专利名称：一种微观成像系统的标定方法
技术领域：
本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种利用精密移动平台的移动实现的一 种微观成像系统的标定方法。
背景技术：
光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。这样的衬底可包括用于 制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生 物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。经常使用的基片为半导体 晶圆或玻璃基片。
在光刻过程中，晶圆放置在晶圆台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将
特征构图投射到晶圆表面。为在晶圆上制造器件，需要多个分划板。由于特征尺
寸的减少以及对于较小特征尺寸的精确公差的原因，这些分划板对于生产而言成
本很高，耗时很长，从而使利用分划板的传统晶圆光刻制造成本越来越高，非常 曰虫
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无掩膜(如直接写或数字式等)光刻系统相对于使用査分划板的方法，在光
刻方面提供了许多益处。无掩膜系统使用空间图形发生器(SLM)来代替分划板。 无掩膜光刻系统主要采用的是以下两种方法 一、激光来直写法；二、空间 图形发生器精縮排版曝光。其中，激光来直写法是逐点曝光，采用高能激光在光 敏感衬底上直接产生图形，缺点是加工速度慢，单个晶圆曝光时间长；第二种方 法采用计算机控制图形发生器(SLM)，主要问题是分辨率较低，并且受到单位象 素的形状和有效通光孔径(fill-infactor)的限制，难以制作连续光滑的图形轮廓。 为了解决现有的分步直写光刻技术效率低，单象素的连续性扫描光刻操作难 度大的问题，中国专利申请200720037805.9公开了一种综合式直写光刻装置。 结构特点是在透镜和投影镜头之间设有反射镜；两个以上不同倍率的投影镜头 设于盘状转换器上，光学定位检测系统包括与转换器上的投影镜头共轴的光学波 长分束器，光学波长分束器一侧同轴设有包括检测成像透镜、CCD相机的成像系 统。该装置中使用投影光学系统和光学定位检测系统，因不同镜头存在位移误差，产生不同程度的图像畸变。前后两层光刻之前需要先进行对准，每一次对准都是 通过寻找特定定位标记，通过CCD相机采集图片并处理来实现。由于光学系统的 畸变，每次对焦和对准都需要找到对准标记的中心，通过走晶圆下面的平台来实 现，而平台的移动是需要耗时的。将CCD相机视场内所釆集的图像进行成像系统 内外方位参数的标定，然后再通过相关算法还原对应的真实的物理图形。完成这 种光学成像系统的畸变矫正后，只需要在CCD相机视场内找到对准标记就可以完 成对焦和对准，因而可以縮短光刻系统这两个过程的时间。
发明内容
本发明的目的是一种微观成像系统的标定方法，以解决光刻装置中微观成像 系统的畸变问题，为用于对焦和对准的成像系统的标定提供一种简洁、灵活的标 定方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为-
一种微观成像系统的标定方法，其特征在于包含以下步骤
(1) 准备二维的精密移动平台，精密移动平台上设有可调整高度的垫片， 在精密移动平台外设有CCD相机；
(2) 在晶圆上制作特定的定位标记，所述定位标记即为图像中进行信息提 取的参考点，再将晶圆置于二维精密移动平台的垫片上；
(3) 调节精密移动平台，将定位标记调到CCD相机视场内的一个特定位置， 同时测量定位标记所对应的空间物理坐标；
(4) 使用CCD相机对视场内的定位标记进行图像采集，得到对应此时位置 坐标的定位标记图像；
(5) 保持CCD相机固定不动，控制精密移动平台作二维移动，使得定位标 记移动到CCD相机视场内下一个特定的位置，然后重复歩骤(3)和(4) n次；
