專利名稱：光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置及其對(duì)準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，且特別涉及一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置及其對(duì)準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
光刻機(jī)中的預(yù)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)是使掩模在一定精度范圍內(nèi)與物鏡光軸進(jìn)行預(yù)對(duì)準(zhǔn)，包括旋轉(zhuǎn)和水平方向?qū)?zhǔn)，以使得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記處于精密對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的捕獲范圍內(nèi)，預(yù)對(duì)準(zhǔn)的成功與否以及其效率的高低直接影響著生產(chǎn)效率的高低。專利CNM21670提供了一種硅片預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置，該裝置的特點(diǎn)是利用四象限探測器分別采集硅片上兩個(gè)標(biāo)記的像，利用每個(gè)象限之間能量差值關(guān)系表征硅片的位置信息，這種裝置是光刻機(jī)系統(tǒng)中常用的預(yù)對(duì)準(zhǔn)方法，可用于掩模預(yù)對(duì)準(zhǔn)或硅片預(yù)對(duì)準(zhǔn)。這種方法的缺點(diǎn)是每個(gè)測量系統(tǒng)只能測量X，Y兩個(gè)自由度的位置，需要同時(shí)提供兩套測量系統(tǒng)才能測量待對(duì)準(zhǔn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)Rz。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置及其對(duì)準(zhǔn)方法，可以用于光刻機(jī)掩模預(yù)對(duì)準(zhǔn)，節(jié)約掩?？臻g，提高掩模利用率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置，包括光源，以及所述光源光徑上的準(zhǔn)直鏡，待對(duì)準(zhǔn)的掩模，掩模上面的標(biāo)記，和四象限光強(qiáng)傳感器，所述標(biāo)記呈近十字形，其分別關(guān)于Χ、γ軸對(duì)稱，其中所述標(biāo)記在X軸方向的長度H與標(biāo)記在Y軸方向的長度L 之間具有設(shè)定差值，所述設(shè)定差值越大，對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的測量越精確，所述標(biāo)記的側(cè)面邊緣與坐標(biāo)軸具有設(shè)定角度，所述設(shè)定角度用于增加旋轉(zhuǎn)角度的測量范圍，同時(shí)使所述四象限光強(qiáng)傳感器的各象限輸出數(shù)據(jù)遠(yuǎn)離零點(diǎn)，位于線性區(qū)域內(nèi)。進(jìn)一步的，所述四象限光強(qiáng)傳感器的中心與所述標(biāo)記的中心重合，透過標(biāo)記照射到所述四象限光強(qiáng)傳感器上的為能量均勻的光線。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提出一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置的對(duì)準(zhǔn)方法，包括下列步驟所述準(zhǔn)直鏡將光源發(fā)出的光準(zhǔn)直照射到掩模的標(biāo)記上；透過標(biāo)記的準(zhǔn)直光束垂直入射到四象限光強(qiáng)傳感器上；根據(jù)四象限光強(qiáng)傳感器的信息計(jì)算當(dāng)前掩模的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度；反饋給掩模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)掩模進(jìn)行位置移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，完成預(yù)對(duì)準(zhǔn)過程。進(jìn)一步的，所述四象限光強(qiáng)傳感器在準(zhǔn)直光束照射的情況下，電流輸出與光照面積成正比，由光強(qiáng)傳感器的電流輸出得到傳感器的光照面積S = K1(RItl)，其中I表示輸出電流，K1表示各象限輸出電流對(duì)各象限光照面積的增益，I0表示各象限輸出電流的偏置。進(jìn)一步的，所述掩模的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度分別為X，Y，Rz:
X = kx* ((A+D) - (B+C))Y = ky* ((A+B) - (C+D))Rz = kKz* ((B+D) - (A+C))其中，kx，kx，krz為各方向位移敏感度，為常數(shù)，A，B, C，D為四象限光強(qiáng)傳感器在各個(gè)象限的光照面積，Rz的正方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。進(jìn)一步的，所述掩模的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度的修正計(jì)算方法為Rznew = k ‘ Rzold/ ((L2+Y。ld2-H2_X。ld2))Xnew = X。ld+2Y。ld*RznewYnew = Y。ld_2Xnew*Rznew其中，k'為比例系數(shù)，是常數(shù)，計(jì)算的粗略坐標(biāo)為(Xold, Yold, Rz。ld)，精確坐標(biāo)為
