阅读说明：本技术 掩膜对准标记组合、掩膜对准系统、光刻装置及其方法 (Mask alignment mark combination, mask alignment system, photoetching device and method thereof ) 是由 陈小娟 忻斌杰 李术新 于 2019-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种掩膜对准标记组合、掩膜对准系统、光刻装置及其方法,通过在掩膜板及工件台基准板上分别设置包括多组光栅的第一对准标记分支和第二对准标记分支,使得在对准扫描过程中,辐射探测器可以测得多个空间像的辐射信息,进而结合第一位置探测器和第二位置探测器探测到的掩膜板及所述工件台基准板的位置信息获得多个粗掩模对准位置,根据多个粗掩模对准位置计算得到精掩模对准位置,从而提高了掩模对准测量精度。(The invention provides a mask alignment mark combination, a mask alignment system, a photoetching device and a method thereof, wherein a first alignment mark branch and a second alignment mark branch which comprise a plurality of groups of gratings are respectively arranged on a mask plate and a workpiece table reference plate, so that a radiation detector can measure the radiation information of a plurality of space images in the alignment scanning process, and then a plurality of coarse mask alignment positions are obtained by combining the position information of the mask plate and the workpiece table reference plate detected by a first position detector and a second position detector, and a fine mask alignment position is obtained by calculating according to the plurality of coarse mask alignment positions, thereby improving the mask alignment measurement precision.)

掩膜对准标记组合、掩膜对准系统、光刻装置及其方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种掩膜对准标记组合、掩膜对准系统、光刻装置及其方法。

背景技术

在光刻装置中，通过使用对准系统中对准标记组合进行对准扫描以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，该光刻装置的对准系统包括：照明组件、照射窗口及其控制板、掩模板及其掩模对准标记分支、掩模台、掩模台位置探测器、投影组件、工件台基准板及其基准板对准标记分支、工件台位置探测器和辐射探测器；其中掩模图形包括曝光掩模图形和对准掩模图形，照射窗口及其控制板用于形成窗口以将照明光线透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组件投射形成空间像，用基准板对准标记分支下方的辐射探测器探测该空间像，辐射探测器用于检测空间像经过基准板对准标记分支透射后的辐射能量；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模台和工件台的空间位置，最后结合辐射探测器收集的空间像的辐射能量按照一定的模型计算得到对准位置，该对准位置即掩模板与工件台之间的位置关系。但是现有的掩模对准过程中，掩模对准位置测量存在一定误差，精度还有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掩膜对准标记组合、掩膜对准系统、光刻装置及其方法，以提高掩模对准位置的测量精度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种掩膜对准标记组合，用于光刻装置的掩膜对准系统以进行掩膜对准，包括第一对准标记分支及第二对准标记分支，所述第一对准标记分支分布于掩膜板上，所述第二对准标记分布于工件台基准板上，所述第一对准标记分支及所述第二对准标记分支均包括多组光栅，以使所述第一对准标记分支经过投影组件后形成多个与所述第二对准标记对应的空间像。

可选的，所述第一对准标记分支的每组光栅之间的间隔均为第一宽度尺寸d₁₁，所述第二对准标记分支的相邻光栅之间的间隔依次为第二宽度尺寸d₂₁…第n+1宽度尺寸d_2n，且满足如下关系：

d₁₁＝d；

d₂₁>md+1*Δd；

d_2n>md+n*Δd；

其中，d为常数，m为所述投影组件的投影倍率，n为所述第二对准标记分支的相邻光栅之间的间隔的序号，n的取值为1～N-1，N为所述第二对准标记分支中光栅的组数，且N为大于或等于2的整数，Δd为所述空间像沿扫描方向的长度尺寸。

可选的，所述第一对准标记分支及所述第二对准标记分支均具有若干组，每一组中所述第一对准标记分支与所述第二对准标记分支的位置相对应，位置相对应的第一对准标记分支和所述第二对准标记分支中光栅的延伸方向相同。

可选的，所述第一对准标记分支的每组光栅及所述第二对准标记分支的每组光栅均包括多个细小栅，所述第一对准标记分支中细小栅之间间隔的宽度尺寸与所述第二对准标记分支中细小栅之间间隔的宽度尺寸相对应。

可选的，所述第一对准标记分支及所述第二对准标记分支中光栅的组数相等，所述第一对准标记分支及所述第二对准标记分支中每组光栅包括的细小栅的数量相等。

本发明还提供了一种掩膜对准系统，包括照明组件、掩膜组件、投影组件及支撑组件，所述掩膜组件包括掩膜台、掩膜板及第一位置探测器，所述掩膜板及所述第一位置探测器设置于所述掩膜台上，所述支撑组件包括工件台、工件台基准板、第二位置探测器和辐射探测器，所述工件台基准板、第二位置探测器及辐射探测器均设置于所述工件台上，所述掩膜板及所述工件台基准板上分别设置有第一对准标记分支和第二对准标记分支，所述第一对准标记分支及所述第二对准标记分支均包括多组光栅；

