用于光刻设备的对准标记搜索系统及其对准标记搜索方法

摘要

本发明提出一种用于光刻设备的对准标记搜索系统及其对准标记搜索方法。本发明提出的用于光刻设备的对准标记搜索系统包括：光学成像系统，获得基准板的像，并输出第一光强信号；信号调理系统，接收所述第一光强信号，通过数字电位器控制器实现双向调压，输出光强数据；主控系统，依据所述光强数据，调整所述基准板位置。本发明的对准标记搜索系统有利于准确获取机器基准标记相对位置信息，便于快速对机器标记位置相关机器常数进行标定校准，缩短整机安装后该机器常数校准时间，提高整机恢复正常工作的效率。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种对准标记搜索系统及其对准搜索方法，且特别是有关于一种用于光刻设备的对准标记搜索系统及其对准标记搜索方法。

背景技术

光刻机属于芯片制造的工艺线上的一类关键设备，其原理就是利用投影镜头，通过照明光源照射掩模板，将掩模上的图案，曝光到硅片上的指定的位置。由于工艺的需要，制造具有一定功能芯片，需要在同一芯片上进行多层的曝光，层与层线条之间具有一定位置关系，该位置关系要求非常严格，这需要通过对准标记搜索系统来进行保证。对于硅片对准标记搜索系统来说，其原理是，使用不同于曝光光源的照明光源和不同于投影镜头的光学检测装置，当光学检测装置准确检测到工件台基准标记或硅片上对准标记的位置的过程叫做对准的过程。

只有对准标记在光学检测装置的检测范围(也叫捕获范围)内时，才可以进行对准，如果对准标记在光学检测装置的捕获范围之外，将会导致对准的过程的失败。

所以对准之前需要有一套对准标记的搜索方法，能粗略的找到标记的大概位置，从而使标记在对准的捕获范围内时，再进行对准，以获得精确的标记位置，完成对准过程。

在光刻机实际的工作过程中，下面的2个场景需要用到标记搜索过程。

一是在光学检测模块初次安装后，由于光学检测模块安装位置偏差(相对于工件台的位置)或光学检测模块内部光学元件安装偏差，会导致光学成像模块观测装置观测结果与光学检测装置检测结果不一致，以致无法通过其观测装置的观测结果来确定标记的真正位置，需要重新对标记的位置进行标定。

二是系统由于维护的原因，有时需要将工件台移出正常工作位置，而再将工件台移回到正常工作位置时，工件台与主机板相对位置发生了变化，导致工件台上零位基准标记的位置发生了变化，即系统机器常数发生了变化，所以也需要重新对标记的位置进行搜索标定。

现有光刻装置中使用到借助于电荷耦合装置(CCD)和显示器，用于手动对准和视频监测，其原理直接提取部分标记成像光信号引入到CCD上，并在显示器上形成标记图像，通过目测显示器上是否有标记成像的方法，来确定标记位置。该方法的主要操作为：预先估计标记的大概位置，设定标记搜索范围，慢速的直线移动工件台位置，同时人工目测显示器，当显示器上有标记闪过的时候，在现有的移动路线上，重新采用步进的方法移动工件台，直到显示器显示完整的标记成像后，记录下此时工件台的位置。如果显示器没有看到标记成像，将改变工件台的移动路线，在其它的位置，利用上述方法继续寻找。

该标记搜索的方法，由于CCD光路安装上存在着偏差，容易导致CCD直接观测到标记的位置，与实际对准位置的偏差较大，有可能超出对准检测的范围，导致对准失败。另外该标记搜索方法需要借助于目测，手段比较落后，搜索范围如果没有选好，需要将搜索范围增大，耗时比较长，效率比较低，并且不容易实现自动化。

