專利名稱：用于光刻裝置的對準(zhǔn)標(biāo)記、對準(zhǔn)系統(tǒng)及其對準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻裝置的對準(zhǔn)技術(shù)，尤其涉及用于光刻裝置的對準(zhǔn)標(biāo)記、對 準(zhǔn)系統(tǒng)及對準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有光刻設(shè)備常采用兩種對準(zhǔn)方案， 一種是透過鏡頭的TTL對準(zhǔn)技術(shù)，另 一種是OA離軸對準(zhǔn)技術(shù)。在TTL對準(zhǔn)技術(shù)中，首先由激光照明掩模上的對準(zhǔn) 標(biāo)記，使其成像于硅片平面，然后移動工件臺，使工件臺上的參考標(biāo)記掃描經(jīng) 過對準(zhǔn)標(biāo)記所成的像，并由光強(qiáng)探測器采樣所成像的光強(qiáng)，輸出最大光強(qiáng)時表 明工件臺上的參考標(biāo)記與掩^li上的對準(zhǔn)標(biāo)記重合，此即為正確的對準(zhǔn)位置，該 對準(zhǔn)位置為用于監(jiān)測工件臺位置移動的激光干涉儀的位置測量提供了零基準(zhǔn)。 而OA離軸對準(zhǔn)4支術(shù)是通過離軸對準(zhǔn)系統(tǒng)測量位于工件臺上的多個對準(zhǔn)標(biāo)記以 及工件臺上基準(zhǔn)板的基準(zhǔn)標(biāo)記，來實(shí)現(xiàn)硅片對準(zhǔn)和工件臺對準(zhǔn)，再通過工件臺 上參考標(biāo)記與掩模對準(zhǔn)標(biāo)記的對準(zhǔn)，來實(shí)現(xiàn)掩模對準(zhǔn)，進(jìn)而再通過掩模和硅片 的位置關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)掩模和硅片對準(zhǔn)。現(xiàn)有的參考標(biāo)記和對準(zhǔn)標(biāo)記多由一維振幅光柵組成，即由多條間隔相等線 寬也相等的透光光柵組成的。當(dāng)參考標(biāo)記與對準(zhǔn)標(biāo)記完全對準(zhǔn)時，則兩光柵完 全重合，因而透過的光通量最大；而當(dāng)參考標(biāo)記與對準(zhǔn)標(biāo)記沒有完全對準(zhǔn)時， 兩光柵之間存在相對位移差，因而透過的光通量將處在極大值和極小值之間。 此種利用參考標(biāo)記掃描對準(zhǔn)標(biāo)記來實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)的方法，其對準(zhǔn)信號的對比度較差， 再則，由于采用的光柵為一雄振幅光柵，因此僅適用于一維對準(zhǔn)，即僅能實(shí)現(xiàn) 一個方向上的定位。為此，美國《科學(xué)儀器評論》(Review of Scientific Instruments, JULY 2003, VOLUME 74， NUMBER 7，第3549到3553頁)曾介紹了 一種二維零位光柵的具 體編碼方法。在該編碼方法中，絕對零位可由零位光柵和其他光學(xué)器件共同組合來實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)零位柵線時，要求柵線等寬，且透光柵線與不透光柵線排列， 即透光柵線可以與透光柵線相鄰，也可以和不透光柵線相鄰。其中，零位柵線 最基本的特點(diǎn)就是透光柵線條紋與不透光柵線條紋交替。若以"o"表示不透光柵線，"r，表示透光柵線，則整個零位柵線序列就可以一個數(shù)值為o和i的矩陣來表示。設(shè)up為系統(tǒng)輸出的光通量最大值，uO為系統(tǒng)輸出的光通量第二最大 值，則D=u0/up。 D即為光信號強(qiáng)度的對比度，其可作為光柵編碼矩陣的特征值， 以對比度D最小化為目標(biāo)所設(shè)計(jì)出的光柵，可使輸出信號和光通量強(qiáng)度獲得最 好的效果。盡管上述編碼方法可應(yīng)用于透射式一維和二維的零位光柵，但由于光刻機(jī) 要求對準(zhǔn)標(biāo)記的尺寸不宜過大，否則會浪費(fèi)寶貴的掩模資源，而采用上述透射 式編碼零位光4冊對準(zhǔn)標(biāo)記，其標(biāo)記尺寸往往難以滿足光刻機(jī)的要求；再有，由 于上述方法采用的是隨才;L的編碼方式，沒有考慮到實(shí)際可能產(chǎn)生的光學(xué)干涉和 衍射的影響，如此將極大的影響對準(zhǔn)的精度，因而難以在高端的光刻機(jī)應(yīng)用， 因此，如何在提高對準(zhǔn)信號對比度的前提下，提高光刻機(jī)的對準(zhǔn)精度實(shí)已成為 本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的解決的技術(shù)課題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)標(biāo)記、對準(zhǔn)系統(tǒng)及其對準(zhǔn) 方法，以實(shí)現(xiàn)高對比度、高精度的對準(zhǔn)。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)標(biāo)記，所述標(biāo)記包括用于粗對準(zhǔn)的第一部分結(jié)構(gòu) 和用于精對準(zhǔn)的第二部分結(jié)構(gòu)，其中，所述第一和第二部分結(jié)構(gòu)均由透光單元 和不透光單元組成；所述第二部分結(jié)構(gòu)包含多個光柵結(jié)構(gòu)，所述每個光柵結(jié)構(gòu) 由多個非周期一維光柵標(biāo)記排列而成，所述一維光柵標(biāo)記中的透光單元呈軸對 稱分布。進(jìn)一步的，所述第一部分結(jié)構(gòu)的透光單元呈中心對稱分布。所述第一部分 結(jié)構(gòu)為歸一化標(biāo)記。所述第二部分結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)兩個方向?qū)?zhǔn)。進(jìn)一步的，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任意一個光柵結(jié)構(gòu)中的各個透光單元的長 度與寬度相等，且所述第二部分結(jié)構(gòu)的多個光柵結(jié)構(gòu)中的透光部分的面積相等，6即滿足S-M*/^,*/)^,其中S為任意一個光4冊結(jié)構(gòu)的透光面積，IW,和 M分別是某一光柵結(jié)構(gòu)中透光單元的長度、寬度和透光單元的個數(shù)，z'為任意自然數(shù)。