一種精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，具體做法是將掩膜板放置在已知定位精度很高的光刻設(shè)備上，在其上曝光具有規(guī)則排列的多個Mark，刻蝕后，利用此掩膜板、CCD成像技術(shù)和圖像匹配技術(shù)測量精度較差的定位平臺，并將測量得到的誤差補(bǔ)償給平臺控制器，以提高平臺的定位精度。本發(fā)明利用在掩膜板曝光定位標(biāo)記進(jìn)行測量并補(bǔ)償，比傳統(tǒng)的激光干涉儀測量和補(bǔ)償成本低、易操作；利用圖像匹配法進(jìn)行測量和補(bǔ)償，測量精度高，誤差為1/20像素，即4.65um/22.3/20,約10nm；可以有效補(bǔ)償并校準(zhǔn)定位平臺的二維定位精度。
【專利說明】一種精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于制版光刻【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種制版光刻設(shè)備上精密定位平臺的絕對定位精度測量及補(bǔ)償方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光刻技術(shù)是用于在襯底表面上印刷具有特征的構(gòu)圖。這樣的襯底可包括用于制造半導(dǎo)體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物芯片、微機(jī)械電子芯片、光電子線路芯片等的芯片。
[0003]光刻制版過程為:將掩膜板或晶圓放置在精密定位平臺系統(tǒng)上，用真空吸附，通過光刻設(shè)備中的曝光裝置，將設(shè)計的特征圖形投射到掩膜板表面，為保證曝光在掩膜板上的圖形和設(shè)計圖形盡量一致，必須使精密定位平臺具有較高的定位精度，才能使理論曝光的位置和實際曝光的位置相符。
[0004]精密定位平臺的絕對定位精度是衡量定位平臺的一個重要指標(biāo)，其主要取決于幾個因素:一、反饋系統(tǒng)中光柵尺的分辨率和熱膨脹率，二、定位平臺所選馬達(dá)的性能，三、取決于控制器中反饋系統(tǒng)補(bǔ)償是否準(zhǔn)確，四、定位平臺所選導(dǎo)軌的性能。
[0005]傳統(tǒng)的精密定位平臺定位精度的補(bǔ)償主要是利用激光干涉儀，測量出定位平臺每個位置處的位置偏差并記錄，補(bǔ)償給控制器。采用激光干涉儀價格昂貴，如果僅測量和補(bǔ)償單軸的定位精度，采用單軸的激光干涉儀即可，若對XY集成平臺進(jìn)行二維平面各個位置處定位精度的測量和補(bǔ)償，則需要長度可覆蓋XY軸行程的反射鏡，成本較單軸補(bǔ)償進(jìn)一步增高，此做法對環(huán)境要求很高，需具備穩(wěn)定的溫濕度、潔凈度等，且搭建此測量系統(tǒng)需要經(jīng)過復(fù)雜的調(diào)整過程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是:提供一種簡單易用、成本低且高效的精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，可有效提高精密定位系統(tǒng)XY軸在二維平面上各個位置的定位精度，從而大幅度提高曝光的圖形質(zhì)量。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于圖形采集系統(tǒng)和圖像匹配法的測量和補(bǔ)償方法，利用已知的高精度的光刻機(jī)制作其上具有規(guī)則排列Mark的掩膜板作為標(biāo)定板，然后將此標(biāo)定板放置到定位精度較差的光刻機(jī)精密定位平臺上，對其進(jìn)行測量，測量后生成的數(shù)據(jù)按照固定格式輸入精密定位平臺的控制器，然后再次進(jìn)行測量，以達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?br> [0008]所述圖像采集系統(tǒng)指集成在光刻機(jī)上的高清CXD及圖像放大光路。
[0009]所述圖像匹配法指通過Mark的模板和圖像處理的算法使在(XD視場中的Mark移動至(XD視場的中心的方法。
