專利名稱：投影曝光裝置中的同軸位置對準系統(tǒng)和對準方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學設備技術領域，特別是關于一種投影曝光裝置中的同軸位置對準系統(tǒng)和對準方法。
背景技術：
將描繪在掩模版上的電路圖案，通過投影曝光裝置成像在涂有光刻膠等感光材料的制造集成電路的硅片表面上，之后通過刻蝕工藝在制造集成電路的硅片上形成圖案的光影刻蝕法，廣泛地應用于各種領域，印刷電路板也用近來的曝光裝置制造。
投影曝光裝置是將掩模版上的電路圖案，經過投影曝光透鏡等光學系統(tǒng)做投影曝光，將電路圖案以一定放大或縮小的倍率投影于制造集成電路的硅片上，已知用于集成電路的制造，近年來該投影曝光裝置也適用于印刷電路板的制造。
用投影曝光裝置做曝光時，掩模版與曝光對象(例如硅片、印刷電路板等)的位置必須對準，通常掩模版上方與曝光對象上方均配置有位置對準用的標記，通過一定的位置對準裝置和位置對準方法，建立起掩模版與曝光對象之間精確的相對位置關系。
目前用于投影曝光裝置中的位置對準裝置和位置對準方法很多，但由于其位置對準裝置結構和位置對準信號處理的復雜性，不僅增加了裝置的設計成本和裝校難度，而且使位置對準過程變得復雜，增加位置對準誤差環(huán)節(jié)，最終影響對準精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的為解決上述現(xiàn)有技術問題，實現(xiàn)掩模和曝光對象之間的高精度位置對準。
為實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種投影曝光裝置中的同軸位置對準系統(tǒng)，設置于一個至少由光學投影系統(tǒng)、掩模版、承片臺、曝光對象，以及部件運動控制系統(tǒng)組成的投影曝光裝置上，它包括，以光學投影系統(tǒng)軸線為軸心均勻分布的不少于兩個的位置對準裝置、設置于掩模版上的掩模標記、設置于承片臺上的承片臺基準標記、設置于曝光對象上的曝光對象標記，所述的位置對準裝置通過檢測所述的掩模標記、基準標記、曝光對象標記的位置信息并傳送給部件運動控制系統(tǒng)，以控制掩模版、承片臺、曝光對象位置調整使其對準。
其中，所述的位置對準裝置包括用于掩模標記、承片臺基準標記和曝光對象照明的照明光源；用于將照明光源的出射光導入到標記照明系統(tǒng)的照明光纖；用于將對準標記均勻照明的標記照明系統(tǒng)；用于將標記成像到標記攝影裝置靶面上的標記成像系統(tǒng)；用于接收對準標記的像的標記攝影裝置。標記攝影裝置的傳感器為CCD或CMOS。
所述的掩模標記對準、承片臺基準標記對準以及曝光對象標記對準都采用同一套照明光源、同一套照明光纖、同一套標記照明系統(tǒng)、同一套標記成像系統(tǒng)和同一套標記攝影裝置。標記照明系統(tǒng)和標記成像系統(tǒng)共用同一套光學系統(tǒng)形成同軸照明。
掩模標記和承片臺基準標記都為反射型振幅標記。掩模標記大小在亞毫米級別。掩模標記設有通光窗口，用于基準標記和曝光對象標記的照明和成像。曝光對象標記設置于曝光對象的最小電路結構單元上，其在該最小電路結構單元內具有唯一性。該光學投影系統(tǒng)可以是折射投影光學系統(tǒng)，也可以是折反射投影光學系統(tǒng)。
本發(fā)明還提供了一種投影曝光裝置中的同軸位置對準方法，包括下列步驟通過掩模版上的通光窗口照明承片臺基準標記，由標記攝影裝置拍攝承片臺基準標記，并存儲該圖像位置信息；由標記攝影裝置拍攝掩模標記，并存儲該圖像位置信息；由標記攝影裝置拍攝曝光對象標記，并存儲該圖像位置信息；通過存儲的各圖像的位置關系，調整掩模版、承片臺和曝光對象的位置使其對準。
其中，所述的標記攝影裝置的傳感器為CCD或CMOS。所述的掩模標記對準、承片臺基準標記對準以及曝光對象標記對準都采用同一套由照明光源、照明光纖、標記照明系統(tǒng)、標記成像系統(tǒng)和標記攝影裝置組成的位置對準裝置。標記照明系統(tǒng)和標記成像系統(tǒng)共用同一套光學系統(tǒng)形成同軸照明。位置對準裝置可以為多個，并以投影曝光裝置中的光學投影系統(tǒng)軸線為軸心均勻分布。
