CN104977810A - 一种基于频谱处理的多通道对准系统及对准信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多通道对准系统，用于探测多个对准标记，其特征在于，沿光束传播的方向依次包括：照明单元，用于产生多束照明光束以分别照射多个对准标记；多通道探测单元，用于分别采集多个对准标记的图像信息，并将多个对准标记图像信息进行混合处理或以空间分离的方式进行组合以产生一综合对准标记信息；至少一个探测器，用于探测所述综合对准标记信息；以及信号处理及控制单元，用于处理所述综合对准标记信息以获取每一通道的对准位置信息。

Description

一种基于频谱处理的多通道对准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装备制造领域，尤其涉及一种基于频谱处理的多通道对准系统及对准信号处理方法。 

背景技术

TFT是Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管)的简称，是一种采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术。TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上（当然也可以在晶片上）通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必需的各种膜，通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路（LSIC）。随着相关电子消费类产品的发展，对TFT的尺寸要求越来越大，集成的单元越来越多，单一的照明系统很难满足TFT光刻的需求。通常使用在集成电路制造、封装等步进光刻设备的最大的照明视场一般为8英寸，扫描光刻也只是在扫描方向有更大的视场，一般也不超过10英寸。但是现在五代以上的TFT曝光视场都在17英寸以上，单一镜头的照明视场远远不能满足大视场光刻的要求，所以多视场拼接扫描投影光刻机便应运而生，其很好的解决了大面积的器件制作与产率之间的矛盾，广泛用于大面积半导体器件、平板显示（如LCD）、薄膜的生产上。 

多物镜、多视场的扫描拼接对对准系统提出来更高的要求，因曝光器件的面积增大，为实现准确的对准需要设置多个对准视场点。专利US6341011B1提出了一种多视场拼接的对准方法，7个物镜视场拼接的扫描光刻机设置8个对准镜头，每个镜头分别用CCD进行图像采集和传输，这种方法有如下问题：第一、CCD数量的增多，其总功率增加，CCD的发热影响整机的环境以及对准精度；第二、多路图像数据传输网络复杂，控制难度增加。因此，需要提出一种多通道对准系统能够解决以上问题。 

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于频谱处理的多通道对准系统及对准信号处理方法可以有效减少探测器数量并减少数据传输压力。 

为了实现上述发明目的，本发明公开一种多通道对准系统，用于探测多个对准标记，其特征在于，沿光束传播的方向依次包括：照明单元，用于产生多束照明光束以分别照射多个对准标记；多通道探测单元，用于分别采集多个对准标记的图像信息，并将多个对准标记图像信息进行混合处理或以空间分离的方式进行组合以产生一综合对准标记信息；至少一个探测器，用于探测所述综合对准标记信息；以及信号处理及控制单元，用于处理所述综合对准标记信息以获取每一通道的对准位置信息。 

更进一步地，所述多通道探测单元包括：多个频谱变换镜组，用于分别将多个对准标记的图像信息转换为多通道频谱信息；光束组合单元，用于将所述多路频谱信息在空间偏移一定距离后进行组合；以及反傅立叶变换镜组，用于将经所述光束组合单元组合后的所述多路频谱信息进行反傅立叶变换后出射至所述探测器，以在所述探测器上形成空间分离的多个对准标记图像。 

更进一步地，所述多通道对准系统还包括一成像镜组，置于所述光束组合单元与所述反傅立叶变换镜组之间，用于将在空间偏移一定距离后进行组合的多路频谱信息汇聚成像。 

更进一步地，多通道探测单元包括：多个频谱变换镜组，用于分别将多个对准标记的图像信息转换为多通道频谱信息；多个调制器，用于分别将所述多通道频谱信息进行调制；光束组合单元，用于将经调制的多通道频谱信息进行混合处理；以及解调器，用于将经混合处理的多通道频谱信息进行解调；反傅立叶变换镜组，用于将所述解调后的多通道频谱信息进行反傅立叶变化后出射至所述探测器。 

更进一步地，该多通道探测单元还包括一滤波器，该滤波器位于该解调器和该反傅立叶变换镜组之间，用于对该解调后的多路频谱信息进行滤波。该信号处理及控制单元输出一反馈控制信号用于控制该调制器、解调器和滤波器。该解调器及该滤波器是物理器件或以算法实现。 

