CN101216675A - 单孔形标记对准信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单孔形标记对准信号处理方法，过对单孔形标记的对准扫描形成的平顶波形进行卷积滤波处理，对光信息随扫描位置变化的非对称性波形进行非对称模型校正处理，以及对可能出现的旁瓣进行旁瓣滤波处理，减小逼近处理的误差，大幅提高对准精度和捕获精度，提高了单孔形标记的对准扫描状态的适应性，进而提高了对准系统进行对准扫描的效率。

Description

单孔形标记对准信号处理方法

技术领域

本发明涉及光刻设备的对准方法，特别涉及光刻设备的单孔形标记对准方法。

背景技术

在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量高速实时测量、信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的探测装置和控制系统。这些系统需要我们采用多种方式实现探测、信号采样控制、数据采集控制、数据交换控制和数据传输通信等的控制。有该探测和控制需求的装置包括：集成电路制造光刻设备、平板显示面板光刻设备、MEMS/MOEMS光刻设备、先进封装光刻设备、印刷电路板光刻设备、印刷电路板加工装置以及印刷电路板器件贴装装置等。

光刻设备是一种将所需图案应用于工件上的装置。通常是将所需图案应用于工件上的目标部分上的装置。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可用于生产在IC一个单独层上形成的电路图案。该图案可以传递到工件(如硅晶片)的目标部分(例如包括一部分，一个或者多个管芯)上。通常是通过成图案到工件上提供的一层辐射敏感材料(抗蚀剂)上来按比例复制所需图案。已知的光刻设备还包括所谓扫描器，运用辐射光束沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所属图案，并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描工件来辐照每一目标部分。还可以通过将图案压印在工件上而将图案通过构图部件生成到工件上。

在光刻设备中，通过光刻设备中的对准系统使用对准标记组合进行对准扫描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，得到对准构图部件上的标记组合和工件台探测构图部件上的标记组合间的位置关系，对准该光刻设备的对准系统包括：辐射发生器、构图照射窗口及其控制板、构图部件及其对准标记组合、构图部件承载运动台及其位置探测器、投影系统、工件台及其基准板对准标记组合、工件台位置探测器和辐射探测传感器；其中构图图形包括曝光构图图形和对准构图图形，构图图形照射窗口及其控制板用于形成窗口将辐射透射到对准构图图形上；投影系统用于将辐射照射到对准构图图形上形成透射像或反射像，该透射像或反射像通过投影系统投射形成空间像，用工件台基准板对准标记下方的传感器探测该空间像；辐射传感器用于检测空间像经过工件台对准图形透射后的辐射能量；构图部件承载运动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构图部件承载台和工件台的空间位置。

单孔形标记是一种孔形透光标记，如申请号为200710045044.6、200710045037.6、200710046061.1、200710046156.3和200710046157.8等中国专利申请中所描述的那样，这种标记存在于目标构图部件上和调制构图部件上，它被用于多工件的对准定位和粗捕获，它的特殊结构决定了它所生成的信号有一定的特殊性，如平顶、不对称、单旁瓣或多旁瓣决定了它的复杂性，需要对它特殊的对准信号进行处理。

在以前的上述装置中，由于对孔形对准标记的对准信号的平顶、不对称、单旁瓣或多旁瓣等特性未进行综合处理，因此，影响对准系统的对准定位精度和粗捕获精度以及捕获范围，需要进行逐级对准来实现精确对准，从而安装构图部件至构图部件运动台的适应性不强。

因此，需要提供单孔形标记的对准信号处理方法，使得该方法能够很好地处理单孔形标记对准扫描中出现的平顶、非对称和旁瓣等导致单孔形标记对准精度较低、复杂扫描工况适应性不强等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单孔形标记对准信号处理方法，以实现较高的对准系统的对准定位精度和粗捕获精度。

为了达到上述的目的，本发明提供一种单孔形标记对准信号处理方法，用于光刻设备的对准系统中，所述对准系统包括：目标构图部件、探测构图部件、置于目标构图部件上的单孔形标记、探测构图部件上的单孔形标记及其下面的探测装置、目标构图部件运动台及其位置测量装置、探测构图部件运动台及其位置测量装置、置于目标构图部件和探测构图部件之间的投影系统以及对准信号处理装置，所述方法包括以下步骤：

