CN106569392A - 一种光刻装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光刻装置和方法，在照明系统与掩膜板之间增设照明切换机构，在对准时，将照明切换机构中的照明光机结构放置于照明系统下方，将照明光经过衰减后输出并被分光后只照射对准标记，并与基准标记对准；在曝光时，将照明切换机构中的遮光板放置于照明系统下方，使得照明光只照射掩膜板上曝光图形区域，避免曝光后在硅片上留下对准标记的图形。此外采用几种视场共有叠加区域的边长作为照明光机结构入光孔径的最大边长，保证了在不同视场下，不会因为光线过于杂散导致照射至掩膜板非曝光图形区域。因此本发明使得对准与曝光均采用同一照明光源，且能够兼容不同视场大小的工艺需求，达到减少工时、人力、节约成本的目的。

Description

一种光刻装置和方法

技术领域

本发明涉及一种装置和方法，特别涉及一种光刻装置和方法。

背景技术

在半导体集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。每次光刻都要将描绘在掩膜板上的图形通过投影曝光装置成像到涂有光刻胶等感光材料的待曝光对象表面。用于投影曝光的装置在曝光前，需要将掩膜图形区域与待曝光对象的位置进行对位，通常会在掩膜图形区域附近提供用于对位测量的对准标记，通过一定的掩膜对准装置和相应对位算法，建立掩膜图形区域与待曝光对象之间的相对位置关系。

在传统工艺中，掩膜对准时需要的照明光强度远小于曝光时的照度需求，因此往往在掩膜对准与掩膜曝光时采用的照明光源并不相同，由于照明光源不同导致光波长等光学数据会发生变化，且由于玻璃层厚度公差(6.35±0.1mm)的存在，导致光学数据变化后，对准图像数据也会发生变化，因此很有可能在对准时已将掩膜板对准，但当曝光时，将光源切换至曝光光源时，发现原来已对准的掩膜板并没有与工件台基准对准，从而会产生相应的误差。

此外随着客户对产率的追求，提出大视场曝光区域(53.5mm*33mm)的需求，这使得掩膜面对准装置布局空间局限性问题更加突出。

综上所述，有必要发明一种能够使对准与曝光能够采用同一种照明光源，且在曝光时能够兼容不同大小视场的对准、曝光装置及方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种光刻的装置及方法，在照明系统与掩膜板之间增设照明切换机构，对于同一种照明光源给予调整，使对准与曝光能够采用同一种照明光源，在曝光时能够兼容不同大小视场的对准、曝光装置及方法。

为达到上述目的，本发明提供一种光刻装置，从上至下依次包括：照明系统、掩膜板、投影物镜、工件台基准板、工件台以及对准传感器，所述掩膜板放置在掩膜台上，所述掩膜板上设置有对准标记，所述对准标记位于掩膜板曝光图形区域两侧，所述工件台上还承载硅片，所述工件台基准板上设置有基准标记，其特征在于，所述照明系统与所述掩膜板之间还设置有照明切换机构，在对准时通过调整所述照明切换机构使所述照明系统提供的照明光源只照射对准标记，而在曝光时通过调整照明切换机构使照明光源只照射曝光图形区域。

作为优选，所述照明切换机构包括照明光机结构、遮光板、切换导轨以及驱动组件，所述切换导轨用于给所述照明光机结构和遮光板提供轨道，所述驱动组件用于驱动所述照明光机结构和遮光板。