其中，所述照明组件发出的光线照射至所述掩膜板上的所述第一对准标记分支上，并被所述投影组件投影至所述工件台基准板上以形成多个空间像，所述辐射探测器探测多个所述空间像透过所述第二对准标记分支后的辐射信息，所述第一位置探测器及所述第二位置探测器分别探测对准扫描过程中所述掩膜台及所述工件台的空间位置信息。

可选的，所述掩膜对准系统还包括计算组件，所述计算组件根据每个所述空间像对应的辐射信息和所述掩膜台及所述工件台的空间位置信息得到多个粗掩膜对准位置，并根据多个所述粗掩膜对准位置得到精掩膜对准位置。

可选的，所述辐射信息包括辐射振幅信息、辐射能量信息、辐射相位信息中的一种；或者，所述辐射信息为辐射振幅信息或辐射能量信息中的一种与辐射相位信息的组合。

可选的，所述掩膜对准系统还包括位于所述照明组件及所述掩膜组件之间的控制板，所述控制板上设置有照射窗口，所述照明组件发出的光线通过所述照射窗口透射至所述掩膜台的第一对准标记分支上。

本发明还提供了一种光刻装置，包括所述的掩膜对准系统。

本发明还提供了一种利用所述的掩膜对准系统进行掩膜对准的方法，其特征在于，包括：

照明组件发出的光线照射至掩膜板上的第一对准标记分支上，并被投影组件投影至工件台基准板上以形成多个空间像；

利用所述工件台基准板上的第二对准标记分支对多个所述空间像进行对准扫描，辐射探测器探测多个所述空间像透过所述第二对准标记分支后的辐射信息，第一位置探测器及第二位置探测器分别探测对准扫描过程中所述掩膜台及所述工件台的空间位置信息；

利用每个所述空间像对应的辐射信息和所述掩膜台及所述工件台的空间位置信息得到多个粗掩膜对准位置；

利用多个所述粗对准位置得到精掩膜对准位置。

可选的，所述第一对准标记分支中多组光栅的延伸方向与所述第二对准标记分支中多组光栅的延伸方向相同，利用所述工件台基准板上的第二对准标记分支对多个所述空间像沿光栅的延伸的方向进行对准扫描。

在本发明提供的掩膜对准标记组合、掩膜对准系统、光刻装置及其方法中，通过在掩膜板及工件台基准板上分别设置包括多组光栅的第一对准标记分支和第二对准标记分支，使得在对准扫描过程中，辐射探测器可以测得多个空间像的辐射信息，进而结合第一位置探测器和第二位置探测器探测到的掩膜台及所述工件台的位置信息获得多个粗掩模对准位置，根据多个粗掩模对准位置计算得到精掩模对准位置，从而提高了掩模对准测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的掩膜对准系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的第一对准标记分支及其空间像的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的第二对准标记分支的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的辐射探测器探测到的光强与位置的关系图；

图5为本发明实施例一提供的掩膜对准方法的流程图；

图6为本发明实施例二提供的第一对准标记分支及其空间像的结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的第二对准标记分支的结构示意图；

图8为本发明实施例二提供的辐射探测器探测到的光强与位置的关系图；

其中，附图标记为：

1-照明组件；21-照射窗口；22-控制板；3-掩膜组件；31-掩膜台；32-掩膜板；321-第一对准标记分支；33-第一位置探测器；4-投影组件；5-支撑组件；51-工件台；52-工件台基准板；521-第二对准标记分支；53-辐射探测器；54-第二位置探测器；

321a、321b-第一对准标记分支的两组光栅；

521a、521b-第二对准标记分支的两组光栅；

322a、322b-第一对准标记分支的两组光栅形成的空间像。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1是本实施例提供的掩膜对准系统的结构示意图，如图1所示，所述掩膜对准系统从上自下依次为照明组件1、控制板22、掩膜组件3、投影组件4及支撑组件5，所述照明组件1作为光源，用于向整个所述掩膜对准系统提供辐射光线(通常可以是紫外光线)，所述控制板22上具有一个照射窗口21，所述控制板22移动时，所述照射窗口21的位置随之改变，所述照射窗口21及所述控制板22可以用于形成窗口将照明组件1提供的光线透射至所述掩膜组件3的设定位置处。所述掩膜组件3包括掩膜台31、掩膜板32及第一位置探测器33，所述掩膜板32及所述第一位置探测器33均设置于所述掩膜台31上，所述掩膜板32上设置有第一对准标记分支321，所述第一位置探测器33用于探测所述掩膜台31的空间位置信息。所述投影组件4可以包括一投影物镜，所述投影物镜的投影倍率为m。所述支撑组件5包括工件台51、工件台基准板52、第二位置探测器54及辐射探测器53，所述工件台基准板52、第二位置探测器54及辐射探测器53均设置于所述工件台51上，所述工件台基准板52上设置有第二对准标记分支521，所述辐射探测器53位于所述第二对准标记分支521下方的工件台51内，用于探测光辐射信息，所述第二位置探测器54用于探测所述工件台51的空间位置信息。

