專利名稱：光刻機掩模預對準系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于 一種實時信號處理系統(tǒng)，且特別是有關于 一種光刻機掩模 預對準系統(tǒng)。
背景技術：
在工業(yè)裝置中，由于高精度和高產(chǎn)能的需要，分布著大量高速實時信號采 樣、數(shù)據(jù)采集、信號實時處理系統(tǒng)。其中信號實時處理系統(tǒng)需要采用有效的信號處理模型和方法以達到高精密、高效率的要求。有該需求的裝置包括集成 電路制造光刻裝置、液晶面板光刻裝置、光掩;t莫刻印裝置、MEMS(微電子機 械系統(tǒng))/MOMS (微光機系統(tǒng))光刻裝置、先進封裝光刻裝置、印刷電路板光 刻裝置、印刷電^^ra^j^。上述裝置中光刻對準系統(tǒng)的對準方法對于掩模對準的重復精度有較大影 響。且隨著半導體芯片特征尺寸的不斷減小，以及硅片尺寸的不斷增大，對芯 片制造設備一光刻機的要求越來越高，硅片預對準系統(tǒng)是光刻機中重要組成部 分，為了滿足芯片加工工藝要求，必須研制出對準精度高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，制 造成本低廉的掩模預對準系統(tǒng)。圖1為美國專利US6952262中掩模預對準系統(tǒng)示意圖。如圖1所示，其中 21為LED光源，6為掩模，10為掩模臺，12是掩模夾具，11是掩模臺驅動器， 20為CCD相機。圖2為美國專利US6952262中標記位置示意圖。如圖2所示， 42和43是位于掩才莫或掩4莫夾具上的兩個標記，可透光。由LED光源21發(fā)出的 光束均勻照明掩模6或掩模夾具12上的標記42和43，然后由CCD相機探測這 兩個標記像的位置，并通過成像處理單元31和控制單元32，控制掩模臺驅動器 11，進行掩4莫預對準。美國專利US6952262采用LED光源照明掩?；蜓谀A具 上標記位置，通過安裝在工件臺上的CCD相機測量標記像，從而得到掩模、掩 模夾具以及工件臺的相對位置，由此進行掩模預對準。此系統(tǒng)結構簡單，制造成本低，但由于LED發(fā)散角較大，標記在CCD相機上的像較模糊，而且由于 使用CCD相機探測本身有誤差，因此整個系統(tǒng)對準精度不高。發(fā)明內容本發(fā)明提供一種光刻機掩模預對準系統(tǒng)，以便于光刻機掩模方便快捷的實 現(xiàn)預對準，提高系統(tǒng)調整的效率。本發(fā)明所公開的光刻機掩模預對準系統(tǒng)包括位于掩模臺的第一標記和第 二標記；第一光路系統(tǒng)，包括第一照明模塊、第一成像模塊和第一探測模塊； 第二光路系統(tǒng)，包括第二照明模塊、第二成像模塊和第二探測模塊；所述第一 照明模塊包括第一光源單元和第一準直單元，所述第二照明模塊包括第二光源 單元和第二準直單元，其中，所述第一光路系統(tǒng)與所述第二光路系統(tǒng)的結構相 同。當本發(fā)明中的光源單元是LED光源時，所述準直單元包括直角棱鏡和準直 透鏡，其中由所述LED光源發(fā)出的光束經(jīng)所述直角棱鏡后光路改變卯。，再經(jīng) 所述準直透鏡出射后照射所述標記。當本發(fā)明中的光源單元是可見光波段的LD光源時，所述光源單元還包括勻 光板和小孔光闌，所述準直單元包括直角棱鏡和準直透鏡，其中由所述LD光源 發(fā)出的光束經(jīng)勻光板、小孔光闌和直角棱鏡后光路改變90° ，再經(jīng)所述準直透 鏡出射后照射所述標記。本發(fā)明中的成像模塊包括第一透鏡組和第二透鏡組，其中所述第一透鏡組 和所述第二透鏡組均由一塊直角棱鏡和貼合于該直角棱鏡直角面的一片平凸透 鏡組成，所述透過標記的光束經(jīng)所述第一透鏡組的平凸透鏡、所述第一透鏡組 的直角棱鏡和第二透鏡組的直角棱鏡后，從所述第二透鏡組的平凸透鏡出射。本發(fā)明中的探測模塊包括四象限光電傳感器及其后繼電路。本發(fā)明具有對準精度高，測量范圍大的特點，可實現(xiàn)掩模和掩模夾具與物 鏡工件臺的預對準，使掩模進入到精密對準系統(tǒng)的捕獲范圍內以提高精密對準 的效率，并使掩模位于物鏡掃描范圍內。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配 合附圖，作詳細說明如下。


