CN113093487B - 掩模对准系统、掩模对准方法和光刻设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光刻设备及工艺技术领域，尤其涉及一种掩模对准系统、掩模对准方法和光刻设备。该掩模对准系统包括数据处理装置、图像采集装置、工作台、掩模台、成像装置和投影物镜。工作台和掩模台分别设置于投影物镜的两侧，基准版的基准标记通过投影物镜呈倒立放大的像投射在掩模版上，成像装置的物侧朝向掩模版，图像采集装置设置于成像装置的像侧，数据处理装置能够对拍摄图像进行图像处理，确定掩模版与工作台的相对位置关系。该掩模对准方法和该光刻设备均采用该掩模对准系统。该掩模对准系统、掩模对准方法和光刻设备，对于测量范围的限制较小，能够应对多种多样的套合标记。
Description
技术领域
本发明涉及光刻设备及工艺技术领域，尤其涉及一种掩模对准系统、掩模对准方法和光刻设备。
背景技术
掩模版是光刻工艺不可缺少的部件。掩模版上承载有设计图形，光线透过它，把设计图形投射在光刻胶上。掩模版的性能直接决定了光刻工艺的性能。在投影式光刻机中，掩模版作为一个光学元件位于照明系统与投影透镜之间，它并不和晶圆有直接接触。掩模版上的图形缩小4-10倍后投射在晶圆表面。
光刻工艺的目的是将掩模版上的图形完美准确地转移到硅片上，每次换版时传输机械手将掩模版运送到掩模台上，受传输机械手的传输误差的影响，掩模版相对于硅片的位置存在偏差。
因而，需要通过掩模对准系统定位掩膜标记和基准版上的标记，从而建立掩模版和基准版之间的坐标关系，进而获得掩模版和硅片的相对位置。
掩摸对准的精度直接影响套刻精度，相关技术中，TIS(Transmission ImageSensor，透射空间像传感器)对准是通过光电传感器进行空间像扫描，测量范围小，同时需要设计专用的对准标记。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种掩模对准系统，以在一定程度上解决现有技术中的对准设备对于对准标记种类存在限制、测量范围小的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种掩模对准方法，以在一定程度上解决现有技术中的对准方法对于对准标记种类存在限制、测量范围小的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案；
基于上述第一目的，本发明提供的掩模对准系统，用于光刻设备，包括数据处理装置、图像采集装置、用于支撑基准版的工作台、用于支撑掩模版的掩模台、成像装置以及投影物镜；
所述工作台和所述掩模台分别设置于所述投影物镜的两侧，所述基准版上的基准标记通过所述投影物镜呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成与所述掩模标记大致对准的基准标记投影；
所述成像装置的物侧朝向所述掩模版，以观察所述掩模标记并对观察到的图像进行放大；
所述图像采集装置设置于所述成像装置的像侧，所述图像采集装置能够对所述成像装置放大后的图像进行拍摄以得到拍摄图像；
所述数据处理装置与所述图像采集装置电连接，所述图像采集装置能够将所述拍摄图像传输至所述数据处理装置；
所述数据处理装置能够对所述拍摄图像进行图像处理，以确定所述掩模版与所述工作台的相对位置关系。
在上述任一技术方案中，可选地，所述掩模版上的掩模标记的数量为多个，所述基准版上的基准标记的数量为至少一个；
当所述基准版上的基准标记的数量为一个，所述工作台能够沿水平方向移动，以使一个所述基准标记投影依次与多个所述掩模标记大致对准；
当所述基准版上的基准标记的数量为多个，多个所述掩模标记一一对应地大致对准多个所述基准标记投影；
所述成像装置的数量为多个，每个所述成像装置的物侧分别朝向一个所述掩模标记，所述图像采集装置与所述成像装置的数量一致且一一对应。
在上述任一技术方案中，可选地，所述成像装置形成有低倍成像光路和高倍成像光路，所述低倍成像光路能够对视场内的所述掩模标记和所述基准标记投影进行一次放大以得到第一图像；
所述高倍成像光路能够对所述第一图像进行二次放大得到第二图像。
在上述任一技术方案中，可选地，所述成像装置包括物镜、管镜、第一分束棱镜和放大镜；
所述物镜、所述管镜和所述第一分束棱镜顺次设置于所述掩模版的背离于所述投影物镜的一侧，所述物镜、所述管镜和所述第一分束棱镜形成低倍成像光路；
所述图像采集装置包括第一相机和第二相机，所述第一分束棱镜具有入射侧、第一分束侧和第二分束侧，所述管镜位于所述入射侧；
所述第一相机设置于所述第一分束侧，以使所述第一相机对所述第一图像进行拍摄以得到第一拍摄图像；
所述放大镜设置于所述第一分束棱镜的第二分束侧，所述物镜、所述管镜、所述第一分束棱镜以及所述放大镜形成高倍成像光路；
所述第二相机设置于所述放大镜背离于所述第二分束侧的像侧，以使所述第二相机对所述第二图像进行拍摄以得到第二拍摄图像；
所述掩模台能够沿水平方向移动。