V R7 ) new' Inewj lvZjnew^ °本發(fā)明提供一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置及其對(duì)準(zhǔn)方法，可以用于光刻機(jī)掩模預(yù)對(duì)準(zhǔn)，該裝置只需使用一套光源，標(biāo)記，四象限光強(qiáng)傳感器，就可以達(dá)到測試平面上X，Y，Rz三個(gè)自由度的目的，即節(jié)約空間，又節(jié)約材料。用在光刻機(jī)上，可以節(jié)約掩模空間，提高掩模利用率。


圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的用于光刻機(jī)預(yù)對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)裝置的標(biāo)記結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為均勻光透過標(biāo)記后在四象限光強(qiáng)傳感器上的投影示意圖。圖4所示為掩模移動(dòng)后的均勻光透過標(biāo)記后在四象限光強(qiáng)傳感器上的投影示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例說明如下。本發(fā)明提出一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置及其對(duì)準(zhǔn)方法，可以用于光刻機(jī)掩模預(yù)對(duì)準(zhǔn)，節(jié)約掩?？臻g，提高掩模利用率。請(qǐng)參考圖1，圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的用于光刻機(jī)預(yù)對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明提出一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置，包括光源1，以及所述光源傳播路徑上的準(zhǔn)直鏡 2，待對(duì)準(zhǔn)的掩模3，掩模上面的標(biāo)記4，和四象限光強(qiáng)傳感器5，所述標(biāo)記4呈近十字形，其關(guān)于X，Y軸對(duì)稱，其中所述標(biāo)記4在X軸方向的長度H與標(biāo)記4在Y軸方向的長度L之間具有設(shè)定差值，所述標(biāo)記4的側(cè)面邊緣與坐標(biāo)軸具有設(shè)定角度。本發(fā)明還提出的光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置的對(duì)準(zhǔn)方法包括準(zhǔn)直鏡2將光源1發(fā)出的光準(zhǔn)直照射到掩模3的標(biāo)記4上，透過標(biāo)記4的準(zhǔn)直光束6垂直入射到四象限光強(qiáng)傳感器5上， 根據(jù)四象限光強(qiáng)傳感器5的信息計(jì)算當(dāng)前掩模3的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度，反饋給掩模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)掩模3進(jìn)行位置移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，完成預(yù)對(duì)準(zhǔn)過程。再請(qǐng)參考圖2，圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)裝置的標(biāo)記結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的標(biāo)記4如圖2所示，所述標(biāo)記4的特征在于1、標(biāo)記4呈近十字形。2、標(biāo)記4關(guān)于X，Y軸對(duì)稱。3、標(biāo)記4非中心對(duì)稱標(biāo)記4在X方向的長度H與標(biāo)記4在Y方向的長度L之間有設(shè)定差值，這個(gè)差值越大，對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)角度Rz的測量也越精確。4、標(biāo)記4的側(cè)面邊緣與坐標(biāo)軸有設(shè)定角度；該角度的存在可以增加對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)角度Rz的測量范圍，也可以使四象限光強(qiáng)傳感器5的各象限輸出數(shù)據(jù)遠(yuǎn)離零點(diǎn)，位于線性區(qū)域內(nèi)。再請(qǐng)參考圖3，圖3所示為均勻光透過標(biāo)記后在四象限光強(qiáng)傳感器上的投影示意圖。如圖3所示，準(zhǔn)直光透過標(biāo)記照射到四象限光強(qiáng)傳感器上，所述四象限光強(qiáng)傳感器的中心與標(biāo)記的中心重合，中間近十字形區(qū)域?yàn)楣庹諈^(qū)域，陰影部分為光未照到的區(qū)域。