CN103969967A - 用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法，包括：步骤一：开始对准扫描，获取光强和工件台和掩模台位置信息；步骤二：根据所述工件台和掩模台位置信息计算工件台的水平向相对位置；步骤三：对光强和工件台的水平向相对位置进行频谱分析，获取各级次光信号的频谱特性；步骤四：根据光强和工件台的水平相对位置频谱分析结果，分别建立奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型，对奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型进行信号拟合，得到奇次光和偶次光的信号表达式，并进行对准位置计算。

Description

用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法。

背景技术

光刻机是集成电路加工过程中最为关键的设备。对准是光刻机的主要工艺流程之一，通过掩模、掩模台、硅片、硅片台上的特殊标记确定它们之间的相对位置关系，使掩模图形能够精确的成像于硅片上，实现套刻精度。套刻精度是投影光刻机的主要技术指标之一。对准可分为掩模对准和硅片对准，掩模对准实现掩模与工件台的相对位置关系，硅片对准实现硅片与硅片台的相对位置关系。掩模与硅片之间的对准精度是影响套刻精度的关键因素。

在硅片对准扫描过程中，光束照射到对准标记上，形成携带标记信息的衍射光，通过成像模块成像到参考光栅表面上，参考光栅下方的传感器检测光强信号，结合工件台的位置信息，进行一系列的数字信号处理，求出其对准位置。在实际的偶级次光采样信号，由于受设备工艺误差影响较大，信号中掺杂着其它级次光分量，并且占有很大的比重。中国专利CN200510030807.0给出了用于光刻装置的硅片对准***。该专利中，所列举的拟合模型对于实际中的偶级次光信号拟合误差较大，甚至并不适用。

以往测量各级次自身的光功率和其他级次光串扰后的光功率，是利用辅助光阑板的遮光作用，在探测光纤输出端，分别测得各级次自身的光功率和其他级次光串扰后的光功率，再通过计算得到各级次的级间串扰。 这种方法操作流程复杂，精度不高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法，包括：步骤一：开始对准扫描，获取光强和工件台和掩模台位置信息；

步骤二：根据所述工件台和掩模台位置信息计算工件台的水平向相对位置；

步骤三：对光强和工件台的水平向相对位置进行频谱分析，获取各级次光信号的频谱特性。

步骤四：根据光强和工件台的水平相对位置频谱分析结果，分别建立奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型，对奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型进行信号拟合，得到奇次光和偶次光的信号表达式，并进行对准位置计算。

对光强进行频谱分析如下：

其中，n=1、2、3、……代表采样信号各级次光；为基波分量；为各级次采样信号中其他级次串扰后的光功率和自身的光功率；为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的幅值。为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的频率；为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的初始相位。

步骤四中对奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型所进行信号拟合可以为最小二乘法模型拟合。

奇次级光拟合模型为：

，其中，n为奇数1、3、5、7、……，DCn为第n级次光拟合模型直流分量，An为第n级次光余弦系数，Bn为第n级次光正弦系数，Pn为第n级次光周期。

偶次级光拟合模型为：

其中，n为偶数2、4、6、……，DCn为第n级次光拟合模型直流分量，A1n为第n级次光中含有的1次级光的余弦系数，A2n为第n级次光中含有的2次级光的余弦系数，ANn为第n级次光中含有的n次级光的余弦系数，B1n为第n级次光中含有的1次级光的正弦系数，B2n为第n级次光中含有的2次级光的正弦系数，BNn为第n级次光中含有的n次级光的正弦系数，P1为1级次光周期，P2为2级次光周期，Pn为n级次光周期。

得到偶次级光的信号表达式为：

其中，n为偶数2、4、6、……，ANn为第n级次光中含有的n次级光的余弦系数， BNn为第n级次光中含有的n次级光的正弦系数，Pn为n级次光周期。

奇次光的信号表达式为：

其中，n为奇数1、3、5、7、……，DCn为第n级次光拟合模型直流分量，An为第n级次光余弦系数，Bn为第n级次光正弦系数，Pn为第n级次光周期。

根据奇次级光拟合模型和偶次极光信号表达式计算结果，求出对准位置。

与现有技术相比，本技术方案是对光强和工件台的水平向相对位置进行频谱分析，获取各级次光信号的频谱特性，从而得到各级次自身的光功率和其他级次光串扰后的光功率。根据各级次光频谱分析结果，分别建立奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型，对其进行信号拟合并进行对准位置计算。本技术方案具有更好的对偶级次光进行信号拟合，提高对准位置。本方案相较于现有的技术，不需要在光机组装过程中进行复杂的级间串绕测试，提高了测试的精度。

