TWI579662B - A multi-channel alignment system based on spectrum processing, an alignment signal processing method and a photolithography apparatus - Google Patents

Description

一種基於頻譜處理的多通道對準系統、對準信號處理方法及光蝕刻設備

本發明有關於一種積體電路裝置製造領域，特別有關於一種基於頻譜處理的多通道對準系統及對準信號處理方法及光蝕刻設備。

TFT是Thin Film Transistor(薄膜場效電晶體)的簡稱，是一種採用新材料和新工藝的大規模半導體積體電路製造技術。TFT是在玻璃或塑膠基板等非單晶片上(當然也可以在晶片上)藉由濺鍍、化學沉積技術形成製造電路必需的各種膜，藉由對膜的加工以製作大規模半導體積體電路(LSIC)。隨著相關電子消費類產品的發展，對TFT的尺寸要求越來越大，集成的單元越來越多，單一的照明系統很難滿足TFT光蝕刻的需求。通常使用在積體電路製造、封裝等步進光蝕刻設備的最大的照明視場一般為8英吋，掃描光蝕刻也只是在掃描方向有更大的視場，一般也不超過10英吋。但是現在五代以上的TFT曝光視場都在17英吋以上，單一鏡頭的照明視場遠遠不能滿足大視場光蝕刻的要求，所以多視場拼接掃描投影光蝕刻機便應運而生，其解決大面積的裝置製作與產率之間的矛盾，廣泛用於大面積半導體裝置、平板顯示(如LCD)、薄膜的生產上。

多物鏡、多視場的掃描拼接對準系統提出來更高的要 求，因曝光裝置的面積增大，為實現準確的對準需要而設置多個對準視場點。專利US 6341011B1提出一種多視場拼接的對準方法，7個物鏡視場拼接的掃描光蝕刻機設置8個對準鏡頭，每個鏡頭分別用CCD進行圖像採集和傳輸，這種方法有如下問題：第一、CCD數量的增多，其總功率增加，CCD的發熱影響整機的環境以及對準精度；第二、多路圖像資料傳輸網路複雜，控制難度增加。因此，需要提出一種多通道對準系統以能夠解決以上問題。

為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種基於頻譜處理的多通道對準系統及對準信號處理方法可以有效減少探測器數量並減少資料傳輸壓力。

為了實現上述發明目的，本發明公開一種多通道對準系統，用於探測多個對準標記，該多通道對準系統沿光束傳播的方向依次包括：照明單元，用於產生多束照明光束以分別照射多個對準標記；多通道探測及組合單元，用於分別採集該多個對準標記的圖像資訊，並將採集到的該多個對準標記的圖像資訊進行混合處理或以空間分離的方式進行組合，以產生一綜合對準標記資訊；至少一個第一探測器，用於探測該綜合對準標記資訊；以及信號處理及控制單元，用於處理該綜合對準標記資訊，以獲取每一通道的對準位置資訊。

更進一步地，該多通道探測及組合單元包括：多個第二探測器，用於分別採集該多個對準標記的圖像資訊；多個頻譜變換鏡組，用於分別將該多個對準標記的圖像資訊轉換為多路頻譜資訊；多個光束組合單元，用於分別將該多路頻譜資訊在空間偏移一 定距離，使得偏移後的該多路頻譜資訊在空間上聚集但互不重疊，以形成組合後的多路頻譜資訊；以及反傅立葉轉換鏡組，用於將匯聚後的該組合後的多路頻譜資訊進行反傅立葉轉換後射出至該至少一個第一探測器，以在該至少一個第一探測器上形成空間分離的多個對準標記圖像。

更進一步地，該多通道探測及組合單元包括：多個第二探測器，用於分別採集多個該對準標記的圖像資訊；多個頻譜變換鏡組，用於分別將多個該對準標記的圖像資訊轉換為多路頻譜資訊；多個調變器，用於分別對該多路頻譜資訊進行調變，使該多路頻譜資訊在時域或頻域上分離；多個光束組合單元，用於使經多個該調變器調變的該多路頻譜資訊在空間上聚集；以及反傅立葉轉換鏡組，用於將經該解調變器解調變後的該多路頻譜資訊進行反傅立葉變化後射出至該至少一個第一探測器。

