專利名稱：一種具有溫度探測功能的掩模對準探測器、光刻裝置及對準探測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種集成電路或其它微型器件制造領域的光刻裝置，尤其涉及一種具有溫度探測功能的掩模對準探測器、光刻裝置及對準探測方法。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，中國專利CN200510112114.6公開了一種同軸對準信號采集及處理控制方法及關鍵子系統(tǒng)，文中提到采用光強探測器探測掩模標記成像。美國專利US20110090476A1文中提到工件臺上布置有2個IAS (成像對準探測器)，實現(xiàn)同軸對準。在實際的光刻設備中，掩模對準探測器除了用于對準，還可以用于物鏡、像質或系統(tǒng)參數(shù)測量和校準。而隨著光刻設備對套刻精度及對準測量精度要求越來越高，探測器外部及探測器本身溫度狀態(tài)對整體探測精度影響也會越來越敏感。在某些工況下，會使用掩模對準探測器進行了大量的測試，如果測試時間很長，勢必會有一定熱量會通過光 源照射傳到探測器內(nèi)或探測器周邊。當熱累積到一定程度，將引起傳感器微量變形，這種變形將直接引入探測誤差，如果此時進行掩模對準，這種誤差會直接影響掩模對準。通常標準對準工況條件近似為:
Cl)到達掩模對準探測器表面的曝光光功率約為2000mW/cm2 ；
(2)單個光電傳感器接收面積約為Imm2；
(3)傳感器數(shù)量可為廣8個；
(4)對準過程中曝光時間約為:0.3sec (對應單次掃描)
(5)單個光電傳感器熱量吸收率約為50%；
因此單個傳感器吸收的光功率為:2000 [mW/cm2]*0.01[cm2]*0.5=IOmff ；
功率密度為 IOmW/Imm2 =10000 uff/mm2
探測器內(nèi)部吸熱材料近似為石英，外界環(huán)境為空氣，在正常對準掃描工況下，如10000uff/mm2的熱輸入條件下，將會引起局部約0.3度溫度上升，將引起亞納米的變形。掩模對準探測器由于外部熱輸入，引起的熱變形量公式為:
δ = (aq - LzicATzicAl
其中:
\為石英熱膨脹系數(shù)，為0.4*10^ ；
A與石英接觸邊界材料的熱膨脹系數(shù)，由于傳感器尺寸較小，為局部熱源，可以假設邊界無熱膨脹；
L為與石英接觸邊界到傳感器的距離，約為6mm ；
ΔΓ為單位時間溫度變化，掩模傳感器的溫度變化每分鐘為約0.002開氏度；
M為工作時間，假設為I個小時工作，即60分鐘。
則熱變形量為:
δ =(S^as)* AT* At.=0.4*10_6Κ_1#6*10_3*0.002*60 =2.88nm
從上面的初步分析和計算，可以看出當使用掩模對準探測器包括多路探測單元，并且進行長時間工作測試，如連續(xù)超過I個小時，則由于熱量的累積，勢必會將引起傳感器局部微量變形，這種變形也影響傳遞到探測精度上。現(xiàn)有技術中缺乏對此問題的發(fā)現(xiàn)，也尚未有針對該工況相應的解決辦法。為了進一步避免溫度對光強探測器的影響，需要采用一種新的傳感器，能夠識別工作過程中光強傳感器上或周邊溫度變化，增大該光強傳感器的應用范圍，保證光強傳感器的準確度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術中存在的技術缺陷，本發(fā)明提供一種具有溫度探測功能的掩模對準探測器、光刻裝置及對準探測方法。本發(fā)明所提供的掩模對準探測器、光刻裝置及對準探測方法能有效識別工作過程中對準探測器的溫度變化，能有效減少探測器的局部變形。