掩模標記和承片臺基準標記都為反射型振幅標記。掩模標記大小在亞毫米級別。曝光對象標記設置于曝光對象的最小電路結構單元上，其在該最小電路結構單元內具有唯一性。
本發(fā)明掩模標記對準、承片臺基準標記對準以及曝光對象標記對準都采用同一套照明光源、同一套照明光纖、同一套標記照明系統(tǒng)、同一套標記成像系統(tǒng)和同一套標記攝影裝置，這樣可大大簡化位置對準裝置結構并降低其成本。
而且，上述位置對準裝置都處于承版臺上方，便于和其它裝備的集成與測試。另外，承版臺在微小范圍內移動，這樣可以降低承版臺的設計和加工成本，并可提高承版臺的定位精度。
另外，本發(fā)明中用于位置對準的裝置有多套，空間布局上關于光學投影系統(tǒng)的物方視場中心均勻分布。采用多套位置對準裝置，可以精確確定掩模中心的平移量及掩模旋轉量。
本發(fā)明還采用照明光纖將照明光源引入到標記照明系統(tǒng)，使照明光源遠離光學投影系統(tǒng)，避免了照明光源發(fā)熱而引起投影光學系統(tǒng)的熱漂移，提高了掩模和曝光對象之間的位置對準精度。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖。
圖2是本發(fā)明所使用的掩模標記和通光窗口在掩模版上的位置示意圖。
圖3是本發(fā)明所使用的承片臺基準標記在承片臺上的位置示意圖。
圖4是本發(fā)明所使用的曝光對象標記局部放大圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的曝光系統(tǒng)包括，掩模，描繪有電路圖案；承版臺，用于支撐掩模版上的電路圖案以待通過光學投影系統(tǒng)投影成像到曝光對象上；光學投影系統(tǒng)，利用曝光光源的波長將掩模版上所描繪的電路圖案以一定放大或縮小的倍率投影成像到曝光對象上；曝光對象，其表面涂有光刻膠，用于接收掩模版上的電路圖案通過光學投影系統(tǒng)所成的像；承片臺，用于支撐曝光對象；承版臺和承片臺運動控制裝置，在建立掩模標記和曝光對象標記相對位置的過程中，通過控制承版臺和承片臺的運動使掩模與曝光對象對準；總控制裝置，完成對準過程中的一系列算法，并對整個系統(tǒng)進行控制。位置對準裝置，用于建立掩模和曝光對象之間的相對位置關系；照明光源，用于掩模標記、承片臺基準標記和曝光對象的照明；照明光纖，用于將照明光源的出射光導入到標記照明系統(tǒng)；標記照明系統(tǒng)，用于將對準標記均勻照明；標記成像系統(tǒng)，用于將標記成像到標記攝影裝置靶面上；標記攝影裝置，用于接收對準標記的像；掩模標記，設置于掩模版上，用于掩模版的位置對準，其傳感器為CCD(Charge Coupled Device電荷耦合器件)或CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor Transistor互補型金屬氧化物半導體)；承片臺基準標記，用于確立掩模版和承片臺及曝光對象和承片臺之間的相對位置關系；曝光對象標記，設置于所述曝光對象上，用于曝光對象的位置對準。
本發(fā)明還給出了該位置對準裝置確立掩模和曝光對象之間相對位置關系的位置對準方法，為實現(xiàn)掩模和曝光對象之間高精度對準提供一種方案。
下面結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步的描述。
圖1為供制造集成電路或印刷電路板的投影曝光裝置，施加光刻膠的曝光對象置于可移動的承片臺80上，通過承片臺運動控制裝置92可在X、Y、Z及θ方向移動，其中θ是Z軸的旋轉角度(未圖示)。描繪曝光電路圖案的掩模40置于承版臺50上，通過承版臺運動控制裝置91可使承版臺50在X、Y，θ方向做微小范圍移動，通過曝光光源30以及光學投影系統(tǒng)60將掩模版40上所描繪的電路圖案以一定放大或縮小的倍率投影轉移到曝光對象70上。
掩模40和曝光對象70分別可通過承版臺運動控制裝置91和承片臺運動控制裝置92在水平面內運動，總控制裝置90對曝光系統(tǒng)、對準裝置1、2、標記圖像處理單元16、26、承版臺運動控制裝置91和承片臺運動控制裝置92等分系統(tǒng)進行控制。
