CN111624861A - 掩模对准标记组合、掩模对准系统及对准方法、光刻装置 - Google Patents

掩模对准标记组合、掩模对准系统及对准方法、光刻装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种掩模对准标记组合、掩模对准系统及对准方法、光刻装置，掩模板的X方向和Y方向均包括两组对准标记，X方向上的两组对准标记及Y方向上的两组对准标记均关于掩模板的中心对称设置，在进行掩模对准时，辐射探测组件接收依次经过掩模对准标记组合、投影组件及基准参考标记组合的对准光束，并得到对应每组对准标记的对准位置信息，计算组件可以根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息，而所述基准板的位姿信息能够更准确的表达所述基准板与所述掩模板的相对位置关系。

Description

掩模对准标记组合、掩模对准系统及对准方法、光刻装置
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种掩模对准标记组合、掩模对准系统及对准方法、光刻装置。
背景技术
掩模对准系统作为光刻机的关键分系统，其功能是测量掩模板上的掩模对准标记组合相对于基准板上的基准参考标记组合的相对位置，进而得到基准板与掩模板的相对位置。现有掩模板上的掩模对准标记组合布局方式通常只能测量到基准板的位置信息(x，y，z)，而无法测量基准板的姿态信息(Rx，Ry，Rz)，所以并不能准确的表达出基准板与掩模板的位置关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掩模对准标记组合、掩模对准系统及对准方法、光刻装置，不仅能够测量基准板的位置信息，还能够测量基准板的姿态信息，从而更准确的表达基准板与掩模板的位置关系。
为了达到上述目的，本发明提供了一种掩模对准标记组合，设置于一掩模板上用于掩模对准，在X方向和Y方向均包括两组对准标记，其中，X方向上的两组对准标记关于所述掩模板的中心对称设置，Y方向上的两组对准标记关于所述掩模板的中心对称设置。
可选的，每组所述对准标记均为一个光栅，其中，在X方向上的两个光栅沿X方向延伸，在Y方向上的两个光栅沿Y方向延伸。
可选的，所述掩模对准标记组合还包括一归一化标记，所述归一化标记位于所述掩模板的中心。
本发明还提供了一种掩模对准系统，用于实现掩模板及工件台的对准，包括：
照明组件，提供对准光束照射至所述掩模板上，所述掩模板上设置有所述掩模对准标记组合；
投影组件，位于所述掩模板下方，用于将所述掩模对准标记组合成像；
基准板，位于所述工件台上，用于承载对应所述掩模对准标记组合的基准参考标记组合；
辐射探测组件，位于所述基准板下方，用于接收依次经过所述掩模对准标记组合、投影组件及基准参考标记组合的对准光束，并得到对应每组对准标记的对准位置信息；
计算组件，根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息。
可选的，所述基准板的位姿信息包括沿X方向、Y方向及Z方向的位置信息和绕X方向、Y方向及Z方向旋转的姿态信息。
本发明还提供了一种光刻装置，包括所述掩模对准系统。
本发明还提供了一种利用所述掩模对准系统进行掩模对准的方法，包括：
照明组件发出对准光束照射至掩模板的掩模对准标记组合上，并被投影组件投影至位于基准板上的基准参考标记组合上；
移动工件台使辐射探测组件接收对准光束，并得到对应每组对准标记的对准位置信息；
计算组件根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息。
可选的，所述基准板的位姿信息包括沿X方向、Y方向及Z方向的位置信息(x，y，z)和绕X方向、Y方向及Z方向旋转的姿态信息(Rx，Ry，Rz)，所述计算组件根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息的步骤包括：
根据对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息(x1，z1)和(x2，z2)及对应Y方向上的两组对准标记的对准位置信息(y1，z3)和(y2，z4)拟合出所述基准板的位置信息(x，y，z)；
根据对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息(x1，z1)和(x2，z2)得到所述基准板绕Y方向的旋转Ry及绕Z方向的旋转Rz1，根据对应Y方向上的两组对准标记的对准位置信息(y1，z3)和(y2，z4)得到所述基准板绕X方向的旋转Rx及绕Z方向的旋转Rz2，其中，Rz的值等于Rz1、Rz2或(Rz1+Rz2)/2。
可选的，利用如下公式计算出所述基准板的姿态信息(Rx，Ry，Rz)：
Figure BDA0002281730320000031