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種具有溫度探測功能的掩模對準探測器，包括:一光學組件，用于對入射光束進行波長轉換和/或濾波后形成一出射光；包括一光電傳感器，用于探測所述出射光并轉化為電信號，一溫度傳感器，用于探測溫度并將溫度信號轉化為電信號；固定組件，用于固定該光學組件和傳感器單元；一基準板，用于承載該光學組件、傳感器單元及固定組件；一處理單元，用于處理該電信號。更進一步地，該掩模對準探測器還包括一表面鍍層，用以降低該掩模對準探測器對光源熱量的吸收。該溫度傳感器的數(shù)量大于等于一個，該溫度傳感器為接觸式傳感器。至少一個該溫度傳感器與該掩模對準探測器的中心軸位置小于4_。更進一步地，該固定組件包括第一支架和第二支架。該第一支架用于固定該光學組件，該第一支架包括至少一探測孔，該溫度傳感器放置于該探測孔內(nèi)。該溫度傳感器與第一支架之間通過導熱膠接觸。該第二支架用于固定該光電傳感器和該溫度傳感器。更進一步地，該處理單元包括:一電路元件，用于將該電信號放大；一信號采集單元，用于采集所述電信號以及溫度信號為數(shù)據(jù)；一上位機，用于接收該數(shù)據(jù)。更進一步地，該基準板由石英制成。本發(fā)明同時公開一種光刻裝置，包括:曝光光源、掩模對準標記、掩模臺、工件臺、投影鏡頭、掩模對準控制器，還包括如上文所述的掩模對準探測器。更進一步地，該光刻裝置包括至少兩個掩模對準探測器，該兩個掩模對準探測器呈對角線分布于該工件臺上。該光刻裝置還可以包括四個掩模對準探測器，該四個掩模對準探測器分布于所述工件臺的四個角上。本發(fā)明同時公開一種采用如上文所述的掩模對準探測器進行對準測量的方法，包括:Ca)在該工件臺上設置至少兩組該掩模對準探測器；在進行對準測量的同時:(b)該溫度探測器探測該掩模對準探測器的實時溫度；(C)當該掩模對準探測器的溫度大于設定的閾值時，于下一次對準信號采樣時切換其它組對準探測器進行對準探測。
該步驟b進一步包括:(bl)對該掩模對準探測器進行溫度標定；(b2)對該掩模對準
探測器進行溫度校準；(b3)記錄工況溫度樣本；(b4)探測當前掩模對準探測器的溫度。該步驟c進一步包括:(Cl)定義每組掩模對準探測器的溫度閾值；(c2)判斷當前掩模對準探測器的溫度是否大于設定的閾值，若小于閾值繼續(xù)工作，若大于閾值停止工作并切換其它掩模對準探測器。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明所提供具有溫度探測功能的掩模對準探測器、光刻裝置及對準探測方法能有效識別工作過程中對準探測器的溫度變化，當探測到的探測器溫度大于預定溫度時，立即停止該對準探測器，并將對準探測的工作切換至另一對準探測器上，使溫度過高的對準探測器能有充分的時間散熱。本發(fā)明所提供的技術方案，能有效減少探測器的局部變形，可以實時保證光刻設備連續(xù)地使用掩模對準探測器進行掩模對準和測試，減少了掩模對準的誤差，增加了掩模對準和測試的準確性。


關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。圖1是本發(fā)明所示出的具有溫度探測的掩模對準探測器的結構示意 圖2是本發(fā)明所示出的帶有溫度探測的掩模對準探測器的光刻裝置的結構示意 圖3是本發(fā)明所示出的多組具有溫度探測的掩模對準探測器在工件臺上布局示意圖； 圖4是本發(fā)明所示出的具有溫度探測的掩模對準探測器在光刻裝置應用方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。本發(fā)明提供一種具有溫度探測功能的掩模對準探測器，能有效識別工作過程中對準探測器的溫度變化，能有效減少探測器的局部變形。