CN110058497B - 一种基于样片的非接触中心对准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于样片的非接触中心对准方法，该方法包括首先利用掩模对准标记，实现掩模板坐标系和投影光刻坐标系进行统一；其次利用图像处理方法计算离轴对准系统中每个样片中心相对于对准系统的中心偏移和旋转，且记录下来；通过曝光实验标定投影光刻物镜中心与样片对准系统中心的偏差。最后上位机坐标换算后，通过掩模台平移补偿和旋转补偿，保证掩模和单个样片坐标的一致性。该发明能实现曝光样片和掩模在投影光刻机坐标系上的高精度自动对准。

Description

一种基于样片的非接触中心对准方法
技术领域
本发明属于光刻机设备领域中的对准技术，具体涉及一种基于样片的非接触中心对准方法，应用该方法实现掩模上的图案准确的复制到样片上。
背景技术
投影光刻装置主要用于集成电路芯片和其他微型器件的制造，在制造过程中，一个芯片往往都需要进行多次曝光才能制造完成。因此曝光时，掩模版与曝光对象(例如硅片，印刷电路板等)的位置必须对准，一般掩模版上方和曝光对象上方均装有位置对准标记，通过一定的位置对准装置和位置对准方法，实现掩模版的图案精准的复制到曝光对象的特定的位置上。
目前用于投影曝光装置的位置对准方法大多都是针对整个晶圆上的对准标记进行对准，对准完成后进行曝光刻蚀完切片。而针对整个基片进行对准曝光的方法目前还很少。因此需要研究一种基于样片的自动对准方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：提出一种基于样片的非接触中心对准方法。该方法通过掩模对准系统和样片离轴对准系统，能实现曝光样片和掩模在投影光刻机坐标系上的高精度全自动对准，从而将掩模上的图案准确的复制到样片上。
为了实现所述目的，本发明提供的技术方案为：一种基于样片的非接触中心对准方法，包括以下步骤：
步骤S1：掩模台，工件台复位；
步骤S2：上掩模板，掩模标记对准；
步骤S3：样片放置于工件台的工装上吸附好后，样片随工件台系统移至离轴对准系统，记录这时的工件台数据XD,YD；
步骤S4：采集样片图像；
步骤S5：采用图像处理技术，计算采集的样片图像相对于样片对准系统的中心偏移Δx,Δy和角度偏移α，Δx,Δy,α存于设置好的数组中；
步骤S6：检查是否承片台上的样片都已完成对准计算工作；
步骤S7：将样片移至投影物镜的中心(XD+Xoffset,YD+Yoffset)，同时掩模台根据记录对应的样片对准数据，对掩模台进行平移和旋转调整，Xoffset,Yoffset为物镜中心与离轴对准系统中心的偏移值；
步骤S8：待掩模台调整完后，上位机发出曝光命令，开启快门，进行曝光；
步骤S9：检查是否所有基片完成曝光。
其中，掩模对准时，利用掩模对准系统采集掩模图案以外区域加工的两个对准标记(十字架标记)与计算机中存储的标定标记进行对准,从而实现掩模坐标系与机器坐标系的对准。
其中，承片台位于精密工件台的最上方，能够吸附曝光样片。样片放入定位槽中，利用样片的边缘与定位槽边缘进行靠准，样片靠准后利用真空将样片吸附于承片台上。
其中：样片中心与立轴对准系统之间的偏移采用图像处理的方法计算，根据公式
Figure BDA0002065301030000021
求取目标图像的形心X0,Y0，通过Canny算子对图像边缘进行提取，依据霍夫直线检测原理，检测边缘中的直线，其两边的直线边缘点集，得到其中心线点集C。应用最小二乘法，将得到的中心点集拟合成直线，求出拟合直线和坐标直线之间的夹角α
其中：投影物镜中心与离轴对准系统中心间的距离Xoffset,Yoffset，通过多次曝光实验标定得出。
本发明的有益效果是：首先利用掩模对准标记，实现掩模版坐标系和投影光刻坐标系进行统一；设计特殊的承片台，使样片边缘和定位槽边缘进行预对准。图像处理方法计算每个样片中心相对离轴对准系统的中心偏移和旋转，通过掩模台平移和旋转补偿，从而将掩模上的图案准确的复制到样片上。该方法具有精度高，操作简单，快捷，计算速度快，成本低，可靠性好等特点。
附图说明
图1为本发明一种基于样片的非接触中心对准方法流程图；
图2为掩模对准示意图；
图3为承片台示意图；
图4为样片离轴对准示意图；
图5为样片图像处理流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明一种基于样片的非接触中心对准方法流程示意图，分为以下步骤：
步骤S1：掩模台，工件台复位。
步骤S2：上掩模板，掩模标记对准。
步骤S3：样片放置于工件台的工装上吸附好后，样片随工件台系统移至离轴对准系统，记录这时的工件台数据XD,YD。
步骤S4：采集样片图像。
步骤S5：采用图像处理技术，计算采集的样片图像相对于样片对准系统的中心偏移Δx,Δy和角度偏移α，Δx,Δy,α存于设置好的数组中。
步骤S6：检查是否承片台上的样片都已完成对准计算工作。
步骤S7：将样片移至投影物镜的中心(XD+Xoffset,YD+Yoffset)，同时掩模台根据记录对应的样片对准数据，对掩模台进行平移和旋转调整。Xoffset,Yoffset为物镜中心与离轴对准系统中心的偏移值。
步骤S8：待掩模台调整完后，上位机发出曝光命令，开启快门，进行曝光。
步骤S9：检查是否所有基片完成曝光。
图2为掩模对准的示意图，利用掩模对准CCD采集掩模版2-1图案2-3以外区域加工的两个对准标记2-2并与计算机中已存储的标定标记进行对准(机器装装配中标定的对准位置)，对准前的状态如2-4所示，通过调整掩模台一维旋转调节结构调整掩模版角度，消除旋转误差；二维电动调节结构电机驱动掩模运动，消除X、Y向平移误差；对准后的状态如图2中2-5。
图3为承片台示意图，承片台位于工件台的最上方，能够真空吸附曝光样品片，基于曝光样片3-3，将样片放入定位槽3-2中，利用样片边缘和定位槽边缘进行靠准，依据定位槽和样片加工精度，靠准精度可控制在数十微米。样片靠准后，利用真空孔3-1将样片吸附于工件台上。
图4为样片对准示意图。将样片放置于承片台吸附好后，承片台4-2随工件台系统4-3移至离轴对准系统4-1下，采集样片图像4-5。投影物镜4-4的中心与离轴对准系统4-1中心之间的偏离为Xoffset,Yoffset通过曝光实验标定。
图5为样片对准图像处理过程，第一步先采集样片图像，经过滤波等预处理后，对图像进行二值化处理，得到第二步的图像，根据公式
Figure BDA0002065301030000041
求取目标图像的形心B,而对准系统的中心为CCD靶面的中心A，最后通过坐标转换，便可求出样片中心相对对准系统的中心偏移Δx,Δy。对于第二步得到的二值图像，通过Canny算子求出其样片边缘，如第三步。依据霍夫直线检测原理，检测边缘中的直线，其两边的直线边缘点集，得到第四步中的中心线点集5-1。应用最小二乘法，将得到的中心点集拟合成直线，求出拟合直线和坐标直线之间的夹角α5-2，即为样片与离轴对准系统之间的夹角。将求得的Δx,Δy,α存于设置好的数组中，将样片移至投影物镜的中心(XD+Xoffset,YD+Yoffset)，同时掩模台根据记录对应的样片对准数据，对掩模台进行平移和旋转调整。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之类。

