CN105241399B - 一种精密定位平台动态平面度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种精密定位平台动态平面度的测量方法，在所测精密定位平台上安装真空吸盘，在真空吸盘上吸附带有规则排列的定位标记的测试板，借助图像采集系统和自动聚焦系统，测量出不同位置下精密定位平台X轴和Y轴的动态平面度，并绘制成曲线。本发明适用于直写光刻技术或用到精密定位平台的其他技术领域，比传统的激光干涉仪测量成本低、易操作，本发明所述图像匹配和自动聚焦测量动态平面度的方法，测量精度高，误差为亚微米级别,可以有效评估精密定位平台的动态性能。

Description

一种精密定位平台动态平面度的测量方法

技术领域

本发明涉及精密定位控制领域和直写光刻技术，具体涉及一种用于精密定位平台动态平面度的测量方法，适用于半导体直写光刻领域、PCB直写光刻技术领域或应用到精密定位平台的其他技术领域。

背景技术

精密定位平台的动态平面度是衡量定位平台动态特性的一个重要指标，其主要取决于几个因素：定位平台导轨的精密等级、导轨安装调试的效果、多轴组装产生的综合误差等。定位平台动态平面度和真空吸盘本身的平面度会影响曝光过程中焦面的变化，如果平面度较差，会导致在曝光过程中出现离焦，进而出现图形解析不良等缺陷。

传统的精密定位平台动态平面度测量主要是利用激光干涉仪的平面度测量模块，沿着轴运行的方向，测量出单轴的平面度，此方法价格昂贵且组装调试过程复杂。如果同时测量两轴的综合平面度影响，需要采用双镜面激光干涉仪，价格更加昂贵。

发明内容

本发明提供一种直写光刻设备上精密定位平台动态平面度的测量方法，该测量方法既简单高效、成本低，测量精度又高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种精密定位平台动态平面度的测量方法，所述精密定位平台具有X轴、Y轴和Z轴，所述精密定位平台上端依次设置有真空吸盘和测试板，所述精密定位平台上方安装有图像采集系统和自动聚焦系统，所述测试板上曝光有规则排列的定位标记并刻蚀，相邻所述定位标记X方向的间距为a，Y方向的间距为b，所述测量方法包括如下步骤：

1)用图像匹配法和自动聚焦功能驱动精密定位平台，将测试板其中一定位标记调至最佳焦面并使其移动到图像采集系统的中心，记录此时平台坐标(x₁,y₁,z_x1)；

2)测得X轴在Y轴不同位置时的平面度，重复步骤1)采集Z轴坐标，拟合并计算出X轴在Y轴不同位置时的动态平面度；

3)测得Y轴在X轴不同位置时的平面度，重复步骤1)采集Z轴坐标，拟合并计算出Y轴在X轴不同位置时的动态平面度；

4)将以上步骤2)和步骤3)所采集的所有Z轴坐标，拟合并计算出整个XY平面内所述精密定位平台的二维动态平面度。

进一步地，所述步骤1)的具体方法为：

11)移动测试板，保证其上定位标记的排列方向和精密定位平台的XY轴的移动方向一致；

12)精密定位平台在Z轴方向上移动，找到测试板的粗焦面，然后启用自动聚焦，找到测试板的精确焦面；

13)精密定位平台在X轴和Y轴上移动，使测试板上其中一定位标记移动至图像采集系统中心，启用图像匹配法，使定位标记精确移动至图像采集系统中心，并再次启用自动聚焦，确定精确焦面，根据此时精密定位平台的Z轴读数，记录平台坐标(x₁,y₁,z_x1)。

优选地，所述图像匹配法是采用金字塔模型将图片分层，然后由顶至下进行模板匹配查找定位标记的具体位置。

进一步地，步骤2)中，所述X轴在Y轴不同位置时的平面度的测量方法为：

21)精密定位平台在X轴上移动，移动距离为a，重复步骤1),记录此时平台坐标(x₂,y₁,z_x2)；

22)保持Y轴在y₁坐标不动，全行程移动X轴，移动距离为a或a的整数倍，重复步骤21)，分别采集在Y轴坐标为y₁时，X轴不同位置时的Z轴坐标z_x1、z_x2、z_x3、z_x4···z_xn；

23)精密定位平台在Y轴上移动，移动距离为b或b的整数倍,重复步骤21)和22)，测得不同Y轴位置时X轴的平面度，通过采集的Z轴坐标，拟合并计算出X轴在Y轴不同位置时的动态平面度。

进一步地，步骤3)中，所述Y轴在X轴不同位置时的平面度的测量方法为：

31)精密定位平台在Y轴上移动，移动距离为b，重复步骤1),记录此时平台坐标(x₁,y₂,z_y2)；

32)保持X轴在x₁坐标不动，全行程移动Y轴，移动距离为b或b的整数倍，重复步骤31)，分别采集在X轴坐标为x₁时，Y轴不同位置时的Z轴坐标z_y1、z_y2、z_y3、z_y4···z_yn；

