专利名称：一种光刻机对准信号多通道采集校准装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻机对准信号多通道采集校准装置，尤其涉及一种能够准确反 映输入光强和输出信号之间的对应关系并且一次调整长期有效的光刻机对准信号多通道 采集校准装置。
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 板上。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栅对准系统，如图1所示，该光栅 对准系统包括用于提供曝光光束的照明系统1 ；用于支承掩模版3的掩模台4，掩模版3上 有掩模图案和用于掩模对准的周期性结构对准光栅标记2 ；用于将掩模版3上的掩模图案 投影到硅片6上的投影光学系统5 ；用于支撑硅片6的基底台8，基底台8上刻有对准光栅 标记10 ；用于驱动基底台χ和y向直线往复移动的运动台9，运动台9由伺服运动控制系统 11以及测量系统IFx和IFy采集与控制；用于提供硅片对准照明的照明系统12，硅片对准 照明光束用于投射到硅片光栅标记7或基底台光栅标记10上；用于对准光信号的采集与处 理模块301 ；用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。对准光信号的采集与处理模块301、位置数据的采集与处 理模块303、对准信号处理模块302以及时序同步控制器(图中未示出)构成硅片对准采集 与处理系统300。对准扫描过程中，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10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(图中未示出)，在参考光栅前表面上形成明暗相间的周期性 光斑条纹。随着运动台的勻速直线移动，带动硅片光栅标记7和基底台光栅标记10—起 做勻速运动，周期性光斑条纹将勻速扫过参考光栅，对准光信号的采集与处理模块301将 探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模块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，在对准光强信号采集的过程 中，为了提高信号的稳定性与抗干扰能力，通常对信号进行放大、滤波，以及光电信号的调 制与解调技术。在对信号放大的过程中，可以获得一个表示放大率的电压信号，同时该电压 信号也间接反映了输入光强信号强度，即输入信号强度信号(以下简称SS信号)，该信号被 看作是反映标记质量和硅片反射率的特征参数，是对准过程中需要考虑的重要参数。在如中国专利200810035115. 9所公开的一种硅片对准信号采集与处理系统中， 不同的信号采集通道间存在不一致性；且由于噪声等其他因素的影响，使得SS信号与设置 值之间存在一定差异。目前通常根据SS信号和输入光强之间的线性关系，在增益区间内用 两个不同的输入信号(例如暗信号Dark signal和测试信号Test signal)对SS信号进行校准，并建立输入信号强度和SS信号之间的关系。标定了这两个值以后就可以根据增益与输入光强的线性关系，准确计算SS信号所对应的输入光强。由于光强采集设备的不一致 性，实际应用中需要经常使用软件方法校准SS信号。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种光刻机对准信号多通道 采集校准装置，通过该装置实现对准信号多通道采集的硬件校准，提高各通道SS信号的一 致性，且一次调整能够长期有效，简化后期信号处理流程。为了实现上述目的，本发明提供了一种光刻机对准信号多通道采集校准装置，包 括光电传感器，用于将经过调制的光强信号转换为调制电流信号；前置放大器，用于将调 制电流信号转换为调制电压信号；可变增益放大器，用于将调制电压信号调整至设定幅值； SS信号校准器，用于校准可变增益放大器所产生的SS信号并将其输出；带通滤波器，用于 滤除调制电压信号中的直流成分和其它干扰成分；解调器，用参考信号对调制电压信号进 行解调；低通滤波器，用于滤除解调器输出的信号中的调制频率成分。