CN105159037A - 一种直写式光刻机图形发生器的角度标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直写式光刻机图形发生器的角度标定方法，包括：分别计算出精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向、精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角；分别计算出图形发生器宽度方向与CCD宽度方向、图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角；别计算出图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向、图形发生器高度方向与精密运动平台Y轴方向之间的夹角。本发明在标定过程中，首先借助精密运动平台计算CCD与精密运动平台的夹角，再通过图形发生器投放图形并使用CCD进行观察，最终结合机器视觉的方式计算出直写式光刻机图形发生器与精密运动平台X轴、Y轴方向之间的夹角，易于实现，标定精度高。

Description

一种直写式光刻机图形发生器的角度标定方法

技术领域

本发明涉及直写式光刻机控制技术领域，具体是一种直写式光刻机图形发生器的角度标定方法。

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，对于图形发生器与精密运动平台X轴、Y轴方向之间角度的确定尤为重要。

对于直写式光刻机，图形发生器与精密运动平台之间会有一个固定的角度，如果该角度实际值与理论值之间存在偏差，则需要对偏差角度进行补偿。所以，如何对图形发生器与精密运动平台X轴、Y轴方向之间的角度进行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图形发生器的角度标定方法，以解决直写式光刻机图形发生器与精密运动平台正交坐标系X轴、Y轴方向之间的角度不易标定的问题。

本发明的技术方案为：

一种直写式光刻机图形发生器的角度标定方法，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)分别计算出精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向、精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角；

(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的中心点连线与图形发生器宽度方向平行，另一个单色位图中的两个标记图形的中心点连线与图形发生器高度方向平行；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宽度方向与CCD宽度方向、图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角；

(8)采用以下公式，分别计算出图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向、图形发生器高度方向与精密运动平台Y轴方向之间的夹角：

θ_x＝θ_1x+θ_2x

θ_y＝θ_1y+θ_2y

其中，θ_x表示图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向之间的夹角，θ_1x表示精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向之间的夹角，θ_2x表示图形发生器宽度方向与CCD宽度方向之间的夹角；

θ_y表示图形发生器高度方向与精密运动平台Y轴方向之间的夹角，θ_1y表示精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角，θ_2y表示图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角。

所述的直写式光刻机图形发生器的角度标定方法，步骤(4)中，所述精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向、精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角，采用以下公式计算：

${\mathrm{\θ}}_{1x}={\tan }^{-1}\left(\frac{\left|y_{w2}-y_{w1}\right|}{\left|x_{w2}-x_{w1}\right|}\right)$

${\mathrm{\θ}}_{1y}={\tan }^{-1}\left(\frac{\left|x_{h2}-x_{h1}\right|}{\left|y_{h2}-y_{h1}\right|}\right)$

其中，θ_1x表示精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向之间的夹角，也即当精密运动平台沿X轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形所移动的路线与CCD宽度方向之间的夹角，(x_w1，y_w1)、(x_w2，y_w2)分别表示此时CCD捕获的图像中标记图形的中心点移动前后在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标；

θ_1y表示精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角，也即当精密运动平台沿Y轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形所移动的路线与CCD高度方向之间的夹角，(x_h1，y_h1)、(x_h2，y_h2)分别表示此时CCD捕获的图像中标记图形的中心点移动前后在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标。

所述的直写式光刻机图形发生器的角度标定方法，步骤(7)中，所述图形发生器宽度方向与CCD宽度方向、图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角，采用以下公式计算：

${\mathrm{\θ}}_{2x}={\tan }^{-1}\left(\frac{\left|y_{wb}-y_{wa}\right|}{\left|x_{wb}-x_{wa}\right|}\right)$

${\mathrm{\θ}}_{2y}={\tan }^{-1}\left(\frac{\left|x_{hb}-x_{ha}\right|}{\left|y_{hb}-y_{ha}\right|}\right)$

