CN101424885A

CN101424885A - 掩模对准系统及其方法

Info

Publication number: CN101424885A
Application number: CNA2008102038065A
Authority: CN
Inventors: 唐文力; 王海江; 涂泽恩; 宋海军; 李运锋
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd; Shanghai Micro and High Precision Mechine Engineering Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd; Shanghai Micro and High Precision Mechine Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2009-05-06
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: CN101424885B

Abstract

本发明提出一种基于电光调制光源的掩模对准系统及其方法。本发明提出一种基于电光调制光源的掩模对准系统，掩模对准系统包括光源、电光调制模块、掩模板、信号接收控制单元。光源发出一对准光束，对准光束垂直穿过电光调制模块，且电光调制模块将对准光束调制为具有特定频率的调制光束；掩模板包含掩模对准标记，调制光束透过掩模对准标记；信号接收控制单元，接收上述调制光束，并控制上述掩模板的位置和姿态。本发明基于电光调制光源的掩模对准系统是利用电光调制单元对光源进行特定频率的调制，大大提高信号源信噪比，提高信号的抗干扰性。

Description

掩模对准系统及其方法

技术领域

本发明是有关于一种掩模对准系统及其方法，其特别是有关于一种基于电光调制光源的掩模对准系统及其方法。

背景技术

现在半导体光刻领域，进入纳米光刻时代，光刻系统变得越来越复杂，对掩模对准的精度要求越来越高。

传统的掩模对准技术是基于四象限传感器对称性，利用发光二极管(LED)光源(或者激光器光源)照射到掩模标记上，通过标记下面的四象限传感器来接收从掩模对准标记上透过的光能量大小来判断掩模板相对于四象限中心位置，并根据该判断对掩模板的位置进行调整，以达到掩模对准的目的。但是传统的掩模对准方法只能实现点对点的对准。针对这个情况，“掩模传输四象限对准装置”(中国专利，申请号：200510105260.6)利用四象限传感器的对中性，根据传感器接收到信号的大小来控制掩模机械手运动来达到调整掩模板位置，达到对准的目的。但是，由于对准装置中存在电机等其它大功率电器设备，以及滤光片未能滤除杂散光的影响，导致对准信号中存在严重的噪声。若信号处理得不好，就难以获得理想的对准精度，甚至出现反复对准而无法获得确切对准位置的死循环情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电光调制解光源的掩模对准系统及其方法，以改善现有技术的缺失。

本发明提出一种基于电光调制光源的掩模对准系统，掩模对准系统包括光源、电光调制模块、掩模板、信号接收控制单元。

光源发出一对准光束，对准光束垂直穿过电光调制模块，且电光调制模块将对准光束调制为具有特定频率的调制光束；掩模板包含掩模对准标记，调制光束透过掩模对准标记；信号接收控制单元，接收上述调制光束，并控制上述掩模板的位置和姿态。

本发明另提出一种基于电光调制光源的掩模对准方法，包含下列步骤：将光源发出的对准光束光电调制为具有特定频率的调制光束；提供掩模板，且掩模板包含掩模对准标记，调制光束透过掩模对准标记；以及依据调制光束控制掩模板的位置和姿态。

本发明的基于电光调制光源的掩模对准系统是利用电光调制单元对光源进行特定频率的调制，大大提高信号源信噪比，提高信号的抗干扰性。从而保证信号采集系统可以在相对复杂的条件下所获取的数据的可靠性，能够真实准确的反映原始信号间的固有关系。此外，由于采集到的数据相对可靠，可以快速提取出准确有效的对准信号，使对准次数减少，提高系统工作效率，同时，由于信号信噪比获得较大提高，对准精度也可以得到很大提高。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为根据本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准系统的示意图。

图2所示为图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的电光调制模块的示意图。

图3所示为图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的调制信号波形图。

图4采用图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的调制光束波形图。

图5所示为图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的信号采集调理解调模块的示意图。

图6所示为图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的信号解调单元的示意图。

图7所示为根据本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准方法的流程图。

图8所示为根据本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准方法中依据调制光束控制掩模板的位置和姿态的步骤的具体流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于电光调制光源的掩模对准系统1包括两个光源11a，11b、两个电光调制模块12a，12b、掩模板13、两个光电传感器14a，14b、信号采集调理解调模块15、信号处理模块16、以及掩模板运动控制模块17。

