[发明专利]一种用于光刻机的掩模预对准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路或其它微型器件制造领域的光刻设备，尤其涉及一种用于光刻机掩模预对准的装置及方法。

背景技术

光刻机中的预对准技术是使掩模在一定精度范围内与光刻机的投影物镜光轴进行预对准，包括旋转和水平方向对准，以使得对准标记处于精密对准系统的捕获范围内，预对准的成功与否以及其效率的高低直接影响着生产效率的高低。

中国专利公开文献CN1940734提供了一种掩模预对准装置，该装置的特点是利用四象限探测器分别采集硅片上两个标记的像，利用每个象限之间能量差值关系表征硅片的位置信息，这种装置是光刻机系统中常用的预对准方法，无论是用于掩模预对准还是硅片预对准。该预对准装置中采用了两路对准探测系统进行探测，再对这两路信号进行分光和合像，然后输入监视器进行监视。捕获标记范围最大达到500um，一般为300um，主要受四象限探测器面积约束，捕获范围是探测器直径的1/5。预对准精度达到10um左右，预对准精度主要受到以下因素的影响：照明标记的均匀性，照明光源能量，照明能量的稳定性，四象限探测器的重复性，工作环境振动等，如更能严格控制以上几个因素，预对准精度能达到5um。但是如果再想使用这种装置和方法，很难达到高精度的预对准效果。

中国专利公开文献CN101403865A中公开了一种光刻机掩模预对准系统，该系统也使用了两组完全相同的光学系统对预对准标记进行成像，每组光学系统中都包括一个四象限光电传感器。该预对准系统对光束的准直性要求较高，光束发散角较大时成像的弥散斑较大，进而影响对准精度。由于采用了两组完全相同的光学系统，对这两个光学系统中的各个元件的重复性要求都很高，光路调整的难度也较大。

发明内容

本发明的目的在于提高预对准精度。本发明采用了下述预对准装置和方法：

一种用于光刻机的掩模预对准装置，包括：

第一光源和第二光源；

分别对第一光源和第二光源发出的第一光束和第二光束进行准直的第一准直单元和第二准直单元；

位于掩模板上的第一预对准标记和第二预对准标记；

双远心成像系统；

图像传感器和信号处理系统；

其中，经第一准直单元准直的第一光束穿过第一预对准标记后由半透半反棱镜反射至双远心成像系统，并经由双远心成像系统成像于图像传感器上；

经第二准直单元准直的第二光束穿过第二预对准标记后由反射棱镜反射后透过半透半反棱镜入射至双远心成像系统，并经由双远心成像系统成像于图像传感器上，所述第二光束穿过第二预对准标记后得到的光束与第一光束穿过第一预对准标记后得到的光束平行；

信号处理系统对图像传感器上所成的像进行处理，并将处理结果反馈至掩模运动系统，由掩模运动系统控制掩模运动，并重复上述成像、处理、反馈和运动过程，直至实现预对准。

其中，该装置还具有补偿单元，补偿单元将穿过第二预对准标记的光在一平面上成等大的像，光束从该平面到达双远心成像系统的光程和第一光束穿过第一预对准标记后到达双远心成像系统的光程相等。

其中两个预对准标记形状相同。

其中预对准标记优选易加工结构简单的形状，例如小圆孔。

其中第一光束和第二光束穿过第一预对准标记和第二预对准标记后出射的光束均以45度角分别入射到半透半反棱镜和反射棱镜的反射面上。

其中双远心成像系统的放大倍率M满足C≤M×X，其中，X是对准精度，C是图像传感器像素尺寸。

其中图像传感器满足B＝M×S，其中，B是传感器尺寸，S是所需的标记捕获范围，M是所述双远心成像系统的放大倍率。

其中从两个光源发出的光经第一准直单元和第二准直单元准直后相互平行。

一种掩模预对准方法，采用了上述掩模预对准装置，在经第一准直单元准直的第一光束穿过第一预对准标记后由半透半反棱镜反射至双远心成像系统，并经由双远心成像系统成像于图像传感器上，同时，经第二准直单元准直的第二光束穿过第二预对准标记后由反射棱镜反射后透过半透半反棱镜入射至双远心成像系统，并经由双远心成像系统成像于图像传感器上的情况下，进行下述步骤：

(a)利用信息处理系统对图像传感器的每一象素进行坐标值定义；

(b)利用信息处理系统识别第一预对准标记和第二预对准标记在图像传感器上所成的像，确定其坐标值，计算两个像之间的距离；

(c)根据两个像之间的距离确定掩模的旋转角度，将计算值反馈给掩模运动系统，利用该运动系统旋转掩模；