更進一步地，該多通道探測及組合單元還包括一解調變器，置於該光束組合單元與該反傅立葉轉換鏡組之間，用於將經多個該光束組合單元聚集的該多路頻譜資訊進行解調變。

更進一步地，該多通道探測及組合單元還包括一成像鏡組，置於該光束組合單元與該反傅立葉轉換鏡組之間，用於將該組合後的多路頻譜資訊匯聚成像。

更進一步地，該多通道探測及組合單元還包括一濾波器，該濾波器位於該解調變器和該反傅立葉變換鏡組之間，用於對經該解調變器解調變後的該多路頻譜資訊進行濾波。

更進一步地，該信號處理及控制單元輸出一回饋控制信號，用於控制該調變器、解調變器和濾波器。

更進一步地，該解調變器及/或該濾波器藉由物理裝置實現或藉由演算法實現。

更進一步地，該至少一個第一探測器的數量為一個或多個，該多通道對準系統包括至少一路通道。

更進一步地，該調變器採用振幅調變、相位調變、分時多工、頻率調變或為混合調變。

本發明同時公開一種多通道對準信號處理方法，包括：將多個對準標記圖像轉換為多路頻譜資訊；對該多路頻譜資訊進行混合處理或以空間分離方式進行組合後進行反傅立葉轉換；利用至少一個探測器探測經傅立葉轉換的該多路頻譜資訊，以獲得一綜合對準標記資訊；處理該綜合對準標記資訊，以獲取每一通道的對準位置資訊。

本發明還公開一種光蝕刻設備，用於將遮罩圖案經由多個投影光學系統轉移至一基板上，該光蝕刻設備包括如上所述的多通道對準系統，用於對該基板上的多個對準標記進行探測。

與現有技術相比較，本發明對MVS鏡頭的多路資料在頻域被混合後經傅立葉透鏡變換後最終被一個(但不限於一個)探測器接收，可使探測器的數量減至最少，資料傳輸網路簡單，對整機的溫度環境和對準精度影響較小。再者，本發明採用在物鏡光瞳面加濾波調變的方法，分別對每一支路進行編碼，最終在後端解出混合頻譜對應支路的有效資訊，排除標記及矽片面無用資訊的干擾，增加工藝適應性。

