CN114252014A - 一种光掩膜基板标记尺寸测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光掩膜基板标记尺寸测试系统，包括三维移动平台、光源、聚焦透镜、相机、计算机和控制器；所述三维移动平台的中部设有透明且透光的固定板；待测试的光掩膜基板安装在固定板上；所述光源位于固定板的下方，所述聚焦透镜位于光掩膜基板的上方；所述相机镜头正对聚焦透镜；所述相机、控制器分别与计算机相连，控制器与三维移动平台相连，控制三维移动平台的运动。本发明还提供了一种光掩膜基板标记尺寸测试方法。本发明的有益效果为：本发明基于机器视觉法，寻找标记角的特定区域成像清晰时的位置，通过位置的差异比较得到标记角的尺寸，在测量过程中不接触光掩膜基板质量区，避免了划痕的产生，且测量成本低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光掩膜基板生产制造技术领域，具体涉及一种光掩膜基板标记尺寸测试系统及方法。
背景技术
在半导体生产制造流程中，比较重要的一个环节是从版图到晶圆这一制造过程，通常称之为光刻。光刻是流程衔接的关键部分，是流程中造价最高的一部分，同时也是限制最小线宽的瓶颈之一。光刻所用的版图称之为光掩膜版，常见的光掩膜版包括铬版、干版、凸版和液体凸版四种。光掩膜版主要由光掩膜基板和遮光膜两部分组成，其中光掩膜基板通常是高纯度、低反射率、低热膨胀系数的石英玻璃。光掩膜基板生产技术壁垒较高，主要由国外企业垄断。目前国内一些企业已经开始进行光掩膜基板的研发，在研发过程中如何准确的测试光掩膜基板是非常重要的。
根据国家相关规定，需要对光掩膜基板的边长、厚度、顶角、顶角半径、倒角、标记尺寸等外观尺寸进行测量。目前，这些外观尺寸的测量可采用游标卡尺，游标卡尺价格便宜，但容易引入划痕导致基板报废，且精度较低；还可采用高端光学检测设备，虽然精度可满足要求，但设备成本较高，不利于推广利用。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有计技术的不足，提供一种精确度高、成本低的光掩膜基板标记尺寸测试系统及方法
本发明采用的技术方案为：一种光掩膜基板标记尺寸测试系统，包括三维移动平台、光源、聚焦透镜、相机、计算机和控制器；所述三维移动平台的中部设有透明且透光的固定板；待测试的光掩膜基板安装在固定板上；所述光源位于固定板的下方，所述聚焦透镜位于光掩膜基板的上方；所述相机镜头正对聚焦透镜；所述相机、控制器分别与计算机相连，控制器与三维移动平台相连，控制三维移动平台的运动；所述光源向光掩膜基板发送垂直可见光束，可见光束穿过固定板后由聚焦透镜聚焦。
按上述方案，所述固定板上设有夹持装置，光掩膜基板放置于夹持装置的支撑片上。
按上述方案，所述支撑片的位置可调；所述支撑片采用PVC等不易划伤石英玻璃的材料制作。
本发明还提供了一种光掩膜基板标记尺寸测试方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、提供如上所述测试系统，将待测试的光掩膜基板安装在所述测试系统的三维移动平台上；
步骤二、搜索光掩膜基板上标记角，并将标记角的成像划分为A区域和B区域，其中A区域为标记角的最高点所在区域，B区域是指标记角的最低点所在区域；
步骤三、分别对光掩膜基板标记角的A区域和B区域进行聚焦，并记录聚焦清晰时三维移动平台在Z方向上的位置H1和H2；
步骤四、根据光掩膜基板标记角A区域和B区域对焦位置的差异，计算标记尺寸H，即为光掩膜板标记尺寸的值，标记尺寸H＝|H1-H2|。
按上述方案，在步骤二中，具体搜索方法为：搜索开始前，光源发射光束；三维移动平台将光掩膜基板移动至预设位置，此时光掩膜基板待测试标记角的那一端分或者全部处于相机视野范围内；再根据标记角的特征进行搜索，直至搜索到标记角时停止。
按上述方案，在步骤三中，采用对焦深度法对标记角进行对焦，具体方法为：在对焦过程中获取一系列清晰度不同的图像，并分别获得这些图像的对焦评价曲线，根据对焦评价曲线移动三维移动平台，直到三维移动平台移动到最佳对焦位置为止，即完成了对焦。
按上述方案，在步骤三中，采用可同时提取水平和垂直方向梯度值的Tenengrad函数进行对焦评价，Tenengrad函数的数学表达式如下：
上式中，fx(x,y)和fy(x,y)表示像素点(x,y)处Sobel水平和垂直方向边缘检测算子的卷积。
