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1、(10)申请公布号 CN 103425004 A(43)申请公布日 2013.12.04CN103425004A*CN103425004A*(21)申请号 201210155572.8(22)申请日 2012.05.18G03F 9/00(2006.01)(71)申请人上海微电子装备有限公司地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园区张东路1525号申请人上海微高精密机械工程技术有限公司(72)发明人陈小娟 赵新 李运锋 赵正栋(74)专利代理机构北京连和连知识产权代理有限公司 11278代理人王光辉(54) 发明名称硅片对准信号的处理方法(57) 摘要一种硅片对准信号的处理方法，包括对准。
2、操作与管理模块确定拟合模型；硅片对准系统进行对准扫描，信号采集与处理模块、位置采集与运动控制模块分别采集获得光强采样信号和对应的位置采样信号，并将光强采样信号和位置采样信号传送至对准操作与管理模块；将上次拟合获得的信号周期P代入拟合模型，对准操作与管理模块根据光强采样信号和位置采样信号采用最小二乘法拟合获得直流分量、余弦系数，正弦系数，采用频域分析法获得本次所述信号周期;根据所述拟合模型求出最佳对准位置。本方法的优点在于能够实时的对采样点进行模型拟合，实时的求出当前采样数据的信号周期，提高了信号周期的求解精度，进而提高了其对准精度。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书6页 附图4页(1。
3、9)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书6页 附图4页(10)申请公布号 CN 103425004 ACN 103425004 A1/2页21. 一种硅片对准信号的处理方法，包括以下步骤：（a）对准操作与管理模块确定拟合模型 其中，为光强采样信号，为位置采样信号，DC为直流分量，A为余弦系数，B为正弦系数，P为信号周期；（b）硅片对准系统进行对准扫描，信号采集与处理模块、位置采集与运动控制模块分别采集获得所述光强采样信号和对应的所述位置采样信号，并将所述光强采样信号和所述位置采样信号传送至所述对准操作与管理模块；其特征在于，还包括，（c）将上次所述拟合模型拟合。
4、获得的信号周期P代入所述拟合模型，当本次拟合为第一次拟合时，信号周期P代入预先设定初始值，所述对准操作与管理模块根据所述光强采样信号和所述位置采样信号采用最小二乘法拟合获得直流分量DC、余弦系数A，正弦系数B，采用频域分析法获得本次所述信号周期P；（d）根据所述拟合模型求出最佳对准位置。2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述最小二乘法实时构建矩阵方程Ax=B，其中， N为采样总数，a、b、c、d、e为矩阵A的元素，、为矩阵B的元素，矩阵A和B中的元素通过最小二乘法累加数据获得。3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述步骤（c）具体包括：（1）求解所述最小二乘法的各元素累加。
5、值；（2）判断当前采样点是否达到要求的总采样点数，如果当前采样点i等于扫描采样点数N，则进行最小二乘法拟合和频域分析，否则返回步骤（a），继续采集数据。4.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述频域分析法为离散傅里叶变换法。5.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述频域分析法为频域抽取法快速傅里叶变换。6.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述频域分析法的具体步骤为：计算信号的频谱特性，求的模，判断幅值大小为第二位的采样点数i，根据计算出信号的基波频率，从而求出本次扫描采样点的信号周期，其中为采样频率。7.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述离散傅里叶变化的公。
