专利名称：光刻对准装置、其使用方法及光刻机的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光刻对准装置、该光刻对准装置的使用方法及包含该光刻对准装置的光刻机。
背景技术：
集成电路是通过在衬底表面几微米厚度内形成半导体器件，再通过连续的淀积和形成材料层的图形来把这些器件相互连接起来而形成的。电路设计者使用装有特殊设计软件的计算机，进行器件、金属线连接其它芯片所需的特殊电路布局的制作。电路设计按照一套基本规则进行，该规则规定了掩膜板图案的图形和尺寸。该规则同时规定了一些参数，例如线宽、线的距离、接触孔的尺寸、通孔直径等。衬底的器件区一般是分层制作的，每层都对应各自的掩膜板图案。掩膜板图案转移到衬底上若不精准，会造成成品的性能不稳定或成品率低。掩膜板图案转移到衬底上一般是先通过光刻过程，将掩膜板图案转移到光刻胶上，然后以光刻胶为掩膜对衬底进行刻蚀完成的。上述的光刻过程中一般用到光刻机，现有的光刻机在对准过程中的光路图如图1所示，一般采用移动载物台11的高低来实现光探测器12里掩膜板图案与衬底(例如硅片)里的对准记号13对准。但在有些情况下，该载物台的位置由于特殊原因无法进行上下移动，如果仍采用之前的光刻机，需移动光探测器的位置，由于光探测器灵敏度较高，易受外界环境的影响，该不断移动过程会造成光探测器灵敏度降低。有鉴于此，实有必要提出一种新的光刻对准装置，以克服上述问题。
发明内容
本发明实现的目的是提出一种新光刻对准装置，满足在载物台的位置无法上下移动情况下，需使掩膜板图案与衬底里对准记号对准的需求。为实现上述目的，本发明提供一种光刻对准装置，包括:透镜组；光探测器；位于透镜组与光探测器之间的分光镜，用于将照明光全部反射到位于载物台的衬底的对准记号上，且用于使衬底的对准记号的反射光通过以进入光探测器；具有两个垂直设置的反射面的固定反射镜与具有两个垂直设置的反射面的可动反射镜，所述固定反射镜的两个反射面分别与所述可动反射镜的两个反射面相对，且所述固定反射镜、所述可动反射镜与所述光探测器位于所述透镜组的一侧。可选地，所述分光镜使衬底的对准记号的反射光全部通过。可选地，所述可动反射镜固定在弹性杆的自由端，所述自由端相对的另一端为固定端，所述弹性杆适于在外力下带动可动反射镜向所述固定反射镜靠近或远离。可选地，所述弹性杆在竖直位置处，所述固定反射镜的两个反射面分别与所述可动反射镜的两个反射面平行。可选地，所述弹性杆的自由端设置有垂直所述弹性杆的弹簧。可选地，所述弹性杆的自由端设置有推动所述弹性杆弯曲的驱动装置。可选地，所述驱动装置是步进电机的齿轮箱或气动机械。可选地，所述弹性杆为磁性材质，所述驱动装置为磁铁。可选地，所述弹性杆为压电陶瓷，所述驱动装置为设置在所述弹性杆两侧的正负极板。可选地，所述弹性杆的自由端设置有标尺，用于获取所述自由端偏离竖直位置的偏移量。可选地，所述光刻对准装置还包括:可动反射镜的控制器，用于获取所述带有对准记号的衬底的高度，在所述高度处，达到光探测器上所述对准记号的成像清晰时，可动反射镜的水平移动距离与光探测器上所成的对准记号的像的移动距离三者之间的关系的表。可选地，所述光刻对准装置还包括:存储器，用于存储所述带有对准记号的衬底的高度，在所述高度处，达到光探测器上所述对准记号的成像清晰时，可动反射镜的水平移动距离与光探测器上所成的对准记号的像的移动距离三者之间的关系的表。可选地，所述存储器与可动反射镜的控制器相连，所述表由可动反射镜的控制器存入。可选地，所述可动反射镜的控制器还用于根据衬底的高度，查表，获得可动反射镜的水平移动距离，调整可动反射镜移动该水平移动距离，使得衬底上的对准记号的像处于光探测器的焦平面上。可选地，所述衬底的高度通过光刻机的调平系统获取。可选地，所述光探测器为点探测器、线阵列探测器、二维阵列探测器中的至少一种。可选地，所述二维阵列探测器使用的是CXD或CMOS。可选地，所述光探测器为点探测器、线阵列探测器时，所述光探测器前端分别设置有圆孔、矩形的开孔。本发明还提供了上述描述的光刻对准装置的使用方法，包括:如果载物台的衬底的对准记号位置偏低，转动可动反射镜，使可动反射镜与固定反射镜的距离变近；如果载物台的衬底的对准记号位置偏高，转动可动反射镜，使可动反射镜与固定反射镜的距离变远。可选地，所述光刻对准装置的可动反射镜固定在弹性杆的自由端，所述自由端相对的另一端为固定端；所述自由端的移动带动所述可动反射镜转动，引起光探测器上所成的对准记号的像偏离所述透镜组的光轴方向，所述使用方法还包括对该偏离进行补偿的步骤。