作为优选，所述照明光机结构为棱镜反射结构或者透镜与反射镜相结合的结构。

作为优选，所述切换导轨设置两个工位，分别是对准工位和曝光工位。

作为优选，在对准工位和曝光工位处分别设置传感器，用以监控所述照明切换机构当前是否移动到位。

作为优选，所述照明切换机构还包括对照明切换机构移动进行控制的限位结构和进行位置伺服的伺服结构。

作为优选，所述驱动组件为电机或者气动滑台。

作为优选，所述遮光板为两边不透光，中间透光的光学结构，所述中间透光部分的面积大小可根据所述曝光图形区域大小进行调整。

作为优选，所述照明切换机构的入光口的边长在33mm以下。

作为优选，所述照明系统提供的照明光源为紫外线光源。

作为优选，所述照明系统中设置有照明衰减机构，所述照明衰减机构用于调节照明光输出的衰减度。

作为优选，所述照明系统还设置有滤波片、汞灯、反射冷板以及光耦合件。

作为优选，所述对准传感器与所述工件台基准板放置于同一支架上，所述支架位于工件台上。

本发明还提供一种使用上述的光刻装置的光刻方法，在对准与曝光时共同使用同一种照明光源，具体包括以下步骤：

步骤一：在对准时，将掩膜板放置于掩膜台上，将所述照明切换机构调至对准工位，将工件台基准板放置于投影物镜下方；

步骤二：打开照明系统，并将照明衰减机构打开，调整档位，所述照明切换机构将照明光分别投射到对准标记区域，确保只将对准标记照亮；

步骤三：从对准标记上折射的光线经过投影物镜折射至工件台基准板的基准标记上，然后将对准标记与基准标记一同成像至对准传感器上，由对准传感器将数据传输至成像传感器；

步骤四：所述成像传感器将信息传输至信号处理及控制单元，由信号处理及控制单元发送位置调整指令至掩膜台，掩膜台接收位置调整指令并作位置调整，直至对准标记与基准标记在成像传感器上显示已对准；

步骤五：在曝光时，将所述照明切换机构调至曝光工位，关闭照明衰减机构，将硅片放置于工件台上，并移动至投影物镜下方，与掩膜板对准；

步骤六：照明光线通过遮光板只投射至掩膜板的曝光图形区域，并且依次通过投影物镜到达硅片，完成曝光。

作为优选，所述掩膜板上的对准标记与曝光图形区域在同一平面，并且对称分布于所述曝光图形区域的两侧，所述对准标记数量为两个以上。

作为优选，步骤一中还包括通过信号处理及控制单元移动工件台，使得工件台带动对准传感器移动到能接收掩膜对准信息的位置。

作为优选，步骤一中将照明切换机构调至对准工位后，所述照明光机结构即调整位置至所述照明系统下方，使得所述照明系统与所述照明光机结构排列在竖直方向上。

作为优选，步骤五中将照明切换机构调至曝光工位后，所述照明光机结构即移出，所述遮光板被移至照明系统下方，照明光通过遮光板后只照射曝光图形区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在照明系统与掩膜板之间增设照明切换机构，在对准时，将照明切换机构中的照明光机结构放置于照明系统下方，将照明光经过照明衰减机构衰减后输出并被照明光机结构分光后只照射对准标记，然后与工件台基准板上的基准标记对准；在曝光时，将照明切换机构中的遮光板放置于照明系统下方，遮挡住对准标记部分，使得照明光只照射掩膜板上曝光图形区域，避免曝光后在硅片上留下对准标记的图形。此外采用几种视场共有叠加区域的边长作为照明光机结构入光孔径的最大边长，保证了在不同视场下，进入照明光机结构的光为中心区域的最强光，且不会因为光线过于杂散导致照射至掩膜板非曝光图形区域。因此本发明使得对准与曝光均采用同一照明光源，减少机构复杂度，且能够兼容不同视场大小的工艺需求，达到减少工时、人力、节约成本的目的。