33)精密定位平台在X轴上移动，移动距离为a或a的整数倍,重复步骤31)和32)，测得不同X轴位置时Y轴的平面度，通过采集的Z轴坐标，拟合并计算出Y轴在X轴不同位置时的动态平面度。

进一步地，所述步骤2)与步骤3)之间还包括：精密定位平台回到坐标(x₁,y₁)，重复步骤1)。

优选地，所述测试板为玻璃基底或硅基底。

由以上技术方案可知，本发明的测量方法所需工具为一张测试板，测试板的加工工艺简单易实现，成本低，通过此方法可有效评估直写光刻精密运动系统和真空吸盘即曝光基底承载面的平面度变化情况，可通过测量出的数据进行机械调整或软件调整，保证在曝光过程中不出现离焦现象，是直写光刻设备调试过程中不可或缺的一步。

附图说明

图1为本发明中精密定位平台测量系统的结构示意图；

图2为本发明中测试板的结构示意图；

图3为本发明中精密定位平台动态平面度测量结果示意图。

图中：1、精密定位平台，11、X轴，12、Y轴，13、Z轴，2、真空吸盘，3、图像采集系统，4、自动聚焦系统，5、测试板，51、定位标记。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

图1示出了精密定位平台测量系统的结构示意图，所述精密定位平台测量系统包括精密定位平台1、设置在该精密定位平台上的真空吸盘2、安装在该精密定位平台上方的图像采集系统3和自动聚焦系统4，该自动聚焦系统可以为共轴聚焦，也可为旁轴聚焦。

本发明可以测量单轴平台、X&Y十字交叉平台或龙门结构的平台，本实施例以X&Y十字交叉平台为例，所述精密定位平台1具有X轴11、Y轴12和Z轴13，能在三个方向上进行移动。

所述真空吸盘3上吸附有测试板5，该测试板上曝光有规则排列的定位标记51并刻蚀，相邻所述定位标记X方向的间距为a，Y方向的间距为b，参照图2。所述测试板为玻璃基底或硅基底，是通过曝光机曝光后刻蚀所得，此测量方法对测试板上定位标记之间距离的精度无过高要求。

此测量系统具备自动聚焦系统4,在图像匹配之前，先通过自动聚焦将定位标记移动到最佳焦面。做动态平面度测量时，需要使用图像匹配法，可判断定位标记的中心位置并使得定位标记可以移动到自动聚焦系统的中心。所述图像匹配法是采用金字塔模型将图片分层，然后由顶至下进行模板匹配查找定位标记的具体位置。

本发明测量方法包括如下步骤：

1)用图像匹配法和自动聚焦功能驱动精密定位平台，将测试板其中一定位标记调至最佳焦面并使其移动到图像采集系统的中心，记录此时平台坐标(x₁,y₁,z_x1)；

2)测得X轴在Y轴不同位置时的平面度，重复步骤1)采集Z轴坐标，拟合并计算出X轴在Y轴不同位置时的动态平面度；

3)测得Y轴在X轴不同位置时的平面度，重复步骤1)采集Z轴坐标，拟合并计算出Y轴在X轴不同位置时的动态平面度；

4)将以上步骤2)和步骤3)所采集的所有Z轴坐标，拟合并计算出整个XY平面内所述精密定位平台的二维动态平面度，参照图3。

所述步骤1)的具体方法为：

11)移动测试板，保证其上定位标记的排列方向和精密定位平台的XY轴的移动方向一致；

12)精密定位平台在Z轴方向上移动，找到测试板的粗焦面，然后启用自动聚焦，找到测试板的精确焦面；

13)精密定位平台在X轴和Y轴上移动，使测试板上其中一定位标记移动至图像采集系统中心，启用图像匹配法，使定位标记精确移动至图像采集系统中心，并再次启用自动聚焦，确定精确焦面，根据此时精密定位平台的Z轴读数，记录平台坐标(x₁,y₁,z_x1)。

步骤2)中，所述X轴在Y轴不同位置时的平面度的测量方法为：

21)精密定位平台在X轴上移动，移动距离为a，重复步骤1),记录此时平台坐标(x₂,y₁,z_x2)；

22)保持Y轴在y₁坐标不动，全行程移动X轴，移动距离为a或a的整数倍，重复步骤21)，分别采集在Y轴坐标为y₁时，X轴不同位置时的Z轴坐标z_x1、z_x2、z_x3、z_x4···z_xn；

