CN1940734A - 掩模传输系统四象限对准装置 - Google Patents

Abstract

本发明掩模传输系统四象限对准装置，可以实现掩模板位置与姿态信息的测量，据此通过夹持掩模板的掩模传输机械手调整掩模板，达到所期望的位置和姿态。该装置包括两个激光器、标有两个米字形对准标记的掩模板、两个滤光片、接收米字形光斑的两个四象限光电探测器以及与之连接的信号调理电路、A/D转换器和完成预对准的掩模传输机械手和驱动机械手在平面中沿x、y方向平动及绕z轴旋转的驱动电机、测量掩模传输机械手x、y方向位置的光栅尺、控制器等。本发明装置结构简单、紧凑、对准精度高。

Description

掩模传输系统四象限对准装置

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，是光刻机掩模传输系统中的掩模板位置、姿态的测量传感装置，用于实现掩模板的对准。

背景技术

基于四象限光电探测器的传统对准方法，采用一个激光器与一个四象限探测器。通过移动激光光束或四象限探测器，改变激光光束与四象限探测器的相对位置，从而使四象限接收到的圆形光斑的形心与四象限中心重合。这种对准方法只能实现点与点的对准，难以实现物体的位置与姿态的对准。

发明内容

本发明的目的是利用四象限对中的基本原理，提供一种新型的四象限对准装置，该装置可以实现掩模板位置与姿态信息的测量。据此，通过夹持掩模板的掩模传输机械手调整掩模板，达到所期望的位置和姿态。本发明装置结构紧凑、简单、对准精度高。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种掩模传输系统四象限对准装置，含有两个激光器、两个四象限探测器、一控制器，用于光刻机中掩模板的对准；其还包括一掩模板、一机械手和机械手传动系统、两滤光片，其中，掩模板、机械手位于激光器和四象限探测器之间，都水平设置，掩模板固设于机械手上，相对于两激光器和两四象限探测器的表面距离固定，掩模板上设有两个透光的米字形对准标记，米字形对准标记周围不透光；两滤光片分别水平设置于两个透光的米字形对准标记下方，位于掩模板与四象限探测器之间；两激光器间的距离、两四象限探测器间的距离、两米字形对准标记间的距离和两滤光片间的距离相等；

两个激光器发出的光束，分别垂直穿过掩模板上的两个米字形对准标记，再分别穿过两滤光片，在四象限探测器光敏面形成米字形光斑，通过机械手传动系统和机械手，调整掩模板，使产生的两个米字形光斑中心与两个四象限探测器光敏面中心分别对中，即达到所期望的掩模板位置和姿态。

所述的掩模传输系统四象限对准装置，其所述机械手传动系统，包括x、y向精密导轨，x、y向光栅尺，x、y、z向驱动电机，控制器，其中，x、y向光栅尺，x、y、z向驱动电机与控制器电连接；机械手侧边中点固接于z向驱动电机的传动轴上，在控制器的操控下，机械手夹持的掩模板，能以z向驱动电机的转轴为中心旋转，及在x、y向驱动电机的驱动下，沿x、y向精密导轨平移。

所述的掩模传输系统四象限对准装置，其在控制器的操控下，是两四象限探测器分别与四象限探测器信号处理板电连接，四象限探测器信号处理板又与控制器电连接，当两四象限探测器接收到两米字形光斑时，将光斑的位置信号传至四象限探测器信号处理板，再输入到控制器中，同时，控制器综合x、y向光栅尺的输出信息，发出控制信号给x、y、z向驱动电机，使机械手夹持的掩模板，做x、y向平动或绕z轴旋转来调整掩模板的位置或姿态，以使两个米字形光斑中心与两个四象限探测器光敏面中心分别对中。

所述的掩模传输系统四象限对准装置，其还包括四个直角转向棱镜，每两个构成一组，分别置于两激光器和两四象限探测器的光路上，此时，两激光器水平设置、两四象限探测器竖直设置，其光敏面朝侧向，两个直角转向棱镜位于掩模板的上方，正对两激光器水平射出的输出光束，两个直角转向棱镜位于两滤光片的下方，正对竖直穿透两滤光片的米字形光斑；两组直角棱镜的作用是使光束在平面中转向90度。两激光器和两四象限探测器之间的光路，经过四个直角转向棱镜转向后，形成反ㄈ字形光路，两激光器的射出光束与两四象限探测器光敏面的入射光束相互平行。

本发明以激光光束光轴为测量基准，两激光光束光轴预先调整到垂直于两四象限光敏面，并且使之与四象限中心对中(重合)。激光器与四象限探测器的安装位置固定，在设备安装时要保证两个四象限中心距离与两激光光轴距离相等(此距离等于掩模板上两个米字形对准标记中心的距离)且两光轴分别通过两四象限中心。掩模板上有两个透光的米字形对准标记，米字形标记周围不透光，如图3所示。掩模板处于激光器与四象限探测器之间，掩模板到激光器与四象限表面的距离固定。通过机械手在平面内的平移和旋转，可以调整掩模板的位置和姿态。光束通过透光的米字形对准标记在四象限表面形成米字形光斑，四象限探测器在不同形式的光斑照射下输出相应的信号到信号处理板，信号处理板的输出信号通过A/D输入到控制器中。控制器根据传输到其中的反映机械手位置信息的光栅尺信息，以及四象限给出的光斑的位置偏移四象限中心的信息，发出控制命令调整掩模板的位置和姿态，使两个米字形光斑中心与两个四象限探测器中心分别对中，即达到所期望的位置和姿态。