更进一步地，该探测器的数量为一个或多个，该多通道对准系统包括至少一路通道。 

更进一步地，该调制器采用振幅调制、相位调制、分时复用、频率调制或为混合调制。 

本发明同时公开一种多通道对准信号处理方法，其特征在于，包括：将一多个对准标记图像转换为多通道频谱信息；对所述多路频谱信息进行混合处理或以空间分离方式进行组合后进行反傅立叶变换；利用至少一个探测器探测经傅立叶变换的所述多通道频谱信息以获得一综合对准标记信息；处理所述综合对准标记信息以获取每一通道的对准位置信息。 

以及一种光刻设备，用于将掩模图案经由多个投影光学系统转移至一基板上，其特征在于，所述光刻设备包括如上述的多通道对准系统，用于对所述基板上的多个对准标记进行探测。 

与现有技术相比较，本发明对MVS镜头的多路数据在频域被混合后经傅立叶透镜变换后最终被一个（但不限于一个）探测器接收，可使探测器的数量减至最少，数据传输网络简单，对整机温度环境和对准精度影响较小。再者，本发明采用在物镜光瞳面加滤波调制的方法，分别对每一支路进行编码，最终在后端解出混合频谱对应支路的有效信息，排除标记及硅片面无用信息的干扰，增加工艺适应性。 

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是多通道对准应用环境示意图； 

图2是多曝光视场拼接及对准位置的结构示意图；

图3是傅立叶光信息处理的光栅标记频谱图；

图4是傅立叶光信息处理的原理及频谱图；

图5是本发明所提供的多通道对准系统的原理及频谱图；

图6是对准信号的滤波流程图；

图7是本发明所提供的多通道对准系统的第一实施方式的结构示意图；

图8是本发明所提供的多通道对准系统的第二实施方式的结构示意图；

图9是本发明所提供的多通道对准系统的第三实施方式的结构示意图；

图10是本发明所提供的多通道对准系统的整机工作示意图；

图11是本发明所提供的多通道对准系统的控制结构示意图；

图12是本发明所提供的多通道对准系统的信息处理流程图。

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。 

为了克服现有技术中存在的确信，本发明期望提出了一种基于对通道频谱调制和解调方式的对准系统，可以使探测器的数量最大程度的减少，数据传输的压力减少，信息数据的提取和处理靠后面的硬件电路及软件。因CCD镜头减少，因此发热源的减少，温度的影响也相应的得到改善，频域滤波可增加对准系统的工艺适应性。 

本发明主要应用在多投影物镜3曝光视场102拼接的扫描光刻机的对准上，多通道对准系统6a-6f的应用环境如附图1中所示，多曝光视场102拼接及对准视场103a-103f如附图2所示。 

本发明基于傅立叶光信息处理的原理，其示意图如图3和图4所示。图3是傅立叶光信息处理的光栅标记频谱图，该输入信号为一光栅标记301。光源8通过照明镜组9a均匀照明标记物10，标记物10通过其后面的镜组9b将标记信息进行第一次傅里叶变换获得光瞳面11a的频谱信息。若输入信号为光栅标记，如图1所示，那么频谱面的分布为图4的401所示，此过程的数学表达为： 

其中为物面光场归一化频谱分布，

为非相干光学传递函数。

光瞳面11a的频谱信息经过镜组9c进行傅立叶反变换获得最终的像面强度分布信息，如下： 

。

如图5所示，物面光场10经傅立叶变换后的频谱面11a加一调制器Mi 12a，加调制后的频谱信息表达式为： 

调制后的频谱信息经镜组9d成像于11b处，在频谱面11b附近加解调器1/Mi 12b，对应的解调后像面的强度分布为：

以上即为傅立叶光信息处理过程及中间加频谱调制和解调的过程，其中的调制Mi和解调1/Mi可为振幅调制或相位调制或空间分离，并且解调1/Mi为实际的解调器或者依靠解调算法实现的解调功能均可。

对准信号滤波的方法如下，过程可见图6 对准信号滤波流程图： 

由于对准标记有限，每一对准支路输入一系列带有不同的已知的相位调制信息的图片601，通过迭代算法603与对准标记样本库中的标记频谱信息602进行比对。比对结果604选取收敛残差606最小的结果输出滤波参数605。