進(jìn)一步的，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任意一個光柵結(jié)構(gòu)的透光面積s與第一部分結(jié)構(gòu)的透光面積呈比例關(guān)系，滿足7>式m^cm。-尸^s)2:w51,其中，w0和 d丄。分別為第一部分結(jié)構(gòu)中透光單元的個數(shù)及各個透光單元的邊長，7ms為預(yù)對 準(zhǔn)精度，"為光柵結(jié)構(gòu)的透光面積<s*與第一部分結(jié)構(gòu)的透光面積之間的比例系 數(shù)。本發(fā)明還提供了一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)第一物件相對于 第二物件的位置關(guān)系，包括光源系統(tǒng)，物鏡系統(tǒng)，探測系統(tǒng)，以及位于第一 物件的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記和位于第二物件的參考標(biāo)記，其中，所述透射式對準(zhǔn)標(biāo) 記與參考標(biāo)記包括用于粗對準(zhǔn)的第一部分結(jié)構(gòu)和用于精對準(zhǔn)的第二部分結(jié)構(gòu)， 所述第一和第二部分結(jié)構(gòu)均由透光單元和不透光單元組成；所述第二部分結(jié)構(gòu) 包含多個光柵結(jié)構(gòu)，所迷每個光柵結(jié)構(gòu)由多個非周期一維光柵標(biāo)記排列而成， 其中的透光單元呈軸對稱分布。進(jìn)一步的，所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記與參考標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)的透光部分呈 中心對稱分布。所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記與參考標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)為歸一化標(biāo)記。 所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記與參考標(biāo)記的第二部分結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)兩個方向?qū)?zhǔn)。進(jìn)一步的，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任意一個光柵結(jié)構(gòu)中的各個透光單元的長 度與寬度相等，且所述參考標(biāo)記的第二部分結(jié)構(gòu)的多個光^f冊結(jié)構(gòu)的透光面積相 等，即滿足S-M^^，iw;,其中S為任意一個光柵結(jié)構(gòu)的透光面積，丄『" i)^和M分別是某一光柵結(jié)構(gòu)中透光單元的長度、寬度和透光單元的個數(shù)，/為 任意自然數(shù)。進(jìn)一步的，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任意一個光柵結(jié)構(gòu)的透光面積S與第一部 分結(jié)構(gòu)的透光面積呈比例關(guān)系，滿足 >式M)*(￡>i。-iMS)2=o*S,其中，M)和 dz:。分別為第 一部分結(jié)構(gòu)中透光單元的個數(shù)及各個透光單元的邊長，為預(yù)對準(zhǔn)精度，a為光柵結(jié)構(gòu)的透光面積S與第一部分結(jié)構(gòu)的透光面積之間的比例系數(shù)。進(jìn)一步的，所述參考標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)中的透光單元是邊長為z^。的正方形小塊，所述透光單元呈中心對稱分布，所述參考標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)中的不透光單元是邊長為"A的方形小塊；所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)的透光 單元是邊長為"。的正方形小塊，所述透光單元呈中心對稱分布，所述透射式對 準(zhǔn)標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)的不透光單元是邊長為丄A的方形小塊，其中，L^-iVx!^，丄A^Wx(D丄。-iMS) ， W為所述投影成4象物4竟的縮^L倍數(shù)，A4S為 預(yù)對準(zhǔn)精度。進(jìn)一步的，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任意一個光^f冊結(jié)構(gòu)中的各個透光單元的長 度與寬度相等，且所述參考標(biāo)記與透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的第二部分結(jié)構(gòu)的光柵結(jié)構(gòu) 的透光單元尺寸滿足下列條件￡及，=W x +尸^S), D及,=iV x ,其中丄『;和 DW分別是參考標(biāo)記的光柵結(jié)構(gòu)中單個透光單元的長度和寬度，和分別是 透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的光柵結(jié)構(gòu)中單個透光單元的長度和寬度，iV為投影物鏡的縮 放倍數(shù)，iHS"為預(yù)對準(zhǔn)精度，/為第二部分結(jié)構(gòu)中光柵結(jié)構(gòu)的數(shù)量。本發(fā)明還提供了一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)方法，用以實(shí)現(xiàn)第一物件相對于 第二物件的位置關(guān)系，包括下列步驟在第一物件上設(shè)置如上所述的透射式對 準(zhǔn)標(biāo)記，在第二物件上設(shè)置如上所述的參考標(biāo)記；利用對準(zhǔn)標(biāo)記完成粗對準(zhǔn)； 在粗對準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用參考標(biāo)記完成精對準(zhǔn)。