测所述掩模对准标记的空间像经过透射型标记后的光强信息，所述光电组件依次包括光子转换晶体、光学滤波片、光电探测器，所述光电探测器通过隔离板的通孔与光学滤波片相连；有通孔的工件台基准板，所述透射型标记通过工件台基准板通孔与所述光子转换晶体直接连接。所述掩模对准探测装置及方法采用具有通孔的工件台基准板，在降低工件台加工制造难度的同时，使光子转换晶体与透射型标记间隔减小，降低了透射型标记各子标记的透射光信号间串扰，提高了对准精度。

Description

掩模对准探测装置及方法

技术领域

本发明涉及对准探测领域，特别涉及应用于光刻装置的掩模对准探测装置及方法。

背景技术

由于高精度和高产能的需要，工业装置中存在大量精密光电测量和高速实时信号采样、数据采集、数据交换和通信传输测量系统和控制系统。这些系统需要采用多种方式实现传感器信号采样、数据采集、数据交换和数据传输通信等控制。这些装置包括：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，对准系统为同轴对准系统与离轴对准系统，分别实现掩模(或掩模台基准板)与工件台基准板间及硅片与工件台基准板间的位置对准，通过对准操作确定掩模与硅片间的位置关系，准确地将掩模图形曝光在硅片相应的位置。光刻装置的同轴对准系统包括：照明系统、掩模板、掩模台、掩模台位置探测器、投影光学系统、工件台及工件台基准板、工件台位置探测器；其中掩模板上有掩模图案和掩模对准标记，投影光学系统用于将掩模图案投射形成空间像，用工件台基准板基准标记下方的探测装置探测该空间像；掩模台位置探测器和工件台位置探测器分别监测对准扫描过程中的掩模台和工件台的空间位置。

由于光刻设备的探测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，对该探测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。现有产品中荷兰ASML公司的探测装置的石英板盲孔加工制造困难，盲孔与光子转换晶体难于装配，其位置精度直接影响探测装置的能量利用率，标记各分支产生的透射光学信号间有串扰，其直接影响对准重复精度指标。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明解决的技术问题是避免透射光学信号窜扰，提高位置探测装置的装配精度与装配方便性，从而提高光刻设备的性能与效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种掩模对准探测装置，包括：

透射型标记；

光电组件，探测掩模对准标记的空间像经过上述透射型标记后的光强信息，所述光电组件依次包括光子转换晶体、光学滤波片、光电探测器，所述光电探测器通过隔离板的通孔与光学滤波片相连；

工件台基准板，上面有通孔，所述透射型标记通过工件台基准板通孔与所述光子转换晶体直接连接。

光电组件的结构进一步包括所述光子转换晶体和光学滤波片安装在光学支架的通孔中，所述掩模对准探测装置设置有暗销，用于将所述光学支架、所述隔离板和所述光电探测器支架固定，预放大电路板与所述光电探测器支架相连接。

进一步的，所述工件台基准板通孔边沿呈阶梯状，所述透射型标记放置在所述工件台基准板通孔边沿上，形成复合盲孔结构。

优选的，所述掩模对准探测装置设置有标记承载板，所述透射型标记设置在所述标记承载板上。

更进一步，所述标记承载板为石英板。

优选的，所述工件台基准板上还有反射型标记，用于硅片与工件台对准。

与现有技术相比，上述掩模对准探测装置具有以下优点：采用具有通孔的工件台基准板，从而在保证探测装置结构紧凑的基础上，降低了工件台基准板的加工难度、加工成本和透射型标记分支间光串扰量，提高了工件台基准板加工成品率，提高了同轴对准系统的对准重复精度。

本发明还提供了一种掩模对准探测方法，包括：

照明系统将照明光束照射到掩模对准标记上；

所述掩模对准标记通过投影物镜形成空间像；

光电组件探测所述空间像经过透射型标记后的光强信息，所述光电组件依次包括光子转换晶体、光学滤波片、光电探测器，所述光电探测器通过隔离板的通孔与光学滤波片相连，所述透射型标记通过工件台基准板通孔与所述光子转换晶体直接连接。