Figure BDA0002281730320000032
Figure BDA0002281730320000033
其中，Dx为X方向上的两组对准标记之间的距离，Dy为Y方向上的两组对准标记之间的距离。
可选的，在测量所述基准板的位姿信息之前，所述掩模对准方法还包括：
利用所述辐射探测组件多次进行探测，以得到对应X方向上的每组对准标记的多个对准位置信息(x11，z11)…(x1i，z1i)和(x21，z21)…(x2i，z2i)及对应Y方向上的每组对准标记的多个对准位置信息(y11，z31)…(y1i，z3i)和(y21，z41)…(y2i，z4i)，其中，i大于或等于2；
根据对应X方向上的每组对准标记的多个对准位置信息及对应Y方向上的每组对准标记的多个对准位置信息得到所述辐射探测组件的重复度指标。
可选的，所述辐射探测组件的重复度指标包括X方向的重复度指标3σx及Y方向的重复度指标3σy，其中，
Figure BDA0002281730320000034
Figure BDA0002281730320000035
其中，Δx1＝|x11-x21|,…,Δxi＝|x1i-x2i|，Δy1＝|y11-y21|,…,Δyi＝|y1i-y2i|，
Figure BDA0002281730320000036
为Δx1…Δxi的均值；
Figure BDA0002281730320000037
为Δy1…Δyi的均值。
可选的，得到所述辐射探测组件的重复度指标之后，利用所述辐射探测组件探测的信息及所述重复度指标得到每组对准标记的对准位置信息。
在本发明提供的掩模对准标记组合、掩模对准系统及对准方法、光刻装置中，掩模板的X方向和Y方向均包括两组对准标记，X方向上的两组对准标记及Y方向上的两组对准标记均关于掩模板的中心对称设置，在进行掩模对准时，辐射探测组件接收依次经过掩模对准标记组合、投影组件及基准参考标记组合的对准光束，并得到对应每组对准标记的对准位置信息，计算组件可以根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息，而所述基准板的位姿信息能够更准确的表达所述基准板与所述掩模板的相对位置关系。
附图说明
图1为本发明实施例提供的掩模对准标记组合在掩模板上的分布图；
图2为本发明实施例提供的X方向上的对准标记的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的Y方向上的对准标记的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的掩模对准系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的利用所述掩模对准系统进行掩模对准的方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的辐射探测组件扫描获取的点云图；
图7为本发明实施例提供的基准板Y方向的旋转姿态Ry的示意图；
图8为本发明实施例提供的基准板Z方向的旋转姿态Rz的示意图；
图9为本发明实施例提供的辐射探测组件探测同一对准标记得到的两组对准位置信息中X坐标的对比图；
其中，附图标记为：
1-照明组件；21-工件台；22-基准版；221-基准参考标记组合；23-辐射探测组件；3-掩模组件；31-掩模台；32-掩模板；321a-第一对准标记；321b-第二对准标记；322a-第三对准标记；322b-第四对准标记；323-归一化标记；4-投影组件。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参阅图1，以水平方向为X方向，竖直方向为Y方向，垂直于纸面向外为Z方向，建立XYZ三维坐标系，本实施例提供的掩模对准标记组合设置于一掩模板32上以用于掩模对准，其包括至少两组X方向上的对准标记及两组Y方向上的对准标记，X方向上的两组对准标记关于所述掩模板32的中心对称设置，Y方向上的两组对准标记也关于所述掩模板32的中心对称设置。为了便于描述，设X方向上的两组对准标记分别为第一对准标记321a和第二对准标记321b，Y方向上的两组对准标记分别为第三对准标记322a和第四对准标记322b，从图1中可见，所述第一对准标记321a和所述第二对准标记321b在同一X轴上，所述第三对准标记322a和所述第四对准标记322b在在同一Y轴上。
进一步，如图2及图3所示，所述第一对准标记321a、第二对准标记321b、第三对准标记322a和第四对准标记322b均为一个光栅，其中，所述第一对准标记321a和所述第二对准标记321b中光栅沿X方向延伸，所述第三对准标记322a和所述第四对准标记322b中光栅沿Y方向延伸。可选的，所述第一对准标记321a和所述第二对准标记321b中光栅的栅距和栅长均相等，所述第三对准标记322a和所述第四对准标记322b中光栅的栅距和栅长均相等，亦可以理解为，所述第一对准标记321a和所述第二对准标记321b采用了完全相同的光栅，所述第三对准标记322a和所述第四对准标记322b也采用了完全相同的光栅，但X方向上的两组对准标记(第一对准标记321a和第二对准标记321b)与Y方向上的两组对准标记(第三对准标记322a和第四对准标记322b)通常是采用不同的光栅。
