CN109946927B

CN109946927B - 光对准信号处理方法、光栅对准方法以及对准系统

Info

Publication number: CN109946927B
Application number: CN201711384841.7A
Authority: CN
Inventors: 王丽; 王海江; 程鹏
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: CN109946927A

Abstract

本发明提供了光对准信号处理方法，包括以下步骤：步骤1、光信号采集模块采集对准测量的多级次光信号信息；步骤2、滤波模块对所述多级次光信号信息处理，并允许a级次光信号信息通过；步骤3、对所述a级次光信号信息进行处理、分析，得到对准信息；其中，所述a级次光信号信息可以为1、3、5……级次光信号信息中的一个或多个。本发明提供的光对准信号处理方法、光栅对准方法以及对准系统能够使得对准精度高。

Description

光对准信号处理方法、光栅对准方法以及对准系统

技术领域

本发明属于光刻技术领域，涉及光对准信号处理方法、光栅对准方法以及对准系统。

背景技术

在半导体IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，这样才能保证每一层图形之间有正确的相对位置，即套刻精度。通常情况下，套刻精度为光刻机分辨率指标的1/3～1/5，对于100纳米的光刻机而言，套刻精度指标要求小于35nm。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一，而掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。当特征尺寸CD要求更小时，对套刻精度的要求以及由此产生的对准精度的要求变得更加严格，如90nm的CD尺寸要求10nm或更小的对准精度。

现有的光栅成像对准分系统光学模块输出的是各级次汇聚在一起的光信号(只有奇级次光信号)，m级次(低级次)与n级次(高级次)的能量理论比值为：n²：m²。按现有的对准流程，在精对准阶段，电子采集模块根据同步信号上传给软件各级次汇聚在一起的光信号，这极大地限制了电子采集模块处理信号的动态范围和精度，容易使得对准精度差。

发明内容

本发明的目的在于提供光对准信号处理方法、光栅对准方法以及对准系统，旨在解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光对准信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1、光信号采集模块采集对准测量的多级次光信号信息；

步骤2、滤波模块对所述多级次光信号信息处理，并允许a级次光信号信息通过；

步骤3、对所述a级次光信号信息进行处理、分析，得到对准信息；

其中，所述a级次光信号信息可以为1、3、5......级次光信号信息中的一个或多个。

本发明进一步设置为，所述滤波模块由滤波控制模块进行控制，所述滤波控制模块控制所述滤波模块对所述多级次光信号信息进行筛选。

本发明进一步设置为，所述滤波模块包括若干个滤波器和若干个开关，所述开关控制所述多级次光信号信息进入选定的滤波器。

本发明进一步设置为，所述步骤1包括：

对所述光信号进行采集，并对采集到的所述光信号的信息进行放大得到所述多级次光信号信息。

本发明进一步设置为，所述步骤3包括：

信号处理模块接受所述a级次光信号信息，并将所述a级次光信号信息转换为数字信号；

分析所述数字信号，得到对准信息。

本发明进一步设置为，还包括对所述数字信号解析处理，得到对准信息。

本发明还提供了一种光栅对准方法，包括有如上任一项所述的对准信号处理方法，即：

S1，将光信号转化为电流信号；

S2，S1中的电流信号放大为电压信号；

S3，对电压信号进行选择，保留需要的信号信息；

S4，保留的信号信息通过自动增益放大到固定电压值；

S5，固定电压值转换为数字信号上传给软件。

本发明还提供了一种光信号处理模块，包括光信号采集模块、信号处理模块、滤波模块以及用于控制所述滤波模块的滤波控制模块，所述光信号采集模块用于将光信号转换为电信号，所述滤波模块用于对光信号信息进行处理，并允许指定级次光信号信息通过，所述信号处理模块用于对通过的光信号信息进行处理、分析，得到对准信息。

本发明进一步设置为，所述光信号采集模块包括有光电转换电路以及电流转电压电路，所述光电转换电路用于将光信号转换为电流信号，所述电流转电压电路用于将电流信号放大为电压信号。

