CN104345574A - 一种基于位置传感器的光刻机掩模预对准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光刻机掩模预对准系统，包括：照明部件，具有预对准标记的掩模板，其特征在于：相应于所述预对准标记的位置传感装置，所述照明部件照射所述预对准标记，所述位置传感装置采集所述预对准标记被照明部件照亮后产生的光斑，并输出代表所述预对准标记位置信息的电流值，根据该电流值运算出所述掩模板的水平位置与旋转角度信息。

Description

一种基于位置传感器的光刻机掩模预对准系统

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种基于位置传感器的光刻机掩模预对准系统。

背景技术

掩模预对准技术经历了机械式预对准，摄像式预对准，四像限探测器预对准，对准精度由几微米级别提高到几百纳米，适应了前端芯片制造的光刻机线宽和套刻精度发展的需求，为了适应未来光刻机线宽和套刻精度的提高，掩模预对准精度需要上升到几十纳米级别。

专利CN200810202699提供了一种掩模预对准装置，该装置的特点是利用一双远心成像系统将掩模板上的米字标记成像到四象限传感器探测上，获取四象限探测器每象限的电流值可以计算出标记的水平向位置。通过安装两路预对准光路，获得掩模板两端两个预对准标记的位置，进而可以得出掩模板旋转角度。该装置最高的对准精度能达到水平位置0.5um，旋转角度3.7urad。预对准精度主要受到照明的稳定性，能量的大小等因素影响，尤其是在长期使用后光源老化，需要重新标定预对准机械常数，其对准精度也会随之下降，或者需要更换光源。其测量线性度直接与照明均匀性相关，所以基于四象限传感器的预对准系统都不可避免的在其测量范围边缘产生较大的非线性度，有实际数据表明达到10%以上。

发明内容

本发明提供了一种光刻机掩模预对准系统，包括：照明部件，具有预对准标记的掩模板，其特征在于：

相应于所述预对准标记的位置传感装置，所述照明部件照射所述预对准标记，所述位置传感装置采集所述预对准标记被照明部件照亮后产生的光斑，并输出代表所述预对准标记位置信息的电流值，根据该电流值运算出所述掩模板的水平位置与旋转角度信息。

其中，所述照明部件具有光源和准直透镜。

其中，所述具有预对准标记的掩模板具有左右至少各1个预对准标记，所述左右预对准标记具有相同的形状和尺寸。

其中，所述位置传感装置包括位置传感器，所述照明部件和所述位置传感器的数量根据所述预对准标记的数量来配备。

其中，所述位置传感装置包括：位置传感器、信号放大器和信号处理器，所述信号放大器接受所述位置传感器输出的电流值，经信号放大后交信号处理器，所述信号处理器进行运算后，进而得出所述掩模板的位置信息。

其中，所述位置传感器为PSD位置传感器。

其中，在所述位置传感器上方分别放置了具有放大倍率的双远心光学成像镜头。

其中，所述信号处理器进行信号运算后，得出所述掩模板以X轴为基准的旋转角度为(Y1-Y2)/L，所述掩模板的X向位置为(X1+X2)/2，所述掩模板的Y向位置为(Y1+Y2)/2，其中L为左右预对准标记之间的距离，（X1，Y1）为左预对准标记的坐标，（X2，Y2）为右预对准标记的坐标。

其中，水平预对准位置精度小于等于50nm。

本发明还公开了一种光刻机掩模预对准系统进行预对准的方法，步骤包括： 

开启左右照明部件；

所述左右照明部件中的光源均被点亮，出射光斑分别照亮掩模板上的左右预对准标记；

所述左右预对准标记被照明后形成的左右标记光斑分别投射到左右位置传感器的探测面上；

所述左位置传感器输出代表左预对准标记的X向位置的电流Ix1与Y向位置的电流Iy1；所述右位置传感器输出代表右预对准标记的X向位置的电流Ix2与Y向位置的电流Iy2；

信号放大器将Ix1与Iy1进行放大，得出精确的左预对准标记位置值X1与Y1；

所述信号放大器将Ix2与Iy2进行放大，得出精确的右预对准标记位置值X2与Y2；

信号处理器根据所述信号放大器提供的数据，进行信号运算，得出所述掩模板以X轴为基准的旋转角度；所述掩模板的X向位置和Y向位置。

本发明所提供的掩模预对准系统，具有以下优点：

1、预对准精度与位置传感器的分辨力相应，其水平向预对准精度达到几十纳米，旋转角度达到1urad以下，当采用PSD位置传感器与具有放大倍率的双远心光学成像镜头相结合的结构时，水平向预对准精度可达到50/M纳米（其中，M为双远心光学成像镜头的放大倍率）；

