CN103163746A

CN103163746A - 一种具有温度探测功能的掩模对准探测器、光刻装置及对准探测方法

Info

Publication number: CN103163746A
Application number: CN2011104049051A
Authority: CN
Inventors: 王海江; 唐文力; 程鹏; 李运锋; 宋海军
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd; Shanghai Micro and High Precision Mechine Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: CN103163746B; CN103163746B8

Abstract

本发明公开一种具有温度探测功能的掩模对准探测器，包括：一光学组件，用于对入射光束进行波长转换和/或滤波后形成一出射光；一传感器单元，包括一光电传感器，用于探测出射光并转化为电信号；一温度传感器，用于探测温度并将温度信号转化为电信号；固定组件，用于固定该光学组件和传感器单元；一基准板，用于承载该光学组件、传感器单元及固定组件；一处理单元，用于处理该电信号。本发明同时公开一种使用上述掩模对准探测器的光刻装置以及对准测量方法。

Description

一种具有温度探测功能的掩模对准探测器、光刻装置及对准探测方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路或其它微型器件制造领域的光刻装置，尤其涉及一种具有温度探测功能的掩模对准探测器、光刻装置及对准探测方法。

背景技术

现有技术中，中国专利CN200510112114.6公开了一种同轴对准信号采集及处理控制方法及关键子系统，文中提到采用光强探测器探测掩模标记成像。美国专利US20110090476A1文中提到工件台上布置有2个IAS（成像对准探测器），实现同轴对准。

在实际的光刻设备中，掩模对准探测器除了用于对准，还可以用于物镜、像质或系统参数测量和校准。而随着光刻设备对套刻精度及对准测量精度要求越来越高，探测器外部及探测器本身温度状态对整体探测精度影响也会越来越敏感。

在某些工况下，会使用掩模对准探测器进行了大量的测试，如果测试时间很长，势必会有一定热量会通过光源照射传到探测器内或探测器周边。当热累积到一定程度，将引起传感器微量变形，这种变形将直接引入探测误差，如果此时进行掩模对准，这种误差会直接影响掩模对准。

通常标准对准工况条件近似为：

（1）到达掩模对准探测器表面的曝光光功率约为2000mW/cm²；

（2）单个光电传感器接收面积约为1mm²；

（3）传感器数量可为1~8个；

（4）对准过程中曝光时间约为： 0.3sec（对应单次扫描）

（5）单个光电传感器热量吸收率约为50%；

因此单个传感器吸收的光功率为：2000[mW/cm²]*0.01[cm²]*0.5=10mW；

功率密度为 10mW/1mm² =10000 uW/mm²

探测器内部吸热材料近似为石英，外界环境为空气，在正常对准扫描工况下，如10000uW/mm²的热输入条件下，将会引起局部约0.3度温度上升，将引起亚纳米的变形。

掩模对准探测器由于外部热输入，引起的热变形量公式为：

Figure 2011104049051100002DEST_PATH_IMAGE002

其中：

Figure 2011104049051100002DEST_PATH_IMAGE004

为石英热膨胀系数，为0.4*10^-6mK^-1；

Figure 2011104049051100002DEST_PATH_IMAGE006

与石英接触边界材料的热膨胀系数，由于传感器尺寸较小，为局部热源，可以假设边界无热膨胀；

L为与石英接触边界到传感器的距离，约为6mm；

Figure 2011104049051100002DEST_PATH_IMAGE008

为单位时间温度变化，掩模传感器的温度变化每分钟为约0.002开氏度；

Figure 2011104049051100002DEST_PATH_IMAGE010

为工作时间，假设为1个小时工作，即60分钟。

则热变形量为：

=0.4*10^-6K^-1*6*10^-3*0.002*60

=2.88nm

从上面的初步分析和计算，可以看出当使用掩模对准探测器包括多路探测单元，并且进行长时间工作测试，如连续超过1个小时，则由于热量的累积，势必会将引起传感器局部微量变形，这种变形也影响传递到探测精度上。