掩模標記18和28設置于掩模40上，曝光對象標記71和72設置于曝光對象70上，承片臺基準標記81設置于承片臺80上。利用上述三種標記可精確進行掩模40和曝光對象70位置對準，實際中，掩模標記、曝光對象標記的數(shù)量可根據不同工藝要求進行適當增減。
標記位置對準裝置1包括標記照明系統(tǒng)和標記成像系統(tǒng)，標記照明系統(tǒng)用于標記的均勻照明，包括照明單元10、透鏡11、分光棱鏡12、透鏡13、反射鏡14；標記成像系統(tǒng)將標記成像到標記攝影裝置15上，包括反射鏡14、透鏡13、分光棱鏡12和標記攝影裝置15。標記位置對準裝置2和位置對準裝置1的結構相同，由照明單元20、透鏡21、分光棱鏡22、透鏡23、反射鏡24和標記攝影裝置25組成。在空間布局上各標記位置對準裝置相對光學投影系統(tǒng)物方視場中心對稱。實際上，位置對準裝置可以為多個，并以投影曝光裝置中的光學投影系統(tǒng)軸線為軸心均勻分布。
圖2是掩模版40上的掩模標記18、28以及用于曝光對象標記71、72、承片臺基準標記81照明和成像用的通光窗口17、27示意圖，其中掩模標記18、28為反射型振幅標記。實際情況中相對于電路圖案31，該標記非常小，大小在亞毫米級別。圖中掩模標記18、28為“十”字型，但實際是只要該標記形狀能滿足圖像處理單元進行高精度位置確定即可，并無特殊限定。
圖3是承片臺基準標記81和曝光對象70在承片臺80上的位置說明，其中承片臺基準標記81為反射型振幅標記，標記形狀以滿足圖像處理單元進行高精度位置確定即可，并無特殊限定。
圖4是放大的曝光對象標記71、72在曝光對象70上的位置說明，其中73為曝光對象上的最小電路結構單元，71、72設置于最小電路結構單元73上，其標記特征要求在該結構單元內具有唯一性。
以下說明其動作標記攝影裝置15和承片臺基準標記81的對準動作通過承版臺運動控制裝置91微動承版臺50到預定位置，使掩模版通光窗口17處于標記攝影裝置15的成像視場范圍內，此時通光窗口27處于標記攝影裝置25的成像視場范圍內。
通過承片臺運動控制裝置92移動承片臺80到預定位置，使承片臺基準標記81處于標記攝影裝置15的成像視場范圍內。
點亮位置對準裝置1中的照明單元10，使光線通過掩模版40上的通光窗口17照射到承片臺基準標記81上，然后承片臺基準標記81通過光學投影系統(tǒng)60和位置對準裝置1成像到標記攝影裝置15上，圖像處理單元16對承片臺基準標記81的像進行處理，并記錄其中心在標記攝影裝置15上的位置信息，同時讓承片臺運動控制裝置92記錄此時承片臺80的位置信息。
標記攝影裝置25和承片臺基準標記81的對準動作通過運動承片臺運動控制裝置92移動承片臺80到預定位置，使承片臺基準標記81處于標記攝影裝置25的成像視場范圍內。
點亮位置對準裝置2中的照明光源20，使光線通過掩模版40上的通光窗口27照射到承片臺基準標記81上，然后承片臺基準標記81通過光學投影系統(tǒng)60和位置對準裝置2成像到標記攝影裝置25上，圖像處理單元26對承片臺基準標記81的像進行處理，并記錄其中心在標記攝影裝置25上的位置信息，同時讓承片臺運動控制裝置92記錄此時承片臺80的位置信息。
標記攝影裝置15和掩模標記18的對準動作通過承版臺運動控制裝置91移動承版臺50到預定位置，使掩模標記18處于標記攝影裝置15的成像視場范圍內，同時掩模標記28也處于標記攝影裝置25的成像視場范圍內。
掩模標記18通過位置對準裝置1成像到標記攝影裝置15上，經圖像處理單元16對掩模標記18的像進行處理，并記錄其中心在標記攝影裝置15上的位置信息，同時由承版臺運動控制裝置91記錄此時承版臺的位置信息。上述過程中可能出現(xiàn)承版臺運動控制裝置91移動承版臺50到預定位置后，掩模標記18和28一個或兩個都不在成像系統(tǒng)1、2的視場內，此時需要對掩模標記進行目標搜索。
標記攝影裝置25和掩模標記28的對準動作通過上述動作后，經圖像處理單元26對掩模標記28的像進行處理后，記錄掩模標記28的像的中心在標記攝影裝置25上的位置信息。