(1)启动单孔形标记的对准扫描；

(2)同步采集位置数据和光信息数据，对采集得到的位置数据进行空间变换，对采集到的光信息数据进行暗电流过滤和卷积滤波，并进行采样计数；

(3)判断是否达到了所需的采样点总数，若达到了则进入步骤(4)，否则转至步骤(2)；

(4)判断是否使用了二元构图元件，若使用了二元构图原件，则执行步骤(6)，若没有使用二元构图原件，则执行步骤(5)；

(5)提取最小光信息；

(6)进行旁瓣滤波，并提取最大光信息；

(7)采用对称抛物线模型和非对称抛物线模型进行归约化简；

(8)对所述对称抛物线模型和所述非对称抛物线模型的模型参数进行逼近；

(9)计算所述非对称抛物线模型和所述对称抛物线模型的最大值，并运用所述非对称抛物线模型对所述对称抛物线模型的最大值进行校正；

(10)计算目标构图部件上孔形标记成像的位置矢量和逼近重相关值；

(11)结束全部扫描过程。

步骤(1)中启动单孔形标记的对准扫描，其方法是首先设置直接照射在该目标构图部件上单孔形标记的辐射束窗口，形成目标构图部件上单孔形标记的透射成像，再用探测构图部件上的单孔形标记，扫描被投影系统投射目标构图部件上单孔形标记所成的空间成像，由探测构图部件上的单孔形标记下方的传感器探测该空间成像透过探测构图部件上单孔形标记的辐射信息。该启动单孔形标记的对准扫描，还包括所有与扫描有关的预备参数和状态，完成参数传递和同步控制的设置，启动目标构图部件和探测构图部件运动控制系统和光电探测系统。

步骤(6)所述的旁瓣，是用探测构图部件上的单孔形标记扫描目标构图部件上单孔形标记被投影所成空间像过程中出现的，是透过单孔形标记的光信息随对准扫描位置变化的波形的一部分。用于旁瓣滤波的旁瓣滤波器可以是圆形旁瓣滤波器，还可以是椭圆旁瓣滤波器，所用的圆形旁瓣滤波器的形状表示为：x²+z²＜SLR²，其中，SLR为旁瓣范围，x和z分别为x方向和z方向上相对各自扫描中心的坐标位置；所用椭圆旁瓣滤波器的形状表示为： ${\left(\frac{x}{\mathrm{SLR}}\right)}^2+{\left(\frac{z}{\mathrm{ASZ}}\right)}^2<1,$ 其中，SLR为旁瓣范围，ASZ为垂向空间像大小，x和z分别为x方向和z方向上相对各自扫描中心的坐标位置。

该对称抛物线模型是不低于2次的高阶多项式，即：

f(X)＝β₀Xⁿ+β₁X^n-1+β₂X^n-2+…+β_n-2X²+β_n-1X+β_n，

其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β_n为高阶多项式系数，n为多项式的阶数，典型的二阶对称抛物线模型为f(X)＝β₀X²+β₁X+β₂，其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β₂为高阶多项式系数。

该非对称抛物线模型是不低于2次的高阶多项式，即：

$f\left(X\right)=({\mathrm{\&beta;}}_0{X}^n+{\mathrm{\&beta;}}_1{X}^{n-1}+{\mathrm{\&beta;}}_2{X}^{n-2}+...+{\mathrm{\&beta;}}_{n-2}{X}^2+{\mathrm{\&beta;}}_{n-1}X+{\mathrm{\&beta;}}_n)e^{{\mathrm{\&beta;}}_{n+1}X},$

其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β_n为高阶多项式系数，且β_n+1＜0，n为多项式的阶数，典型的二阶非对称抛物线模型为 $f\left(X\right)=({\mathrm{\&beta;}}_0{X}^2+{\mathrm{\&beta;}}_{1}X+{\mathrm{\&beta;}}_2)e^{{\mathrm{\&beta;}}_{3}X},$ 其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β₂为高阶多项式系数，且β₃＜0。

步骤(10)中的所述目标构图部件上单孔形标记的位置矢量，是目标构图部件上单孔形标记被投影所成空间像对应在探测构图部件上单孔形标记所在的坐标系下的空间位置。

该步骤(11)包括根据逼近重相关值确定是否需要重新扫描。

在上述过程中，对单孔形对准扫描光信息的平顶进行整形处理，该处理使用了卷积方法，使得光信息随扫描位置变化的波形由梯形变为近似抛物线，从而针对该处理过的波形能够用类似抛物线的模型进行逼近处理，减小逼近处理的误差。