本发明进一步设置为，所述滤波模块包括有自动开关选择滤波电路，所述自动开关选择滤波电路包括多选一开关以及带通电路，所述自多选一开关以及所述带通电路用于对1、3、5......级次光信号信息中的一个或多个的光信号信息进行选择。

本发明进一步设置为，所述滤波控制模块包括上层软件以及电子板卡处理单元，所述上层软件下发给所述电子板卡处理单元各应用场景的相关信息，所述电子板卡处理单元根据所述上层软件下发的信息有针对性的对所述自动开关选择滤波电路中的滤波参数进行设置，以保留上层软件需要的信号信息。

本发明进一步设置为，所述信号处理模块包括有自动增益调整电路、低通滤波电路以及模数转换电路，所述自动增益调整电路用于将电压放大到一定值，所述放大的电压值经过所述低通滤波电路、所述模数转换电路转换为数字信号上传给软件。

本发明还提供了一种对准系统，包括有如上任一项所述的光信号处理模块，所述对准系统的标记为光栅。

本发明还提供了一种光刻装置，包括有如上任一项所述的光信号处理模块，所述对准系统的标记为光栅。

与现有技术相比，本发明提供了光对准信号处理方法、光栅对准方法以及对准系统，在对光对准信号进行处理的时候，由于滤波模块对多级次光信号中的一个或几个所需要用到的信号进行了选择通过，如此就使得信号处理模块在对通过的信号进行处理之后，所分析得到的对准信息的质量也就能够更高的保证，通过该高质量的对准信息进行的对准的精度更高。

附图说明

图1是本发明中经提取衍射光后的衍射光能量分布的示意图；

图2是本发明中光栅对准系统的结构示意图；

图3是本发明中自动开关选择滤波电路的结构示意图。

其中，701、光电转换电路；702、电流转电压电路；703、自动开关选择滤波电路；704、自动增益调整电路；705、低通滤波电路；706、模数转换电路；707、电子板卡处理单元；708、上层软件；101、多选一开关；102、带通电路。

具体实施方式

对准信号需要提取高级次，如9级次衍射光信号信息，进入电子采集模块光信号总能量：

式(1-1)中：I_optNoise为光学噪声，I_S为有用信号。

经过光电转换、自动调整增益(增益为G1)、滤波、AD转换后的电信号能量：

式(1-2)中：I_optNoise为光学噪声，I_elecNoise1为电子固有噪声1，I_elecNoise2为电子固有噪声2。

光学噪声I_optNoise必须小于光学总能量值的1％(一般在0.5％)，而9级光占整个能量比值约为1％，加上电子的噪声，由于I₂是自动增益后的归一化值，有效信号能量主要集中在低级次光上，放大倍数G1可能会很小，9级光信噪比为：

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的光对准信号处理方法、光栅对准方法以及对准系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

一种光信号处理模块，包括光信号采集模块、信号处理模块、滤波模块以及用于控制所述滤波模块的滤波控制模块，所述光信号采集模块用于将光信号转换为电信号，所述滤波模块用于对光信号信息进行处理，并允许指定级次光信号信息通过，所述信号处理模块用于对通过的光信号信息进行处理、分析，得到对准信息。

所述光信号采集模块包括有光电转换电路701以及电流转电压电路702，所述光电转换电路701用于将光信号转换为电流信号，所述电流转电压电路702用于将电流信号放大为电压信号。

所述滤波模块包括有自动开关选择滤波电路703，所述自动开关选择滤波电路703包括多选一开关101以及带通电路102，所述自多选一开关101以及所述带通电路102用于对1、3、5......x级次光信号信息中的一个或多个的光信号信息进行选择，本实施例中x取5，即对1、3、5级次衍射光进行选择，当然也可以根据实际情况选取其它的级次光，比如9、13等。

所述滤波模块由上层的滤波控制模块进行控制，所述滤波控制模块识别检测场景和需求之后，计算出所需要采集的信息对应的光信号信息，并将上述信息下达至滤波模块，所述滤波模块根据收到的控制信息打开或关闭特定的若干个开关。具体的，所述滤波控制模块包括上层软件708以及电子板卡处理单元707，所述上层软件708下发给所述电子板卡处理单元707各应用场景的相关信息，所述电子板卡处理单元707根据所述上层软件708下发的信息有针对性的对所述自动开关选择滤波电路703中的滤波参数进行设置，以保留上层软件708需要的信号信息。