可选地，对偏离进行补偿的步骤包括:获取所述带有对准记号的衬底的高度，在所述高度处，达到光探测器上所述对准记号的成像清晰时，可动反射镜的水平移动距离与光探测器上所成的对准记号的像的移动距离三者之间的关系的表。可选地，对于新的衬底的对准记号，使用方法所述使用方法还包括:根据新的衬底的高度，查表，获得可动反射镜的水平移动距离，调整可动反射镜移动该水平移动距离，使得新的衬底上的对准记号的像处于光探测器的焦平面上。可选地，对于新的衬底的对准记号，使用方法所述使用方法还包括:根据新的衬底的高度，查表，获得可动反射镜的水平移动距离，调整可动反射镜移动该水平移动距离，使得新的衬底上的对准记号的像处于光探测器的焦平面上，且根据上述关系表，对探测到的对准记号的像的移动距离进行补偿。可选地，使用方法还包括:测量光探测器上所述新的衬底上的对准记号的像的水平位置，并扣除该探测到的对准记号的像的补偿距离。可选地，所述衬底的高度通过光刻机的调平系统获取。可选地，所述新的衬底的高度通过光刻机的调平系统获取。此外，本发明还提供一种光刻机，包括上述描述的光刻对准装置。与现有技术相比，本发明具有以下优点:采用了具有两个垂直设置的反射面的固定反射镜与具有两个垂直设置的反射面的 可动反射镜，且该固定反射镜的两个反射面分别与所述可动反射镜的两个反射面相对，且所述固定反射镜、所述可动反射镜与所述光探测器位于所述透镜组的一侧，被衬底的对准记号反射的光进入透镜后，经过该固定反射镜照射到可动反射镜的反射面上，被可动反射镜的反射面反射后，再照射到该固定反射镜的反射面上，最后在光探测器的感光面(焦平面)上成像，可动反射镜与固定反射镜之间的距离可变；可见，通过固定反射镜和可动反射镜的设置，实现了对像距调节，因而不同于背景技术中提到的移动载物台的调节物距的方式，本方案提供了一种调节像距的方式，也可以实现对准过程。
图1是现有技术中的光刻对准装置的结构示意图；图2是实施例一提供的光刻对准装置的结构示意图；图3是图2中的装置实现光刻对焦过程的示意图；图4是图2中的装置补偿过程中使用的衬底的对准记号的结构示意图；图5是实施例一中的二维探测器成像示意图。
具体实施例方式在光刻机对准过程中，该透镜组可以等效为一个凸透镜，该凸透镜成像需满足高
斯公式—+—=^1，该光刻机中，该等效的凸透镜的焦距不变。如背景技术所述，
现有的光刻机通过调节载物台的高低来实现对准过程，该过程实际上为一种调节物距的方式，在某些情况下，该载物台上下不能运动，因而需要调节光探测器的位置来实现像距的调节。本发明提出另外一种调像距的装置，即采用具有两个垂直设置的反射面的固定反射镜与具有两个垂直设置的反射面的可动反射镜，该固定反射镜的两个反射面分别与所述可动反射镜的两个反射面相对，且固定反射镜、可动反射镜与光探测器位于透镜组的一侧。上述描述的装置实现调像距的工作过程为:被衬底的对准记号反射的光进入透镜后，经过该固定反射镜照射到可动反射镜的反射面上，被可动反射镜的反射面反射后，再照射到该固定反射镜的反射面上，最后在光探测器的感光面(焦平面)上成像，可动反射镜相对固定反射镜可转动，可见，通过固定反射镜和可动反射镜的设置，调节了可动反射镜与固定反射镜之间对应的部分等效像距，从而调整了光探测器与照射到光探测器的固定反射镜的反射面之间对应的部分等效像距，因而可以实现将对准记号在光探测器的感光面(焦平面)上成像，即完成了对焦，方便实现对准记号的像的准确位置测量，从而使得掩膜板图案可以与衬底里对准记号对准。需要说明的是，固定反射镜中的固定是指该反射镜在光刻对准过程中位置不动，可动反射镜中的可动是指该反射镜在光刻对准过程中相对固定反射镜转动。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。由于重在说明本发明的原理，因此，未按比例制图。实施例一图2为本实施例一提供的光刻对准装置2的结构示意图，该装置2包括:透镜组21;光探测器22 ；位于透镜组21与光探测器22之间的分光镜23，用于将照明光全部反射到位于载物台31的衬底的对准记号32上，且用于衬底的对准记号32的反射光通过以进入光探测器22 ；具有两个垂直设置的反射面241、242的固定反射镜24与具有两个垂直设置的反射面251、252的可动反射镜25，所述固定反射镜24的两个反射面241、242分别与所述可动反射镜25的两个反射面251、252相对，且所述固定反射镜24、所述可动反射镜25与所述光探测器22位于所述透镜组21的一侧。本实施例一中，衬底为娃片。其它实施例中，也可以为含有对准记号的基底。