6、式为权 利 要 求 书CN 103425004 A2/2页3。8.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，频域抽取法快速傅里叶变换的公式为其中：、r=0，1，.，N/2-1。权 利 要 求 书CN 103425004 A1/6页4硅片对准信号的处理方法0001 技术领域0002 本发明涉及半导体集成电路光刻生产设备中的对准技术处理方法，特别涉及一种硅片对准信号的处理方法。背景技术0003 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。
7、光刻机的主要技术指标之一。光刻机对准可分为掩模对准和硅片对准，掩模对准实现掩模与掩模台的相对位置关系，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。0004 在硅片对准扫描过程中，硅片标记成像于参考光栅上，参考光栅下方的传感器检测到光强信号，硅片对准信号采集与处理系统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。在该过程中，信号处理的时间直接影响着对准信号处理的实时性，从而直接影响光刻机的效率。在以往的硅片对准信号处理中，信号周期都是作为固定参数，参与信号拟合。 0005 中国专利CN200510030807.0、CN2008100。
8、35115.9给出了用于光刻装置的硅片对准系统。这些专利采用信号周期 作为预先设定好的固定值直接引入。在先专利CN201010177516.5运用高斯牛顿法算法，对含有信号周期P的非线性模型进行逐步逼近拟合求解。这种算法运算步骤繁多，在所有采样点全部采完后，才能执行，实时性差。如图5所示，如信号周期P预先设定的固定值与信号实际周期存在偏差时，通过拟合获得的拟合曲线的周期与对准信号的实际周期不一致。图中，实线表示待拟合正弦波波形，虚线表示运用含有预先设定的信号周期P拟合结果。发明内容0006 本发明解决的技术问题是保证硅片对准信号处理实时性的同时，提高信号周期的求解精度。0007 为了解决该技术。
9、问题，本发明提供一种硅片对准信号的处理方法，包括以下步骤：（a）对准操作与管理模块确定拟合模型 其中，为光强采样信号，为位置采样信号，DC为直流分量，A为余弦系数，B为正说 明 书CN 103425004 A2/6页5弦系数，P为信号周期；（b）硅片对准系统进行对准扫描，信号采集与处理模块、位置采集与运动控制模块分别采集获得所述光强采样信号和对应的所述位置采样信号，并将所述光强采样信号和所述位置采样信号传送至所述对准操作与管理模块；其特征在于，还包括，（c）将上次所述拟合模型拟合获得的信号周期P代入所述拟合模型，当本次拟合为第一次拟合时，信号周期P代入预先设定初始值，所述对准操作与管理模块根据。
10、所述光强采样信号和所述位置采样信号采用最小二乘法拟合获得直流分量DC、余弦系数A，正弦系数B，采用频域分析法获得本次所述信号周期P;（d）根据所述拟合模型求出最佳对准位置。0008 优选的，所述最小二乘法实时构建矩阵方程Ax=B，其中， N为采样总数，a、b、c、d、e为矩阵A的元素，、为矩阵B的元素，矩阵A和B中的元素通过最小二乘法累加数据获得。0009 进一步，所述步骤（c）具体包括：（1）求解所述最小二乘法的各元素累加值；（2）判断当前采样点是否达到要求的总采样点数，如果当前采样点i等于扫描采样点数N，则进行最小二乘法拟合和频域分析，否则返回步骤（a），继续采集数据。0010 优选的，所。
11、述频域分析法为离散傅里叶变换法。0011 优选的，所述频域分析法为频域抽取法快速傅里叶变换。0012 进一步，所述频域分析法的具体步骤为：计算信号的频谱特性，求的模，判断幅值大小为第二位的采样点数i，根据计算出信号的基波频率，从而求出本次扫描采样点的信号周期，其中为采样频率。0013 进一步，所述离散傅里叶变化的公式为。0014 进一步，频域抽取法快速傅里叶变换的公式为其中：、r=0，1，.，N/2-1。0015 本方法的优点在于能够实时的对采样点进行模型拟合，并且同时实时的求出当前采样数据的周期信号P，作为下次拟合的已知周期信号参量，提高了信号周期P的求解精度，进而提高了其对准精度。说 明 。