在上述任一技术方案中，可选地，所述第一分束侧的分光量与所述第二分束侧的分光量的比值为所述第一分束棱镜的分光比β，所述分光比β等于所述高倍成像光路的放大倍率β1与所述低倍成像光路的放大倍率β2之间的比值的二次方；
和/或，所述成像装置还包括反射镜和安装平台，所述工作台、所述投影物镜、所述掩模台和所述安装平台由下至上顺次排布，所述反射镜对应所述掩模台设置于所述安装平台并进行水平方向与竖直方向之间的反射，所述成像装置的除所述反射镜和所述安装平台外的其余部件均设置于所述安装平台并沿水平方向设置于所述反射镜的反射侧的后方。
在上述任一技术方案中，可选地，所述成像装置还包括照明机构，所述照明机构包括对准光源和第二分束棱镜；
所述第二分束棱镜具有入射侧、第三分束侧和第四分束侧，所述物镜位于所述第三分束侧，所述管镜位于所述第四分束侧；
所述对准光源设置于所述第二分束棱镜的入射侧，所述对准光源的波长与曝光光源的波长相同；
和/或，所述成像装置还包括和与所述物镜相连的调焦机构，所述调焦机构能够带动所述物镜沿光轴方向移动。
基于上述第二目的，本发明提供的掩模对准方法，采用上述任一技术方案提供的掩模对准系统进行掩模对准操作，所述掩模对准方法包括以下步骤：
投影成像：将掩模版放置于掩模台，使得掩模版上的掩模标记落入成像装置的物侧视场，通过投影物镜将基准版上的基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成与掩模标记大致对准的基准标记投影，通过成像装置观察掩模标记并放大观察到的图像；
对准分析：通过图像采集装置对成像装置放大后的图像进行拍摄以得到拍摄图像，并将拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置拍摄图像进行处理，以确定掩模版与工作台之间的相对位置关系。
在上述任一技术方案中，可选地，所述成像装置形成有低倍成像光路和高倍成像光路，所述低倍成像光路能够对视场内的所述掩模标记和所述基准标记投影进行一次放大以得到第一图像，所述高倍成像光路能够对所述第一图像进行二次放大得到第二图像；
所述对准分析的步骤具体包括：
粗对准：通过图像采集装置对第一图像进行拍摄以得到第一拍摄图像，并将第一拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置将第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台以使所述掩模标记位于所述成像装置的视场中心；
精对准，通过图像采集装置对第二图像进行拍摄以得到第二拍摄图像，并将第二拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置将第二拍摄图像进行处理，得到掩模版与基准版之间的相对位置关系，以确定掩模版与工作台之间的相对位置关系。
在上述任一技术方案中，可选地，当使用掩模版的多个掩模标记以及基准版的多个基准标记进行掩模对准操作：
投影成像：采用多个成像装置，通过投影物镜将基准版上的多个基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成与多个掩模标记一一对应地大致对准的多个基准标记投影，通过多个成像装置一一对应地观察多个掩模标记并对观察到的图像进行放大；
粗对准：采用多个图像采集装置，通过多个图像采集装置一一对应地对多个成像装置放大后的第一图像进行拍摄以得到多个第一拍摄图像，并将多个第一拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置对多个第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台以使多个掩模标记一一对应地位于多个成像装置的视场中心；
精对准：通过多个图像采集装置一一对应地对多个成像装置放大后的第二图像进行拍摄以得到多个第二拍摄图像，并将多个第二拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置对多个第二拍摄图像进行处理，得到掩模版与基准版之间的相对位置关系，结合掩模版在掩模台下的位置坐标，确定掩模版与工作台之间的相对位置关系。
或者，当使用掩模版的多个掩模标记以及基准版的一个基准标记进行掩模对准操作：
投影成像：采用多个成像装置，通过投影物镜将基准版上的一个基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成一个基准标记投影，通过多个成像装置一一对应地观察多个掩模标记并对观察到的图像进行放大；
粗对准：采用多个图像采集装置，通过多个图像采集装置一一对应地对多个成像装置放大后的第一图像进行拍摄以得到多个第一拍摄图像，将多个第一拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置对多个第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台以使多个掩模标记一一对应地位于多个成像装置的视场中心；