可选的，所述掩模对准标记组合还包括一归一化标记323，所述归一化标记323位于所述掩模板32的中心，可以理解的是，所述第一对准标记321a和所述第二对准标记321b是关于所述归一化标记323对称设置的，所述第三对准标记322a和所述第四对准标记322b也是关于所述归一化标记323对称设置的。所述归一化标记323通常是一方形的通孔，通孔的中心与所述掩模板32的中心重合，在进行掩膜对准时，可以利用所述归一化标记323进行归一化对准。
请参阅图4，本实施例提供了一种掩模对准系统，用于实现掩模板32及工件台21的对准，所述掩模对准系统从上自下依次为：
照明组件1，所述照明组件1作为光源，用于向整个所述掩模对准系统提供对准光束(通常可以是紫外光)；
掩膜台31，所述掩膜台31上设置有掩膜板32，所述掩膜板32上设置有所述掩膜对准标记组合；
投影组件4，位于所述掩模板32下方，用于将所述掩模对准标记组合成像，所述投影组件4通常包括一投影物镜；
工件台21，位于所述投影组件4下方，所述工件台上设置有基准板22及辐射探测组件23，所述基准板22位于所述工件台21的中心，并且所述基准板22上设置有对应所述掩模对准标记组合的基准参考标记组合221，所述辐射探测组件23，位于所述基准板22的下方，用于接收依次经过所述掩模对准标记组合、投影组件4及基准参考标记组合的对准光束的辐射信息，通过对辐射信息进行处理可以得到对应所述掩膜板32上每组对准标记的对准位置信息。可以理解的，所述辐射探测组件23探测到的辐射信息可以是辐射振幅信息、辐射能量信息、辐射相位信息中的任一种；当然，所述辐射信息也可以是辐射振幅信息或辐射能量信息中的一种与辐射相位信息的组合。
计算组件，根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息。
所述掩模对准系统还包括一计算组件(未示出)，所述计算组件根据对应每组对准标记的对准位置信息得到所述基准板22的位姿信息，可以理解的是，这里的所述基准板22的位姿信息也指的是所述掩模板32与基准板22之间的位置关系。进一步，所述位姿信息包括所述基准板22的6个姿态，包括沿X方向、Y方向及Z方向的位置信息(x，y，z)和绕X方向、Y方向及Z方向旋转的姿态信息(Rx，Ry，Rz)，可以理解的是，x，y，z分别代表所述基准板22在X方向、Y方向及Z方向的位置，Rx，Ry，Rz分别代表所述基准板22在X方向、Y方向及Z方向的旋转姿态。
基于此，本实施例还提供了一种光刻装置，包括所述掩模对准系统。
请参阅图4及图5，本实施例还提供了一种利用所述的掩模对准系统进行掩模对准的方法，包括：
步骤S1：所述照明组件1发出对准光束照射至掩模板32的掩模对准标记组合上，此时，所述掩模对准标记组合的每组对准标记均被照明，所述投影组件4将透过所述掩模对准标记组合的对准光束投影至位于所述基准板22上的基准参考标记组合221上；
步骤S2：移动所述工件台21进行掩膜对准，在所述工件台21移动的过程中，所述辐射探测组件23接收顺次通过掩模对准标记组合、投影组件4和基准参考标记组合221的对准光束并探测对准光束的辐射信息，也就是说，所述工件台21移动的过程中，每移动一个位置，所述辐射探测组件23记录下对应每组对准标记的辐射信息，然后将所述辐射探测组件23探测到的每组对准标记的所有辐射信息在位置坐标下进行拟合，得到如图6所示的位置与光强关系的点云图(图6中仅示意性的展示出对应X方向上的一组对准标记的点云图)，每组对准标记的点云图中光强最大的点对应的位置即为该对准标记的对准位置，例如是图6中的(xbest，zbest)，这样一来就可以找到对应每组对准标记的对准位置信息，为了便于描述，设对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息分别为(x1，z1)和(x2，z2)，对应Y方向上的两组对准标记的对准位置信息分别为(y1，z3)和(y2，z4)。
步骤S3：所述计算组件首先根据对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息分别(x1，z1)和(x2，z2)及对应Y方向上的两组对准标记的对准位置信息分别为(y1，z3)和(y2，z4)可以拟合出所述基准板22的位置信息(x，y，z)，所述位置信息(x，y，z)可以表征所述基准板22在X方向上的位置x、在Y方向上的位置y及在X方向上的位置z。