圖1為美國專利US6952262中掩模預對準系統(tǒng)示意圖。 圖2為美國專利US6952262中標記位置示意圖。 圖3為本發(fā)明一實施例的示意圖。 圖4為四象限光電傳感器示意圖。 圖5為本發(fā)明另一實施例的示意圖。
具體實施方式
為了更了解本發(fā)明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。 作為本發(fā)明的解決方案之一，提供一種應用于硅片預對準裝置的光學系統(tǒng) 結構。該結構由兩組光學系統(tǒng)組成，每組系統(tǒng)包括照明模塊、成像模塊和探測 模塊。該系統(tǒng)照明模塊由LED (發(fā)光二極管)光源、直角棱鏡和準直透鏡組成 的，。由LED光源發(fā)出的光束經(jīng)直角棱鏡后光路改變卯。，然后經(jīng)過準直透鏡 出射，此時出射光斑直徑不小于6mm，發(fā)散角不大于4。 。 LED光源的波長范 圍位于非可見的紅外波段，不會對照在掩模板上的照明光束產(chǎn)生影響。光源出 射功率大于20mW,出射光束發(fā)散角度在80。以內，光源出射面直徑約0.8mm。 直角棱鏡直徑約7mm,直角和45°的角度誤差土l'。玻璃材料選用K9，直角面 鍍增透膜，波長880nm。斜面鍍反射膜。準直透鏡為一片平凸透鏡，與直角棱 鏡直角面膠合，準直透鏡的焦點位置位于LED光源附近，由光源發(fā)出的發(fā)散光 束經(jīng)過準直透鏡后，其發(fā)散角不大于4。，近似于平行光。該系統(tǒng)成像模塊包括 兩個由兩塊直角棱鏡和兩片平凸透鏡。直角棱鏡和平凸透鏡膠合作為 一組膠合 鏡，兩組膠合鏡對稱放置，系統(tǒng)采用物方遠心結構，即系統(tǒng)入瞳位于物方無限 遠，物方主光線平行光軸入射。成像模塊對于距離相差20mm的兩個物距，其 成像光斑直徑不超過0.4mm，放大倍率小于-0.75。該系統(tǒng)包括由兩個四象限光 電傳感器及其后繼電路組成的探測模塊，其探測頭表面直徑①3mm，靈敏度 0.4A/W，暗電流0.3nA。 一個照明模塊、 一個成像才莫塊和一個探測器組成一組系 統(tǒng)，兩組系統(tǒng)對稱放置，其中心與掩模或掩模夾具標記位置中心重合。本發(fā)明第一實施例如圖3所示，照明系統(tǒng)由LED光源111、直角棱鏡112和一片準直透鏡113構成，其中LED光源111為光源單元，直角棱鏡112和準 直透鏡組成準直單元113。 LED光源111位于準直透鏡113焦點位置處，光源出 射光束的光強分布均勻，4旦具有一定的發(fā)散角，經(jīng)過直角棱鏡112后光束改變 方向，垂直入射到準M:鏡113上，經(jīng)透鏡會聚成準直光束，均勻照明到標記 面。準直后系統(tǒng)發(fā)散角2°左右。標記位置有兩處掩才莫板114或者掩模夾具 115，兩者距離相差20mm。成像系統(tǒng)包括兩組透鏡，分別由直角棱鏡117和平凸 透鏡116膠合而成，對稱放置。標記面被準直光束均勻照明后，經(jīng)成像系統(tǒng)成 像在Quadcell探測器101上，其成像彌散斑斑大小不超過0.2mm。四象限光電傳感器(Quadcdl)示意圖如圖4所示。Quadcell位于工件臺的 頂端，其感光面積7.2111加八2，由不感光的金屬分割線301、 302分成四個部分，每 個部分面積大小相等，可以把接收到的光能轉換成電流，并通過后繼電路計算 出光能量的變化，由此計算出標記相對位置的變化，即掩模臺相對于工件臺位 置的變化，為掩模臺和工件臺的預對準提供依據(jù)。大功率的LED光源多位于非可見的紅外波段，給系統(tǒng)裝調帶來困難。為此， 在另 一方案中考慮使用可見光波段的LD (激光二極管)光源，并對照明系統(tǒng)和 成像改系統(tǒng)加以改進，其特點在于照明光源使用可見光波段的LD光源，功率 大于20mW,為以后的裝調工作提供便利。照明系統(tǒng)中增加一塊勻光板和一個 小孔光闌，光闌直徑不大于2mm,勻光板和小孔光闌粘和在一起，位于LD光 源和準直透鏡之間。準直透鏡為一片平凸透鏡，與直角棱鏡直角面膠合，焦距 不大于25mm,焦點位于小孔光闌附近。由LD光源發(fā)出的發(fā)散光束經(jīng)過勻光板、 小孔光闌和準直透鏡后，光束發(fā)散角小于7。，功率不小于8mW。該系統(tǒng)包括 兩個由兩塊直角棱鏡和兩片平凸透鏡組成的成像模塊。直角棱鏡和平凸透鏡膠 合作為一組膠合鏡，兩組膠合鏡對稱放置，系統(tǒng)采用物像雙遠心結構。