仍参照图2，本实施例一中，可动反射镜25在竖直位置处，固定反射镜24的反射面241,242分别与可动反射镜25的反射面251、252平行。此外，本实施例一中的可动反射镜25中的可动是指该反射镜25在光刻对准过程中相对固定反射镜24转动。继续参照图2，可动反射镜25的转动是通过将其固定在一个弹性杆26的下端，且反射面251、252远离固定面,本实施例一中，该弹性杆26为一根金属长条形片状结构。该弹性杆26的下端为自由端，上端为固定端，弹性杆26在外力的作用下弯曲，带动可动反射镜25转动。弹性杆26被推动时，会带动可动反射镜25转动，从而改变可动反射镜25、固定反射镜24两者之间的距离。此外，弹性杆26的自由端还设置有垂直所述弹性杆26的弹簧27，该弹簧27、可动反射镜25分别位于弹性杆26的两侧。除了弹簧27带动所述弹性杆26的自由端移动外，还可以通过设置推动所述弹性杆26弯曲的驱动装置(未图示)。在具体实施过程中，所述驱动装置是步进电机的齿轮箱，气动机械等。所述弹性杆26也可以选择磁性材质，所述驱动装置对应地为磁铁。所述弹性杆26也可以选择压电陶瓷，对应地，所述驱动装置为设置在所述弹性杆两侧的正负极板。为了获取弹性杆26的自由端(可动反射镜25)偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)，所述弹性杆26的自由端设置有标尺28。以下详细描述装置2能实现对准过程的原理。该对准过程分为三个步骤，I)实现将对准记号在光探测器的感光面(焦平面)上成像，即对焦过程；2)获得对准记号的像的准确位置，3)掩膜板图案与衬底里对准记号对准。首先，如前所述，将该透镜组21等效为一
个凸透镜，该凸透镜成像需满足高斯公式—+ — = —，在对准过程中，该等效的凸透
镜的焦距不变。如背景技术所述，在某些情况下，载物台不能运动，在此种情况下，仍需实现对准过程，只有调节透镜组21的位置或光探测器22的位置来实现物距或像距的调节。仍参考图2，该透镜组21不仅仅起光探测器22内成像的作用，还起会聚照明光在载物台31的衬底的对准记号32上的作用，对透镜组21的位置调节显然会改变照明光的聚焦位置，因而，该方法不可行。对于光探测器22的位置调节也有缺陷，请参见背景技术。本发明提出的调像距的装置2实现调光探测器与照射到光探测器的固定反射镜的反射面之间对应的部分等效像距的工作过程，如图3所示，具体如下。结合图2与图3，被衬底的对准记号32反射的光进入透镜组21后，经过该固定反射镜24的反射面242照射到可动反射镜25的反射面252上,之后被反射到反射面251上，被反射面251反射后，再照射到该固定反射镜24的反射面241上，被反射后在光探测器22的感光面(焦平面)上成像，整个成像过程的光路图如3中的实线所示。例如此时衬底的
对准记号32位置偏低，即物距过大，根据高斯公式—+—=—，此时，像距偏小，对
准记号32的像成在光探测器22的感光面(焦平面)下方。不改变对准记号32位置的高低，即物距不变，而又需要对准记号32的像成在光探测器22的感光面(焦平面)上，本实施例一提供下述方法:将可动反射镜25向靠近固定反射镜24方向转动一定距离，新的光路图如图3中的虚线所示(除光轴虚线外)，由于可动反射镜25的两个反射面251、252相互垂直，因而，可动反射镜25转动前后，从反射面242到反射面252的光线与从反射面251到反射面241的光线都平行，因而，被反射面241反射的光线在可动反射镜25转动前后也平行，但是，该反射镜25转动后与转动前相比，反射面242与反射面241之间光线的光程减小，增大了反射面241与光探测器22之间的光程，完成了对准记号32的对焦过程。总结上述过程，该装置2的等效像距由三部分组成，第一部分为透镜组21到反射面242之间，第二部分为反射面242与反射面241之间，第三部分为反射面241与光探测器22之间。第一部分在可动反射镜25转动前后不变，第二部分在转动后减小，事实上，该减小程度大于像距的减小程度，因而，第三部分在转动后可以增大，实现了将对准记号32的像成在光探测器22的感光面(焦平面)上。此时若衬底的对准记号32位置偏高，即物距过小，对准记号32的像成在光探测器22的感光面(焦平面)上方。此时，将可动反射镜25向远离固定反射镜24方向拉开一定距离，增大反射面242与反射面241之间光线的光程，减小反射面241与光探测器22之间的光程，也可以实现对准记号32的对焦过程。