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为根据本发明的实施例的硅片对准***信号处理***的结构示意图；

图2为根据本发明的实施例的硅片对准信号采集与处理***的结构框图；

图3为根据本发明的实施例的硅片对准各级次标记获取光强的频谱分析图；

图4为根据本发明的实施例的硅片对准算法流程图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

如图1中所示，图1是本发明所涉及的硅片对准***的结构示意图。在图1中明确了硅片对准所需光强和位置数据的产生过程和工件台运动的控制方式。

该对准信号采集***包括光源1；成像模块2；参考光栅3；信号采集处理模块4；对准标记5，含有工件台7上的基准板标记和硅片6上的硅片标记；运动台8；工件台位置采集和运动控制模块9；对准操作与管理模块10。光源1提供照明光束，照射到对准标记上，形成携带标记信息的衍射光，衍射光通过成像模块2成像到参考光栅3表面上。工件台位置采集和运动控制模块9检测工件台的当前所在位置。对准操作与管理模块10接收工件台的位置信息和当前的信号采集处理模块4光强信息，根据本文所述的信号处理算法得出对准位置。工件台位置采集和运动控制模块9控制工件台的运动。

图2示出了硅片对准信号采集与处理***的结构框图。在图2中列出了信号采集和信号处理的各组成部分。硅片对准信号采集与处理***主要由光解调器模块101、A/D转换模块102、激光干涉仪模块103、光电细分模块104、位置数据处理器105和对准操作与管理模块10组成。其中对准操作与管理模块10包含光强存储106、位置存储107、频谱分析108、奇偶模型建立与拟合109和对准位置计算110。对准操作与管理模块10根据具体的光强存储106和位置存储107的光强与位置数据，经过频谱分析108，确定奇偶拟合模型并进行拟合计算109，对准位置计算110输出。对准过程可参考在先专利CN200710045495X、CN2007100454964等，这里作为公知技术引入。

对各级次光强信号波形进行频谱分析，分析结果如图3所示。从图中可以看出，奇次级光1、3、5、7级光信号较好。偶次8.0 2、4、6级次光中掺杂了其它级光信号，其中2次级光中掺杂了1次级光信号，4次级光中掺杂了1、2、3级次光信号，6次级光中掺杂了1、2、3、4、5级次光信号。利用对光强位置信号，能够精确的求出各级次光的频谱特性，得到信号中各级次光的频率f_n、幅值A_n和初始相位θ_n，从而得到各级次自身的光功率和其他级次串扰后的光功率。

获取的各级次光的信号的频谱分析结果如公式（1-1）。

（1-1）

其中，n=1、2、3、……代表采样信号各级次光。为基波分量。为各级次采样信号中其他级次串扰后的光功率和自身的光功率。为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的幅值。为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的频率。为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的初始相位。由此可以确定奇次级光和偶次级光的拟合模型。

奇次级光的拟合模型为：

（1-2）

n为奇数1、3、5、7、……，DC_n为第n级次光拟合模型直流分量，A_n为第n级次光余弦系数，B_n为第n级次光正弦系数，P_n为第n级次光周期。

根据对准扫描过程获取的各级次光强和位置采样，确定上述各级次模型信号的直流分量DC_n、余弦系数A_n、正弦系数B_n，得到信号的拟合结果。

偶次级光的拟合模型为：

（1-3）

其中，n为偶数2、4、6、……，DC_n为第n级次光拟合模型直流分量，A1_n为第n级次光中含有的1次级光的余弦系数，A2_n为第n级次光中含有的2次级光的余弦系数，AN_n为第n级次光中含有的n次级光的余弦系数，B1_n为第n级次光中含有的1次级光的正弦系数，B2_n为第n级次光中含有的2次级光的正弦系数，BN_n为第n级次光中含有的n次级光的正弦系数，P₁为1级次光周期，P₂为2级次光周期，P_n为n级次光周期。