進(jìn)一步的，所述粗對準(zhǔn)步驟包括"g]定第一物件；移動第二物件，利用所 述參考標(biāo)記掃描對準(zhǔn)標(biāo)記中第一部分結(jié)構(gòu)所成的像并探測相應(yīng)光強(qiáng)；根據(jù)成像的光強(qiáng)，結(jié)合第一物件與第二物件的位置信息，獲取在最大光強(qiáng)值時第一物件 與第二物件的相對位置。進(jìn)一步的，所述精對準(zhǔn)步驟包括固定第一物件；移動第二物件，利用所 述參考標(biāo)記掃描對準(zhǔn)標(biāo)記中第二部分結(jié)構(gòu)中至少一個光柵結(jié)構(gòu)所成的像并探測 相應(yīng)光強(qiáng)；根據(jù)成像的光強(qiáng)，結(jié)合第一物件與第二物件的位置信息，獲取在最 大光強(qiáng)值時第一物件與第二物件的相對位置。綜上所述，本發(fā)明的用于光刻裝置的對準(zhǔn)標(biāo)記、對準(zhǔn)系統(tǒng)及對準(zhǔn)方法通過 配置用于粗對準(zhǔn)的二維光柵及用于精確對準(zhǔn)的一維光柵組，可有效提高對準(zhǔn)精 度，同時通過在參考標(biāo)記及透射式對準(zhǔn)標(biāo)記中設(shè)置透光部分和不透光部分，可 有效提高對準(zhǔn)信號的對比度。


本發(fā)明的用于光刻裝置的對準(zhǔn)標(biāo)記、對準(zhǔn)系統(tǒng)及其對準(zhǔn)方法由以下的實(shí)施 例及附圖給出。圖1為本發(fā)明的用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的對準(zhǔn)標(biāo)記中參考標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為參考標(biāo)記中二維光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4a 圖4f為本發(fā)明第一實(shí)施例透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為透射式對準(zhǔn)標(biāo)記二維光^f冊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的參考標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7a 圖7f為本發(fā)明第二實(shí)施例的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為采用參考標(biāo)記二維光柵在二維掃描方式下掃描對準(zhǔn)標(biāo)記二維光4冊所 成的像而得到的輸出特性圖。圖9為采用參考標(biāo)記光柵組在一維掃描方式下掃描對準(zhǔn)標(biāo)記光柵組所成的 像而得到的輸出特性圖。圖10為采用參考標(biāo)記光柵組在二維掃描方式下掃描對準(zhǔn)標(biāo)記光柵組所成的 像而得到的輸出特性圖。^^實(shí)施方式 7在下面的說明中，詳細(xì)地介紹了本發(fā)明的各實(shí)施例。為了便于說明各實(shí)施 例，以夸張的比例配以附圖。雖然所示的附圖結(jié)合實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但應(yīng) 該理解本發(fā)明不局限于所述的具體實(shí)施例。相反，本發(fā)明的意圖在覆蓋在權(quán)利 要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替換、修改和等效中。此外，在下面 的說明t ，為7說明如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明陳述了大量的具體細(xì)節(jié)以便更透徹地理解 本發(fā)明。然而，在閱讀本公開內(nèi)容后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以不采用這些具體細(xì) 節(jié)實(shí)施本發(fā)明。在其他情況中，不詳細(xì)地介紹公知的結(jié)合和裝置以避免不必要 地混淆本發(fā)明。以下將對本發(fā)明的用于光刻裝置的對準(zhǔn)標(biāo)記、對準(zhǔn)系統(tǒng)及其對準(zhǔn)方法作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述。請參見圖l,其為用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述對準(zhǔn)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)掩模與硅片的位置關(guān)系。所i^t準(zhǔn)系統(tǒng)包括曝光光源1、照明系統(tǒng)2、刻 有透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的掩模3、掩模臺4、用于對所述掩模上的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn) 行成像的投影物鏡5、配置有參考標(biāo)記且用于采樣所述投影物鏡5所成像的光強(qiáng) 的光強(qiáng)探測器6、以及放置有硅片的工件臺7。所迷曝光光源1可以是DUV光源，或UV光源，其除用作曝光之外，同時 還用作同軸對準(zhǔn)的照明光源。所述照明系統(tǒng)2用于傳輸照明光束，使其照明所 述掩模3或所述掩模臺4上的圖案。所述掩模3上的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記依據(jù)所述 參考標(biāo)記的結(jié)構(gòu)而定(容后詳述)。所述投影物鏡5用于將圖案化后的光束投射到硅片或是工件臺7上，由光強(qiáng)探測器6來^:測該透射下的光強(qiáng)。本發(fā)明的對準(zhǔn)標(biāo)記即由掩模3上的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記和光強(qiáng)探測器6上的參 考標(biāo)記組成。 第一實(shí)施例請參閱圖2，其為所述參考標(biāo)記的示意圖，該參考標(biāo)記包括一個參考標(biāo)記二 維光柵及多個參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)。所迷二維光柵由黑色透光方塊和白色不透光 方塊組成，其處于中心位置，具有二維結(jié)構(gòu)，是歸一化標(biāo)記，可為周期或非周 期光柵。再請參見圖3，為一個二維光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，所述二 維光4冊為矩形，各黑色透光小塊呈中心對稱分布，為正方形，邊長為ZU。