精对准：移动工作台，以使基准标记投影随工作台移动至顺次与多个掩模标记大致对准的位置，将当前状态下与基准标记投影大致对准的掩模标记定义为当前掩模标记，通过与当前掩模标记对应的成像装置得到当前掩模标记与基准标记投影的第二图像，通过与当前掩模标记对应的图像采集装置对第二图像进行拍摄得到第二拍摄图像并将第二拍摄图像传输至数据处理装置，数据处理装置对所有的第二拍摄图像进行处理，得到掩模版与基准版之间的相对位置关系，结合掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标，确定掩模版与工作台之间的相对位置关系。
基于上述的第三目的，本发明提供的光刻设备包括上述任一技术方案提供的掩模对准系统。
采用上述技术方案，本发明的有益效果：
本发明提供的掩模对准系统，包括数据处理装置、图像采集装置、用于支撑基准版的工作台、用于支撑掩模版的掩模台、成像装置以及投影物镜。工作台和掩模台分别设置于投影物镜的两侧，基准版上的基准标记通过投影物镜呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成与掩模标记大致对准的基准标记投影，成像装置的物侧朝向掩模版，以观察并放大掩模标记以及基准标记投影；图像采集装置设置于成像装置的像侧，图像采集装置能够对成像装置放大后的图像进行拍摄；数据处理装置与图像采集装置电连接，图像采集装置能够将得到的拍摄图像传输至数据处理装置；数据处理装置能够对拍摄图像进行图像处理，以确定掩模版与工作台的相对位置关系。该掩模对准系统，一方面通过基准版与工作台之间的对准，来实现掩模版与硅片之间的对准，无需采用硅片介入，另一方面，将掩模标记和基准标记投影都集中在掩模版上，以便于通过图像采集装置对二者一同进行拍摄，经由数据处理装置对拍摄图像进行处理后即可得到掩模版和工作台之间的相对位置关系，也就是掩模版与硅片之间的相对位置关系，在此过程中由于不需要使用光电传感器进行空间扫描，因而对于测量标记类型的限制较小，此外数据处理装置的适应性强，能够应对多种多样的套合标记，从而扩大了该掩模对准系统的应用范围。
本发明提供的掩模对准方法，采用上述的掩模对准装置进行掩模对准操作，因而能够实现该掩模对准装置的所有有益效果。
本发明提供的光刻设备，包括上述的掩模对准装置，因而能够实现该掩模对准装置的所有有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的掩模对准装置的结构示意图；
图2的(a)为本发明实施例一提供的掩模对准装置所能够适用的第一套合标记；
图2的(b)为本发明实施例一提供的掩模对准装置所能够适用的第二套合标记；
图2的(c)为本发明实施例一提供的掩模对准装置所能够使用的第三套合标记；
图3为图2的(c)中的掩模标记和基准标记投影形成第三套合标记的套合原理示意图；
图4为本发明实施例二提供的掩模对准方法的对准分析步骤的视场示意图；
图5为本发明实施例二提供的掩模对准方法的对准分析步骤的第一原理示意图；
图6为本发明实施例二提供的掩模对准方法的对准分析步骤的第二原理示意图。
图标：1-工作台；2-投影物镜；3-掩模台；5-成像装置；50-反射镜；51-物镜；52-照明机构；520-对准光源；521-集光镜；522-第二分束棱镜；53-管镜；54-第一分束棱镜；55-放大镜；56-调焦机构；6-图像采集装置；60-第一相机；61-第二相机；7-数据处理装置；8-掩模版；80-掩模标记；9-基准版；90-基准标记投影；10-套合标记；11-安装平台。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
参见图1至图3所示，本实施例提供了一种掩模对准系统；图1为本实施例提供的掩模对准装置的结构示意图，图中通过带箭头的实线示出了光线传输的路径和方向，通过带箭头的点划线示出了数据传输的路径和方向，通过虚线框示出了成像装置；图2中的(a)、(b)、(c)分别示出了掩模对准装置所能适用的三种套合标记；图3为图2的(c)的第三套合标记的套合原理示意图。
参见图1至图3结合图4和图6所示，本实施例提供的掩模对准系统，包括数据处理装置7、图像采集装置6、用于支撑基准版9的工作台1、用于支撑掩模版8的掩模台3、成像装置以及投影物镜2。
在下文中，将对掩模对准系统的上述部件进行具体描述。
本实施例中，工作台1和掩模台3分别设置于投影物镜2的两侧，基准版9上的基准标记通过投影物镜2呈倒立放大的像投射在掩模版8上，以形成与掩模标记80大致对准的基准标记投影90。也就是说，工作台1和掩模台3互为投影物镜2的物像面。
其中，“大致对准”是与“精确对准”相对而言的，一般是指每个换版时传输机械手或者人工将掩模版8运送到掩模台3上之后，受传输机械手或者人工产生的运输误差影响，掩模版8的实际放置位置与目标放置位置之间尚且存在一定的位置误差，在这种状态下，掩模版8上的基准标记投影90与掩模标记80就是处于大致对准的状态。可以理解的是，“精确对准”则是指通过掩模对准操作之后，掩模版8的实际放置位置与目标放置位置之间的位置误差被消除之后，掩模标记80与基准标记投影90能够相套合的状态。