进一步，所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521均包括多组光栅；所述照射窗口21及控制板3将光线透射到所述第一对准标记分支321上，以形成透射像，所述投影组件4将该透射像投影至所述工件台基准板52的表面以形成多个空间像，所述辐射探测器53通过探测多个所述空间像透过所述第二对准标记分支521后的辐射信息从而探测到所述空间像，所述第一位置探测器33及所述第二位置探测器54分别探测对准扫描过程中所述掩膜台31及所述工件台57的空间位置信息。所述掩膜对准系统还包括一计算组件(未示出)，所述计算组件根据辐射探测器53探测到的辐射信息与第一位置探测器33及所述第二位置探测器54分别探测空间位置信息可以计算出多个粗掩膜对准位置，然后根据多个粗掩膜对准位置可以得到精度更高的精掩膜对准位置，可以理解的是，这里的掩膜对准位置指的是掩膜板32上的第一对准标记分支321与工件台基准板52上的第二对准标记分支521之间的位置关系。

可以理解的，所述辐射探测器53探测到的辐射信息可以是辐射振幅信息、辐射能量信息、辐射相位信息中的任一种；当然，所述辐射信息也可以是辐射振幅信息或辐射能量信息中的一种与辐射相位信息的组合。

实施例一

本实施例以所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521均包括两组光栅进行举例说明。如图2所示，所述第一对准标记分支321包括两组光栅321a、321b，两组光栅321a、321b之间间隔第一宽度尺寸d₁₁，令d₁₁＝d，其中，d为一个常数，所述投影组件4将所述第一对准标记分支321的透射像投影至所述工件台基准板52的表面以形成两个互不重叠的空间像322a、322b，其中，空间像322a是光栅321a产生的空间像，空间像322b是光栅321b产生的空间像，由于投影组件4的投影倍率为m，空间像322a、322b是两组光栅321a、321b的等比例缩小，所以空间像322a、322b之间间隔的宽度尺寸为md。如图3所示，所述第二对准标记分支521包括两组光栅521a、521b，且两组光栅521a、521b之间间隔第二宽度尺寸d₂₁>md+1*Δd，其中，Δd为空间像322a或322b的尺寸，即空间像322a或322b沿扫描方向的长度尺寸。在对准扫描的过程中，工件台51沿着光栅的延伸方向移动，所述辐射探测器53探测到的光强与位置的分布图如图4所示，在对准扫描过程中，当空间像322b与光栅521a对准时，辐射探测器53首先探测到所述空间像322b并出现光强的第一个峰值，随着工件台51的移动，所述空间像322a与光栅521b对准时，辐射探测器53再探测到所述空间像322a并出现光强的第二个峰值。通过辐射探测器53探测到的辐射信息和所述第一位置探测器33和第二位置探测器54探测到的掩膜台31及所述工件台51的位置信息可以获得多个粗掩模对准位置，即空间像321a、321b均可以对应一个粗掩模对准位置，然后根据两个粗掩模对准位置计算得出一个精度更高的精掩模对准位置。

可以理解的是，在工件台51移动时，为了防止辐射探测器53探测到的空间像322a、322b产生重叠串扰(在空间像322b与光栅521a对准时，空间像322a与光栅521b也对准)，所以d₂₁>md+1*Δd。

进一步，图2和图3示出了本实施例中掩膜对准系统具有一组所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521的情况，且本实施例中掩膜对准系统中的一组所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521的位置对应以用于实现x方向的对准。在本发明其他实施例中掩膜对准系统可具有多组位置对应的所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521，例如是两组，一组用于x方向的对准，另一组用于y方向的对准。当所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521为多组时，每一组中的所述第一对准标记分支321与所述第二对准标记分支521的位置对应，相对应的每一组中的第一对准标记分支321和第二对准标记分支521中光栅的延伸方向相同。

如图2和图3所示，所述第一对准标记分支321的每组光栅及所述第二对准标记分支521的每组光栅均包括3个细小栅，所述第一对准标记分支321中细小栅之间间隔的宽度尺寸与所述第二对准标记分支521中细小栅之间间隔的宽度尺寸相对应，即所述第一对准标记分支321形成的空间像中各细小栅之间间隔的宽度尺寸需要与所述第二对准标记分支521中各细小栅之间间隔的宽度尺寸相等，以便于对准。本实施例中，所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521中光栅的组数是相等的，且所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521中每组光栅包括的细小栅的数量也相等，但应理解，所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521中光栅的组数及每组光栅包括的细小栅的数量实际上也是可以不相等的。

