CN102736426A - 用于光刻设备的集成传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于光刻设备的集成传感器，包括：透射式标记，用于调制投影在其上的掩模标记的像；紫外探测器，用于探测所述透射式标记投射的紫外光的光强，并将其转化为电信号；以及前置放大板，用于对所述电信号进行放大和输出；所述电信号经过信号拟合获得所述掩模标记的对准位置。本发明的集成传感器采用紫外探测器件，对掩模标记的投影成像进行光电信号的转换与采集。由于采用了紫外探测器件，使得集成传感器的结构更加简单，同时提高了紫外光能量的利用率。

Description

用于光刻设备的集成传感器

技术领域

本发明涉及集成电路或其它微型器件制造领域的光刻装置，尤其涉及一种用于光刻设备的集成传感器。

背景技术

在半导体IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置，即套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/3～1/5，对于100纳米的光刻机而言，套刻精度指标要求小于35nm。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一，而掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。当特征尺寸CD要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更小的对准精度。

掩模与硅片之间的对准可采用掩模对准+硅片对准的方式，即以工件台基准板标记为桥梁，建立掩模标记和硅片标记之间的位置关系。对准的基本过程为：首先通过掩模对准系统，实现掩模标记与工件台基准板标记之间的对准，然后利用硅片对准系统，完成硅片标记与工件台基准板标记之间的对准，进而间接实现硅片标记与掩模标记之间对准。

掩模对准系统采用曝光光源作为对准光源。当曝光光源为波长更短的不可见光(紫外光UV、深紫外光DUV等)时，可见光光电探测器对该波段的光束响应度极低，甚至不响应，难以进行信号的探测。为此，通常利用光子发光晶体的荧光效应，将不可见光转换为可见光后进行探测。在中国专利CN200410100577.6和CN200710046955.0中所公布的集成传感器中均采用此原理进行对准信号的探测。然而，光子晶体的转换效率极低(在1％以下)，仅有限紫外光能量转化为荧光。所导致的后果一是所获得对准信号很微弱，难以探测；二是未被利用的紫外光最终转换为热能，聚集在传感器内部，影响对准的精度和稳定性。此外，光子晶体受激所产生的荧光存在余辉效应，使得掩模对准只能采用激光脉冲模式，且两次采样间隔不能小于余辉时间，限制了采样的频率，较高的采样频率能获得更多的有效数据，有益于对准精度的提高。

随着半导体探测器件的发展，紫外探测技术的日趋成熟，为基于紫外探测器的集成传感器发展提供了技术基础。显然，直接将紫外探测器用于集成传感器可提高能量的利用率，同时能够简化集成传感器的结构。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于光刻装置的基于紫外探测器的集成传感器。

一种用于光刻设备的集成传感器，包括：透射式标记，用于调制投影在其上的掩模标记的像；紫外探测器，用于探测所述透射式标记投射的紫外光的光强，并将其转化为电信号；以及前置放大板，用于对所述电信号进行放大和输出；所述电信号经过信号拟合获得所述掩模标记的对准位置。

其中，所述的紫外探测器为CaN基紫外探测器、ZnO基紫外探测器、SiC基紫外探测器、金刚石膜紫外探测器或TiO₂膜紫外探测器。

其中，所述的紫外探测器为紫外CCD器件或紫外CMOS器件。

更进一步地，所述透射式标记可以包含多个分支，多个紫外探测器并行，每个紫外探测器对应一个透射式标记的分支。

其中，所述多个集成传感器分支之间采用隔离板进行分隔。

更进一步地，所述透射式标记与所述紫外探测器之间也可以通过光纤连接。

其中，所述光纤为探测光纤或成像光纤。

更进一步地，所述透射式标记与紫外探测器之间放置滤光片，所述滤光片仅通过对准波长段的光束。

更进一步地，所述电信号经过图像匹配的方式获得所述掩模标记的对准位置。

更进一步地，采用正反扫描方式对所述电信号的获得进行同步校正，具体为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{P_1-P_2}{2V}$