對于距 離相差20mm的兩個物距，其成像光斑直徑不超過0.3111111，放大倍率小于-0.75。本發(fā)明的該另一實施例如圖5所示，其照明才莫塊包括LD光源211、勻光板 212、小孔光闌213、直角棱鏡214和準直透鏡215。其中LD光源211、勻光板 212、小孔光闌213組成光源單元，直角棱鏡214和準直透鏡215組成準直單元。 照明光源采用可見光波段的LD半導體激光器，便于系統(tǒng)的裝調。標記位置有兩 處掩模板216或者掩模夾具217。成像系統(tǒng)包括兩組透鏡，分別由直角棱鏡219和平凸透鏡218膠合而成，對稱放置。光源出射光束為橢圓形準直光，均勻 性較差。勻光板212的主要作用是使光束經(jīng)過勻光板212后光強分布均勻，但 此時光束的準直性遭到破壞，光束的發(fā)散角極大。小孔光闌213與勻光板212 粘合在一起位于準直透鏡215焦,^TS處，^iit^it^^再次準直，其發(fā) 散角不超過7° 。標記面被準直光束均勻照明后，經(jīng)成像系統(tǒng)成像在Quadcell 探測器201上雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所 屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許 的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1、一種光刻機掩模預對準系統(tǒng)，第一標記和第二標記位于掩模臺；第一光路系統(tǒng)，包括第一照明模塊、第一成像模塊和第一探測模塊；第二光路系統(tǒng)，包括第二照明模塊、第二成像模塊和第二探測模塊；其特征在于，所述第一照明模塊包括第一光源單元和第一準直單元，所述第二照明模塊包括第二光源單元和第二準直單元，其中，所述第一光路系統(tǒng)與所述第二光路系統(tǒng)的結構相同。
2、 根據(jù)權利要求1所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述掩模 臺包括掩才莫板和掩才莫夾具。
3、 根據(jù)權利要求2所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 標記和所述第二標記設置于所述掩模臺的掩模板上。
4、 根據(jù)權利要求2所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 標記和所述第二標記設置于所述掩模臺的掩模夾具上。
5、 根據(jù)權利要求1所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述光源 單元包括LED光源。
6、 根據(jù)權利要求5所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述準直 單元包括直角棱鏡和準直透鏡，其中由所述LED光源發(fā)出的光束經(jīng)所述直角棱 鏡后光路改變90。，再經(jīng)所述準直透鏡出射后照射所述標記。
7、 根據(jù)權利要求6所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述直角 棱鏡的材料為K9玻璃。
8、 根據(jù)權利要求7所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述直角 棱鏡的直徑為7mm，其直角和45。角的角度誤差為土l，。
9、 根據(jù)權利要求8所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述直角 棱鏡的直角面鍍可透波長為880nm的增透膜，斜面鍍反射膜。
10、 根據(jù)權利要求6所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述準 直透鏡為一片平凸透鏡，并與所述直角棱鏡的直角面膠合。
11、 根據(jù)權利要求10所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述準 直透鏡的焦點位置位于所述LED光源附近，由光源發(fā)出的發(fā)散光束經(jīng)過準直透鏡后，其發(fā)散角不大于4。。
12、 根據(jù)權利要求1所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述光 源單元包括可見光波段的LD光源。