12、书CN 103425004 A3/6页6附图说明0016 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。0017 图1为硅片对准系统结构示意图；图2为硅片对准信号采集与处理系统结构示意图；图3为衍射光相对参考光栅运动示意图；图4为对准信号周期随期望位置变化示意图；图5为信号周期预先设定对信号拟合精度影响示意图；图6为本发明硅片对准信号的处理方法第一实施例的流程图；图7为本发明硅片对准信号的处理方法第二实施例的流程图。具体实施方式0018 下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。0019 实施例1图1示出了本发明所涉及的硅片对准系统的结构。该对准系统包括光源1、成像模块。
13、2、参考光栅3、信号采集与处理模块4、硅片对准标记5、运动台8、位置采集与运动控制模块9、对准操作与管理模块10。所述硅片对准标记5包括工件台7上的基准板标记和硅片6上的硅片标记。光源1提供照明光束，照射到硅片标记上，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。位置采集与运动控制模块9检测并处理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信号采集与处理模块4采集处理的光强信息，根据本发明所述的信号处理方法得出对准位置。位置采集与运动控制模块9与对准操作与管理模块10同步谈判，规划运动轨迹，通过控制运动台8控制工件台7的运动。0020 图2示出了硅。
14、片对准信号采集与处理系统的结构框图。该系统主要由图1中信号采集与处理模块4的处理部分、位置采集与运动控制模块9的运动控制部分和对准操作与管理模块10组成。其中，信号采集与处理模块4的处理部分包括光解调器210、光强模数转换器220，位置采集与运动控制模块9的运动控制部分包括、。光解调器210用于将光强信号转换为电压信号，光强模数转换器220用于提供所述电压信号到数字信号的采样和输出。激光干涉仪230用于提供对准扫描过程工件台X、Y向位移的测量，位置数据处理器240用于将所述工件台位移转换为工件台的位置采样坐标。所述对准操作与管理模块10用于提供硅片对准信号的处理和拟合，确定对准位置，该模块包含。
15、光强存储单元250、位置存储单元260、模型拟合模块270和对准位置存储单元280。对准操作与管理模块10根据光强存储单元250和位置存储单元260的光强与位置数据，经过模型拟合模块270对对准信号进行拟合，确定对准位置存放在对准位置存储单元280，并输出。具体的对准过程可参考在先专利CN200710045495X、CN2007100454964等，这里作为公知技术引入。0021 如图3所示，在对准扫描过程中，衍射光通过成像模块2成像到参考光栅3表面，衍射光相对光栅运动形成含有直流分量正弦波，本实施例中硅片标记采用周期为8.8um的相位光栅。在实际硅片对准扫描系统中，由于制作工艺的误差，标记长。
16、时间使用造成的磨说 明 书CN 103425004 A4/6页7损，采集的对准信号波形周期也相应的产生了变化。图4示出了对准信号周期随期望位置的变化，其中横轴为期望位置，纵轴为信号周期。在实际的对准扫描系统中，在不同期望位置时，信号的周期与理论值之间的偏差存在波动，其中在期望位置远离对准位置时，周期与理论值相比，缩小了100nm多（理论值应该8.8um，此时为8.7um左右）。图中的每一个期望位置，对应不同时刻的3个对准信号周期，分别由点、星形和圆圈表示。0022 对准信号的拟合处理在对准操作与管理模块10中进行，模型拟合模块270采用的拟合模型如下：（式1）式中，为光强采样信号，为位置采样信。
17、号，可以分别通过信号采集与处理模块4和位置采集与运动控制模块9获得，DC为信号的直流分量，A为余弦系数，B为正弦系数，P为信号周期。0023 对准信号拟合的目的就是根据对准扫描过程获得的光强和位置采样，确定上述模型信号的直流分量DC、余弦系数A、正弦系数B和信号周期P，得到信号的拟合结果，确定对准位置，即对准点。0024 本发明的核心是对准操作与管理模块10提供一种硅片对准信号的处理方法，能够实时的对采样点进行模型拟合，运用离散傅里叶变换等方式求出信号的频谱特性，得到信号的周期，作为下次扫描拟合模型的固定参数，结合拟合模型公式（1），运用最小二乘法求出拟合模型的系数，从而求出对准位置。这种实时。