式中，P₁和P₂分别为正向扫描和逆向扫描时获得的对准位置，V为扫描时的工件台运动速度，Δt为即为位置数据采集与光强数据采集的时刻差。

本发明的集成传感器采用紫外探测器件，对掩模标记的投影成像进行光电信号的转换与采集。由于采用了紫外探测器件，使得集成传感器的结构更加简单，同时提高了紫外光能量的利用率。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1所示为光刻装置掩模对准系统结构示意图；

图2所示为本发明集成传感器第一实施例结构示意图；

图3所示为透射式标记结构示意图；

图4所示为本发明集成传感器第二实施例结构示意图；

图5所示为本发明集成传感器第三实施例结构示意图；

图6所示为本发明集成传感器第四实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图1所示为光刻装置掩模对准系统结构示意图。如图1所示，掩模对准系统包括：照明单元1，用于提供照明光束；掩模台4，用于放置掩模3；掩模台位置测量单元11，用于实时测量和采集掩模台的位置数据；掩模台控制单元12，用于控制掩模台4移动，并根据掩模台位置测量单元11实时提供的掩模台位置数据将掩模3上的掩模标记2定位到扫描参数指定的位置；投影物镜5，用于对掩模标记2进行成像；工件台8，用于支撑工件7和安装工件台上的集成传感器9；工件台位置测量单元13，用于实时测量和采集工件台的位置数据；工件台控制单元14，用于控制工件台8移动，依据工件台位置测量单元13实时提供的工件台位置数据，将工件台8上的集成传感器9定位到扫描参数指定的位置，并根据对准扫描参数进行匀速水平运动；集成传感器9用于将掩模标记的像扫描过其上时透过的光强信号转化为电信号，经集成传感器内的放大环节进行放大，并传输到光强采集板，被光强采集板离散采集；对准操作单元15，用于控制扫描参数的下发、光强和位置的同步采样，实现对准信号拟合处理和对准位置计算。

所述的照明单元1采用曝光照明单元，而不需要额外的对准照明激光器。所述的掩模台位置测量单元11包括X向和Y向激光干涉仪，分别测量掩模台X向和Y向的位置。工件台位置测量单元13包括X向、Y向和Z向激光干涉仪，分别用于测量工件台X向、Y向和Z向的位置。

实施例1

图2为本发明集成传感器第一实施例结构示意图。如图2所示，集成传感器包括：透射式标记21、紫外探测器22和前置放大板23。透射式标记21用于调制掩模标记经投影物镜成像到其上的像。对准扫描时，空间像通过该透射式标记21，投影到紫外探测器22上。紫外探测器22用于探测透射的紫外光的光强，并将其转化为电信号。前置放大板23对该电信号进行放大和输出。本发明中，紫外探测器22可采用CaN基紫外探测器、ZnO基紫外探测器、SiC基紫外探测器，或者采用金刚石膜紫外探测器、TiO₂膜紫外探测器。采用上述探测器获得的对准信号，可以采用信号拟合的方法进行处理，以获得标记的对准位置。对准信号的形式和拟合方法详见发明CN200410100577.6、CN200710046955.0、CN200910045415.X、CN200810036910.X、CN200810036911.4、CN200710044848.4、CN200710044559.4等，在本发明中作为公知技术引入。此外，本发明中的紫外探测器也可采用紫外CCD器件或紫外CMOS器件，以获得空间像经透射式标记21调制后的图像。当采用紫外CCD器件或紫外CMOS器件时，获得的对准信号或对准图像可采用图像匹配等处理方法进行处理，以获得对准位置。

图3所示为透射式标记结构示意图。如图所示，透射式标记可以包含多个标记分支。相应的，集成图像传感器也可以采用多个紫外探测器并行的结构。

实施例2

图4为本发明集成传感器第二实施例结构示意图。在这个实施例中，透射式标记21包含多个分支，因此采用多个紫外探测器22并行的结构，每个紫外探测器对应一个透射式标记的分支。在两个紫外探测器22分支之间，采用隔离板26进行分隔，以避免分支之间光信号和电信号的相互窜扰。