對(duì)于四象限光強(qiáng)傳感器，它的輸出與光照強(qiáng)度成正比，在準(zhǔn)直光照射的情況下，他的輸出與光照面積成正比，因此由光強(qiáng)傳感器的電流輸出可以得到傳感器的光照面積。設(shè)任一象限的光照面積為S，輸出電流為I，則有S = K1(M0)............................................................ (1)上式中K1表示各象限輸出電流對(duì)各象限光照面積的增益，I0表示各象限輸出電流的偏置，這兩個(gè)值與四象限光強(qiáng)傳感器的物理特性相關(guān)，為常數(shù)。下面從光照面積出發(fā)，給出本發(fā)明中三自由度坐標(biāo)(X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度Rz)的計(jì)算方法。在L > > y0并且L > > x0并且H > > y0并且H > > x0的情況下(其中“> >” 表示“遠(yuǎn)大于”，這里指前者是后者的1000倍以上)，可以用下列公式近似的計(jì)算X，Y，Rz X = kx* ((A+D) - (B+C))Y = ky* ((A+B) - (C+D))Rz = kKz* ((B+D) - (A+C)).......................................... (2)上式中，Kx, Ky, Krz為各方向位移敏感度，為常數(shù)。A，B, C，D為四象限光強(qiáng)傳感器在各個(gè)象限的光照面積，可以通過各象限輸出電流值轉(zhuǎn)換得到。式( 中Rz的正方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。當(dāng)標(biāo)記在X，y上的移動(dòng)相比于標(biāo)記旁枝的長度有較大影響時(shí)，要重新考慮數(shù)學(xué)模型；此時(shí)的X，Y，Rz相互耦合在一起，需要求解方程才能計(jì)算出真實(shí)的X，Y，Rz ；本發(fā)明采用先計(jì)算出粗略X，Y，Rz，然后進(jìn)行修正的方法進(jìn)行處理。再請(qǐng)參考圖4，圖4所示為掩模移動(dòng)后的均勻光透過標(biāo)記后在四象限光強(qiáng)傳感器上的投影示意圖。設(shè)掩模從(0，0，0)移動(dòng)到了(X，y，rz)，如圖4所示四象限光強(qiáng)傳感器各個(gè)象限的光照面積變化量為Δ 1 = (L+y)2*RzΔ 2 = (H-x) 2^RzΔ 3 = (L-y)2^RzΔ 4 = (H+x) 2^Rz................................................... (3)(B+D) - (A+C)= (Δ 1-Δ 2+Δ 3-Δ 4-( Δ 4-Δ 1)-( Δ 2-Δ 3))
5
= 4 (L2+y2-H2-x2) Rz...........................(A+B) - (C+D)= ( Δ 4- Δ 1+ Δ 1- Δ 2- ( Δ 2- Δ 3) - ( Δ 3- Δ 4)) +2Hy= 4HxRz+2Hy ..................... (5)(A+D) - (B+C)= ( Δ 4- Δ 1+ Δ 3- Δ 4- ( Δ 1- Δ 2) - ( Δ 2- Δ 3)) +2Lx= -4LyRz+2Lx ..................... (6)設(shè)計(jì)算的粗略坐標(biāo)為(X。ld，Yold, Rzold)；精確坐標(biāo)為(Xnew，Ynew，Rznew)；由上述誤差分析過程可得到修正公式為Rznew = k ‘ Rzold/ ((L2+Y。ld2-H2_X。ld2))Xnew = X。ld+2Y。ld*Rznew ............................................. (7)Ynew = Y。ld_2Xnew*Rznew公式(7)中，k'為比例系數(shù)，是一個(gè)常數(shù)。本發(fā)明針對(duì)所提出的對(duì)準(zhǔn)裝置給出如公式(7)的修正計(jì)算方法，可以計(jì)算更精確的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度RZ。綜上所述，本發(fā)明提供一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置及其對(duì)準(zhǔn)方法，可以用于光刻機(jī)掩模預(yù)對(duì)準(zhǔn)，該裝置只需使用一套光源，標(biāo)記，四象限光強(qiáng)傳感器，就可以達(dá)到測試平面上X，Y， Rz三個(gè)自由度的目的，即節(jié)約空間，又節(jié)約材料。用在光刻機(jī)上，可以節(jié)約掩?？臻g，提高掩模利用率。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置，包括光源，以及所述光源傳播路徑上的準(zhǔn)直鏡，待對(duì)準(zhǔn)的掩模，掩模上面的標(biāo)記，和四象限光強(qiáng)傳感器，其特征在于，所述標(biāo)記呈近十字形，其分別關(guān)于 X、Y軸對(duì)稱，其中所述標(biāo)記在X軸方向的長度H與標(biāo)記在Y軸方向的長度L之間具有設(shè)定差值，所述設(shè)定差值越大，對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的測量越精確，所述標(biāo)記的側(cè)面邊緣與坐標(biāo)軸具有設(shè)定角度，所述設(shè)定角度用于增加旋轉(zhuǎn)角度的測量范圍，同時(shí)使所述四象限光強(qiáng)傳感器的各象限輸出數(shù)據(jù)遠(yuǎn)離零點(diǎn)，位于線性區(qū)域內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述四象限光強(qiáng)傳感器的中心與所述標(biāo)記的中心重合，透過標(biāo)記照射到所述四象限光強(qiáng)傳感器上的為能量均勻的光線。
