專利名稱：離軸信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路光刻生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種離軸信號(hào)處理方法。
背景技術(shù)：
在采用光刻機(jī)進(jìn)行集成電路芯片的生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)期望的套刻精度，需要精確建立光刻機(jī)各坐標(biāo)系之間的關(guān)系，離軸對(duì)準(zhǔn)是照射在硅片標(biāo)記上的偏振激光的反射光再經(jīng)由衍射后形成的衍射標(biāo)記和硅片的參考標(biāo)記之間的對(duì)準(zhǔn)，由于硅片標(biāo)記附著在硅片或硅片臺(tái)上，通過勻速移動(dòng)工作臺(tái)就可以形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與參考標(biāo)記之間的對(duì)準(zhǔn)掃描。美國(guó)專利US6297876B1 以及中國(guó)專利 CN03164858. 4、CN03164859. 2、CN200510030577. 8介紹了一類基于光柵衍射的硅片(離軸)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。這類對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)采用 包含兩個(gè)不同周期子光柵的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(如16微米和17. 6微米)，通過探測(cè)兩個(gè)子光柵的±1級(jí)光干涉像透過參考光柵的光強(qiáng)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)的擬合，確定標(biāo)記的粗對(duì)準(zhǔn)位置。同時(shí)通過探測(cè)16微米周期子光柵的高級(jí)衍射光干涉成像(如±5級(jí)光)，并經(jīng)信號(hào)的擬合，在粗對(duì)準(zhǔn)(測(cè)量)基礎(chǔ)上確定精對(duì)準(zhǔn)(測(cè)量)。在對(duì)準(zhǔn)掃描的過程中，由測(cè)量系統(tǒng)分別采樣獲得位置信號(hào)和光強(qiáng)信號(hào)，為了得到對(duì)準(zhǔn)位置就必須精確提取采樣信號(hào)的直流電平、振幅以及相位。對(duì)于±1級(jí)光，光強(qiáng)信號(hào)和位置信號(hào)之間的函數(shù)關(guān)系如式(I)所示。
2ττy(x) = dc + A cos(——X + Δχ)(I )
P式中y為光強(qiáng)信號(hào)，X為位置信號(hào)，dc為直流電平,A為光強(qiáng)信號(hào)的振幅,P為光柵周期，ΛΧ為相位。其它級(jí)次的光強(qiáng)和位置之間的函數(shù)關(guān)系與此類似。將(I)式變化為
「00071 v(x) = dc + B, cos — X+ B2 sin — x
PP(2)
BΔχ = arctan(—-^)
^(3)根據(jù)(2)式，通過最小二乘法計(jì)算得到B1和B2，進(jìn)而確定Λ X，得到精確的對(duì)準(zhǔn)位置。采用傳統(tǒng)擬合方法，需要求取協(xié)方差矩陣，并對(duì)矩陣進(jìn)行對(duì)角化，才能通過計(jì)算機(jī)求解，如式⑷所示。
'N-IN-I 「 Ν-\
N YjCOSX1 ZsinAΣ 乂
i=0i=0dci=0
M-\N-\N-\N-\^cosx;. ^ cosx; *cosx; ^sin x. *cosx; B1 = ^yi -Cosxi
i—0i=0i=0r>
ΑΓ-1ΑΓ-1N-\^>2」 N-\
H sin Xi Z cos Xj ■ sin Xi ^ sin Xi ■ sin Xi^ ■ sin Xi
_ i=0i=0i=0」 U=O」 (4 )該擬合計(jì)算的運(yùn)算量很大，特別是當(dāng)釆樣點(diǎn)很多時(shí)，擬合計(jì)算所花時(shí)間將會(huì)更多，導(dǎo)致產(chǎn)率的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種離軸信號(hào)處理方法，以改善現(xiàn)有技術(shù)的缺失。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的離軸信號(hào)處理方法包括以下步驟(a)確定包含直流電平、正弦系數(shù)以及余弦系數(shù)的線性擬合模型；(b)進(jìn)行離軸對(duì)準(zhǔn)掃描，獲取位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)；(C)從光強(qiáng)采樣信號(hào)中抽取特征頻率信號(hào)，并進(jìn)行傅立葉變換，計(jì)算獲得正弦系數(shù)與余弦系數(shù)的值；(d)根據(jù)正弦系數(shù)與余弦系數(shù)的值計(jì)算獲得位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)的振幅和相位。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，步驟(b)中分別由激光干涉儀和光電探測(cè)器來同步獲取位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，步驟(a)中的線性擬合模型為y(x)=·(^+B1COSkx-B2Sinkx,其中，y為光強(qiáng)采樣信號(hào)，x為位置采樣信號(hào)，k為系統(tǒng)設(shè)定值,dc為直流電平，B1為余弦系數(shù)，B2為正弦系數(shù)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，特征頻率信號(hào)經(jīng)步驟(C)中的傅立葉變換后為a.e-M，根據(jù)歐拉變換等式可進(jìn)一步得到