进一步，如图7所示(图7中仅示意出绕Y方向的旋转Ry的示意图，绕X方向的旋转Rx也同理)，其中，对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息(x1，z1)和(x2，z2)的Y坐标近似看成是相等的，对应Y方向上的两组对准标记的对准位置信息(y1，z3)和(y2，z4)的X坐标近似看成是相等的，所述计算组件可以根据对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息(x1，z1)和(x2，z2)得到所述基准板22绕Y方向的旋转Ry：
Figure BDA0002281730320000071
然后根据对应两组所述第二对准标记的对准位置信息(y1，z3)和(y2，z4)得到所述基准板22绕X方向的旋转Rx：
Figure BDA0002281730320000072
进一步，如图8所示(图8中仅示意出利用对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息得到绕Z方向的旋转Rz1的示意图，绕Z方向的旋转Rz2也同理)，所述计算组件可以根据对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息(x1，z1)和(x2，z2)得到所述基准板22绕Z方向的旋转Rz1：
Figure BDA0002281730320000081
然后根据对应Y方向上的两组对准标记的对准位置信息(y1，z3)和(y2，z4)得到所述基准板22绕Z方向的旋转Rz2：
Figure BDA0002281730320000082
其中，Dx为X方向上的两组对准标记之间的距离，Dy为Y方向上的两组对准标记之间的距离。可以理解的是，在进行掩模对准时，所述基准板22的表面理想状态下是平整的，即Rz1和Rz2在理想状态下是相等的，但是由于所述基准板22的表面可能有微小的倾斜或者所述辐射探测组件23有微小的测量误差，导致Rz1和Rz2是不相等的，所述基准板22绕Z方向的旋转Rz最终可以取Rz1和Rz2的平均值，即Rz＝(Rz1+Rz2)/2。
通过上述步骤即可得到所述基准板22的位姿信息(x，y，z，Rx，Ry，Rz)，所述位姿信息包含了所述基准板22的6个姿态，从而可以更准确的表达所述基准板22与所述掩模板32的相对位置关系。
可选的，所述辐射探测组件23在测量X方向上或Y方向上的两组对准标记的对准位置信息时，可能受到来自外部干扰源的干扰(噪声)，所述辐射探测组件23的重复性差，如图9所示，其为所述辐射探测组件23探测同一对准标记得到的两组对准位置信息中X坐标的对比图，由于噪声的存在，即使是同一组对准标记的X坐标的差值也并不恒定，所以本实施例在步骤S1之前还执行了以下步骤：
步骤S0：首先利用所述辐射探测组23对X方向上或Y方向上的每组对准标记均进行多次进行探测，以得到对应X方向上的每组对准标记的多个对准位置信息(x11，z11)…(x1i，z1i)和(x21，z21)…(x2i，z2i)及对应Y方向上的每组对准标记的多个对准位置信息(y11，z31)…(y1i，z3i)和(y21，z41)…(y2i，z4i)，其中，i大于或等于2，然后分别求出对应X方向和Y方向上的对准标记的多个对准位置信息的位置标准差σx和σy：
Figure BDA0002281730320000091
Figure BDA0002281730320000092
其中，其中，Δx1＝|x11-x21|,…,Δxi＝|x1i-x2i|，Δy1＝|y11-y21|,…,Δyi＝|y1i-y2i|，
Figure BDA0002281730320000093
为Δx1…Δxi的均值；
Figure BDA0002281730320000094
为Δy1…Δyi的均值。可以理解的是，3σx和3σy即为所述辐射探测组件X方向上和Y方向上的重复度指标。
最后，在得到所述辐射探测组件的重复度指标(3σx和3σy)之后再执行步骤S1-步骤S3，如图6所示，在拟合出每组对准标记的点云图之后，在得到每组对准标记的对准位置信息时，可以参考所述辐射探测组件的重复度指标，从而减少了外部环境对测量到的对准位置信息的影响。
综上，在本发明提供的掩模对准标记组合、掩模对准系统及对准方法、光刻装置中，掩模板的X方向和Y方向均包括两组对准标记，X方向上的两组对准标记及Y方向上的两组对准标记均关于掩模板的中心对称设置，在进行掩模对准时，辐射探测组件接收依次经过掩模对准标记组合、投影组件及基准参考标记组合的对准光束，并得到对应每组对准标记的对准位置信息，计算组件可以根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息，而所述基准板的位姿信息能够更准确的表达所述基准板与所述掩模板的相对位置关系。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种掩模对准标记组合，设置于一掩模板上用于掩模对准，其特征在于，所述掩模对准标记组合在X方向和Y方向均包括两组对准标记，其中，X方向上的两组对准标记关于所述掩模板的中心对称设置，Y方向上的两组对准标记关于所述掩模板的中心对称设置。