实施例3

图5为本发明集成传感器第三实施例结构示意图。如图所示，在这个实施例中，透射式标记21与紫外探测器22之间通过光纤24连接，从而实现远距离的光束或图像传输，以降低集成传感器的制造难度。所述的光纤可采用探测光纤或成像光纤等。

实施例4

图6为本发明集成传感器第四实施例结构示意图。在这个实施例中，透射式标记21与紫外探测器22之间放置滤波片25。该滤波片25仅让对准波长附近一定带宽范围内的紫外光通过，滤除其余波长的杂散光，以提高对准信号的信噪比。

对准扫描中，由于采用紫外探测器，扫描速度和采样频率均可较大提高，以获得更高效率和更好对准精度。此外，对于本发明所给的集成传感器，也可采用激光脉冲的照明模式。

对准扫描中，由于位置采集与光强采集可能存在不同步的现象(位置采集与光强采集的各自硬件因素导致，如硬件板卡采样时钟非绝对一致等)，需要提前进行同步校正，以保证位置数据和光强数据在同一时刻进行采集。校正的办法采用在相同工件台匀速运动速度下的正反扫描，利用正反扫描获得对准位置的差异，求解出位置数据采集时刻与光强数据采集时刻的差值，具体如下式所示：

$\mathrm{\Δt}=\frac{P_1-P_2}{2V}$

式中，P₁和P₂分别为正向扫描时和逆向扫描获得的对准位置，V为扫描时的工件台运动速度，Δt为即为位置数据采集与光强数据采集的时刻差。求得时刻差Δt后，在对准扫描中，相比位置采集，光强采样延迟Δt时间即可保证二者之间的同步。需要说明的是，时刻差Δt可能为负值，此时，光强采样需要超前Δt时间而不是延后。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于光刻设备的集成传感器，其特征在于包括：

透射式标记，用于调制投影在其上的掩模标记的像；

紫外探测器，用于探测所述透射式标记投射的紫外光的光强，并将其转化为电信号；以及

前置放大板，用于对所述电信号进行放大和输出；

所述电信号经过信号拟合获得所述掩模标记的对准位置。

2.根据权利要求1所述的集成传感器，其特征在于所述的紫外探测器为CaN基紫外探测器、ZnO基紫外探测器、SiC基紫外探测器、金刚石膜紫外探测器或TiO₂膜紫外探测器。

3.根据权利要求1所述的集成传感器，其特征在于所述的紫外探测器为紫外CCD器件或紫外CMOS器件。

4.根据权利要求1所述的集成传感器，其特征在于所述透射式标记可以包含多个分支，多个紫外探测器并行，每个紫外探测器对应一个透射式标记的分支。

5.根据权利要求4所述的集成传感器，其特征在于所述多个集成传感器分支之间采用隔离板进行分隔。

6.根据权利要求1所述的集成传感器，其特征在于所述透射式标记与所述紫外探测器之间也可以通过光纤连接。

7.根据权利要求6所述的集成传感器，其特征在于所述光纤为探测光纤或成像光纤。

8.根据权利要求1所述的集成传感器，其特征在于所述透射式标记与紫外探测器之间放置滤光片，所述滤光片仅通过对准波长段的光束。

9.根据权利要求1所述的集成传感器，其特征在于所述电信号经过图像匹配的方式获得所述掩模标记的对准位置。

10.根据权利要求1所述的集成传感器，其特征在于采用正反扫描方式对所述电信号的获得进行同步校正，具体为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{P_1-P_2}{2V}$

式中，P₁和P₂分别为正向扫描和逆向扫描时获得的对准位置，V为扫描时的工件台运动速度，Δt为即为位置数据采集与光强数据采集的时刻差。

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