2、预对准精度不受光源稳定性及其能量大小影响，光源老化不需要更换光源；

3、预对准测量线性度不受照明均匀性的影响，直接与位置传感器的线性度相关，当采用PSD位置传感器时，由于一般的PSD测量线性度只有1%以下，根据本发明的掩模预对准系统的测量线性度可以达到2%以下。

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所示为根据本发明的第一实施方式的预对准装置的结构示意图；

图2所示为根据本发明的第一实施方式的预对准装置中的照明部件的结构示意图；

图3所示为根据本发明的第二实施方式的预对准装置的结构示意图；

图4所示为根据本发明的第二实施方式的预对准装置中的具有倍放大倍率的双远心成像镜头放大入射光信号的示意图。

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。

第一实施方式

如图1所示，本发明的预对准装置包括照明电源1，左照明部件2，右照明部件3，掩模板4，左PSD位置传感器7，右PSD位置传感器8和信号放大及处理系统9。

其中照明电源1用于给左照明部件2和右照明部件3供电。

左照明部件2与右照明部件3具有相同的结构，如图2所示，两者均由光源10和准直透镜11构成。

掩模板4上具有左预对准标记5和右预对准标记6，左右照明部件所产生的准直均匀的照明光斑分别照明左预对准标记5和右预对准标记6。左预对准标记5与右预对准标记6具有相同的形状和尺寸，以简单且尺寸较小的透光图形为佳。

左PSD位置传感器7被用于采集左预对准标记5被左照明部件2照亮后产生的光斑，并输出代表左预对准标记5位置的电流值；右PSD位置传感器8被用于采集右预对准标记6被右照明部件3照亮后产生的光斑，并输出代表右预对准标记6位置的电流值。

信号放大及处理系统9接受左PSD位置传感器7和右PSD位置传感器8输出的电流值，并进行运算，进而得出掩模板4的水平位置与旋转角度信息。

根据本发明的预对准装置的预对准的过程如下：

照明电源1开启左照明部件2与右照明部件3；

左照明部件2中的光源与右照明部件3中的光源被点亮，经过准直镜后形成准直光斑分别照亮掩模板4上的左预对准标记5与右预对准标记6；

左预对准标记5被照明后形成的左标记光斑投射到左PSD位置传感器7的探测面上，右预对准标记6被照明后形成的右标记光斑投射到右PSD位置传感器8的探测面上；

左PSD位置传感器7输出代表左预对准标记5的X向位置的电流Ix1与Y向位置的电流Iy1；右PSD位置传感器8输出代表右预对准标记6的X向位置的电流Ix2与Y向位置的电流Iy2；

信号放大及处理系统9将Ix与Iy进行放大，得出精确的左预对准标记5位置值X1与Y1；信号放大及处理系统9将Ix2与Iy2进行放大，得出精确的右预对准标记6位置值X2与Y2；

信号放大及处理系统9进行信号运算，得出掩模以X轴为基准的旋转角度(Y1-Y2)/L，其中L为左预对准标记5与右预对准标记6之间的距离；掩模的X向位置(X1+X2)/2；掩模的Y向位置(Y1+Y2)/2。

其中，可根据下述方式根据电流信号，进行位置标定、系数标定、以及确定线性区域：移动掩模，使预对准标记处于PSD零位；利用移动电机，沿X方向移动掩模，使标记位于预对准线性测量范围的边缘，记录此时掩模的位置，PSD的电流；沿X方向以-50nm（相应于PSD的分辨率）的间隔步进平移掩模，一直移动到预对准线性测量范围的另一端边缘，记录每个点掩模的位置和PSD的信号，然后进行分区间线性拟合；沿Y方向以-50nm（相应于PSD的分辨率）的间隔步进平移掩模，一直移动到预对准线性测量范围的另一端边缘，记录每个点掩模的位置和PSD的信号，然后进行分区间线性拟合；标定出线性区域范围。

目前市面上的精密PSD位置传感器能达到50nm的分辨率，本发明所提供的预对准系统选用该类别的传感器，即能达到50nm的水平预对准位置精度，以135mm的左预对准标记5与右预对准标记6距离为例，旋转角度的预对准精度为0.37urad。