图7是本发明所提供的多通道对准系统的第一实施方式的结构示意图。 

在本实施例中，多路对准信号101a-101f经过镜组9b进行傅立叶变换到频谱面11a，各分支频谱信息经过光束组合装置14、15在空间上偏移d后被镜组9d收集于频谱面11b处，综合频谱面11b信息经镜组11b进行反傅立叶变换在探测器7上形成空间上分离的图像，对准分系统通过获得的分离图像进行后续的对准操作，其中相互错开的频谱面11b处光栅频谱如图5中501所示。 

本实施的整机方案如图10所示，参考图1和图10，第一实施例的实施流程为： 

工件台5运动到对准位置，曝光光源1开启，对准镜头6a-6f通过相应的投影镜头3对掩模板2的对准标记进行成像，对准标记经过镜组9b后获得对应标记的频谱信息11a，频谱面1a信息在空间上错开d后被镜组9d收集于综合频谱面11b处，综合频谱信息经镜组9c进行反傅立叶变换后，在探测器7上形成空间分离的图像，对准分系统对获得的图像进行分析后得到相应的对准位置信息。

图8是本发明所提供的多通道对准系统的第二实施方式的结构示意图。 

第二实施方式与第一实施方式的主要区别为各通道的频谱信号在空间上并不会错开一个距离d，在各分支光路中加具有分时复用的功能调制器113a-113f，调制器的功能为在每一个对准时刻t1分别开启其中一路对准光路进行图像信号的采集，另外，镜组9d在此技术方案中并非必要。 

本实施的整机方案如图10所示，参考图1和图10，第二实施例的实施流程为： 

工件台5运动到对准位置，曝光光源1开启，对准镜头6a-6f通过相应的投影镜头3对掩模板2的对准标记进行成像，在t1时刻第一支路的调制器113a开启，第一支路的对准标记经过镜组9b后获得对应标记的频谱信息011a，频谱面1a经镜组9c进行反傅立叶变换后，在探测器7上形成对准标记图像，对准分系统对获得的图像进行分析后得到第一对准位置的对准信息。

图9是本发明所提供的多通道对准系统的第三实施方式的结构示意图。 

第三实施方式中各通道的频谱信号在空间上并不会错开一个距离d，在各分支光路中加具有波前调制功能的调制器114a-114f，调制器114a-114f的功能为对每一个对准分支进行不同的已知的波前调制，经过波前调制的不同对准频谱面11a信息经光束组合装置14、15后被镜组9d汇集于综合频谱面11b，综合频谱面的被解调器115和滤波器116处理后经镜组9c进行反傅里叶变换被探测器7接收，再经过后端的数据处理获得每一通道的对准位置信息。 

在第三实施方式中光束组合装置14、15不限于是否在空间中对频谱信息进行分离，解调器115和滤波器116可以用算法的形式实现，也可为实际的光学器件，滤波算法流程见图6.对准信号滤波流程图。 

本实施的整机方案如图10所示，参考图1和图10，第三实施例的实施流程为： 

工件台5运动到对准位置，曝光光源1开启，对准镜头6a-6f通过相应的投影镜头3对掩模板2的对准标记进行成像，各支路对准标记经镜组9b后获得对应的频谱信息，频谱面11a上的信息分别被波前调制器114a-114f进行调制后，经光束组合装置14、15组合后被镜组9d收集到综合频谱面11b，综合频谱信息经镜组9c反傅立叶变换，被探测器7接收，探测器7接收的混合信息传送到信号处理及控制单元进行处理，控制单元将控制信息反馈给各支路的调制器、滤波器和控制器，控制其进行相应的动作，最终获得各对准分支的标记信息。

图11是本发明所提供的多通道对准系统的控制结构示意图。如图11所示，标记物10成像至频谱变换镜组9b后获得对应的频谱信息，频谱面11a上的信息分别被波前调制器114a-114f进行调制后。经光束组合装置组合后解调器115解调后经滤波器116，被探测器7接收，探测器7接收的混合信息传送到信号处理及控制单元进行处理，控制单元将控制信息反馈给各支路的调制器115、滤波器116和控制器，控制其进行相应的动作，最终获得各对准分支的标记信息。 