总结上述过程，该装置2的等效像距的第一部分在可动反射镜25转动前后仍然不变，第二部分在转动后增大，因而，第三部分在转动后可以减小，实现了将对准记号32的像成在光探测器22的感光面(焦平面)上。由上述分析可以看出，该可动反射镜25及固定反射镜24可以用来实现对准过程，但是，该对准过程会使得光轴(如3中垂直透镜组21中心的虚线)偏离，因而该装置2在实现对焦过程时，需要对该偏移量进行补偿。为实现该补偿，图2所示的光刻对准装置2还包括:可动反射镜25的控制器253，用于获取所述带有对准记号32的衬底的高度，在所述高度处，达到光探测器22上所述对准记号32的成像清晰时，可动反射镜25的水平移动距离与光探测器22上所成的对准记号32的像的移动距离三者之间的关系的表。此处所指的三者为带有对准记号32的衬底的高度、可动反射镜25的水平移动距离与光探测器22上所成的对准记号32的像的移动距离。在具体实施过程中，为避免光刻对准装置2使用过程中，每次都需找出该表所反映的对应关系，可以将该表存储在存储器29里，此种情况下，存储器29与可动反射镜25的控制器253相连，所述表由可动反射镜25的控制器253存入。当然，本装置2在出厂后，该表可以预先在存储器29内存储好，无需重复找出上述三者的对应关系。有了上述表后，所述可动反射镜25的控制器253还有另一功能，对于一个新的衬底，用于根据该新的衬底的高度，查表，获得可动反射镜25的水平移动距离，调整可动反射镜移动25该水平移动距离，使得新的衬底上的对准记号的像处于光探测器22的焦平面上。其中，新的衬底的高度通过光刻机的调平系统获取或其它仪器获取。此外，根据上述关系表，还进行对探测到的新的对准记号的像的移动距离进行补偿。通过光探测器22，对该成像清晰的对准记号进行拍照，测量光探测器22上新的衬底上的对准记号的像的水平位置(垂直Z轴)，并扣除该探测到的对准记号的像的补偿距离(该补偿距离根据查表获得)，如此获得了对准记号的像的准确位置。之后，将该掩膜板上的对准记号与该衬底上的对准记号进行直接对准或间接对准。所述的直接对准是掩膜板上的对准记号与该衬底上的对准记号两者进行对准，所述的间接对准是该衬底上的对准记号与第三方对准记号进行对准，之后，掩膜板上的对准记号与该第三方对准记号再对准。综上，该转动的实现装置2利用弹性弯曲(Elastic Bending)来实现横向移动，无实时运动部件，没有所有转动轴所有的弊病:轴承的径向摆动，因而，对于批处理的晶片，在对准过程中可重复性强，性能稳定。以下描述光刻对准装置2的使用方法。该方法主要包括:如果载物台的衬底的对准记号位置偏低，转动可动反射镜，使可动反射镜与固定反射镜的距离变近；如果载物台的衬底的对准记号位置偏高，转动可动反射镜，使可动反射镜与固定反射镜的距离变远。如前面所述，光刻对准装置2的可动反射镜25固定在弹性杆26的自由端，所述自由端相对的另一端为固定端；所述自由端的移动带动所述可动反射镜25转动，会引起光探测器22上所成的对准记号32的像偏离所述透镜组21的光轴方向，因而，所述使用方法还应包括对该偏离进行补偿的步骤。以下详细介绍该补偿过程。本补偿过程使用的对准记号是图4中的两组条形结构，每组条形结构包括4条平行且等距离的矩形图案，两组矩形垂直。首先，在该装置2使用前，或称出厂前，该载物台上下可以移动(即:Z轴方向)。记录位于该载物台31的带有对准记号的衬底高度(原高度)(即:Z轴高度)，升高该高度，使光探测器22内的图4中条形结构清晰，记录光探测器22上所成的条形结构的像的某点A位置，如图5所示。将该载物台设置回原高度，参照图2与图3，向右挤压弹簧27 (也可由驱动装置驱动)，使可动反射镜25靠近固定反射镜24，光探测器22内条形结构清晰位置处，记录条形结构点A移动到的新位置A’的位置，计算该点A的偏移量，并记录标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)。其中的衬底的高度通过光刻机的调平系统获取，也可以通过其它测量衬底的高度的装置获取。上述过程为了增加准确程度，还可以同时测量Y轴上不同点，例如B点的偏移量，甚至可以选择多个点进行偏移量测量，对该多个偏移量取平均值。对于不同的衬底高度(原高度)，上述过程可以进行多次，得到该载物台31的带有对准记号的衬底高度、条形结构某点位置的偏移量、标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)三者的关系，做成表格。上述针对的是对焦过程中，物距过大情况，对于物距过小情况，该表格产生方法如下:记录该载物台31的带有对准记号的衬底高度(原高度)(即:Z轴高度)，降低该高度，使光探测器22内的图4中条形结构清晰，记录条形结构点A位置。