所以提供一种自动高效准确的对准标记搜索装置和标记搜索方法也是非常必要的。

此外，目前对于光电信号增益的控制方式多是积分器模式的信号增益控制方式。图1所示为现有技术采用积分器模式的信号增益控制示意图。该积分器模式的信号增益控制可以实现自动增益的功能，其组成有三部分，为可调增益放大器1，信号有效值检测电路2和积分器3，这种形式存在着局限性。当可调增益放大器1的控制端由积分器3的输出来控制时，积分器3工作阶段有积分过程和放电过程，相比于放电过程，积分过程慢，用于实现增益的连续控制，由于积分的原理，使得积分器3的输出值是由小到大的过程，这也就决定了增益只能是单方向调整的，积分器3的放电过程时间短，用来对积分器清零。在实际工作过程中，积分器3初始状态与清零后的状态是一致的，即对应着增益最大的状态，当启动自动增益时，积分器3根据实际光电信号的大小(有无标记)来调整信号的增益，增益由最大值开始往小调整，当信号输出满足设定要求时，停止积分，增益暂时锁定了，对准的过程是在增益锁定后很短的时间内完成，因为增益锁定并不是完全意义的锁定，由于电路泄漏电流的存在，使得积分器3会缓慢的自行放电，这也使得增益慢慢回到初始状态，增益变为初始的最大值，这样的结果是，自动增益环节的信号输出大部分的时间是处于饱和状态，不管是否检测和没有检测到标记，所以也无法利用其信号的输出来实现这种标记的自动搜索，并且其信号增益的调节只能从大增益向小增益调节，不能灵活的设置与调节。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种用于光刻设备的对准标记搜索系统及其对准标记搜索方法。

本发明提出的用于光刻设备的对准标记搜索系统包括：光学成像系统，获得基准板的像，并输出第一光强信号；信号调理系统，接收所述第一光强信号，通过数字电位控制设备实现双向电压调节，输出光强数据；主控系统，依据所述光强数据，调整所述基准板位置。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述光学成像系统包括：照明模块，提供光源；光学成像模块，引入所述光源，获得所述基准板的像，并输出像的第一光强信号。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述信号调理系统包括：光电信号调理单元，接收所述第一光强信号，通过增益调整，输出第二光强信号；光强数据采集单元，接收所述第二光强信号，输出光强数据。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述光电信号调理单元包括：光电接收器，接收所述第一光强信号；带通滤波器，与所述光电接收器电性连接；可调自动增益放大器，其输入端与所述带通滤波器电性连接，其输出端与反馈回路输入端电性连接，其调整信号输入端与所述反馈回路输出端电性连接。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述反馈回路包括：有效值检测单元与数字电位控制设备；所述有效值检测单元的输入端与所述可调自动增益放大器输出端电性连接；所述数字电位控制设备包括数字电位器控制器与数字电位器增益控制器，且数字电位器控制器的输入端与所述有效值检测单元输出端电性连接；所述数字电位器增益控制器的输入端与所述数字电位器控制器输出端电性连接，其输出端与所述可调自动增益放大器电性连接。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述有效值检测单元将输出的动态信号转换为有效值。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述数字电位器控制器包括存储器，对增益值进行记忆。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述数字电位器控制器可恢复设置的默认增益值。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述数字电位器控制器判断所述有效值检测单元输出的有效值是否达到预设值。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述数字电位器增益控制器包括数字电位器。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述数字电位器控制器可双向调节数字电位器的输出电压值。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述数字电位器增益控制器依据所述数字电位器的输出电压值发出增益指令。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述可调自动增益放大器接收所述增益指令，实现增益。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述基准板包括栅型基准标记。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述主控系统依据所述光强数据判断所述基准板的像是否包含所述栅型基准标记的像。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述光强数据大于系统最大光强值的2/3时，所述主控系统判断所述基准板的像包含所述栅型基准标记的像。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述系统最大光强值为在所述数字电位器的固定增益值下的信号最大值。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述数字电位器的固定增益值为使用二分法收敛获得。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，计算所述光强数据所对应的位置数据的最大值与最小值的差值。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，当所述差值大于所述标记宽度的2/3时，所述主控系统判断是找到了整个标记。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，计算所述光强数据所对应的位置数据的最大值与最小值的均值，作为所述标记的准确位置数据。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述光强数据小于系统最大光强值的2/3时，所述主控系统判断所述基准板的像不包含所述栅型基准标记的像。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，当所述主控系统判断所述基准板的像不包含所述栅型基准标记的像时，所述主控系统调整所述基准板位置，再次成像。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，当所述主控系统判断所述基准板的像包含所述栅型基准标记的像时，停止调整所述基准板位置。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述所述基准板的像的部分图像信息被抽取出来传送到CCD模块，并在显示器上显示。