本实施例中，为了便于提高对准效率，工作台1和掩模台3均可以设置为沿水平方向可移动式。可选地，工作台1和掩模台3均设置有吸附组件，以将掩模版8稳固地吸附固定在掩模台3上，将基准版9稳固地吸附固定在工作台1上，从而使掩模版8能够随掩模台3同步移动，基准版9能够随工作台1同步移动。具体地，工作台1的移动以及掩模台3的移动均包括在水平面内沿x方向的平移、沿y方向的平移以及绕z轴的旋转，可以理解的是掩模版8相对于工作台1的位置偏差也包括x方向的偏差、y方向的偏差以及绕z轴的角度姿态偏差。
本实施例的可选方案中，掩模版8上的掩模标记80的数量为至少一个，也就是说，掩模版8上的掩模标记80的数量为一个或者多个。基准版9上的基准标记的数量为多个。
当掩模版8上的掩模标记80的数量为一个，成像装置的数量为至少一个，也就是说，成像装置的数量为一个即足够进行掩模对准操作，成像装置的数量为多个，则可以提高掩模对准操作的灵活性。即使成像装置的数量为多个，选择其中一个成像装置，并使掩模台3移动至使掩模标记80落入该成像装置的视场中即可，无需多个成像装置协同配合。同理，当成像装置的数量为一个，使该掩模台3移动至使掩模标记80落入该成像装置的视场中即可开始进行掩模对准操作。由于工作台1能够沿水平方向移动，因而能够带动多个基准标记移动，从而所有基准标记投影90在掩模版8上与该掩模标记80的相对位置关系也会随之改变，以使每个基准标记投影90依次与该掩模标记80大致对准，进而进行多次掩模对准操作。
当掩模版8上的掩模标记80的数量为多个，多个掩模标记80一一对应地大致对准多个基准标记投影90，成像装置的数量为多个，多个成像装置的物侧一一对应地朝向并对准多个掩模标记80，从而无需工作台1移动即可进行多次掩模对准操作。
本实施例的可选方案中，成像装置的物侧朝向掩模版8，以观察并放大掩模标记80以及基准标记投影90，从而使图像采集装置6获取的第二拍摄图像更加清晰，进而提高数据处理装置7针对第二拍摄图像的处理精度。
可选地，成像装置的数量为多个，每个成像装置的物侧分别朝向一个掩模标记80，图像采集装置6与成像装置的数量一致且一一对应。
在本实施例中，成像装置形成有低倍成像光路和高倍成像光路，低倍成像光路能够对视场内的掩模标记80和基准标记投影90进行一次放大以得到第一拍摄图像，为数据处理装置7经过处理第一拍摄图像以实现掩模版8粗对准提供了结构基础。
高倍成像光路能够对第一拍摄图像进行二次放大得到第二拍摄图像，具体地，以第一拍摄图像中的掩模标记80所在位置为中心对其进行二次放大，从而使第二拍摄图像完整显示掩模标记80和基准标记投影90，进而为数据处理装置7经过处理第二拍摄图像以实现掩模版8精对准提供了结构基础。
在本实施例中，成像装置包括物镜51、管镜53、第一分束棱镜54和放大镜55。
物镜51、管镜53和第一分束棱镜54顺次设置于掩模版8的背离于投影物镜2的一侧，物镜51、管镜53和第一分束棱镜54形成低倍成像光路，低倍成像光路能够对物镜51观察到的图像进行β2倍的放大。其中，管镜53用于与物镜51相配使用，管镜53和物镜51之间近似平行光，装配误差对像差的影响不敏感。
图像采集装置6包括第一相机60和第二相机61，第一分束棱镜54具有入射侧、第一分束侧和第二分束侧，管镜53位于入射侧，以使第一分束棱镜54将管镜53观察到的图像反射或折射至第一分束侧、第二分束侧。
第一相机60设置于第一分束侧，从而使第一相机60对低倍成像光路获得的第一图像进行拍摄，从而第一相机60对第一图像进行拍摄以得到第一拍摄图像。
放大镜55设置于第一分束棱镜54的第二分束侧，物镜51、管镜53、第一分束棱镜54以及放大镜55形成高倍成像光路，高倍成像光路相较于低倍成像光路增设了放大镜55，因而相较于低倍成像光路能够对物镜51观察到的图像进行更大倍数的放大，定义高倍成像光路对物镜51观察到的图像进行β1倍的放大。
第二相机61设置于放大镜55背离于第二分束侧的像侧，从而使第二相机61对高倍成像光路获得的第二图像进行拍摄，从而第二相机61对第二图像进行拍摄以得到第二拍摄图像。
通过设置低倍成像光路，为实现掩模粗对准提供了结构基础，通过设置高倍成像光路，为实现掩模精对准提供了结构基础，且高倍成像光路是在低倍成像光路的基础上增设放大镜55形成，有利于简化成像装置的结构，节约成像装置的成本。
可选地，第一相机60和第二相机61分别可以为CCD相机，第二相机61可以采用比第一相机60更高的像素品质。
在本实施例中，为了确保成像装置的成像清晰度，成像装置还包括照明机构52，以对高倍成像光路和低倍成像光路提供照明光源。具体地，照明机构52包括对准光源520和第二分束棱镜522。
第二分束棱镜522具有入射侧、第三分束侧和第四分束侧，对准光源520设置于第二分束棱镜522的入射侧，物镜51位于第三分束侧，从而对准光源520的第一照明光路经过第二分束棱镜522传输至物镜51，进而经由物镜51对掩模版8、基准版9进行照明，在此过程中物镜51还能够兼做第一照明光路的聚光镜，对准光源520成像在物镜51的入瞳面，进而通过物镜51聚焦在物面上形成均匀的照明光场。管镜53位于第四分束侧，从而对准光源520的第二照明光路经由第二分束棱镜522传输至管镜53，进而经由管镜53对第一分束棱镜54、放大镜55、第一相机60和第二相机61进行照明。
