CN101587306B - 光刻技术中对准信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于幅值与相位分开探测的对准信号处理方法，该方法对来源于对准标记的粗对准信号进行分段归纳和估计峰值位置，通过粗对准信号模型拟合的方式确定标记的粗对准位置；对来源于对准标记的精对准信号化简归纳，通过精对准信号模型拟合的方式确定精对准信号的峰值点；并综合粗对准位置和精对准信号峰值点确定最终的对准位置。本发明提供的对准信号处理方法可以有效地提高对准信号处理效率，获得正确的对准位置。

Description

光刻技术中对准信号的处理方法 

技术领域

本发明涉及半导体集成电路光刻技术中一种对准信号的处理方法，特别涉及一种使用幅值与相位分开探测的对准信号处理方法。 

背景技术

现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的硅片上，例如半导体硅片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在硅片的一个曝光区域，随后硅片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在硅片的另一曝光区域，重复这一过程直到硅片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与硅片同时相对于投影系统和投影光束移动。 

光刻装置中关键的步骤是将掩模与硅片对准。第一层掩模图案在硅片上曝光后从装置中移开，在硅片进行相关的工艺处理后，进行第二层掩模图案的曝光，但为确保第二层掩模图案和随后掩模图案的像相对于硅片上已曝光掩模图案像的精确定位，需要将掩模和硅片进行精确对准。由光刻技术制造的IC器件需要多次曝光在硅片中形成多层电路，为此，光刻装置中要求配置对准系统，实现掩模和硅片的精确对准。当特征尺寸要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对对准精度的要求变得更加严格。 

光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩模-硅片对准，即测出硅片在机器坐标系中的坐标(XW，YW，ΦWZ)，及掩模在机器坐标系中的坐标(XR，YR，ΦRZ)，并计算得到掩模相对于硅片的位置，以满足套刻精度的要求。现有技术有两种对准方案。一种是透过镜头的TTL对准技术，激 光照明在硅片上设置的周期性相位光栅结构的对准标记，由光刻装置的投影物镜所收集的硅片对准标记的衍射光或散射光照射在掩模对准标记上，该对准标记可以为振幅或相位光栅。在掩模标记后设置探测器，当在投影物镜下扫描硅片时，探测透过掩模标记的光强，探测器输出的最大值表示正确的对准位置。该对准位置为用于监测硅片台位置移动的激光干涉仪的位置测量提供了零基准。另一种是离轴对准技术，通过离轴对准系统测量位于硅片上的多个对准标记以及硅片台上基准板的基准标记，实现硅片对准和硅片台对准；硅片台上基准板的基准标记与掩模对准标记对准，实现掩模对准；由此可以得到掩模和硅片的位置关系，实现掩模和硅片对准。 

目前，光刻设备大多所采用的对准方式为光栅对准。光栅对准是指均匀照明光束照射在光栅对准标记上发生衍射，衍射后的出射光携带有关于对准标记结构的全部信息。高级衍射光以大角度从相位对准光栅上散开，通过空间滤波器滤掉零级光后，采集衍射光±1级衍射光，或者随着CD要求的提高，同时采集多级衍射光(包括高级)在像平面干涉成像，经光电探测器和信号处理，确定对准中心位置。 

中国专利CN03164859.2公开了一种4f系统结构的离轴对准系统，该对准系统采用楔块列阵或楔板组来实现多级衍射光的重叠和相干；通过探测对准标记像透过参考光栅的透射光强，得到正弦输出的对准信号；由于该对准系统采用的标记为包含两个不同周期的光栅分支，各光栅分支的周期之间存在微小的周期差，基于游标卡尺原理，采集的信号在一定数目周期后，将存在一个峰值对准点，从而确定精确的对准位置。采用楔块列阵或楔板组合来实现多级衍射光的重叠、相干。对折射正、负相同级次的两楔块的面型和楔角一致性要求很高；而楔板组的加工制造、装配和调整的要求也很高，具体实现起来工程难度较大，代价昂贵。 