具体的，所述光子转换晶体和光学滤波片安装在光学支架的通孔中。

更进一步，所述掩模对准探测装置设置有暗销，用于将所述光学支架、所述隔离板和所述光电探测器支架固定，预放大电路板与所述光电探测器支架相连接。

具体的，所述工件台基准板通孔边沿呈阶梯状，所述透射型标记放置在所述工件台基准板通孔边沿上，形成复合盲孔结构。

附图说明

图1是包含同轴对准系统的光刻装置结构示意图；

图2是现有技术光刻装置中掩模对准探测装置结构示意图；

图3是本发明掩模对准探测装置第一种实施方案结构示意图；

图4是图3所示掩模对准探测装置中光电组件结构示意图；

图5是图3所示掩模对准探测装置中带有透射型标记的石英片；

图6是图4所示光电组件与图5所示带有透射型标记的石英片的装配结构示意图；

图7是图3所示掩模对准探测装置中反射型标记与工件台基准板结构示意图；

图8是本发明掩模对准探测装置第二种实施方案结构示意图；

图9是图8所示掩模对准探测装置中带有透射型标记的石英片；

图10是图8所示掩模对准探测装置中反射型标记与工件台基准板结构示意图；

图11是图9所示带有透射型标记的石英片和图10所示反射型标记与工件台基准板装配结构示意图；

图12是图8所示掩模对准探测装置中光电组件结构示意图；

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。

参照图1所示，光刻装置包括：用于提供曝光光束的照明系统1；用于支承掩模板2的掩模支架和掩模台3，掩模板2上有掩模图案和掩模对准标记RM；用于将掩模板2上的掩模图案投影到硅片6的投影光学系统4；用于支承硅片6的硅片支架和工件台8，工件台8上有刻有基准标记FM的工件台基准板9，硅片6上有周期性光学结构的对准标记WM，基准标记FM包含有用于硅片对准的反射型标记和掩模对准的透射型标记。该光刻设备还包括用于硅片与工件台对准的离轴对准系统5。

其中，照明系统1包括一个光源、一个使照明均匀化的透镜系统、一个反射镜、一个聚光镜(图中均未示出)。作为一个光源单元，采用KrF准分子激光器(波长248nm)、ArF准分子激光器(波长193nm)、F2激光器(波长157nm)、Kr2激光器(波长146nm)、Ar2激光器(波长126nm)、或者使用超高压汞灯(g-线、i-线)等。照明系统1均匀出射的曝光光束照射在掩模板2上，掩模板2上包含有掩模图案和周期性结构的掩模标记RM，用于掩模对准。掩模台3可以在垂直于照明系统光轴(与投影物镜的光轴重合)的X-Y平面内移动，并且在预定的扫描方向以特定的扫描速度移动。投影光学系统5(投影物镜)位于图1所示的掩模台3下方。

通过工件台8上基准标记FM中的透射型标记与掩模对准标记RM对准，实现掩模对准。照明系统1将照明光束照射到掩模对准标记RM上，再经过投影光学系统5投射形成空间像，并用基准标记FM中的透射型标记探测该空间像；探测装置11用于检测空间像经过基准标记FM透射后的光强信息；掩模台位置探测器7和工件台位置探测器10分别监测对准扫描过程中的掩模台3和工件台8的空间位置，将探测到的所有信息采集到对准信号处理装置12中，处理对准信号得到对准位置。

通过离轴对准系统5测量位于硅片上的多个对准标记WM以及工件台上基准板的基准标记，实现硅片与工件台对准。

离轴对准系统5的对准信息传输到对准信号处理装置12，进行对准信号处理得到对准位置。

参照图2，现有技术中掩模对准探测装置20包括：

工件台基准板9，上表面有包含反射型标记31和透射型标记30的基准标记，工件台基准板9下表面有一个盲孔；光学支架22，安装在工件台基准板9的盲孔中，光学支架22的通孔中安装有光子转换晶体23和光学滤波片24；光电探测器25，安装在隔离板26通孔中；暗销27；光电探测器支架28；预放大电路板29。光电探测器25与光学滤波片24连接，暗销27将光学支架22、隔离板26和光电探测器支架28固定，预放大电路板29与光电探测器支架28相连，并一起与工件台基准板21固定。

实施例一

参照图3至图7，图4为装配完成的光电组件32，光电组件32探测掩模对准标记的空间像经过上述透射型标记后的光强信息，包括图2中描述的光学支架、光子转换晶体、光学滤波片、光电探测器、隔离板、暗销、光电探测器支架、预放大电路板。光电组件32中各组成部分与图2中所述的现有技术相同部分组成方式相同，光子转换晶体、光学滤波片和光电探测器依次连接，所述光子转换晶体和光学滤波片安装在光学支架的通孔中，暗销将所述光学支架、所述隔离板和所述光电探测器支架固定，预放大电路板与所述光电探测器支架相连接，所述光电探测器通过隔离板的通孔与光学滤波片相连；图5为带有透射型标记的石英片33，由标准掩模板制造得到，制造过程包括透射型标记制造和机械加工，透射型标记也可以设置在其他标记承载板上，所述透射型标记包括至少两个透射型子标记，即透射型标记的分支；图6为光电组件32和带有透射型标记的石英片33装配结构图，装配过程中，透射型标记与光子转换晶体端面相对应，间隔可以根据光子转换晶体端面与光学支架端面高度差控制。因为透射型标记分支(各个子标记)间的光学串扰主要由标记相对光子转换晶体端面距离引起，串扰量与光子转换晶体和投射性标记间距的平方成正比。这样装配可以最大限度的减少透射型标记分支间的光学串扰。图7为反射型标记34与工件台基准板35结构示意图，其中工件台基准板上有通孔，工件台基准板由标准掩模板制造而成，通孔的制造相对于盲孔加工难度大大降低。图3为本实施方式掩模对准探测装置结构示意图，由光电组件32、带有透射型标记的石英片33、反射型标记34和工件台基准板35装配而成，其中透射型标记和反射型标记高度差可以通过装配进行校正，以确保透射型标记和反射型标记在同一平面上。