现有技术中缺乏对此问题的发现，也尚未有针对该工况相应的解决办法。

为了进一步避免温度对光强探测器的影响，需要采用一种新的传感器，能够识别工作过程中光强传感器上或周边温度变化，增大该光强传感器的应用范围，保证光强传感器的准确度。

发明内容

为了克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明提供一种具有温度探测功能的掩模对准探测器、光刻装置及对准探测方法。本发明所提供的掩模对准探测器、光刻装置及对准探测方法能有效识别工作过程中对准探测器的温度变化，能有效减少探测器的局部变形。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种具有温度探测功能的掩模对准探测器，包括：一光学组件，用于对入射光束进行波长转换和/或滤波后形成一出射光；包括一光电传感器，用于探测所述出射光并转化为电信号，一温度传感器，用于探测温度并将温度信号转化为电信号；固定组件，用于固定该光学组件和传感器单元；一基准板，用于承载该光学组件、传感器单元及固定组件；一处理单元，用于处理该电信号。

更进一步地，该掩模对准探测器还包括一表面镀层，用以降低该掩模对准探测器对光源热量的吸收。该温度传感器的数量大于等于一个，该温度传感器为接触式传感器。至少一个该温度传感器与该掩模对准探测器的中心轴位置小于4mm。

更进一步地，该固定组件包括第一支架和第二支架。该第一支架用于固定该光学组件，该第一支架包括至少一探测孔，该温度传感器放置于该探测孔内。该温度传感器与第一支架之间通过导热胶接触。该第二支架用于固定该光电传感器和该温度传感器。

更进一步地，该处理单元包括：一电路元件，用于将该电信号放大；一信号采集单元，用于采集所述电信号以及温度信号为数据；一上位机，用于接收该数据。

更进一步地，该基准板由石英制成。

本发明同时公开一种光刻装置，包括：曝光光源、掩模对准标记、掩模台、工件台、投影镜头、掩模对准控制器，还包括如上文所述的掩模对准探测器。

更进一步地，该光刻装置包括至少两个掩模对准探测器，该两个掩模对准探测器呈对角线分布于该工件台上。该光刻装置还可以包括四个掩模对准探测器，该四个掩模对准探测器分布于所述工件台的四个角上。

本发明同时公开一种采用如上文所述的掩模对准探测器进行对准测量的方法，包括：（a）在该工件台上设置至少两组该掩模对准探测器;在进行对准测量的同时: (b)该温度探测器探测该掩模对准探测器的实时温度；(c)当该掩模对准探测器的温度大于设定的阈值时，于下一次对准信号采样时切换其它组对准探测器进行对准探测。

该步骤b进一步包括：（b1）对该掩模对准探测器进行温度标定；（b2）对该掩模对准

探测器进行温度校准；（b3）记录工况温度样本；（b4）探测当前掩模对准探测器的温度。

该步骤c进一步包括：（c1）定义每组掩模对准探测器的温度阈值；（c2）判断当前掩模对准探测器的温度是否大于设定的阈值，若小于阈值继续工作，若大于阈值停止工作并切换其它掩模对准探测器。

与现有技术相比较，本发明所提供具有温度探测功能的掩模对准探测器、光刻装置及对准探测方法能有效识别工作过程中对准探测器的温度变化，当探测到的探测器温度大于预定温度时，立即停止该对准探测器，并将对准探测的工作切换至另一对准探测器上，使温度过高的对准探测器能有充分的时间散热。本发明所提供的技术方案，能有效减少探测器的局部变形，可以实时保证光刻设备连续地使用掩模对准探测器进行掩模对准和测试，减少了掩模对准的误差，增加了掩模对准和测试的准确性。

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是本发明所示出的具有温度探测的掩模对准探测器的结构示意图；