根据对准扫描过程获取的偶级次光强和位置采样，采用最小二乘法，确定上述各偶级次模型信号的直流分量DC_n，余弦系数A1_n、A2_n、AN_n，正弦系数B1_n、B2_n、BN_n，得到信号的拟合结果，保留公式（1-3）中固有级次光分量，作为偶次级光的信号表达式，见公式（1-4）。

（1-4）

根据奇次级光和偶次级光的拟合结果，确定对准位置。

在本发明中，分别建立奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型，分别对其进行拟合，然后保留偶级次光强和位置拟合结果中的固有级次光分量作为偶级次光信号表达式，进而分析确定对准位置。

结合图4详细描述建立拟合模型，求解对准位置的具体流程，详细步骤如下：

步骤401，信号采集处理模块4采集光强信息I(n)，位置采集与运动控制模块9检测当前工件台位置信息。

步骤402，根据工件台位置信息计算工件台的水平向相对位置x(n)。

步骤403，分别建立奇次级光拟合模型公式（1-2）和偶次级光拟合模型公式（1-3）。

步骤404，对采集的各级次光光强和位置进行最小二乘法模型拟合。

步骤405，判断采样过程是否结束。如果是，继续执行406。否则执行401。

步骤406，保留偶级次拟合结果中的固有级次光分量。

步骤407，根据拟合结果，求出对准位置。

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 (5)

1.一种用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法，其特征在于，包括：

步骤一：开始对准扫描，获取光强和工件台和掩模台位置信息；

步骤二：根据所述工件台和掩模台位置信息计算工件台的水平向相对位置；

步骤三：对光强和工件台的水平向相对位置进行频谱分析，获取各级次光信号的频谱特性；

步骤四：根据光强和工件台的水平相对位置频谱分析结果，分别建立奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型，对奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型进行信号拟合，得到奇次光和偶次光的信号表达式，并进行对准位置计算。

2.如权利要求1所述的用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法，其特征在于，所述步骤三中，对光强进行频谱分析如下：

其中，n=1、2、3、……代表采样信号各级次光；为基波分量；为各级次采样信号中其他级次串扰后的光功率和自身的光功率；为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的幅值；为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的频率；为各级次光信号频谱分析后，各级次采样信号中其他级次串扰信号和自身信号的初始相位。

3.如权利要求1所述的用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法，其特征在于，步骤四中对奇次级光拟合模型和偶次级光拟合模型进行信号拟合为最小二乘法模型拟合。

4.如权利要求1所述的用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法，其特征在于，所述步骤四中，奇次级光拟合模型为：

，其中，n为奇数1、3、5、7、……，DCn为第n级次光拟合模型直流分量，An为第n级次光余弦系数，Bn为第n级次光正弦系数，Pn为第n级次光周期；

偶次级光拟合模型为：

其中，n为偶数2、4、6、……，DCn为第n级次光拟合模型直流分量，A1n为第n级次光中含有的1次级光的余弦系数，A2n为第n级次光中含有的2次级光的余弦系数，ANn为第n级次光中含有的n次级光的余弦系数，B1n为第n级次光中含有的1次级光的正弦系数，B2n为第n级次光中含有的2次级光的正弦系数，BNn为第n级次光中含有的n次级光的正弦系数，P1为1级次光周期，P2为2级次光周期，Pn为n级次光周期。

5.如权利要求1所述的用于硅片对准级间串绕测试和拟合的信号处理方法，其特征在于，偶次级光的信号表达式为：

其中，n为偶数2、4、6、……，ANn为第n级次光中含有的n次级光的余弦系数， BNn为第n级次光中含有的n次级光的正弦系数，Pn为n级次光周期；

奇次光的信号表达式为：

其中，n为奇数1、3、5、7、……，DCn为第n级次光拟合模型直流分量，An为第n级次光余弦系数，Bn为第n级次光正弦系数，Pn为第n级次光周期。