1‧‧‧照明單元

2‧‧‧遮罩板

3‧‧‧投影物鏡

4‧‧‧基板

5‧‧‧工件台

6a‧‧‧第二探測器

6b‧‧‧第二探測器

6c‧‧‧第二探測器

6d‧‧‧第二探測器

6e‧‧‧第二探測器

6f‧‧‧第二探測器

8a‧‧‧照明光束

8b‧‧‧照明鏡組

8c‧‧‧對準標記

8d‧‧‧頻譜變換鏡組

8e‧‧‧光瞳面

8f‧‧‧反傅立葉轉換鏡組

9a‧‧‧調變器

9b‧‧‧成像鏡組

9c‧‧‧頻譜面

9d‧‧‧解調變器

10a‧‧‧多路對準信號

10b‧‧‧多路對準信號

10f‧‧‧多路對準信號

11‧‧‧頻譜變換鏡組

11a‧‧‧頻譜面

11b‧‧‧綜合頻譜面

12‧‧‧光束組合裝置

13‧‧‧成像鏡組

14‧‧‧反傅立葉轉換鏡組

15‧‧‧探測器

16‧‧‧信號處理及控制單元

102‧‧‧多曝光視場

103a‧‧‧對準視場

103b‧‧‧對準視場

103c‧‧‧對準視場

103d‧‧‧對準視場

103e‧‧‧對準視場

103f‧‧‧對準視場

113a‧‧‧調變器

113b‧‧‧調變器

113f‧‧‧調變器

114a‧‧‧波前調變器

114b‧‧‧波前調變器

114f‧‧‧波前調變器

115‧‧‧解調變器

116‧‧‧濾波器

301‧‧‧光柵標記

401‧‧‧光瞳面的分佈

501‧‧‧光柵頻譜

601‧‧‧圖片

602‧‧‧標記頻譜資訊

603‧‧‧疊代法

604‧‧‧比對結果

605‧‧‧濾波參數

606‧‧‧收斂殘差

關於本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖 式得到進一步的瞭解。

圖1是多通道對準應用環境示意圖；圖2是多曝光視場拼接及對準位置的結構示意圖；圖3是傅立葉光資訊處理的光柵標記頻譜圖；圖4(a)及4(b)是傅立葉光資訊處理的原理及頻譜圖；圖5(a)及5(b)是本發明所提供的多通道對準系統的原理及頻譜圖；圖6是對準信號的濾波流程圖；圖7是本發明所提供的多通道對準系統的第一實施方式的結構示意圖；圖8是本發明所提供的多通道對準系統的第二實施方式的結構示意圖；圖9是本發明所提供的多通道對準系統的第三實施方式的結構示意圖；圖10是本發明所提供的多通道對準系統的整機工作示意圖；圖11是本發明所提供的多通道對準系統的控制結構示意圖；以及圖12是本發明所提供的多通道對準系統的資訊處理流程圖。

下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。

為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提出一種基於對通道頻譜調變和解調變方式的對準系統，可以使探測器的數量最大程度的減少，資料傳輸的壓力減少，資訊資料的提取和處理靠後面的硬體電路及軟體。因CCD鏡頭減少，因此發熱源得到減少， 溫度的影響也相應的得到改善，頻域濾波可增加對準系統的工藝適應性。

本發明主要應用在多投影物鏡曝光視場拼接的掃描光蝕刻機的對準上，如圖1、10、11所示，掃描光蝕刻機包括用於承載基板4的工件台5、用於承載遮罩板2的承版台(未圖示)、位於工件台5和承版台之間的多個投影物鏡3、以及本發明所提出的多通道對準系統，該光蝕刻機用於將遮罩板2上的圖案經由多個投影物鏡3轉移至基板4上，該多通道對準系統用於對基板4上的多個對準標記進行探測，該多通道對準系統包括照明單元1、多通道探測及組合單元、至少一個探測器15及信號處理及控制單元16。圖2示出多個投影物鏡3在基板4的表面形成的多曝光視場102的拼接示意圖。此外，附圖2中還示意性地畫出多通道探測及組合單元的對準視場103a-103f。關於本發明的多通道對準系統的具體實現結構將於下文詳述。

本發明基於傅立葉光資訊處理的原理，其示意圖如圖3和圖4(a)及4(b)所示。圖3是傅立葉光資訊處理的光柵標記頻譜圖，該輸入信號為一光柵標記301。如圖4(a)所示，照明光束8a藉由照明鏡組8b均勻照明對準標記8c，對準標記8c藉由其後面的頻譜變換鏡組8d將對準標記資訊進行第一次傅立葉轉換在光瞳面8e上獲得對準標記的頻譜資訊。若輸入信號為光柵標記，如圖3所示，那麼光瞳面8e的分佈為圖4(b)的401所示，此過程的數學表示為：A _i (f _x ,f _y )=A _o (f _x ,f _y )．H(f _x ,f _y )其中為對準標記歸一化 頻譜分佈，為非相干光學傳遞函數，I(x,y)為對準標記。

之後，光瞳面8e上的頻譜資訊經過反傅立葉轉換鏡組8f進行傅立葉反變換獲得最終的像面強度分佈資訊，如下：I _i (x,y)=real(IFFT{A _i (f _x ,f _y )}²)。