3.一種根據(jù)權(quán)利1所述的光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置的對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，包括下列步驟所述準(zhǔn)直鏡將光源發(fā)出的光準(zhǔn)直照射到掩模的標(biāo)記上；透過標(biāo)記的準(zhǔn)直光束垂直入射到四象限光強(qiáng)傳感器上；根據(jù)四象限光強(qiáng)傳感器的信息計(jì)算當(dāng)前掩模的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度；反饋給掩模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)掩模進(jìn)行位置移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，完成預(yù)對(duì)準(zhǔn)過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置的對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，所述四象限光強(qiáng)傳感器在準(zhǔn)直光束照射的情況下，電流輸出與光照面積成正比，由光強(qiáng)傳感器的電流輸出得到傳感器的光照面積S = K1 (1+10)，其中I表示輸出電流，K1表示各象限輸出電流對(duì)各象限光照面積的增益，Itl表示各象限輸出電流的偏置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置的對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，所述掩模的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度分別為X，Y，Rz X = kx* ((A+D) - (B+C))Y = ky*((A+B)-(C+D))Rz = kKz* ((B+D) - (A+C))其中，kx，kx，krz為各方向位移敏感度，為常數(shù)，A，B, C，D為四象限光強(qiáng)傳感器在各個(gè)象限的光照面積，Rz的正方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置的對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，所述掩模的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度的修正計(jì)算方法為Rznew = k' Rzold /((L2+Y。ld2-H2-X。ld2))^new — Xold+ZYold5^RznewYnew Yold ^-^-new^-^^new其中，k'為比例系數(shù)，是常數(shù)，計(jì)算的粗略坐標(biāo)為(X。ld，Yold, Rz。ld)，精確坐標(biāo)為(Xnew， YnewJ Rznew) ο
全文摘要
本發(fā)明提出一種光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置及其對(duì)準(zhǔn)方法，該裝置包括光源，準(zhǔn)直鏡，待對(duì)準(zhǔn)的掩模，掩模上的標(biāo)記，和四象限光強(qiáng)傳感器，標(biāo)記呈近十字形，關(guān)于X，Y軸對(duì)稱，標(biāo)記在X軸方向的長度H與在Y軸方向的長度L之間具有設(shè)定差值，標(biāo)記的側(cè)面邊緣與坐標(biāo)軸具有設(shè)定角度。該對(duì)準(zhǔn)方法包括準(zhǔn)直鏡將光源發(fā)出的光準(zhǔn)直照射到掩模的標(biāo)記上；透過標(biāo)記的準(zhǔn)直光束垂直入射到四象限光強(qiáng)傳感器上；根據(jù)四象限光強(qiáng)傳感器的信息計(jì)算當(dāng)前掩模的X軸和Y軸坐標(biāo)以及繞四象限光強(qiáng)傳感器法線方向的旋轉(zhuǎn)角度；反饋給掩模運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)掩模進(jìn)行位置移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，完成預(yù)對(duì)準(zhǔn)過程。本發(fā)明提出的光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)裝置及其對(duì)準(zhǔn)方法，用于光刻機(jī)掩模預(yù)對(duì)準(zhǔn)，節(jié)約掩?？臻g，提高掩模利用率。
文檔編號(hào)G03F9/00GK102193320SQ201010118779
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者單世寶, 張品祥, 段立峰, 馬雨雷 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司