将该载物台设置回原高度，向左拉伸弹簧27 (也可由驱动装置驱动)，使可动反射镜25远离固定反射镜24，光探测器22内条形结构清晰位置处，记录条形结构点A移动到的新位置A’的位置，计算该点A位置的偏移量，并记录标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)。需要说明的是，图5中的结构是A点与A’点在一个图像上显示的情况，对于移出该图像区域内的情况，可以根据背景的方格进行长度换算。上述过程为了增加准确程度，还可以同时测量Y轴上不同点，例如B点的偏移量，甚至可以选择多个点进行偏移量测量，对该多个偏移量取平均值。对于不同的衬底高度(原高度)，上述过程也可以进行多次，得到该载物台31的带有对准记号的衬底高度、条形结构位置的偏移量、标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)三者的关系，做成表格。上述针对物距过大，对于物距过小两种情况中分别制作的表格形成一个完整的表格。上述升高载物台31的带有对准记号的衬底的高度并调节条形结构清晰位置与降低载物台31的带有对准记号的衬底的高度并调节条形结构清晰位置无先后顺序，但升高载物台31的带有对准记号的衬底的高度(对准标记偏低)需对应使可动反射镜25靠近固定反射镜24，降低载物台31的带有对准记号的衬底的高度(对准标记偏高)需对应使可动反射镜25远尚固定反射镜24。至此，可动反射镜25偏离弹性杆26竖直位置的量与补偿量得以确定，即获取了有对准记号32的衬底在不同高度，可动反射镜25的水平移动距离与光探测器22上所成的对准记号32的像的移动距离的关系。上述补偿量确定后，对于一批需要处理的新的衬底(例如晶片)，以下描述使用该装置2进行光刻对准的具体过程。首先，跟据带有对准记号32的新的衬底在不同高度处，查载物台31的带有对准记号的新的衬底的高度、条形结构位置的偏移量、标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)三者的关系表格，查新的衬底的高度对应的条形结构位置的偏移量、标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)的值。其中的新的衬底的高度通过光刻机的调平系统获取，也可以通过其它测量衬底的高度的装置获取。接着，调整可动反射镜25移动该水平移动距离，使得衬底上的对准记号32的像处于光探测器22的焦平面上。上述完成了新的衬底的对准记号的对焦过程，接着进行对准过程。具体如下:通过光探测器22，对该成像清晰的新的对准记号进行拍照，测量光探测器22上新的衬底上的对准记号的像的水平位置(垂直Z轴)，根据查表获得对准记号的像的补偿距离(与新的衬底的高度相对应)，并扣除该补偿距离，获得对准记号的像的准确位置。之后，将该掩膜板上的对准记号与该衬底上的对准记号进行直接对准或间接对准。对于一个待光刻晶片，通过驱动装置，例如步进电机、气动机械等带动弹性杆26形变以达到自动对焦过程。本实施例一中，分光镜23使衬底的对准记号32的反射光全部通过。其它实施例中，该分光镜23也可以根据需求选择性地使衬底的对准记号32的反射光某些带宽的光通过。光探测器22为二维阵列探测器，例如CXD或CMOS，所述光探测器22前端设置有开孔(未标示)，且该开孔形状与光探测器22形状匹配，本实施例一为矩形。此外,本实施例一还提供一种光刻机，包括上述描述的光刻对准装置2。该光刻机为步进光刻机，每个晶片处理完后，接着处理另一个晶片，因而，可以实现晶片的批处理。在光刻机中，该开孔的下方一般还设置有快门，在对准过程完成后，该快门打开，以使用于曝光光刻胶的UV光通过照射到掩膜板图案上，完成曝光过程。实施例二本实施例二与实施例一的区别在于，光探测器22为线阵列探测器，即为一维探测器，例如线阵列CCD。由于其余装置与实施例一相同。因而，对准过程的原理与实施例一相同。唯一不同地方在于补偿过程不同。以下详细介绍该补偿过程。本补偿过程使用的对准记号也是图4中的两组条形结构，每组条形结构包括4条平行且等距离的矩形图案，两组矩形垂直。首先，在该装置2使用前，或称出厂前，该载物台上下可以移动。记录该载物台31的带有对准记号的衬底的高度(原高度)，升高该高度，在X轴方向进行扫描，使线阵列探测器内重复出现图4中8个条形结构的峰值(条形结构处光强信号最大)，记录条形结构某个峰值的位置，例如从左数第4个条形结构的峰值位置。