如圖5(a)所示，還可以在對準標記8a經傅立葉轉換後的光瞳面8e加一調變函數為M_i的調變器9a，加入調變後的頻譜資訊運算式為：

調變後的頻譜資訊經成像鏡組9b成像於頻譜面9c處，在頻譜面9c附近加入調變函數為1/M_i的解調變器9d，對應的解調變後像面的強度分佈為：I _i (x,y)=real(IFFT{A _i (f _x ,f _y )．Mi．1/M _i }²)

以上即為傅立葉光資訊處理過程及中間加頻譜調變和解調變的過程，其中的調變器9a和解調變器9d可為振幅調變或相位調變或空間分離，並且解調變器9d可為實際的解調變器或者依靠解調變演算法實現的解調變功能均可。

對準信號濾波的方法如下，過程可見圖6對準信號濾波流程圖：

由於對準標記有限，每一對準支路輸入一系列帶有不同的已知的相位調變資訊的圖片601，藉由疊代法603與對準標記樣本庫中的標記頻譜資訊602進行比對。比對結果604選取收斂殘 差606的最小的結果輸出濾波參數605。

[第一實施方式]

圖7是本發明所提供的多通道對準系統的第一實施方式的結構示意圖。

在本實施方式中，多個第二探測器6a-6f探測的多路對準信號10a-10f經過多個頻譜變換鏡組11進行傅立葉轉換到多個頻譜面11a，各分支頻譜面11a上的頻譜資訊經過多個光束組合裝置12後在空間上相鄰的頻譜資訊之間彼此偏移d，之後被成像鏡組13收集於綜合頻譜面11b處，綜合頻譜面11b的資訊經反傅立葉轉換鏡組14進行反傅立葉轉換在探測器15上以形成空間上分離的圖像，對準系統藉由獲得的分離圖像進行後續的對準操作，其中相互錯開的頻譜面11a處光柵頻譜如圖5(b)中501所示。

本實施方式的整機方案如圖10所示，參考圖1和圖10，第一實施方式的實施流程為：

工件台5運動到對準位置，照明單元1開啟，多個第二探測器6a-6f藉由相應的投影鏡頭3對遮罩板2的對準標記進行成像，對準標記經過頻譜變換鏡組11後獲得對應的對準標記的頻譜資訊，相鄰之間的頻譜資訊在空間上彼此錯開距離d，之後頻譜資訊被成像鏡組13收集於綜合頻譜面11b處得到綜合頻譜資訊，綜合頻譜資訊經反傅立葉轉換鏡組14進行反傅立葉轉換後，在探測器15上形成空間分離的圖像，對準系統對獲得的圖像進行分析後得到相應的對準位置資訊。

[第二實施方式]

圖8是本發明所提供的多通道對準系統的第二實施方式的結構示意圖。

第二實施方式與第一實施方式的主要區別為各通道的頻譜信號在空間上並不會錯開一個距離d，在各分支光路中增加具有分時多工功能的調變器113a-113f，調變器113a-113f在每一個對準時刻t1分別開啟其中一路對準光路進行圖像信號的採集，另外，成像鏡組13在此技術方案中並非必要。

本實施方式的整機方案如圖10所示，參考圖1和圖10，第二實施方式的實施流程為：工件台5運動到對準位置，照明單元1開啟，多個第二探測器6a-6f藉由相應的投影鏡頭3對遮罩板2的對準標記進行成像，在t1時刻，第一支路的調變器113a開啟，第一支路的對準標記經過頻譜變換鏡組11後獲得對應標記的頻譜資訊，頻譜資訊經反傅立葉轉換鏡組14進行反傅立葉轉換後，在探測器15上形成對準標記圖像，對準系統對獲得的圖像進行分析後得到第一對準位置的對準資訊。

[第三實施方式]

