CN102789144A - 光刻对准系统参考板的调整机构及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种光刻对准系统参考板的调整机构，包括：固定结构，用于参考板的位置固定；以及调节机构，用于对参考板的X、Y和Rz自由度进行调节；所述调节机构与所述参考板连接，当完成调节后可拆卸。在满足调节参考板的X、Y和Rz自由度，探测光纤的X、Y和Rz自由度的同时，达到参考板和探测光纤之间的较高装配精度的要求。

Description

光刻对准系统参考板的调整机构及调整方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种光刻装置对准系统参考板的调整机构及调整方法。

背景技术

光刻装置主要用于集成电路或其他微型器件的制造，通过光刻装置，将具有不同掩模图案的多层掩模依次成像在涂覆有光刻胶的硅片上。在半导体制作流程中，为使掩模图案正确转移到硅片上，关键的步骤是将掩模与硅片对准，以满足套刻精度的要求。

硅片对准系统是光刻机的关键子系统，在目前的离轴对准技术中，将位于硅片非曝光区域的全场对准标记或划线槽(scribe line)对准标记成像到作为位置参考基准的参考板上，通过确定对准标记的空间像相对于参考板上参考标记的偏差以获得硅片对准标记的位置。参考板上包含有参考标记，探测光纤位于参考板后，用于传输经参考标记调制后的光强信号，该光强信号经探测光纤传输到光电探测器，光电信号转换后进入硬件电路进行信号处理，以得到对准标记的坐标位置。上述离轴对准系统的具体原理参见中国发明专利CN10111435A，发明名称：一种用于光刻设备的对准系统；中国发明专利CN101158814A，发明名称：一种用于光刻机对准的标记以及使用该标记的对准方法。

为达到较高的对准精度，这就要求硅片对准标记经过光学系统所成的标记空间像和参考标记，以及参考标记和探测光纤之间达到微米级的装配精度，并满足长期稳定性要求。参考板的X、Y、Z和Rz自由度，探测光纤的X、Y和Rz自由度，需要达到上述装配精度要求；由于光学系统、机械装配结构的误差累积，使得仅凭借机械加工精度和普通装配方法无法保证该精度要求，因此需要设计特殊的调整检测方法和装调结构以实现高装配精度。

发明内容

本发明的目的在于在满足可以调节参考板的X、Y和Rz自由度，探测光纤的X、Y和Rz自由度的同时，达到参考板和探测光纤之间的较高装配精度的要求。

本发明一种光刻对准系统参考板的调整机构，包括：固定结构，用于参考板的位置固定；以及调节机构，用于对参考板的X、Y和Rz自由度进行调节；所述调节机构与所述参考板连接，当完成调节后可拆卸。

其中，所述调节机构包括Y向调整机构、X向调整机构，Rz调整机构，所述三个调整机构结构耦合，三个自由度的调节是独立的。

较优地，Y向调节座，X向调节座，Y向差动螺杆，Y向转接螺母，Y导向销组成所述Y向调整机构；所述Y向转接螺母与所述Y向调节座固连，所述Y向差动螺杆与所述X向调节座之间，及所述Y向差动螺杆与所述Y向转接螺母之间，是以不同螺距的螺纹连接，构成差动连接以提高调节精度；所述X向调节座上设置了用以防止两个导向销造成过定位的腰型销孔；所述Y向转接螺母用于避免所述Y向差动螺杆与所述X向调节座之间，及所述Y向差动螺杆和Y向调节座之间组成差动螺纹连接造成的过定位。

较优地，X向调节座，X/Y/Rz调节主支架，X向差动螺杆，X向转接螺母，X导向销组成所述X向调整机构；所述X向转接螺母与X向调节座固连，所述X向差动螺杆与X/Y/Rz调节主支架之间，及所述X向差动螺杆与转接螺母之间是不同螺距的螺纹连接，构成差动连接以提高调节精度；所述X向转接螺母用于避免所述X向差动螺杆与X向调节座之间，及所述X向差动螺杆与X/Y/Rz调节主支架之间组成差动螺纹连接造成的过定位。