此外，本发明还提供了对光信息随扫描位置变化的非对称性波形进行非对称模型校正处理，这种非对称性是因为构图部件上的单孔形标记的投影成像和探测构图部件上的单孔形标记之间存在旋转、倾斜和它们各自的变形形成的。采用这种方法，能够大幅提高因为非对称因素引起的单孔形标记对准扫描的对准精度和捕获精度，提高了单孔形标记的对准扫描状态的适应性，因此，直接进入对准系统的精确对准扫描处理，进而提高了对准系统进行对准扫描的效率。

再者，本发明还提供了处理单孔形标记的对准扫描过程中形成旁瓣的方法，该方法是通过旁瓣滤波的方法，去掉单孔形标记对准扫描的光信息随对准扫描位置变化的旁瓣，使得最终逼近得到的模型更接近真实值，从而提高单孔形标记对准扫描的对准精度和捕获精度，提高了单孔形标记的对准扫描状态的适应性。

本发明所提供的单孔形标记对准信号处理方法通过对单孔形标记的对准扫描形成的平顶波形进行卷积滤波处理，使得对该处理过的波形能够用类似抛物线的模型进行逼近处理，减小逼近处理的误差。通过在单孔形标记的对准扫描过程中，对光信息随扫描位置变化的非对称性波形进行非对称模型校正处理，以及对可能出现的旁瓣进行旁瓣滤波处理，大幅提高因为非对称因素引起的单孔形标记对准扫描的对准精度和捕获精度，提高了单孔形标记的对准扫描状态的适应性，因此，直接进入对准系统的精确对准扫描处理，进而提高了对准系统进行对准扫描的效率。

附图说明

图1为应用本发明单孔形标记的对准信号处理方法的光刻设备的结构示意图；

图2为单孔形标记对准扫描形成光信息随对准扫描位置变化的波形示意图；

图3为本发明实施例单孔形标记的对准信号处理方法步骤的示意图。

附图1、附图2中：1、辐射；2、构图图形照射窗口；3、控制板；4、构图部件；5、对准构图图形；6、构图部件承载台；7、构图部件承载台位置探测器；8、投影系统；9、被光刻工件；10、工件台；  11、工件台对准标记；12、辐射空间图案探测装置；13、工件台位置探测器；14、对准信号处理装置；21、目标构图部件上单孔形标记的空间成像；22、探测构图部件上单孔形标记；23、原始非对称信号；24、原始对称信号；25、卷积处理后的对称信号；26、卷积处理后的非对称信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1是应用本发明单孔形标记的对准信号处理方法的光刻设备的结构示意图，图中4为构图部件，其上具有构图图形(包括曝光构图图形和对准构图图形5)，9为被光刻工件，构图图形照射窗口2及其控制板3用于形成窗口将辐射1透射到对准构图图形5上，以形成透射像；投影系统8用于将该透射像投射形成空间图案，并用工件台对准标记11探测该空间图案；辐射空间图案探测装置12用于检测空间图案经过工件台对准标记11透射后的辐射信息；构图部件承载台位置探测器7和工件台位置探测器13分别探测对准扫描过程中的构图部件承载台6和工件台10的空间位置，在扫描中得到位置探测器7和13所测量得到的位置数据，还同步测量得到辐射空间图案探测装置12中的辐射信息，将探测到的所有信息采集到对准信号处理装置14中，进行对准信号处理得到对准位置。

如图2所示(图2为单孔形标记对准扫描形成光信息随对准扫描位置变化的波形示意图)，L_i-raw为采集到的原始光信息，L_i-vonv为对L_i-raw进行卷积处理得到的光信息，21是目标构图部件上单孔形标记的空间成像，22是探测构图部件上单孔形标记，23是原始非对称信号，24是原始对称信号，25是卷积处理后的对称信号，26是卷积处理后的非对称信号。光刻设备单孔形标记的对准信号存在平顶、非对称的情况，其中平顶出现的几率非常大，90％左右的单孔形标记对准扫描可能出现，而非对称情况是出现在构图部件上的目标对准构图(即单孔形标记)的空间像和探测对准构图(也是单孔形标记)之间存在旋转，同时用后者扫描前者边缘时，信号的非对称性波形就会出现，特别是每次上构图部件时，更容易出现。

如图3所示(图3为本发明实施例单孔形标记的对准信号处理方法步骤的示意图)，是光刻设备单孔形标记的对准信号处理方法步骤，其具体实施过程如下：

步骤S1、启动单孔形标记的对准扫描，包括了所有与扫描有关的预备参数和状态，完成参数传递和同步控制的设置，启动目标构图部件和探测构图部件运动控制系统和光电探测系统；