将该载物台31的带有对准记号的衬底设置回原高度，参照图3，向右挤压弹簧27 (也可由驱动装置驱动)，使可动反射镜25靠近固定反射镜24，线阵列探测器内重复出现图4中8个条形结构的峰值(条形结构处光强信号最大)，记录条形结构某个峰值移动到的新位置的偏移量，例如从左数第4个条形结构的峰值的新位置，并记录标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)。对于移出该线阵列感应区域内的情况，由于图4中的每组条形结构之间都是等距离，可以根据该等距离对应的移动距离进行长度换算。上述过程为了增加准确程度，还可以同时测量Y轴上不同点的偏移量，甚至可以选择多个点进行偏移量测量，对该多个偏移量取平均值。对于图4的倾斜的条纹，可以理解的是，纵坐标小的点相对纵坐标大的点(例如B点比A点)出现峰值的频率变小，即单位时间内，出现该峰值的次数变小。对于不同的衬底高度(原高度)，上述过程可以进行多次，得到该载物台31的带有对准记号的衬底高度、条形结构位置的偏移量、标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)三者的关系，做成表格。上述针对的是对焦过程中，物距过大情况，对于物距过小情况，该表格产生方法如下:记录该载物台31的带有对准记号的衬底的高度(原高度)(即:Z轴高度)，降低该高度，使线阵列探测器内的图4中条形结构的信号最强(光强的峰值处)，记录条形结构某个峰值的位置，例如从左数第4个条形结构的峰值位置。将该载物台31的带有对准记号的衬底设置回原高度，向左拉伸弹簧27 (也可由驱动装置驱动)，使可动反射镜25远离固定反射镜24，线阵列探测器内重复出现图4中8个条形结构的峰值(条形结构处光强信号最大)，记录条形结构某个峰值移动到的新位置的偏移量，例如从左数第4个条形结构的峰值的新位置，并记录标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)。上述过程为了增加准确程度，还可以同时测量Y轴上不同点的偏移量，甚至可以选择多个点进行偏移量测量，对该多个偏移量取平均值。对于图4的倾斜的条纹，可以理解的是，纵坐标小的点相对纵坐标大的点(例如B点比A点)出现峰值的频率变小，即单位时间内，出现该峰值的次数变小。对于不同的衬底高度(原高度)，上述过程也可以进行多次，得到该载物台31的带有对准记号的衬底高度、条形结构位置的偏移量、标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)三者的关系，做成表格。上述两个过程中制作的表格形成一个完整的表格。需要说明的是，本实施例二中的峰值(光强信号最大)可以广义理解为条形结构或对准记号的成像最清晰。上述升高载物台31的带有对准记号的衬底的高度并调节条形结构的信号最强位置与降低载物台31的带有对准记号的衬底的高度并调节条形结构的信号最强无先后顺序，但升高载物台31的带有对准记号的衬底的高度(对准标记偏低)需对应使可动反射镜25靠近固定反射镜24，降低载物台31的带有对准记号的衬底的高度(对准标记偏高)需对应使可动反射镜25远离固定反射镜24。上述补偿量确定后，对于一批需要新处理的晶片，使用该装置2进行光刻对准的具体过程与实施例一相同。实施例三本实施例三与实施例一、二的区别在于，光探测器22为点探测器。对应地，补偿过程也不同。由于其余装置与实施例一相同。因而，对准过程的原理与实施例一相同。以下详细介绍该补偿过程。本补偿过程使用的对准记号也是图4中的两组条形结构，每组条形结构包括4条平行且等距离的矩形图案，两组矩形垂直。首先，在该装置2使用前，或称出厂前，该载物台上下可以移动。记录该载物台31的带有对准记号的衬底的高度(原高度)，升高该高度，在X轴方向进行扫描，使点探测器内重复出现图4中8个条形结构的峰值(条形结构处光强信号最大)，记录条形结构某个峰值的位置，例如从左数第4个条形结构的峰值位置。将该载物台31的带有对准记号的衬底设置回原高度，参照图3，向右挤压弹簧27 (也可由驱动装置驱动)，使可动反射镜25靠近固定反射镜24，点探测器内重复出现图4中8个条形结构的峰值(条形结构处光强信号最大)，记录条形结构某个峰值移动到的新位置的偏移量，例如从左数第4个条形结构的峰值的新位置，并记录标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)。