图2是本发明所示出的带有温度探测的掩模对准探测器的光刻装置的结构示意图；

图3是本发明所示出的多组具有温度探测的掩模对准探测器在工件台上布局示意图；

图4是本发明所示出的具有温度探测的掩模对准探测器在光刻装置应用方法流程图。

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。

本发明提供一种具有温度探测功能的掩模对准探测器，能有效识别工作过程中对准探测器的温度变化，能有效减少探测器的局部变形。

为了详细说明该技术方案，以下将结合图1进行叙述。图1是本发明所示出的具有温度探测的掩模对准探测器的结构示意图。如图1中所示，该具有温度探测掩模对准探测器主要包括：基准板1，在本实施方式中，该基准板1由石英材料制成。光学组件2，可对入射光束进行波长转换或滤波。光电传感器3，将光信号转化为电信号，可以为一路或多路光电传感器。温度传感器4，如接触式传感器，用于将温度转化为电信号，掩模对准探测器中可以包含一路或多路温度传感器。其中至少有1路温度传感器要与每组探测器中心轴控制在非常近的距离范围（1-4mm）内。第一支架5，用于固定光学组件，同时留有温度传感器探测孔，可将温度传感器装入探测孔中，可以使用导热胶将温度传感器与第一支架充分接触。第二支架6，用于固定光电传感器和温度传感器，并将传感器输出信号引出。表面镀层7，其特点为反射率较高，以进一步增加光源照射到表面的反射效果，降低对光源热量的吸收。电路板8，电路板的器件9，电路板8及器件9实现光电信号放大和温度转化成电信号的放大。信号采集单元10，将光电信号和温度信号采集成数据，提供给上位机。上位机11，控制信号采集单元10，接收光电和温度采集数据。

该具有温度探测掩模对准探测器，一方面可进行光强探测，装配在光刻设备上，用于掩模对准；另一方面可探测温度，通过探测温度数据表征此传感器受外部光源照射或外部温度环境对其本身的影响。

带有温度探测的掩模对准探测器的光刻装置如图2所示，光刻装置主要组成为：曝光光源31，该曝光光源的视场具有可调节功能。掩模对准标记32，通过光源照射，并通过投影镜头可在工件台一侧形成空间像。该光刻装置还包括掩模台33，掩模台位置测量系统34，投影镜头35，掩模对准控制器36，具有温度传感掩模对准探测器37。如图2中所示，一台光刻设备工件台上至少布置两组掩模对准探测器，也可以根据实际需要，布置三组或四组掩模对准探测器。该光刻装置还包括硅片台38，硅片台位置测量系统39，温度和掩模对准光强采集单元40。

该具有温度探测的掩模对准探测器在工件台上如图3中所示。在图3中示出了，四组温组具有温度探测的掩模对准探测器的位置21、22、23、24。四组具有温度探测的掩模对准探测器分布于工件台的四个角上。在另一实施方式中同样可以采用三组或两组掩模对准探测器。当采用三组掩模对准探测器，三组掩模对准探测器任意分步在工件台的三个角上。当采用两组掩模对准探测器，两组掩模对准探测器呈对角线分布在工件台的两个角上。

该光刻装置工作过程为，调整光源视场，控制掩模台33位置，使光源照射到掩模对准标记32上。通过投影透镜35在工件台（图中未示出）一侧形成空间像。掩模对准控制器36控制掩模台33的位置，控制掩模对准标记32成像位置。掩模对准控制器36通过控制工件台位置，控制掩模对准探测器37去探测掩模对准标记32成像。掩模对准控制器36控制温度和掩模对准光强采集单元40，采集温度信息和光强信息，同时获取掩模台33位置信息，工件台位置信息。通过光强信息和掩模台33和工件台位置信息确定对准位置。通过温度信息，确定选择使用受外界影响最小的掩模对准探测器37。

设备根据传感器温度信息选择使用传感器的应用方法如下：

以光刻设备中配备两组具有温度探测的掩模对准探测器为例，首先对两组掩模对准探测器中的光强探测器进行统一校准，即使用两组掩模对准探测器分别探测同一掩模对准标记的空间像，确定两组探测器的位置关系。

记录光强信息Iij和位置信息，Iij表示第i组的第j分支探测器探测光强，引入光强校准系数Kij，Kij表示第i组的第j分支探测器校准系数，使得I_1j*K_1j=I_2j*K_2j。