23)精密定位平台在Y轴上移动，移动距离为b或b的整数倍,重复步骤21)和22)，测得不同Y轴位置时X轴的平面度，通过采集的Z轴坐标，拟合并计算出X轴在Y轴不同位置时的动态平面度。

步骤3)中，所述Y轴在X轴不同位置时的平面度的测量方法为：

31)精密定位平台在Y轴上移动，移动距离为b，重复步骤1),记录此时平台坐标(x₁,y₂,z_y2)；

32)保持X轴在x₁坐标不动，全行程移动Y轴，移动距离为b或b的整数倍，重复步骤31)，分别采集在X轴坐标为x₁时，Y轴不同位置时的Z轴坐标z_y1、z_y2、z_y3、z_y4···z_yn；

33)精密定位平台在X轴上移动，移动距离为a或a的整数倍,重复步骤31)和32)，测得不同X轴位置时Y轴的平面度，通过采集的Z轴坐标，拟合并计算出Y轴在X轴不同位置时的动态平面度。

所述步骤2)与步骤3)之间还包括：精密定位平台回到坐标(x₁,y₁)，重复步骤1)。

整个测量过程包含了真空吸盘本身的平面度，此方法所测试的是精密定位平台加真空吸盘这套系统的综合平面度，测量更全面、更高效。

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 (6)

1.一种精密定位平台动态平面度的测量方法，所述精密定位平台具有X轴、Y轴和Z轴，所述精密定位平台上端依次设置有真空吸盘和测试板，所述精密定位平台上方安装有图像采集系统和自动聚焦系统，所述测试板上曝光有规则排列的定位标记并刻蚀，相邻所述定位标记X方向的间距为a，Y方向的间距为b，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

1)用图像匹配法和自动聚焦功能驱动精密定位平台，将测试板其中一定位标记调至最佳焦面并使其移动到图像采集系统的中心，记录此时平台坐标(x₁,y₁,z_x1)；

2)测得X轴在Y轴不同位置时的平面度，重复步骤1)采集Z轴坐标，拟合并计算出X轴在Y轴不同位置时的动态平面度；

3)测得Y轴在X轴不同位置时的平面度，重复步骤1)采集Z轴坐标，拟合并计算出Y轴在X轴不同位置时的动态平面度；

4)将以上步骤2)和步骤3)所采集的所有Z轴坐标，拟合并计算出整个XY平面内所述精密定位平台的二维动态平面度；

所述步骤1)的具体方法为：

11)移动测试板，保证其上定位标记的排列方向和精密定位平台的XY轴的移动方向一致；

12)精密定位平台在Z轴方向上移动，找到测试板的粗焦面，然后启用自动聚焦，找到测试板的精确焦面；

13)精密定位平台在X轴和Y轴上移动，使测试板上其中一定位标记移动至图像采集系统中心，启用图像匹配法，使定位标记精确移动至图像采集系统中心，并再次启用自动聚焦，确定精确焦面，根据此时精密定位平台的Z轴读数，记录平台坐标(x₁,y₁,z_x1)。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述图像匹配法是采用金字塔模型将图片分层，然后由顶至下进行模板匹配查找定位标记的具体位置。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤2)中，所述X轴在Y轴不同位置时的平面度的测量方法为：

21)精密定位平台在X轴上移动，移动距离为a，重复步骤1),记录此时平台坐标(x₂,y₁,z_x2)；

22)保持Y轴在y₁坐标不动，全行程移动X轴，移动距离为a或a的整数倍，重复步骤21)，分别采集在Y轴坐标为y₁时，X轴不同位置时的Z轴坐标z_x1、z_x2、z_x3、z_x4···z_xn；

23)精密定位平台在Y轴上移动，移动距离为b或b的整数倍,重复步骤21)和22)，测得不同Y轴位置时X轴的平面度，通过采集的Z轴坐标，拟合并计算出X轴在Y轴不同位置时的动态平面度。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤3)中，所述Y轴在X轴不同位置时的平面度的测量方法为：

31)精密定位平台在Y轴上移动，移动距离为b，重复步骤1),记录此时平台坐标(x₁,y₂,z_y2)；

32)保持X轴在x₁坐标不动，全行程移动Y轴，移动距离为b或b的整数倍，重复步骤31)，分别采集在X轴坐标为x₁时，Y轴不同位置时的Z轴坐标z_y1、z_y2、z_y3、z_y4···z_yn；

33)精密定位平台在X轴上移动，移动距离为a或a的整数倍,重复步骤31)和32)，测得不同X轴位置时Y轴的平面度，通过采集的Z轴坐标，拟合并计算出Y轴在X轴不同位置时的动态平面度。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤2)与步骤3)之间还包括：精密定位平台回到坐标(x₁,y₁)，重复步骤1)。

6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述测试板为玻璃基底或硅基底。