TV ；=o
YN-II N-I
-Hyje^kxj = — Zj7； [cosC^c;) -，其中N為采樣數(shù)，計(jì)算獲得的實(shí)數(shù)部分為余
N J=ON J=O
弦系數(shù)的值，虛數(shù)部分為正弦系數(shù)的值。
B在本發(fā)明的一實(shí)施例中，步驟⑷中的振幅為相位為arctan(-#)。綜上所述，本發(fā)明的離軸信號(hào)處理方法從光強(qiáng)采樣信號(hào)中抽取特征頻率信號(hào)，并進(jìn)行傅立葉變換，最終計(jì)算獲得位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)的振幅和相位。跟現(xiàn)有技術(shù)相比，在不降低對(duì)準(zhǔn)精度的同時(shí)，極大地減少了計(jì)算時(shí)間，從而提高了產(chǎn)率。


圖I是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的離軸信號(hào)處理方法的流程圖；圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的離軸信號(hào)處理方法的原理圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。圖I是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的示意圖。請(qǐng)參考圖I。在本實(shí)施例中，離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)包括光源與照明模塊I、成像模塊2、參考光柵3、信號(hào)采集處理模塊4、對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記5、工件臺(tái)7、運(yùn)動(dòng)臺(tái)8、位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊9以及對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊10。工件臺(tái)7承載硅片6。在本實(shí)施例中，光源與照明模塊I提供照明光束照射到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記5上，形成攜帶標(biāo)記信息的衍射光。在此，光源與照明模塊I可包含一個(gè)或多個(gè)分立波長(zhǎng)的照明光束，例如，633納米和532納米。采用兩個(gè)波長(zhǎng)來進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)可具有更佳的對(duì)準(zhǔn)精度，此部分可參考中國(guó)專利CN03164858. 4，該專利在這里引入作為參考。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限制。在本實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記5包括基準(zhǔn)板標(biāo)記和硅片標(biāo)記。其中，基準(zhǔn)板標(biāo)記位于工作臺(tái)7的基準(zhǔn)板上，硅片標(biāo)記則位于硅片6上。在硅片的光刻生產(chǎn)中，首先會(huì)利用基準(zhǔn)板標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，通過該對(duì)準(zhǔn)，可以獲得基準(zhǔn)板標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)位置；然后再利用硅片標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，可獲得硅片標(biāo)記的對(duì)準(zhǔn)位置，最后即可獲得硅片標(biāo)記與基準(zhǔn)板標(biāo)記之間的位置關(guān)系。基準(zhǔn)板標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)與硅片標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)為類似的過程。在本實(shí)施例中，成像模塊2由前組透鏡、光闌以及后組透鏡共同組成4f的成像系統(tǒng)。其中，光闌位于前組透鏡與后組透鏡之間，用于濾除不需要的級(jí)次的衍射光，保留所需級(jí)次的衍射光。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限制。
