CN108508713A - 一种掩模传输预对准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掩模传输预对准装置及方法，依次包括光源模组、预对准测试部件和成像模组；光源模组依次包括光源、准直单元和带十字标记的掩模版；成像模组包括第一转折棱镜、半透半反射棱镜、CCD探测器和四象限探测器，所述光源发出的光线进入所述成像模组后，依次经第一转折棱镜和半透半反射棱镜后，其中一部分进入CCD探测器，另一部分进入四象限探测器。在对准过程中，首先将带十字标记的掩模版上十字标记成像在CCD探测器中，检测出光源模组与成像模组之间的位置偏差量，并根据该位置偏差量对之后的四象限探测器测量值进行线性校准补偿，实现了自身检测和标定的功能，解决光源模组和成像模组对准精度不高的问题，保证了预对准精度。

Description

一种掩模传输预对准装置及方法

技术领域

本发明涉及掩模传输领域，具体涉及一种掩模传输预对准装置及方法。

背景技术

在光刻机的掩模传输分系统中，取放版前采用预对准技术来确定掩模版位置，消除掩模版在传输过程中产生的位置偏差，保证掩模版交接到交换版机械手前的上版精度。保证掩模上版到掩模台的位置重复性，使得掩模被送到曝光区时，对准标记在同轴对准捕获范围内。如图1所示，该架构中粗预对准的光源和四象限(Quadcell)传感器装在掩模传输分系统内部，其中用于粗预对准的四象限探测器11’固定在预对准框架内部底面，用于粗预对准的光源21’固定在预对准框架内部顶面，位置与用于粗预对准的四象限探测器11’对应。用于精预对准的光源22’装在掩模传输上，用于精预对准的四象限探测器12’传感器装在顶板(Top-Plate)上，位置与用于精预对准的光源22’的位置对应。在现有的用于光刻机的掩模预对准装置及方法中，光源模组与成像模组为分立组件，使用过程中，如果两者存在位置误差则会导致照明光产生偏心，从而影响照明光在四象限探测器上的均匀性，进而影响预对准的性能。通过仿真我们可以看到，光源在四象限探测器1’面上的均匀性如图2所示，离开四象限探测器中心一定距离后照明均匀性会急剧变差。如图3a-3b所示，图中照明光覆盖区域3’，照明光均匀区域4’和米字标记5’，在产生偏心后，即使掩模版上标记已经到达四象限探测器的零位，但由于照明不均匀，根据四象限探测器测量的读数所计算出的掩模版位置也会偏离零位。

根据仿真以及计算，评估照明均匀性偏差带来的预对准偏差如下：

定义非均匀率为uniformity；

定义四象限中其中2个象限的能量密度为ua，ub；

定义A，B为该2个象限中根据掩模标记所分配到的能量值；

定义光源模组与成像模组之间的位置偏移量为s；

定义由于非均匀性所带来的偏差为ds；

则有如下关系：

uniformity＝(ua-ub)/(ua+ub)；

s＝(A*ua-B*ub)/(A*ua+B*ub)；

ds＝(A*ua-B*ub)/(A*ua+B*ub)-(A-B)/(A+B)；

根据上述模型，可计算得到非均匀率对预对准测量结果所带来的偏差，如表1所示。

表1非均匀性带来的预对准精度偏差

发明内容

本发明提供了一种掩模传输预对准装置及方法，以解决现有技术中存在的预对准精度不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种掩模传输预对准装置，依次包括光源模组、预对准测试部件和成像模组；

所述光源模组依次包括光源、准直单元和带十字标记的掩模版；

所述成像模组包括第一转折棱镜、半透半反射棱镜、CCD探测器和四象限探测器，所述光源发出的光线进入所述成像模组后，依次经第一转折棱镜和半透半反射棱镜后，其中一部分进入CCD探测器，另一部分进入四象限探测器。