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種具有溫度探測功能的掩模對準探測器，包括:一光學組件，用于對入射光束進行波長轉換和/或濾波后形成一出射光；包括一光電傳感器，用于探測所述出射光并轉化為電信號，一溫度傳感器，用于探測溫度并將溫度信號轉化為電信號；固定組件，用于固定該光學組件和傳感器單元；一基準板，用于承載該光學組件、傳感器單元及固定組件；一處理單元，用于處理該電信號。為了詳細說明該技術方案，以下將結合圖1進行敘述。圖1是本發(fā)明所示出的具有溫度探測的掩模對準探測器的結構示意圖。如圖1中所示，該具有溫度探測掩模對準探測器主要包括:基準板1，在本實施方式中，該基準板I由石英材料制成。光學組件2，可對入射光束進行波長轉換或濾波。光電傳感器3，將光信號轉化為電信號，可以為一路或多路光電傳感器。溫度傳感器4，如接觸式傳感器，用于將溫度轉化為電信號，掩模對準探測器中可以包含一路或多路溫度傳感器。其中至少有I路溫度傳感器要與每組探測器中心軸控制在非常近的距離范圍(1-4_)內(nèi)。第一支架5，用于固定光學組件，同時留有溫度傳感器探測孔，可將溫度傳感器裝入探測孔中，可以使用導熱膠將溫度傳感器與第一支架充分接觸。第二支架6,用于固定光電傳感器和溫度傳感器,并將傳感器輸出信號引出。表面鍍層7,其特點為反射率較高，以進一步增加光源照射到表面的反射效果，降低對光源熱量的吸收。電路板8,電路板的器件9,電路板8及器件9實現(xiàn)光電信號放大和溫度轉化成電信號的放大。信號采集單元10，將光電信號和溫度信號采集成數(shù)據(jù)，提供給上位機。上位機11，控制信號采集單元10，接收光電和溫度采集數(shù)據(jù)。該具有溫度探測掩模對準探測器，一方面可進行光強探測，裝配在光刻設備上，用于掩模對準；另一方面可探測溫度，通過探測溫度數(shù)據(jù)表征此傳感器受外部光源照射或外部溫度環(huán)境對其本身的影響。帶有溫度探測的掩模對準探測器的光刻裝置如圖2所示，光刻裝置主要組成為:曝光光源31，該曝光光源的視場具有可調節(jié)功能。掩模對準標記32，通過光源照射，并通過投影鏡頭可在工件臺一側形成空間像。該光刻裝置還包括掩模臺33，掩模臺位置測量系統(tǒng)34，投影鏡頭35，掩模對準控制器36，具有溫度傳感掩模對準探測器37。如圖2中所示，一臺光刻設備工件臺上至少布置兩組掩模對準探測器，也可以根據(jù)實際需要，布置三組或四組掩模對準探測器。該光刻裝置還包括硅片臺38，硅片臺位置測量系統(tǒng)39，溫度和掩模對準光強采集單元40。該具有溫度探測的掩模對準探測器在工件臺上如圖3中所示。在圖3中示出了，四組溫組具有溫度探測的掩模對準探測器的位置21、22、23、24。四組具有溫度探測的掩模對準探測器分布于工件臺的四個角上。在另一實施方式中同樣可以采用三組或兩組掩模對準探測器。當采用三組掩模對準探測器，三組掩模對準探測器任意分步在工件臺的三個角上。當采用兩組掩模對準探測器，兩組掩模對準探測器呈對角線分布在工件臺的兩個角上。該光刻裝置工作過程為，調整光源視場，控制掩模臺33位置，使光源照射到掩模對準標記32上。通過投影透鏡35在工件臺(圖中未示出)一側形成空間像。掩模對準控制器36控制掩模臺33的位置，控制掩模對準標記32成像位置。掩模對準控制器36通過控制工件臺位置，控制掩模對準探測器37去探測掩模對準標記32成像。掩模對準控制器36控制溫度和掩模對準光強采集單元40，采集溫度信息和光強信息，同時獲取掩模臺33位置信息，工件臺位置信息。通過光強信息和掩模臺33和工件臺位置信息確定對準位置。通過溫度信息，確定選擇使用受外界影響最小的掩模對準探測器37。設備根據(jù)傳感器溫度信息選擇使用傳感器的應用方法如下:
以光刻設備中配備兩組具有溫度探測的掩模對準探測器為例，首先對兩組掩模對準探測器中的光強探測器進行統(tǒng)一校準，即使用兩組掩模對準探測器分別探測同一掩模對準標記的空間像，確定兩組探測器的位置關系。記錄光強信息Iij和位置信息，Iij表示第i組的第j分支探測器探測光強，引入光強校準系數(shù)Ki j，Kij表示第i組的第j分支探測器校準系數(shù)，使得j=I2j*K2J。通過掩模對準探測器的光強探測器的統(tǒng)一校準，可以使得光刻設備在進行切換掩模對準探測中，具有統(tǒng)一光強探測尺度。通過溫度數(shù)據(jù)選擇切換探測器的具體應用步驟如圖4中所示:
SOl為對兩組掩模對準探測器溫度標定，建立實際溫度與溫度采集數(shù)據(jù)關系。S02為多組掩模對準探測器溫度校準，即進一步將不同的溫度傳感器統(tǒng)一為同一標準。S03為記錄工況溫度樣本，為確定溫度閾值提供樣本輸入。
S04為定義每組探測器溫度閾值，由于不同組探測器分布不同，所以每組探測器可以具
有各自的溫度閾值
S05為選擇第I組掩模對準探測器工作，如進行掩模對準或成像探測，并實施采集溫度 數(shù)據(jù)。S06判斷實測采集溫度是否大于閾值，如果實際溫度不大于閾值，則可繼續(xù)使用原掩模
對準探測器探測，如果溫度大于閾值，則進行下一步。S07為選擇另一組掩模對準探測器工作。S08為實測該組傳感器溫度是否大于閾值，如果實際溫度不大于閾值，則可繼續(xù)使用該
掩模對準探測器探測，如果溫度大于閾值，則進行下一步，選擇原掩模對準探測器。通過這種溫度閾值的方式，可以確定掩模對準探測器是否還可以繼續(xù)穩(wěn)定探測，并確定是否要進行切換傳感器進行工作。通過這種方式可以使得，一組傳感器在工作的同時，另一組傳感器通過環(huán)境散熱，可恢復到可穩(wěn)定探測狀態(tài)，這樣通過切換可以保證設備上所用掩模對準探測器都處在一種最佳探測狀態(tài)，通過采用該應用方法，可以實時保證光刻設備連續(xù)的使用掩模對準探測器進行掩模對準和測試，并且，可以根據(jù)傳感器本身的溫度數(shù)據(jù)，選擇受外界環(huán)境影響較小的掩模對準探測器進行探測，有效保證了掩模對準和測試的準確性。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明所提供具有溫度探測功能的掩模對準探測器、光刻裝置及對準探測方法能有效識別工作過程中對準探測器的溫度變化，當探測到的探測器溫度大于預定溫度時，立即停止該對準探測器，并將對準探測的工作切換至另一對準探測器上，使溫度過高的對準探測器能有充分的時間散熱。本發(fā)明所提供的技術方案，能有效減少探測器的局部變形，可以實時保證光刻設備連續(xù)地使用掩模對準探測器進行掩模對準和測試，減少了掩模對準的誤差，增加了掩模對準和測試的準確性。本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領域技術人員依本發(fā)明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種具有溫度探測功能的掩模對準探測器，其特征在于，包括: 一光學組件，用于對入射光束進行波長轉換和/或濾波后形成一出射光； 一傳感器單元，包括一光電傳感器，用于探測所述出射光并轉化為電信號，一溫度傳感器，用于探測溫度并將溫度信號轉化為電信號； 固定組件，用于固定所述光學組件和傳感器單元； 一基準板，用于承載所述光學組件、傳感器單元及固定組件； 一處理單元，用于處理所述電信號。
