CN110091070A - 电机垂直度的检测装置及检测方法 - Google Patents

电机垂直度的检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

电机垂直度的检测装置包括激光器、扩束准直器、二维扫描振镜、两个半透半反镜片、手动调焦装置、显微物镜、辅助测试样品、扩束准直器、白光照明光源、聚焦镜片、CCD探测器、第一控制器、计算机、第二控制器和待测电机的二维平台，及检测方法。本发明可以充分利用平台已有资源快速检测电机垂直度以方便后续的校正，提高刻写质量，具有很高的应用价值。

Description

电机垂直度的检测装置及检测方法
技术领域
本发明属于电机垂直度检测与光刻机领域。
背景技术
集成电路是当今信息技术产业高速发展的基础和源动力，已经高度渗透与融合到国民经济和社会发展的每个领域，其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一。在集成电路制造中，掩膜版的制造是一项关键技术，它的质量优劣往往决定了所制造的集成电路的性能优劣。
掩膜版制作时需要先用激光在某种基底上刻写电路图形，往往基底本身是放置在某种电机平台上的，电机平台垂直度对刻写图形的效果有一定影响，需要通过检测得知其具体情况。
当前已有的电机垂直度检测技术(CN106903467B)大多应用于汽车装配工业，首先进行机械定位再利用预先制造的印制板进行校准，这种方法需要额外的辅助装置，特别是高精度的印制板本身也大多是通过光学方法制造而来的。本发明提供的方法主要应用于光刻机领域，其检测所需工具都是源于系统已有的光学元件和机械元件，无需额外的辅助装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精密检测电机垂直度的方法及检测装置。在光刻过程中，不对电机的垂直度进行检测，会导致刻写图形质量下降，对后续的工艺有较大影响。
电机垂直度的检测装置，包括激光器、扩束准直器、二维扫描振镜、两个半透半反镜片、手动调焦装置、显微物镜、辅助测试样品、扩束准直器、白光照明光源、聚焦镜片、CCD探测器、第一控制器、计算机、第二控制器和待测电机的二维平台。
激光器发出的光经过扩束准直器调整后变为近似平行光，该近似平行光先经过二维扫描振镜，再依次经过两个半透半反镜片透射后入射到显微物镜，通过调节调焦装置将入射光束聚焦到辅助测试样品的表面，形成激光光斑；
白光照明光源发出白色照明光束，该光束经扩束准直器调整后变为近似平行光后入射到半透半反镜片4被分为第一透射光束和第一反射光束，其中第一反射光束经过半透半反镜片5后被分束成为第二透射光束和第二反射光束，第二反射光束入射到显微物镜，然后照在辅助测试样品的表面，形成照明光斑；
激光光斑和照明光斑反射经显微物镜入射到半透半反镜片5，经该半透半反镜片(5)分束为第三透射光束和第三反射光束，第三反射光束经过聚焦镜片聚焦后入射到CCD探测器感光元件上，该CCD探测器与计算机通讯；
待测电机的二维平台经第一控制器与计算机相连，二维扫描振镜经第二控制器与计算机相连。
利用检测装置进行电机垂直度检测的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1)在基底上镀上一层金属薄膜作为辅助测试样品；
步骤2)在第二控制器设置二维扫描振镜在X轴方向和Y轴方向的扫描电压，使二维扫描振镜能够在一个扫描周期内扫描出一个正方形图案，该正方形边长为A；
步骤3)在第一控制器设置待测电机的二维平台的移动方式，使待测电机的二维平台先沿待测电机X轴方向以距离A步进式地移动一段距离x，再返回起始位置并沿Y轴方向移动距离A，然后继续沿待测电机X轴方向以距离A步进式地移动一段距离x,之后返回该行的起始位置，重复以上运动若干次；
步骤4)打开激光器、二维扫描振镜和待测电机的二维平台，激光器不间断地发出连续脉冲，二维扫描振镜不间断扫描出正方形图案，待测电机的二维平台按步骤3)设定的移动方式运动，同时设置同步扫描方式，即当二维扫描振镜刻写图案时，电机正好处于步进式运动的间歇期，等图案刻写完毕后再继续运动；
图形刻写完毕后，关闭激光器、二维扫描振镜和待测电机的二维平台；
步骤5)观察CCD探测器探测到的刻写图形，当看到的正方形图案的一边与电机X轴方向有存在夹角，则进入步骤6)；否则进入步骤7)；
步骤6)在第二控制器重新设置二维扫描振镜在X轴方向和Y轴方向的扫描电压，使得扫描出的正方形图案发生旋转，并返回步骤5)；
步骤7)在第一控制器微调待测电机的二维平台(9)的移动参数，使待测电机的二维平台(9)沿待测电机X轴方向的步进距离A改为A±δ，沿Y轴方向移动距离A改为A±ε，其中δ和ε的值能够使得刻写出的相邻正方形的相邻边基本重合；
步骤8)计算电机垂直度θ，公式如下：
θ＝90-arctan(a/b)