图12是本发明所提供的多通道对准系统的信息处理流程图。如图12所示，该信息处理步骤具体包括：121将多路对准标记移到视场中心；122对准的曝光光源开启；123获得各支路对准标记频谱信息；124分别对各路按预设进行调制；信号处理及控制单元发出控制信号分别控制步骤124、126及127；125频谱信息光束组合；126滤波；127频谱信号解调；128频谱信号反变换；129探测。 

与现有技术相比较，本发明对MVS镜头的多路数据在频域被混合后经傅立叶透镜变换后最终被一个（但不限于一个）探测器接收，可使探测器的数量减至最少，数据传输网络简单，对整机温度环境和对准精度影响较小。再者，本发明采用在物镜光瞳面加滤波调制的方法，分别对每一支路进行编码，最终在后端解出混合频谱对应支路的有效信息，排除标记及硅片面无用信息的干扰，增加工艺适应性。 

本说明书中所述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 (11)

1.一种多通道对准系统，用于探测多个对准标记，其特征在于，沿光束传播的方向依次包括：

照明单元，用于产生多束照明光束以分别照射多个对准标记；

多通道探测单元，用于分别采集多个对准标记的图像信息，并将多个对准标记图像信息进行混合处理或以空间分离的方式进行组合以产生一综合对准标记信息；

至少一个探测器，用于探测所述综合对准标记信息；以及

信号处理及控制单元，用于处理所述综合对准标记信息以获取每一通道的对准位置信息。

2.如权利要求1所述的多通道对准系统，其特征在于，所述多通道探测单元包括：

多个频谱变换镜组，用于分别将多个对准标记的图像信息转换为多通道频谱信息；

光束组合单元，用于将所述多路频谱信息在空间偏移一定距离后进行组合；以及

反傅立叶变换镜组，用于将经所述光束组合单元组合后的所述多路频谱信息进行反傅立叶变换后出射至所述探测器，以在所述探测器上形成空间分离的多个对准标记图像。

3.如权利要求2所述的多通道对准系统，其特征在于，所述多通道对准系统还包括一成像镜组，置于所述光束组合单元与所述反傅立叶变换镜组之间，用于将在空间偏移一定距离后进行组合的多路频谱信息汇聚成像。

4.如权利要求1所述的多通道对准系统，其特征在于，多通道探测单元包括：

多个频谱变换镜组，用于分别将多个对准标记的图像信息转换为多通道频谱信息；

多个调制器，用于分别将所述多通道频谱信息进行调制；

光束组合单元，用于将经调制的多通道频谱信息进行混合处理；以及

解调器，用于将经混合处理的多通道频谱信息进行解调；

反傅立叶变换镜组，用于将所述解调后的多通道频谱信息进行反傅立叶变化后出射至所述探测器。

5.如权利要求4所述的多通道对准系统，其特征在于，所述多通道探测单元还包括一滤波器，所述滤波器位于所述解调器和所述反傅立叶变换镜组之间，用于对所述解调后的多路频谱信息进行滤波。

6.如权利要求5所述的多通道对准系统，其特征在于，所述信号处理及控制单元输出一反馈控制信号用于控制所述调制器、解调器和滤波器。

7.如权利要求5所述的多通道对准系统，其特征在于，所述解调器及所述滤波器是物理器件或以算法实现。

8.如权利要求1所述的多通道对准系统，其特征在于，所述探测器的数量为一个或多个，所述多通道对准系统包括至少一路通道。

9.如权利要求4所述的多通道对准系统，其特征在于，所述调制器采用振幅调制、相位调制、分时复用、频率调制或为混合调制。

10.一种多通道对准信号处理方法，其特征在于，包括：将一多个对准标记图像转换为多通道频谱信息；对所述多路频谱信息进行混合处理或以空间分离方式进行组合后进行反傅立叶变换；利用至少一个探测器探测经傅立叶变换的所述多通道频谱信息以获得一综合对准标记信息；处理所述综合对准标记信息以获取每一通道的对准位置信息。

11.一种光刻设备，用于将掩模图案经由多个投影光学系统转移至一基板上，其特征在于，所述光刻设备包括如权利要求1-9中任一权利要求所述的多通道对准系统，用于对所述基板上的多个对准标记进行探测。