两个光源11a，11b各发出一对准光束，这些对准光束分别垂直穿过电光调制模块12a，12b，且这些电光调制模块12a，12b利用调制信号123(波形如图3所示)将这些对准光束分别调制为具有特定频率的调制光束(调整后的波形如图4所示)。掩模板13包含两个掩模对准标记13a，13b，这些调制光束分别透过掩模对准标记13a，13b。两个光电传感器14a，14b分别感测调制光束的强度，且每个光电传感器发出一感测信号S1，S2。信号采集调理解调模块15电性连接这些光电传感器，并采集这些感测信号S1，S2。信号处理模块电性16连接信号采集调理解调模块15，且信号处理模块16对感测信号进行处理S1，S2，并输出一控制信号Sc。掩模板运动控制模块17电性连接信号处理模块16，并控制掩模板13的位置和姿态。在本实施例中，掩模板13位于这些光源11a，11b和这些光电传感器14a，14b之间，都水平设置，且掩模板13相对于这些光源11a，11b和这些光电传感器14a，14b的表面距离固定。这些对准光束光轴间的距离、这些光电传感器中心14a，14b的距离、这些掩模对准标记中心13a，13b的距离均相等。

在本实施例中，光源11a，11b可为激光二极管，掩模对准标记13a，13b透光，而掩模对准标记13a，13b周围不透光；光电传感器14a，14b为四象限探测器，光电传感器14a，14b发出的感测信号S1，S2为电流信号。另外，在本实施例中，光源、掩模对准标记、光电传感器以及电光调制模块的数量均为两个，然而对发明并非仅限于此，在其他实施例中光源、掩模对准标记、光电传感器以及电光调制模块的数量可由使用者自行设定。

在本实施例中电光调制模块12a，12b包括：起偏器121、电光晶体122、调制信号123、λ/4波片124以及检偏器125，电光晶体122设置于起偏器121和检偏器125之间，其中起偏器121的偏振方向平行于电光晶体122的X轴，检偏器125的偏振方向平行于Y轴，λ/4波片124设置于电光晶体122和检偏器125之间，如图2所示。

如图5所示，在本实施例中，信号采集调理解调模块15更包括：电流转电压单元151、模拟带通滤波及信号放大单元152、信号解调单元153、滤波单元154、以及归一化单元155，模拟带通滤波及信号放大单元152电性连接电流转电压单元151；信号解调单元153电性连接模拟带通滤波及信号放大单元152；滤波单元154电性连接信号解调单元153；归一化单元155电性连接滤波单元154。

本实施例中，信号处理模块更16包括模拟数字转换器161和上位机162。

在本实施例中，掩模板运动控制模块17更包括掩模板夹持装置171、掩模板运动控制传动系统(图1中未标出)。掩模板夹持装置171夹持掩模板13，掩模板运动控制传动系统控制掩模板加持装置的移动。本实施例的掩模板运动控制传动系统更包括x向精密丝杠及导轨172a，y向精密丝杠及导轨172b，Z向升降平台172c，Rz向转台172d，x向绝对值编码器172e，y向绝对值编码器172f，x、y、Z、Rz向驱动电机及其驱动器172g、172h、172i、172j，运动控制器172k，其中，x、y向绝对值编码器172e、172f，x、y、Z、Rz向驱动电机驱动器172g、172h、172i、172j与运动控制器电性连接172k。如图1，掩模板夹持装置171一端中点固定安装于Rz向转台172d转动轴上，掩模板13吸附于掩模板夹持装置171上，在运动控制器172k的控制下，掩模板夹持装置171可以夹持掩模板13在x、y向驱动电机172g、172h的驱动下，沿x、y向精密导轨172a、172b平移运动，在Z向升降平台172c上可以升降运动，以及在Rz向以Rz向转台172d转轴为中心进行旋转。

请同时参考图1至图7，本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准方法包含下列步骤：S701，将两个光源11a，11b发出的对准光束光电分别调制为具有特定频率的调制光束；S703，提供一掩模板13，掩模板包含两个掩模对准标记13a，13b，这些调制光束分别透过这些掩模对准标记；S705，依据调制光束控制掩模板13的位置和姿态。

