离轴信号处理方法

专利名称：离轴信号处理方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路光刻生产领域，尤其涉及一种离轴信号处理方法。
背景技术：
在采用光刻机进行集成电路芯片的生产过程中，为了实现光刻机期望的套刻精度，需要精确建立光刻机各坐标系之间的关系，离轴对准是照射在硅片标记上的偏振激光的反射光再经由衍射后形成的衍射标记和硅片的参考标记之间的对准，由于硅片标记附着在硅片或硅片台上，通过匀速移动工作台就可以形成对准标记与参考标记之间的对准扫描。美国专利US6297876B1 以及中国专利 CN03164858. 4、CN03164859. 2、CN200510030577. 8介绍了一类基于光栅衍射的硅片(离轴)对准系统。这类对准系统采用 包含两个不同周期子光栅的对准标记(如16微米和17. 6微米)，通过探测两个子光栅的±1级光干涉像透过参考光栅的光强信号，经信号的拟合，确定标记的粗对准位置。同时通过探测16微米周期子光栅的高级衍射光干涉成像(如±5级光)，并经信号的拟合，在粗对准(测量)基础上确定精对准(测量)。在对准扫描的过程中，由测量系统分别采样获得位置信号和光强信号，为了得到对准位置就必须精确提取采样信号的直流电平、振幅以及相位。对于±1级光，光强信号和位置信号之间的函数关系如式(I)所示。
2ττy(x) = dc + A cos(——X + Δχ)(I )
P式中y为光强信号，X为位置信号，dc为直流电平,A为光强信号的振幅,P为光栅周期，ΛΧ为相位。其它级次的光强和位置之间的函数关系与此类似。将(I)式变化为
「00071 v(x) = dc + B, cos — X+ B2 sin — x
PP(2)
BΔχ = arctan(—-^)
^(3)根据(2)式，通过最小二乘法计算得到B1和B2，进而确定Λ X，得到精确的对准位置。采用传统拟合方法，需要求取协方差矩阵，并对矩阵进行对角化，才能通过计算机求解，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 )该拟合计算的运算量很大，特别是当釆样点很多时，拟合计算所花时间将会更多，导致产率的降低。

发明内容
本发明的目的在于提供一种离轴信号处理方法，以改善现有技术的缺失。为解决上述技术问题，本发明提供的离轴信号处理方法包括以下步骤(a)确定包含直流电平、正弦系数以及余弦系数的线性拟合模型；(b)进行离轴对准扫描，获取位置采样信号与光强采样信号；(C)从光强采样信号中抽取特征频率信号，并进行傅立叶变换，计算获得正弦系数与余弦系数的值；(d)根据正弦系数与余弦系数的值计算获得位置采样信号与光强采样信号的振幅和相位。在本发明的一实施例中，步骤(b)中分别由激光干涉仪和光电探测器来同步获取位置采样信号与光强采样信号。在本发明的一实施例中，步骤(a)中的线性拟合模型为y(x)=·(^+B1COSkx-B2Sinkx,其中，y为光强采样信号，x为位置采样信号，k为系统设定值,dc为直流电平，B1为余弦系数，B2为正弦系数。在本发明的一实施例中，特征频率信号经步骤(C)中的傅立叶变换后为a.e-M，根据欧拉变换等式可进一步得到
TV ；=o
YN-II N-I
-Hyje^kxj = — Zj7； [cosC^c;) -，其中N为采样数，计算获得的实数部分为余
N J=ON J=O
弦系数的值，虚数部分为正弦系数的值。
B在本发明的一实施例中，步骤⑷中的振幅为相位为arctan(-#)。综上所述，本发明的离轴信号处理方法从光强采样信号中抽取特征频率信号，并进行傅立叶变换，最终计算获得位置采样信号与光强采样信号的振幅和相位。跟现有技术相比，在不降低对准精度的同时，极大地减少了计算时间，从而提高了产率。


