专利名称：对准光强信号采集与解调装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体集成电路光刻生产设备中的信号釆集与解调装 置，且特别是有关于一种对准光强信号采集与解调装置。
背景技术：
在集成电路IC或其它微型器件的制造过程中，通过光刻装置，将具有不同
掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的硅片上，例如半
导体硅片或LCD板。光刻装置的对准系统，其主要功能是在套刻曝光前实现掩 模-硅片对准，以满足套刻精度的要求。
目前，光刻设备大多所采用的对准装置为光4册对准系统，如附图1所示， 该光栅对准装置包括、照明系统l、支承掩模版3、掩模台4、对准光栅标记2、 投影光学系统5、硅片6、硅片光栅标记7、基底台8、运动台9、对准光栅标记 10、伺服运动控制系统11、对准照明系统12、以及石圭片对准采集与处理系统300。
照明系统1提供曝光光束；掩模台4用于支承掩模版3;投影光学系统5用 于将掩模版3上的掩模图案投影到硅片6上；基底台8支撑硅片6;运动台9驱 动基底台8x和y向直线往复移动，运动台9由伺服运动控制系统11和测量系 统IFx和IFy采集与控制；对准照明系统12提供硅片对准照明；硅片对准采集 与处理系统300包括用于对准光信号的采集与处理模块301、于位置数据的采集 与处理模块303、基于对准光强信号和位置数据，确定对准位置的对准信号处理 模块302。
对准扫描过程中，对准照明系统12提供的多个分立波长照明光束，经传输 光纤照射到硅片光栅标记7或基底台光栅标记IO上，发生衍射，衍射光携带有 关于对准光栅标记的结构信息，经对准光学成像系统(图未示)，在参考光栅前 表面上形成明暗相间的周期性光斑条紋。随着运动台的匀速直线移动，带动硅 片光栅标记7和基底台光栅标记IO—起做匀速运动，周期性光斑条紋将勻速扫过参考光栅，对准光信号的采集与处理模块301将纟采测到具有恒定周期的正弦 形式的信号曲线，结合位置数据的采集与处理303,经对准信号处理模块302， 可获得随位置做正弦形式变化的光强曲线，从而确定对准位置。由于对准光学 信号的强度微弱、波动大，容易受工作环境干扰等特点，在对准信号采集的过 程中，为了提高信号的稳定性与抗干扰能力，通常采用光电信号的调制与解调 技术。在对准照明光束端进行相位调制，以获得包含对准信息的高频载波信号； 在对准信号的采集端进行相位解调，引入参考信号作为解调信号，解调高频载 波信号，提取包含其中的低频对准信号。
文献l(輝光信号探测对准技术，杨兴平，程建瑞，电子工业专用设备，2006, 140: 7~12)公开了一种光刻对准信号的釆集与解调技术，该技术釆用原调制 信号(Hinds板信号)作为参考信号引入，实现对准信号的解调与采集过程。然 而，由于对准信号和调制信号到达解调器所经过的路径不同，二者之间存在相 位差。相位差越大，解调后输出信号的幅值就越小，精度也就越低。虽然在该 文献中采用了可变相位调整的方法，不断检测对准信号和调制信号之间的相位 超前与滞后关系，以调整相位差达到小于某个设定值。但是，由于是动态的调 整过程，使得在同样前提下的两次调整可能产生不同的结果，进而影响对准的 重复精度。另外，即便是二者相位差已经调整到足够小的地步(小于某个设定 值)，仍然会因存在相位差而影响最终的对准重复精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对准信号的解调与采集装置，以改善现有技术 的缺失。
为了达到上述目的，本发明提供一种对准信号采集与解调装置，采集经过 光信号调制器调制的对准光强信号。对准信号采集与解调装置包括光电传感器、 前置放大器、可变增益放大器、带通滤波器、参考信号生成器、以及解调器。
光电传感器将对准光强信号转换为电流信号；前置放大器电性连接光电传 感器，将电流信号转换为电压信号；可变增益放大器电性连接前置放大器，将 电压信号调整至设定幅值；带通滤波器电性连接可变增益放大器，滤除电压信 号中的直流成分和干扰成分，参考信号生成器电性连接带通滤波器，并从电压信号中分离出参考信号；解调器电性连接带通滤波器和参考信号生成器，用参 考信号对电压信号进行解调，输出一解调信号；低通滤波器电性连接解调器， 用于滤除解调器输出的解调信号中的频率为调制信号频率的两倍的成分。
本发明提供的对准光强信号采集与解调装置，从调制光强信号(对准信号) 中分离出调制信号频率成分。由于分离过程4吏调制信号产生了固定的相位变化， 因此通过调整移相器参数可以使对准信号和调制信号同相位。应用此方法的对 准光强信号采集与解调装置实现了光强信号采集和解调功能。
为让本发明的上述和其它目的、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。
图l所示为目前的光栅对准系统的示意图。 图2所示为硅片对准信号产生过程示意图。
图3所示为才艮据本发明一实施例的对准光强信号采集与解调装置的结构示 意图。