根据本发明的一优选实施方式，SS信号校准器调整SS信号的直流偏置和比例，其 中通过调整直流偏置来消除由于漏电流和电路噪声所产生的SS信号误差，通过调整比例 来消除各信号采集通道之间的不一致性。可变增益放大器可以由可变增益运算放大器、调制电压信号有效值检测电路、增 益控制信号生成电路和接口信号幅值调整电路组成。带通滤波器可以采用中心频率为调制信号频率的带通滤波电路，滤除调制电压信 号中的非调制频率成分和直流成分。解调器可以将调制电压信号和参考信号进行乘法运算，从而分离调制电压信号中 的调制信号频率和包络线信号频率。低通滤波器可以滤除经解调器输出的信号中的两倍调制频率成分，并保留包络线 信号频率成分。根据本发明的光刻机对准信号多通道采集校准装置，能够准确反映输入光强和输 出信号之间的对应关系，消除了噪声和各通道不一致性对检测输入光强所带来的影响，省 去了对采集到的SS信号进行软件校准的过程。
图1为光刻机对准系统示意图；图2为对准信号产生过程示意图；图3为根据本发明一优选实施例的光刻机对准信号多通道采集校准装置结构示 意图；图4示出了 SS信号与输入光强的关系；图5为根据本发明一优选实施例的SS信号校准器硬件电路示意图；图6为根据本发明的SS信号校准流程图。
具体实施例方式下面，结合附图进一步描述根据本发明的优选实施例。图2示出了对准信号产生过程示意图。需指出的是，为了提高信号传输、检测和转换过程中的信噪比，通常利用光信号调制器对激光信号幅值进行调制。参照图2，调制后的 照明光束照射到对准标记上，经成像模块产生周期性光斑条纹305。在对准扫描过程中，该周期性光斑条纹305随工件台的运动而勻速扫过参考光栅306，经探测光纤307传输到光电 传感器上，获得光强信号曲线308。图3示出了根据本发明一优选实施例的光刻机对准信号多通道采集校准装置310 的结构示意图。光刻机对准信号多通道采集校准装置310主要包括光电传感器311、前置放大 器312、可变增益放大器313、SS校准器(即输入信号强度信号校准器)314、带通滤波器315、解调器316和低通滤波器317。目的即为采集与解调光强曲线308，并获取输入光强曲线的光 强值。光电传感器311用于将经过调制的光强信号转换为调制电流信号，前置放大器312用 于将调制电流信号转换为调制电压信号，可变增益放大器313用于将调制电压信号调整至设 定幅值，SS校准器314用于校准可变增益放大器313所产生的SS信号并将其输出，带通滤波 器315用于滤除调制电压信号中的直流成分和其它干扰成分，解调器316用参考信号对调制 电压信号进行解调，低通滤波器317用于滤除解调器输出的信号中的调制频率成分。参照图4，在增益区间内，输入光强和输出SS信号之间有着线性关系，由于没有经过校准，直线321不经过原点，在测试信号输入时，SS信号和电路设计值之间存在误差。直 线322示出了 SS信号与输入光强的期望对应关系。图5示出了根据本发明一优选实施例的SS信号校准器的硬件电路示意图。如图5所示，SS信号校准器314包括放大器AMP，该放大器AMP的负输入端经由第一电阻器Rl 接收来自可变增益放大器313的SS信号；第二电阻器R2和第三电阻器R3，连接于放大器 AMP的负输入端和输出端之间，其中第三电阻器R3为可调电阻器；串联连接于正、负电源V+ 和V-之间的第四、第五和第六电阻器R4-R6，其中第五电阻器R5为可调电阻器，第五电阻器 R5的可调接线端连接到放大器AMP的正输入端。其中，通过调整第五电阻器R5可以改变SS信号的幅值，通过调整第三电阻器R3可以改变最终输出的SS信号与来自可变增益放大器313的SS信号的比例关系。换言之，SS信 号校准器314调整SS信号的直流偏置和比例，其中通过调整直流偏置可以消除由于漏电流和 电路噪声所产生的SS信号误差，通过调整比例可以消除各信号采集通道之间的不一致性。