图I是本发明一较佳实施例的离轴对准系统的示意图；图2是本发明一较佳实施例的离轴信号处理方法的流程图；图3是本发明一较佳实施例的离轴信号处理方法的原理图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。图I是本发明一较佳实施例的离轴对准系统的示意图。请参考图I。在本实施例中，离轴对准系统包括光源与照明模块I、成像模块2、参考光栅3、信号采集处理模块4、对准标记5、工件台7、运动台8、位置采集与运动控制模块9以及对准操作与管理模块10。工件台7承载硅片6。在本实施例中，光源与照明模块I提供照明光束照射到对准标记5上，形成携带标记信息的衍射光。在此，光源与照明模块I可包含一个或多个分立波长的照明光束，例如，633纳米和532纳米。采用两个波长来进行对准可具有更佳的对准精度，此部分可参考中国专利CN03164858. 4，该专利在这里引入作为参考。然而，本发明对此不作任何限制。在本实施例中，对准标记5包括基准板标记和硅片标记。其中，基准板标记位于工作台7的基准板上，硅片标记则位于硅片6上。在硅片的光刻生产中，首先会利用基准板标记进行对准，通过该对准，可以获得基准板标记的对准位置；然后再利用硅片标记进行对准，可获得硅片标记的对准位置，最后即可获得硅片标记与基准板标记之间的位置关系。基准板标记对准与硅片标记对准为类似的过程。在本实施例中，成像模块2由前组透镜、光阑以及后组透镜共同组成4f的成像系统。其中，光阑位于前组透镜与后组透镜之间，用于滤除不需要的级次的衍射光，保留所需级次的衍射光。然而，本发明对此不作任何限制。
在本实施例中，携带标记信息的衍射光通过成像模块2成像到参考光栅3的表面上。信号采集处理模块4采集对准标记所成的像透过参考光栅3的光强信号。在此，信号采集处理模块4可包括光电探测器与信号采集及处理单元。具体而言，光电探测器将光信号转换为电信号。信号采集及处理单元将获得的电信号进行增益放大、离散采样等处理，，形成光强采样信号。最后将此光强采样信号传输到对准操作与管理模块10。然而，本发明对信号采集处理模块4的类型不作任何限制。与此同时，位置采集与运动控制模块9也会同步采集承载硅片的工件台7的位置信息。在本实施例中，位置采集与运动控制模块9包括位置数据采集单元与运动控制单元。其中，位置数据采集单元用于采集工作台7的位置信息，其例如可为激光干涉仪，以形成位置采样信号，并将此位置采样信号实时提供给运动控制单元与对准操作与管理模块10。然而，本发明对位置采集与运动控制模块9的类型不作任何限制。在本实施例中，对准操作与管理模块10会根据接收到每一通道的光强采样信号与位置采样信号来确定对准位置，规划运动轨迹，从而控制运动台8的运动。在此，本发明较佳实施例的离轴信号处理方法即是对对准操作与管理模块10在确定对准位置时处理离轴信号方法的改进。图2是本发明一较佳实施例的离轴信号处理方法的流程图。图3是本发明一较佳实施例的离轴信号处理方法的原理图。请参考图2与图3。在本实施中，如步骤S21所示，确定包含直流电平、正弦系数以及余弦系数的线性拟合模型。在此，光强采样信号和位置采样信号可根据经验公式确定如式(I)所示的函数关系。y (x) = dc+Acos (kx+Δ X)(I)式中y为光强米样信号，X为位置米样信号，dc为直流电平，A为光强米样信号的振幅，k为系统设定值，Ax为相位。针对不同级次的光，仅系统设定值k会所有不同。例
2π
如，针对±1级光，系统设定值k可为一，其中P为光栅周期。
P在本实施例中，将(I)式的余弦函数展开可得y (x) = dc+B^oskx+BaSinkx(2)式中B1为余弦系数，B2为正弦系数，且振幅A为^B12 + B22 ,相位Δ X为B
arctan(-$)。由此，在步骤S2i中可确定的线性拟合模型即为(2)式。在本实施例中，如步骤S22所示，进行离轴对准扫描，获取位置采样信号与光强采样信号。具体而言，可利用图I中的位置采集与运动控制模块9中的位置数据采集单元(例如为激光干涉仪)与信号采集处理模块4的光电探测器来同步获取位置采样信号与光强采样信号，经处理后，可分别传输到对准操作与管理模块10。然而，本发明对此不作任何限制。在本实施例中，如步骤S23所示，从光强采样信号中抽取特征频率信号，并进行傅立叶变换，计算获得正弦系数与余弦系数的值。具体而言，由于在(2)式光强采样信号的表达式中，仅包含了频率为k的交流信号部分，因此可从此光强采样信号中抽取特征频率信号，例如针对±1级光，可抽取频率为