，各白 色不透光正方形小塊邊長為"A 。所述多個光4冊結(jié)構(gòu)包4舌四個光4冊結(jié)構(gòu)(即光柵 1、光柵2、光柵3和光柵4),所述四個光柵結(jié)構(gòu)按"十，，字型排布在二維光柵 的四周。其中，光柵3和光柵4用于水平方向(X方向)對準(zhǔn)，光柵1和光柵2 用于垂直方向(Y方向)對準(zhǔn)。在本實(shí)施例中，光柵2和光柵4為捕獲光柵單 元，兩者具有不同的結(jié)構(gòu)(使用不同的編碼矩陣)，光柵1可由光柵4繞該二維 光柵的中心順時針旋轉(zhuǎn)90度得到，光柵3可由光柵2繞二維光柵的中心順時針 旋轉(zhuǎn)90度得到，因此，光柵1和光柵4可使用相同的編碼矩陣，光柵2和光柵 3也可使用相同的編碼矩陣。再有，光柵l、光柵2、光柵3和光柵4分別都由 三個非周期一維光柵標(biāo)記平行排列而成，且位于兩邊的一維光柵標(biāo)記關(guān)于位于 中間的一維光柵標(biāo)記對稱分布，每個一維光柵標(biāo)f己都由黑色透光部分和白色不 透光部分交替排列組成，且透光部分為軸對稱分布，此外，任意一個光柵結(jié)構(gòu) 中的三個一維光柵標(biāo)記中的多個黑色透光部分都具有相同的長度和寬度。該實(shí)施例中介紹了由4個光柵結(jié)構(gòu)組成的參考標(biāo)記結(jié)構(gòu)，基于本發(fā)明的思想，在XY 兩個對準(zhǔn)方向上，只要其中至少一個方向擁有一個光柵即可實(shí)現(xiàn)該發(fā)明。在上述參考標(biāo)記中，光柵l、光柵2、光柵3和光柵4的透光面積相等，且 與參考標(biāo)記二維光^冊的透光面積成一定的比例關(guān)系，假設(shè)光柵1的一維光柵標(biāo)記中每個透光單元的長度為丄W ,寬度為;光柵2的一維光柵標(biāo)記中每個透 光單元的長度為丄『2,寬度為ZW,;光柵3的一維光柵標(biāo)記中每個透光單元的長 度為丄R，寬度為i^V,光柵4的一維光柵標(biāo)記中每個透光單元的長度為丄,4， 寬度為",4，則滿足S - AQ * * = iV2 *丄『2 * ￡)『2 = 7V3 * Uf3 * Z)『3 = AT4* ￡『4 * ￡>『4其中，Wl、 JV2、 A3和iV4分別為光柵l、光柵2、光柵3和光柵4中透光單 元的個數(shù)，S為每一個光柵結(jié)構(gòu)的透光面積。此外，該透光面積1S>與二維光柵的結(jié)構(gòu)以及預(yù)對準(zhǔn)精度之間還滿足 廁*CD丄0-M)2="*S其中，M)為二維光柵中黑色透光單元的個數(shù)，/MS為預(yù)對準(zhǔn)精度(D丄。-iMS 實(shí)際上表征的是透射式對準(zhǔn)標(biāo)記中的對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵中的透光單元的透光部 分所成像的邊長，容后說明)，a為每個光柵結(jié)構(gòu)的透光面積S與二維光柵的透 光面積之間的比例系數(shù)。鑒于上述參考標(biāo)記的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)刻在所述掩模3上的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記包括 用于與所述參考標(biāo)記的二維光柵進(jìn)行粗對準(zhǔn)且具有二維結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)標(biāo)記二維光 柵，以及圍繞所述對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵配置、用于與參考標(biāo)記的多個光柵結(jié)構(gòu)進(jìn) 行精確對準(zhǔn)的多個對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)，且每個對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)由多個非周期 一維光柵標(biāo)記平行排列而成。在本實(shí)施例中，提供了六種不同的結(jié)構(gòu)，如圖4a 圖"所示，使用者可根據(jù)實(shí)際情況予以選用。其中，圖4a所示的透射式對準(zhǔn)標(biāo) 記由處于中間的呈矩形的對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵和對稱分布在所述對準(zhǔn)標(biāo)記二維光 柵兩側(cè)的兩個對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)(即光柵2'和光柵4，)組成，圖4b所示的透射 式對準(zhǔn)標(biāo)記的兩個光柵結(jié)構(gòu)(即光柵3'和光柵4，)分別處于對準(zhǔn)標(biāo)記二維光才冊 的上方和右側(cè)，圖4c所示的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的兩個光柵結(jié)構(gòu)(即光柵l，和光柵 4，)分別處于對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵的下方和右側(cè)，圖4d所示的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的 兩個光柵結(jié)構(gòu)(即光柵l'和光柵2，)分別處于對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵的下方和左側(cè)，ii圖4e所示的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的兩個光柵結(jié)構(gòu)(即光柵2'和光柵3，)分別處于對 準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵的左側(cè)和上方，圖4f所示的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的兩個光柵結(jié)構(gòu)(即 光柵l，和光柵3，)分別處于對準(zhǔn)標(biāo)記二雉光柵的下方和上方。在上述六種結(jié)構(gòu) 中，對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵均為非周期光柵，呈矩形，并且為歸一化標(biāo)記，具體請 參見圖5，該二維光柵由透光的黑色正方形小塊和不透光的白色正方形小塊組 成，其中，透光的黑色正方形小塊呈中心對稱分布，其分布位置與參考標(biāo)記二 維光柵中黑色正方形小塊的分布位置相同。