所述信号处理模块包括有自动增益调整电路704、低通滤波电路705以及模数转换电路706，所述自动增益调整电路704用于将电压放大到一定值，所述放大的电压值经过所述低通滤波电路705、所述模数转换电路706转换为数字信号上传给软件。

本实施例还提供了一种光对准信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1、在T1时刻光信号采集模块采集对准测量的多级次光信号信息，其中本实施例中多级次光信号信息为1、3、5......x级次衍射光信息，x为大于1的奇数，本实施例取x＝5，即在T1时刻提取1、3、5级次衍射光信息，对所述光信号进行采集，并对采集到的所述光信号的信息进行放大得到所述多级次光信号信息，其中也可以根据实际情况将x取其它符合条件的其它数字；

步骤2、在T2时刻滤波模块对所述多级次光信号信息处理，并允许x、x+2......x+n级次衍射光信息通过，n为大于0的偶数，本实施例中取n＝4，即在T2时刻滤波模块提取5、7、9级次衍射光信息，其中也可以根据实际情况将n取其它符合条件的其它数字；

步骤3、信号处理模块接受所述5、7、9级次光信号信息，并将所述5、7、9级次光信号信息转换为数字信号，对所述数字信号解析处理，得到对准信息；

其中，所述T2时刻滤波模块处理的光信号信息也可以为1、3、5、7、9级次光信号信息中的任意一个或多个。

所述滤波模块由滤波控制模块进行控制，所述滤波控制模块控制所述滤波模块对所述多级次光信号信息进行筛选。所述滤波模块包括若干个滤波器和若干个开关，所述开关控制所述多级次光信号信息进入选定的滤波器。

本实施例提供的一种光栅对准方法，包括有如上所述的对准信号处理方法，即：

S1，将光信号转化为电信号；

S2，S1中的电流信号放大为电信号；

S3，对电信号进行选择，保留需要的信号信息；

S4，保留的信号信息通过自动增益放大到固定电压值；

S5，固定电压值转换为数字信号上传给软件。

其中，上述S1-S5中的所述的电信号可以是电压信号也可以是电流信号。

本实施例提供的一种对准系统，包括有上所述的光信号处理模块，所述对准系统的标记为光栅。

本实施例提供的一种光刻装置，包括有上所述的光信号处理模块，所述对准系统的标记为光栅。

综上所述，本发明提供的光对准信号处理方法、光栅对准方法以及对准系统，经过本实施例的光电转换、自动调整增益(增益为G2)、自动开关选择滤波、AD转换后的电信号能量为：

由于只保留高级次光信号，I₃是自动增益后的归一化值，5、7、9各级次能量比值差别不是特别大，如图1所示，其中由于I₃＝I₂，所以放大倍数G2相比G1会大很多，9级次光信号信噪比：

G2大于G1，因此结合(1-3)以及(1-5)可以推导出信噪比SNR2大于SNR1，如此高级次的衍射光具有更大的能量，这样在对位置进行判别的时候，能够更为精准的进行，对准精度高。

在对高级次的衍射光进行提取的时候，电流信号通过电流转电压电路702放大之后，在多选一开关101的选择下，以带通电路102传导到板卡处理单元中，从而进行后续的操作，简单方便，并且还能够根据具体的需要选择多选一开关101的选择，从而能够对不同的情况进行适用，适用范围广。

光刻设备的光栅通过该对准系统进行对准之后，就能够提高对已曝光了的图形定位的精度，加工质量进一步的得到了提高。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种光对准信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、光信号采集模块采集对准测量的多级次光信号信息，并在T1时刻提取a级次光信号信息；

