硅片对准系统技术方案

本发明专利技术提供一种硅片对准系统，所述硅片对准系统包括照明光源系统、对准成像单元、采样模块以及硅片运动控制单元，所述照明光源系统为对准成像单元提供照明光源；所述对准成像单元为硅片对准提供准直的对准光束，并采集在所述硅片表面上反射形成的各级反射光强信号给所述采样模块；所述采样模块将各级反射光强信号转换为电信号，并进行处理得出硅片的位置信号；所述硅片运动控制单元用以控制硅片标记在对准光束下进行扫描运动，所述照明光源系统提供的照明光源为单波长的激光。本发明专利技术的硅片对准系统采用半导体激光器发射单波长光，降低了硅片对准系统的设计难度，也减小了激光器自身尺寸和重量，从而降低了光学模块设计的难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体设备，尤其涉及一种光刻机的硅片对准系统。
技术介绍
集成电路芯片生产过程中，为了实现光刻机期望的精度指标，需要精确建 立光刻机各个坐标系间的关系，使掩模、掩模台、物镜、硅片、工件台能够建 立统一的位置关系。通常可将光刻机中的对准系统分为同轴对准系统和硅片对准系统两种。其中，在硅片对准系统的设计方案上， 一直使用红光(633nm)和绿 光(532nm)两种光源，从而避免了由于硅片表面标记深度变化而引起的反射光消 失现象。在确定实际对准位置的拟合过程中，通过考察两种不同波长激光在硅 片表面上的反射率，通过加权平均的方法最终确定实际对准位置。同时为了避 免由于不同膜厚上下表面相互干涉等因素带来的负面影响，还提出了对于对准 光束的消相干处理。通过1.7-1.8GHz的射频源，对对准光束进行相位调制， 从而很好的消除了由于上下反射面光束的相千导致成像模糊的"鬼影效应"现 象的影响。现有的照明光源系统包括红光和绿光两套同样的光路，这种照明光源系统 无形中提高了整个硅片系统的造价和设计难度。而且，由于红、绿两套光路造成的色间偏移，也为拟合过程增加了相当的 难度。同时由于半导体激光器的光源调制以及光路引导，均由相关的光学透镜 组和器件完成，需要对其中的重要功能部件设备进行精确的标定和位置修正。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种硅片对准系统，降低硅片对准系统4的设计难度和制造成本。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种硅片对准系统，所述硅片对准系统 包括照明光源系统、对准成像单元、采样模块以及硅片运动控制单元，其中，所述照明光源系统为对准成像单元提供照明光源；所述对准成像单元为硅片对准提供准直的对准光束，并采集在所述硅片表 面上反射形成的各级反射光强信号给所述采样模块；所述采样模块将各级反射光强信号转换为电信号，并进行处理得出硅片的位 置信号；所迷硅片运动控制单元用以控制硅片标记在对准光束下进行扫描运动， 所述照明光源系统提供的照明光源为单波长的激光。进一步的，所述照明光源系统包括980nm半导体激光器，以及由在沿着激 光的出射方向依次连接的第一光纤耦合器、光纤放大器、光隔离器、第二光纤 耦合器、调制器、偏振控制单元组成的激光器放大环路，其中，980nm半导体激光器用以产生泵浦光源给所迷第一光纤耦合器； 第一光纤耦合器用以将980簡半导体激光器提供的泵浦光源耦合到所述光纤放 大器，优选地，所述第一光纤耦合器的输入输出比为50: 50。光纤放大器用以将所述泵浦光源能量放大和能级跃迁，从而产生对准成像 单元需要的1550nm波长的激光，优选地，所述光纤放大器为掺何光纤放大器。光隔离器用以防止所述激光反射造成的光能量衰减和信号串扰；第二光耦合器用以将所述激光耦合输出给所述调制器，产生锁模脉冲激光 从激光器放大环路输出，同时产生对准光源给所述对准成像单元，优选地，所 述第二光纤耦合器的输入输出比为30: 70，所述对准光源为窄带脉沖光源。调制器用以产生周期性调制信号，对所述激光产生谐振锁模，产生窄带脉 冲激光；偏振控制单元用以对所述激光的偏振态进行调整，从而橫:得调制光强最大。 进一步的，所述对准成像单元包括在沿着激光的出射方向依次排列的硅片、5前组透镜、空间滤波装置、后组透镜以及参考单元，其中，空间滤波装置用以将所述硅片标记反射产生的不同级次的衍射光进行光路调整，并使其最终相干成像于所述参考单元的不同位置； 参考单元用以探测不同衍射级次的光强。进一步的，硅片、前组透镜、空间滤波装置、后组透镜以及参考单元之间的距离分别为1倍前组透镜的焦距。