步骤S2、同步采集对准扫描的位置数据和光信息数据，对采集得到的位置数据进行空间坐标变换，对采集到的光信息数据进行暗电流过滤和卷积滤波，并进行采样计数；

步骤S3、判断是否达到了预设置所需的采样点总数，若达到了则进入步骤S4，否则转至步骤S2；

步骤S4、判断是否使用了二元构图元件，若使用了二元构图元件，则转至步骤S6，若没有使用二元构图元件，则转至步骤S5；

步骤S5、提取最小光信息，该最小光信息是为旁瓣滤波准备的；

步骤S6、进行旁瓣滤波，该旁瓣是用探测构图部件上的单孔形标记扫描目标构图部件上单孔形标记被投影所成空间像过程中出现的，是透过单孔形标记的光信息随对准扫描位置变化的波形的一部分，并提取最大光信息，最大光信息是为了给非对称校正准备的，用于旁瓣滤波的旁瓣滤波器可以是圆形旁瓣滤波器，还可以是椭圆旁瓣滤波器，所用的圆形旁瓣滤波器的形状表示为：x²+z²＜SLR²，其中，SLR为旁瓣范围，x和z分别为x方向和z方向上相对各自扫描中心的坐标位置；所用椭圆旁瓣滤波器的形状表示为： ${\left(\frac{x}{\mathrm{SLR}}\right)}^2+{\left(\frac{z}{\mathrm{ASZ}}\right)}^2<1,$ 其中，SLR为旁瓣范围，ASZ为垂向空间像大小，x和z分别为x方向和z方向上相对各自扫描中心的坐标位置；

步骤S7、采用对称抛物线模型和非对称抛物线模型进行归约化简，其中对称抛物线模型是不低于2次的高阶多项式，即

f(X)＝β₀Xⁿ+β₁X^n-1+β₂X^n-2+…+β_n-2X²+β_n-1X+β_n

其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β_n为高阶多项式系数，n为多项式的阶数，典型的二阶对称抛物线模型为：

f(X)＝β₀X²+β₁X+β₂

其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β₂为高阶多项式系数；

非对称抛物线模型是不低于2次的高阶多项式，即

$f\left(X\right)=({\mathrm{\&beta;}}_0{X}^n+{\mathrm{\&beta;}}_1{X}^{n-1}+{\mathrm{\&beta;}}_2{X}^{n-2}+...+{\mathrm{\&beta;}}_{n-2}{X}^2+{\mathrm{\&beta;}}_{n-1}X+{\mathrm{\&beta;}}_n)e^{{\mathrm{\&beta;}}_{n+1}X}$

其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β_n为高阶多项式系数，且β_n+1＜0，n为多项式的阶数，典型的二阶非对称抛物线模型为：

$f\left(X\right)=({\mathrm{\&beta;}}_0{X}^2+{\mathrm{\&beta;}}_{1}X+{\mathrm{\&beta;}}_2)e^{{\mathrm{\&beta;}}_{3}X}$

其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β₂为高阶多项式系数，且β₃＜0；

步骤S8、分别对对称抛物线模型和非对称抛物线模型的模型参数进行逼近，并得到各自模型的参数；

步骤S9、计算非对称抛物线模型和对称抛物线模型的最大值，并运用非对称抛物线模型对对称抛物线模型的最大值进行校正；

步骤S10、计算目标构图部件上孔形标记成像的位置矢量和逼近重相关值，该位置矢量是目标构图部件上单孔形标记被投影所成空间像对应，在探测构图部件上单孔形标记所在的坐标系下的空间位置；

步骤S11、结束全部扫描过程，根据逼近重相关值确定是否需要重新扫描。

以上介绍的仅仅是基于本发明的优选实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims (10)

1.一种单孔形标记对准信号处理方法，用于光刻设备的对准系统中，所述对准系统包括：目标构图部件、探测构图部件、置于目标构图部件上的单孔形标记、探测构图部件上的单孔形标记及其下面的探测装置、目标构图部件运动台及其位置测量装置、探测构图部件运动台及其位置测量装置、置于目标构图部件和探测构图部件之间的投影系统以及对准信号处理装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)启动单孔形标记的对准扫描；