按上述方案，在步骤三中，对焦过程中采用爬山搜索法搜索，通过比较不同位置的函数值来确定下一步的搜索方向。
本发明的有益效果为：本发明基于机器视觉法，寻找标记角的特定区域(A区域和B区域)成像清晰时的位置，通过位置的差异比较得到标记角的尺寸，这种方法在测量过程中不接触光掩膜基板质量区，避免了划痕的产生，且测量成本低。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为本实施例中标记角的平面放大图。
图3为本实施例中标记角的侧视图。
图4为本发明所述测试系统的整体结构示意图。
图5为三维移动平台的俯视图。
图6为本实施例中光掩膜基板的安装示意图。
图7为标记角的区域划分示意图。
图8为本实施例中标记角的特征示意图。
图9为调焦函数的曲线图。
图10为本实施例中A区域的对焦示意图。
图11为标记尺寸多次测试结果示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1～2所示为光掩膜基板,其四角为倒角，其中斜向相对的两倒角为标记角，标记角的上表面向下倾斜形成斜面，该斜面的高度也即标记的深度，即为待测试的标记尺寸H，如图3所示。本实施例中，标记角的特征为：位于光掩膜基板边缘位置；形状为弧形区域。
如图4所示的一种光掩膜基板标记尺寸测试系统，包括三维移动平台2、光源3、聚焦透镜4、相机5、计算机6和控制器7；所述三维移动平台3的中部设有透明且透光的固定板2.2；待测试的光掩膜基板1安装在固定板2.2上，如图6所示；所述光源3位于固定板2.2的下方，所述聚焦透镜4位于光掩膜基板1的上方；所述相机5镜头正对聚焦透镜4；所述相机5、控制器7分别与计算机6相连，控制器7与三维移动平台2相连，控制三维移动平台2的运动；所述光源3向光掩膜基板1发送垂直可见光束，可见光束穿过固定板2.2后由聚焦透镜4聚焦。
优选地，所述固定板2.2上设有夹持装置2.1，光掩膜基板1放置于夹持装置2.1的支撑片上，如图5所示。本实施例中，所述夹持装置2.1为现有常见结构，这里不再赘述。
优选地，所述支撑片的位置可调(可前后调节)，便于光掩膜基板1夹持；所述支撑片采用PVC等不易划伤石英玻璃的材料制作。
本实施例中，所述光源3为可见光波段光源；三维移动平台2可带动待测试的光掩膜基板1在X、Y和Z三个方向上移动，相机可选择CMOS或CCD Camera。
一种光掩膜基板标记尺寸测试方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、提供如上所述测试系统，将待测试的光掩膜基板安装在所述测试系统的夹持装置上；
步骤二、搜索光掩膜基板上标记角，并将标记角的成像划分为A区域和B区域(如图7所示)，其中A区域为标记角的最高点所在区域，B区域是指标记角的最低点所在区域。
具体搜索方法为：搜索开始前，光源发射光束；三维移动平台将光掩膜基板移动至预设位置，此时光掩膜基板待测试标记角的那一端分或者全部处于相机视野范围内；再根据图8所示标记角的特征进行搜索，直至搜索到标记角时停止。
本发明中，预设位置可根据以三维移动平台移动方向为基准建立的坐标系以及光掩膜基板的尺寸进行设置。标记角的特征主要为：位于光掩膜基板边缘位置；形状为弧形区域。
步骤三、分别对光掩膜基板标记角的A区域和B区域进行聚焦，并记录聚焦清晰时三维移动平台在Z方向上的位置H1和H2。
光掩膜基板的标记角位置确定后，分别对光掩膜基板上的A区域和B区域进行聚焦，并记录聚焦清晰时三维移动平台在Z方向上的位置H1和H2。
本发明采用对焦深度法对标记角进行对焦，对焦深度法是一种基于搜索的调焦法，具体是在对焦过程中获取一系列清晰度不同的图像，并分别获得这些图像的对焦评价曲线，根据对焦评价曲线移动三维移动平台，直到三维移动平台移动到最佳对焦位置为止，即完成了对焦。最佳对焦位置是指对焦评价函数值最大时三维移动平台的位置，此时成像最清晰。采用对焦深度法进行对焦，最关键在于确定系统的对焦评价函数，对焦评价函数对对焦的精度和速度起着决定性作用。考虑到对焦的精度，本发明选择能同时提取水平和垂直方向梯度值的Tenengrad函数进行对焦评价，Tenengrad函数的数学表达式如下：
上式中，fx(x,y)和fy(x,y)表示像素点(x,y)处Sobel水平和垂直方向边缘检测算子的卷积。