本发明提出的对准标记搜索系统包括，所述照明模块为激光器。

本发明提出的用于光刻设备的对准标记搜索方法，包括：使用光学成像系统，获得基准板的像，并输出第一光强信号；使用信号调理系统，接收所述第一光强信号，通过数字电位器控制器实现双向调压，输出光强数据；使用主控系统，依据所述光强数据，调整所述基准板位置。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，所述基准板包括栅型基准标记。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，所述主控系统依据所述光强数据判断所述基准板的像是否包含所述栅型基准标记的像。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，所述光强数据大于系统最大光强值的2/3时，所述主控系统判断所述基准板的像包含所述栅型基准标记的像。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，所述系统最大光强值为在所述数字电位器的固定增益值下的信号最大值。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，所述数字电位器的固定增益值为使用二分法收敛获得。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，计算所述光强数据所对应的位置数据的最大值与最小值的差值。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，当所述差值大于所述标记宽度的2/3时，所述主控系统判断是找到了整个标记。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，计算所述光强数据所对应的位置数据的最大值与最小值的均值，作为所述标记的准确位置数据。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，所述光强数据小于系统最大光强值的2/3时，所述主控系统判断所述基准板的像不包含所述栅型基准标记的像。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，当所述主控系统判断所述基准板的像不包含所述栅型基准标记的像时，所述主控系统调整所述基准板位置，再次成像。

本发明提出的对准标记搜索方法还包括，当所述主控系统判断所述基准板的像包含所述栅型基准标记的像时，停止调整所述基准板位置。

本发明提出的对准标记搜索系统，通过在信号调理单元中，采用了新型信号增益控制方式，相比于原增益控制方式，增益可以实现双向调节，操作起来方便灵活，同时，对增益具有记忆性，除了可以自动增益外，还可以进行固定增益设置，有效控制了光强信号不出现饱和，使得信号可以用来进行标记是否被检测到的判断。本发明的对准标记搜索系统有利于准确获取机器基准标记相对位置信息，便于快速对机器标记位置相关机器常数进行标定校准，缩短整机安装后该机器常数校准时间，提高整机恢复正常工作的效率。此外，在基于对准标记搜索系统的基础上所采用的对准标记搜索方法，更容易在软件内部实现，实现标记搜索的自动化，该方法相比于采用CCD和显示器搜索标记的方法，降低操作人员操作强度，智能性增强，效率得到了提高。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为现有技术采用积分器模式的信号增益控制示意图。

图2所示为本发明的对准标记搜索系统与光刻装置之间的总体布局、工作原理结构示意图。

图3所示为本发明对准标记搜索系统的栅型基准标记的示意图。

图4所示为本发明对准标记搜索系统的工件台上基准标记位置示意图。

图5所示为本发明对准标记搜索方法的流程图。

图6所示为本发明对准标记搜索方法的增益选择机制示意图。

图7所示为本发明对准标记搜索方法的标记搜索路径示意图。

图8a所示为按图8中标记搜索路径L1(L2、L6、L7)进行标记搜索时的光强位置信号波形图。

图8b所示为按图8中标记搜索路径L3进行标记搜索时的光强位置信号波形图。

图8c所示为按图8中标记搜索路径L4进行标记搜索时的光强位置信号波形图。

图8d所示为按图8中标记搜索路径L5进行标记搜索时的光强位置信号波形图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图2所示为本发明的对准标记搜索系统与光刻装置之间的总体布局、工作原理结构示意图。如图2所示，掩模台系统4、投影镜头5、工件台6、位置测量系统7为光刻机的基本组成部分，其中投影镜头5作为位置的基准，而工件台6、位置测量系统7是对准标记搜索组成单元。

