CN105158877A

CN105158877A - 一种直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法

Info

Publication number: CN105158877A
Application number: CN201510642178.0A
Authority: CN
Inventors: 陆敏婷
Original assignee: Hefei Xinqi Microelectronic Equipment Co Ltd
Current assignee: Hefei Xinqi Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: CN105158877B

Abstract

本发明提供一种直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，包括：分别计算出基底上的标记图形通过缩影物镜到CCD这一条CCD观察光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率；分别计算出图形发生器通过缩影物镜到基底再由基底通过缩影物镜到CCD这一整条光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率；分别计算出图形发生器通过缩影物镜到基底这一条投影光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率。本发明解决了直写式光刻机对图形发生器到精密运动平台投影光路的倍率标定问题，利用特定光学结构，通过CCD相机与图形发生器及精密运动平台的特定位置关系获取实际缩影倍率，易于实现，标定精度高。

Description

一种直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法

技术领域

本发明涉及直写式光刻机曝光技术领域，具体是一种直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法。

背景技术

光刻技术是用于在基底表面上印刷具有特征的构图。这样的基底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的芯片。

在直写曝光过程中，基底放置在精密运动平台的基底台上，通过处在光刻设备内的曝光装置和精密运动平台的运动，将特征构图投射到基底表面的指定位置，为了实现高精度曝光，对于缩影物镜倍率的确定尤为重要。

对于直写式光刻机，由于图形发生器与精密运动平台之间会有一个缩影物镜，将图形发生器所产生的图形按照一定的倍率进行缩放以提高精度。所以，如何对缩影物镜的倍率进行精确标定就成了直写式光刻机技术中的一个重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，以解决直写式光刻机投影光路倍率不易标定以及误差过大的问题。

本发明的技术方案为：

一种直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，包括以下步骤：

(1)将带有标记图形的掩膜版放置在基底上，所述基底安装在精密运动平台上；

(2)将所述标记图形置于CCD视场内，所述CCD平面与精密运动平台X轴、Y轴所组成的平面在空间上平行；

(3)将精密运动平台分别沿X轴、Y轴方向移动一段固定距离，并使移动后的标记图形仍处于CCD视场之内；

(4)分别计算出基底上的标记图形通过缩影物镜到CCD这一条CCD观察光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率；

(5)制作两个与图形发生器视场同等大小的单色位图，两个单色位图中均包含两个标记图形，其中一个单色位图中的两个标记图形沿精密运动平台X轴方向具有固定距离，另一个单色位图中的两个标记图形沿精密运动平台Y轴方向具有固定距离；所述图形发生器平面与精密运动平台X轴、Y轴所组成的平面在空间上平行；

(6)分别将制作的两个单色位图发送到图形发生器中，并在基底上放置能够反射照明光源的掩膜版；

(7)分别计算出图形发生器通过缩影物镜到基底再由基底通过缩影物镜到CCD这一整条光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率；

(8)采用以下公式，分别计算出图形发生器通过缩影物镜到基底这一条投影光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率：

R d x = \frac{R x}{R c x}

R d y = \frac{R y}{R c y}

其中，Rdx、Rdy分别表示所述投影光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率，Rcx、Rcy分别表示所述CCD观察光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率，Rx、Ry分别表示所述整条光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率。

所述的直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，步骤(4)中，所述CCD观察光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率，采用以下公式计算：

R c x = \frac{P c * S c x 1}{S x}

R c y = \frac{P c * S c y 1}{S y}

其中，Rcx表示所述CCD观察光路沿精密运动平台X轴方向的倍率，P_c表示CCD像素矩阵中单个像素的边长，Scx1表示当精密运动平台沿X轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形所移动经过的沿精密运动平台X轴方向的CCD像素点数量，Sx表示精密运动平台沿X轴方向移动的固定距离；

Rcy表示所述CCD观察光路沿精密运动平台Y轴方向的倍率，Scy1表示当精密运动平台沿Y轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形所移动经过的沿精密运动平台Y轴方向的CCD像素点数量，Sy表示精密运动平台沿Y轴方向移动的固定距离。

所述的直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，步骤(7)中，所述整条光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率，采用以下公式计算：