M的交流信号。类似地，针对其它级次的光强采样信号，可依次提取对应频率的交流信号。P随后，将此交流信号部分看成是复数变量，通过傅立叶变换后可成为指数形式的函数，如式(3)所示。
I N-I
A-ikx,/ _ λc = — > v;e 1 (3)
nU 1式中c为交流信号部分的傅立叶变换，N为采样数。根据欧拉变换等式可将式(3)进一步变换为如式(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由于从式(2)中提取的交流信号部分可用复数形式来表示，因此，此交流信号可替换为如式(5)所示的表达式。B1 cos kx + B2 sin kx G B1 - jB2( 5 )综合式(4)和式(5)即可得知式⑷中的实数部分即为余弦系数B1的值，虚数部分即为正弦系数B2的值。在本实施例中，如图3所示，可按照上述方法依次对各级次的光强采样信号中提取的特征频率信号进行傅立叶变化，最终计算获得各级次的光强采样信号对应的正弦系数与余弦系数的值。在此不再一一叙述。在本实施例中，如步骤S24所示，根据正弦系数与余弦系数的值计算获得位置采样信号与光强采样信号的振幅和相位。具体而言，在计算获得各级次的光强采样信号对应的正弦系数与余弦系数的值之
B
后，由于振幅A为如2 +β2，相位Λχ为arctan(-#)，因此，可相应地计算出对应的振幅A与相位△ X，从而可获得各级次光的相位偏移。综上所述，本发明较佳实施例提供的离轴信号处理方法从光强采样信号中抽取特征频率信号，并进行傅立叶变换，最终计算获得位置采样信号与光强采样信号的振幅和相位。跟现有技术相比，在不降低对准精度的同时，极大地减少了计算时间，从而提高了产率。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术 方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种离轴信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤 (a)确定包含直流电平、正弦系数以及余弦系数的线性拟合模型； (b)进行离轴对准扫描，获取位置采样信号与光强采样信号； (C)从所述光强采样信号中抽取特征频率信号，并进行傅立叶变换，计算获得所述正弦系数与所述余弦系数的值；以及 (d)根据所述正弦系数与所述余弦系数的值计算获得所述位置采样信号与所述光强采样信号的振幅和相位。
2.根据权利要求I所述的离轴信号处理方法，其特征在于，步骤(b)中分别由激光干涉仪和光电探测器来同步获取所述位置采样信号与所述光强采样信号。
3.根据权利要求I所述的离轴信号处理方法，其特征在于，步骤(a)中的所述线性拟合模型为y (X) = (^+B1COSkx-B2Sinkx,其中，y为光强采样信号，X为位置采样信号，k为系统设定值，dc为直流电平，B1为余弦系数，B2为正弦系数。
4.根据权利要求3所述的离轴信号处理方法，其特征在于，所述特征频率信号经步骤(c)中的傅立叶变换后为if少%，根据欧拉变换等式可进一步得到
5.根据权利要求3所述的离轴信号处理方法，其特征在于，步骤(d)中的所述振幅为
全文摘要
本发明公开了一种离轴信号处理方法，包括以下步骤(a)确定包含直流电平、正弦系数以及余弦系数的线性拟合模型；(b)进行离轴对准扫描，获取位置采样信号与光强采样信号；(c)从光强采样信号中抽取特征频率信号，并进行傅立叶变换，计算获得正弦系数与余弦系数的值；(d)根据正弦系数与余弦系数的值计算获得位置采样信号与光强采样信号的振幅和相位。本发明在不降低对准精度的同时，极大地减少了计算时间，从而提高了产率。
文档编号G03F7/20GK102866602SQ201110187349
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者朱正平, 李运锋, 宋海军, 李欣欣 申请人:上海微电子装备有限公司