步骤2、滤波模块对所述多级次光信号信息处理，并在T2时刻提取b级次光信号信息；

步骤3、信号处理模块对所述b级次光信号信息进行处理、分析，得到对准信息；

其中，所述a级次光信号信息与b级次光信号信息为所述多级次光信号信息中的部分级次光信号信息，至少所述a级次光信号信息的最高级次与所述b级次光信号信息的最低级次重叠。

2.根据权利要求1所述的一种光对准信号处理方法，其特征在于，所述滤波模块由滤波控制模块进行控制，所述滤波控制模块控制所述滤波模块对所述多级次光信号信息进行筛选。

3.根据权利要求1或2所述的一种光对准信号处理方法，其特征在于，所述滤波模块包括若干个滤波器和若干个开关，所述开关控制所述多级次光信号信息进入选定的滤波器。

4.根据权利要求1所述的一种光对准信号处理方法，其特征在于，所述步骤1包括：

5.根据权利要求1所述的一种光对准信号处理方法，其特征在于，所述步骤3包括：

信号处理模块接受所述b级次光信号信息，并将所述b级次光信号信息转换为数字信号；

分析所述数字信号，得到对准信息。

6.根据权利要求5所述的一种光对准信号处理方法，其特征在于，还包括对所述数字信号解析处理，得到对准信息。

7.一种光栅对准方法，其特征在于，包括有如权利要求1至6任一项所述的光对准信号处理方法，所述光栅对准方法包括：

S1，采用所述光信号采集模块将光信号转化为电流信号；

S2，采用所述光信号采集模块将S1中的电流信号放大为电压信号；

S3，采用所述滤波模块对电压信号进行选择，保留需要的信号信息；

S4，采用所述信号处理模块将保留的信号信息通过自动增益放大到固定电压值；

S5，采用所述信号处理模块将固定电压值转换为数字信号上传给软件。

8.一种光信号处理模块，其特征在于，包括光信号采集模块、信号处理模块、滤波模块以及用于控制所述滤波模块的滤波控制模块，所述光信号采集模块用于采集对准测量的多级次光信号信息，并将所述多级次光信号信息转换为相应的电信号，且在T1时刻提取a级次光信号信息，所述滤波模块用于对所述电信号信息进行处理，并在T2时刻允许b级次光信号信息所对应的电信号通过，所述信号处理模块用于对所述滤波模块在T2时刻通过的所述b级次光信号信息所对应的电信号进行处理、分析，得到对准信息；所述a级次光信号信息和所述b级次光信号信息为所述多级次光信号信息中的部分级次的光信号信息，且至少所述a级次光信号信息的最高级次与所述b级次光信号信息的最低级次重叠。

9.根据权利要求8所述的一种光信号处理模块，其特征在于，所述光信号采集模块包括有光电转换电路以及电流转电压电路，所述光电转换电路用于将光信号转换为电流信号，所述电流转电压电路用于将电流信号放大为电压信号。

10.根据权利要求8或9所述的一种光信号处理模块，其特征在于，所述滤波模块包括有自动开关选择滤波电路，所述自动开关选择滤波电路包括多选一开关以及带通电路，所述多选一开关以及所述带通电路用于对1、3、5……x级次光信号信息中的一个或多个的光信号信息进行选择，其中，x为大于1的奇数。

11.根据权利要求10所述的一种光信号处理模块，其特征在于，所述滤波控制模块包括上层软件以及电子板卡处理单元，所述上层软件下发给所述电子板卡处理单元各应用场景的相关信息，所述电子板卡处理单元根据所述上层软件下发的信息有针对性的对所述自动开关选择滤波电路中的滤波参数进行设置，以保留上层软件需要的信号信息。

12.根据权利要求11所述的一种光信号处理模块，其特征在于，所述信号处理模块包括有自动增益调整电路、低通滤波电路以及模数转换电路，所述自动增益调整电路用于将电压放大到一定值，所述放大的电压值经过所述低通滤波电路、所述模数转换电路转换为数字信号上传给软件。

13.一种对准系统，其特征在于，包括有如权利要求8至12任一项所述的光信号处理模块，所述对准系统的标记为光栅。

14.一种光刻装置，其特征在于，包括有如权利要求8至12任一项所述的光信号处理模块。