[0010]所述制作標(biāo)定板的高精度光刻機(jī)曝光后的圖形變形和縮放都很小，一般任意兩點之間的距離〈lOOnm,角度〈0.1 arc sec.所述定位精度較差的光刻機(jī)指曝光后的圖形變形和縮放比上述高精度光刻機(jī)曝光后的圖形差很多，通過本發(fā)明的內(nèi)容可對其圖形質(zhì)量進(jìn)行大幅度改善。
[0011 ] 所述標(biāo)定板的材料最好采用石英基底，其熱膨脹系數(shù)極低。
[0012]所述補(bǔ)償文件具有固定的格式，可被定位平臺控制器讀取，由平臺控制器內(nèi)部做插值處理，以提高XY平面內(nèi)各個精細(xì)位置的定位精度。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點是:
本發(fā)明利用在掩膜板曝光定位標(biāo)記進(jìn)行測量并補(bǔ)償，比傳統(tǒng)的激光干涉儀測量和補(bǔ)償成本低、易操作；利用圖像匹配法進(jìn)行測量和補(bǔ)償，測量精度高，誤差為1/20像素，gp
4.65um/22.3/20,約1nm ;可以有效補(bǔ)償并校準(zhǔn)定位平臺的二維定位精度。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為直寫光刻設(shè)備硬件布置圖。
[0015]圖2為掩膜板Mask標(biāo)記分布示意圖。
[0016]圖3為掩膜板和定位平臺坐標(biāo)系的關(guān)系示意圖。
[0017]圖4為經(jīng)過測量后得到的X軸的補(bǔ)償文件的格式示意圖。
[0018]圖5為經(jīng)過測量后得到的Y軸的補(bǔ)償文件的格式示意圖。
[0019]圖6為經(jīng)過測量后得到的XY軸的補(bǔ)償文件的格式示意圖。
[0020]圖7為本發(fā)明的原理圖。
[0021]附圖中標(biāo)號代表意義如下:
1-光源、2-光學(xué)集成系統(tǒng)、3-圖形發(fā)生器、4 -分束器、5-透鏡或透鏡組、6-定位平臺、7-基底、8 -反射鏡、9-CCD相機(jī)、10-圖像處理模塊、11-掩膜板、12-定位標(biāo)記、13-基底、14-帶定位標(biāo)記的掩膜板。
[0022]圖2 中，a=5mm。
[0023]圖3中，Xs、Ys為定位平臺坐標(biāo)系；Xm、Ym為掩膜板擺放坐標(biāo)系。

【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，直寫光刻設(shè)備的硬件系統(tǒng)包括曝光光源1、空間光調(diào)制器3、安裝于移動平臺6上的基底7，移動平臺6連接電機(jī)，電機(jī)連接平臺控制器，曝光光源1、空間光調(diào)制器3之間安裝有光學(xué)集成系統(tǒng)2，空間光調(diào)制器3與基底6之間設(shè)有傾斜的分束器4與透鏡或透鏡組5，分束器4的反射光進(jìn)入成像模塊中的CXD相機(jī)9，CXD相機(jī)9連接圖像處理模塊10。
[0025]如圖2-6所示，一種精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，包含以下步驟:
1.如圖2所示，將掩膜板11固定在已知具有定位精度較高定位平臺的光刻設(shè)備的吸盤上，在其上曝光m行η列定位標(biāo)記(Mark) 12，行列間距都設(shè)為a ；
2.如圖3所示，為便于圖像匹配，將曝光完的掩膜板11顯影并刻蝕，形成帶有定位標(biāo)記的掩膜板14，然后放置在定位精度較差的定位平臺上的吸盤13上；
3.移動定位平臺，將上述Mark移至CCD相機(jī)視場內(nèi)，移動Z軸找到焦面，并保存Mark圖形制作圖像匹配模板；
4.加載制作的匹配模板，利用圖像匹配技術(shù)，使Mark移動至CCD相機(jī)視場中心，記錄此時定位平臺的坐標(biāo)； 5.照第3、4步所述,在同一行或同一列上尋找兩個mark,并記錄平臺坐標(biāo)(XI，Yl)和(X2，Y2)，根據(jù)此兩個坐標(biāo)計算掩膜板擺放的角度差，轉(zhuǎn)動精密定位系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸β角，將mark的陣列XY方向和精密定位平臺的XY方向保持一致，β角計算如下:
I)檢查X軸的mark是否沿定位平臺的X軸:
?f Yl Y2 'I
0 = arctan —-—
I,Xl X2 )
2)檢查Y軸的mark是否沿定位平臺的Y軸:
ο = arctaja -