美国专利US.6,297,876B1介绍了一种离轴对准方法，也是结合同轴对准装置来实现掩膜版标记和硅片标记的对准。通过采集一个标记的7个阶次的衍射光，经过具有楔板调节装置的空间分离装置使这7个阶次的正负分量在像面相干叠加，然后对这7个阶次的光信号进行拟和，找到7个阶次都最大的一点，作为标记的中心位置。该方案的优点是可以实现自动捕获以及较高的对准精度， 但缺点是需要特殊的楔板调节装置和复杂的装调，另外，衍射光中的高阶次信号较弱，而该方法却又靠高阶次信号来实现较高的对准精度，实际中随着标记(特别是硅片标记)反射信号(特别是高阶次信号)功率过低，则实际无法利用高阶次信号，所以并不能可靠的提供最高对准精度。 

中国专利2007100455793、2007100455806公布了一种相位信号与幅值信号分开探测并相结合获得标记位置的离轴对准系统。该系统粗对准采用幅值探测技术，基于多周期光栅标记成像，同时探测多周期光栅标记的多组光栅衍射光相干成像后经多周期参考光栅调制的透射光强，由透射光强的幅值信息确定粗略对准位置；精对准采用相位探测技术，只探测周期最小的一组光栅的衍射光相干成像后经单周期参考光栅调制的透射光强，由透射光强的相位信息确定精确对准位置。 

附图1示出了该对准系统的光学原理示意图。该光学系统结构上包含两个相干成像系统(图1中用本专业领域人员所熟悉的4f系统结构来表示)。光源540发出的照明光束经反射镜541和相干成像系统的前组透镜542垂直入射到位于前组透镜542前焦面的对准标记543上，对准标记543为多周期光栅结构(如中间的光栅周期为P₁，两边的光栅周期依次分别为P₂和P₃，并且P₁＜P₂＜P₃)。组成对准标记的多周期光栅中的多组光栅的±1级衍射光经过前组透镜542后，再经分束器544分成两部分，一部分进入粗对准光路，另一部分进入精对准光路。由前组透镜542、第一空间滤波器545和第一后组透镜546构成第一相干成像系统(粗对准的相干成像系统)；前组透镜542、第二空间滤波器548和第二后组透镜549构成第二相干成像系统(精对准的相干成像系统)。在第一相干成像系统的中间像面(即频谱面)上设置有第一空间滤波器545，使得组成多周期光栅标记的多组光栅(例如光栅P₁、P₂和P₃)的±1级衍射光可以通过；在第二相干成像系统的中间像面(即频谱面)上设置有第二空间滤波器548，使得只有周期最小的一组光栅(例如光栅P₁)的±1级衍射光可以通过。同时，在两个相干成像系统的像面上分别设置不同的参考光栅，在第一相干成像系统的像面上设置有振幅型多周期光栅组成的第一参考光栅(粗对准参考光栅)，在第二相干成像系统的像面上设置有振幅型单周期光栅的第二参考光栅(精对准参考光栅)。在硅片对准扫描过程中，多周期光栅标记的光栅P₁、P₂和P₃的±1级衍射光相干成像，并匀速扫过粗对准参考光栅，然后经光电探测器采集转换后，形成图2中所示的光强与位置一一对应的粗对准信号。同时，周期最小的一组光栅P1的±1级衍射光相干所成的像匀速扫过精对准参考光栅，并由光电探测器采集转换后，形成图2中所示的光强与位置一一对应的精对准信号。然后根据粗对准信号的幅值信息和精对准信号的位相信息确定对准标记的中心位置。