进一步的，所述采样模块包括光强采样板卡以及计算和控制单元。 进一步的，所述采样板卡包括光电探测单元、增益控制单元、滤波器以及模数转换器，其中，光电探测单元用以将所述激光提供的光信号转换为电信号，优选地，所述光电探测单元为光电二;f及管。增益控制单元用以对所述电信号进行放大；滤波器用以对放大后的电信号进行滤波降噪处理；模数转换器用以将滤波后的电信号进行采样并输出数字信号。与现有采用红绿双对准光源的硅片对准系统相比，本专利技术的硅片对准系统采用了半导体激光器发射单波长光，降低了硅片对准系统的设计难度，而且激光器自身尺寸和重量也明显减小，也降低了光学模块设计的难度，由此改善了对准成像单元的设计，提高了对准成像单元对色差的控制，从而提高了硅片对准位置的精度。以下结合附图和具体实施例对本专利技术的硅片对准系统作进 一 步详细的描述。附图说明图1为本专利技术实施例中硅片对准系统的结构图； 图2为本专利技术实施例中照明光源系统的结构图； 图3为本专利技术实施例中对准成像单元的结构图；图4为本专利技术实施例中采样模块的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图进一步说明具体的功能和实施方式请参阅图1，图1为本专利技术实施例中硅片对准系统的结构图。该系统包括照 明光源系统l、对准成像单元2、采样模块4以及硅片运动控制单元5。请参阅图2,图2为本专利技术实施例中照明光源系统的结构图，该照明光源系 统包括980nm半导体激光器，以及由在沿着激光的出射方向依次连接的第一光 纤耦合器、光纤放大器、光隔离器、第二光纤耦合器、调制器、偏振控制单元 组成的激光器放大环路。所述980nm半导体激光器10用以产生泵浦光源给所述第一光纤耦合器，本 实施例中，所述980nm半导体激光器10产生的泵浦光源是波长为980nm的连续 相干光。采用这种激光器》丈大环路损耗小，而且光强也可以通过调整980nm半导体 激光器10的泵浦功率来改变，比较方便。第一光纤耦合器11的输入输出比为50: 50,其作用为将由980nm半导体激 光器10所发出的980nm泵浦光源，耦合到所述光纤放大器12，光纤放大器12 将所述泵浦光源放大和能级跃迁，产生所述对准成像单元2需要的激光。本实 施例中，所述光纤放大器12产生的激光波长为1550nm，所述光纤放大器12为 掺辨光纤放大器。由于本实施例中采用了 980nm半导体激光器10发射单波长光，降低了硅片 对准系统的设计难度，而且其激光器自身尺寸和重量也明显减小，也降低了光 学模块设计的难度。光隔离器13用以防止所述激光反射造成的光能量衰减和信号串扰，保证了 照明光传输的不可逆性。第二光纤耦合器14用于将所述激光耦合输出给所述调制器15,调制器15产生周期性调制信号，对所述激光产生谐振锁模，实现窄带脉冲激光。第二光纤耦合器14的输入输出比为30: 70,光强为1550nm，经过增益和 放大的激光进入保偏光纤18,产生对准光源给所述对准成像单元；另外一部分 光强信号则用以将所述激光耦合输出给所述调制器，产生锁模脉冲激光从激光 器放大环路输出，经过激光器放大环路后的激光需要为保持一定偏振角度的线 偏振光。进入对准成像单元2后将通过反射镜(未标示)进行分光和准直，并投影在 硅片表面的标记上。请参阅图3,图3为本专利技术实施例中对准成像单元的结构图。该对准成像单 元2包括在沿着激光的出射方向依次排列的硅片3、前组透镜20、空间滤波装 置21、后组透镜22以及参考单元23。所述前组透镜20，将在硅片3标记上反射的反射光进行收集。在前组透镜 20的光瞳位置放置空间滤波装置21,空间滤波装置21将前组透镜20从硅片3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅片对准系统，所述硅片对准系统包括照明光源系统、对准成像单元、采样模块以及硅片运动控制单元，其特征在于：　所述照明光源系统为对准成像单元提供照明光源，所述照明光源为单波长的激光；　所述对准成像单元为硅片对准提供准直的对准光束，并采集在所述硅片表面上反射形成的各级反射光强信号给所述采样模块；　所述采样模块将各级反射光强信号转换为电信号，并进行处理得出硅片的位置信号；　所述硅片运动控制单元用以控制硅片标记在对准光束下进行扫描运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙刚，朱健，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]