根據上述所記錄的掩模標記像的中心和承片臺基準標記像的中心位置信息，以及對應的承版臺和承片臺的位置信息，通過一系列坐標變換及相關算法，在總控制裝置90中完成掩模對準時承版臺所需的移動量(ΔX′，ΔY′，Δθ′)，并將該結果發(fā)送給承版臺運動控制裝置91完成掩模版40與承片臺基準標記81的對準。
標記攝影裝置15和曝光對象標記72、71的對準動作首先，通過承版臺運動控制裝置91將承版臺40移動到預定位置，使掩模版通光窗口17處于標記攝影裝置15的成像視場范圍內，同時使掩模版通光窗口27處于標記攝影裝置25的成像視場范圍內，并由承版臺運動控制裝置91記錄此時承版臺的位置信息。
其次，通過承片臺運動控制裝置92移動承片臺80到預定位置，使曝光對象標記72處于標記攝影裝置15的成像視場范圍內，經光學投影系統(tǒng)60和位置對準裝置1成像到標記攝影裝置15上，并由圖像處理單元16處理后，記錄其像中心在標記攝影裝置15上的位置信息。同時，由承片臺運動控制裝置92記錄此時承片臺的位置信息。
然后，通過承片臺運動控制裝置92移動承片臺80到預定位置，使曝光對象標記71處于標記攝影裝置15的成像視場范圍內，經光學投影系統(tǒng)60和位置對準裝置1成像到標記攝影裝置15上，并由圖像處理單元16處理后，記錄其像中心在標記攝影裝置15上的位置信息。同時，由承片臺運動控制裝置92記錄此時承片臺的位置信息。
通過上述過程，根據所保存的曝光對象標記72、71像的中心在標記攝影裝置15上的位置信息，以及對應的承片臺的位置信息，通過一系列坐標變換及相關算法，在總控制裝置90中完成曝光對象對準時承片臺所需的移動量(ΔX，ΔY，Δθ)，并將該結果發(fā)送給承片臺運動控制裝置92完成曝光對象標記72、71與承片臺基準標記81的對準。
由于位置對準裝置1和位置對準裝置2關于光學投影系統(tǒng)60的物方視場中心相對稱，因此為了提高位置對準精度可按上述步驟實現(xiàn)標記攝影裝置25和曝光對象標記72、71的對準動作。另外，根據位置對準精度的要求，曝光對象標記的數(shù)量可選多個。
通過上述一系列對準動作后，掩模和曝光對象之間建立了精確的相對位置關系。
以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的幾個較佳實施例，并不能以此來限定本發(fā)明的范圍。任何對本發(fā)明的裝置作本技術領域內熟知的部件的替換、組合、分立，以及對本發(fā)明實施步驟作本技術領域內熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護范圍。
權利要求
1.一種投影曝光裝置中的同軸位置對準系統(tǒng)，設置于一個至少由光學投影系統(tǒng)、掩模版、承片臺、曝光對象，以及部件運動控制系統(tǒng)組成的投影曝光裝置上，其特征在于它包括，以光學投影系統(tǒng)軸線為軸心均勻分布的不少于兩個的位置對準裝置、設置于掩模版上的掩模標記、設置于承片臺上的承片臺基準標記、設置于曝光對象上的曝光對象標記，所述的位置對準裝置通過檢測所述的掩模標記、基準標記、曝光對象標記的位置信息并傳送給部件運動控制系統(tǒng)，以控制掩模版、承片臺、曝光對象位置調整使其對準。
2.如權利要求1所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于所述的位置對準裝置包括用于掩模標記、承片臺基準標記和曝光對象照明的照明光源；用于將照明光源的出射光導入到標記照明系統(tǒng)的照明光纖；用于將對準標記均勻照明的標記照明系統(tǒng)；用于將標記成像到標記攝影裝置靶面上的標記成像系統(tǒng)；用于接收對準標記的像的標記攝影裝置。
3.如權利要求2所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于所述的標記攝影裝置的傳感器為CCD。
4.如權利要求2所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于所述的標記攝影裝置的傳感器為CMOS。
5.如權利要求2所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于所述的掩模標記對準、承片臺基準標記對準以及曝光對象標記對準都采用同一套照明光源、同一套照明光纖、同一套標記照明系統(tǒng)、同一套標記成像系統(tǒng)和同一套標記攝影裝置。