設(shè)對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵中黑色正方形 小塊的邊長為丄Z。，不透光的白色正方形小塊的邊長為A，則有丄X^JVxDA, W。 =Wx(Z& -WS),其中TV為所述投影成像物鏡的縮放倍數(shù)，WS為預(yù)對準(zhǔn)精 度。在上述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記中，各對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)由不少于一個非周期等長 的一維光柵排列而成。該一維光柵也包括黑色透光部分和白色不透光部分，透 光部分呈軸對稱分布，且同一光柵結(jié)構(gòu)中的各個黑色透光單元的長度與寬度相 同。本實(shí)施例所提供的六種標(biāo)記中的各光柵結(jié)構(gòu)都可由三個非周期等長的一維 光柵列組成，且以居中的一維光柵列呈對稱分布，同時也都包括黑色透光部分 和白色不透光部分，于本實(shí)施例中，透射式對準(zhǔn)標(biāo)記中的兩個光柵結(jié)構(gòu)可采用 與參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)中任意兩個光柵結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，且該兩個對準(zhǔn)標(biāo)記光柵 結(jié)構(gòu)相對于對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵的排列位置，與所述任意兩個參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu) 繞參考標(biāo)記二維光柵的中心旋轉(zhuǎn)180度后，相對于參考標(biāo)記二維光柵的排列位 置相同。例如，采用與光柵2和光柵4具有相同結(jié)構(gòu)的光柵2，和光柵4，作為對 準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)，則光柵2和光柵4繞參考標(biāo)記二維光柵的中心旋轉(zhuǎn)180度后 相對于參考標(biāo)記二維光柵的位置就是光柵2'和光柵4'相對于對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵 的位置。設(shè)光柵l'的一維光柵標(biāo)記中每個透光單元的長度為i^，寬度為Di " 光柵2，的一維光柵標(biāo)記中每個透光單元的長度為i^,寬度為Di^，光柵3，的一 維光柵標(biāo)記中每個透光單元的長度為iJ^，寬度為￡>及3,光柵4，的一維光柵標(biāo)記 中每個透光單元的長度為丄及4,寬度為￡>及4，則對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)與參考標(biāo)記光 柵結(jié)構(gòu)中透光單元的尺寸關(guān)系滿足<formula>formula see original document page 12</formula>其中iV 為所述投影成像物鏡的縮放倍數(shù)，il4S為預(yù)對準(zhǔn)精度，i=l~4。上述參考標(biāo)記二維光柵和對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵一起組成整個對準(zhǔn)標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)，參考標(biāo)記光^l結(jié)構(gòu)和對準(zhǔn)標(biāo)記光^^結(jié)構(gòu)一起組成整個對準(zhǔn)標(biāo)記的第 二部分結(jié)構(gòu)，其中，第一部分結(jié)構(gòu)用于粗對準(zhǔn)，第二部分結(jié)構(gòu)用于精對準(zhǔn)。
第二實(shí)施例
本實(shí)施例與第一實(shí)施例的主要區(qū)別在于，參考標(biāo)記的第二部分結(jié)構(gòu)的各光
柵結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，即各自具有不同的編碼矩陣。具體請參閱圖6，該參考標(biāo) 記包括參考標(biāo)記二維光柵及多個參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)(本實(shí)施例中為四個)，二維 光柵的結(jié)構(gòu)可參閱圖3,而四個光柵結(jié)構(gòu)(光柵1 光4冊4)按"十"字型排布在 二維光柵的四周，其中，光柵3和光柵4用于水平方向(X方向)對準(zhǔn)，光柵l 和光柵2用于垂直方向(Y方向)對準(zhǔn)。光柵1 、光柵2、光柵3和光柵4使用 的是不同的編碼矩陣，它們分別由三組非周期一維光柵標(biāo)記排列組成。這四個 光柵結(jié)構(gòu)中白色的部分不透光，黑色部分透光，透光單元的分布是軸對稱的。 該參考標(biāo)記可同時提供相互垂直的兩個方向(水平和垂直)的對準(zhǔn)。
該參考標(biāo)記二維光柵具有兩種掃描方式 一維掃描方式(單獨(dú)進(jìn)行一個X 或Y向的掃描， 一次掃描只確定X或Y向的對準(zhǔn)位置)和二維掃描方式(一次 掃描同時確定X和Y向的對準(zhǔn)位置)。圖8即是在二維掃描方式下所得到的輸 出特性。