现有技术中的TTL对准(Through The Lens，同轴对准)，将掩摸标记与硅片标记的直接对准，采用的波长是632nm激光，与曝光波长不同，因而对投影物镜的消色差设计提出要求，极大增大了投影物镜设计难度。
与之形成对比的是，掩模对准系统的对准光源520的波长与曝光光源的波长相同，因而能够有效控制投影物镜2色差针对于对准精度的影响，无需进行额外的色差校正，降低了投影物镜2的设计难度。
可选地，为了提高对准光源520发出的光线能量的利用率，照明机构52还包括设置于第二分束棱镜522的入射侧与对准光源520之间的集光镜521。
有鉴于此，为了适应不同厚度掩模版8的对准，成像装置还包括和与物镜51相连的调焦机构56，调焦机构56能够带动物镜51沿光轴方向移动，实现物镜51焦点调节，同时实现对该掩模对准系统的焦面变化进行补偿。
在本实施例的可选方案中，由于第二相机61拍摄到的第二拍摄图像是对第一相机60拍摄到的第一拍摄图像的局部放大，因而，进入第二相机61的能量低于进入第一相机60的能量，也就是第二拍摄图像比第一拍摄图像暗，而从图像处理的角度要求第一相机60和第二相机61的图像灰度值一致，因而通过调整第一分束棱镜54的分光比，以对通过管镜53传输的照明光束按照分光比向第一相机60和第二相机61分配。
具体地，第一分束侧的分光量与第二分束侧的分光量的比值为第一分束棱镜54的分光比β，分光比β等于高倍成像光路的放大倍率β1与低倍成像光路的放大倍率β2之间的比值的二次方，也就是说，β＝(β1/β2)2，由于β1＞β2，所以β＞1，也即第一分束棱镜54向第一相机60所在侧分配的光束能量更大，进而从量化的角度达到使第一相机60和第二相机61内的图像灰度值一致的效果。
可以理解的是，第一分束棱镜54的分光对象是第二照明光路中的光线。
在本实施例中，为了节省该掩模对准系统的空间以及达到合理布局的目的，成像装置还包括反射镜50和安装平台11，工作台1、投影物镜2、掩模台3和安装平台11由下至上顺次排布，反射镜50对应掩模台3设置于安装平台11并进行水平方向与竖直方向之间的反射，成像装置的除反射镜50和安装平台11外的其余部件均设置于安装平台11并沿水平方向设置于反射镜50的反射侧的后方。
其中，安装平台11的至少与反射镜50对应的部分由透明材质形成。当成像装置的数量为多个，每个成像装置的反射镜50分别对应一个掩模标记80。
可选地，成像装置和图像采集装置6可移动地设置于安装平台11，从而使成像装置和图像采集装置6的位置能够以适应不同距离分布的掩模标记80，进而支持多种掩模版8的对准操作。
本实施例的可选方案中，图像采集装置6设置于成像装置的像侧，图像采集装置6能够对成像装置放大后的图像进行拍摄以得到拍摄图像。数据处理装置7与图像采集装置6电连接，图像采集装置6能够将得到拍摄图像传输至数据处理装置7；数据处理装置7能够对拍摄图像进行图像处理，以确定掩模版8与基准版9的相对位置关系，也就是对准结果。通过图像采集装置6和数据处理装置7相配合，能够应对多种掩模标记80和基准标记的识别工作，从而使该掩模对准系统普适于多种掩模版8的对准作业，有效扩大了适用范围，例如图2的(a)、图2的(b)、图2的(c)中示出的三种套合标记均能够应对。
具体地，数据处理装置7还与工作台1以及掩模台3电连接，以接收工作台1以及掩模台3的位置数据、采集拍摄图像、运行图像处理程序以及反馈掩模版8与基准版9的对准结果。
实施例二
实施例二提供了一种掩模对准方法，该实施例包括实施例一中的掩模对准装置，实施例一所公开的掩模对准装置的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的掩模对准装置的技术特征不再重复描述。
图4为本实施例提供的掩模对准方法的对准分析步骤下的视场示意图；
图5和图6分别示出了本实施例提供两种对准分析步骤的原理示意图。
结合图1至图3并参见图4至图6所示，本实施例提供的掩模对准方法，具体包括以下步骤：
投影成像：将掩模版8放置于掩模台3，使得掩模版8上的掩模标记80落入成像装置的物侧视场，通过投影物镜2将基准版9上的基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版8上，以形成与掩模标记80大致对准的基准标记投影90，通过成像装置观察掩模标记80并放大观察到的图像；
对准分析：通过图像采集装置6对成像装置放大后的图像进行拍摄以得到拍摄图像，并将拍摄图像传输至数据处理装置7，通过数据处理装置7拍摄图像进行处理，以确定掩模版8与工作台1之间的相对位置关系。
其中，通过成像装置观察掩模标记80并放大观察到的图像，其中，由于成像装置对准掩模标记80进行观察，因而当基准标记投影90与掩模标记80大致对准，则成像装置观察到的图像中同时包含掩模标记80和基准标记投影90，拍摄图像中也同时包括掩模标记80的位置信息和基准标记投影90的位置信息，结合掩模版8与掩模台3的相对位置关系以及基准版9与工作台1之间的相对位置关系，则能够确定掩模版8与工作台1之间的相对位置关系。该掩模对准方法采用该掩模对准装置进行掩模对准操作，能够达到测量范围大且采用与曝光波长相同的光源，能够有效降低投影物镜2设计难度的效果。