圖9是本發明所提供的多通道對準系統的第三實施方式的結構示意圖。

與第一實施方式不同的是，第三實施方式在各分支光路中增加具有波前調變功能的波前調變器114a-114f，波前調變器114a-114f的功能為對每一個對準分支進行不同的已知的波前調變，經過波前調變的不同的頻譜資訊經光束組合裝置12後被成像鏡 組13彙集於綜合頻譜面11b，以得到綜合頻譜資訊，或者經光束組合裝置12後相鄰之間的頻譜資訊在空間上彼此錯開距離d，之後頻譜資訊被成像鏡組13收集於綜合頻譜面11b處得到綜合頻譜資訊，綜合頻譜資訊被解調變器115和濾波器116處理後經反傅立葉轉換鏡組14進行反傅立葉轉換而被探測器15接收，再經過後端的資料處理獲得每一通道的對準位置資訊。

在第三實施方式中光束組合裝置12不限於是否在空間中對頻譜資訊進行分離，解調變器115和濾波器116可以用演算法的形式實現，也可為實際的光學裝置，濾波演算法流程見圖6所示的對準信號濾波流程圖。

本實施方式的整機方案如圖10所示，參考圖1和圖10，第三實施方式的實施流程為：工件台5運動到對準位置，照明單元1開啟，多個第二探測器6a-6f藉由相應的投影鏡頭3對遮罩板2的對準標記進行成像，各支路對準標記經頻譜變換鏡組11後獲得對應的頻譜資訊，頻譜資訊分別被波前調變器114a-114f進行調變後，經光束組合裝置12組合後被成像鏡組13收集到綜合頻譜面11b以得到綜合頻譜資訊，綜合頻譜資訊經反傅立葉轉換鏡組14進行反傅立葉轉換而被探測器15接收，探測器15接收的混合資訊傳送到信號處理及控制單元16以進行處理，控制單元將控制資訊回饋給各支路的波前調變器114a-114f、濾波器116和解調變器115，以控制其進行相應的動作，最終獲得各對準分支的對準位置資訊。

圖11是本發明第三實施方式所提供的多通道對準系統的控制結構示意圖。如圖11所示，多路對準信號10a-10f成像至頻 譜變換鏡組11後獲得對應的頻譜資訊，頻譜資訊分別被波前調變器114a-114f進行調變後，經光束組合裝置12組合後被解調變器115解調變，之後經濾波器116濾波，最後被探測器15接收，探測器15接收的混合資訊傳送到信號處理及控制單元16以進行處理，之後信號處理及控制單元16將控制資訊回饋給各支路的波前調變器114a-114f、濾波器116和解調變器115，以控制其進行相應的動作，最終獲得各對準分支的對準位置資訊。

圖12是本發明第三實施方式所提供的多通道對準系統的資訊處理流程圖。如圖12所示，該資訊處理步驟具體包括：121、將多路對準標記移到視場中心；122、對準的照明單元開啟；123、獲得各支路對準標記的頻譜資訊；124、分別對各路頻譜資訊按預設進行調變；125、將調變後的頻譜資訊進行組合；126、將組合後的頻譜資訊進行解調變；127、將解調變後的頻譜資訊進行濾波；128、將濾波後的頻譜信號反傅立葉變換；129、對信號進行探測並發送給信號處理機控制單元；130、信號處理及控制單元16處理得到對準位置資訊，並發出控制信號分別控制步驟124、126及127。

與現有技術相比較，本發明對MVS鏡頭的多路數據在頻域被混合後經傅立葉透鏡變換後最終被一個(但不限於一個)探測器接收，可使探測器的數量減至最少，資料傳輸網路簡單，對整機的溫度環境和對準精度影響較小。再者，本發明採用在物鏡光瞳面加濾波調變的方法，分別對每一支路進行編碼，最終在後端解出混合頻譜對應支路的有效資訊，排除標記及矽片面無用資訊的干擾，增加工藝適應性。

本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思藉由邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的範圍之內。

10a‧‧‧多路對準信號

10b‧‧‧多路對準信號

10f‧‧‧多路對準信號

11‧‧‧頻譜變換鏡組

11a‧‧‧頻譜面

11b‧‧‧綜合頻譜面

12‧‧‧光束組合裝置

13‧‧‧成像鏡組

14‧‧‧反傅立葉轉換鏡組

15‧‧‧探測器

Claims (12)