其中θ的物理意义就是待测电机X轴和Y轴的夹角(角度制)，a为第n行正方形的X轴方向的初始坐标和第1行正方形的X轴方向的初始坐标之差，b为n行正方形的行高。这两个长度可以通过先保存CCD探测器探测到的刻写图案再使用图像处理软件记录下对应的像素长度的方法得到。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
在二维电机平台上放置辅助测试样品，之后利用搭建的装置在该样品上刻写线性排列的方形图案，校正方形图案某一边与电机X轴平行，再记录Y轴方向方形图案相对该行起始位置的偏移，利用这个偏移计算出电机X轴与Y轴的夹角。
其优点是：
1)无需在二维电机平台上设置标志，达到对电机平台无任何污损的效果。
2)成本低廉，操作简单。本检测装置是在一套已经搭建完成的激光直写光刻机上建立的，可以充分利用已有的硬件资源和软件资源，非常经济实用。
附图说明
图1是本发明检测装置的示意图；
图2图3是刻写图形的示意图；
图1中：激光器-1、扩束准直器-2、二维扫描振镜-3、半透半反镜片-4、半透半反镜片-5、手动调焦装置-6、显微物镜-7、辅助测试样品-8、待测电机的二维平台-9、扩束准直器-10、白光照明光源-11、聚焦镜片-12、CCD探测器-13、第一控制器-14、计算机-15和第二控制器-16。
具体实施方式
下面通过实例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例
电机垂直度的检测装置，包括激光器1、扩束准直器2、二维扫描振镜3、半透半反镜片4、半透半反镜片5、手动调焦装置6、显微物镜7、辅助测试样品8、待测电机的二维平台9、扩束准直器10、白光照明光源11、聚焦镜片12、CCD探测器13、第一控制器14、计算机15和第二控制器16。
激光器发出波长为405nm的光经过扩束准直器调整后变为近似平行光，该近似平行光先经过二维扫描振镜，再依次经过两个半透半反镜片透射后入射到显微物镜，通过调节调焦装置将入射光束聚焦到辅助测试样品的表面，形成激光光斑；
白光照明光源发出白色照明光束，该光束经扩束准直器调整后变为近似平行光后入射到半透半反镜片4被分为第一透射光束和第一反射光束，其中第一反射光束经过半透半反镜片5后被分束成为第二透射光束和第二反射光束，第二反射光束入射到显微物镜，然后照在辅助测试样品的表面，形成照明光斑；
激光光斑和照明光斑反射经显微物镜入射到半透半反镜片5，经该半透半反镜片5分束为第三透射光束和第三反射光束，第三反射光束经过聚焦镜片聚焦后入射到CCD探测器感光元件上，该CCD探测器与计算机通讯；
待测电机的二维平台经第一控制器与计算机相连，二维扫描振镜经第二控制器与计算机相连。
利用检测装置进行电机垂直度检测，包括以下步骤：
步骤1)在玻璃基底上镀上一层铝薄膜作为辅助测试样品；
步骤2)在第二控制器设置二维扫描振镜在X轴方向和Y轴方向的扫描电压，使二维扫描振镜能够在一个扫描周期内扫描出一个正方形图案，该正方形边长为10微米；
步骤3)在第一控制器设置待测电机的二维平台的移动方式，使待测电机的二维平台先沿待测电机X轴方向以距离10微米步进式地移动一段距离40微米，再返回起始位置并沿Y轴方向移动距离10微米，然后继续沿待测电机X轴方向以距离10微米步进式地移动一段距离40微米,之后返回该行的起始位置，重复以上运动4次；
步骤4)打开激光器、二维扫描振镜和待测电机的二维平台，激光器不间断地发出连续脉冲，二维扫描振镜不间断扫描出正方形图案，待测电机的二维平台按步骤3)设定的移动方式运动，同时设置同步扫描方式，即当二维扫描振镜刻写图案时，电机正好处于步进式运动的间歇期，等图案刻写完毕后再继续运动；
图形刻写完毕后，关闭激光器、二维扫描振镜和待测电机的二维平台；
步骤5)观察CCD探测器探测到的刻写图形，当看到的正方形图案的一边与电机X轴方向有存在夹角，则进入步骤6)；否则进入步骤7)；
步骤6)在第二控制器重新设置二维扫描振镜在X轴方向和Y轴方向的扫描电压，使得扫描出的正方形图案发生旋转，并返回步骤5)；
步骤7)在第一控制器微调待测电机的二维平台(9)的移动参数，使待测电机的二维平台(9)沿待测电机X轴方向的步进距离10微米改为10±δ微米，沿Y轴方向移动距离10微米改为10±ε微米，其中δ和ε的值能够使得刻写出的相邻正方形的相邻边基本重合；
步骤8)计算电机垂直度θ，公式如下：
θ＝90-arctan(a/b)
其中θ的物理意义就是待测电机X轴和Y轴的夹角(角度制)，a为第4行正方形的X轴方向的初始坐标和第1行正方形的X轴方向的初始坐标之差，b为4行正方形的行高。这两个长度可以通过先保存CCD探测器探测到的刻写图案再使用图像处理软件记录下对应的像素长度的方法得到。本例中a＝1微米，b＝40微米，故夹角约为88.57度，电机垂直度为88.57度。

