专利名称：掩模对准系统及其方法
技术领域：
本发明是有关于一种掩模对准系统及其方法，其特别是有关于一种基于电 光调制光源的掩模对准系统及其方法。
背景技术：
现在半导体光刻领域，进入纳米光刻时代，光刻系统变得越来越复杂，对 掩模对准的精度要求越来越高。
传统的掩模对准技术是基于四象限传感器对称性，利用发光二极管(LED) 光源(或者激光器光源)照射到掩模标记上，通过标记下面的四象限传感器来 接收从掩模对准标记上透过的光能量大小来判断掩模板相对于四象限中心位 置，并根据该判断对掩模板的位置进行调整，以达到掩模对准的目的。但是传 统的掩模对准方法只能实现点对点的对准。针对这个情况，"掩模传输四象限对 准装置，，(中国专利，申请号200510105260.6)利用四象限传感器的对中性，根 据传感器接收到信号的大小来控制掩模机械手运动来达到调整掩模板位置，达 到对准的目的。但是，由于对准装置中存在电机等其它大功率电器设备，以及 滤光片未能滤除杂散光的影响，导致对准信号中存在严重的噪声。若信号处理 得不好，就难以获得理想的对准精度，甚至出现反复对准而无法获得确切对准 位置的死循环情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电光调制解光源的掩模对准系统及其方 法，以改善现有技术的缺失。
本发明提出 一种基于电光调制光源的掩才莫对准系统，掩冲莫对准系统包括光 源、电光调制模块、掩模板、信号接收控制单元。
光源发出一对准光束，对准光束垂直穿过电光调制模块，且电光调制模块 将对准光束调制为具有特定频率的调制光束；掩模板包含掩模对准标记，调制光束透过掩模对准标记；信号接收控制单元，接收上述调制光束，并控制上述 掩模板的位置和姿态。
本发明另提出一种基于电光调制光源的掩模对准方法，包含下列步骤将 光源发出的对准光束光电调制为具有特定频率的调制光束；提供掩模板，且掩 模板包含掩模对准标记，调制光束透过掩模对准标记；以及依据调制光束控制 掩模板的位置和姿态。
本发明的基于电光调制光源的掩模对准系统是利用电光调制单元对光源进 行特定频率的调制，大大提高信号源信噪比，提高信号的抗干扰性。从而保证 信号采集系统可以在相对复杂的条件下所获取的数据的可靠性，能够真实准确 的反映原始信号间的固有关系。此外，由于采集到的数据相对可靠，可以快速 提取出准确有效的对准信号，使对准次数减少，提高系统工作效率，同时，由 于信号信噪比获得较大提高，对准精度也可以得到很大提高。
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1所示为根据本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准系统的示 意图。
图2所示为图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的电光调制模块的示 意图。
图3所示为图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的调制信号波形图。 图4采用图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的调制光束波形图。 图5所示为图1中基于电光调制光源的掩才莫对准系统的信号采集调理解调 模块的示意图。
图6所示为图1中基于电光调制光源的掩模对准系统的信号解调单元的示 意图。
图7所示为根据本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准方法的流 程图。
图8所示为根据本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准方法中依据调制光束控制掩冲莫板的位置和姿态的步骤的具体流程示意图。
具体实施例方式
图1所示为根据本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准系统的示 意图。
如图1所示，基于电光调制光源的掩模对准系统1包括两个光源lla,llb、 两个电光调制模块12a,12b、掩模板13、两个光电传感器14a，14b、信号采集调 理解调模块15、信号处理模块16、以及掩模板运动控制模块17。
两个光源lla,llb各发出一对准光束，这些对准光束分别垂直穿过电光调制 模块12a,12b,且这些电光调制模块12a，12b利用调制信号123(波形如图3所示) 将这些对准光束分别调制为具有特定频率的调制光束(调整后的波形如图4所 示)。掩模板13包含两个掩模对准标记13a,13b，这些调制光束分别透过掩模对 准标记13a，13b。两个光电传感器14a，14b分别感测调制光束的强度，且每个光 电传感器发出一感测信号S1，S2。信号采集调理解调模块15电性连接这些光电 传感器，并采集这些感测信号S1,S2。信号处理模块电性16连接信号采集调理 解调模块15,且信号处理模块16对感测信号进行处理S1，S2，并输出一控制信 号Sc。掩模板运动控制模块17电性连接信号处理模块16，并控制掩模板13的 位置和姿态。在本实施例中，掩模板13位于这些光源lla，llb和这些光电传感 器14a，14b之间，都水平设置，且掩模板13相对于这些光源lla,llb和这些光电 传感器14a，14b的表面距离固定。这些对准光束光轴间的距离、这些光电传感器 中心14a，14b的距离、这些掩4莫对准标记中心13a，13b的距离均相等。