2.如权利要求1所述的掩模对准标记组合，其特征在于，每组所述对准标记均为一个光栅，其中，在X方向上的两个光栅沿X方向延伸，在Y方向上的两个光栅沿Y方向延伸。
3.如权利要求1或2所述的掩模对准标记组合，其特征在于，所述掩模对准标记组合还包括一归一化标记，所述归一化标记位于所述掩模板的中心。
4.一种掩模对准系统，用于实现掩模板及工件台的对准，其特征在于，包括：
照明组件，提供对准光束照射至所述掩模板上，所述掩模板上设置有如权利要求1-3中任一项所述的掩模对准标记组合；
投影组件，位于所述掩模板下方，用于将所述掩模对准标记组合成像；
基准板，位于所述工件台上，用于承载对应所述掩模对准标记组合的基准参考标记组合；
辐射探测组件，位于所述基准板下方，用于接收依次经过所述掩模对准标记组合、投影组件及基准参考标记组合的对准光束，并得到对应每组对准标记的对准位置信息；
计算组件，根据所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息。
5.如权利要求4所述的掩模对准系统，其特征在于，所述基准板的位姿信息包括沿X方向、Y方向及Z方向的位置信息和绕X方向、Y方向及Z方向旋转的姿态信息。
6.一种光刻装置，其特征在于，包括如权利要求4-5中任一项所述的掩模对准系统。
7.一种利用如权利要求4-5中任一项所述的掩模对准系统进行掩模对准的方法，其特征在于，包括：
照明组件发出对准光束照射至掩模板的掩模对准标记组合上，并被投影组件投影至位于基准板上的基准参考标记组合上；
移动工件台使辐射探测组件接收对准光束，并得到对应每组对准标记的对准位置信息；
计算组件根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息。
8.如权利要求7所述的掩模对准方法，其特征在于，所述基准板的位姿信息包括沿X方向、Y方向及Z方向的位置信息(x，y，z)和绕X方向、Y方向及Z方向旋转的姿态信息(Rx，Ry，Rz)，所述计算组件根据多个所述对准位置信息得到所述基准板的位姿信息的步骤包括：
根据对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息(x1，z1)和(x2，z2)及对应Y方向上的两组对准标记的对准位置信息(y1，z3)和(y2，z4)拟合出所述基准板的位置信息(x，y，z)；
根据对应X方向上的两组对准标记的对准位置信息(x1，z1)和(x2，z2)得到所述基准板绕Y方向的旋转Ry及绕Z方向的旋转Rz1，根据对应Y方向上的两组对准标记的对准位置信息(y1，z3)和(y2，z4)得到所述基准板绕X方向的旋转Rx及绕Z方向的旋转Rz2，其中，Rz的值等于Rz1、Rz2或(Rz1+Rz2)/2。
9.如权利要求8所述的掩模对准方法，其特征在于，利用如下公式计算出所述基准板的姿态信息(Rx，Ry，Rz)：
Figure FDA0002281730310000021
Figure FDA0002281730310000022
Figure FDA0002281730310000023
其中，Dx为X方向上的两组对准标记之间的距离，Dy为Y方向上的两组对准标记之间的距离。
10.如权利要求7所述的掩模对准方法，其特征在于，在测量所述基准板的位姿信息之前，所述掩模对准方法还包括：
利用所述辐射探测组件多次进行探测，以得到对应X方向上的每组对准标记的多个对准位置信息(x11，z11)…(x1i，z1i)和(x21，z21)…(x2i，z2i)及对应Y方向上的每组对准标记的多个对准位置信息(y11，z31)…(y1i，z3i)和(y21，z41)…(y2i，z4i)，其中，i大于或等于2；
根据对应X方向上的每组对准标记的多个对准位置信息及对应Y方向上的每组对准标记的多个对准位置信息得到所述辐射探测组件的重复度指标。
11.如权利要求10所述的掩模对准方法，其特征在于，所述辐射探测组件的重复度指标包括X方向的重复度指标3σx及Y方向的重复度指标3σy，其中，
Figure FDA0002281730310000031
Figure FDA0002281730310000032
其中，Δx1＝|x11-x21|,…,Δxi＝|x1i-x2i|，Δy1＝|y11-y21|,…,Δyi＝|y1i-y2i|，
Figure FDA0002281730310000033
为Δx1…Δxi的均值；
Figure FDA0002281730310000034
为Δy1…Δyi的均值。
12.如权利要求10或11所述的掩模对准方法，其特征在于，得到所述辐射探测组件的重复度指标之后，利用所述辐射探测组件探测的信息及所述重复度指标得到每组对准标记的对准位置信息。
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