图4所示为4艮据本发明一实施例的对准光强信号采集与解调装置的可变增 益^L大器的结构示意图。
图5所示为本发明一实施例的对准光强信号采集与解调装置的参考信号生 成器的结构示意图。
图6所示为本发明一实施例的对准光强信号采集与解调装置的解调器输出 波形和^(氐通滤波器输出波形示意图。
具体实施例方式
图2所示为对准信号产生过程示意图。请参考图2， 305为经对准信号调制 器调制后的光信号照射到对准标记上，经成《象模块产生的周期性光斑条紋。在 对准扫描过程中，该周期性光斑条紋随工件台的运动而匀速扫过参考光栅306， 经探测光纤307传输到光电传感器上，获得对准光强信号308。在对准光强信号 308中，包含有高频的调制信号 频率成分(调制信号频率)以及低频的光栅 扫描频率信息^ (即包络线)。图3所示为4艮据本发明一实施例的对准光强信号采集与解调装置的结构示 意图。对准光强信号采集与解调装置310耦接对准信号调制器320。对准光强信 号采集与解调装置310主要包括由光信号调制器320、光电传感器311、前置放 大器312、可变增益放大器313组成的信号调制单元、带通滤波器314、参考信 号生成器315、解调器316。更进一步地还包括一低通滤波器317,用于提高后 续对准工作精度。
光电传感器311将对准光强信号转换为电流信号。前置放大器312电性连 接光电传感器311,将电流信号转换为电压信号。可变增益放大器313电性连接 前置放大器312，将电压信号调整至设定幅值。带通滤波器314电性连接可变增 益放大器313，滤除电压信号中的滤除直流成分和其它干扰成分。参考信号生成 器315电性连接带通滤波器314,并从电压信号中分离出参考信号；解调器316 电性连接带通滤波器314和参考信号生成器315,用参考信号对上述电压信号进 行解调，输出一解调信号；低通滤波器317电性连接解调器316，滤除上述解调 器输出的解调信号中的上述两倍调制信号频率成分。
在本实施例中，参考信号的频率与调制信号频率 相同。 在本实施例中，可变增益放大器313包括可变增益放大电路3131、检测电 路3132、增益控制信号生成电路3133。可变增益放大电路3131电性连接前置 放大器312;检测电路3132电性连接可变增益放大电路3131，并且检测电路3132 检测电压信号的有效值；增益控制信号生成电路3133电性连接可变增益放大电 路3131和检测电路3132，生成增益控制信号，并调整电压信号至设定幅值，如 图4所示。
在本实施例中，带通滤波器314采用中心频率为调制信号^频率的带通滤 波电路。
在本实施例中，参考信号生成器315包含过零比较器321、带通滤波器322、 移相器323。过零比较器321分离出电压信号中的调制信号频率，并输出与调制 信号同频的方波信号；带通滤波器322,将滤除方波信号中的调制信号频率成分, 并输出与调制信号同频的参考信号；移相器323根据过零比较器321和带通滤 波器322对参考信号产生的相位影响，对参考信号进行相位补偿，如图5所示。
本实施例中，调制信号表示为7/ =々sinOV + ~) + ^f (式1 )
对准信号表示为
S = 4sin(<V + ^) + A (式2) 其中^/〉^"、 4>A、 "h s，通过光电传感器311检测到的电流信号 可表示为
i/ x 51 = Jw 4s sin(a^ +) sin(~ + ^ ) + XH 5S sin + )
"S- {C0S[(C>h + S > + ( + & )卜COS[( -Ws > + ( —^ )]}
2
+sin(fi^f + e ) + JSJBW sin(w^ + (9S) + 5"丑s (式3 )
从式3中可以看出光电传感器311所检测到的光强信号频率成分包括
(fi>h+ s)、 (^/- s)、 ^和直流成分。
前置放大器312将光电传感器311采集到的电流信号转换为电压信号。可 变增益放大器313用于将电压信号调整至设定幅值。
然后该电压信号通过中心频率为 (调制信号的频率)的带通滤波器314, 滤除^成分和直流成分，保留(《H-os)、 "h三种频率成分，即 x S舒=4 Js sin(ft^ +) sin(fi^ + ^ ) +』w 5S sin(6^ + &)
=sin(， + & )(A 4 sin(6y + <9s) +々Bs )
w s- {cos[( H + s > + + ^)] - cos[( -<ys ;k + — &)]}
2
+ 4^ sin(G^ + (式4 )
由式4中可以看出，只有当sin^y+4)二0时，经过滤波后的信号的电压为 0。参考信号生成器315可根据这个特点，从带通滤波后的信号中，产生与对准 信号同相位，且与调制信号频率相同的参考信号i^4sin^V+^)，其中w, =wH 、 &=~。图5示出参考信号生成器315的结构示意图。对于一定频率的输入信 号，过零比较器321和带通滤波器322所引起的相位变化可认为是恒定的。移 相器323用于补偿比较器321和带通滤波器322所引起的相位变化，即 i = ^sin(fiV + ^)，其中"《= 、&=~，最终使解调器输入的两信号相位相同。解调器316利用参考信号生成器产生的参考信号，对经带通滤波器314滤 波后的信号进行解调，即