Claims (4)

1.一种基于样片的非接触中心对准方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤S1：掩模台，工件台复位；
步骤S2：上掩模板，掩模标记对准；
步骤S3：样片放置于工件台的承片台吸附好后，样片随工件台系统移至离轴对准系统，记录这时的工件台数据XD,YD；
步骤S4：采集样片图像；
步骤S5：采用图像处理技术，计算采集的样片图像中心相对于离轴 对准系统的偏移Δx,Δy和角度偏移α，Δx,Δy,α存于设置好的数组中；
步骤S6：检查是否承片台上的样片都已完成对准计算工作；
步骤S7：将样片移至投影物镜的中心(XD+Xoffset,YD+Yoffset)，同时掩模台根据记录对应的样片对准数据，对掩模台进行平移和旋转调整，Xoffset,Yoffset为物镜中心与离轴对准系统中心的偏移值；
步骤S8：待掩模台调整完后，上位机发出曝光命令，开启快门，进行曝光；
步骤S9：检查是否所有基片完成曝光。
2.根据权利要求1所述的一种基于样片的非接触中心对准方法，其特征在于：掩模对准时，利用掩模对准系统采集掩模图案以外区域加工的两个对准标记即十字架标记与计算机中存储的标定标记进行对准,从而实现掩模坐标系与机器坐标系的对准。
3.根据权利要求1所述的一种基于样片的非接触中心对准方法，其特征在于：承片台位于精密工件台的最上方，能够吸附曝光样片，样片放入定位槽中，利用样片的边缘与定位槽边缘进行靠准，样片靠准后利用真空将样片吸附于承片台上。
4.根据权利要求1所述的一种基于样片的非接触中心对准方法，其特征在于：投影物镜中心与离轴对准系统中心间的距离Xoffset,Yoffset，通过多次曝光实验标定得出。
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