請參閱圖7a 圖7f，為與上述參考標(biāo)記相對應(yīng)的，刻在所述掩模3上的透射 式對準(zhǔn)標(biāo)記可以選用的結(jié)構(gòu)，與第一實(shí)施例相類似，該透射式對準(zhǔn)標(biāo)記由對準(zhǔn) 標(biāo)記二維光4冊和多個對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)構(gòu)成(本實(shí)施例中為兩個)，其中，二維 光柵的結(jié)構(gòu)可參閱圖5，而兩個光柵結(jié)構(gòu)的選擇與排列方式也滿足透射式對準(zhǔn) 標(biāo)記中的兩個光柵結(jié)構(gòu)可采用與多個參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)中任意兩個光柵結(jié)構(gòu)相 同的結(jié)構(gòu)，且該兩個對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)相對于對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵的排列位置， 與所述任意兩個參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)繞參考標(biāo)記二維光柵的中心旋轉(zhuǎn)180度后， 相對于參考標(biāo)記二維光柵的排列位置相同。例如，采用與光柵2和光柵4具有 相同結(jié)構(gòu)的光柵2，和光柵4'作為光柵單元，則光柵2和光柵4繞參考標(biāo)記二維 光柵的中心旋轉(zhuǎn)180度后相對于參考標(biāo)記二維光柵的位置就是光柵2'和光柵4， 相對于對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵的位置(見圖7a);采用與光柵3和光柵4具有相同結(jié) 構(gòu)的光柵3，和光柵4，作為光柵單元，則光柵3和光柵4繞參考標(biāo)記二維光柵的
13中心旋轉(zhuǎn)180度后相對于參考標(biāo)記二維光柵的位置就是光柵3，和光柵4'相對于 對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵的位置(見圖7b),以此類推。
此外，參考標(biāo)記與透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的比例尺寸關(guān)系也與第 一實(shí)施例相應(yīng)， 即對準(zhǔn)標(biāo)記二維光4冊中黑色正方形透光小塊的邊長i^。及白色不透光正方形小 塊的邊長Z^，與參考標(biāo)記二維光柵中黑色正方形透光小塊的邊長D『。及白色不 透光正方形小塊的邊長之間的比例關(guān)系式滿足Di 。 = W x -/MS)， Di ,iVxiWi，其中iv為所述投影成像物鏡的縮放倍數(shù)，ius為預(yù)對準(zhǔn)精度；對
準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)中各透光單元的長度￡《和寬度D及,與相對應(yīng)的參考標(biāo)記光柵結(jié)
構(gòu)中各透光單元的長度￡W和寬度滿足丄《=ivx (丄w + i^s), =wx ,
其中W為所述投影成像物鏡的縮放倍數(shù)，.A4S為預(yù)對準(zhǔn)精度，/=1~4。
采用本發(fā)明的對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行對準(zhǔn)前，先選定所使用的掩模3上的透射式對 準(zhǔn)標(biāo)記，例如，選擇如圖4b所示的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記，然后固定掩模臺4，再開 啟曝光光源l，由照明系統(tǒng)2照明所述掩模3上的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記，再由投影物 鏡5使透射式對準(zhǔn)標(biāo)記成像于放置在工件臺7上的硅片平面上，接著使工件臺7 運(yùn)動，并采用光強(qiáng)探測器6上的參考標(biāo)記掃描透射式對準(zhǔn)標(biāo)記所成的像。在掃 描過程中，先使用參考標(biāo)記二維光柵掃描相應(yīng)的掩才莫3的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記中的 對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵所成的像，并由光強(qiáng)探測器6采樣透射下的最大光強(qiáng)，并結(jié) 合掩;f莫臺4和工件臺7的位置信息，即可得到一個粗對準(zhǔn)位置以實(shí)現(xiàn)粗對準(zhǔn)。 在粗對準(zhǔn)過程中，由于參考標(biāo)記二維光柵和對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵都為二維，故不 僅可以每次僅確定一個方向(X向或Y向)的對準(zhǔn)位置，也可以同時進(jìn)行二維 的掃描(即X向和Y向的掃描)，如此即可由一次完整的掃描來確定X和Y向 的對準(zhǔn)位置。在完成粗對準(zhǔn)后，再使用光強(qiáng)探測器上的參考標(biāo)記中的至少一個 參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)(即捕獲光柵單元)對掩模3上的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記中的對準(zhǔn) 標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)所成的像進(jìn)行掃描，同樣采集相應(yīng)的最大光強(qiáng)，結(jié)合掩模臺4和 工件臺7的位置信息，最終得到精確的對準(zhǔn)位置，即光強(qiáng)探測器探測得到最大 光強(qiáng)時摘「才莫臺4和工件臺7的位置。
圖8至圖10為采用本發(fā)明的對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行掃描而得到的輸出特性圖。其中， 圖8為采用參考標(biāo)記二維光柵在二維掃描的方式下掃描對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵所成 的像而得到的輸出特性圖。圖中橫坐標(biāo)表示X和Y向的位置信號，縱坐標(biāo)表示光強(qiáng)信號。光強(qiáng)最大處所對應(yīng)的X和Y的位置即為所求的對準(zhǔn)位置。圖9為采 用參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)一維掃描對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)所成的像而得到的輸出特性 圖。圖中橫坐標(biāo)表示X或Y向的位置信號，縱坐標(biāo)表示光強(qiáng)信號。光強(qiáng)最大處 所對應(yīng)的X或Y向的位置即為所求的對準(zhǔn)位置。圖IO為釆用參考標(biāo)記光柵結(jié) 構(gòu)二維掃描對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)所成的像而得到的輸出特性圖。圖中橫坐標(biāo)表示Y 和Z向的位置信號，縱坐標(biāo)表示光強(qiáng)信號。光強(qiáng)最大處所對應(yīng)的Y和Z向的位 置即為所求的對準(zhǔn)位置。