由于PSD位置传感器是基于识别光斑质心而识别出预对准标记光斑的坐标，因此本发明的预对准装置的对准精度不受照明的能量和稳定性影响，当光源老化时不需要做重新标定，更不需要更换光源，具有很好的系统稳定性和可靠性。

第二实施方式

如图3所示，根据本发明的第二实施方式在第一实施方式的基础上，分别在左PSD位置传感器7与右PSD位置传感器8上方放置了两个具有放大倍率的双远心光学成像镜头12和13，以分别将左标记光斑与右标记光斑位置信息放大成像到左PSD与右PSD上，使得预对准精度能在PSD位置传感器分辨率的基础上再提高，并且照明均匀性不再影响预对准的测量线性度。

如图4所示，以使用50nm分辨率的PSD位置传感器为例，当预对准标记移动25nm时，经过具有2倍放大倍率的双远心成像镜头放大，则光斑在PSD位置传感器上移动了50nm，能够被PSD位置传感器识别出来，因此，第二实施方式的实质是通过增加具有M倍放大倍率的光学成像镜头，使得预对准的精度在基于PSD位置传感器分辨率为Dnm的基础上，提高至（D/M）nm。

引入光学成像镜头12和13的优点还在于，能够消除照明均匀性对预对准测量线性度的影响。光学成像镜头将标记光斑成像为点光斑投射于PSD位置传感器上，无论照明是否均匀，点光斑的位置就代表了预对准标记的位置，而PSD位置传感器只基于光斑的质心识别光斑的坐标位置，这样，照明均匀性就不对预对准的测量线性度产生影响，只与镜头的畸变（一般为1%以下）和PSD位置传感器的线性度（一般为1%以下）两者相关，所以本发明提供的预对准测量线性度能达到2%以下。

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 (10)

1.一种光刻机掩模预对准系统，包括：

照明部件，具有预对准标记的掩模板，其特征在于：

相应于所述预对准标记的位置传感装置，所述照明部件照射所述预对准标记，所述位置传感装置采集所述预对准标记被照明部件照亮后产生的光斑，并输出代表所述预对准标记位置信息的电流值，根据该电流值运算出所述掩模板的水平位置与旋转角度信息。

2.根据权利要求1所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于：所述照明部件具有光源和准直透镜。

3.根据权利要求1所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于：所述具有预对准标记的掩模板具有左右至少各1个预对准标记，所述左右预对准标记具有相同的形状和尺寸。

4.根据权利要求3所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于：所述位置传感装置包括位置传感器，所述照明部件和所述位置传感器的数量根据所述预对准标记的数量来配备。

5.根据权利要求1至4中任一所述的预对准系统，其特征在于，所述位置传感装置包括：位置传感器、信号放大器和信号处理器，所述信号放大器接受所述位置传感器输出的电流值，经信号放大后交信号处理器，所述信号处理器进行运算后，进而得出所述掩模板的位置信息。

6.根据权利要求5所述的预对准系统，其特征在于：所述位置传感器为PSD位置传感器。

7.根据权利要求5所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于：在所述位置传感器上方分别放置了具有放大倍率的双远心光学成像镜头。

8.根据权利要求5所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于：所述信号处理器进行信号运算后，得出所述掩模板以X轴为基准的旋转角度为(Y1-Y2)/L，所述掩模板的X向位置为(X1+X2)/2，所述掩模板的Y向位置为(Y1+Y2)/2，其中L为左右预对准标记之间的距离，（X1，Y1）为左预对准标记的坐标，（X2，Y2）为右预对准标记的坐标。

9.根据权利要求7所述的光刻机掩模预对准系统，其特征在于：水平预对准位置精度小于等于50nm。

10.一种光刻机掩模预对准系统进行预对准的方法，步骤包括： 

开启左右照明部件；

所述左右照明部件中的光源均被点亮，出射光斑分别照亮掩模板上的左右预对准标记；

所述左右预对准标记被照明后形成的左右标记光斑分别投射到左右位置传感器的探测面上；

所述左位置传感器输出代表左预对准标记的X向位置的电流Ix1与Y向位置的电流Iy1；所述右位置传感器输出代表右预对准标记的X向位置的电流Ix2与Y向位置的电流Iy2；

信号放大器将Ix1与Iy1进行放大，得出精确的左预对准标记位置值X1与Y1；

所述信号放大器将Ix2与Iy2进行放大，得出精确的右预对准标记位置值X2与Y2；

信号处理器根据所述信号放大器提供的数据，进行信号运算，得出所述掩模板以X轴为基准的旋转角度；所述掩模板的X向位置和Y向位置。