进一步的，所述预对准测试部件为带米字标记的掩模版。

进一步的，所述带十字标记的掩模版上的十字标记不大于带米字标记的掩模版的1/4900。

进一步的，所述带十字标记的掩模版上的十字标记不透光。

进一步的，所述光源为LED光源。

进一步的，所述准直单元为照明透镜。

进一步的，所述光源、准直单元和带十字标记的掩模版同轴设置。

进一步的，所述CCD探测器的最小分辨率不低于10um×10um。

进一步的，所述半透半反射棱镜和所述四象限探测器之间还设有第二转折棱镜。

进一步的，所述掩模传输预对准装置还包括基准板，所述光源模组安装于基准板上。

进一步的，所述掩模传输预对准装置还包括顶板，所述成像模组安装于顶板上。

本发明还提供一种掩模传输预对准方法，包括自调整补偿测量过程和线性校准补偿过程：

所述自调整补偿测量过程包括以下步骤：

S11：安装光源、准直单元、带十字标记的掩模版、第一转折棱镜、半透半反射棱镜、CCD探测器形成第一双远心成像系统；

S12：打开光源，将带十字标记的掩模版上十字标记成像在CCD探测器中；

S13：根据所述CCD探测器探测到的图像中十字标记的位置，计算得到光源模组与成像模组在X、Y两个方向上的偏差PX、PY；

所述线性校准补偿过程包括以下步骤：

S21：在所述第一双远心成像系统的基础上安装预对准测试部件和四象限探测器形成第二双远心成像系统；

S22：打开光源，将预对准测试部件上的标记成像在四象限探测器中；

S23：根据四象限探测器的探测数据以及自调整补偿测量过程所测得的偏移量PX，PY进行线性标定。

进一步的，所述自调整补偿测量过程还包括S14：根据计算得到的偏差PX、PY整体调整光源模组和成像模组的相对位置直至PX、PY均为0。

进一步的，所述自调整补偿测量过程还包括S14：记录该PX、PY值作为机器常数并在线性校准补偿过程进行补偿。

进一步的，所述步骤S22中，具体为将带米字标记的掩模版上米字标记成像在四象限探测器中。

本发明提供的掩模传输预对准装置，依次包括光源模组、预对准测试部件和成像模组；所述光源模组依次包括光源、准直单元和带十字标记的掩模版；所述成像模组包括第一转折棱镜、半透半反射棱镜、CCD探测器和四象限探测器，所述光源发出的光线进入所述成像模组后，依次经第一转折棱镜和半透半反射棱镜后，其中一部分进入CCD探测器，另一部分进入四象限探测器。在对准过程中，首先将带十字标记的掩模版上十字标记成像在CCD探测器中，检测出光源模组与成像模组之间的位置偏差量，并根据该位置偏差量对之后的四象限探测器测量值进行线性校准补偿，本发明实现了自身检测和标定的功能，从而解决光源模组和成像模组对准精度不高的问题，保证了预对准的精度。

附图说明

图1是现有技术中预对准装置的结构示意图；

图2是现有技术中光源成像均匀性仿真图；

图3a是现有技术中光源模组和成像模组无偏差时的成像示意图；

图3b是现有技术中光源模组和成像模组有偏差时的成像示意图；

图4本发明实施例1中掩模传输预对准装置的结构示意图；

图5本发明实施例1中十字标记的结构示意图；

图6本发明实施例1中四象限探测器表面的光源成像均匀性仿真图；

图7a本发明实施例1中光源模组和成像模组无偏差时四象限探测器表面的能量分布模型；

图7b本发明实施例1中光源模组和成像模组有偏差时四象限探测器表面的能量分布模型；

图8本发明实施例2中掩模传输预对准装置的结构示意图。

图1-3中所示：1’、四象限探测器；11’、用于粗对准的四象限探测器；12’、用于精对准的四象限探测器；21’、用于粗预对准的光源；22’、用于精预对准的光源；3’、照明光覆盖区域；4’、照明光均匀区域；5’、米字标记；

图4-8中所示：100、光源模组；200、预对准测试部件；300、成像模组；1、光源；2、准直单元；3、带十字标记的掩模版；31、十字标记；4、第一转折棱镜；5、半透半反射棱镜；6、CCD探测器；7、四象限探测器；8、第二转折棱镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

实施例1

如图4和图5所示，本发明提供一种掩模传输预对准装置，依次包括光源模组100、预对准测试部件200和成像模组300；

所述光源模组100依次包括光源1、准直单元2和带十字标记31的掩模版3；光源1、准直单元2和带十字标记31的掩模版3同轴设置、三者的位置相对固定，且安装在该预对准装置的基准板上，优选的光源1为LED光源，发出LED光线，准直单元2为照明透镜，对光源1发出的LED光线进行准直，带十字标记的掩模版3用于提供自调整补偿图形的部件，其中的十字标记31不透光。预对准测试部件200为带米字标记的掩模版，为了不影响后期四象限探测器7对预对准测试部件200上米字标记的探测，十字标记31的尺寸不大于前述米字标记的尺寸的1/4900，具体的，十字标记远小于米字标记，米字标记根据掩模传输预对准装置要求的量程来制订，一般在mm级，十字标记大小接近CCD探测器6分辨率的5倍，本例中CCD探测器6的分辨率为10um×10um，十字标记的尺寸为50um×50um，米字标记的尺寸为3.5mm×3.5mm，如图5所示。

