专利名称：一种非对称透射标记组合及其对准方法
技术领域：
本发明涉及光刻装置的对准技术，尤其涉及用于光刻装置的非对称透射标 记組合及其对准方法。
背景技术：
在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量精密光电测量、 高速实时信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的测量系统和控制系统。 这些系统需要我们采用多种方式实现传感器信号采样控制、数据采集控制、数据交换控制和数据传输通信等的控制。有该测量和控制需求的装置包括集成 电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、MEMS/MOEMS光刻装置、先进封装 光刻装置、印刷电路板光刻装置、印刷电路板加工装置以及印刷电路板器件贴 装装置等。在光刻装置中，通过光刻装置中的对准系统使用对准标记组合进行对准扫 描得到各对准标记分支的光信息和位置信息等对准信息，对这些信息进行相应 处理，得到掩模对准标记组合和工件台基准板上对准标记组合间的位置关系， 对准该光刻装置的对准系统包括辐射发生器、掩模图形照射窗口及其控制板、 掩模及其掩模对准标记组合、掩模台、掩模台位置探测器、投影系统、工件台 及其基准板对准标记组合、工件台位置探测器和辐射探测传感器；其中掩模图 形包括曝光掩模图形和对准掩模图形，掩模图形照射窗口及其控制板用于形成 窗口将辐射透射到对准掩模图形上；投影系统用于将辐射照射到对准掩模图形 上形成透射像或反射像，该透射像或反射像通过投影系统投射形成空间像，用 工件台基准板对准标记下方的传感器探测该空间像；辐射传感器用于检测空间 像经过工件台对准图形透射后的辐射能量；掩模台位置探测器和工件台位置探 测器分别探测对准扫描过程中的掩^t台和工件台的空间位置。在以前的上述装置中，为了实现掩模图形对工件台基准板上对准标记的对准，并生成高精度的对准扫描信息，需要有能够产生高精度对准扫描信息的掩 模对准标记。现有的对准标记捕获能力较差，需要在掩模上增加辅助的掩模对准标记， 使得透过掩模的光斑较大，增加了投影系统和探测器的热漂移速度，影响光刻 装置的精度性能，并增加较多的对准扫描方式，进行逐级捕获，从而降低了光 刻装置的对准效率。发明内容本发明所解决的技术问题在于提供一种非对称透射标记组合及其对准方 法，以提高光刻机对准扫描的效率和精度。为解决上述技术问题，本发明提供了一种非对称透射标记组合，分布在掩 模板和工件台基准板上，所述的非对称透射标记组合包括五个对准标记分支， 其中，第一和第二对准标记分支分布在所述掩冲莫板上，第三、第四和第五对准 标记分支分布在所述工件台基准板上，且第三和第五对准标记分支分布在第四对准标记分支的两对边；第一和第五对准标记分支分别由一组以上方向.相同的 光斥册构成，第二和第三对准标记分支分别由一组以上与第一和第五对准标记分 支中光栅方向垂直的光栅构成，第四对准标记分支为方形透射孔。进一步地，所述掩模板上的第一和第二对准标记分支经过一投影系统所成 的空间像分别与所述工件台基准板上的第五和第三对准标记分支相对应。进一步地，所述第二对准标记分支中光栅的长度是第三对准标记分支中光 栅长度的4倍、6倍、8倍、10倍、12倍中的一种，所述第一对准标记分支中 光栅的长度是第五对准标记分支中光栅长度的4倍、6倍、8倍、10倍、12倍、 16倍、20倍、24倍、32倍、40倍、48倍中的一种。进一步地，所述第一对准标记分支经过投影系统所成的空间像，沿其光栅 方向的长度比第五对准标记分支的光栅长。进一步地，所述第一、第二、第三和第五对准标记分支中的光栅#:细分为 三个细小栅，且所述第一和第五对准标记分支以及第二和第三对准标记分支中 的光栅结构的占空比根据对准信号调制和测量要求确定。进一步地，采用工件台基准板上的对准标记分支对掩模板上的对准标记分
