[发明专利]一种对准装置与对准方法、像质检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光刻机对准装置与对准方法，尤其涉及一种光刻机中掩模与工件台对准的对准装置与对准方法。

背景技术

现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。

光刻装置中关键的步骤是将掩模与晶片对准。第一层掩模图案在晶片上曝光后从装置中移开，在晶片进行相关的工艺处理后，进行第二层掩模图案的曝光，但为确保第二层掩模图案和随后掩模图案的像相对于晶片上已曝光掩模图案像的精确定位，需要将掩模和晶片进行精确对准。由光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在晶片中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系统，实现掩模和晶片的精确对准。当特征尺寸“CD”要求更小时，对套刻精度“Overlay”的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。

光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-晶片对准，即测出晶片在机器坐标系中的坐标(XW，YW，ΦWZ)，及掩模在机器坐标系中的坐标(XR，YR，ΦRZ)，并计算得到掩模相对于晶片的位置，以满足套刻精度的要求。现有技术有两种对准方案：一种是透过镜头的TTL对准技术，激光照明在晶片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物镜所收集的晶片对准标记的衍射光或散射光照射在掩模对准标记上，该对准标记可以为振幅或相位光栅。在掩模标记后设置探测器，当在投影物镜下扫描晶片时，探测透过掩模标记的光强，探测器输出的最大值表示正确的对准位置，该对准位置为用于监测晶片台位置移动的激光干涉仪的位置测量提供了零基准；另一种是OA离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于晶片上的多个对准标记以及晶片台上基准板的基准标记，实现晶片对准和晶片台对准；晶片台上基准板的基准标记与掩模对准标记对准，实现掩模对准；由此可以得到掩模和晶片的位置关系，实现掩模和晶片对准。

目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指均匀照明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息。高级衍射光以大角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波器滤掉零级光后，采集衍射光±1级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光(包括高级)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确定对准中心位置。

如美国专利US4778275所披露的对准装置，就是在光刻机中一种典型的应用光栅对掩模和硅片进行对准的装置，使用专用照明光照射掩模上的对准掩模标记光栅，光栅透过的光束经过投影物镜进行聚焦之后投射到硅片的标记上，再由硅片标记反射该光束，经过一系列光路系统之后进入检测器进行检测。

上述对准装置结构复杂，对准光束经过多次衍射、反射之后才进入检测器，光束能量消耗大，对对准照明光源的能量要求高；且光路复杂，因此对光路中各种反射镜及透镜的制造及配置精度要求高。如何设计一种结构和光路简单，便于配置的掩模对准系统，成为了业界研究的一大问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于投影曝光装置中的位置对准装置、使用该位置对准装置的对准方法以及使用该装置进行像质检测的方法，以实现投影曝光装置中掩模版和曝光对象之间精确的位置对准。

为了达到上述目的，本发明提供一种对准装置，该对准装置包括对准照明系统、掩模、投影物镜和设置在工件台上的基准板，该掩模与基准板分别置于该投影物镜两侧，该对准装置还包括不少于3个掩模标记、与该掩模标记数量相同的基准标记、检测器和与该掩模标记数量相同的照明系统。该掩模标记位于该掩模上，该基准标记位于该基准板上，该检测器位于该基准标记下方，该对准照明系统分别位于掩模标记上方。该掩模标记可以呈中心对称排布。