在本实施例中，光源lla，llb可为激光二极管，掩才莫对准标记13a，13b透光， 而掩模对准标记13a，13b周围不透光；光电传感器14a,14b为四象P艮探测器，光 电传感器14a，14b发出的感测信号Sl,S2为电流信号。另外，在本实施例中，光 源、掩模对准标记、光电传感器以及电光调制模块的数量均为两个，然而对发 明并非仅限于此，在其他实施例中光源、掩模对准标记、光电传感器以及电光 调制模块的数量可由使用者自行设定。
在本实施例中电光调制模块12a, 12b包括起偏器121、电光晶体122、 调制信号123、 波片124以及检偏器125,电光晶体122设置于起偏器121和检偏器125之间，其中起偏器121的偏振方向平行于电光晶体122的X轴， 检偏器125的偏振方向平行于Y轴，波片124设置于电光晶体122和检偏器 125之间，如图2所示。
如图5所示，在本实施例中，信号采集调理解调^t块15更包括电流转电 压单元151、模拟带通滤波及信号放大单元152、信号解调单元153、滤波单元 154、以及归一化单元155，模拟带通滤波及信号放大单元152电性连接电流转 电压单元151;信号解调单元153电性连接模拟带通滤波及信号放大单元152; 滤波单元154电性连接信号解调单元153;归一化单元155电性连接滤波单元 154。
本实施例中，信号处理模块更16包括模拟数字转换器161和上位机162。 在本实施例中，掩模板运动控制模块17更包括掩模板夹持装置171、掩模 板运动控制传动系统(图1中未标出)。掩模板夹持装置171夹持掩模板13，掩 模板运动控制传动系统控制掩模板加持装置的移动。本实施例的掩模板运动控 制传动系统更包括x向精密丝杠及导轨172a， y向精密丝杠及导轨172b, Z向 升降平台172c，Rz向转台172d,x向绝对值编码器172e,y向绝对值编码器172f, x 、 y 、 Z、 Rz向驱动电机及其驱动器172g、 172h、 172i、 172j,运动控制 器172k,其中，x 、 y向绝对值编码器172e、 172f， x 、 y 、 Z、 Rz向 驱动电机驱动器172g、 172h、 172i、 172j与运动控制器电性连接172k。如图1， 掩模板夹持装置171 —端中点固定安装于Rz向转台172d转动轴上，掩才莫板13 吸附于掩模板夹持装置171上，在运动控制器172k的控制下，掩模板夹持装置 171可以夹持掩模板13在x 、 y向驱动电机172g、 172h的驱动下，沿x 、 y 向精密导轨172a、 172b平移运动，在Z向升降平台172c上可以升降运动，以 及在Rz向以Rz向转台172d转轴为中心进行旋转。
图7所示为根据本发明一实施例的基于电光调制光源的掩模对准方法的流 程图。
请同时参考图1至图7，本发明一实施例的基于电光调制光源的掩才莫对准方 法包含下列步骤S701，将两个光源lla，llb发出的对准光束光电分别调制为具 有特定频率的调制光束；S703,提供一掩模板13，掩模板包含两个掩模对准标 记13a，13b，这些调制光束分别透过这些掩模对准标记；S705,依据调制光束控制掩模板13的位置和姿态。
在本实施例中，依据调制光束控制掩才莫板13的位置和姿态的步骤S705更 包括
S7051:感测透过掩模对准标记13a、 13b的调制光束的强度，发出感测信号 S1,S2;
S7052:采集并解调感测信号；
S7053对感测信号进行处理，并输出一控制信号Sc;以及 S7054依据控制信号Sc控制掩模板运动。
步骤S701中，当没有调制信号123施加在电光晶体122上的时候，电光晶 体122处于原始状态，即没有受到压缩或4i伸。此时，通过^f企偏器125后光强 输出接近为零。
当沿晶体Z轴方向加调制信号123后，电光晶体122的折射率及其光学性 能发生变化，改变了对准光束的偏振状态，晶体中的偏振分量E光轴、O光轴 上的电矢量之间开始出现相位延迟。如果调制信号123幅度加到一定大小时，E 光、O光相位延迟将达到土;r，也就是说此时E光、0光光程差应为土;i/2。这样， 经过电光晶体122的光变为偏振方向与x轴夹角为-45度的线偏振光，其偏振方 向与检偏器125平行，出射光可以完全通过检偏器125,出射光强达到最大值。