在本实施例的可选方案中，如图4所示，对准分析的步骤具体包括：
粗对准：通过图像采集装置6对第一图像进行拍摄以得到第一拍摄图像，并将第一拍摄图像传输至数据处理装置7，通过数据处理装置7将第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版8在掩模台3坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台3以使掩模标记80位于成像装置的视场中心；
精对准，通过图像采集装置6对第二图像进行拍摄以得到第二拍摄图像，并将第二拍摄图像传输至数据处理装置7，通过数据处理装置7将第二拍摄图像进行处理，得到掩模版8与基准版9之间的相对位置关系，以确定掩模版8与工作台1之间的相对位置关系。
参见图4，在粗对准步骤中，通过第一相机60对低倍成像光路的第一图像进行拍摄得到第一拍摄图像，第一拍摄图像中掩模标记80较小，便于确定掩模版8在掩模台3坐标下的位置坐标。但是粗对准步骤中，掩模标记80往往并不在低倍成像光路的视场中心，在将第一图像放大得到第二图像的时候，容易出现掩模标记80画面丢失的情况发生，因而通过位置调节步骤，将掩模标记80调整至低倍成像光路的视场中心，同时也是高倍成像光路的视场中心，从而确保精对准步骤＝得到的第二拍摄图像中掩模标记80和基准标记投影90均能够完整显示，进而能够清楚地获取掩模版8和基准版9之间的相对位置关系。
在本实施例的可选方案中，如图5所示，当使用掩模版8的多个掩模标记80以及基准版9的多个基准标记进行掩模对准操作，掩模对准方法包括以下步骤：
投影成像：采用多个成像装置，通过投影物镜2将基准版9上的多个基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版8上，以形成与多个掩模标记80一一对应地大致对准的多个基准标记投影90，通过多个成像装置一一对应地观察多个掩模标记80并对观察到的图像进行放大；
粗对准：采用多个图像采集装置6，通过多个图像采集装置6一一对应地对多个成像装置放大后的第一图像进行拍摄以得到多个第一拍摄图像，并将多个第一拍摄图像传输至数据处理装置7，通过数据处理装置7对多个第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版8在掩模台3坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台3以使多个掩模标记80一一对应地位于多个成像装置的视场中心；
精对准：通过多个图像采集装置6一一对应地对多个成像装置放大后的第二图像进行拍摄以得到多个第二拍摄图像，并将多个第二拍摄图像传输至数据处理装置7，通过数据处理装置7对多个第二拍摄图像进行处理，得到掩模版8与基准版9之间的相对位置关系，结合掩模版8在掩模台3下的位置坐标，确定掩模版8与工作台1之间的相对位置关系。
如图5所示，一个成像装置5对掩模标记R1和基准标记W2在掩模版8上的投影的对准情况进行观察，另一个成像装置5对掩模标记R2和基准标记W1在掩模版8上的投影的对准情况进行观察，也就是说，通过多个掩模标记80和多个基准投影标记一一对应地使用形成多组套合标记10，来实现掩模对准操作，每组套合标记10对应一个偏差数据，从而得到多个偏差数据，将多个偏差数据进行整合计算，即可得到掩模版8与工作台1的相对位置关系，减少偶然性针对于对准精度的影响，且由于工作台1不动，能够消除工作台1重复定位精度误差针对于对准结果的影响。
在本实施例的可选方案中，如图6所示，当使用掩模版8的多个掩模标记80以及基准版9的一个基准标记进行掩模对准操作，掩模对准方法包括以下步骤：
投影成像：采用多个成像装置，通过投影物镜2将基准版9上的一个基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版8上，以形成一个基准标记投影90，通过多个成像装置一一对应地观察多个掩模标记80并对观察到的图像进行放大；
粗对准：采用多个图像采集装置6，通过多个图像采集装置6一一对应地对多个成像装置放大后的第一图像进行拍摄以得到多个第一拍摄图像，将多个第一拍摄图像传输至数据处理装置7，通过数据处理装置7对多个第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版8在掩模台3坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台3以使多个掩模标记80一一对应地位于多个成像装置的视场中心；
精对准：移动工作台1，以使基准标记投影90随工作台1移动至顺次与多个掩模标记80大致对准的位置，将当前状态下与基准标记投影90大致对准的掩模标记80定义为当前掩模标记80，通过与当前掩模标记80对应的成像装置得到当前掩模标记80与基准标记投影90的第二图像，通过与当前掩模标记80对应的图像采集装置6对第二图像进行拍摄得到第二拍摄图像并将第二拍摄图像传输至数据处理装置7，数据处理装置7对所有的第二拍摄图像进行处理，得到掩模版8与基准版9之间的相对位置关系，结合掩模版8在掩模台3坐标系下的位置坐标，确定掩模版8与工作台1之间的相对位置关系。