綜上所述，本發(fā)明通過采用特殊的編碼，極大消除了對準(zhǔn)過程中可能存在的 光學(xué)千涉和衍射對對準(zhǔn)精度的影響，并控制了對準(zhǔn)標(biāo)記的尺寸。該對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié) 構(gòu)重復(fù)定位性好，得到對準(zhǔn)信號對比度高，可實(shí)現(xiàn)更高精度的對準(zhǔn)，同時具備 了一維對準(zhǔn)標(biāo)記的高精度和編碼型標(biāo)記的信號高對比度的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的標(biāo)記 結(jié)構(gòu)不僅僅可以應(yīng)用于光刻領(lǐng)域，還可以用在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件、微 光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)器件、液晶顯示板LCD等精密器件的制造過程中，實(shí) 現(xiàn)高精度的套刻和對準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)標(biāo)記，所述標(biāo)記包括用于粗對準(zhǔn)的第一部分結(jié)構(gòu)和用于精對準(zhǔn)的第二部分結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一和第二部分結(jié)構(gòu)均由透光單元和不透光單元組成；所述第二部分結(jié)構(gòu)包含多個光柵結(jié)構(gòu)，所述每個光柵結(jié)構(gòu)由多個非周期一維光柵標(biāo)記排列而成，所述一維光柵標(biāo)記中的透光單元呈軸對稱分布。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的對準(zhǔn)標(biāo)記，其特征在于，所述第一部分結(jié)構(gòu)的透光 單元呈中心對稱分布。
3、 一種如權(quán)利要求1所述的對準(zhǔn)標(biāo)記，其特征在于，所述第一部分結(jié)構(gòu)為歸一 化標(biāo)記。
4、 一種如權(quán)利要求1所述的對準(zhǔn)標(biāo)記，其特征在于，所述第一部分結(jié)構(gòu)為矩形。
5、 一種如權(quán)利要求1所述的對準(zhǔn)標(biāo)記，其特征在于，所述第二部分結(jié)構(gòu)用于實(shí) 現(xiàn)兩個方向?qū)?zhǔn)。
6、 一種如權(quán)利要求1所述的對準(zhǔn)標(biāo)記，其特征在于，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任意 一個光柵結(jié)構(gòu)中的各個透光單元的長度與寬度相等，且所述第二部分結(jié)構(gòu)的多 個光柵結(jié)構(gòu)中的透光單元的面積相等，即滿足S-M'*/:^*!^,其中<S為任意一個光柵結(jié)構(gòu)的透光面積，￡^、 rw,和M分別是某一光^)^結(jié)構(gòu)中透光單元的長度、寬度和透光單元的個數(shù)，f為任意自然數(shù)。
7、 一種如權(quán)利要求6所述的對準(zhǔn)標(biāo)記，其特征在于，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任意 一個光柵結(jié)構(gòu)的透光面積S與第一部分結(jié)構(gòu)的透光面積呈比例關(guān)系，滿足〃>式 M^(DI。-ZMS)2-WS,其中，M)和DV分別為第一部分結(jié)構(gòu)中透光單元的個數(shù) 及各個透光單元的邊長，尸^S為預(yù)對準(zhǔn)精度，a為光柵結(jié)構(gòu)的透光面積S與第一 部分結(jié)構(gòu)的透光面積之間的比例系數(shù)。
8、 一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)第一物件相對于第二物件的位置關(guān) 系，包括光源系統(tǒng)，物鏡系統(tǒng)，探測系統(tǒng)，以及位于第一物件的透射式對準(zhǔn) 標(biāo)記和位于第二物件的參考標(biāo)記，其特征在于所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記與參考標(biāo) 記包括用于粗對準(zhǔn)的第一部分結(jié)構(gòu)和用于精對準(zhǔn)的第二部分結(jié)構(gòu)，所述第一和 第二部分結(jié)構(gòu)均由透光單元和不透光單元組成；所述第二部分結(jié)構(gòu)包含多個光 柵結(jié)構(gòu)，所述每個光柵結(jié)構(gòu)由多個非周期一維光柵標(biāo)記排列而成，所述一維光柵標(biāo)記中的透光單元呈軸對稱分布。
9、 一種如權(quán)利要求8所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記與參 考標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)的透光部分呈中心對稱分布。
10、 一種如權(quán)利要求8所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記與參考標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)為歸一化標(biāo)記。
11、 一種如權(quán)利要求8所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記與 參考標(biāo)記的第二部分結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)兩個方向?qū)?zhǔn)。
12、 一種如權(quán)利要求8所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任 意一個光柵結(jié)構(gòu)中的各個透光單元的長度與寬度相等，且所述參考標(biāo)記的第二 部分結(jié)構(gòu)的多個光對冊結(jié)構(gòu)的透光面積相等，即滿足S = iW*i:w*IWi.，其中5" 為任意一個光柵結(jié)構(gòu)的透光面積，iJF,.、 i)『,.和M分別是某一光柵結(jié)構(gòu)中透光單 元的長度、寬度和透光單元的個數(shù)，Z為任意自然數(shù)。