当E光、O光相位延迟在0-士;r之间变化时，出射光为椭圆光，也就是说， 在这种调制方式下(相位差在O-士;r周期性变化)，输出光的偏振状态在相互正交 的线偏振光和椭圆偏振光之间作周期性变化。如果在检偏器125后放置光电探 测器，即可观察到输出光强的周期性变化，即实现了对对准光束的强度调制。 同时，在调制器光路上插入一个;i/4波片124，使加入的义4波片124光轴平行 于电光晶体122的感应光轴，即二者之间的夹角为0度(义/4波片124的光轴与 电光晶体122的主轴成45。，从而使晶体沿两个感应轴上的分量之间产生的固 定相位差。从而使调制器工作在线性区内，获得调制光束。
接着，在步骤S703中，提供一掩模板13，掩模板13包含两个掩模对准标 记13a，13b，调制光束分别透过这些掩模对准标记13a， 13b。
步骤S7051中，两个光电传感器(四象限探测器)14a， 14b感测上述调制光束 的强度，且每个光电传感器发出一感测信号。步骤S7052中，信号采集调理解调模块15采集并调理这些感测信号，具体 描述如下
电流转电压单元151通过一个转换放大器把四象限探测器14a,14b四象限感 测到的电流信号转化成电压信号，便于后继电路处理；
模拟带通滤波及信号放大单元152中，如前所述，调制光束的频率是已知 的，模拟带通滤波部分的作用是提取出该特定频率的调制光束，滤除该特定的 频率调制光束之外的其他噪声信号；由于调制光束比较弱，放大调制光束，使 之达到较为合理的范围；
信号解调单元153的目的是把调制光束经过处理后转换成相应信号与一基 准信号相乘后得到有用的信号，此信号经过滤波后再提取出的信号即为所需要 的对准信号。信号解调单元153仅用一个乘法器即可实现对对准信号的解调处
理，如图4所示，其中VoM是进行带通滤波调理过的信号，VRef为参考信号即
为经光源调制单元处理反馈环后得到的方波信号，Voffset为输入基准电压，VD0 为经过解调处理后到后继电路归一化处理的输入信号。
解调后滤波单元154的目的是滤除信号在解调过程当中产生的2倍频信号 成分；
归一化单元155包含有两个加法器、 一个减法器，其中减法器分别电性连 接两个加法器。加法器的作用是把四象限传感器14a,14b中的两个象限产生的经 过模拟带通滤波及信号放大单元152处理过后的调制光束根据需要叠加到一起， 减法器实现归 一化处理，还原出调制光束所包含的位置信息。
步骤S7053中，信号处理模块16对这些感测信号进行处理，并输出控制信 号。信号处理模块16包括模拟数字转换器161和上位机162，归一化单元155 输出的信号经过模拟数字转换器161后将转换结果存到数据寄存器163中，由 上位机162自动计算出掩模板13位置偏移量，输出控制信号。
步骤S7054中，依据控制信号控制掩模板运动。掩模板运动控制模块17包 括掩模板夹持装置171、掩模板传动系统172以及掩模板运动控制系统173。掩 模板夹持装置171夹持掩模板13;掩模板运动控制系统173接收控制信号，输 出位置偏移量；掩模板传动系统172依据位置偏移量控制掩模板夹持装置171 的移动，从而调整掩模板13的位置和姿态。本发明利用特有的电光调制单元对光源进行特定频率的调制，大大提高信 号源信噪比，提高信号的抗干扰性，从而保证信号采集系统可以在相对复杂的 条件下所获取的数据的可靠性，能够真实准确的反映原始信号间的固有关系。 此外，由于采集到的数据相对可靠，可以快速提取出准确有效的对准信号，使 对准次数减少，提高系统工作效率，同时，由于信号信噪比获得较大提高，对 准精度也可以得到很大提高。
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，都应做为本发明的技术范畴。
权利要求
1. 一种基于电光调制光源的掩模对准系统，包括发出对准光束的光源以及具有掩模对准标记的掩模板，其特征在于，还包括电光调制模块，光源发出的对准光束垂直穿过上述电光调制模块，且上述电光调制模块利用调制信号将上述对准光束调制为具有特定频率的调制光束，上述调制光束透过上述掩模对准标记；信号接收控制单元，接收透过上述掩模对准标记的调制光束，并控制上述掩模板的位置和姿态。
2. 根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于其中的光源为激光二 极管。
3. 根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述掩模对准标 记透光，而上述掩才莫对准标记周围不透光。
4. 根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述电光调制模 块包括起偏器、电光晶体、义/4波片以及检偏器，其中上述电光晶体设置于上 述起偏器和上述检偏器之间，上述起偏器偏振方向和上述电光晶体的X轴平行， 上述检偏器偏振方向和上述电光晶体的Y轴平行，上述义/4波片设置于上述电 光晶体和上述检偏器之间。