(2)同步采集位置数据和光信息数据，对采集得到的位置数据进行空间变换，对采集到的光信息数据进行暗电流过滤和卷积滤波，并进行采样计数；

(3)判断是否达到了所需的采样点总数，若达到了则进入步骤(4)，否则转至步骤(2)；

(4)判断是否使用了二元构图元件，若使用了二元构图原件，则执行步骤(6)，若没有使用二元构图原件，则执行步骤(5)；

(5)提取最小光信息；

(6)进行旁瓣滤波，并提取最大光信息；

(7)采用对称抛物线模型和非对称抛物线模型进行归约化简；

(8)对所述对称抛物线模型和所述非对称抛物线模型的模型参数进行逼近；

(9)计算所述非对称抛物线模型和所述对称抛物线模型的最大值，并运用所述非对称抛物线模型对所述对称抛物线模型的最大值进行校正；

(10)计算目标构图部件上孔形标记成像位置矢量和逼近重相关值；

(11)结束全部扫描过程。

2.根据权利要求1所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于：步骤(1)中启动单孔形标记的对准扫描，其方法是首先设置直接照射在所述目标构图部件上单孔形标记的辐射束窗口，形成目标构图部件上单孔形标记的透射成像，再用探测构图部件上的单孔形标记，扫描被投影系统投射目标构图部件上单孔形标记所成的空间成像，由探测构图部件上的单孔形标记下方的传感器探测该空间成像透过探测构图部件上单孔形标记的辐射信息。

3.根据权利要求2所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于：所述启动单孔形标记的对准扫描，还包括所有与扫描有关的预备参数和状态，完成参数传递和同步控制的设置，启动目标构图部件和探测构图部件运动控制系统和光电探测系统。

4.根据权利要求1所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于：步骤(6)所述的旁瓣，是用探测构图部件上的单孔形标记扫描目标构图部件上单孔形标记被投影所成空间像过程中出现的，是透过单孔形标记的光信息随对准扫描位置变化的波形的一部分。

5.根据权利要求1所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于：步骤(6)所述用于旁瓣滤波的旁瓣滤波器是圆形旁瓣滤波器，所述圆形旁瓣滤波器的形状表示为：

x²+z²＜SLR²

其中，SLR为旁瓣范围，  x和z分别为x方向和z方向上相对各自扫描中心的坐标位置。

6.根据权利要求1所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于：步骤(6)所述用于旁瓣滤波的旁瓣滤波器是椭圆旁瓣滤波器，所述椭圆旁瓣滤波器的形状表示为：

${\left(\frac{x}{\mathrm{SLR}}\right)}^2+{\left(\frac{z}{\mathrm{ASZ}}\right)}^2<1$

其中，SLR为旁瓣范围，ASZ为垂向空间像大小，x和z分别为x方向和z方向上相对各自扫描中心的坐标位置。

7.根据权利要求1所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于，所述对称抛物线模型是不低于2次的高阶多项式，即：

f(X)＝β₀Xⁿ+β₁X^n-1+β₂X^n-2+…+β_n-2X²+β_n-1X+β_n，

其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β_n为高阶多项式系数，n为多项式的阶数，典型的二阶对称抛物线模型为f(X)＝β₀X²+β₁X+β₂，其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β₂为高阶多项式系数。

8.根据权利要求1所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于，所述非对称抛物线模型是不低于2次的高阶多项式，即：

$f\left(X\right)=({\mathrm{\&beta;}}_0{X}^n+{\mathrm{\&beta;}}_1{X}^{n-1}+{\mathrm{\&beta;}}_2{X}^{n-2}+...+{\mathrm{\&beta;}}_{n-2}{X}^2+{\mathrm{\&beta;}}_{n-1}X+{\mathrm{\&beta;}}_n)e^{{\mathrm{\&beta;}}_{n+1}X},$

其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β_n为高阶多项式系数，且β_n+1＜0，n为多项式的阶数，典型的二阶非对称抛物线模型为 $f\left(X\right)=({\mathrm{\&beta;}}_0{X}^2+{\mathrm{\&beta;}}_{1}X+{\mathrm{\&beta;}}_2)e^{{\mathrm{\&beta;}}_{3}X},$ 其中X为位置，f(X)为光信息，β₀～β₂为高阶多项式系数，且β₃＜0。

9.根据权利要求1所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于：步骤(10)中的所述目标构图部件上单孔形标记成像的位置矢量，是目标构图部件上单孔形标记被投影所成空间像对应在探测构图部件上单孔形标记所在的坐标系下的空间位置。

10.根据权利要求1所述的单孔形标记对准信号处理方法，其特征在于：步骤(11)包括根据逼近重相关值确定是否需要重新扫描。

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