支进行扫描，在用第三和第五对准标记分支分别对第二和第一对准标记分支进 行对准扫描时，在对应的扫描范围内，所述第四对准标记分支所接收到的第一 对准标记分支的空间成像信息与对准空间扫描中的水平方向位置无关，而与对 准照射光源的光功率密度和对准空间扫描中的垂直方向位置有关。本发明的另 一解决方案是提供一种采用上述非对称透射标记组合进行光刻装置对准的方法，所述光刻装置具有一对准系统，该对准系统包括辐射发生 器、掩模图形照射窗口及其控制板、掩模板、掩模台、掩模台位置探测器、投 影系统、工件台及其工件台基准板标记、工件台位置探测器和辐射探测传感器； 其中掩模板上包括曝光掩模图形和若干对准标记分支组合；掩模图形照射窗口 及其控制板形成透射窗口 ，将辐射发生器产生的辐射透射到曝光掩模图形和掩 模对准标记上，形成透射像；投影系统将该透射像投射形成空间像，并用工件 台基准板标记下方的辐射探测传感器探测该空间像；辐射探测传感器检测空间 像经过工件台基准板标记透射后的辐射信息，所述辐射信息包括辐射振幅强度 信息、辐射能量信息、辐射相位信息中任意一种或者相位信息与其它两种信息 的组合；掩模台位置探测器和工件台位置探测器分别探测对准扫描过程中的掩 模台和工件台的空间位置；所述的光刻装置对准方法包括如下步骤(l)用工 件台基准板上的第四对准标记分支，分别对掩模板上的第 一和第二对准标记分 支所成的空间^像，沿对准标记分支光栅延伸的方向，分别进行经过第一和第二 对准标记分支边沿的空间扫描，运用扫描探测到的边沿辐射信息和掩^t位置信 息及工件台位置信息进行计算，得到掩模上非对称透射标记组合的大致位置； (2)用工件台基准板上第三和第五对准标记分支，对掩才莫板上对应的对准标记 分支的空间像进行空间粗扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及 工件台位置信息进行计算，得到工件台基准板上第三和第五对准标记分支和掩 模板上对应的对准标记分支间的空间粗对准位置；(3)在步骤(2)的基础上， 调整扫描中心，用工件台基准板上第三和第五对准标记分支，对掩模上对应的 对准标记分支的空间像进行空间精确扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模 位置信息及工件台位置信息进行计算，得到工件台基准板上第三和第五对准标 记分支与掩模板上对应的对准标记分支间的空间精确对准位置；(4)用步璩(3 ) 所得到的两个方向上精确对准位置进行综合，校正得到对准位置，得到掩模板
上非对称透射标记组合的空间成像中心在工件台坐标系下的坐标位置；(5)重 复步骤(1) (4),得到掩模板上所有对准标记分支组合在工件台坐标系下的 空间对准坐标位置，用这些空间对准坐标位置校准光刻装置中曝光掩模图形空 间像的中心位置在工件台坐标系下的坐标位置。本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优 点和积极效果1.本发明通过减少掩模上对准标记分支，减少了掩模对准扫描对光刻装置 投影系统和探测装置的热效应；.2.提供合适的掩模对准标记(对准标记组合)，提高掩模对准扫描的效率。
通过以下对本发明的具体实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发 明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为 图1为光刻装置对准系统的结构示意图。 图2为本发明的非对称透射标记组合的结构示意图。 图3为采用本发明的掩模对准标记的掩模版的结构示意图。 图4a和图4b为本发明对准方法的工作方式示意图。 .图5为本发明的对准方法的流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的非对称透射标记组合及对准方法作进一步的详细描述。 图1是光刻装置的对准系统的结构示意图，图中4为掩才莫板，其上具有掩 模图形(包括曝光掩模图形和对准标记分支组合5)， 9为被光刻工件，掩模图 形照射窗口 2及其控制板3用于形成窗口将辐射1透射到掩才莫对准标记5上， 以形成透射像；投影系统8用于将该透射像投射形成空问像，并用工件台基准 板标记11下方的辐射传感器12探测该空间像；辐射传感器12用于4全测空间像 经过工件台基准板标记12透射后的辐射信息；掩模台位置探测器7和工件台位 置探测器13分别探测对准扫描过程中的掩模台6和工件台10的空间位置。通 过计算辐射信息与掩模4及工件台IO间相对位置的关系模型参数，即可从该模 型得到对准信息，所述对准信息包括与工件台上标记组合及其传感器的位置相 关信息，所述辐射信息包括光振幅强度信息、光能量信息、相位信息中任意一 种或者相位信息与其它两种信息的组合。