2.如權利要求1所述的掩模對準探測器，其特征在于，所述掩模對準探測器還包括一表面鍍層，用以降低所述掩模對準探測器對光源熱量的吸收。
3.如權利要求1所述的掩模對準探測器，其特征在于，所述溫度傳感器的數(shù)量大于等于一個，所述溫度傳感器為接觸式傳感器。
4.如權利要求3所述的掩模對準探測器，其特征在于，至少一個所述溫度傳感器與所述掩模對準探測器的中心軸位置小于4_。
5.如權利要求1所述的掩模對準探測器，其特征在于，所述固定組件包括第一支架和第二支架。
6.如權利要求5所述的掩模對準探測器，其特征在于，所述第一支架用于固定所述光學組件，所述第一支架包括至少一探測孔，所述溫度傳感器放置于所述探測孔內(nèi)。
7.如權利要求6所述的掩模對準探測器，其特征在于，所述溫度傳感器與所述第一支架之間通過導熱膠接觸。`
8.如權利要求5所述的掩模對準探測器，其特征在于，所述第二支架用于固定所述光電傳感器和所述溫度傳感器。
9.如權利要求1所述的掩模對準探測器，其特征在于，所述基準板由石英制成。
10.如權利要求1所述的掩模對準探測器，其特征在于，所述處理單元包括: 一電路元件，用于將所述電信號放大； 一信號采集單元，用于采集所述電信號以及溫度信號為數(shù)據(jù)； 一上位機，用于接收所述數(shù)據(jù)。
11.一種光刻裝置，包括:曝光光源、掩模對準標記、掩模臺、工件臺、投影鏡頭、掩模對準控制器，其特征在于:還包括一如權利要求1至10任一項所述的掩模對準探測器。
12.如權利要求11所述的光刻裝置，其特征在于，所述光刻裝置包括兩個掩模對準探測器，所述兩個掩模對準探測器呈對角線分布于所述工件臺上。
13.如權利要求11所述的光刻裝置，其特征在于，所述光刻裝置包括四個掩模對準探測器，所述四個掩模對準探測器分布于所述工件臺的四個角上。
14.一種采用如權利要求1至10任一項所述的掩模對準探測器進行對準測量的方法，其特征在于，包括: 在所述工件臺上設置至少兩組所述掩模對準探測器； 在進行對準測量的同時，所述溫度探測器探測所述掩模對準探測器的實時溫度；當所述掩模對準探測器的溫度大于設定的閾值時，于下一次對準信號采樣時切換其它組對準探測器進行對準探測。
15.如權利要求14所述的對準測量的方法，其特征在于，所述步驟b進一步包括:(bl)對所述掩模對準探測器進行溫度標定； (b2)對所述掩模對準探測器進行溫度校準； (b3)記錄工況溫度樣本； (b4)探測當前掩模對準探測器的溫度。
16.如權利要求14所述的對準測量的方法，其特征在于，所述步驟c進一步包括: (Cl)定義每組掩模對準探測器的溫度閾值； (c2)判斷當前掩模對準探測器的溫度是否大于設定的閾值，若小于閾值繼續(xù)工作，若大于閾值停止工作并切換其 它掩模對準探測器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有溫度探測功能的掩模對準探測器，包括一光學組件，用于對入射光束進行波長轉換和/或濾波后形成一出射光；一傳感器單元，包括一光電傳感器，用于探測出射光并轉化為電信號；一溫度傳感器，用于探測溫度并將溫度信號轉化為電信號；固定組件，用于固定該光學組件和傳感器單元；一基準板，用于承載該光學組件、傳感器單元及固定組件；一處理單元，用于處理該電信號。本發(fā)明同時公開一種使用上述掩模對準探測器的光刻裝置以及對準測量方法。
文檔編號G03F9/00GK103163746SQ20111040490
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者王海江, 唐文力, 程鵬, 李運鋒, 宋海軍 申請人:上海微電子裝備有限公司, 上海微高精密機械工程技術有限公司