对于移出该线阵列感应区域内的情况，由于图4中的每组条形结构之间都是等距离，可以根据该等距离对应的移动距离进行长度换算。上述过程为了增加准确程度，还可以同时测量Y轴上不同点的偏移量，甚至可以选择多个点进行偏移量测量，对该多个偏移量取平均值。对于图4的倾斜的条纹，可以理解的是，纵坐标小的点相对纵坐标大的点(例如B点比A点)出现峰值的频率变小，即单位时间内，出现该峰值的次数变小。对于不同的衬底高度(原高度)，上述过程可以进行多次，得到该载物台31的带有对准记号的衬底高度、条形结构位置的偏移量、标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)三者的关系，做成表格。上述针对的是对焦过程中，物距过大情况，对于物距过小情况，该表格产生方法如下:记录该载物台31的带有对准记号的衬底的高度(原高度)(即:Z轴高度)，降低该高度，在X轴方向进行扫描，使点探测器内重复出现图4中8个条形结构的峰值(条形结构处光强信号最大)，记录条形结构某个峰值的位置，例如从左数第4个条形结构的峰值位置。将该载物台31的带有对准记号的衬底设置回原高度，向左拉伸弹簧27 (也可由驱动装置驱动)，使可动反射镜25远离固定反射镜24，点探测器内重复出现图4中8个条形结构的峰值(条形结构处光强信号最大)，记录条形结构某个峰值移动到的新位置的偏移量，例如从左数第4个条形结构的峰值的新位置，并记录标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)。上述过程也可以进行多次，得到该载物台31的带有对准记号的衬底高度、条形结构位置的偏移量、标尺上可动反射镜25偏离竖直位置的偏移量(水平移动距离)三者的关系，做成表格。上述两个过程中制作的表格形成一个完整的表格。需要说明的是，本实施例三中的峰值(光强信号最大)也可以广义理解为条形结构或称对准记号的成像最清晰。上述升高载物台31的带有对准记号的衬底的高度并调节条形结构信号最强位置与降低载物台31的带有对准记号的衬底的高度并调节条形结构的信号最强无先后顺序，但升高载物台31的带有对准记号的衬底的高度(对准标记偏低)需对应使可动反射镜25靠近固定反射镜24，降低载物台高度(对准标记偏高)需对应使可动反射镜25远离固定反射镜24。上述补偿量确定后，对于一批需要新处理的晶片，使用该装置2进行光刻对准的具体过程与实施例一相同。与实施例一不同的另一处在于，点探测器前端设置的孔为圆形。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种光刻对准装置，包括: 透镜组； 光探测器； 位于透镜组与光探测器之间的分光镜，用于将照明光全部反射到位于载物台的衬底的对准记号上，且用于使衬底的对准记号的反射光通过以进入光探测器； 其特征在于，所述光刻对准装置还包括:具有两个垂直设置的反射面的固定反射镜与具有两个垂直设置的反射面的可动反射镜，所述固定反射镜的两个反射面分别与所述可动反射镜的两个反射面相对，且所述固定反射镜、所述可动反射镜与所述光探测器位于所述透镜组的一侧。
2.根据权利要求1所述的光刻对准装置，其特征在于，所述分光镜使衬底的对准记号的反射光全部通过。
3.根据权利要求1或2所述的光刻对准装置，其特征在于，所述可动反射镜固定在弹性杆的自由端，所述自由端相对的另一端为固定端，所述弹性杆适于在外力下带动可动反射镜向所述固定反射镜靠近或远离。
4.根据权利要求3所述的光刻对准装置，其特征在于，所述弹性杆在竖直位置处，所述固定反射镜的两个反射面分别与所述可动反射镜的两个反射面平行。
5.根据权利要求3所述的光刻对准装置，其特征在于，所述弹性杆的自由端设置有垂直所述弹性杆的弹簧。
6.根据权利要求3所述的光刻对准装置，其特征在于，所述弹性杆的自由端设置有推动所述弹性杆弯曲的驱动装置。
7.根据权利要求6所述的光刻对准装置，其特征在于，所述驱动装置是步进电机的齿轮箱或气动机械。
8.根据权利要求6所述的光刻对准装置，其特征在于，所述弹性杆为磁性材质，所述驱动装置为磁铁。
9.根据权利要求6所述的光刻对准装置，其特征在于，所述弹性杆为压电陶瓷，所述驱动装置为设置在所述弹性杆两侧的正负极板。
10.根据权利要求3所述的光刻对准装置，其特征在于，所述弹性杆的自由端设置有标尺，用于获取所述自由端偏离竖直位置的偏移量。
11.根据权利要求1所述的光刻对准装置，其特征在于，所述光刻对准装置还包括:可动反射镜的控制器，用于获取所述带有对准记号的衬底的高度，在所述高度处，达到光探测器上所述对准记号的成像清晰时，可动反射镜的水平移动距离与光探测器上所成的对准记号的像的移动距离三者之间的关系的表。