R x = \frac{P c * S c x 2}{P d * S d x}

R y = \frac{P c * S c y 2}{P d * S d y}

其中，Rx表示所述整条光路沿精密运动平台X轴方向的倍率，Pc表示CCD像素矩阵中单个像素的边长，Scx2表示CCD捕获的图像中两个标记图形之间沿精密运动平台X轴方向的CCD像素点数量，Pd表示图形发生器像素矩阵中单个像素的边长，Sdx表示制作的单色位图中两个标记图形之间沿精密运动平台X轴方向的图形发生器像素点数量；

Ry表示所述整条光路沿精密运动平台Y轴方向的倍率，Scy2表示CCD捕获的图像中两个标记图形之间沿精密运动平台Y轴方向的CCD像素点数量，Ssy表示制作的单色位图中两个标记图形之间沿精密运动平台Y轴方向的图形发生器像素点数量。

由上述技术方案可知，本发明解决了直写式光刻机对图形发生器到精密运动平台投影光路的倍率标定问题，利用特定光学结构，通过CCD相机与图形发生器及精密运动平台的特定位置关系获取实际缩影倍率，易于实现，标定精度高。

附图说明

图1是本发明中投影光路以及CCD观察光路模型图；

图2是本发明中对CCD观察光路标定示意图，其中，图2(a)对应精密运动平台沿X轴负向移动，图2(b)对应精密运动平台沿X轴正向移动，图2(c)对应精密运动平台沿Y轴负向移动，图2(d)对应精密运动平台沿Y轴正向移动；

图3是本发明中对投影光路标定示意图，其中，图3(a)对应标记图形在右侧的情形，图3(b)对应标记图形在左侧的情形，图3(c)对应标记图形在上侧的情形，图3(d)对应标记图形在下侧的情形；

图4是本发明中对图形发生器以及CCD相机视场中参数的定义示意图，其中，图4(a)对应X轴方向测量的情形，图4(b)对应Y轴方向测量的情形；

图5是应用本发明的直写式光刻系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

如图1～图4所示，一种直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，包括以下步骤：

S1、选用带有标记图形(Mark1)的掩膜版(Mask1)放置在安装于精密运动平台上的基底上，并保持固定。

S2、确保可以从CCD视场观察到标记图形(Mark1)。

S3、精密运动平台分别沿X轴、Y轴方向移动一段固定距离，确保移动后的标记图形(Mark1)仍然在CCD视场之内。

S4、对CCD视场内的标记图形(Mark1)，通过机器视觉的方式捕获出所移动的距离，可计算出基底上的标记图形(Mark1)通过缩影物镜到CCD这条CCD观察光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率：

R c x = \frac{P c * S c x 1}{S x}

R c y = \frac{P c * S c y 1}{S y}

其中，Rcx表示CCD观察光路沿精密运动平台X轴方向的倍率，Pc表示CCD像素矩阵中单个像素的边长，Scx1表示当精密运动平台沿X轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形(Mark1)所移动经过的沿精密运动平台X轴方向的CCD像素点数量，Sx表示精密运动平台沿X轴方向移动的固定距离；

Rcy表示CCD观察光路沿精密运动平台Y轴方向的倍率，Scy1表示当精密运动平台沿Y轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形(Mark1)所移动经过的沿精密运动平台Y轴方向的CCD像素点数量，Sy表示精密运动平台沿Y轴方向移动的固定距离。

S5、制作两个与图形发生器视场同等大小的单色位图，两个单色位图中均包含两个标记图形(Mark2)，其中一个单色位图中的两个标记图形(Mark2)沿精密运动平台X轴方向具有固定距离，另一个单色位图中的两个标记图形(Mark2)沿精密运动平台Y轴方向具有固定距离。

S6、分别将步骤S5中制作的单色位图发送到图形发生器中，在安装于精密运动平台上的基底上放置可正常反射照明光源的掩膜版(Mask2)。

S7、根据图形发生器像素矩阵中单个像素的边长以及CCD像素矩阵中单个像素的边长，并结合机器视觉的方式，可以计算出图形发生器通过缩影物镜到精密运动平台上的基底再由基底通过缩影物镜到CCD这一整条光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率：