实施例二

参照图8至图12，图8是带有透射型标记的石英片37，由标准掩模板制造得到，制造过程包括透射型标记制造和机械加工，透射型标记也可以设置在其他标记承载板上，所述透射型标记包括至少两个透射型子标记，即透射型标记的分支；图9为反射型标记38和工件台基准板39的结构示意图，工件台基准板39由标准掩模板制造得到，其上有通孔，通孔边沿呈阶梯状，为带有透射型标记的石英片37提供安装空间，所述带有透射型标记的石英片在所述工件台基准板通孔边沿上，形成复合盲孔结构；图10为带有透射型标记的石英片37、反射型标记38和工件台基准板39组合装配结构示意图，其中透射型标记面向下；图11所示光电组件40与实施例1中的光电组件32结构相同，图12为本实施例的掩模对准探测装置结构示意图，由光电组件40、带有透射型标记的石英片37、反射型标记38和工件台基准板39装配而成，此方案即降低了工件台基准板加工难度(加工为通孔)，又减小了透射标记与光子转换晶体端面间的距离，降低了透射标记分支间的光学串扰，提高了同轴对准系统的重复对准精度。

照明系统将照明光束照射到掩模对准标记上，所述掩模对准标记通过投影物镜形成空间像，上述实施例1或2中的掩模探测装置中的光电组件探测所述空间像经过透射型标记后的光强信息，将所述光强信息和其他信息传输到对准信号处理装置中，处理对准信号得到对准位置。

基于以上实施例可以看出，本发明掩模对准探测装置及方法，通过采用具有通孔的工件台基准板，从而在保证探测装置结构紧凑的基础上，降低了工件台基准板的加工难度、加工成本和透射型标记分支间光串扰量，提高了工件台基准板加工成品率，提高了同轴对准系统的对准重复精度。

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 (11)

1.一种掩模对准探测装置，其特征在于，包括：

透射型标记；

光电组件，探测掩模对准标记的空间像经过上述透射型标记后的光强信息，所述光电组件依次包括光子转换晶体、光学滤波片、光电探测器，所述光电探测器通过隔离板的通孔与光学滤波片相连；

工件台基准板，上面有通孔，所述透射型标记通过工件台基准板通孔与所述光子转换晶体直接连接。

2.根据权利要求1所述的掩模对准探测装置，其特征在于，所述光子转换晶体和光学滤波片安装在光学支架的通孔中。

3.根据权利要求2所述的掩模对准探测装置，其特征在于，所述掩模对准探测装置设置有暗销，用于将所述光学支架、所述隔离板和光电探测器支架固定，预放大电路板与所述光电探测器支架相连接。

4.根据权利要求1或3所述的掩模对准探测装置，其特征在于，所述工件台基准板通孔边沿呈阶梯状，所述透射型标记放置在所述工件台基准板通孔边沿上，形成复合盲孔结构。

5.根据权利要求1所述的掩模对准探测装置，其特征在于，所述掩模对准探测装置设置有标记承载板，所述透射型标记设置在所述标记承载板上。

6.根据权利要求5所述的掩模对准探测装置，其特征在于，所述标记承载板为石英板。

7.根据权利要求1或3所述的掩模对准探测装置，其特征在于，所述工件台基准板上还有反射型标记，用于硅片与工件台对准。

8.一种掩模对准探测方法，其特征在于，包括：

照明系统将照明光束照射到掩模对准标记上；

所述掩模对准标记通过投影物镜形成空间像；

光电组件探测所述空间像经过透射型标记后的光强信息，所述光电组件依次包括光子转换晶体、光学滤波片、光电探测器，所述光电探测器通过隔离板的通孔与光学滤波片相连，所述透射型标记通过工件台基准板通孔与所述光子转换晶体直接连接。

9.根据权利要求8所述的掩模对准探测方法，其特征在于，所述光子转换晶体和光学滤波片安装在光学支架的通孔中。

10.根据权利要求9所述的掩模对准探测方法，其特征在于，所述掩模对准探测装置设置有暗销，用于将所述光学支架、所述隔离板和光电探测器支架固定，预放大电路板与所述光电探测器支架相连接。

11.根据权利要求8或10所述的掩模对准探测方法，其特征在于，所述工件台基准板通孔边沿呈阶梯状，所述透射型标记放置在所述工件台基准板通孔边沿上，形成复合盲孔结构。