针对上述技术，由于信号的数据量较大，所以，应提供一套信号处理方法，以提高整个系统的效率及实时性。 

有鉴于此，如何提供一种光刻技术中对准信号的处理方法，来解决上述技术问题已成为业界亟待解决的课题。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种光刻技术中对准信号的处理方法，能够提高对准信号处理效率，获得正确的对准位置。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光刻技术中对准信号的处理方法，其包括采集对准标记所产生的粗对准信号和精对准信号，分别对所述粗对准信号和精对准信号进行信号处理，获得粗对准位置与精对准信号的峰值点，以确定对准位置；所述粗对准信号处理包括信号分段归纳与峰值位置估计过程，用以确定拟合数据窗口；根据所述拟合数据窗口内的光强与位置采样，使用粗对准拟合模型，以获得模型参数；所述确定拟合数据窗口的方法为：取粗对准信号峰值所在的分段和左右邻近一段或几段合并为拟合数据窗口。 

所述信号分段归纳过程包括将粗对准信号采集过程分为多段，进行后一段信号采集的同时对前一段的分段数据进行归纳处理；所述峰值位置估计过程包括采取三点取均值来判断光强的最大值及所在的分段；所述模型参数的求解采用最小二乘法。 

所述拟合模型包含所述对准标记的全部周期成分，粗对准信号中包含的频率成分与所述对准标记中包含的周期成分直接相关。 

所述粗对准信号包括工件台的位置数据和粗对准光强信号，所述精对准信号包括工件台的位置数据和精对准光强信号。 

确定所述精对准信号的峰值点的方法包括：对采集的精对准信号进行化简归纳；精对准信号模型拟合；以及计算精对准信号的峰值点。其中，所述精对准信号模型拟合利用最小二乘法。所述精对准信号模型拟合包括计算出模型中的波峰点，而每一个波峰点即为精对准信号的峰值点。 

以所述粗对准位置为基准，寻找所述精对准信号±1/2周期范围内所对应的一个峰值位置，该位置即为最终确定的对准位置。 

本发明的光刻技术中对准信号的处理方法，是基于幅值与相位分开探测的对准信号而采用的处理方法，通过对粗对准信号进行分段归纳和估计峰值位置，采用粗对准信号模型拟合的方式确定标记的粗对准位置；通过对精对准信号化简归纳，采用精对准信号模型拟合的方式确定精对准信号的峰值点；并综合粗对准位置和精对准信号峰值点确定最终的对准位置。采用该方法可有效地提高对准信号处理效率，获得精确的对准位置。 

附图说明

图1为幅值与相位分开探测的对准系统光学原理示意图； 

图2为粗对准信号形式和精对准信号形式的示意图； 

图3为本发明的对准信号处理过程示意图； 

图4为粗对准信号分段归纳过程中的分段示意图； 

图5为粗对准信号估计峰值位置的流程图； 

图6为拟合数据窗口的示意图。 

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实例加以实施或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。 

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，需要说明的是，本发明是基于中国专利2007100455793、2007100455806公布的有关对准标记所产生的对准信号进行处理，故，与所述对准标记及相关技术在此不再详述。 

附图2示出了粗对准信号和精对准信号的形式。在粗对准信号的中心位置处，粗对准信号存在一个主峰和一系列相邻的次峰。通过优化标记和参考光栅 的结构参数，可使主峰与次峰的幅值有明显差异，主峰的中心位置相对容易检测。通过探测整个粗对准信号的幅值可以得到信号的主峰位置，该位置为粗略的标记对准中心位置X₀₁，即粗对准位置。精对准信号为具有多峰值特性的正弦周期信号，由于采用±1级衍射光相干成像，故信号的周期为精对准参考光栅周期的1/2。由粗对准信号的对准中心位置X₀₁，可以在精对准信号中找到一个距离X₀₁的±1/2周期范围找到内一个最近的峰值位置，该位置即为精对准位置X₀₂。 

附图3给出了对准信号处理框图。对准信号的处理过程主要包括粗对准信号的处理、精对准信号的处理，以及根据获得粗对准位置确定精对准位置。粗对准信号的处理主要包括如下步骤： 