附图说明

图1为曝光时掩膜板对准标记与曝光图形区域示意图；

图2为本发明中装置结构示意图；

图3为本发明中掩膜对准时照明光路示意图；

图4为本发明中照明系统结构示意图；

图5为本发明中具有不同视场曝光图形的掩膜板示意图；

图6为本发明中照明切换机构示意图；

图7为本发明中光刻的流程图。

图中：01-第一掩膜板、010-第一掩膜对准窗口、011-第一对准标记、012-第二对准标记、013-第三对准标记、014-第四对准标记、015-曝光图形；

1-照明系统、10-照明光线、11-照明衰减机构、12-快门、13-光耦合件、14-透镜、15-滤波片、16-汞灯、17-反射冷板、2-照明切换机构、203-切换导轨、204-照明光机结构、205-遮光板、206-第一导轨运动方向、207-第二导轨运动方向、3-掩膜板、30-对准标记、301-第五对准标记、302-第六对准标记、303-第七对准标记、308-第八对准标记、311-第一视场、312-第二视场、313-第三视场、32-第二掩膜对准窗口、4-掩膜台、5-投影物镜、6-工件台、7-硅片、8-工件台基准板、80-基准标记、9-对准传感器、91-透镜组、92-探测面。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图2为本发明所提供的掩膜对准与曝光的装置结构示意图，如图中所示，该装置至少包括：形成光路连接的照明系统1、照明切换机构2、掩膜板3、投影物镜5、工件台基准板8、工件台6、对准传感器9、成像探测器以及信号处理及控制单元。

请参照图4，照明系统1包括透镜14、汞灯16、反射冷板17、滤波片15、照明衰减机构11、快门12、透镜组13，汞灯16提供紫外照明光源，波长范围在350nm～450nm之间。

照明衰减机构11为机械式衰减机构或者光学衰减片，至少能够提供波长范围在350nm～450nm之间光线的衰减。照明衰减机构11在掩膜对准时打开，将汞灯16提供的照明光照度衰减，并调整不同的衰减档位，以满足对准时的不同光照度需求。而在掩膜曝光时关闭照明衰减机构11，或者将照明衰减机构11档位调整，以满足不同掩膜在曝光时的光照度需求。

照明系统1中光耦合件13为透镜与耦合器件的组合，用于调整光斑的大小与形状，汞灯16提供的照明光线10依次经过透镜14、反射冷板17、滤波片15照明衰减机构11、快门12以及光耦合件13后从照明系统1中输出。

请参照图6，所述照明切换机构2包括在对准时进行分光的照明光机结构204、在曝光时遮挡对准标记30的遮光板205、切换导轨203以及驱动组件，所述切换导轨203用于给所述照明切换机构2切换运动时提供轨道，所述驱动组件用于驱动所述照明切换机构2。

照明光机结构204为棱镜反射结构或者透镜与反射镜相结合的结构，在对对准光线要求较高的工艺中，可以在照明光机结构204中增设匀光系统，使得照明光机结构204中输出的光线不会产生光晕等问题。

请参照图1，掩膜板上有两个曝光图形区域015，其两侧均有一组第一掩膜对准窗口010，共有四个用于对准的标记，分别为第一对准标记011、第二对准标记012、第三对准标记013和第四对准标记014，而这四个对准标记与所述曝光图形区域015的边界距离仅有3.25mm。

请参照图5，照明光机结构204的入光孔径需要满足第一视场311(53.5mm×33mm)、第二视场312(33mm×53.5mm)、第三视场313(44mm×44mm)三种视场大小的兼容性需求，将这三种视场需求依次叠加的绘制在一块掩膜版上，可以发现其共有交叠区域33mm×33mm，采用该区域作为照明光机结构204的入光孔径的范围，也就是说照明光机结构204的入光孔径的边长在33mm以下，在此范围内，可以保证在图1这种情况下，无需遮挡照射在曝光图形区域的杂散光，即可准确无误地只照射两侧的对准标记30。且这种大小的入光孔径能够使照明光机结构204输出的光线均为中心区域最有效光线，不会照射至掩膜板3非曝光图形区域，因此能够兼容这三种视场，保证这三种视场下的掩膜板3的对准标记30都能够被准确、完好地照亮并对准。

切换导轨203用于给照明切换机构2切换运动时提供轨道，请参照图6，切换轨道有两个运动方向206和207，切换导轨203设置两个工位，分别是对准工位和曝光工位。当需要对准时，照明切换机构2就沿着切换导轨203运动到对准工位，照明光机结构204位于照明系统1正下方，当需要曝光时，照明切换机构2就沿着切换导轨203运动到曝光工位，此时遮光板205位于照明系统1正下方。