4 5 (式5)
+ sin[W + + sin[(2fi^ , )" - & + )]
{cos + & c, —
由于参考信号的频率取^= 、相位&=&,则式5可得
=4 4 A
-sin[(2fi^ + s 乂 + (26>H + ^ +)] (弋6 )
+ sin[(2^ - s ), + (2^ - & )〗 、式6 J
+ 2sin(ws"0s)}
-(cos[(2 y + ] - 0}
由式6可知，经解调器316后的解调信号包含"s 、 2"ff 、 (2 + a) 、 (2 -四种频率成分。通过模拟滤波器317,滤除对准模拟信号中的2 、(2^+^)、 (2 -"s)成分和部分噪声(因为 》"s，适当配置滤波电路即可获得"O，获
得对准信号"""si化"^)。
图6示出了光电信号的形式图，其中，信号331为解调器316输出信号， 该信号包含％和2 频率成分；信号332为经过低通滤波器317后的输出信号， 滤除了2 频率成分，保留了^频率成分，信号332即为所需的对准频率信号。
本发明提供了一种对准光强信号采集与解调疼置，该装置由对准信号(待 解调信号)中分离出调制信号频率成分，作为参考信号引入解调过程，从而实 现对准信号的采集与调制功能。该装置能够避免调制信号与对准信号(待解调 信号)之间存在相位差，实现对准信号的解调过程，提高对准信号(经低通滤 波后)的精度。同时，该解调装置还能简化对准信号采集系统，提高对准信号 的釆集效率。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限 定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修 饰，都应作为本发明的技术范畴。
权利要求
1、一种对准信号采集与解调装置，包括信号调制单元，用于将对准光强信号经调制后转换为设定幅值的电压信号；带通滤波器，滤除所述电压信号中的直流成分和干扰成分；所述电压信号一部分进入参考信号生成器后生成参考信号，另一部分进入解调器；所述解调器用所述参考信号对所述电压信号进行解调，输出解调信号。
2、 如权利要求l所述的对准信号采集与解调装置，其特征在于，所述信号 调制单元包括光信号调制器对光强信号幅值进行调制；光电传感器，用于将 对准光强信号转换为电流信号；前置放大器将电流信号转换为电压信号；可变 增益放大器将电压信号调整至设定幅值。
3、 根据权利要求1所述对准光强信号采集与解调装置，其特征在于，上述 可变增益放大器包含可变增益放大电路，与所述前置放大器相连接；检测电路，与所述可变增益放大电路相连接，用于检测所述电压信号的有 效值；增益控制信号生成电路，与所述可变增益放大电路和检测电路相连接，生 成增益控制信号，调整所述电压信号至所述设定幅值。
4、 根据权利要求1所述对准光强信号采集与解调装置，其特征在于，所述 带通滤波器釆用中心频率为调制信号频率的带通滤波电路。
5、 根据权利要求1所述对准光强信号采集与解调装置，其特征在于，所述 参考信号的频率与所述进入解调器的电压信号频率相同。
6、 如权利要求l所述的对准信号采集与解调装置，其特征在于，所述解调 信号包括两倍调制信号频率成分和光^^扫描频率成分。
7、 如权利要求6所述的对准信号采集与解调装置，其特征在于，进一步地 包括一低通滤波器，用以滤除所述解调信号中的两倍调制信号频率成分。
8、 根据权利要求6所述的对准信号采集与解调装置，其特征在于，所述参 考信号生成器包含过零比较器，分离出所述电压信号中的调制信号频率，并输出与调制信号 同频的方波信号；带通滤波器，用以滤除所述方波信号中的非调制信号频率成分，并输出与调制信号同频的上述参考信号；以及移相器，根据所述过零比较器和带通滤波器对所述参考信号产生的相位影 响，对所述参考信号进行相位补偿。
9、 根据权利要求6所述的对准信号采集与解调装置，其特征在于，所述解 调器将所述电压信号和参考信号进行乘法运算，用于分离所述调制电压信号中 的调制信号频率和光栅扫描频率。
全文摘要
本发明提供一种对准信号采集与解调装置，采集经过光信号调制器调制的对准光强信号。对准信号采集与解调装置包括光电传感器、前置放大器、可变增益放大器、带通滤波器、参考信号生成器、以及解调器。该装置能够避免调制信号与对准信号之间存在相位差，实现对准信号的解调过程，提高对准信号的精度。
文档编号G03F7/20GK101482704SQ20081020435
公开日2009年7月15日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者强 刘, 唐文力, 李运锋, 王海江, 鹏 程, 陈振飞, 韦学志 申请人:上海微电子装备有限公司