如图6所示，先通过基准标记W1移动至其基准标记投影90与掩模标记R2对应，以得到第一组位置偏差数据，然后再将基准标记W1移动至其基准标记投影90与掩模标记R1对应，以得到第二组位置偏差数据，从而根据第一组位置偏差数据和第二组位置偏差数据得到掩模版8与基准版9之间的相对位置关系。通过仅适用一个基准标记，消除了基准标记的自身位置误差针对于对准精度的影响。
本实施例中的掩模对准方法具有实施例一中的掩模对准装置的优点，实施例一所公开的所述掩模对准装置的优点在此不再重复描述。
实施例三
实施例三提供了一种光刻设备，该实施例包括实施例一中的掩模对准装置，实施例一所公开的掩模对准装置的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的掩模对准装置的技术特征不再重复描述。
本实施例中的光刻设备具有实施例一中的掩模对准装置的优点，实施例一所公开的所述掩模对准装置的优点在此不再重复描述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种掩模对准系统，用于光刻设备，其特征在于，包括数据处理装置、图像采集装置、用于支撑基准版的工作台、用于支撑掩模版的掩模台、成像装置以及投影物镜；
所述工作台和所述掩模台分别设置于所述投影物镜的两侧，所述基准版上的基准标记通过所述投影物镜呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成与掩模标记大致对准的基准标记投影；
所述成像装置的物侧朝向所述掩模版，以观察所述掩模标记并对观察到的图像进行放大；
所述图像采集装置设置于所述成像装置的像侧，所述图像采集装置能够对所述成像装置放大后的图像进行拍摄以得到拍摄图像；
所述数据处理装置与所述图像采集装置电连接，所述图像采集装置能够将所述拍摄图像传输至所述数据处理装置；
所述数据处理装置能够对所述拍摄图像进行图像处理，以确定所述掩模版与所述工作台的相对位置关系；
所述成像装置形成有低倍成像光路和高倍成像光路，所述低倍成像光路能够对视场内的所述掩模标记和所述基准标记投影进行一次放大以得到第一图像；
所述高倍成像光路能够对所述第一图像进行二次放大得到第二图像；
所述成像装置包括物镜、管镜、第一分束棱镜和放大镜；
所述物镜、所述管镜和所述第一分束棱镜顺次设置于所述掩模版的背离于所述投影物镜的一侧，所述物镜、所述管镜和所述第一分束棱镜形成低倍成像光路；
所述图像采集装置包括第一相机和第二相机，所述第一分束棱镜具有入射侧、第一分束侧和第二分束侧，所述管镜位于所述入射侧；
所述第一相机设置于所述第一分束侧，以使所述第一相机对所述第一图像进行拍摄以得到第一拍摄图像，第一拍摄图像用于确定掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标；
所述掩模台能够沿水平方向移动，并通过所述第一拍摄图像确定掩模标记移动至成像装置的视场中心；
所述放大镜设置于所述第一分束棱镜的第二分束侧，所述物镜、所述管镜、所述第一分束棱镜以及所述放大镜形成高倍成像光路；
所述第二相机设置于所述放大镜背离于所述第二分束侧的像侧，以使所述第二相机对所述第二图像进行拍摄以得到第二拍摄图像，并通过所述第二拍摄图像确定掩模版与工作台之间的相对位置关系；
所述成像装置还包括照明机构，所述照明机构包括对准光源和第二分束棱镜；
所述第二分束棱镜具有入射侧、第三分束侧和第四分束侧，所述物镜位于所述第三分束侧，所述管镜位于所述第四分束侧；
所述对准光源设置于所述第二分束棱镜的入射侧，所述对准光源的波长与曝光光源的波长相同。
2.根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于，所述掩模版上的掩模标记的数量为多个，所述基准版上的基准标记的数量为至少一个；
当所述基准版上的基准标记的数量为一个，所述工作台能够沿水平方向移动，以使一个所述基准标记投影依次与多个所述掩模标记大致对准；
当所述基准版上的基准标记的数量为多个，多个所述掩模标记一一对应地大致对准多个所述基准标记投影；
所述成像装置的数量为多个，每个所述成像装置的物侧分别朝向一个所述掩模标记，所述图像采集装置与所述成像装置的数量一致且一一对应。
3.根据权利要求2所述的掩模对准系统，其特征在于，所述第一分束侧的分光量与所述第二分束侧的分光量的比值为所述第一分束棱镜的分光比β，所述分光比β等于所述高倍成像光路的放大倍率β1与所述低倍成像光路的放大倍率β2之间的比值的二次方；
和/或，所述成像装置还包括反射镜和安装平台，所述工作台、所述投影物镜、所述掩模台和所述安装平台由下至上顺次排布，所述反射镜对应所述掩模台设置于所述安装平台并进行水平方向与竖直方向之间的反射，所述成像装置的除所述反射镜和所述安装平台外的其余部件均设置于所述安装平台并沿水平方向设置于所述反射镜的反射侧的后方。