6.如權利要求2所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于標記照明系統(tǒng)和標記成像系統(tǒng)共用同一套光學系統(tǒng)形成同軸照明。
7.如權利要求2所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于掩模標記和承片臺基準標記都為反射型振幅標記。
8.如權利要求2所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于所述的掩模標記大小在亞毫米級別。
9.如權利要求2所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于在掩模標記側邊設有通光窗口，用于基準標記和曝光對象標記的照明和成像。
10.如權利要求2所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于所述的曝光對象標記設置于曝光對象的最小電路結構單元上，其在該最小電路結構單元內具有唯一性。
11.如權利要求1所述的同軸位置對準系統(tǒng)，其特征在于光學投影系統(tǒng)可以是折射投影光學系統(tǒng)，也可以是折反射投影光學系統(tǒng)。
12.一種投影曝光裝置中的同軸位置對準方法，其特征在于包括下列步驟通過掩模版上的通光窗口照明承片臺基準標記，由標記攝影裝置拍攝承片臺基準標記，并存儲該圖像位置信息；由標記攝影裝置拍攝掩模標記，并存儲該圖像位置信息；由標記攝影裝置拍攝曝光對象標記，并存儲該圖像位置信息；通過存儲的各圖像的位置關系，調整掩模版、承片臺和曝光對象的位置使其對準。
13.如權利要求12所述的同軸位置對準方法，其特征在于所述的標記攝影裝置的傳感器為CCD。
14.如權利要求12所述的同軸位置對準方法，其特征在于所述的標記攝影裝置的傳感器為CMOS。
15.如權利要求12所述的同軸位置對準方法，其特征在于所述的掩模標記對準、承片臺基準標記對準以及曝光對象標記對準都采用同一套由照明光源、照明光纖、標記照明系統(tǒng)、標記成像系統(tǒng)和標記攝影裝置組成的位置對準裝置。
16.如權利要求15所述的同軸位置對準方法，其特征在于所述的標記照明系統(tǒng)和標記成像系統(tǒng)共用同一套光學系統(tǒng)形成同軸照明。
17.如權利要求16所述的同軸位置對準方法，其特征在于所述的位置對準裝置可以為多個并以投影曝光裝置中的光學投影系統(tǒng)軸線為軸心均勻分布。
18.如權利要求12所述的同軸位置對準方法，其特征在于所述的掩模標記和承片臺基準標記都為反射型振幅標記。
19.如權利要求12所述的同軸位置對準方法，其特征在于所述的掩模標記大小在亞毫米級別。
20.如權利要求12所述的同軸位置對準方法，其特征在于所述的曝光對象標記設置于曝光對象的最小電路結構單元上，其在該最小電路結構單元內具有唯一性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種投影曝光裝置中的同軸位置對準系統(tǒng)，設置于一個至少由光學投影系統(tǒng)、掩模版、承片臺、曝光對象，以及部件運動控制系統(tǒng)組成的投影曝光裝置上，其包括，以光學投影系統(tǒng)軸線為軸心均勻分布的不少于兩個的位置對準裝置、設置于掩模版上的掩模標記、設置于承片臺上的承片臺基準標記、設置于曝光對象上的曝光對象標記，所述的位置對準裝置通過檢測所述的掩模標記、基準標記、曝光對象標記的位置信息并傳送給部件運動控制系統(tǒng)，以控制掩模版、承片臺、曝光對象位置調整使其對準。本發(fā)明實現(xiàn)了掩模和曝光對象之間的高精度位置對準。
文檔編號H01L21/027GK1794095SQ20061002315
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權日2006年1月6日
發(fā)明者徐兵, 王鵬程, 閆巖 申請人:上海微電子裝備有限公司