通过掩模对准探测器的光强探测器的统一校准，可以使得光刻设备在进行切换掩模对准探测中，具有统一光强探测尺度。

通过温度数据选择切换探测器的具体应用步骤如图4中所示：

S01为对两组掩模对准探测器温度标定，建立实际温度与温度采集数据关系。

S02为多组掩模对准探测器温度校准，即进一步将不同的温度传感器统一为同一标准。S03为记录工况温度样本，为确定温度阈值提供样本输入。

S04为定义每组探测器温度阈值，由于不同组探测器分布不同，所以每组探测器可以具

有各自的温度阈值

S05为选择第1组掩模对准探测器工作，如进行掩模对准或成像探测，并实施采集温度

数据。

S06判断实测采集温度是否大于阈值，如果实际温度不大于阈值，则可继续使用原掩模

对准探测器探测，如果温度大于阈值，则进行下一步。

S07为选择另一组掩模对准探测器工作。

S08为实测该组传感器温度是否大于阈值，如果实际温度不大于阈值，则可继续使用该

掩模对准探测器探测，如果温度大于阈值，则进行下一步，选择原掩模对准探测器。

通过这种温度阈值的方式，可以确定掩模对准探测器是否还可以继续稳定探测，并确定是否要进行切换传感器进行工作。通过这种方式可以使得，一组传感器在工作的同时，另一组传感器通过环境散热，可恢复到可稳定探测状态，这样通过切换可以保证设备上所用掩模对准探测器都处在一种最佳探测状态，通过采用该应用方法，可以实时保证光刻设备连续的使用掩模对准探测器进行掩模对准和测试，并且，可以根据传感器本身的温度数据，选择受外界环境影响较小的掩模对准探测器进行探测，有效保证了掩模对准和测试的准确性。

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

1.一种具有温度探测功能的掩模对准探测器，其特征在于，包括：

一光学组件，用于对入射光束进行波长转换和/或滤波后形成一出射光；

一传感器单元，包括一光电传感器，用于探测所述出射光并转化为电信号，一温度传感器，用于探测温度并将温度信号转化为电信号；

固定组件，用于固定所述光学组件和传感器单元；

一基准板，用于承载所述光学组件、传感器单元及固定组件；

一处理单元，用于处理所述电信号。

2.如权利要求1所述的掩模对准探测器，其特征在于，所述掩模对准探测器还包括一表面镀层，用以降低所述掩模对准探测器对光源热量的吸收。

3.如权利要求1所述的掩模对准探测器，其特征在于，所述温度传感器的数量大于等于一个，所述温度传感器为接触式传感器。

4.如权利要求3所述的掩模对准探测器，其特征在于，至少一个所述温度传感器与所述掩模对准探测器的中心轴位置小于4mm。

5.如权利要求1所述的掩模对准探测器，其特征在于，所述固定组件包括第一支架和第二支架。

6.如权利要求5所述的掩模对准探测器，其特征在于，所述第一支架用于固定所述光学组件，所述第一支架包括至少一探测孔，所述温度传感器放置于所述探测孔内。

7.如权利要求6所述的掩模对准探测器，其特征在于，所述温度传感器与所述第一支架之间通过导热胶接触。

8.如权利要求5所述的掩模对准探测器，其特征在于，所述第二支架用于固定所述光电传感器和所述温度传感器。

9.如权利要求1所述的掩模对准探测器，其特征在于，所述基准板由石英制成。

10.如权利要求1所述的掩模对准探测器，其特征在于，所述处理单元包括：

一电路元件，用于将所述电信号放大；

一信号采集单元，用于采集所述电信号以及温度信号为数据；

一上位机，用于接收所述数据。

11.一种光刻装置，包括：曝光光源、掩模对准标记、掩模台、工件台、投影镜头、掩模对准控制器，其特征在于：还包括一如权利要求1至10任一项所述的掩模对准探测器。

12.如权利要求11所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置包括两个掩模对准探测器，所述两个掩模对准探测器呈对角线分布于所述工件台上。

13.如权利要求11所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置包括四个掩模对准探测器，所述四个掩模对准探测器分布于所述工件台的四个角上。

14.一种采用如权利要求1至10任一项所述的掩模对准探测器进行对准测量的方法，其特征在于，包括：

在所述工件台上设置至少两组所述掩模对准探测器;

在进行对准测量的同时，所述温度探测器探测所述掩模对准探测器的实时温度；

当所述掩模对准探测器的温度大于设定的阈值时，于下一次对准信号采样时切换其它组对准探测器进行对准探测。

15.如权利要求14所述的对准测量的方法，其特征在于，所述步骤b进一步包括：

（b1）对所述掩模对准探测器进行温度标定；

（b2）对所述掩模对准探测器进行温度校准；

（b3）记录工况温度样本；

（b4）探测当前掩模对准探测器的温度。

16.如权利要求14所述的对准测量的方法，其特征在于，所述步骤c进一步包括：

（c1）定义每组掩模对准探测器的温度阈值；

（c2）判断当前掩模对准探测器的温度是否大于设定的阈值，若小于阈值继续工作，若大于阈值停止工作并切换其它掩模对准探测器。