本发明实施例的对准标记搜索系统包括以下几个部分：光学成像模块8、CCD模块与显示器9、照明模块10、光强数据采集单元11、主控系统12、基准板及基准标记13、工件台6、位置测量系统7、光电信号调理单元14，其中光电信号调理单元14又包括如下几个环节：光电接收器15、带通滤波器16、可调自动增益放大器17、有效值检测单元18、数字电位器控制器19、数字电位器增益控制器20。

采用图2所示的对准标记搜索系统，对对准标记进行搜索的具体实施方式如下：

基准板及基准标记13作为被搜索对象，本发明实施例中，该标记为栅型。图3所示为本发明对准标记搜索系统的栅型基准标记的示意图。图4所示为本发明对准标记搜索系统的工件台上基准标记位置示意图。标记相对于工件台位置如图4所示，基准板及基准标记13在工件台6的边缘处。

本发明实施例中，照明模块10采用激光器为标记搜索系统提供光源。

光学成像模块8作为标记成像装置，实现引入光源，并使标记成像，其中部分标记图像信息被抽取出来，送到CCD模块与显示器9上，同时成像信息还通过光电接收器15接收。当光学成像模块8检测到基准板及基准标记13时，利用光学衍射和干涉原理，光学输出的光信号比较强，对应的光电信号比较强，如果信号太强，需要通过自动增益调整，将输出调整到用户要求的范围内。即有标记时光信号强，无标记时光信号弱。

光学成像模块8输出的信号，要经过光电信号调理单元14，所述的光电信号调理单元14是由光电接收器15、带通滤波器16、可调自动增益放大器17、有效值检测单元18、数字电位器控制器19、数字电位器增益控制器20组成。

使得系统可以利用该标记的位置，进行对准扫描。

可调自动增益放大器17实现信号(反映是否检测到标记的光电信号)的放大功能，并且放大倍数可以由其外部进行控制。可调自动增益的控制方式使用的新型信号增益控制方式。有效值检测单元18将输出动态信号转化有效值，可以用来判断动态信号的幅值大小。在数字电位器增益控制器20环节中，包括数字电位器，且内部电阻进行了细分，可以由外部来控制电阻的大小，通过改变电阻值的大小来输出不同的控制电压，控制可调自动增益放大器17增益，增益非常稳定。数字电位器控制器19接收输出信号的有效值的信息，根据此信息来决定数字电位器的控制输出入电压是向大的方向调，还是向小的方向调整，即可以进行双向调整，并且内部具有增益控制的记忆的功能，能记录电位器的电阻的位置信息。

这几个单元构成了反馈回路，最终的效果是将信号的输出调整到设定的范围，只要设定好合适的增益值，可以保证信号的输出不会出现饱和现象，该信号可以直接用来进行标记的搜索，用来判断是否检测到标记。

调理后的信号由光强数据采集单元11将信号转化为数据，数据直接传给主控系统12，以便主控系统12根据数据结果进行判断。

图5所示为本发明对准标记搜索方法的流程图。所提出的对准标记搜索系统，由于使用了数字电位器控制增益的方式，可以实现对准扫描过程中的自动增益调节，同时还可以用于标记的搜索功能。