在本實(shí)施例中，攜帶標(biāo)記信息的衍射光通過成像模塊2成像到參考光柵3的表面上。信號(hào)采集處理模塊4采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記所成的像透過參考光柵3的光強(qiáng)信號(hào)。在此，信號(hào)采集處理模塊4可包括光電探測(cè)器與信號(hào)采集及處理單元。具體而言，光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信號(hào)采集及處理單元將獲得的電信號(hào)進(jìn)行增益放大、離散采樣等處理，，形成光強(qiáng)采樣信號(hào)。最后將此光強(qiáng)采樣信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)準(zhǔn)操作與管理模塊10。然而，本發(fā)明對(duì)信號(hào)采集處理模塊4的類型不作任何限制。與此同時(shí)，位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊9也會(huì)同步采集承載硅片的工件臺(tái)7的位置信息。在本實(shí)施例中，位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊9包括位置數(shù)據(jù)采集單元與運(yùn)動(dòng)控制單元。其中，位置數(shù)據(jù)采集單元用于采集工作臺(tái)7的位置信息，其例如可為激光干涉儀，以形成位置采樣信號(hào)，并將此位置采樣信號(hào)實(shí)時(shí)提供給運(yùn)動(dòng)控制單元與對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊10。然而，本發(fā)明對(duì)位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊9的類型不作任何限制。在本實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊10會(huì)根據(jù)接收到每一通道的光強(qiáng)采樣信號(hào)與位置采樣信號(hào)來確定對(duì)準(zhǔn)位置，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡，從而控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)8的運(yùn)動(dòng)。在此，本發(fā)明較佳實(shí)施例的離軸信號(hào)處理方法即是對(duì)對(duì)準(zhǔn)操作與管理模塊10在確定對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)處理離軸信號(hào)方法的改進(jìn)。圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的離軸信號(hào)處理方法的流程圖。圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的離軸信號(hào)處理方法的原理圖。請(qǐng)參考圖2與圖3。在本實(shí)施中，如步驟S21所示，確定包含直流電平、正弦系數(shù)以及余弦系數(shù)的線性擬合模型。在此，光強(qiáng)采樣信號(hào)和位置采樣信號(hào)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定如式(I)所示的函數(shù)關(guān)系。y (x) = dc+Acos (kx+Δ X)(I)式中y為光強(qiáng)米樣信號(hào)，X為位置米樣信號(hào)，dc為直流電平，A為光強(qiáng)米樣信號(hào)的振幅，k為系統(tǒng)設(shè)定值，Ax為相位。針對(duì)不同級(jí)次的光，僅系統(tǒng)設(shè)定值k會(huì)所有不同。例
2π
如，針對(duì)±1級(jí)光，系統(tǒng)設(shè)定值k可為一，其中P為光柵周期。
P在本實(shí)施例中，將(I)式的余弦函數(shù)展開可得y (x) = dc+B^oskx+BaSinkx(2)式中B1為余弦系數(shù)，B2為正弦系數(shù)，且振幅A為^B12 + B22 ,相位Δ X為B
arctan(-$)。由此，在步驟S2i中可確定的線性擬合模型即為(2)式。在本實(shí)施例中，如步驟S22所示，進(jìn)行離軸對(duì)準(zhǔn)掃描，獲取位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)。具體而言，可利用圖I中的位置采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊9中的位置數(shù)據(jù)采集單元(例如為激光干涉儀)與信號(hào)采集處理模塊4的光電探測(cè)器來同步獲取位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)，經(jīng)處理后，可分別傳輸?shù)綄?duì)準(zhǔn)操作與管理模塊10。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限制。在本實(shí)施例中，如步驟S23所示，從光強(qiáng)采樣信號(hào)中抽取特征頻率信號(hào)，并進(jìn)行傅立葉變換，計(jì)算獲得正弦系數(shù)與余弦系數(shù)的值。具體而言，由于在(2)式光強(qiáng)采樣信號(hào)的表達(dá)式中，僅包含了頻率為k的交流信號(hào)部分，因此可從此光強(qiáng)采樣信號(hào)中抽取特征頻率信號(hào)，例如針對(duì)±1級(jí)光，可抽取頻率為
M的交流信號(hào)。類似地，針對(duì)其它級(jí)次的光強(qiáng)采樣信號(hào)，可依次提取對(duì)應(yīng)頻率的交流信號(hào)。P隨后，將此交流信號(hào)部分看成是復(fù)數(shù)變量，通過傅立葉變換后可成為指數(shù)形式的函數(shù)，如式(3)所示。
I N-I
A-ikx,/ _ λc = — > v;e 1 (3)
nU 1式中c為交流信號(hào)部分的傅立葉變換，N為采樣數(shù)。根據(jù)歐拉變換等式可將式(3)進(jìn)一步變換為如式(4)所示的等式。
I N-II N-I— Σ y Jelkxj = T7 Σ J7; [cos(bc;) - i Sinikxj)](4)