其中，θ_2x表示图形发生器宽度方向与CCD宽度方向之间的夹角，也即当单色位图中的两个标记图形的中心点连线与图形发生器宽度方向平行时，CCD捕获的图像中两个标记图形的中心点连线与CCD宽度方向之间的夹角，(x_wa，y_wa)、(x_wb，y_wb)分别表示此时CCD捕获的图像中两个标记图形的中心点在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标；

θ_2y表示图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角，也即当单色位图中的两个标记图形的中心点连线与图形发生器高度方向平行时，CCD捕获的图像中两个标记图形的中心点连线与CCD高度方向之间的夹角，(x_ha，y_ha)、(x_hb，y_hb)分别表示此时CCD捕获的图像中两个标记图形的中心点在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标。

由上述技术方案可知，本发明在标定过程中，首先借助精密运动平台计算CCD与精密运动平台的夹角，再通过图形发生器投放图形并使用CCD进行观察，最终结合机器视觉的方式计算出直写式光刻机图形发生器与精密运动平台X轴、Y轴方向之间的夹角，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是本发明中图形发生器、平台坐标系以及CCD相对角度关系图；

图3是本发明中对CCD宽度方向与平台X轴方向夹角的标定示意图；

图4是本发明中对图形发生器宽度方向与CCD宽度方向夹角的标定示意图；

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，一种直写式光刻机图形发生器的角度标定方法，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计算出标记图形(Mark1)所移动的路线与CCD宽度方向以及CCD高度方向之间的夹角：

${\mathrm{\θ}}_{1x}={\tan }^{-1}\left(\frac{\left|y_{w2}-y_{w1}\right|}{\left|x_{w2}-x_{w1}\right|}\right)$

${\mathrm{\θ}}_{1y}={\tan }^{-1}\left(\frac{\left|x_{h2}-x_{h1}\right|}{\left|y_{h2}-y_{h1}\right|}\right)$

其中，θ_1x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)所移动的路线与CCD宽度方向之间的夹角，也即精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向之间的夹角，(x_w1，y_w1)、(x_w2，y_w2)分别表示此时CCD捕获的图像中标记图形(Mark1)的中心点移动前后在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标；

θ_1y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)所移动的路线与CCD高度方向之间的夹角，也即精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角，(x_h1，y_h1)、(x_h2，y_h2)分别表示此时CCD捕获的图像中标记图形(Mark1)的中心点移动前后在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标。

S5、制作两个与图形发生器视场同等大小的单色位图，制作的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)的中心点连线与图形发生器宽度方向平行，另一个单色位图中的两个标记图形(Mark2)的中心点连线与图形发生器高度方向平行。

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、通过CCD所捕获的图像，并结合机器视觉可以计算出图形发生器所投影单色位图中的两个标记图形(Mark2)的中心点连线在CCD视场中与CCD宽度方向以及CCD高度方向之间的夹角：

${\mathrm{\θ}}_{2x}={\tan }^{-1}\left(\frac{\left|y_{wb}-y_{wa}\right|}{\left|x_{wb}-x_{wa}\right|}\right)$

${\mathrm{\θ}}_{2y}={\tan }^{-1}\left(\frac{\left|x_{hb}-x_{ha}\right|}{\left|y_{hb}-y_{ha}\right|}\right)$

其中，θ_2x表示当单色位图中的两个标记图形(Mark2)的中心点连线与图形发生器宽度方向平行时，CCD捕获的图像中两个标记图形(Mark2)的中心点连线与CCD宽度方向之间的夹角，也即图形发生器宽度方向与CCD宽度方向之间的夹角，(x_wa，y_wa)、(x_wb，y_wb)分别表示此时CCD捕获的图像中两个标记图形(Mark2)的中心点在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标；

θ_2y表示当单色位图中的两个标记图形(Mark2)的中心点连线与图形发生器高度方向平行时，CCD捕获的图像中两个标记图形(Mark2)的中心点连线与CCD高度方向之间的夹角，也即图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角，(x_ha，y_ha)、(x_hb，y_hb)分别表示此时CCD捕获的图像中两个标记图形(Mark2)的中心点在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标。