步骤S11：采集工件台位置数据和粗对准光强信号，产生粗对准信号； 

步骤S12：采集粗对准信号的同时，对信号进行分段归纳； 

步骤S12：采集粗对准信号的同时，估计信号的峰值位置； 

步骤S13：根据估计的峰值位置和信号分段情况，确定拟合数据窗口； 

步骤S14：对拟合数据窗口内的光强与位置采样，采用粗对准拟合模型，进行拟合。 

步骤S15：由拟合后获得的模型参数，确定粗对准位置。 

在对准扫描过程中，按照采样频率同时采集光强数据和工件台位置数据。这里，光强数据即多周期光栅标记的光栅P₁、P₂和P₃等的±1级衍射光相干成像，该成像在工件台载动下，匀速扫过粗对准参考光栅，然后经光电探测器采集转换后获得的光强采样；位置数据为匀速移动中的工件台各个时刻的位置坐标。 

对于粗对准信号，处理的目的在于找到光强最大值点所对应的位置坐标，即附图2粗对准信号中X₀₁的位置坐标。X₀₁的位置通过粗对准信号的模型拟合的方式获得。粗对准信号采用如下拟合模型进行拟合： 

$I=b_1+b_2\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_1}x\right)+b_3\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_1}x\right)+b_4\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_2}x\right)+b_5\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_2}x\right)$

式1 

$+\mathrm{\Λ}+b_{2n}\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_n}x\right)+b_{2n+1}\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_n}x\right)$

其中，x为位置数据，I为对应该位置处采集的光强数据，b₁、b_2n和b_2n+1为模型拟合参数， 

为粗对准信号中包含的第n个频率成分。粗对准信号中包含 的频率成分与对准标记中包含的周期成分直接相关。拟合模型应包含对准标记的全部周期成分。例如，附图1中所示的对准标记包含3个不同的周期P₁、P₂和P₃，由此产生的粗对准信号中也会同样包含3种频率成分，故拟合模型将采用如式2所示的具体形式，即包含： 

和 

三种频率成分。 

$I=b_1+b_2\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_1}x\right)+b_3\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_1}x\right)+b_4\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_2}x\right)+b_5\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_2}x\right)$

式2 

$+b_6\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_3}x\right)+b_7\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_3}x\right)$

由于附图1所示的对准系统中，采用的是±1级光干涉成像，成像条纹的周期为标记周期的1/2，故拟合模型的频率成设计为p₁＝0.5P₁、p₂＝0.5P₂、p₃＝0.5P₃。当采用其它级次光干涉成像，成像条纹的周期与标记周期关系将可能发生改变，拟合模型中的频率应做适应性改变，以确保拟合模型中的频率成分与成像条纹中包含的频率成分一致。 

粗对准模型参数的求解采用最小二乘法，其中误差函数定义为： 

$\mathrm{\ϵ}=\underset{j}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{[I_j-f\left(x_j\right)]}^2$ 式3 

其中，I_j为对应x_j处的采样光强，f(x_j)为对应x_j处的光强拟合值，g为总的采样点数。对误差函数通过b₁、...、b_2n和b_2n+1的偏微分求极值，则： 

$\frac{\∂\mathrm{\ϵ}}{b_1}=0,\frac{\∂\mathrm{\ϵ}}{b_2}=0,\mathrm{\Λ},\frac{\∂\mathrm{\ϵ}}{b_{2n+1}}=0$ 式4 

并代入式1，可得： 

$\left[\begin{array}{cccccc}g& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}& L& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{\left(C_{1,j}\right)}^2& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}{S}_{1,j}& L& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}{C}_{n,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}{S}_{n,j}\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}{C}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{\left(S_{1,j}\right)}^2& L& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}{C}_{n,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}{S}_{n,j}\\ M& M& M& O& M& M\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}{C}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}{S}_{1,j}& L& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{\left(C_{n,j}\right)}^2& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}{S}_{n,j}\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}{C}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}{S}_{1,j}& L& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}{C}_{n,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{\left(S_{n,j}\right)}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\\ M\\ b_{2n}\\ b_{2n+1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j{C}_{1,j}\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j{S}_{1,j}\\ M\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j{C}_{n,j}\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j{S}_{n,j}\end{array}\right]$ 式5 