图6示出了 SS信号校准流程。在增益范围内取两个不同的输入信号对SS信号进行校准。首先关断输入信号，调整可变增益放大器313使输出信号满足设定幅值，此时测得 的SS信号可能不为零，这就与零输入的状态产生了误差。此时通过调整第五电阻器R5使 SS信号为零，表示输入光强为零。然后在增益区间上选择另一个特定的输入光强值(比如， 输入范围的最大值)，调整可变增益放大器313使输出信号满足设定幅值，此时调整第三电 阻器R3使SS信号达到设定值。使用相同的输入信号调整不同的信号采集装置的SS信号， 能够消除不同采集装置之间的不一致性。本说明书中所描述的只是本发明的优选具体实施例，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，皆应在如权利要求所界定的本发明的范围之内。
权利要求
一种光刻机对准信号多通道采集校准装置，其特征在于，包括光电传感器，用于将经过调制的光强信号转换为调制电流信号；前置放大器，用于将所述调制电流信号转换为调制电压信号；可变增益放大器，用于将所述调制电压信号调整至设定幅值；输入信号强度信号校准器，用于校准所述可变增益放大器所产生的输入信号强度信号并将其输出；带通滤波器，用于滤除所述调制电压信号中的直流成分和其它干扰成分；解调器，用参考信号对所述调制电压信号进行解调；低通滤波器，用于滤除所述解调器输出的信号中的调制频率成分。
2.如权利要求1所述的光刻机对准信号多通道采集校准装置，其特征在于，所述输入 信号强度信号校准器调整输入信号强度信号的直流偏置和比例，其中通过调整直流偏置来 消除由于漏电流和电路噪声所产生的输入信号强度信号误差，通过调整比例来消除各信号 采集通道之间的不一致性。
3.如权利要求2所述的光刻机对准信号多通道采集校准装置，其特征在于，所述输入 信号强度信号校准器包括放大器，该放大器的负输入端经由第一电阻器接收来自所述可变增益放大器的输入信 号强度信号；第二电阻器和第三电阻器，连接于该放大器的负输入端和输出端之间，其中第三电阻 器为可调电阻器；串联连接于正、负电源之间的第四、第五和第六电阻器，其中第五电阻器为可调电阻 器，第五电阻器的可调接线端连接到该放大器的正输入端。
4.如权利要求1所述的光刻机对准信号多通道采集校准装置，其特征在于，所述可变 增益放大器由可变增益运算放大器、调制电压信号有效值检测电路、增益控制信号生成电 路和接口信号幅值调整电路组成。
5.如权利要求1所述的光刻机对准信号多通道采集校准装置，其特征在于，所述带通 滤波器采用中心频率为调制信号频率的带通滤波电路，滤除所述调制电压信号中的非调制 频率成分和直流成分。
6.如权利要求1所述的光刻机对准信号多通道采集校准装置，其特征在于，所述解调 器将所述调制电压信号和所述参考信号进行乘法运算，从而分离所述调制电压信号中的调 制信号频率和包络线信号频率。
7.如权利要求1所述的光刻机对准信号多通道采集校准装置，其特征在于，所述低通 滤波器滤除经所述解调器输出的信号中的两倍调制频率成分，并保留包络线信号频率成 分。
全文摘要
本发明公开了一种光刻机对准信号多通道采集校准装置，包括光电传感器，将经过调制的光强信号转换为调制电流信号；前置放大器，将调制电流信号转换为调制电压信号；可变增益放大器，将调制电压信号调整至设定幅值；SS信号校准器，校准可变增益放大器所产生的SS信号并将其输出；带通滤波器，滤除调制电压信号中的直流成分和其它干扰成分；解调器，用参考信号对调制电压信号进行解调；低通滤波器，滤除解调器输出的信号中的调制频率成分。通过这种校准装置，提高了各通道SS信号的一致性，且一次调整可以长期有效，简化了后期信号处理流程。
文档编号G03F9/00GK101799634SQ20101012409
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者程鹏 申请人:上海微电子装备有限公司;上海微高精密机械工程有限公司