CN102419520B - 一种对准信号模拟发生装置 - Google Patents

Abstract

一种对准信号模拟发生装置，该装置中具有连续衰减轮，包括内侧轮盘、外侧轮盘和电机，光照到内侧轮盘或外侧轮盘的不同位置，即可实现对输入光强相应的衰减率，内侧轮盘和外侧轮盘径向上衰减率分别相同，圆周方向上衰减率连续变化，当光源垂直入射到内侧轮盘或外侧轮盘，并且光源输入位置固定的情况下，通过电机匀速驱动内侧轮盘和外侧轮盘转动，实现对输入光强的调制，调制频率与电机匀速旋转的转速相对应。

Description

一种对准信号模拟发生装置

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种用于光刻机的对准信号模拟发生装置。

背景技术

光刻机属于芯片制造工艺线上的关键设备，其原理就是利用投影镜头，通过照明光源照射掩模板，将掩模上的图案，曝光到硅片上的指定的位置。由于工艺的需要，制造具有一定功能芯片，需要在同一芯片上进行多层的曝光，层与层的线条之间具有一定位置关系，该位置关系要求非常严格，这需要通过对准系统来进行保证。而硅片对准系统的功能主要是确定硅片标记相对于整机(投影镜头)的位置关系。对于硅片对准系统来说，其使用不同于曝光光源的照明光源和不同于投影镜头的光学检测装置，硅片对准原理为，使用光源照射硅片对准标记，使用光学检测装置检测光源照射硅片对准标记后产生的衍射光，检测装置内部使用光栅来检测衍射光的干涉成像。当硅片对准标记随硅片台匀速运动时，硅片对准标记及其位置信息会反映在光栅后面接收到的光能量上，通过对光能量信息和硅片台的位置信息计算处理，可以获得硅片对准标记的位置，即硅片对准位置。

CN200710044152.1公开了一种用于光刻设备的对准系统，其在基底标记或基底台基准标记使用具有粗精配合的三周期相位光栅，当对准照明光束照射到三周期相位光栅表面，会形成各级次衍射光，只利用这三个周期的一级衍射光作为对准信号，可以实现大的捕获范围的同时获得高的对准精度。对准信号通过使用具有与三周期相位光栅相同周期的参考光栅，并利用布置在参考光栅后的光电探测器来接收获得的。由于基底标记的图像是与光栅结构形式一致的连续光斑条纹，当标记相对于对准光学系统移动时，这些条纹相对于参考光栅也会移动，即成像条纹与参考光栅的重合程度发生连续的变化，结果是在光电探测器上的信号光强也随着这种移动发生连续变化，由于条纹间距是周期性变化，这种光强信号的变化也是周期性的。根据傅立叶光学，在探测器上形成的是一种正弦形式的信号，如果保持标记与对准系统的相互精确的匀速运动，则可以获得一个恒定周期的正弦信号。

CN200810041152.0公开的对准系统中，提到的对准辐射源模块(对准光源)为通过光电调制的激光器1，光电调制包括强度(幅度)调制器单元。

通常，为了提高对准精度，在对准系统的光源部分采用光强调制装置，这样对准扫描信号为被载波信号调制的正弦信号。

现有光刻机的硅片对准系统，存在以下不足，即当硅片对准系统信号处理环节开发完成后，硅片对准信号处理功能(包括对准光强的接收、转换、处理)难于实现自测试，要实现该功能的测试，有两种方法：

一是需要开发相应的运动台，实现硅片标记扫描动作，而为了实现硅片扫描动作，需要有同步控制系统和运动控制系统的支撑，这种测试装置的开发成本很高，在实际中很难操作；

二是直接将其装配到整机上进行自测试，而这种测试还受限于整机的开发进度，整体测试周期会比较长，可能导致开发中的不足到开发的后期才能诊断出来。

基于上述问题，有必要开发一种可用于硅片对准信号处理且能自测试的硅片对准信号发生装置。该装置成本低，能够提供一种模拟硅片对准扫描的调制的光信号。

现有的硅片对准系统光源主要组成包括激光器、幅度调制装置(光弹调制)，固定衰减率的衰减轮。基于现有的硅片对准光源很难用于硅片对准信号处理功能自测试的这种功能需求。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种硅片对准信号模拟发生装置。该装置主要采用了连续衰减轮的技术，通过控制衰减轮的速度，在一定范围内，可以实现任意调制频率的光强信号。通过连续衰减轮与幅度调制装置的综合使用，可以产生用于硅片对准信号处理的信号源。即可用于硅片对准信号处理功能的自测试。

根据本发明的对准信号模拟发生装置，包括：光源模块、幅度调制装置、连续衰减轮，其中，所述光源模块发射出的对准光束，经过幅度调制装置调制后，入射到所述连续衰减轮的衰减轮盘上，通过控制所述衰减轮盘转动，模拟出对准光束被硅片对准标记衍射后，对准信号处理单元接收的光强信号。

其中，所述对准光束的传播方向垂直于所述连续衰减轮的衰减轮盘所在平面。

其中，所述连续衰减轮设置有一个以上衰减轮盘，通过所述衰减轮盘的旋转，对上述对准光束进行衰减调制，所述衰减轮盘设置有不同的轮盘直径，且在轮盘径向上衰减率分别相同，在轮盘圆周方向上衰减率连续变化。

其中，所述每个衰减轮盘设置有至少一个衰减率变化的周期，每一个周期对应衰减轮盘的一个衰减区域，在该区域范围内，其衰减率从0％连续变换到100％再变化回0％。

其中，所述衰减率变化的一个周期内，对应的衰减区域在所述衰减轮盘上是连续分布的。

其中，通过垂向移动调整装置调整衰减轮位置，即选择使用不同直径的衰减轮盘。

其中，通过电机装置控制衰减轮盘的旋转，并通过位置传感器将衰减轮的电机旋转的角度信息输出，用于角度控制或转速控制。

其中，该装置输出的光强信号被直接输入至硅片对准信号处理单元，进行准信号处理单元校验。

其中，该装置被用于硅片对准系统作为光源，磁石对准光束所通过的衰减轮盘的衰减区域的衰减率为0％。

本发明的对准信号模拟发生装置，采用了连续衰减轮，通过控制衰减轮的速度，在一定范围内，可以实现光强任意频率的调制。通过连续衰减轮与幅度调制装置的综合使用，可模拟产生与硅片对准信号相同特征的光信号，可以用于硅片对准信号处理功能的自测试，可有效缩短硅片对准信号处理功能验收调试周期。该对准信号模拟发生装置可作为硅片对准光源，采用该装置的硅片对准系统可以不依赖于硅片台的扫描，不依赖于整机，不依赖于光学检测装置就可以进行硅片对准信号处理功能的自测试，在一定程度上降低了对准信号处理功能测试平台开发的成本。

附图说明

图1所示为根据本发明的对准信号模拟发生装置的结构示意图；

图2所示为根据本发明的对准信号模拟发生装置中的连续衰减轮的结构示意图；

图3所示为连续衰减轮的内侧轮盘的示意图；

图4所示为将对准信号模拟发生装置应用于硅片对准系统中时的结构示意图；

图5所示为根据本发明的对准信号模拟发生装置的另一应用实例；

图6所示为采用光弹调制和采用衰减轮调制及综合调制的效果示意图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

本发明的对准信号模拟发生装置的结构如图1所示，所述光源模块，即图1中的激光器1，为信号模拟发生装置光源，也可为硅片对准系统提供对准光源。在实际操作过程中，激光控制器2在上位机14的命令下控制激光器1的开启。所述幅度调制装置包括光弹晶体3及压电晶体4，光弹晶体3在周期性外力的作用下，对入射光进行调制。压电晶体4在一定规律的输入电压作用下，可以产生拉伸与压缩，并带动光弹晶体3按一定的规律拉伸和压缩，使得光弹晶体3内部物理特性按一定的规律变化，激光器1发射出的对准光束，经过光弹晶片3，进行幅度调制。功率驱动器5在调制控制器6的控制下产生一定功率的驱动信号，驱动压电晶体4。调制控制器6按调制参数设置产生一定频率的信号，同时提供同一频率的参考信号输出，用于信号解调用。光学组件7包括滤波片、旋光片、偏振分束器，滤波片使得入射偏振光各向量之间的产生固定相位差，旋光片改变偏振光各向量的方向(在与光传播方向垂直的平面上，改变向量的方向为45度)，偏振分束器对偏振光进行分束，使得偏振分束器出射光能量与调制规律上保持一致。连续衰减轮8，设置有衰减轮盘，在图1中，所述衰减轮盘包括内侧轮盘、外侧轮盘，连续衰减轮8还设置有配套的电机、位置传感器、垂向移动调整装置。光照到内侧轮盘或外侧轮盘的不同位置，即可实现对输入光强相应的衰减率，内侧轮盘和外侧轮盘径向上衰减率分别相同，圆周方向上衰减率连续变化。当光源沿光线传播放线垂直于衰减轮盘所在平面，入射到内侧轮盘或外侧轮盘，并且光源位置固定的情况下，通过电机匀速驱动内侧轮盘和外侧轮盘转动，可实现对入射光强的调制，调制频率与电机匀速旋转的转速相对应。位置传感器可将电机旋转的角度信息输出，用于角度控制或转速控制。垂向移动调整装置，可将调整衰减轮位置，即可选择使用内侧轮盘或外侧轮盘。内侧轮盘和外侧轮盘区别在于，轮盘旋转一周，衰减率变化的周期不一样。内侧轮盘16为图2的i区域，将其单独提取出来如图3所示，内侧轮盘旋转一周，其衰减率也从0％连续变换到100％再变化回0％，实现一个周期的变化。即在M点衰减率为0％，在O点衰减率为100％，在N、P点衰减率为45％。外侧轮盘，如图2所示，轮盘上主要有几个区域a、b...h。每个区域衰减率由0％连续变化到100％再连续变化到0％。即每个区域可以实现一个周期的变换。采用内外轮盘的衰减轮，有利于灵活实现不同的调制频率。电机驱动器9驱动电机运动，并接收电机位置信息。电机控制器10，接收电机驱动器9的电机位置信息，实现对电机驱动器9的控制。偏振分光镜11保证入射光一部分输出，用于对准探测，一部分耦合输出用来对光信号进行采集。光电探测器12，对耦合输出光信号进行光电转换，转换后的电信号引入信号采集单元13。信号采集单元13，对光电探测器12输出的电信号分别进行采集和处理，形成数据，输出给上位机14。上位机14功能包括：对激光器1开启控制，对电机位置和速度控制，获取光电耦合器输出的光电信号采集的数据。

原有硅片对准系统采用的标记为光栅标记，光源照射到硅片对准标记上，当控制硅片台，进行硅片标记扫描运动时，产生的硅片对准光强信号特征为随时间变换的正弦信号。如果光源采用调制技术，产生的硅片对准光强信号为经过调制的正弦波。

而本发明的对准信号模拟发生装置，输出的是光信号，可以不依赖于硅片标记和光学检测装置，通过采用幅度调制和衰减轮调制，可直接将光源的输出光信号输出给硅片对准信号处理环节，进行硅片对准信号处理环节的自测试。本发明的对准信号模拟发生装置，可以作为硅片对准光源，用于硅片对准系统中，可以不依赖于硅片标记的扫描运动，直接采用静止的硅片标记，调整激光器1，使激光器1输出的光照射到硅片标记上，开启幅度调制(光弹调制)，对应的调制频率为f₁，调整衰减轮的垂向位置，将内侧轮盘与光源对正，控制衰减轮旋转，如果衰减轮转速为n，相应的调制频率f₂为n，因此可通过控制衰减轮的转速实现不同频率的调制。也可以使用外侧轮盘与光源对正，外侧轮盘等分m份，控制衰减轮旋转，如果衰减轮转速为n，相应的调制频率f₂为m×n。采用幅度调制和衰减轮调制，对应的光源输出的光强信号为sin(2π×f₁×t)×sin(2π×f₂×t)，即信号特征与实际的硅片对准光强信号特征一致，即模拟产生了对准信号，可用于硅片对准信号处理功能的自测试。

本发明的对准信号模拟发生装置，在硅片对准系统中，也可用于硅片对准信号处理功能的自测试。其应用实例如图4所示。

在进行硅片对准过程中，直接利用对准信号模拟发生装置代替硅片对准光源，控制衰减轮8的位置，使衰减轮8定位，使其衰减率为0％，对准信号模拟发生装置17通过光学检测装置18照射到硅片台19的硅片对准标记20，光学检测装置18接收对准信号模拟发生装置17照射硅片对准标记20形成的衍射光，并将光信号传送给硅片对准信号处理单元21，硅片台控制和位置采集单元22控制硅片台19扫描运动，并将硅片台19的位置数据传递给硅片对准信号处理单元21，硅片对准信号处理单元21根据接收的光强信息和位置数据，分析处理，计算出硅片标记20的位置，实现硅片对准。本装置可有效地用于现有的硅片对准系统。

采用本发明的对准信号模拟发生装置，可在不依赖于硅片台的扫描运动的前提下，进行硅片对准信号处理的自测试，具体实施方式如下：直接采用静止的硅片标记，定位硅片台，使光源照射到硅片标记上，开启幅度调制(光弹调制)，对应的调制频率为f₁，取为400Hz，调整衰减轮的垂向位置，将内侧轮盘与光源对正，控制衰减轮旋转，如果衰减轮转速为n，相应的调制频率f₂为n，因此可通过控制衰减轮的转速实现不同频率的调制，f2取为20Hz。采用幅度调制和衰减轮调制，对应的光源输出的光强信号为sin(2π×400t)×sin(2π×20t)，信号形式如图6所示，图6中，如果单独开启幅度调制装置，频率为400Hz，将衰减轮位置调整后固定，使衰减轮对光的衰减率为0，则对准信号模拟发生装置17输出的光信号特征规律为I1，如果关闭幅度调制装置，使用衰减轮内侧轮盘，控制衰减轮转速为20转/分，则在则对准信号模拟发生装置17输出的光信号特征规律为I2，如果同时开启幅度调制装置和衰减轮调制，则对准信号模拟发生装置17输出的光信号特征规律为I，信号为20Hz正弦信号被400Hz的正弦信号调制的信号，即信号特征与实际的硅片对准光强信号特征一致(如果标记周期为8.0um，幅度调制频率为400Hz，工件台速度为0.16mm/s，与标记一级衍射干涉光强的特征一致)，可用于硅片对准信号处理的自测试功能。

采用本发明的对准信号模拟发生装置，另一具体实施例如图5所示，即不依赖于光学检测装置，将信号模拟发生装置17的输出直接输入至硅片对准信号处理单元21，具体操作为：开启幅度调制(光弹调制)，对应的调制频率为f1，取为400Hz，调整衰减轮的垂向位置，将内侧轮盘与光源对正，控制衰减轮旋转，如果衰减轮转速为n，相应的调制频率f2为n，因此可通过控制衰减轮的转速实现不同频率的调制，f2取为20Hz。采用幅度调制和衰减轮调制，对应的光源输出的光强信号为sin(2π×400t)×sin(2π×20t)，信号形式如图6所示，图6中，如果单独开启幅度调制装置，频率为400Hz，将衰减轮位置调整后固定，使衰减轮对光的衰减率为0，则对准信号模拟发生装置17输出的光信号特征规律为I1，如果关闭幅度调制装置，使用衰减轮内侧轮盘，控制衰减轮转速为20转/分，则在则对准信号模拟发生装置17输出的光信号特征规律为I2，如果同时开启幅度调制装置和衰减轮调制，则对准信号模拟发生装置17输出的光信号特征规律为I，信号为20Hz正弦信号被400Hz的正弦信号调制的信号，即信号特征与实际的硅片对准光强信号特征一致(如果标记周期为8.0um，幅度调制频率为400Hz，工件台速度为0.16mm/s，与标记一级衍射干涉光强的特征一致)，可用于硅片对准信号处理的自测试功能。

该对准信号模拟发生装置可用作硅片对准光源，用于实际的对准工作需要，同时也可用于硅片对准信号处理功能的自测试，在一定程度上降低了对准测试平台开发的成本。即可以不依赖于硅片台的扫描运动控制，不依赖于整机，不依赖于光学检测部装置，就可以实现硅片对准信号处理功能的自测试。

本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，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)

1.一种对准信号模拟发生装置，与对准信号处理单元连接，所述对准信号模拟发生装置包括：

光源模块，发射出对准光束；

其特征在于，所述对准信号模拟发生装置还包括：幅度调制装置、连续衰减轮，所述光源模块发射出的对准光束，经过所述幅度调制装置调制后，入射到所述连续衰减轮的衰减轮盘上，通过控制所述衰减轮盘转动，模拟出对准光束被硅片对准标记衍射后，所述对准信号处理单元接收的光强信号。

2.根据权利要求1所述的一种对准信号模拟发生装置，其特征在于所述对准光束的传播方向垂直于所述连续衰减轮的衰减轮盘所在平面。

3.根据权利要求1所述的对准信号模拟发生装置，其特征在于所述连续衰减轮设置有一个以上衰减轮盘，通过所述衰减轮盘的旋转，对上述对准光束进行衰减调制，所述衰减轮盘设置有不同的轮盘直径，且在轮盘径向上衰减率分别相同，在轮盘圆周方向上衰减率连续变化。

4.根据权利要求3所述的对准信号模拟发生装置，其特征在于所述每个衰减轮盘设置有至少一个衰减率变化的周期，每一个周期对应衰减轮盘的一个衰减区域，在该区域范围内，其衰减率从0％连续变换到100％再变化回0％。

5.根据权利要求4所述的对准信号模拟发生装置，其特征在于所述衰减率变化的一个周期内，对应的衰减区域在所述衰减轮盘上是连续分布的。

6.根据权利要求3所述的对准信号模拟发生装置，其特征在于通过垂向移动调整装置调整衰减轮位置，即选择使用不同直径的衰减轮盘。

7.根据权利要求3所述的对准信号模拟发生装置，其特征在于通过电机装置控制衰减轮盘的旋转，并通过位置传感器将衰减轮的电机旋转的角度信息输出，用于角度控制或转速控制。

8.根据权利要求1所述的对准信号模拟发生装置，其特征在于该装置输出的光强信号被直接输入至硅片对准信号处理单元，进行对准信号处理单元校验。

9.根据权利要求1-7中任意一个所述的对准信号模拟发生装置，其特征在于该装置被用于硅片对准系统作为光源。

10.根据权利要求9所述的对准信号模拟发生装置，其特征在于对准光束通过的衰减轮盘的衰减区域的衰减率为0％。

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