实施例1本发明的置于掩模台的掩模板上和工件台的基准板上的掩模对准标记，是由多个对准标记分支构成的非对称透射标记组合，如图2所示，所述非对称透 射标记组合包括第一、第二、第三、第四和第五对准标记分支21 25，其中第一、 第二对准标记分支21、 22分布在掩模板上，第三、第四和第五对准标记分支23、 24、 25分布在工件台基准板上，第三和第五对准标记分支23、 25分别等距离分 布在第四对准标记分支24的两側边，第二对准标记分支22中光栅的长度是第 三对准标记分支23中光斥册长度的4倍、6倍、8倍、10倍、12倍等其中的一种， 第一对准标记分支21中光栅的长度是第五对准标记分支25中光栅长度的6倍、 8倍、10倍、12倍、16倍、20倍、24倍、28倍、36倍、44倍、50倍等其中 的一种。掩模上的第一对准标记分支21经过投影系统所成的空间像与工件台基 准-f反上的第五对准标记分支25相对应，且第一和第五对准标记分支21、 25由 一组以上方向相同的长光才册构成(图中画出三组沿；c方向的长光4册，^f旦可以才艮 据实际情况进行调整)，第一对准标记分支21经过投影系统所成的空间像沿其 光栅方向的长度比第五对准标记分支25的长；掩模上的第二对准标记分支22 经过投影系统所成的空间像与工件台基准板上的第三对准标记分支23相对应， 且第二和第三对准标记分支22、 23分别由一组以上与第一和第五对准标记分支 21、 25中光^t方向垂直的光4册构成(即沿y方向)。所述第一、第二、第三和第五对准标记分支21、 22、 23、 25中的每组光栅 又被细分为三个细小栅，工件台基准板上对准标记分支组合中对应第三和第五 对准标记分支23、 25的所有光栅结构的占空比同掩模板上的第二和第一对准标 记分支22、 21的所有光栅结构的占空比可以相同，也可以不相同，根据对准信 号调制和测量要求确定。如图2所示，工件台基准板上的第四对准标记分支24图形呈方形透射孔状 分布，在用另外四个对准标记分支进行对准扫描之前，通过工件台基准板上的 第四对准标记分支24扫描掩才莫板上对准标记组合中第 一和第二对准标记分支 21、 22的空间像，能够对掩模板上第一、第二对准标记分支的空间像进行粗定位。在用工件台基准板上的第五或第三对准标记分支25、 23对掩模板上第一或 第二对准标记分支21、 22的空间像进行对准扫描的过程中，工件台基准板上的 第四对准标记分支24对掩模板上第一对准标记分支21 (较长的对准标记分支) 的空间像，沿该第一对准标记分支21中光栅延伸的方向进行对准扫描，'能够完 全包含并接收掩模板上对准标记分支组合中第一 (较长)对准标记分支21.所成 的部分空间像，且在扫描范围内工件台基准板上的第四对准标记分支24被对应 传感器探测到的光信息不变，用该光信息对扫描掩模板上第一和第二对准标记 分支21、 22所得到的光信息进^f亍归一化。图3是本发明的非对称透射标记组合中的第一、第二对准标记分支在掩模 板上的分布情况。图中央的方框表示曝光掩模图形，曝光掩模图形周围分布了 四组对准标记分支组合。于本发明的其它实施例中，可以根据需要增加或减少 掩模板上对准标记分支组合的数量。与现有的掩模对准标记相比，运用本发明的标记组合能够提高捕获精度和 效率，从而扩大了光刻装置对准的稳定性，提高了对掩模传输上片的适应性， 提高掩模对准效率和其他测量的效率。实施例2结合图1至图5，运用图2中的非对称透射标记组合进行掩模对准的具体方 法步骤如下首先执行步骤S1，用工件台基准板上的第四对准标记分支，分别对掩模板 上的第一和第二对准标记分支的空间像，沿对准标记分支光栅延伸的方向，分 别进行经过第一和第二对准标记分支边沿的空间扫描，运用扫描探测到'的所述 边沿辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到掩^t上非对称 透射标记组合的大致位置；如图4a所示，第四对准标记分支沿卞方向对掩冲莫板 上的第二对准标记分支的空间像进行扫描(依次经过第一到第四阶段)，扫描所 得到的光能量信息P逸扫描位置的变化情况如图4b所示，图中斜线段中心所对应 的位置即为粗捕获对准位置，得到第 一对准标记分支沿第二对准标记分支光栅 方向的扫描中心位置。但对于第四对准标记分支沿-X方向对掩模板上的第二对 准标记分支的空间像进行的扫描，是通过类似光能量信息随扫描位置的变化的 边缘信息，经过计算得到第 一对准标记分支沿第二对准标记分支光栅方向的扫 描中心位置。