R x = \frac{P c * S c x 2}{P d * S d x}

R y = \frac{P c * S c y 2}{P d * S d y}

其中，Rx表示图形发生器通过缩影物镜到精密运动平台上的基底再由基底通过缩影物镜到CCD这一整条光路沿精密运动平台X轴方向的倍率，Pc表示CCD像素矩阵中单个像素的边长，Scx2表示CCD捕获的图像中两个标记图形(Mark2)之间沿精密运动平台X轴方向的CCD像素点数量，Pd表示图形发生器像素矩阵中单个像素的边长，Sdx表示制作的单色位图中两个标记图形(Mark2)之间沿精密运动平台X轴方向的图形发生器像素点数量；

Ry表示图形发生器通过缩影物镜到精密运动平台上的基底再由基底通过缩影物镜到CCD这一整条光路沿精密运动平台Y轴方向的倍率，Scy2表示CCD捕获的图像中两个标记图形(Mark2)之间沿精密运动平台Y轴方向的CCD像素点数量，Sdy表示制作的单色位图中两个标记图形(Mark2)之间沿精密运动平台Y轴方向的图形发生器像素点数量。

S8、根据步骤S4中计算的CCD观察光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率，可以计算出图形发生器通过缩影物镜到精密运动平台上的基底这条投影光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率：

R d x \frac{R x}{R c x}

R d y = \frac{R y}{R c y}

其中，Rdx表示图形发生器通过缩影物镜到精密运动平台上的基底这条投影光路沿精密运动平台X轴方向的倍率，Rdy表示图形发生器通过缩影物镜到精密运动平台上的基底这条投影光路沿精密运动平台Y轴方向的倍率。

本发明中，图像识别以及机器视觉软件可以使用任何编程工具进行开发，主要就是对CCD所捕获的图像进行识别以及图像中标记图形的定位。

图形发生器采用数字微镜器件DMD，包括一个可独立寻址和控制的像素阵列，每个像素可以对透射、反射或衍射的光线产生包括相位、灰度方向或开关状态的调制，其像素点的物理大小确定并已知。

精密运动平台的X轴与Y轴垂直，可由软件驱动实现纳米级定位精度。图形发生器平面与精密运动平台X轴、Y轴所组成的平面在空间上平行。CCD平面与精密运动平台X轴、Y轴所组成的平面在空间上平行。精密运动平台的运动精度必须满足对倍率精度测量的要求。

本发明也适用于图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向之间具有固定夹角的情形。

本发明可应用于如图5所示的光刻系统中，包括曝光光源1、图形发生器3、安装于精密运动平台6上的基底7，曝光光源1与图形发生器3之间安装有光学集光系统2，图形发生器3与基底7之间设有倾斜的分束器4和可更换的缩影物镜5，分束器4的反射光再经反射镜8进入CCD相机9，CCD相机9外接计算机10。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

R d x = \frac{R x}{R c x}

R d y = \frac{R y}{R c y}

2.根据权利要求1所述的直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，其特征在于，步骤(4)中，所述CCD观察光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率，采用以下公式计算：

R c x = \frac{P c * S c x 1}{S x}

R c y = \frac{P c * S c y 1}{S y}

其中，Rcx表示所述CCD观察光路沿精密运动平台X轴方向的倍率，Pc表示CCD像素矩阵中单个像素的边长，Scx1表示当精密运动平台沿X轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形所移动经过的沿精密运动平台X轴方向的CCD像素点数量，Sx表示精密运动平台沿X轴方向移动的固定距离；

3.根据权利要求1所述的直写式光刻机缩影物镜的倍率标定方法，其特征在于，步骤(7)中，所述整条光路沿精密运动平台X轴、Y轴方向的倍率，采用以下公式计算：

R x = \frac{P c * S c x 2}{P d * S d x}

R y = \frac{P c * S c y 2}{P d * S d y}

Ry表示所述整条光路沿精密运动平台Y轴方向的倍率，Scy2表示CCD捕获的图像中两个标记图形之间沿精密运动平台Y轴方向的CCD像素点数量，Sdy表示制作的单色位图中两个标记图形之间沿精密运动平台Y轴方向的图形发生器像素点数量。