在本实施例中，依据调制光束控制掩模板13的位置和姿态的步骤S705更包括：

S7051：感测透过掩模对准标记13a、13b的调制光束的强度，发出感测信号S1，S2；

S7052：采集并解调感测信号；

S7053对感测信号进行处理，并输出一控制信号Sc；以及

S7054依据控制信号Sc控制掩模板运动。

步骤S701中，当没有调制信号123施加在电光晶体122上的时候，电光晶体122处于原始状态，即没有受到压缩或拉伸。此时，通过检偏器125后光强输出接近为零。

当沿晶体Z轴方向加调制信号123后，电光晶体122的折射率及其光学性能发生变化，改变了对准光束的偏振状态，晶体中的偏振分量E光轴、O光轴上的电矢量之间开始出现相位延迟。如果调制信号123幅度加到一定大小时，E光、O光相位延迟将达到±π，也就是说此时E光、O光光程差应为±λ/2。这样，经过电光晶体122的光变为偏振方向与x轴夹角为-45度的线偏振光，其偏振方向与检偏器125平行，出射光可以完全通过检偏器125，出射光强达到最大值。

当E光、O光相位延迟在0-±π之间变化时，出射光为椭圆光，也就是说，在这种调制方式下(相位差在0-±π周期性变化)，输出光的偏振状态在相互正交的线偏振光和椭圆偏振光之间作周期性变化。如果在检偏器125后放置光电探测器，即可观察到输出光强的周期性变化，即实现了对对准光束的强度调制。同时，在调制器光路上插入一个λ/4波片124，使加入的λ4波片124光轴平行于电光晶体122的感应光轴，即二者之间的夹角为0度(λ/4波片124的光轴与电光晶体122的主轴成45°，从而使晶体沿两个感应轴上的分量之间产生的固定相位差。从而使调制器工作在线性区内，获得调制光束。

接着，在步骤S703中，提供一掩模板13，掩模板13包含两个掩模对准标记13a，13b，调制光束分别透过这些掩模对准标记13a，13b。

步骤S7051中，两个光电传感器(四象限探测器)14a，14b感测上述调制光束的强度，且每个光电传感器发出一感测信号。

步骤S7052中，信号采集调理解调模块15采集并调理这些感测信号，具体描述如下：

电流转电压单元151通过一个转换放大器把四象限探测器14a，14b四象限感测到的电流信号转化成电压信号，便于后继电路处理；

模拟带通滤波及信号放大单元152中，如前所述，调制光束的频率是已知的，模拟带通滤波部分的作用是提取出该特定频率的调制光束，滤除该特定的频率调制光束之外的其他噪声信号；由于调制光束比较弱，放大调制光束，使之达到较为合理的范围；

信号解调单元153的目的是把调制光束经过处理后转换成相应信号与一基准信号相乘后得到有用的信号，此信号经过滤波后再提取出的信号即为所需要的对准信号。信号解调单元153仅用一个乘法器即可实现对对准信号的解调处理，如图4所示，其中V_DM是进行带通滤波调理过的信号，V_Ref为参考信号即为经光源调制单元处理反馈环后得到的方波信号，V_offset为输入基准电压，V_DO为经过解调处理后到后继电路归一化处理的输入信号。

解调后滤波单元154的目的是滤除信号在解调过程当中产生的2倍频信号成分；

归一化单元155包含有两个加法器、一个减法器，其中减法器分别电性连接两个加法器。加法器的作用是把四象限传感器14a，14b中的两个象限产生的经过模拟带通滤波及信号放大单元152处理过后的调制光束根据需要叠加到一起，减法器实现归一化处理，还原出调制光束所包含的位置信息。

步骤S7053中，信号处理模块16对这些感测信号进行处理，并输出控制信号。信号处理模块16包括模拟数字转换器161和上位机162，归一化单元155输出的信号经过模拟数字转换器161后将转换结果存到数据寄存器163中，由上位机162自动计算出掩模板13位置偏移量，输出控制信号。

步骤S7054中，依据控制信号控制掩模板运动。掩模板运动控制模块17包括掩模板夹持装置171、掩模板传动系统172以及掩模板运动控制系统173。掩模板夹持装置171夹持掩模板13；掩模板运动控制系统173接收控制信号，输出位置偏移量；掩模板传动系统172依据位置偏移量控制掩模板夹持装置171的移动，从而调整掩模板13的位置和姿态。

本发明利用特有的电光调制单元对光源进行特定频率的调制，大大提高信号源信噪比，提高信号的抗干扰性，从而保证信号采集系统可以在相对复杂的条件下所获取的数据的可靠性，能够真实准确的反映原始信号间的固有关系。此外，由于采集到的数据相对可靠，可以快速提取出准确有效的对准信号，使对准次数减少，提高系统工作效率，同时，由于信号信噪比获得较大提高，对准精度也可以得到很大提高。