Claims (2)

1.电机垂直度的检测装置，其特征在于，包括激光器(1)、扩束准直器(2)、二维扫描振镜(3)、半透半反镜片(4)、半透半反镜片(5)、手动调焦装置(6)、显微物镜(7)、辅助测试样品(8)、扩束准直器(10)、白光照明光源(11)、聚焦镜片(12)、CCD探测器(13)、第一控制器(14)、计算机(15)和第二控制器(16)；
所述的辅助测试样品(8)放置在待测电机的二维平台(9)上；
所述激光器(1)发出的光经过所述扩束准直器(2)调整后变为近似平行光，该近似平行光先经过所述二维扫描振镜(3)，再依次经过所述半透半反镜片(4)和半透半反镜片(5)透射后入射到所述显微物镜(7)，通过调节所述的调焦装置(6)将入射光束聚焦到辅助测试样品(8)的表面，形成激光光斑；
所述白光照明光源(11)发出白色照明光束，该光束经扩束准直器(10)调整后变为近似平行光后入射到半透半反镜片(4)被分为第一透射光束和第一反射光束，其中第一反射光束经过半透半反镜片(5)后被分束成为第二透射光束和第二反射光束，第二反射光束入射到显微物镜(7)，然后照在辅助测试样品(8)的表面，形成照明光斑；
所述的激光光斑和照明光斑反射经所述的显微物镜(7)入射到半透半反镜片(5)，经该半透半反镜片(5)分束为第三透射光束和第三反射光束，所述的第三反射光束经过聚焦镜片(12)聚焦后入射到CCD探测器(13)感光元件上，该CCD探测器(13)与所述计算机(15)通讯；
所述的待测电机的二维平台(9)经第一控制器(14)与所述的计算机(15)相连，所述的二维扫描振镜(3)经第二控制器(16)与所述计算机(15)相连。
2.利用权利要求1所述的检测装置进行电机垂直度检测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1)在基底上镀上一层金属薄膜作为辅助测试样品(8)；
步骤2)在第二控制器(16)设置二维扫描振镜(3)在X轴方向和Y轴方向的扫描电压，使二维扫描振镜(3)能够在一个扫描周期内扫描出一个正方形图案，该正方形边长为A；
步骤3)在第一控制器(14)设置待测电机的二维平台(9)的移动方式，使待测电机的二维平台(9)先沿待测电机X轴方向以距离A步进式地移动一段距离x，再返回起始位置并沿Y轴方向移动距离A，然后继续沿待测电机X轴方向以距离A步进式地移动一段距离x,之后返回该行的起始位置，重复以上运动若干次；
步骤4)打开激光器(1)、二维扫描振镜(3)和待测电机的二维平台(9)，激光器(1)不间断地发出连续脉冲，二维扫描振镜(3)不间断扫描出正方形图案，待测电机的二维平台(9)按步骤3)设定的移动方式运动，同时设置同步扫描方式，即当二维扫描振镜刻写图案时，电机正好处于步进式运动的间歇期，等图案刻写完毕后再继续运动；
图形刻写完毕后，关闭激光器(1)、二维扫描振镜(3)和待测电机的二维平台(9)；
步骤5)观察CCD探测器(13)探测到的刻写图形，当看到的正方形图案的一边与电机X轴方向有存在夹角，则进入步骤6)；否则进入步骤7)；
步骤6)在第二控制器(16)重新设置二维扫描振镜(3)在X轴方向和Y轴方向的扫描电压，使得扫描出的正方形图案发生旋转，并返回步骤5)；
步骤7)在第一控制器微调待测电机的二维平台(9)的移动参数，使待测电机的二维平台(9)沿待测电机X轴方向的步进距离A改为A±δ，沿Y轴方向移动距离A改为A±ε，其中δ和ε的值能够使得刻写出的相邻正方形的相邻边基本重合；
步骤8)计算电机垂直度θ，公式如下：
θ＝90-arctan(a/b)
其中θ的物理意义就是待测电机X轴和Y轴的夹角(角度制)，a为第n行正方形的X轴方向的初始坐标和第1行正方形的X轴方向的初始坐标之差，b为n行正方形的行高。
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