13、 一種如權(quán)利要求12所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任 意一個光^^結(jié)構(gòu)的透光面積S與第一部分結(jié)構(gòu)的透光面積呈比例關(guān)系，滿足7〉 式M)*CD￡。-i^S)2=a*S，其中，M)和￡>￡。分別為第一部分結(jié)構(gòu)中透光單元的 個數(shù)及各個透光單元的邊長，E4S為預(yù)對準(zhǔn)精度，fl為光柵結(jié)構(gòu)的透光面積S與 第 一部分結(jié)構(gòu)的透光面積之間的比例系數(shù)。
14、 一種如權(quán)利要求8所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述參考標(biāo)記的第一部 分結(jié)構(gòu)中的透光單元是邊長為Z)Z:。的正方形小塊，所迷透光單元呈中心對稱分 布，所述參考標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)中的不透光單元是邊長為ZU,的方形小塊；所 述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的第一部分結(jié)構(gòu)的透光單元是邊長為U。的正方形小塊，所述 透光單元呈中心對稱分布，所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的第 一部分結(jié)構(gòu)的不透光單元 是邊長為丄A的方形小塊，其中，丄A二Wxi^, -JVx(DZo-尸^s), w為所述投影成像物鏡的縮》文倍數(shù)，/MS為預(yù)對準(zhǔn)精度。
15、 一種如權(quán)利要求8所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二部分結(jié)構(gòu)的任意一個光柵結(jié)構(gòu)中的各個透光單元的長度與寬度相等，且所述參考標(biāo)記與透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的第二部分結(jié)構(gòu)的光柵結(jié)構(gòu)的透光單元尺寸滿足下列條件丄及i = iVx (丄^ + il4S) ， ￡ 《=iV x DR ，其中Z^和分別是參考標(biāo)記的光柵結(jié)構(gòu)中單個透光單元的長度和寬度，i^和i^分別是透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的光柵結(jié)構(gòu)中單個透光單元的長度和寬度，AT為投影物鏡的縮放倍數(shù)，/MS為預(yù)對準(zhǔn)精度，,為 第二部分結(jié)構(gòu)中光柵結(jié)構(gòu)的數(shù)量。
16、 一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)方法，用以實(shí)現(xiàn)第一物件相對于第二物件的位置 關(guān)系，采用了如權(quán)利要求8 15中任一項(xiàng)所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)，包括下列步驟在第一物件上設(shè)置所述的透射式對準(zhǔn)標(biāo)記，在第二物件上設(shè)置所述的參考 標(biāo)記；利用對準(zhǔn)標(biāo)記完成4且對準(zhǔn)； 在粗對準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用參考標(biāo)記完成精對準(zhǔn)。
17、 如權(quán)利要求16所述的對準(zhǔn)方法，其特征在于，所述粗對準(zhǔn)步驟包括固定第一物件；移動第二物件，利用所述參考標(biāo)記掃描對準(zhǔn)標(biāo)記中第一部分結(jié)構(gòu)所成的像 并探測相應(yīng)光強(qiáng)；根據(jù)成像的光強(qiáng)，結(jié)合第一物件與第二物件的位置信息，獲取在最大光強(qiáng) 值時第一物件與第二物件的相對位置。.
18、 如權(quán)利要求16所述的對準(zhǔn)方法，其特征在于，所述精對準(zhǔn)步驟包括固定第一物件；移動第二物件，利用所述參考標(biāo)記掃描對準(zhǔn)標(biāo)記中第二部分結(jié)構(gòu)中至少一 個光對冊結(jié)構(gòu)所成的像并探測相應(yīng)光強(qiáng)；根據(jù)成像的光強(qiáng)，結(jié)合第一物件與第二物件的位置信息，獲取在最大光強(qiáng)值時 第 一物件與第二物件的相對位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光刻裝置的對準(zhǔn)系統(tǒng)，包括刻有透射式對準(zhǔn)標(biāo)記的掩模或掩模臺，及配置有參考標(biāo)記的光強(qiáng)探測器等。其中，所述參考標(biāo)記包括處于中心且具有二維結(jié)構(gòu)的參考標(biāo)記二維光柵，及多個圍繞參考標(biāo)記二維光柵配置、能用于兩個方向?qū)?zhǔn)的參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)；所述透射式對準(zhǔn)標(biāo)記包括用于與所述參考標(biāo)記二維光柵進(jìn)行粗對準(zhǔn)且具有二維結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵，及多個圍繞對準(zhǔn)標(biāo)記二維光柵配置、用于與所述多個參考標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確對準(zhǔn)的對準(zhǔn)標(biāo)記光柵結(jié)構(gòu)，由此經(jīng)過粗對準(zhǔn)及精確對準(zhǔn)，可有效提高對準(zhǔn)精度，同時，由于各光柵分別都由透光部分和不透光部分組成，由此可提高對準(zhǔn)信號的對比度。
文檔編號G03F7/20GK101581889SQ20091004541
公開日2009年11月18日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者宋海軍, 王海江, 胡明輝 申請人:上海微電子裝備有限公司;上海微高精密機(jī)械工程有限公司