较优地，X/Y/Rz调节主支架，滚动轴承，轴承支撑块，Rz旋转块，Rz调节螺丝，Rz调节座组成所述Rz调整机构；所述X/Y/Rz调节主支架，所述滚动轴承，所述轴承支撑块固定在所述参考板调节板的外形圆周上，即所述参考板调节板的中心与所述X/Y/Rz调节主支架相对静止，所述参考板的Rz旋转自由度是独立的。

本发明的调整机构把固定结构和调节机构分离，使参考板的安装结构简单紧凑，有利于保证长期稳定性，并实现高精度的调节。同时，在一个安装板上实现参考板的X、Y、Rz三个自由度独立调节和固定，使结构最简洁，并有利于保证稳定性和节约安装空间。参考板的调节机构采用耦合原理实现X、Y、Rz三自由度独立调节，采用销导向结构和差动螺丝进行X/Y调节，同时导向结构能避免过定位，采用圆周锁合定中心的方法使RZ调节能耦合在一个连接板上进行。

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。

图1为本发明光刻对准系统参考板的装配结构示意图；

图2(a)-(c)为本发明光刻对准系统参考板调整机构结构示意图。

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。

在离轴对准系统中，参考板作为一个组件安装在成像模块壳体上。由于其装配精度要求很高，需要调节后再固定。参考板的X/Y/Z/Rz四个自由度需要调节，其基本顺序是先调节Z向位置，即，使参考板沿光轴位于4F透镜组的焦平面上，这样对准标记经过透镜组的像最为清晰，为后面调节参考板打下基础，调节好后用螺丝固定。如图1所示，本发明光刻对准系统参考板105通过参考板支架102与离轴对准系统壳体接口，参考板支架102的底面和侧面与壳体接触来保证Rx/Ry的定位精度，在Z向移动参考板支架102即调节参考板105的Z向位置。调节到位后用压板101锁紧到壳体底面。参考板105粘接在参考板调节板103上，参考板调节板103通过固定螺钉104(三个)固定到参考板支架102上，锁紧螺丝前借助调整机构实现X/Y/Rz三自由度的微调。三个需要调节的位置参量，其调节过程要求稳定以利于检测判断最佳位置，并具有较高的调节精度。固定螺丝时不能影响已调节好的最佳位置，参考板组件调节固定后需要保持长期的稳定性，以保持已经调的位置精度。

图2(a)-(c)为本发明光刻对准系统参考板调整机构结构示意图。参考板105在Z向调节到最佳焦平面后，参考板支架102被固定到壳体上，以下的调节将以参考板支架102作为位置基准。如前所述，参考板105粘接在参考板调节板103上，因此调节参考板调节板103的X/Y/Rz三个参量即可。

如图2所示，参考板调节板103的外形是以其形心为中心的部分圆周，能绕其形心旋转，X/Y/Rz调节主支架208的下面安装滚动轴承207(2个固定)，并配合上面的滚动轴承207-(2个可动)卡住103的外廓圆周，使其与X/Y/Rz调节主支架208的位置相对固定。滚动轴承207设置在轴承支撑块209上。参考板调节板103的X/Y位置由X/Y/Rz调节主支架208及其轴承锁合，而Rz位置是相对可旋转的。由于调节时上面的两个可动轴承以一定的压力压紧参考板调节板103，所以Rz的位置也是相对稳定的。调节时，Y向调节座202安装在集成平台上，X向调节座201相对Y向调节座202能Y向独立移动。X/Y/Rz调节主支架208相对X向调节座201能X向独立移动，即X/Y/Rz调节主支架208能X/Y两自由度移动。Rz旋转块210固定在参考板调节板103上，Rz调节座212固定在X/Y/Rz调节主支架208上作为Rz的调节基座。Rz调节螺丝211能推动Rz旋转块210即带动参考板调节板103作Rz旋转。

X向调节座201、Y向调节座202、差动螺杆203、转接螺母204、Y导向销213构成Y向移动结构，Y导向销213与Y向调节座202紧配合，Y导向销213与X向调节座201间隙配合使其能滑动，同时X向调节座201设置了一个销孔和一个长腰孔以避免加工误差导致的导向结构过定位。差动螺杆203用作Y向调节螺丝，具有两段不同螺距的外螺纹，其差动螺距为0.2mm，因此能到达高精度的调节。差动螺杆203的轴线应该和导向销轴线平行，差动螺杆203与转接螺母204螺纹连接，这样避免了因加工误差可能导致的螺杆与导向结构之间的过定位。