18、求出对准信号周期参与模型拟合，保证获得的拟合曲线的周期与实际信号的周期一致，进而提高了对准精度。0025 本发明中，根据上次对准信号拟合求出的信号周期作为已知信号周期，第一次拟合则对周期P 设定一个初始值，通过式1拟合模型，根据N次测量的位置数据x（n）和光强数据I(n)，运用最小二乘法来求解拟合参数信号直流分量DC、余弦系数A和正弦系数B，并且实时求出当前对准采集信号的信号周期P，从而提高了对准采集信号周期P的求解精度，进而提高了对准精度。0026 在本发明中，运用离散傅里叶变换(DFT)求解对准信号的周期P。0027 其中离散傅里叶变换公式为：（式2）其中，变量k表示采样数据点的第k个点，。
19、变量k的值为，k=0,1,N-1。0028 根据运用离散傅里叶变换公式求出光强采样模型的频谱特性， 并求其模，得到对准信号的幅频特性。幅值大小为第二位的点为基波频率，设其为第i个采样点，则对准信号的基波频率为，从而求出信号周期,为采样频率。幅值最大的点是信号直流分量。本次计算的信号周期P作为下次对准信号拟合模型的常数。本发明给出了离散傅里叶变换进行对准信号周期的计算，本领域技术人员可根据需要和条件采用其他的求解方法进行处理。说 明 书CN 103425004 A5/6页80029 根据上述所求的信号周期P值，代入拟合模型公式（1），运用最小二乘法对数据模型进行拟合，实时构建矩阵方程Ax=B中的。
20、信号矩阵A和B，其中， N为采样总数，a、b、c、d、e为矩阵A的元素，、为矩阵B的元素。矩阵A和B中的元素通过最小二乘法累加数据获得。0030 在本发明中，对对准采集信号进行模型拟合，采用最小二乘法来求解拟合参数，运用离散傅里叶变换公式求解当前信号模型的频率，确定拟合模型，从而得到对准位置。结合图6对这种硅片对准信号的处理方法进行详细描述，具体步骤如下：步骤601，信号采集与处理模块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。0031 步骤602，根据工件台位置信息计算工件台的水平向相对位置x(n)。0032 步骤603，根据上次计算的信号周期P，确定公式2的拟合。
21、模型，求解最小二乘法的各元素累加值，并且计算离散傅里叶变换公式累加值。0033 步骤604，判断当前采样点是否达到要求的总采样点数，如果当前采样点i等于扫描采样点数N，则运行步骤605，否则返回步骤601，继续采集数据。0034 步骤605，根据最小二乘法计算本次数据采样模型的对准点。根据计算所得的频谱特性，求的模，判断幅值大小为第二位的采样点数i，根据，为采样频率，计算出信号的基波频率，从而求出本次扫描采样点的信号周期，作为下次拟合模型公式（1）的固定参数。0035 实施例2实施例1中提到根据本周期的采样数据，运用离散傅里叶变换求解信号的周期P。这种算法的优势在于能够实时的求解当前信号的周期。
22、。0036 在本发明还提出一种利用频域抽取法快速傅里叶变换求解当前信号的周期P，运用这种算法能够以2M次方大幅减少运算量，减少了运算时间，但需要在扫描点数全部采完之后执行。0037 频域抽取法快速傅里叶变换一次分解后的运算公式为：（公式3）其中：、r=0，1，.，N/2-1。0038 在本发明中，对对准采集信号进行模型拟合，采用最小二乘法来求解拟合参数，运用频域抽取法快速傅里叶变换公式求解当前信号模型的频率，确定拟合模型，从而得到对准位置。结合图7对这种硅片对准算法进行详细描述，具体步骤如下：说 明 书CN 103425004 A6/6页9步骤701，信号采集处理模块4采集光强信息I(n)，位。
23、置采集与运动控制模块9检测当前工件台位置信息。0039 步骤702，根据工件台位置信息计算工件台的水平向相对位置x(n)。0040 步骤703，根据上次计算的信号周期P，确定公式2的拟合模型，求解最小二乘法的各元素累加值。0041 步骤704，判断当前采样点是否达到要求的总采样点数，如果当前采样点i等于扫描采样点数N，则运行步骤705，否则返回步骤701，继续采集数据。0042 步骤705，根据最小二乘法计算本次数据采样模型的对准点。利用频域抽取法快速傅里叶变换计算信号的频谱特性，求的模，判断幅值大小为第二位的采样点数i，根据，为采样频率，计算出信号的基波频率，从而求出本次扫描采样点的信号周期，作为下次拟合模型公式（1）的固定参数。0043 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。说 明 书CN 103425004 A1/4页10图1图2说 明 书 附 图CN 103425004 A10。