1. 一種多通道對準系統，用於探測多個對準標記，沿光束傳播的方向依次包括：一照明單元，用於產生多束照明光束以分別照射該多個對準標記；一多通道探測及組合單元，用於分別採集該多個對準標記的圖像資訊，並將採集到的該多個對準標記的圖像資訊進行混合處理或以空間分離的方式進行組合，以產生一綜合對準標記資訊；至少一個第一探測器，用於探測該綜合對準標記資訊；以及一信號處理及控制單元，用於處理該綜合對準標記資訊，以獲取每一通道的一對準位置資訊。
2. 如請求項1之多通道對準系統，其中，該多通道探測及組合單元包括：多個第二探測器，用於分別採集該多個對準標記的圖像資訊；多個頻譜變換鏡組，用於分別將該多個對準標記的圖像資訊轉換為多路頻譜資訊；多個光束組合單元，用於分別將該多路頻譜資訊在空間偏移一定距離，使得偏移後的該多路頻譜資訊在空間上聚集但互不重疊，以形成組合後的多路頻譜資訊；以及一反傅立葉轉換鏡組，用於將匯聚後的該組合後的多路頻譜資訊進行反傅立葉轉換後射出至該至少一個第一探測器，以在該至少一個第一探測器上形成空間分離的多個對準標記圖像。
3. 如請求項1之多通道對準系統，其中，該多通道探測及組合單元包括： 多個第二探測器，用於分別採集該多個對準標記的圖像資訊；多個頻譜變換鏡組，用於分別將該多個對準標記的圖像資訊轉換為多路頻譜資訊；多個調變器，用於分別對該多路頻譜資訊進行調變，使該多路頻譜資訊在時域或頻域上分離；多個光束組合單元，用於使經該多個調變器調變的該多路頻譜資訊在空間上聚集；以及一反傅立葉轉換鏡組，用於將經該解調變器解調變後的該多路頻譜資訊進行反傅立葉變換後射出至該至少一個第一探測器。
4. 如請求項3之多通道對準系統，其中，該多通道探測及組合單元還包括一解調變器，置於該光束組合單元與該反傅立葉轉換鏡組之間，用於將經該多個光束組合單元聚集的該多路頻譜資訊進行解調變。
5. 如請求項2或4之多通道對準系統，其中，該多通道探測及組合單元還包括一成像鏡組，置於該光束組合單元與該反傅立葉轉換鏡組之間，用於將該組合後的多路頻譜資訊匯聚成像。
6. 如請求項4之多通道對準系統，其中，該多通道探測及組合單元還包括一濾波器，該濾波器位於該解調變器和該反傅立葉變換鏡組之間，用於對經該解調變器解調變後的該多路頻譜資訊進行濾波。
7. 如請求項6之多通道對準系統，其中，該信號處理及控制單元輸出一回饋控制信號，用於控制該調變器、該解調變器和該濾波器。
8. 如請求項6之多通道對準系統，其中，該解調變器及/或該濾波器藉由物理裝置實現或藉由疊代法實現。
9. 如請求項1之多通道對準系統，其中，該至少一個第一探測器的數量為一個或多個，該多通道對準系統包括至少一路通道。
10. 如請求項3之多通道對準系統，其中，該調變器採用振幅調變、相位調變、分時多工、頻率調變或為混合調變。
11. 一種多通道對準信號處理方法，包括下列步驟：將多個對準標記圖像轉換為多路頻譜資訊；對該多路頻譜資訊進行混合處理或以空間分離方式進行組合後進行反傅立葉轉換；利用至少一個探測器探測經反傅立葉轉換的該多路頻譜資訊，以獲得一綜合對準標記資訊；處理該綜合對準標記資訊，以獲取每一通道的一對準位置資訊。
12. 一種光蝕刻設備，用於將遮罩圖案經由多個投影光學系統轉移至一基板上，該光蝕刻設備包括請求項1至10中任一項之多通道對準系統，用於對該基板上的多個對準標記進行探測。