同样的，X向调节座201、X/Y/Rz调节主支架208、差动螺杆203、转接螺母204、X导向销205构成X向移动结构。X导向销205与X向调节座201紧配合，X导向销205与X/Y/Rz调节主支架208间隙配合使其能滑动，差动螺杆203用作X向调节螺丝，具有两段不同螺距的外螺纹，其差动螺距为0.2mm，因此能到达高精度的调节。差动螺杆203的轴线应该和X导向销205轴线平行，差动螺杆203与转接螺母204螺纹连接，这样避免了因加工误差可能导致的螺丝轴线与导向结构之间的过定位。

Rz旋转块210、Rz调节螺丝211、Rz调节座212组成Rz调节结构，设置两个Rz调节螺丝211使其能正反方向调节。如前所述，转动Rz调节螺丝211能推动Rz旋转块210并带动参考板调节板103作独立旋转。

在集成平台上调节参考板组件206时，X/Y/Rz三个变量可以同时调节，需要使用高倍显微镜来观察模拟对准标记空间像与参考板的参考标记的重合程度，来确定如何调节即判断最佳调节位置。调节到最佳位置后，即可锁紧固定螺钉104(如图1，三个)，这样参考板调节板103装配好了。

由于结构空间的限制，X/Y自由度的调节范围是±1mm，调节螺丝的差动螺距为0.2mm，而差动螺杆203上的最大螺距为1mm，所以差动螺杆203调节时其运动范围是±5mm。调节时，参考板调节板103需要预先装配在理论预定位置，用较小的力固定螺丝，然后安装图示中的调节工装，即可保证调节范围。而调节工装中各零件的位置，由于差动螺丝的关系，需要装配到图2所示的位置，以保证差动螺杆203的运动范围有效。

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 (5)

1.一种光刻对准系统参考板的调整机构，其特征在于包括：固定结构，用于参考板的位置固定；以及调节机构，用于对参考板的X、Y和Rz自由度进行调节；所述调节机构与所述参考板连接，当完成调节后可拆卸。

2.如权利要求1所述的光刻对准系统参考板的调整机构，其特征在于所述调节机构包括Y向调整机构、X向调整机构，Rz调整机构，所述三个调整机构结构耦合，三个自由度的调节是独立的。

3.如权利要求2所述的光刻对准系统参考板的调整机构，其特征在于Y向调节座，X向调节座，Y向差动螺杆，Y向转接螺母，Y导向销组成所述Y向调整机构；所述Y向转接螺母与所述Y向调节座固连，所述Y向差动螺杆与所述X向调节座之间，及所述Y向差动螺杆与所述Y向转接螺母之间，是以不同螺距的螺纹连接，构成差动连接以提高调节精度；所述X向调节座上设置了用以防止两个导向销造成过定位的腰型销孔；所述Y向转接螺母用于避免所述Y向差动螺杆与所述X向调节座之间，及所述Y向差动螺杆和Y向调节座之间组成差动螺纹连接造成的过定位。

4.如权利要求2所述的光刻对准系统参考板的调整机构，其特征在于X向调节座，X/Y/Rz调节主支架，X向差动螺杆，X向转接螺母，X导向销组成所述X向调整机构；所述X向转接螺母与X向调节座固连，所述X向差动螺杆与X/Y/Rz调节主支架之间，及所述X向差动螺杆与转接螺母之间是不同螺距的螺纹连接，构成差动连接以提高调节精度；所述X向转接螺母用于避免所述X向差动螺杆与X向调节座之间，及所述X向差动螺杆与X/Y/Rz调节主支架之间组成差动螺纹连接造成的过定位。

5.如权利要求2所述的光刻对准系统参考板的调整机构，其特征在于X/Y/Rz调节主支架，滚动轴承，轴承支撑块，Rz旋转块，Rz调节螺丝，Rz调节座组成所述Rz调整机构；所述X/Y/Rz调节主支架，所述滚动轴承，所述轴承支撑块固定在所述参考板调节板的外形圆周上，即所述参考板调节板的中心与所述X/Y/Rz调节主支架相对静止，所述参考板的Rz旋转自由度是独立的。

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