较佳地，在对准工位和曝光工位处分别设置传感器，用以监控所述照明切换机构当前是否移动到位，确保对准、曝光功能的实现。

较佳地，所述照明切换机构2还包括对照明切换机构2移动进行控制的限位结构，如缓冲器，可以使得照明切换机构2在快速移动到位后可以快速稳定下来。

较佳地，所述照明切换机构2还需设置进行位置伺服的伺服结构。

较佳地，所述驱动组件为电机或者气动滑台驱动。

所述遮光板205为两边不透光，中间透光的光学结构，中间透光部分的面积大小可以调整，如可将中间透光部分设置成折叠结构，根据视场大小以及所述曝光图形区域决定中间透光部分的面积。

掩膜板3放置在掩膜台4上，掩膜板3上设置有对准标记30，所述对准标记30位于掩膜板3的曝光图形区域两侧，并且呈对称分布，对准标记30的个数在两个以上，本实施例中的对准标记30为四个。

工件台基准板8上设置有基准标记80，用于在对准时与掩膜板3上的对准标记30对准。

对准传感器9与所述工件台基准板8放置于同一支架上，该支架位于工件台6上。对准传感器9由透镜组91和探测面92组成，透镜组91用于将对准传感器9接收的光路传递到探测面92上，探测面92用于探测光路并对外传输成像光路，常见的探测面为光电二极管或者光电芯片等。

对准传感器9与成像传感器相连接，将对准传感器9接收到的图像信息传输至成像传感器上，成像传感器将图像信息成像后传输至信号处理及控制单元内，此外掩膜台4与工件台6还与信号处理及控制单元连接，该单元主要用于分析成像传感器传输的成像数据并且调控工件台6与掩膜台4的移动，如在对准时，调控掩膜台4携带掩膜板3移动，使得对准标记30与基准标记80对准。

请参照图7，本发明还提供一种使用上述光刻装置的光刻方法，包括以下步骤：

步骤一：将掩膜板3放置于掩膜台4上，将所述照明切换机构2调至对准工位，将工件台基准板8放置于投影物镜5下方，将工件台6运动到对准工作位置；

步骤二：打开照明系统1，并将照明衰减机构11打开，调整档位，请参照图3，所述照明切换机构2将照明光分别投射到对准标记30区域，确保只将对准标记30照亮；

步骤三：从对准标记30上折射的光线经过投影物镜5折射至工件台基准板8的基准标记80上，然后将对准标记30与基准标记80一同成像至对准传感器9上，由对准传感器9将数据传输至成像传感器；

步骤四：所述成像传感器将信息传输至信号处理及控制单元，由信号处理及控制单元发送位置调整指令至掩膜台4，掩膜台4接收位置调整指令并作位置调整，直至对准标记30与基准标记80在成像传感器上显示已对准；

步骤五：将所述照明切换机构2调至曝光工位，关闭照明衰减机构11，将硅片7放置于工件台6上，并移动至投影物镜5下方，与掩膜板3对准；

步骤六：照明光线通过遮光板205只投射至掩膜板3的曝光图形区域，并且依次通过投影物镜5到达硅片7，完成曝光。

较佳地，步骤一中还包括通过信号处理及控制单元移动工件台6，使得工件台6带动对准传感器9移动到能接收掩膜对准信息的位置。

较佳地，步骤一中将照明切换机构2调至对准工位后，所述照明光机结构204即调整位置至照明系统1下方，使得所述照明系统与所述照明光机结构排列在竖直方向上，照明光通过所述照明光机结构204被分光。