5. 根据权利要求1所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述信号接收控 制单元包括光电传感器，感测上述调制光束的强度，且上述光电传感器发出一感测信号 信号采集调理解调模块，电性连接上述光电传感器，采集并解调上述感测信号；信号处理模块，电性连接上述信号采集调理解调模块，且上述信号处理单 元对上述感测信号进行处理，并输出一控制信号；以及掩模板运动控制模块，电性连接上述信号处理单元，接收上述控制信号并 控制上述掩模板的位置和姿态。
6. 根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述光电传感器 为四象限探测器。
7. 根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述感测信号为 电流信号。
8. 根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述信号采集调 理解调模块包括电流转电压单元；模拟带通滤波及信号放大单元，电性连接上述电流转电压单元； 信号解调单元，电性连接上述模拟带通滤波及信号放大单元； 滤波单元，电性连接上述信号解调单元，以及 归一化单元，电性连接上述滤波单元。
9. 根据权利要求8所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述归一化单元 更包括一减法器和两个加法器，其中上述减法器分别电性连接上述两个加法器。
10. 根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述信号处理模 块更包括模拟数字转换器和上位机，其中上述上位机电性连接上述模拟数字转 换器。
11. 根据权利要求IO所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述上位机更 包括一数据寄存器。
12. 根据权利要求5所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述掩模板运动 控制模块更包括掩模板夹持装置，夹持上述掩模板；以及 掩模板运动控制传动系统，控制上述掩模板夹持装置的移动。
13. 根据权利要求12所述的掩模对准系统，其特征在于其中上述掩模板运 动控制传动系统包括x向精密丝杠及导轨，y向精密丝杠及导轨，z向升降平台， Rz向转台，x向绝对值编码器，y向绝对值编码器，x 、 y 、 z、 Rz向驱动电 机及其驱动器，以及运动控制器，其中，上述运动控制器分别电性连接上述x 向绝对值编码器、上述y向绝对值编码器、上述x 、 y 、 Z、 Rz向驱动电 机驱动器。
14. 一种基于电光调制光源的掩模对准方法，其特征在于，包含 将光源发出的对准光束光电调制为具有特定频率的调制光束； 提供一掩模板，上述掩模板包含掩模对准标记，上述调制光束透过上述掩才莫对准标记；以及依据上述调制光束在四象限传感器上能量分布大小来控制上述掩模板的位 置和姿态。
15. 根据权利要求14所述的掩模对准方法，其特征在于其中上述光源为激 光二极管。
16. 根据权利要求14所述的掩模对准方法，其特征在于其中上述掩模对准 标记为透明的，且对准标记是对称结构。
17. 根据权利要求14所述的掩模对准方4法，其特征在于其中上述依据上 述调制光束控制上述掩模板的位置和姿态的步骤更包括感测透过上述掩模对准标记的上述调制光束的强度，发出感测信号； 釆集并解调上述感测信号；对上述感测信号进行处理，并输出一控制信号；以及 依据上述控制信号控制上述掩模板运动。
18. 根据权利要求17所述的掩模对准方法，其特征在于其中上述感测信号 为电流〗言号。
19. 根据权利要求17所述的掩模对准方法，其特征在于其中上述采集并解 调上述感测信号更包括下列步骤对上述电流信号进行电流转电压转换，得到一电压信号； 对上述电压信号进行模拟带通滤波，并将模拟带通滤波得到的信号进行放大；对上述放大后的信号进行解调； 对上述解调后的信号进行滤波；以及 对上述滤波后的信号进行归一化处理。
20. 根据权利要求17所述的掩模对准方法，其特征在于其中对上述感测信 号进行处理的步骤更包括对上述感测信号进行模拟数字转换。
全文摘要
本发明提出一种基于电光调制光源的掩模对准系统及其方法。本发明提出一种基于电光调制光源的掩模对准系统，掩模对准系统包括光源、电光调制模块、掩模板、信号接收控制单元。光源发出一对准光束，对准光束垂直穿过电光调制模块，且电光调制模块将对准光束调制为具有特定频率的调制光束；掩模板包含掩模对准标记，调制光束透过掩模对准标记；信号接收控制单元，接收上述调制光束，并控制上述掩模板的位置和姿态。本发明基于电光调制光源的掩模对准系统是利用电光调制单元对光源进行特定频率的调制，大大提高信号源信噪比，提高信号的抗干扰性。
文档编号G03F7/20GK101424885SQ20081020380
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者唐文力, 宋海军, 李运锋, 涂泽恩, 王海江 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