(1)在进行标记搜索前，需要对增益值进行学习，确定固定增益值，并记录在使用该增益情况下的信号最大值Smax；

在这种新型增益控制条件下，对准标记搜索的方法如下：

(2)根据安装位置可以确定标记位置，该位置不是非常精确的值；

(3)考虑安装偏差，来确定标记搜索的边界；

(4)规划标记搜索的路径；

(5)选择其中规划路径，移动工件台进行搜索；

(6)同时记录工件台的位置与对应的光强；

(7)对光强值进行判断；

(8)如果光强值大于Smax的2/3时，认为找到标记，但还不确定是否找到标记的中心位置；如果小于Smax的2/3时，认为该路径没有找到标记，返回步骤(5)；

(9)如果光强值大于Smax的2/3，则计算这些光强值所对应的位置数据的最大值与最小值差值；

(10)如果差值大于标记的2/3宽度时，可以认为是找到了整个标记，否则返回步骤(5)；

(11)如果差值大于标记的2/3宽度时，则计算这些光强值所对应的位置数据的最大值与最小值均值，作为标记的准确位置，实现了标记的搜索；

使得系统可以利用该标记的位置，进行对准扫描。

基于该对准标记搜索系统的基础上，所采用的标记搜索方法如下。

在整机安装后，根据安装位置确定标记位置，先进行增益学习，具体学习步骤如下。

图6所示为本发明对准标记搜索方法的增益选择机制示意图。

根据电位器特性，增益可以为G1、G2...G14，档次，依次增大，增益选择使用了二分法，具体过程如下：即设定初始最大增益，执行标记搜索，判断光强信号是否饱和，如果没有饱和，则该增益为标记搜索的增益设定值，如果信号出现饱和，需要将增益调小，取最小增益与最大增益的中间增益值作为新的增益值，执行标记搜索，判断光强信号是否饱和，如果信号饱和，需要将增益调小，取最小增益与当前增益的中间增益值作为新的增益值，如果信号没有饱和，需要将增益调大，取最大增益与当前增益的中间增益值作为新的增益值，执行标记搜索，依次进行，最终收敛到唯一一个固定增益值。

增益学习过程，开始阶段时间比较长，但一旦学习好后，以后不需要再对增益进行学习。

实际过程为设定最大增益G14，在搜索路径上，进行标记搜索，判断光强信号是否出现饱和，出现饱和则需要重新选择增益，在搜索路径上，重新进行标记搜索；

设定G0和G14的中间位置G7，在搜索路径上，进行标记搜索，判断光强信号是否出现饱和，如果信号没有出现饱和，重新选择的增益则在G7与G14中间选择增益G11；

增益设定G11，在搜索路径上，进行标记搜索，信号出现饱和，重新选择的增益则在G11与G7选择中间增益G9；

增益设定G9，在搜索路径上，进行标记搜索，信号没有出现饱和，重新选择的增益则在G9与G11选择中间增益G10；

增益设定G10，在搜索路径上，进行标记搜索，信号没有出现饱和，G10为最后选择的增益，信号出现饱和，则G9为最后选择的增益；同时记录标记对准信号的最大值Smax。

以后设备再重新安装后，或标记位置发生变化后，直接设置学习好的增益。

根据安装位置可以确定标记位置，该位置不是非常精确的值。

考虑安装偏差，来确定标记搜索的边界，并规划好搜索路径，规划的扫描路径如图7所示。图7所示为本发明对准标记搜索方法的标记搜索路径示意图。

如图7所示，路径包括L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7。选择其中规划路径，移动工件台进行搜索，在搜索过程中，同时记录工件台的位置与对应的光强，得到光强位置信号波形。

图8a所示为按图7中标记搜索路径L1(L2、L6、L7)进行标记搜索时的光强位置信号波形图。图8b所示为按图7中标记搜索路径L3进行标记搜索时的光强位置信号波形图。图8c所示为按图7中标记搜索路径L4进行标记搜索时的光强位置信号波形图。图8d所示为按图7中标记搜索路径L5进行标记搜索时的光强位置信号波形图。

如图8a、8b、8c、8d所示，其中路径L1，L2，L3，L5，L6，L7对应的光强值小于Smax的2/3时，认为没有找到标记，而路径L4对应的光强值大于Smax的2/3，认为找到标记。

如图8a中可以看出在路径L1(L2、L6、L7)没有搜索到标记。如图8b、图8d所示，路径L3、L5搜索到标记，但还没有搜索到标记的中心。如图8c所示，路径L4搜索到标记的，位置接近于标记中心。

图8c中，x1与x2为信号大于等于2/3Smax时对应的最小位置数据和最大位置数据，w为标记宽度2/3，并且通过计算这些光强值所对应的位置数据的最大值与最小值差值，即(x2-x1)，该差值满足大于标记的2/3宽度，也认为是找到了整个标记。

通过计算这些光强值所对应的位置数据的最大值与最小值均值，作为标记的准确位置，即x向为(x2+x1)/2，y向为L4，实现标记的搜索。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。