所述成像模组300包括第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5、CCD探测器6和四象限探测器7，第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5、CCD探测器6和四象限探测器7之间的位置相对固定，均安装在该预对准装置的顶板上。所述光源1发出的光线进入所述成像模组300后，依次经第一转折棱镜4和半透半反射棱镜5后，其中一部分进入CCD探测器6，另一部分进入四象限探测器7。优选的，所述CCD探测器6为高分辨CCD，最小分辨率不低于10um×10um。本实施例中，四象限探测器7的尺寸为2.5mm×2.5mm。

具体的，该预对准过程包括自调整补偿测量过程和线性校准补偿过程，在自调整补偿测量过程中，预对准测试部件200即带米字标记的掩模版不在光路中，光源1发出光线，依次经过照明透镜、带十字标记的掩模版3、第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5之后进入CCD探测器6，通过在CCD探测器6中观察该十字标记31的位置，能够计算出光源模组100与成像模组300在X、Y两个方向上的位置偏差PX，PY。如此时仍在装调阶段，则可以整体调整光源模组100或者成像模组300，使偏差PX，PY的值为0，如此时装调已经完成，则可将记录PX，PY的值，将其作为机器常数传送给软件，并在线性度校准时进行补偿。

在线性校准补偿过程中，将预对准测试部件200移入光路中，此时光源1发出的光线依次经过照明透镜、带十字标记的掩模版3、预对准测试部件200、第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5之后进入四象限探测器7进行成像，根据四象限探测器7的探测数据以及自调整补偿测量过程中所测得的偏移量PX，PY进行线性标定，需要说明的是，在该过程中，十字标记31也会同时在四象限探测器7上成一个较模糊的象。由于该十字标记31相对米字标记非常小。其对四象限探测器的影响可以看成光源本身特性的影响，如图6所示。从图中可以看出在正负3mm的范围内，仍然非常均匀，可以视其对正常的米字标记探测的影响非常微弱，满足掩模传输预对准要求。

本发明还提供一种掩模传输预对准方法，包括自调整补偿测量过程和线性校准补偿过程：

所述自调整补偿测量过程包括以下步骤：

S11：安装光源1、准直单元2、带十字标记的掩模版3、第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5、CCD探测器6形成第一双远心成像系统。

S12：打开光源1，将带十字标记的掩模版3上十字标记31成像在CCD探测器中；光源1发出光线，依次经过照明透镜、带十字标记的掩模版3、第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5之后进入CCD探测器6进行成像。

S13：根据所述CCD探测器6探测到的图像中十字标记31的位置，计算得到光源模组100与成像模组300在X、Y两个方向上的偏差PX、PY；

S14:根据计算得到的偏差PX、PY整体调整光源模组100和成像模组300的相对位置直至PX、PY均为0，即消除该位置偏差。当然也可以直接记录该PX、PY值作为机器常数并在线性校准补偿过程进行补偿。

所述线性校准补偿过程包括以下步骤：

S21：在所述第一双远心成像系统的基础上安装预对准测试部件200和四象限探测器7形成第二双远心成像系统；此时光源1、照明透镜、带十字标记的掩模版3、预对准测试部件200、第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5、CCD探测器6和四象限探测器7形成第二双远心成像系统。

S22：打开光源1，将预对准测试部件200上的标记成像在四象限探测器7中；具体的，光源1发出的光线依次经过照明透镜、带十字标记的掩模版3、预对准测试部件200、第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5之后进入四象限探测器7进行成像。

S23：根据四象限探测器7的探测数据以及自调整补偿测量过程所测得的偏移量PX，PY进行线性标定。具体的，根据四象限探测器7的探测数据以及步骤S13所测得的偏移量PX，PY进行线性标定，当然，若在步骤S14中进行消除偏差的操作时，则线性标定时补偿量为0。

具体的，线性标定的过程如下：定义四象限能量密度参数为ua，ub，uc，ud。用以表征四象限探测器7中4个象限上的光电二极管接收到的光源能量的密度。则预对准位置的计算公式s＝(A*ua-B*ub)/(A*ua+B*ub)，A，B为正常情况下四象限中根据掩模标记所分配到的能量值。