附图说明

图1为本发明装置实施例一的结构示意图；

图2为本发明装置实施例二的结构示意图；

图3为掩模板上米字形对准标记示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明装置的实施例一，由两个激光器1、1a，两个四象限探测器12、12a，一机械手3和机械手传动系统，一控制器14，一掩模板16组成。两个激光器1、1a垂直设置，分别安装在两个激光器支架17、17a上，两四象限探测器12、12a水平设置，光敏面向上，分别固定安装在两个四象限探测器的固定支架11、11a上。机械手3和掩模板16水平设置，置于两个激光器1、1a与两个四象限探测器12、12a之间，相对于两激光器1、1a和两四象限探测器12、12a的表面距离固定。两个滤光片9、9a水平设置，分别固定在滤光片支架8、8a上，分别置于两个四象限探测器12、12a的光敏面上方，位于掩模板16下方。

掩模板16上设有两个透光的米字形对准标记2、2a，米字形对准标记2、2a周围不透光，如图3所示，两个滤光片9、9a分别位于掩模板16的两个米字形对准标记2、2a下方。

机械手传动系统包括x、y向精密导轨5、5a，x、y、z向驱动电机6、6a、6b，及与x、y向精密导轨5、5a配套的x、y向光栅尺15、15a。x、y向精密导轨5、5a和x、y向光栅尺15、15a分别设于机械手3垂直的两侧边，相距适当距离，位于同一水平面。x、y向精密导轨5、5a的一端与x、y向驱动电机6、6a连接，z向驱动电机6b可移动的固接于x向精密导轨5或y向精密导轨5a上。机械手3的一侧中点固接于z向驱动电机6b的转轴上，掩模板16为机械手3夹持固定。

x、y向光栅尺15、15a，x、y、z向驱动电机6、6a、6b，通过电缆7、7d、7e、7f、7g分别与一控制器14电连接。两个四象限探测器12、12a通过电缆7a、7b、一四象限探测器信号处理板13、电缆7c与控制器14电连接。

两个激光器1、1a和两四象限探测器12、12a的安装位置固定。且安装时要保证两激光器1、1a出射光束的光轴4、4a的距离等于两四象限探测器12、12a中心的距离(此距离等于掩模板上两米字形对准标记2、2a中心的距离)。两四象限探测器12、12a所接收的光束的光轴4、4a垂直于两四象限探测器12、12a的光敏面。在机械手3未夹持掩模板16时，两光轴4、4a分别通过两四象限探测器12、12a中心。在机械手3夹持掩模板16后，激光光束透过掩模板上的米字形对准标记2、2a、经过滤光片9、9a，将米字形光斑10、10a投射到四象限探测器12、12a的光敏面。

工作时，掩模板16在掩模传输机械手3的夹持下在x向驱动电机6，y向驱动电机6a的驱动下可沿x向导轨5，y向导轨5a移动，在平面内做X、Y向平动和绕z轴旋转驱动电机6b的驱动下绕z轴旋转。两四象限探测器12、12a接收的米字形光斑10、10a的位置信号通过输出信号电缆7a、7b传至四象限探测器12、12a信号处理板13，信号处理板13输出信号通过电缆7c输入到控制器14中，同时，y、x向光栅尺15、15a的输出信号，通过y向光栅尺15a与控制器14相连电缆7d、x向光栅尺15与控制器14相连电缆7f输入到控制器14中，控制器14根据这些信号发出控制信号给传输机械手3，使其做x、y向平动或绕z轴旋转来调整掩模板16的位置或姿态，直至四象限探测器12、12a所接收米字形光斑10、10a中心与四象限探测器12、12a中心重合，即掩模板16达到所期望的位置和姿态。

如图2所示，为本发明装置的实施例二，除包括实施例一中的所有部件外，还包括有四个直角转向棱镜18、18a、18b、18c。四个直角转向棱镜18、18a、18b、18c中，每两个构成一组，分别置于两激光器1、1a和两四象限探测器12、12a的光路上，两个直角转向棱镜18、18a位于掩模板16的上方，正对两激光器1、1a水平射出的输出光束4、4a，两个直角转向棱镜18b、18c位于两滤光片9、9a的下方，正对竖直穿透两滤光片的米字形光斑10、10a；两激光器1、1a和两四象限探测器12、12a之间的光路，经过四个直角转向棱镜18、18a、18b、18c转向后，形成反ㄈ字形光路，两激光器1、1a的射出光束与两四象限探测器12、12a光敏面的入射光束相互平行。