这里， $C_{n,j}=\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_n}{x}_j\right),$ $S_{n,j}=\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{p_n}{x}_j\right).$ 式5所示参数方程可写成AB＝C的数学形式，其中位置信号矩阵A为对称矩阵，即A＝A′，且由位置信号矩阵A和光强信号向量C容易求解出参数向量B，即b₁、...、b_2n和b_2n+1的值。 

在粗对准信号分段归纳步骤中，从接收到第1个位置和光强采样开始，粗对准信号进行分段归纳。每隔一定的采样点数，对该段时间内的采样数据进行化简归纳，而无需等到采样完全结束再进行处理，其目的在于充分利用采样时间间隔进行数据处理，提高了系统的效率和实时性。 

附图4示出了粗对准信号拟合分段归纳过程中分段示意图。图中整个信号的采集过程共分成N段(D₁、D₂、...、D_N)，每一分段包含M个采样。从第一个采样对(位置采样和光强采样)到第M个采样对，组成D₁分段。在M+1、M+2、...、M+M(D₂分段)进行采集的同时，对D₁分段中的采样对进行归纳；同理，当采集D₃分段时，对D₂分段的分段数据进行归纳处理。依次类推，直到对准采样结束。归纳的过程即为计算式5中位置信号矩阵A和光强信号向量C中元素的过程，其目的在于后续模型参数的拟合求解过程中，直接利用已经获得位置信号矩阵A和光强信号向量C，从而缩短计算用时，提高对准效率。N和M的具体设置可以根据信号的长度、总的采样点数合理安排。分段过少可能会影响拟合效果，过细则占用更多内存空间，总之需要综合考虑。但无论设置多少，不改变算法的可行性。 

以第D₁分段的归纳计算为例，归纳的过程即为计算位置信号矩阵A和光强信号向量C在D₁分段内的值，即： 

$A_{D_1}=\left[\begin{array}{cccccc}M& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}& \mathrm{\Λ}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}\\ \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{\left(C_{1,j}\right)}^2& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}{S}_{1,j}& \mathrm{\Λ}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}{C}_{n,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{1,j}{S}_{n,j}\\ \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}{C}_{1,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{\left(S_{1,j}\right)}^2& \mathrm{\Λ}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}{C}_{n,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{1,j}{S}_{n,j}\\ M& M& M& O& M& M\\ \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}{C}_{1,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}{S}_{1,j}& \mathrm{\Λ}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{\left(C_{n,j}\right)}^2& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{n,j}{S}_{n,j}\\ \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}{C}_{1,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}{S}_{1,j}& \mathrm{\Λ}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{n,j}{C}_{n,j}& \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{\left(S_{n,j}\right)}^2\end{array}\right]$ 式6 

$C_{D_1}=\left[\begin{array}{c}\underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j\\ \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j{C}_{1,j}\\ \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j{S}_{1,j}\\ M\\ \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j{C}_{n,j}\\ \underset{j=\mathrm{lM}+1}{\overset{\mathrm{lM}+M}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j{S}_{n,j}\end{array}\right]$ 式7 

在粗对准信号的估计峰值步骤中，从接收到第3个位置和光强采样开始，对每个采样点的光强逐一比较判断，并记录最大的光强、最大光强对应的采样位置、所在的分段。估计峰值目的在于粗对准信号采样的同时，获得最大光强一个粗略位置，用以确定数据拟合窗口一个大概位置。事实上，粗对准位置X₀₁即在该估计的峰值位置附近。为保证判断的准确性，采取了三点取均值来判断光强最大值，具体流程如附图5所示(这里一个分段设定为M个采样点)，包括如下步骤(这里以相关计算程序的表示进行示意)： 

首先，设置初始I_max、x_max_pos和x_seg为0； 

接着，计算3点平均光强：I_ave＝(Ij-2+Ij-1+Ij)/3； 

然后，与I_max比较，判断新获得的I_ave是否为最大光强； 

又，如果I_ave＞I_max，用当前I_ave值替换原来的I_max，当所在分段前xj替换x_max_pos，当前xj所在分段替换x_seg； 

最后，继续采样，重复上述步骤，直到采样结束。 

根据上述处理步骤，采样结束后，即可确定粗对准信号中估计峰值I_max、该峰值的位置坐标x_max_pos和所在的分段x_seg。 

在粗对准信号的确定拟合数据窗口步骤中，根据所估计的峰值点的采样位置x_max_pos，以及该位置所在的分段，取该段和左右邻近一段或几段合并为拟合数据窗口，可确保粗对准位置X0₁在该拟合数据窗口内。附图6给出了拟合数据窗口的一个实施例，估计的峰值x_max_pos位于D_L段，取的拟合数据窗口包括D_L-2、D_L-1、D_L、D_L+1和D_L+2段。 

在粗对准信号模型拟合步骤中，首先合并拟合数据窗口包含的位置信号矩阵A和光强信号向量C， $A=\mathrm{\Σ}{A}_{D_1},$ $C=\mathrm{\Σ}{C}_{D_1}.$ 附图6所示的拟合数据窗口实施例 中， $A=A_{D_{L-2}}+A_{D_{L-1}}+A_{D_L}+A_{D_{L+1}}+A_{D_{L+2}},C=C_{D_{L-2}}+C_{D_{L-1}}+C_{D_L}+C_{D_{L+1}}+C_{D_{L+2}}.$ 求解参数向量B，B＝A^-1C。 

位于估计峰值x_max_pos最近处的极值点即为粗对准位置X₀₁，由于难以获得解析解，故实际中采用切线法求解，x_max_pos附近的解x_q满足如下条件： 

$\left\{\begin{array}{c}|x_q-x_{q-1}|=\frac{I^{\&prime;}\left(x_q\right)}{I^{\&prime;\&prime;}\left(x_q\right)}<\mathrm{\&eta;}\\ |x_q-x\_\max \_\mathrm{pos}|<p_1\\ I^{\&prime;}\left(x\right)=-\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_1}{b}_2\cos \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_1}x\right)+\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_1}{b}_3\sin \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_1}x\right)-\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_2}{b}_4\cos \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_2}x\right)+\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_2}{b}_5\sin \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_2}x\right)\\ +\mathrm{\&Lambda;}-\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_n}{b}_{2n}\cos \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_n}x\right)+\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_n}{b}_{2n+1}\sin \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_n}x\right)\end{array}\right.$ 式8 

这里，η为迭代允许的误差，设定为精对准信号p₁的1/8周期，则即可保证满足精度需要。 

继续参考图3。精对准信号的处理过程主要包括如下步骤： 

步骤S21：采集工件台的位置数据和精对准光强信号，以产生精对准信号； 

步骤S22：采集精对准信号，同时对其化简归纳； 

步骤S23：精对准信号模型拟合； 

步骤S24：计算精对准信号的峰值点。 

其中，精对准信号拟合模型采用： 

$I=d_1+d_2\cos \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_1}x\right)+d_3\sin \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_1}x\right)$ 式9 

其中，x为位置数据，I为对应该位置处采集的光强数据，d₁、d₂和d₃为模型拟合参数， 

为精对准信号的频率成分，由于采用的是±1级光干涉成像，故精对准成像条纹的周期为用以精对准的光栅标记周期P₁的1/2，即：p₁＝0.5P₁。 

精对准信号的化简归纳过程类似粗对准信号，在对准信号采集的过程，完成线形矩阵参数的计算过程，从而提高处理的效率。精对准信号的化简归纳过程从信号开始采集，一直到信号的采集结束，不进行分段处理。化简归纳过程即为求解信号矩阵A和信号向量C中元素的过程。 