4.根据权利要求2所述的掩模对准系统，其特征在于，所述成像装置还包括和与所述物镜相连的调焦机构，所述调焦机构能够带动所述物镜沿光轴方向移动。
5.一种掩模对准方法，其特征在于，采用权利要求1至4中任一项所述的掩模对准系统进行掩模对准操作，所述掩模对准方法包括以下步骤：
投影成像：将掩模版放置于掩模台，使得掩模版上的掩模标记落入成像装置的物侧视场，通过投影物镜将基准版上的基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成与掩模标记大致对准的基准标记投影，通过成像装置观察掩模标记并放大观察到的图像；
对准分析：通过图像采集装置对成像装置放大后的图像进行拍摄以得到拍摄图像，并将拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置拍摄图像进行处理，以确定掩模版与工作台之间的相对位置关系；
所述成像装置形成有低倍成像光路和高倍成像光路，所述低倍成像光路能够对视场内的所述掩模标记和所述基准标记投影进行一次放大以得到第一图像，所述高倍成像光路能够对所述第一图像进行二次放大得到第二图像；
所述对准分析的步骤具体包括：
粗对准：通过图像采集装置对第一图像进行拍摄以得到第一拍摄图像，并将第一拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置将第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台以使所述掩模标记位于所述成像装置的视场中心；
精对准，通过图像采集装置对第二图像进行拍摄以得到第二拍摄图像，并将第二拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置将第二拍摄图像进行处理，得到掩模版与基准版之间的相对位置关系，以确定掩模版与工作台之间的相对位置关系。
6.根据权利要求5所述的掩模对准方法，其特征在于，当使用掩模版的多个掩模标记以及基准版的多个基准标记进行掩模对准操作：
投影成像：采用多个成像装置，通过投影物镜将基准版上的多个基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成与多个掩模标记一一对应地大致对准的多个基准标记投影，通过多个成像装置一一对应地观察多个掩模标记并对观察到的图像进行放大；
粗对准：采用多个图像采集装置，通过多个图像采集装置一一对应地对多个成像装置放大后的第一图像进行拍摄以得到多个第一拍摄图像，并将多个第一拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置对多个第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台以使多个掩模标记一一对应地位于多个成像装置的视场中心；
精对准：通过多个图像采集装置一一对应地对多个成像装置放大后的第二图像进行拍摄以得到多个第二拍摄图像，并将多个第二拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置对多个第二拍摄图像进行处理，得到掩模版与基准版之间的相对位置关系，结合掩模版在掩模台下的位置坐标，确定掩模版与工作台之间的相对位置关系；
或者，当使用掩模版的多个掩模标记以及基准版的一个基准标记进行掩模对准操作：
投影成像：采用多个成像装置，通过投影物镜将基准版上的一个基准标记呈倒立放大的像投射在掩模版上，以形成一个基准标记投影，通过多个成像装置一一对应地观察多个掩模标记并对观察到的图像进行放大；
粗对准：采用多个图像采集装置，通过多个图像采集装置一一对应地对多个成像装置放大后的第一图像进行拍摄以得到多个第一拍摄图像，将多个第一拍摄图像传输至数据处理装置，通过数据处理装置对多个第一拍摄图像进行处理，以确定掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标；
位置调节：移动掩模台以使多个掩模标记一一对应地位于多个成像装置的视场中心；
精对准：移动工作台，以使基准标记投影随工作台移动至顺次与多个掩模标记大致对准的位置，将当前状态下与基准标记投影大致对准的掩模标记定义为当前掩模标记，通过与当前掩模标记对应的成像装置得到当前掩模标记与基准标记投影的第二图像，通过与当前掩模标记对应的图像采集装置对第二图像进行拍摄得到第二拍摄图像并将第二拍摄图像传输至数据处理装置，数据处理装置对所有的第二拍摄图像进行处理，得到掩模版与基准版之间的相对位置关系，结合掩模版在掩模台坐标系下的位置坐标，确定掩模版与工作台之间的相对位置关系。
7.一种光刻设备，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的掩模对准系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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