N j=0N j=0由于從式(2)中提取的交流信號(hào)部分可用復(fù)數(shù)形式來表示，因此，此交流信號(hào)可替換為如式(5)所示的表達(dá)式。B1 cos kx + B2 sin kx G B1 - jB2( 5 )綜合式(4)和式(5)即可得知式⑷中的實(shí)數(shù)部分即為余弦系數(shù)B1的值，虛數(shù)部分即為正弦系數(shù)B2的值。在本實(shí)施例中，如圖3所示，可按照上述方法依次對(duì)各級(jí)次的光強(qiáng)采樣信號(hào)中提取的特征頻率信號(hào)進(jìn)行傅立葉變化，最終計(jì)算獲得各級(jí)次的光強(qiáng)采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的正弦系數(shù)與余弦系數(shù)的值。在此不再一一敘述。在本實(shí)施例中，如步驟S24所示，根據(jù)正弦系數(shù)與余弦系數(shù)的值計(jì)算獲得位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)的振幅和相位。具體而言，在計(jì)算獲得各級(jí)次的光強(qiáng)采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的正弦系數(shù)與余弦系數(shù)的值之
B
后，由于振幅A為如2 +β2，相位Λχ為arctan(-#)，因此，可相應(yīng)地計(jì)算出對(duì)應(yīng)的振幅A與相位△ X，從而可獲得各級(jí)次光的相位偏移。綜上所述，本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的離軸信號(hào)處理方法從光強(qiáng)采樣信號(hào)中抽取特征頻率信號(hào)，并進(jìn)行傅立葉變換，最終計(jì)算獲得位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)的振幅和相位。跟現(xiàn)有技術(shù)相比，在不降低對(duì)準(zhǔn)精度的同時(shí)，極大地減少了計(jì)算時(shí)間，從而提高了產(chǎn)率。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù) 方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種離軸信號(hào)處理方法，其特征在于，包括以下步驟 (a)確定包含直流電平、正弦系數(shù)以及余弦系數(shù)的線性擬合模型； (b)進(jìn)行離軸對(duì)準(zhǔn)掃描，獲取位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)； (C)從所述光強(qiáng)采樣信號(hào)中抽取特征頻率信號(hào)，并進(jìn)行傅立葉變換，計(jì)算獲得所述正弦系數(shù)與所述余弦系數(shù)的值；以及 (d)根據(jù)所述正弦系數(shù)與所述余弦系數(shù)的值計(jì)算獲得所述位置采樣信號(hào)與所述光強(qiáng)采樣信號(hào)的振幅和相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離軸信號(hào)處理方法，其特征在于，步驟(b)中分別由激光干涉儀和光電探測(cè)器來同步獲取所述位置采樣信號(hào)與所述光強(qiáng)采樣信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離軸信號(hào)處理方法，其特征在于，步驟(a)中的所述線性擬合模型為y (X) = (^+B1COSkx-B2Sinkx,其中，y為光強(qiáng)采樣信號(hào)，X為位置采樣信號(hào)，k為系統(tǒng)設(shè)定值，dc為直流電平，B1為余弦系數(shù)，B2為正弦系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離軸信號(hào)處理方法，其特征在于，所述特征頻率信號(hào)經(jīng)步驟(c)中的傅立葉變換后為if少%，根據(jù)歐拉變換等式可進(jìn)一步得到
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離軸信號(hào)處理方法，其特征在于，步驟(d)中的所述振幅為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離軸信號(hào)處理方法，包括以下步驟(a)確定包含直流電平、正弦系數(shù)以及余弦系數(shù)的線性擬合模型；(b)進(jìn)行離軸對(duì)準(zhǔn)掃描，獲取位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)；(c)從光強(qiáng)采樣信號(hào)中抽取特征頻率信號(hào)，并進(jìn)行傅立葉變換，計(jì)算獲得正弦系數(shù)與余弦系數(shù)的值；(d)根據(jù)正弦系數(shù)與余弦系數(shù)的值計(jì)算獲得位置采樣信號(hào)與光強(qiáng)采樣信號(hào)的振幅和相位。本發(fā)明在不降低對(duì)準(zhǔn)精度的同時(shí)，極大地減少了計(jì)算時(shí)間，從而提高了產(chǎn)率。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102866602SQ201110187349
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者朱正平, 李運(yùn)鋒, 宋海軍, 李欣欣 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司