四象限探测器7的大小为2.5mm×2.5mm。根据图6的仿真结果建立四象限探测器7上能量模型如图7a、7b所示，图中3m(8.68)、3.5m(8.65)、4m(8.72)、6m(8.9)分别代表探测器面上不同区域的能量密度(我们这里理解成4个圆，圆3m(8.68)内的能量密度为8.68，圆3m到3.5m之间的能量密度为8.65，依次类推)。通过测得的偏移量PX，PY可知道探测器在图中这些能量分布中的位置，如以7a图为基准，当传感器位于7b时，对探测器上每个象限的能量密度进行重新补充。此时其能量密度参数ua＝(8.65*3)+(8.68*3)+(8.72*3)/(8.65*9)/＝1.004。

实施例2

如图8所示，与实施例1不同的是，本实施例中所述半透半反射棱镜5和所述四象限探测器7之间还设有第二转折棱镜8，此时光源1、照明透镜、带十字标记31的掩模版3、预对准测试部件200、第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5、CCD探测器6、四象限探测器7和第二转折棱镜8形成第二双远心成像系统，光源1发出的光线依次经过照明透镜、带十字标记31的掩模版3、预对准测试部件200、第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5以及第二转折棱镜8之后进入四象限探测器7进行成像。

综上所述，本发明提供的掩模传输预对准装置，依次包括光源模组100、预对准测试部件200和成像模组300；所述光源模组100依次包括光源1、准直单元2和带十字标记的掩模版3；所述成像模组300包括第一转折棱镜4、半透半反射棱镜5、CCD探测器6和四象限探测器7，所述光源1发出的光线进入所述成像模组300后，依次经第一转折棱镜4和半透半反射棱镜5后，其中一部分进入CCD探测器6，另一部分进入四象限探测器7。在对准过程中，首先将带十字标记的掩模版3上十字标记31成像在CCD探测器6中，检测出光源模组100与成像模组300之间的位置偏差量，并根据该位置偏差量对之后的四象限探测器300测量值进行线性校准补偿，本发明实现了自身检测和标定的功能，从而解决光源模组100和成像模组300对准精度不高的问题，保证了预对准的精度。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种掩模传输预对准装置，其特征在于，依次包括光源模组、预对准测试部件和成像模组；

所述光源模组依次包括光源、准直单元和带十字标记的掩模版；

所述成像模组包括第一转折棱镜、半透半反射棱镜、CCD探测器和四象限探测器，所述光源发出的光线进入所述成像模组后，依次经第一转折棱镜和半透半反射棱镜后，其中一部分进入CCD探测器，另一部分进入四象限探测器。

2.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述预对准测试部件为带米字标记的掩模版。

3.根据权利要求2所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述带十字标记的掩模版上的十字标记不大于带米字标记的掩模版的米字标记的1/4900。

4.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述带十字标记的掩模版上的十字标记不透光。

5.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述光源为LED光源。

6.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述准直单元为照明透镜。

7.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述光源、准直单元和带十字标记的掩模版同轴设置。

8.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述CCD探测器的最小分辨率不低于10um×10um。

9.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述半透半反射棱镜和所述四象限探测器之间还设有第二转折棱镜。

10.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述掩模传输预对准装置还包括基准板，所述光源模组安装于基准板上。

11.根据权利要求1所述的掩模传输预对准装置，其特征在于，所述掩模传输预对准装置还包括顶板，所述成像模组安装于顶板上。

12.一种掩模传输预对准方法，其特征在于，包括自调整补偿测量过程和线性校准补偿过程：

所述自调整补偿测量过程包括以下步骤：

S11：安装光源、准直单元、带十字标记的掩模版、第一转折棱镜、半透半反射棱镜、CCD探测器形成第一双远心成像系统；

S12：打开光源，将带十字标记的掩模版上十字标记成像在CCD探测器中；

S13：根据所述CCD探测器探测到的图像中十字标记的位置，计算得到光源模组与成像模组在X、Y两个方向上的偏差PX、PY；

所述线性校准补偿过程包括以下步骤：

S21：在所述第一双远心成像系统的基础上安装预对准测试部件和四象限探测器形成第二双远心成像系统；

S22：打开光源，将预对准测试部件上的标记成像在四象限探测器中；

S23：根据四象限探测器的探测数据以及自调整补偿测量过程所测得的偏移量PX，PY进行线性标定。

13.根据权利要求12所述预对准方法，其特征在于，所述自调整补偿测量过程还包括S14：根据计算得到的偏差PX、PY整体调整光源模组和成像模组的相对位置直至PX、PY均为0。

14.根据权利要求12所述预对准方法，其特征在于，所述自调整补偿测量过程还包括S14：记录该PX、PY值作为机器常数并在线性校准补偿过程进行补偿。

15.根据权利要求12所述预对准方法，其特征在于，所述步骤S22中，具体为将带米字标记的掩模版上米字标记成像在四象限探测器中。