13、 根據(jù)權利要求12所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述光 源單元還包括勻光板、小孔光闌。
14、 根據(jù)權利要求12所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述準 直單元包括直角棱鏡和準直透鏡，由所述LD光源發(fā)出的光束經(jīng)過所述勻光板、 所述小孔光闌、所述直角棱鏡后光路改變90° ,再經(jīng)所述準直透鏡出射后照射 所述標記。
15、 根據(jù)權利要求14所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，經(jīng)所述 準直透鏡出射后的光束發(fā)散角小于7。。
16、 根據(jù)權利要求12所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述LD 光源的功率不小于20mW，出射光束的發(fā)散角不大于0.5° ，光斑直徑不大于 5mm
17、 根據(jù)權利要求13所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述小 孔光闌直徑不大于2mm。
18、 根據(jù)權利要求13所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述勻 光板和所述小孔光闌粘和在一起，位于所述LD光源和所述直角棱鏡之間。
19、 根據(jù)權利要求14所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述準 直透鏡為一片平凸透鏡，與所述直角棱鏡直角面膠合。
20、 根據(jù)權利要求14所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述準 直透鏡的焦距不大于25mm,焦點位于小孔光闌附近。
21、 根據(jù)權利要求1所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述成 像模塊包括第 一透鏡組和第二透鏡組，其中所述第 一透鏡組和所述第二透鏡組 均由一塊直角棱鏡和貼合于該直角棱鏡直角面的一片平凸透鏡組成，所述透過 標記的光束經(jīng)所述第一透鏡組的平凸透鏡、所述第一透鏡組的直角棱鏡和第二 透鏡組的直角棱鏡后，從所述第二透鏡組的平凸透鏡出射。
22、 根據(jù)權利要求21所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述成 像模塊對于距離相差20mm的兩個物距，其成像光斑直徑不超過0.4mm，放大倍率小于_0.75。
23、 根據(jù)權利要求1所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述探 測模塊包括四象限光電傳感器及其后繼電路。
24、 根據(jù)權利要求23所述的光刻機掩模預對準系統(tǒng)，其特征在于，所述探 測模塊的探測頭表面直徑①3mm,靈敏度0.4A/W,暗電流0.3nA。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光刻機掩模預對準系統(tǒng)。本發(fā)明所公開的光刻機掩模預對準系統(tǒng)包括位于掩模臺的第一標記和第二標記；第一光路系統(tǒng)，包括第一照明模塊、第一成像模塊和第一探測模塊；第二光路系統(tǒng)，包括第二照明模塊、第二成像模塊和第二探測模塊；所述第一照明模塊包括第一光源單元和第一準直單元，所述第二照明模塊包括第二光源單元和第二準直單元，其中，所述第一光路系統(tǒng)與所述第二光路系統(tǒng)的結構相同。本發(fā)明具有對準精度高，測量范圍大的特點，可實現(xiàn)掩模和掩模夾具與物鏡工件臺的預對準，使掩模進入到精密對準系統(tǒng)的捕獲范圍內以提高精密對準的效率，并使掩模位于物鏡掃描范圍內。
文檔編號G03F9/00GK101403865SQ200810202699
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月13日 優(yōu)先權日2008年11月13日
發(fā)明者儲兆祥, 朱立榮 申請人:上海微電子裝備有限公司