进一步，本实施例还提供了一种光刻装置，包括所述掩膜对准系统。

基于此，如图5所示，本实施例还提供了一种利用所述的掩膜对准系统进行掩膜对准的方法，包括：

S1：照明组件发出的光线照射至掩膜板上的第一对准标记分支上，并被投影组件投影至工件台基准板上以形成多个空间像；

S2：利用所述工件台基准板上的第二对准标记分支对多个所述空间像进行对准扫描，辐射探测器探测多个所述空间像透过所述第二对准标记分支后的辐射信息，第一位置探测器及第二位置探测器分别探测对准扫描过程中所述掩膜台及所述工件台的空间位置信息；

S3：利用每个所述空间像对应的辐射信息和所述掩膜台及所述工件台的空间位置信息得到多个粗掩膜对准位置；

S4：利用多个所述粗对准位置得到精掩膜对准位置。

具体的，结合图1，首先照明组件1发出光线，所述照射窗口21及所述控制板22形成的窗口将照明组件1提供的光线透射至所述掩膜板32的第一对准标记分支321上形成透射像，所述投影组件4将所述透射像投影至所述工件台基准板52的表面，由于所述第一对准标记分支321具有多组光栅，此时可以形成多个空间像。

然后利用所述工件台基准板52上的第二对准标记分支521对多个所述空间像进行对准扫描，即利用所述工件台基准板52上的第二对准标记分支521对多个所述空间像沿光栅的延伸的方向移动所述工件台51。在对准扫描的过程中，辐射探测器53探测多个所述空间像透过所述第二对准标记分支521后的辐射信息，所述第一位置探测器33及第二位置探测器54分别探测所述掩膜台31及所述工件台51的空间位置信息。

然后，计算组件根据辐射探测器53探测到的辐射信息及第一位置探测器33及第二位置探测器54分别探测到的位置信息可以得到对应多个空间像的多个粗掩膜对准位置，即每探测到一个所述空间像就可以计算出一个粗掩膜对准位置，然后根据多个粗掩膜对准位置计算得到精对准位置，从而提高的掩膜对准测量的精度。

实施例二

如图6-图8所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述第一对准标记分支321及所述第二对准标记分支521中均包括两组以上的光栅，例如是N组(N大于或等于3)。如图6所示，所述第一对准标记分支321中每组光栅之间的间隔的第一宽度尺寸均为d₁₁＝d，其被投影组件投影以后形成N个空间像322，每个所述空间像之间的间隔尺寸为md。图7中，所述第二对准标记分支521也包括N组光栅，每组光栅之间的间隔依次为第二宽度尺寸d₂₁、第三宽度尺寸d₂₂…第n+1宽度尺寸d_2n，且满足如下关系：d₂₁>md+1*Δd、d₂₂>md+2*Δd…第n+1宽度尺寸d_2n>md+n*Δd，由于本实施例中每个空间像的尺寸都相等，所以Δd为任一所述空间像沿扫描方向的长度尺寸，以防止辐射探测器在探测多个空间像时产生信号串扰。

在对准扫描的过程中，工件台51沿着光栅的延伸方向移动，所述辐射探测器53探测到的光强与位置的分布图如图8所示(图8仅示出了探测出的三个空间像)，在对准扫描过程中，当第一个空间像与第二对准标记分支521的第一组光栅对准时，辐射探测器53首先探测到第一个空间像并出现光强的第一个峰值，随着工件台51的移动，第二个空间像与第二组光栅对准时，辐射探测器53再探测到所述第二个空间像并出现光强的第二个峰值….直至辐射探测器53探测到N个空间像的辐射信息。然后通过辐射探测器53探测到的辐射信息和所述第一位置探测器33和第二位置探测器54探测到的掩膜台31及所述工件台51的位置信息可以获得对应N个空间像的N个粗掩模对准位置，然后根据N个粗掩模对准位置计算得出一个精度更高的精掩模对准位置。

综上，在本发明实施例提供的掩膜对准标记组合、掩膜对准系统、光刻装置及其方法中，通过在掩膜板及工件台基准板上分别设置包括多组光栅的第一对准标记分支和第二对准标记分支，使得在对准扫描过程中，辐射探测器可以测得多个空间像的辐射信息，进而结合第一位置探测器和第二位置探测器探测到的掩膜台及所述工件台的位置信息获得多个粗掩模对准位置，根据多个粗掩模对准位置计算得到精掩模对准位置，从而提高了掩模对准测量精度。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。