S8、根据步骤S4、S7的计算结果，可采用以下公式计算出图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向、图形发生器高度方向与精密运动平台Y轴方向之间的夹角：

θ_x＝θ_1x+θ_2x

θ_y＝θ_1y+θ_2y

其中，θ_x表示图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向之间的夹角，θ_y表示图形发生器高度方向与精密运动平台Y轴方向之间的夹角。

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的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的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夹角精度测量的要求。

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 (3)

1.一种直写式光刻机图形发生器的角度标定方法，其特征在于，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)分别计算出精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向、精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角；

(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的中心点连线与图形发生器宽度方向平行，另一个单色位图中的两个标记图形的中心点连线与图形发生器高度方向平行；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宽度方向与CCD宽度方向、图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角；

(8)采用以下公式，分别计算出图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向、图形发生器高度方向与精密运动平台Y轴方向之间的夹角：

θ_x＝θ_1x+θ_2x

θ_y＝θ_1y+θ_2y

其中，θ_x表示图形发生器宽度方向与精密运动平台X轴方向之间的夹角，θ_1x表示精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向之间的夹角，θ_2x表示图形发生器宽度方向与CCD宽度方向之间的夹角；

θ_y表示图形发生器高度方向与精密运动平台Y轴方向之间的夹角，θ_1y表示精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角，θ_2y表示图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的直写式光刻机图形发生器的角度标定方法，其特征在于，步骤(4)中，所述精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向、精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角，采用以下公式计算：

${\mathrm{\θ}}_{1x}={\tan }^{-1}\left(\frac{|y_{w2}-y_{w1}|}{|x_{w2}-x_{w1}|}\right)$

${\mathrm{\θ}}_{1y}={\tan }^{-1}=\left(\frac{|x_{h2}-x_{h1}|}{|y_{h2}-y_{h1}|}\right)$

其中，θ_1x表示精密运动平台X轴方向与CCD宽度方向之间的夹角，也即当精密运动平台沿X轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形所移动的路线与CCD宽度方向之间的夹角，(x_w1，y_w1)、(x_w2，y_w2)分别表示此时CCD捕获的图像中标记图形的中心点移动前后在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标；

θ_1y表示精密运动平台Y轴方向与CCD高度方向之间的夹角，也即当精密运动平台沿Y轴方向移动时，CCD捕获的图像中标记图形所移动的路线与CCD高度方向之间的夹角，(x_h1，y_h1)、(x_h2，y_h2)分别表示此时CCD捕获的图像中标记图形的中心点移动前后在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标。

3.根据权利要求1所述的直写式光刻机图形发生器的角度标定方法，其特征在于，步骤(7)中，所述图形发生器宽度方向与CCD宽度方向、图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角，采用以下公式计算：

${\mathrm{\θ}}_{2x}={\tan }^{-1}\left(\frac{|y_{wb}-y_{wa}|}{|x_{wb}-x_{wa}|}\right)$

${\mathrm{\θ}}_{2y}={\tan }^{-1}\left(\frac{|x_{hb}-x_{ha}|}{|y_{hb}-y_{ha}|}\right)$

其中，θ_2x表示图形发生器宽度方向与CCD宽度方向之间的夹角，也即当单色位图中的两个标记图形的中心点连线与图形发生器宽度方向平行时，CCD捕获的图像中两个标记图形的中心点连线与CCD宽度方向之间的夹角，(x_wa，y_wa)、(x_wb，y_wb)分别表示此时CCD捕获的图像中两个标记图形的中心点在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标；

θ_2y表示图形发生器高度方向与CCD高度方向之间的夹角，也即当单色位图中的两个标记图形的中心点连线与图形发生器高度方向平行时，CCD捕获的图像中两个标记图形的中心点连线与CCD高度方向之间的夹角，(x_ha，y_ha)、(x_hb，y_hb)分别表示此时CCD捕获的图像中两个标记图形的中心点在精密运动平台正交坐标系内的位置坐标。