[发明专利]硅片对准系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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干导致成像模糊的“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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种硅片对准系统，降低硅片对准系统的设计难度和制造成本。

为解决上述技术问题，本发明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。

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述第一光纤耦合器；

第一光纤耦合器用以将980nm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饵光纤放大器。

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冲光源。

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，从而使得调制光强最大。

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、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极管。

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。