\ ? - W ,
6.初始化定位平臺后平臺移至(O,O)點,在此附近尋找一 Mark,同步驟4,將此mark移動到CXD相機(jī)視場中心并記錄此時定位平臺的坐標(biāo)(XO，YO)，以此作為測試和補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)占.7.沿X方向移動a(a可選取5mm,10mm, 20mm等,本發(fā)明以5mm為例),執(zhí)行步驟4,記錄此時mark居中后平臺坐標(biāo)(XII，Yll),并計算得其與理論坐標(biāo)的偏差Xerror II=Xl1-(XO+ 5), Yerrorll=Yll-YO ；
8.照步驟7所述,全行程移動X軸,記錄在Y=YO這行的error值；
9.測量完一行后，X軸回到XO點，然后沿Y方向移動5mm，定位平臺走到(XO，YO+ 5)位置，重復(fù)步驟7、8，記錄在Y=YO +5這行的error值；
10.按照步驟7、8、9測量出XY平臺在一個面上的所有點的XYerror值，測量點需覆蓋XY軸的全行程，如附圖4和附圖5所示，需測量至XY軸的正限位位置XCW、YCW和負(fù)限位位置 XCCW、YCCff ；
11.以上10步可有效測量出定位平臺在各個位置的絕對定位精度，然后可將測得的每個點error值生成如附圖4和附圖5所示的文件格式，補(bǔ)償給平臺控制器，或?qū)D4和圖5的格式組合成圖6所示的格式，補(bǔ)償給平臺控制器。不同類型的控制器，讀取的格式不同，大都在圖4-圖6的格式范圍內(nèi)。
[0026]12.重復(fù)步驟1-10，測量并檢查補(bǔ)償?shù)男Ч?br> 【權(quán)利要求】
1.一種精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，其特征在于包含以下步驟: I)將掩膜板放置在定位精度較高的直寫光刻設(shè)備的定位平臺上，打開真空吸附，在掩膜板上曝光具有規(guī)則排列的定位標(biāo)記的掩膜板； 2 )將曝光后的掩膜板刻蝕清洗干凈后，放置在需要提高定位平臺絕對定位精度的直寫光刻設(shè)備上，打開真空吸附； 3)旋轉(zhuǎn)定位平臺的旋轉(zhuǎn)軸，調(diào)整定位平臺XY運(yùn)動方向和掩膜板上定位標(biāo)記的XY方向的一致性； 4)利用圖像匹配法，依次測量出每個定位標(biāo)記處定位平臺的理論位置和實際位置的XY的差值； 5)將以上測量的XY的差值補(bǔ)償進(jìn)定位平臺控制器，然后再重復(fù)步驟I)至步驟4)再次測量，以檢查補(bǔ)償后的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，其特征在于:步驟I)中所述的曝光即通過導(dǎo)入特定的圖形到可編程的空間圖形發(fā)生器，進(jìn)行空間光調(diào)制，再精縮到掩膜板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，其特征在于:做定位精度測量和補(bǔ)償時，XY軸之上要集成Z軸和旋轉(zhuǎn)軸，用于聚焦和角度調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，其特征在于:用于測量和補(bǔ)償?shù)难谀ぐ迳掀毓獾亩ㄎ粯?biāo)記呈二維分布，XY方向每個定位標(biāo)記之間的間距相等，且覆蓋定位平臺XY軸的全行程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，其特征在于:抓取掩膜板上定位標(biāo)記是靠高清CCD相機(jī)圖像采集，在上位機(jī)輸入圖像的模板，利用圖像匹配法使定位標(biāo)記移至CXD相機(jī)的中心，CXD相機(jī)保持不動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密定位平臺絕對定位精度的測量及補(bǔ)償方法，其特征在于:測量后生成的文件具有固定的格式，可被定位平臺控制器讀取，由平臺控制器內(nèi)部做插值處理，以提高XY平面內(nèi)各個精細(xì)位置的定位精度。
【文檔編號】G03F9/00GK104199257SQ201410425856
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】李香濱 申請人:合肥芯碩半導(dǎo)體有限公司