12.根据权利要求1所述的光刻对准装置，其特征在于，所述光刻对准装置还包括:存储器，用于存储所述带有对准记号的衬底的高度，在所述高度处，达到光探测器上所述对准记号的成像清晰时，可动反射镜的水平移动距离与光探测器上所成的对准记号的像的移动距尚二者之间的关系的表。
13.根据权利要求12所述的光刻对准装置，其特征在于，所述存储器与可动反射镜的控制器相连，所述表由可动反射镜的控制器存入。
14.根据权利要求11所述的光刻对准 装置，其特征在于，所述可动反射镜的控制器还用于根据衬底的高度，查表，获得可动反射镜的水平移动距离，调整可动反射镜移动该水平移动距离，使得衬底上的对准记号的像处于光探测器的焦平面上。
15.根据权利要求14所述的光刻对准装置，其特征在于，所述衬底的高度通过光刻机的调平系统获取。
16.根据权利要求1所述的光刻对准装置，其特征在于，所述光探测器为点探测器、线阵列探测器、二维阵列探测器中的至少一种。
17.根据权利要求16所述的光刻对准装置，其特征在于，所述二维阵列探测器使用的是 CCD 或 CMOS。
18.根据权利要求1所述的光刻对准装置，其特征在于，所述光探测器为点探测器、线阵列探测器时，所述探测器前端分别设置有圆孔、矩形的开孔。
19.一种根据权利要求1所述的光刻对准装置的使用方法，其特征在于，包括: 如果载物台的衬底的对准记号位置偏低，转动可动反射镜，使可动反射镜与固定反射镜的距离变近； 如果载物台的衬底的对准记号位置偏高，转动可动反射镜，使可动反射镜与固定反射镜的距离变远。
20.根据权利要求19所述的光刻对准装置的使用方法，其特征在于，所述光刻对准装置的可动反射镜固定在弹性杆的自由端，所述自由端相对的另一端为固定端；所述自由端的移动带动所述可动反射镜转动，引起光探测器上所成的对准记号的像偏离所述透镜组的光轴方向，所述使用方法还包括对该偏离进行补偿的步骤。
21.根据权利要求20所述的光刻对准装置的使用方法，其特征在于，对偏离进行补偿的步骤包括:获取所述带有对准记号的衬底的高度，在所述高度处，达到光探测器上所述对准记号的成像清晰时，可动反射镜的水平移动距离与光探测器上所成的对准记号的像的移动距尚二者之间的关系的表。
22.根据权利要求21所述的光刻对准装置的使用方法，其特征在于，对于新的衬底的对准记号，使用方法还包括:根据新的衬底的高度，查表，获得可动反射镜的水平移动距离，调整可动反射镜移动该水平移动距离，使得新的衬底上的对准记号的像处于光探测器的焦平面上。
23.根据权利要求21所述的光刻对准装置的使用方法，其特征在于，对于新的衬底的对准记号，使用方法还包括:根据新的衬底的高度，查表，获得可动反射镜的水平移动距离，调整可动反射镜移动该水平移动距离，使得新的衬底上的对准记号的像处于光探测器的焦平面上，且根据上述关系表，对探测到的对准记号的像的移动距离进行补偿。
24.根据权利要求23所述的光刻对准装置的使用方法，其特征在于，使用方法还包括:测量光探测器上所述新的衬底上的对准记号的像的水平位置，并扣除该探测到的对准记号的像的补偿距离。
25.根据权利要求21所述的光刻对准装置的使用方法，其特征在于，所述衬底的高度通过光刻机的调平系统 获取。
26.根据权利要求22或23所述的光刻对准装置的使用方法，其特征在于，所述新的衬底的高度通过光刻机的调平系统获取。
27.—种光刻机,其特征在于,包括权利要求1至18中任意一项所述的光刻对准装置。
全文摘要
一种光刻对准装置，包括透镜组；光探测器；位于透镜组与光探测器之间的分光镜，用于将照明光全部反射到位于载物台的衬底的对准记号上，且用于使衬底的对准记号的反射光通过以进入光探测器；具有两个垂直设置的反射面的固定反射镜与具有两个垂直设置的反射面的可动反射镜，所述固定反射镜的两个反射面分别与所述可动反射镜的两个反射面相对，且所述固定反射镜、所述可动反射镜与所述光探测器位于所述透镜组的一侧。本发明还提供了该光刻对准装置的使用方法及包含该光刻对准装置的光刻机。采用本发明的技术方案，满足在载物台的位置无法上下移动情况下，需使掩膜板图案与衬底里对准记号对准的需求。
文档编号G03F9/02GK103186060SQ20111045957
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者伍强, 姚欣 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司