对焦过程中采用爬山搜索法搜索，爬山搜索法通过比较不同位置的函数值来确定下一步的搜索方向，此方法计算较简单。聚焦位置与聚焦评价函数的关系如图9所示，A～F分别表示不同的搜索位置。对焦开始时，驱动单元从A点出发，根据设置的搜索方向和步长运动到B点，成像系统采集B点的图像信息，计算出此时的图像函数评价值，并比较A点和B点的评价函数值大小，若B点的评价函数值大于A点，则驱动单元朝B点运动，若B点小于A点，则驱动单元朝A点运动。若函数值开始下降，说明驱动单元已经跨过最佳焦点位置，此时驱动单元需要反向运转，并减小步长，寻找最佳焦点位置。如此往复，直至寻找到图像最清晰的点F，即函数最大值的位置，对焦结束。
按上述方法对标记角的A区域进行对焦，对焦评价函数G分别为30、40、50、60时成像如图10所示。从对焦过程来看，对焦评价函数G＝60所对应位置为聚焦最优位置，记录此时三维移动平台在Z方向上的位置H1。同理，按上述方法对光掩膜基板标记角的B区域进行对焦，获得此时三维平台在Z方向上的位置H2。
步骤四、根据光掩膜基板标记角A区域和B区域对焦位置的差异，计算标记尺寸H，即为光掩膜板标记尺寸的值，标记尺寸H＝|H1-H2|。
为验证此方法的测试重复性，选取了一块光掩膜基板进行测试，测试的结果如图10所示。从测试结果来看，本发明所述系统及方法测试的标准标差为0.002mm(根据十次测试结果计算)，测试重复性很好，能够很好的满足光掩膜基板标记角B测试。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光掩膜基板标记尺寸测试系统，其特征在于，包括三维移动平台、光源、聚焦透镜、相机、计算机和控制器；所述三维移动平台的中部设有透明且透光的固定板；待测试的光掩膜基板安装在固定板上；所述光源位于固定板的下方，所述聚焦透镜位于光掩膜基板的上方；所述相机镜头正对聚焦透镜；所述相机、控制器分别与计算机相连，控制器与三维移动平台相连，控制三维移动平台的运动；所述光源向光掩膜基板发送垂直可见光束，可见光束穿过固定板后由聚焦透镜聚焦。
2.如权利要求1所述的光掩膜基板标记尺寸测试系统，其特征在于，所述固定板上设有夹持装置，光掩膜基板放置于夹持装置的支撑片上。
3.如权利要求1所述的光掩膜基板标记尺寸测试系统，其特征在于，所述支撑片的位置可调；所述支撑片采用PVC等不易划伤石英玻璃的材料制作。
4.一种光掩膜基板标记尺寸测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、提供权利要求1～3中任意一项所述测试系统，将待测试的光掩膜基板安装在所述测试系统的三维移动平台上；
步骤二、搜索光掩膜基板上标记角，并将标记角的成像划分为A区域和B区域，其中A区域为标记角的最高点所在区域，B区域是指标记角的最低点所在区域；
步骤三、分别对光掩膜基板标记角的A区域和B区域进行聚焦，并记录聚焦清晰时三维移动平台在Z方向上的位置H1和H2；
步骤四、根据光掩膜基板标记角A区域和B区域对焦位置的差异，计算标记尺寸H，即为光掩膜板标记尺寸的值，标记尺寸H＝|H1-H2|。
5.如权利要求4所述的光掩膜基板标记尺寸测试方法，其特征在于，在步骤二中，具体搜索方法为：搜索开始前，光源发射光束；三维移动平台将光掩膜基板移动至预设位置，此时光掩膜基板待测试标记角的那一端分或者全部处于相机视野范围内；再根据标记角的特征进行搜索，直至搜索到标记角时停止。
6.如权利要求4所述的光掩膜基板标记尺寸测试方法，其特征在于，在步骤三中，采用对焦深度法对标记角进行对焦，具体方法为：在对焦过程中获取一系列清晰度不同的图像，并分别获得这些图像的对焦评价曲线，根据对焦评价曲线移动三维移动平台，直到三维移动平台移动到最佳对焦位置为止，即完成了对焦。
7.如权利要求6所述的光掩膜基板标记尺寸测试方法，其特征在于，在步骤三中，采用可同时提取水平和垂直方向梯度值的Tenengrad函数进行对焦评价，Tenengrad函数的数学表达式如下：
上式中，fx(x,y)和fy(x,y)表示像素点(x,y)处Sobel水平和垂直方向边缘检测算子的卷积。
8.如权利要求6所述的光掩膜基板标记尺寸测试方法，其特征在于，在步骤三中，对焦过程中采用爬山搜索法搜索，通过比较不同位置的函数值来确定下一步的搜索方向。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |