CN102540780B - 用于光刻设备的对准信号处理系统及对准信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于光刻设备的对准信号处理系统，包括：光信号解调器，用于将调制光强信号转换为电压信号，并输出SS信号；电压信号经第一模数转换器后进入数据处理单元；SS信号经第二模数转换器后进入数据处理单元；数据处理单元根据所述SS信号校准所述电压信号；还包括一时序控制器用于控制所述第一模数转换器和第二模数转换器，使所述电压信号与所述SS信号同步采样。本发明同时提供一种用于光刻设备的对准信号处理方法。

Description

用于光刻设备的对准信号处理系统及对准信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造装备领域，尤其涉及一种用于光刻设备的对准信号处理系统及对准信号处理方法。

背景技术

光刻设备是一种应用于集成电路制造的装备，利用该装备包括但不限于：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、MEMS(微电子机械系统)/MOMS(微光机系统)光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置及印刷电路板加工装置等。

在集成电路IC或其它微型器件的制造过程中，通过光刻装置将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，以满足套刻精度的要求。

目前，光刻设备大多所采用的对准装置为光栅对准系统，如附图1所示，该光栅对准装置包括：用于提供曝光光束的照明系统1；用于支承掩模版3的掩模台4，掩模版3上有掩模图案和用于掩模对准的周期性结构对准光栅标记2；用于将掩模版3上的掩模图案投影到硅片6上的投影光学系统5；用于支撑硅片6的基底台8，基底台8上有刻有对准光栅标记10；用于驱动基底台x和y向直线往复移动的运动台9，运动台9由伺服运动控制系统11和测量系统IFx和IFy采集与控制；用于提供硅片对准照明的照明系统12，硅片对准照明光束用于投射到硅片光栅标记7或基底台光栅标记10上；用于对准光信号的采集与处理模块301；用于位置数据的采集与处理模块303；基于对准光强信号和位置数据，确定对准位置的对准信号处理模块302。对准光信号的采集与处理模块301，位置数据的采集与处理模块303、对准信号处理模块302、时序同步控制器，构成硅片对准采集与处理系统300。

对准扫描过程中，对准照明系统12提供的多个分立波长照明光束，经传输光纤照射到硅片光栅标记7或基底台光栅标记10上，发生衍射，衍射光携带有关于对准光栅标记的结构信息，经对准光学成像系统(图中未示出)，在参考光栅前表面上形成明暗相间的周期性光斑条纹。随着运动台的匀速直线移动，带动硅片光栅标记7和基底台光栅标记10一起做匀速运动，周期性光斑条纹将匀速扫过参考光栅，对准光信号的采集与处理模块301将探测到具有恒定周期的正弦形式的信号曲线，结合位置数据的采集与处理303，经对准信号处理模块302，可获得随位置做正弦形式变化的光强曲线，从而确定对准位置。由于对准光学信号的强度微弱、波动大，容易受工作环境干扰等特点，在对准信号采集的过程中，为了提高信号的稳定性与抗干扰能力，通常采用光电信号的调制与解调技术。在对准照明光束端进行相位调制，以获得包含对准信息的高频载波信号；在对准信号的采集端进行相位解调，引入参考信号作为解调信号，解调高频载波信号，提取包含其中的低频对准信号。在对信号放大的过程中，可以获得一个表示放大率的电压信号，同时该信号也间接反映了输入光强信号强度(以下简称SS信号)，该信号被看作是反映标记质量和硅片反射率的特征参数，是对准过程中需要考虑的重要参数。

现有技术中的文献1《微光信号探测对准技术》(作者杨兴平、程建瑞，电子工业专用设备，2006，140：7～12)中公开了一种光刻对准信号的增益控制机制和信号采集与拟合过程。在实现这种增益控制机制的装置中，用积分器的输出的SS信号控制可变增益放大器，形成一个闭环的自动增益控制回路。其中SS信号反映了输入光强信号在该装置中的放大率，也间接反映了输入光强信号的信号强度。SS信号由积分器产生，在标记扫描和光强数据采集的过程中，由于漏电流、噪声、干扰等因素的影响可能使SS信号发生漂移。而SS信号变化将改变对准信号在这种增益控制装置中的放大率，使数据产生偏差。由于光栅扫描过程也会使输入光强发生变化，所以仅从采样数据上难以判断造成采样数据波动的原因，但这种波动影响了拟合结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对准信号处理系统及使用该系统的对准数据处理方法，通过该系统实现对准信号采集与校准，提高数据采集精度，从而进一步提高数据拟合精度。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于光刻设备的对准信号处理系统，包括：光信号解调器，用于将调制光强信号转换为电压信号，并输出SS信号；所述电压信号经第一模数转换器后进入数据处理单元；所述SS信号经第二模数转换器后进入数据处理单元；所述数据处理单元根据所述SS信号校准所述电压信号；还包括一时序控制器用于控制所述第一模数转换器和第二模数转换器，使所述电压信号与所述SS信号同步采样。

其中，该电压信号与该SS信号存在一一对应关系。该对应关系表示为：GAIN_Align＝f(V_SS)，其中GAIN_Align表示该电压信号在该光信号解调器中的放大率，f(V_SS)表示SS信号的电压变化量。该对应关系可以进一步表示为：

其中V_SS，1和V_SS，2分别表示两个不同的增益控制信号，GAIN_Align，1和GAIN_Align，2分别表示在V_SS，1和V_SS，2条件下的电压信号增益值。

该数据处理单元根据该SS信号校准该电压信号时，根据SS信号电压差值，计算出电压信号的增益差值，并根据增益差值，逐一校准每一个对准信号数据。

该SS信号校准该电压信号的公式表示为：V_{Align，i，C}＝V_Align，i×f(V_SS，1-V_SS，i)，i∈(2..N)，

其中V_{Align，i，C}，i∈(1..N)表示经校准后的电压信号的采样数据；V_Align，i和V_SS，i，i∈(1..N)表示一次对准扫描采样N组数据中的每一组数据；V_SS，1为第一组采样的数据。

本发明同时提供一种用于光刻设备的对准信号处理方法，包括：将调制光强信号经光信号解调器转换为电压信号，并输出SS信号；该电压信号经第一模数转换器后进入数据处理单元；该SS信号经第二模数转换器后进入数据处理单元；利用一时序控制器用于控制该第一模数转换器和第二模数转换器，使该电压信号与该SS信号同步采样；该数据处理单元根据该SS信号校准该电压信号。

该电压信号与该SS信号存在一一对应关系。该对应关系表示为：GAIN_Align＝f(V_SS)，其中GAIN_Align表示该电压信号在该光信号解调器中的放大率，f(V_SS)表示SS信号的电压变化量。该对应关系进一步表示为：

$\frac{{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align},1}}{{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align},2}}=f(V_{\mathrm{SS},1}-V_{\mathrm{SS},2})\⇒\mathrm{\Δ}{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align}}=f\left(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{SS}}\right),$

其中V_SS，1和V_SS，2分别表示两个不同的增益控制信号，GAIN_Align，1和GAIN_Align，2分别表示在V_SS，1和V_SS，2条件下的电压信号增益值。

该数据处理单元根据该SS信号校准该电压信号时，根据SS信号电压差值，计算出电压信号的增益差值，并根据增益差值，逐一校准每一个对准信号数据。

该SS信号校准该电压信号的公式表示为：V_{Align，i，C}＝V_Align，i×f(V_SS，1-V_SS，i)，i∈(2..N)，

其中V_{Align，i，C}，i∈(1..N)表示经校准后的电压信号的采样数据；V_Align，i和V_SS，i，i∈(1..N)表示一次对准扫描采样N组数据中的每一组数据；V_SS，1为第一组采样的数据。

与现有技术相比较，本发明所提供的用于光刻设备的对准信号处理系统及对准信号处理方法，消除了在对准信号采集过程中由于漏电流、噪声或其它形式的干扰造成的SS信号变化对对准信号的影响，提高了采集数据精度，从而进一步提高数据拟合精度。

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是现有光刻设备中的对准装置的结构示意图；

图2是硅片对准信号产生过程示意图；

图3是本发明所涉及的对准信号处理系统的结构示意图；

图4是SS信号电压理想值曲线的示意图。

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。

为了实现较高的数据拟合精度，本发明提供了一种用于对准的信号采集与处理系统，包括：光信号解调器，用于将调制光强信号转换为电压信号，并输出SS信号，表示电压与光强的转换关系；模数转换器，用于将模拟电压信号转换为数字信号；时序控制器，用于提供该光强的电压信号采样与SS信号采样的同步触发信号；数据处理器，采集该电压信号和SS信号，并根据SS信号校准该电压信号。

图2中示出了硅片对准信号产生过程示意图。在图2中，305为经对准信号调制器(图中未示出)调制后的照明光束照射到对准标记上，经成像模块产生的周期性光斑条纹。在对准扫描过程中，该周期性光斑条纹随工件台的运动而匀速扫过参考光栅306，经探测光纤307传输到光电传感器上，获得光强信号曲线308。

图3中示出了对准信号处理系统的结构示意图。对准信号处理系统主要包括光信号解调器311，第一模数转换器312、第二模数转换器314，时序控制器313，数据处理器315，目的即为解调与采集光强曲线308，并获取输入光强曲线的光强值和增益值。时序控制器313用于控制第一模数转换器312及第二模数转换器314的采样时间，以保证采样到的对准信号和SS信号产生于同一时刻。

图4中示出了SS信号电压理想值曲线321及SS信号受漏电流、噪声等因素影响发生漂移后的变化曲线322。由于SS信号随时间漂移，使得由光信号解调器311输出的对准电压信号曲线323的幅值发生变化。

数据处理器315所需处理的对准信号和SS信号都是一一对应的，SS信号与对准信号的放大率关系可表示为：

GAIN_Align＝f(V_SS)，

其中GAIN_Align表示对准信号在光信号解调器311中的放大率。

可以看出，SS信号的电压变化量将引起对准信号电压变化，两者之间满足特定的函数关系，该函数关系与光信号解调器的参数有关，对于某一特定的光信号解调器来说，该函数将保持不变。

为了达到更高的拟合精度，用于拟合的对准信号采样数据应当处于相同的增益水平。

V_SS，1和V_SS，2分别表示两个不同的增益控制信号，GAIN_Align，1和GAIN_Align，2分别表示在V_SS，1和V_SS，2条件下的对准信号增益值，则可进一步可以推出：

$\frac{{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align},1}}{{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align},2}}=f(V_{\mathrm{SS},1}-V_{\mathrm{SS},2})\⇒\mathrm{\Δ}{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align}}=f\left(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{SS}}\right)$

所以，只要能够得到SS信号电压差值，就可以计算出对准信号的增益差值，并根据增益差值，逐一校准每一个光强数据。

一次对准扫描采样N组数据，每一组数据包括：

V_Align，i和V_SS，i，i∈(1..N)

以第一组采样数据为基准的采样数据校准方法：

V_{Align，i，C}＝V_Align，i×f(V_SS，1-V_SS，i)，i∈(2..N)

其中V_{Align，i，C}，i∈(1..N)表示经校准后的对准信号采样数据。对准信号的放大率变化量取决于SS信号的变化程度。在对准信号采集过程中，SS信号的变化量越大，由于此变化导致的对准信号拟合误差也就越大。通过这种校准方法，消除了在对准信号采集过程中由于漏电流、噪声或其它形式的干扰造成的SS信号变化对对准信号的影响，提高了采集数据精度，从而进一步提高数据拟合精度。

本说明书中该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 (12)

1.一种用于光刻设备的对准信号处理系统，包括：

光信号解调器，用于将调制光强信号转换为电压信号，并输出SS信号，所述SS信号表示所述电压信号与调制光强信号的转换关系；

所述电压信号经第一模数转换器后进入下述数据处理单元；

所述SS信号经第二模数转换器后进入下述数据处理单元；

数据处理单元，用于根据所述SS信号校准所述电压信号；

其特征在于，还包括一时序控制器，用于控制所述第一模数转换器和第二模数转换器，使所述电压信号与所述SS信号同步采样。

2.如权利要求1所述的对准信号处理系统，其特征在于，所述电压信号与所述SS信号存在一一对应关系。

3.如权利要求2所述的对准信号处理系统，其特征在于，所述对应关系表示为：GAIN_Align＝f(V_SS)，其中GAIN_Align表示所述电压信号在所述光信号解调器中的放大率，f(V_SS)表示所述SS信号的电压变化量。

4.如权利要求3所述的对准信号处理系统，其特征在于，所述对应关系进一步表示为：

$\frac{{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align},1}}{{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align},2}}=f(V_{\mathrm{SS},1}-V_{\mathrm{SS},2})\⇒\mathrm{\Δ}{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align}}=f\left(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{SS}}\right),$

其中V_SS，1和V_SS，2分别表示两个不同的增益控制信号，GAIN_Align，1和GAIN_Align，2分别表示在V_SS，1和V_SS，2条件下的电压信号增益值。

5.如权利要求4所述的对准信号处理系统，其特征在于，所述数据处理单元根据所述SS信号校准所述电压信号时，根据SS信号电压差值，计算出电压信号的增益差值，并根据所述增益差值，逐一校准每一个对准信号数据。

6.如权利要求1所述的对准信号处理系统，其特征在于，所述SS信号校准所述电压信号的公式表示为：V_{Align，i，C}＝V_Align，i×f(V_SS，1-V_SS，i)，i∈(1..N)，

其中V_{Align，i，C}，i∈(1..N)表示经校准后的电压信号的采样数据；V_Align，i和V_SS，i，i∈(1..N)表示一次对准扫描采样N组数据中的每一组数据；V_SS，1为第一组采样的数据。

7.用于光刻设备的对准信号处理方法，包括：将调制光强信号经光信号解调器转换为电压信号，并输出SS信号，所述SS信号表示所述电压信号与调制光强信号的转换关系；所述电压信号经第一模数转换器后进入数据处理单元；所述SS信号经第二模数转换器后进入数据处理单元；利用一时序控制器用于控制所述第一模数转换器和第二模数转换器，使所述电压信号与所述SS信号同步采样；所述数据处理单元根据所述SS信号校准所述电压信号。

8.如权利要求7所述的对准信号处理方法，其特征在于，所述电压信号与所述SS信号存在一一对应关系。

9.如权利要求8所述的对准信号处理方法，其特征在于，所述对应关系表示为：GAIN_Align＝f(V_SS)，其中GAIN_Align表示所述电压信号在所述光信号解调器中的放大率，f(V_SS)表示所述SS信号的电压变化量。

10.如权利要求9所述的对准信号处理方法，其特征在于，所述对应关系进一步表示为：

$\frac{{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align},1}}{{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align},2}}=f(V_{\mathrm{SS},1}-V_{\mathrm{SS},2})\⇒\mathrm{\Δ}{\mathrm{GAIN}}_{\mathrm{Align}}=f\left(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{SS}}\right),$

其中V_SS，1和V_SS，2分别表示两个不同的增益控制信号，GAIN_Align，1和GAIN_Align，2分别表示在V_SS，1和V_SS，2条件下的电压信号增益值。

11.如权利要求10所述的对准信号处理方法，其特征在于，所述数据处理单元根据所述SS信号校准所述电压信号时，根据SS信号电压差值，计算出电压信号的增益差值，并根据增益差值，逐一校准每一个对准信号数据。

12.如权利要求7所述的对准信号处理方法，其特征在于，所述SS信号校准所述电压信号的公式表示为：V_{Align，i，C}＝V_Align，i×f(V_SS，1-V_SS，i)，i∈(1..N)，

其中V_{Align，i，C}，i∈(1..N)表示经校准后的电压信号的采样数据；V_Align，i和V_SS，i，i∈(1..N)表示一次对准扫描采样N组数据中的每一组数据；V_SS，1为第一组采样的数据。