接着执行步骤S2，用工件台基准板上第三和第五对准标记分支对掩模上对 应的对准标记分支的空间像进行空间粗扫描，该扫描步骤沿与被选择的单个光 栅的垂直方向进行扫描，或者是沿与被选择的两个互为垂直光栅确定的对角线 方向进行扫描；运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息 进行计算，在计算过程中，用第四对准标记分支对应传感器得到的光信息，分 别对第三和第五对准标记对应传感器得到的光信息进行归一化，得到工件台基准板上第三和第五对准标记分支和掩模板上对应的对准标记分支间的空间粗对 准位置；接着执行步骤S3，在步骤S2的基础上，调整扫描中心，用工件台基准板上 第三和第五对准标记分支，分别沿与各自成对对准标记分支光栅结构近似垂直 的方向，或者沿它们的对角线方向，对掩模板上对应的对准标记分支的空间像 进行空间精确扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置 信息进行计算，在计算过程中，用第四对准标记分支对应传感器得到的光信息， 分别对第三或第五对准标记对应传感器得到的光信息进行归一化，分别得到工件台基准板上第三和第五对准标记分支与掩模上对应的对准标记分支间的空间 精确对准位置；然后执行步骤S4,用步骤S3所得到的两个方向上精确对准位置进行综合， 校正得到对准位置，得到掩模板上对准标记分支组合的空间成像中心在工件台 坐标系下的坐标位置；.由于掩模板上具有若干个对准标记分支组合，因此需要重复执行步骤 S1 S4，得到掩模板上所有对准标记分支组合在工件台坐标系下的空间对准坐标 位置，最后执行步骤S5，用这些空间对准坐标位置校准光刻装置中曝光掩模图 形空间像的中心位置在工件台坐标系下的坐标位置。
与现有掩^f莫对准标记相比，运用上述对准方法，能够将全部掩;f莫对准扫描 时间缩短4秒以上，从而具备较好的掩模对准效率。以上介绍的仅仅是基于本发明的优选实施例，并不能以此来限定本发明的 范围。任何对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出 本发明的揭露以及保护范围。
权利要求
1、一种非对称透射标记组合，分布在掩模板和工件台基准板上，其特征在于所述的非对称透射标记组合包括五个对准标记分支，其中，第一和第二对准标记分支分布在所述掩模板上，第三、第四和第五对准标记分支分布在所述工件台基准板上，且第三和第五对准标记分支分布在第四对准标记分支的两对边；第一和第五对准标记分支分别由一组以上方向相同的光栅构成，第二和第三对准标记分支分别由一组以上与第一和第五对准标记分支中光栅方向垂直的光栅构成，第四对准标记分支为方形透射孔。
2、 如权利要求1所述的非对称透射标记组合，其特征在于所迷掩模板上 的第 一和第二对准标记分支经过一投影系统所成的空间像分别与所述工件台基 准板上的第五和第三对准标记分支相对应。
3、 如权利要求2所述的非对称透射标记组合，其特征在于所述第二对准 标记分支中光栅的长度是第三对准标记分支中光栅长度的4倍、6倍、8倍、10 倍、12倍中的一种，所述第一对准标记分支中光栅的长度是第五对准标记分支 中光4册长度的4倍、6倍、8倍、10倍、12倍、16倍、20倍、24倍、32倍、 40倍、48倍中的一种。
4.如权利要求3所述的非对称透射标记组合，其特征在于所述第一对准 标记分支经过一投影系统所成的空间像，沿其光栅方向的长度比第五对准标记 分支的光栅长。
5、 如权利要求1所述的非对称透射标记组合，其特征在于所述第一、第 二、第三和第五对准标记分支中的光栅被细分为三个细小栅。
6、 如权利要求5所述的非对称透射标记组合，其特征在于所述第.一和第 五对准标记分支以及第二和第三对准标记分支中的光柵结构的占空比根据对准 信号调制和测量要求确定。
7、 如权利要求1所述的非对称透射标记组合，其特征在于采用工件台基 准板上的对准标记分支对掩模板上的对准标记分支经过一投影系统所成的空间 像进行扫描，在用第三和第五对准标记分支分别对第二和第一对准标记分支进 行对准扫描时，在对应的扫描范围内，所述第四对准标记分支所接收到的第一 对准标记分支的空间成像信息与对准空间扫描中的水平方向位置无关，而与对 准照射光源的光功率密度和对准空间扫描中的垂直方向位置有关。