$A=\left[\begin{array}{ccc}g& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_{1,j}\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(C_{1,j}\right)}^2& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{1,j}{S}_{1,j}\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_{1,j}{C}_{1,j}& \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(S_{1,j}\right)}^2\end{array}\right]$

$C=\left[\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_j\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_j{C}_{1,j}\\ \underset{j=1}{\overset{g}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_j{S}_{1,j}\end{array}\right]$

精对准信号模型拟合步骤利用最小二乘法，由信号矩阵A和信号向量C，求解精对准信号模型参数d₁、d₂、d₃。 

计算峰值位置步骤为利用获得的信号模型参数d₁、d₂、d₃，可算出该模型中的波峰点，每一个波峰点即为信号的峰值点。 

需要说明的是，精对准信号处理方式可以有多种，发明人只是在这里例举了其中一种方式。事实上，如果不考虑精对准信号的处理效率，步骤S22中的化简归纳过程可以省去；此外，精对准信号拟合模型也可采用高阶的非线性余弦模型等方法处理。 

步骤S3：最终的对准位置由粗对准位置和精对准信号中峰值点共同确定，其基本原理为：以找到的粗对准位置为X₀₁基准，寻找精对准信号±1/2周期范围内所对应的一个峰值位置，该位置即为精对准的对准中心位置X₀₂。 

综上所述，本发明的光刻技术中对准信号的处理方法，是基于幅值与相位分开探测的对准信号，通过现有的对准标记产生粗对准信号并对其进行分段归纳和估计峰值位置，通过粗对准信号模型拟合的方式确定标记的粗对准位置；通过现有的对准标记产生精对准信号并对其化简归纳，通过精对准信号模型拟合的方式确定精对准信号的峰值点；并综合粗对准位置和精对准信号峰值点确定最终的对准位置。可有效地提高对准信号处理效率，获得正确的对准位置。 

上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变化。因此，本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。 

Claims (10)

1.一种光刻技术中对准信号的处理方法，包括：

采集对准标记所产生的粗对准信号和精对准信号，分别对所述粗对准信号和精对准信号进行信号处理，获得粗对准位置与精对准信号的峰值点，以确定对准位置；

其特征在于，所述粗对准信号处理包括信号分段归纳与峰值位置估计过程，用以确定拟合数据窗口；根据所述拟合数据窗口内的光强与位置采样，使用粗对准拟合模型，以获得模型参数；

所述确定拟合数据窗口的方法为：取粗对准信号峰值所在的分段和左右邻近一段或几段合并为拟合数据窗口。

2.如权利要求1所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，所述信号分段归纳过程包括将粗对准信号采集过程分为多段，进行后一段信号采集的同时对前一段的分段数据进行归纳处理。

3.如权利要求1所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，所述峰值位置估计过程包括采取三点取均值来判断光强的最大值及所在的分段。

4.如权利要求1所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，所述模型参数的求解采用最小二乘法。

5.如权利要求1所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，所述拟合模型包含所述对准标记的全部周期成分，粗对准信号中包含的频率成分与所述对准标记中包含的周期成分直接相关。

6.如权利要求1所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，所述粗对准信号包括工件台的位置数据和粗对准光强信号，所述精对准信号包括工件台的位置数据和精对准光强信号。

7.如权利要求1所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，确定所述精对准信号的峰值点的方法包括：

对采集的精对准信号进行化简归纳；

精对准信号模型拟合；以及计算精对准信号的峰值点。

8.如权利要求7所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，所述精对准信号模型拟合利用最小二乘法。

9.如权利要求7所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，所述精对准信号模型拟合包括计算出模型中的波峰点，而每一个波峰点即为精对准信号的峰值点。

10.如权利要求1所述的光刻技术中对准信号的处理方法，其特征在于，以所述粗对准位置为基准，寻找所述精对准信号±1/2周期范围内所对应的一个峰值位置，该位置即为最终确定的对准位置。

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