本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应做为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种基于电光调制光源的掩模对准系统，包括发出对准光束的光源以及具有掩模对准标记的掩模板，其特征在于，还包括：

电光调制模块，光源发出的对准光束垂直穿过上述电光调制模块，且上述电光调制模块利用调制信号将上述对准光束调制为具有特定频率的调制光束，上述调制光束透过上述掩模对准标记；

信号接收控制单元，接收透过上述掩模对准标记的调制光束，并控制上述掩模板的位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于其中的光源为激光二极管。

3.根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述掩模对准标记透光，而上述掩模对准标记周围不透光。

4.根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述电光调制模块包括：起偏器、电光晶体、λ/4波片以及检偏器，其中上述电光晶体设置于上述起偏器和上述检偏器之间，上述起偏器偏振方向和上述电光晶体的X轴平行，上述检偏器偏振方向和上述电光晶体的Y轴平行，上述λ/4波片设置于上述电光晶体和上述检偏器之间。

5.根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述信号接收控制单元包括：

光电传感器，感测上述调制光束的强度，且上述光电传感器发出一感测信号；

信号采集调理解调模块，电性连接上述光电传感器，采集并解调上述感测信号；

信号处理模块，电性连接上述信号采集调理解调模块，且上述信号处理单元对上述感测信号进行处理，并输出一控制信号；以及

掩模板运动控制模块，电性连接上述信号处理单元，接收上述控制信号并控制上述掩模板的位置和姿态。

6.根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述光电传感器为四象限探测器。

7.根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述感测信号为电流信号。

8.根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述信号采集调理解调模块包括：

电流转电压单元；

模拟带通滤波及信号放大单元，电性连接上述电流转电压单元；

信号解调单元，电性连接上述模拟带通滤波及信号放大单元；

滤波单元，电性连接上述信号解调单元，以及

归一化单元，电性连接上述滤波单元。

9.根据权利要求8所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述归一化单元更包括一减法器和两个加法器，其中上述减法器分别电性连接上述两个加法器。

10.根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述信号处理模块更包括模拟数字转换器和上位机，其中上述上位机电性连接上述模拟数字转换器。

11.根据权利要求10所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述上位机更包括一数据寄存器。

12.根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述掩模板运动控制模块更包括

掩模板夹持装置，夹持上述掩模板；以及

掩模板运动控制传动系统，控制上述掩模板夹持装置的移动。

13.根据权利要求12所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述掩模板运动控制传动系统包括x向精密丝杠及导轨，y向精密丝杠及导轨，z向升降平台，Rz向转台，x向绝对值编码器，y向绝对值编码器，x、y、z、Rz向驱动电机及其驱动器，以及运动控制器，其中，上述运动控制器分别电性连接上述x向绝对值编码器、上述y向绝对值编码器、上述x、y、Z、Rz向驱动电机驱动器。

14.一种基于电光调制光源的掩模对准方法，其特征在于，包含：

将光源发出的对准光束光电调制为具有特定频率的调制光束；

提供一掩模板，上述掩模板包含掩模对准标记，上述调制光束透过上述掩模对准标记；以及

依据上述调制光束在四象限传感器上能量分布大小来控制上述掩模板的位置和姿态。

15.根据权利要求14所述的掩模对准方法，其特征在于其中上述光源为激光二极管。

16.根据权利要求14所述的掩模对准方法，其特征在于其中上述掩模对准标记为透明的，且对准标记是对称结构。

17.根据权利要求14所述的掩模对准方4法，其特征在于其中上述依据上述调制光束控制上述掩模板的位置和姿态的步骤更包括：

感测透过上述掩模对准标记的上述调制光束的强度，发出感测信号；

采集并解调上述感测信号；

对上述感测信号进行处理，并输出一控制信号；以及

依据上述控制信号控制上述掩模板运动。

18.根据权利要求17所述的掩模对准方法，其特征在于其中上述感测信号为电流信号。

19.根据权利要求17所述的掩模对准方法，其特征在于其中上述采集并解调上述感测信号更包括下列步骤：

对上述电流信号进行电流转电压转换，得到一电压信号；

对上述电压信号进行模拟带通滤波，并将模拟带通滤波得到的信号进行放大；

对上述放大后的信号进行解调；

对上述解调后的信号进行滤波；以及

对上述滤波后的信号进行归一化处理。

20.根据权利要求17所述的掩模对准方法，其特征在于其中对上述感测信号进行处理的步骤更包括对上述感测信号进行模拟数字转换。