较佳地，步骤五中将照明切换机构2调至曝光工位后，所述照明光机结构204即移出，所述遮光板205被移至照明系统1下方，照明光通过遮光板205后只照射曝光图形区域。

本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种光刻装置，从上至下依次包括：照明系统、掩膜板、投影物镜、工件台基准板、工件台以及对准传感器，所述掩膜板放置在掩膜台上，所述掩膜板上设置有对准标记，所述对准标记位于掩膜板曝光图形区域两侧，所述工件台上还承载硅片，所述工件台基准板上设置有基准标记，其特征在于，所述照明系统与所述掩膜板之间还设置有照明切换机构，在对准时通过调整所述照明切换机构使所述照明系统提供的照明光源只照射对准标记，而在曝光时通过调整照明切换机构使照明光源只照射曝光图形区域。

2.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述照明切换机构包括照明光机结构、遮光板、切换导轨以及驱动组件，所述切换导轨用于给所述照明光机结构和遮光板提供轨道，所述驱动组件用于驱动所述照明光机结构和遮光板。

3.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述照明光机结构为棱镜反射结构或者透镜与反射镜相结合的结构。

4.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述切换导轨设置两个工位，分别是对准工位和曝光工位。

5.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，在对准工位和曝光工位处分别设置传感器，用以监控所述照明切换机构当前是否移动到位。

6.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述照明切换机构还包括对照明切换机构移动进行控制的限位结构和进行位置伺服的伺服结构。

7.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述驱动组件为电机或者气动滑台。

8.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述遮光板为两边不透光，中间透光的光学结构，所述中间透光部分的面积大小可根据所述曝光图形区域大小进行调整。

9.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述照明切换机构的入光口的边长在33mm以下。

10.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述照明系统提供的照明光源为紫外线光源。

11.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述照明系统中设置有照明衰减机构，所述照明衰减机构用于调节照明光输出的衰减度。

12.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述照明系统还设置有滤波片、汞灯、反射冷板以及光耦合件。

13.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述对准传感器与所述工件台基准板放置于同一支架上，所述支架位于工件台上。

14.一种使用如权利要求1～13中任意一项所述的光刻装置的光刻方法，其特征在于，在对准与曝光时共同使用同一种照明光源，具体包括以下步骤：

步骤一：在对准时，将掩膜板放置于掩膜台上，将所述照明切换机构调至对准工位，将工件台基准板放置于投影物镜下方；

步骤二：打开照明系统，并将照明衰减机构打开，调整档位，所述照明切换机构将照明光分别投射到对准标记区域，确保只将对准标记照亮；

步骤三：从对准标记上折射的光线经过投影物镜折射至工件台基准板的基准标记上，然后将对准标记与基准标记一同成像至对准传感器上，由对准传感器将数据传输至成像传感器；

步骤四：所述成像传感器将信息传输至信号处理及控制单元，由信号处理及控制单元发送位置调整指令至掩膜台，掩膜台接收位置调整指令并作位置调整，直至对准标记与基准标记在成像传感器上显示已对准；

步骤五：在曝光时，将所述照明切换机构调至曝光工位，关闭照明衰减机构，将硅片放置于工件台上，并移动至投影物镜下方，与掩膜板对准；

步骤六：照明光线通过遮光板只投射至掩膜板的曝光图形区域，并且依次通过投影物镜到达硅片，完成曝光。

15.如权利要求14中所述的光刻方法，其特征在于，所述掩膜板上的对准标记与曝光图形区域在同一平面，并且对称分布于所述曝光图形区域的两侧，所述对准标记数量为两个以上。

16.如权利要求14中所述的光刻方法，其特征在于，步骤一中还包括通过信号处理及控制单元移动工件台，使得工件台带动对准传感器移动到能接收掩膜对准信息的位置。

17.如权利要求14中所述的光刻方法，其特征在于，步骤一中将照明切换机构调至对准工位后，所述照明光机结构即调整位置至所述照明系统下方，使得所述照明系统与所述照明光机结构排列在竖直方向上。

18.如权利要求14中所述的光刻方法，其特征在于，步骤五中将照明切换机构调至曝光工位后，所述照明光机结构即移出，所述遮光板被移至照明系统下方，照明光通过遮光板后只照射曝光图形区域。