8、采用如权利要求1~6中任一项所述的非对称透射标记组合进行光刻装置 对准的方法，所述光刻装置具有一对准系统，该对准系统包括辐射发生器、 掩模图形照射窗口及其控制板、掩模板、掩模台、掩模台位置探测器、投影系 统、工件台及其工件台基准板标记、工件台位置探测器和辐射探测传感器；其 中掩模板上包括曝光掩模图形和若干对准标记分支组合；掩才莫图形照射窗口及其控制板形成透射窗口 ，将辐射发生器产生的稿射透 射到曝光掩模图形和掩模对准标记上，形成透射像；投影系统将该透射像投射形成空间像，并用工件台基准板标记下方的辐射 探测传感器探测该空间像；辐射探测传感器检测空间像经过工件台基准板标记透射后的辐射信息，所 述辐射信息包括辐射振幅强度信息、辐射能量信息、辐射相位信息中任意一种 或者相位信息与其它两种信息的组合；掩模台位置探测器和工件台位置探测器分别探测对准扫描过程中的掩模台 和工件台的空间位置；其特征在于，所述的光刻装置对准方法包括如下步骤(1) 用工件台基准板上的第四对准标记分支，分别对掩才莫板上的第一和第 二对准标记分支所成的空间像，沿对准标记分支光栅延伸的方向，分别进行经 过第一和第二对准标记分支边沿的空间扫描，运用扫描探测到的边沿辐射信息 和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到掩;f莫上非对称透射标记组合 的大致位置；(2) 用工件台基准板上第三和第五对准标记分支，对掩模板上对应的对准 标记分支的空间像进行空间粗扫描，运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信 息及工件台位置信息进行计算，得到工件台基准板上第三和第五对准标记分支 和掩才莫^Ji对应的对准标记分支间的空间粗对准位置；(3) 在步骤(2)的基础上，调整扫描中心，用工件台基准板上第三和第 五对准标记分支，对掩模上对应的对准标记分支的空间像进行空间精确扫描， 运用扫描探测到的辐射信息和掩模位置信息及工件台位置信息进行计算，得到 工件台基准板上第三和第五对准标记分支与掩模板上对应的对准标记分支间的空间精确对准位置；(4)用步骤(3)所得到的两个方向上精确对准位置进行综合，校正得到 对准位置，得到掩模板上非对称透射标记组合的空间成像中心在工件台坐标系 下的坐标位置；(5 )重复步骤(1) ~ (4),得到掩模板上所有对准标记分支组合在工件台 坐标系下的空间对准坐标位置，用这些空间对准坐标位置校准光刻装置中曝光 掩模图形空间像的中心位置在工件台坐标系下的坐标位置。
9、 如权利要求8所述的光刻装置对准方法，其特征在于步骤(2)中， 在用工件台基准板上第三和第五对准标记分支对掩模板上对应的对准标记分支的空间像进行空间粗扫描时，沿与被选择的单个光栅的垂直方向进行扫描，或
10、 如权利要求8所述的光刻装置对准方法，其特征在于在步骤(2)的 计算过程中，用第四对准标记分支对应传感器得到的光信息，分别对第三和第 五对准标记对应传感器得到的光信息进行归一化。
11、 如权利要求8所述的光刻装置对准方法，其特征在于步骤(3)中， 用工件台基准板上第三和第五对准标记分支，分别沿与各自成对对准标记分支光栅结构垂直的方向，或者沿它们的对角线方向，对掩模上对应的对准标记分 支的空间像进行空间精确扫描。
12、 如权利要求8所述的光刻装置对准方法，其特征在于，在步骤(3)的 计算过程中，用第四对准标记分支对应传感器得到的光信息，分别对第三或第 五对准标记对应传感器得到的光信息进行归 一化。
13、 如权利要求8所述的光刻装置对准方法，其特征在于，在用第三和第 五对准标记分支分别对第二和第一对准标记分支的空间像进行对准扫描时，在 对应的扫描范围内，所述第四对准标记分支所接收到的第一对准标记分支的空 间成像信息与对准空间扫描中的水平方向位置无关，而与对准照射光源的光功 率密度和对准空间扫描中的垂直方向位置有关。
全文摘要
本发明公开了一种非对称透射标记组合及其对准方法，通过采用非对称对准标记组合进行边缘捕获和粗精结合的掩模对准扫描方法，获得对准辐射信息，用获得对准辐射信息和工件台及掩模的位置信息，逐级获得高精度的对准位置，建立掩模图形相对工件台坐标系的空间位置。采用本发明的标记组合及其对准扫描方法，可提高光刻机的对准精度和对准扫描效率。
文档编号G03F7/20GK101149565SQ20071004606
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月17日 优先权日2007年9月17日
发明者畅 周, 宋海军, 李焕炀, 陈勇辉 申请人:上海微电子装备有限公司