由于在实施例一中两个激光器1、1a垂直安装，占用空间较大，而垂直方向空间有限，为缩小体积，本实施例二中，四象限探测器12、12a的预对准光路做如下变化：两个激光器1、1a分别安装在激光器支架17、17a上，出射光束的光轴4、4a平行于掩模板16平面。光束照射到装卡在直角转向棱镜卡座19、19a上的直角转向棱镜18、18a的反射面后转向90°，再垂直照射到掩模板16的透光米字形对准标记2、2a上，此时光束光轴4、4a的距离等于掩模板16上两透光米字形对准标记2、2a中心的距离。光束光轴4、4a透过米字形对准标记2、2a后通过装卡在滤光片支架8、8a上的滤光片9b、9c。透过滤光片9、9a的两束光再分别照射到装卡在直角转向棱镜卡座19b、19c上的直角转向棱镜18b、18c后转向90°，此时光束的光轴4、4a平行于激光器1、1a的初始出射光束的光轴，且垂直于两四象限探测器12、12a的光敏面。掩模板16处于两直角转向棱镜18、18a与滤光片9、9a之间，如果将掩模板16拿开，则两光束光轴4、4a分别通过两四象限探测器12、12a中心。掩模板16在掩模传输机械手3的夹持下，在x向驱动电机6，y向驱动电机6b的驱动下可沿x向导轨5，y向导轨5a移动，即平面内做X、Y向平动和在绕z轴旋转驱动电机6a的驱动下绕z轴旋转。两四象限探测器12、12a接收的米字形光斑10、10a的位置信号通过输出信号电缆7a、7b传至四象限探测器信号处理板13。信号处理板13输出信号通过电缆7c输入到控制器14中，同时，y、x向光栅尺15a、15的输出信号，通过y向光栅尺15a与控制器14相连电缆7d、x向光栅尺15与控制器14相连电缆7f输入到控制器14中，控制器14根据这些信号发出控制信号给传输机械手3，使其做x、y向平动或绕z轴旋转来调整掩模板16的位置或姿态，直至四象限探测器12、12a所接收米字形光斑10、10a的中心与四象限探测器12、12a的中心重合，即掩模板16达到所期望的位置和姿态。

Claims (4)

1、一种掩模传输系统四象限对准装置，含有两个激光器、两个四象限探测器、一控制器，用于光刻机中掩模板的对准；其特征在于，还包括一掩模板、一机械手和机械手传动系统、两滤光片，其中，掩模板、机械手位于激光器和四象限探测器之间，都水平设置，掩模板固设于机械手上，相对于两激光器和两四象限探测器的表面距离固定，掩模板上设有两个透光的米字形对准标记，米字形对准标记周围不透光；两滤光片分别水平设置于两个透光的米字形对准标记下方，位于掩模板与四象限探测器之间；两激光器出射光束光轴间的距离、两四象限探测器中心的距离、两米字形对准标记中心的距离均相等；

两个激光器发出的光束，分别垂直穿过掩模板上的两个米字形对准标记，再分别穿过两滤光片，在四象限探测器光敏面形成米字形光斑，通过机械手传动系统和机械手，调整掩模板，使产生的两个米字形光斑中心与两个四象限探测器光敏面中心分别对中，即达到所期望的掩模板位置和姿态。

2、如权利要求1所述的掩模传输系统四象限对准装置，其特征在于，所述机械手传动系统，包括x、y向精密导轨，x、y向光栅尺，x、y、z向驱动电机，控制器，其中，x、y向光栅尺，x、y、z向驱动电机与控制器电连接；机械手侧边中点固接于z向驱动电机的传动轴上，在控制器的操控下，机械手夹持的掩模板，能以z向驱动电机的转轴为中心旋转，及在x、y向驱动电机的驱动下，沿x、y向精密导轨平移。

3、如权利要求2所述的掩模传输系统四象限对准装置，其特征在于，所述在控制器的操控下，是两四象限探测器分别与四象限探测器信号处理板电连接，四象限探测器信号处理板又与控制器电连接，当两四象限探测器接收到两米字形光斑时，将光斑的位置信号传至四象限探测器信号处理板，再输入到控制器中，同时，控制器综合x、y向光栅尺的输出信息，发出控制信号给x、y、z向驱动电机，使机械手夹持的掩模板，做x、y向平动或绕z轴旋转来调整掩模板的位置或姿态，以使两个米字形光斑中心与两个四象限探测器光敏面中心分别对中。

4、如权利要求1、2或3所述的掩模传输系统四象限对准装置，其特征在于，还包括四个直角转向棱镜，每两个构成一组，分别置于两激光器和两四象限探测器的光路上，此时，两激光器水平设置、两四象限探测器竖直设置，其光敏面朝侧向，两个直角转向棱镜位于掩模板的上方，正对两激光器水平射出的输出光束，两个直角转向棱镜位于两滤光片的下方，正对竖直穿透两滤光片的米字形光斑；两激光器和两四象限探测器之间的光路，经过四个直角转向棱镜转向后，形成反ㄈ字形光路，两激光器的射出光束与两四象限探测器光敏面的入射光束相互平行，此结构在垂直方向上减少了安装空间。

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