(6) 利用第(5)步采集的n幅定位标记图像，得到对应CCD相机视场内 n个定位标记位置的空间物理坐标和相应的定位标记图像坐标，相当于得到一幅 完整的包含n个定位标记的图像；
(7) 调节品圆下面的垫片高度，改变晶圆面和CCD相机之间的角度，重复 步骤(3)、 (4)、 (5)和(6) m次，得到m幅不同角度的图像；
(8) 利用歩骤(7)所得到的m幅不同角度的含有n个定位标记的图像信息，采用相机标定的方法，利用定位标记的空间物理坐标和其对应的定位标记图 像坐标，求解得到成像系统的内外方位元素，进而得到定位标记在CCD相机采 集的图像中位置和其对应的真实的物理位置，完成光学系统内外方位参数的确定 和系统畸变的矫正。
所述的一种微观成像系统的标定方法，其特征在于所述标定模版的制作利 用精密移动平台的移动来实现，移动的次数取决于CCD相机视场的大小以及平 台每次移动的步进间隔。
所述的一种微观成像系统的标定方法，其特征是所述晶圆上制作的定位标
记为中国专利申请200720044397X公开的一种对准标记结构，采用光刻技术在 晶圆上制作而成。
所述的一种微观成像系统的标定方法，其特征在于所述的CCD相机的入 光口处设有成像系统，所述的成像系统包括光源，所述光源发出的光经过光学集 光系统后入射至反射镜，并被反射镜反射至光学波长分束器，所述光学波长分束 器的反射光经过透镜或透镜组后投射至晶圆上。晶圆的反射光再经过光学波长分 束器透射后被分束器分成两路。所述的分束器将入射来的光反射和透射，反射的 光被反射至对位对焦系统，并由对位对焦系统将信号传输至计算机系统，透射 的光经过透镜或透镜组后入射至CCD相机，并由CCD相机将信号传输至计算 机。
本发明的主要意义在于，直接利用可控的精密移动平台移动实现标定模版的 制作，每一次精密移动平台移动的位移与目标物的设计形式和大小有关。而目标 物上的标记是通过光刻技术制作在晶圆表面上的，方便灵活，避免了使用高成本 的标准模版。采用这种方法可为光刻装置的CCD相机进行简单方便的平面标定， 从而可以对光学定位检测系统中投影镜头产生的畸变进行实时矫正，实现对晶圆 上已有图形的实时对位检测。
图la为晶圆上制作的定位标记示意图，图lb为平台移动和CCD视场内标 记位置对应的示意图。
图2为CCD相机视场内精密移动平台的示意图。
图3为精密移动平台移动定位标记对应的真实位置和CCD相机采集的图像，其中
图3a为精密移动平台移动定位标记对应的真实位置，图3b为CCD相机采 集的精密移动平台移动定位标记的图像。
图4为整体装置示意图。
图5为改变晶圆平面俯仰的局部示意图。
具体实施例方式
一种微观成像系统的标定方法，其步骤为
(1) 准备二维的精密移动平台10，精密移动平台IO上设有可调整高度的 垫片，晶圆ll放置在垫片上，在精密移动平台IO外设有成像系统。所述成像系
统包括光源1，所述光源1发出的光经过光学集光系统2后入射至反射镜3，并 被反射镜3反射至光学波长分束器6，所述光学波长分束器6反射光经过安装在 转盘9上的透镜或透镜组5后，投射至精密移动平台上的晶圆11，晶圆ll上的 反射光经过光学波长分束器6透射后被分束器12分成两路。分束器12的一路反 射光投射至对位对焦系统7，并由对位对焦系统7将信号传输至计算机系统； 分束器12的另一路透射光经透镜或透镜组4透射至CCD相机8中，并由CCD 相机8将信号传输至计算机；
(2) 在晶圆上制作特定的定位标记，所述定位标记即为图像中进行信息提 取的参考点，再将晶圆置于二维精密移动平台的垫片上；
(3) 调节精密移动平台，将定位标记调到CCD相机视场内的一个特定位置， 同时测量定位标记所对应的空间物理坐标；
(4) 使用CCD相机对视场内的定位标记进行图像采集，得到对应此时位置 坐标的定位标记图像；
(5) 保持CCD相机固定不动，控制精密移动平台使其移动，定位标记移动 到CCD相机视场内下一个特定的位置，然后重复步骤(3)和(4) n次；通过 控制精密移动平台沿着某一方向移动一定距离，晶圆将随着平台移动相同的距 离，在CCD相机视场内的定位标记在参考物面上也将移动相同距离；精密移动 平台每移动一个位置，CCD相机就进行一次图像的采集，精密移动平台移动n 次，共有n幅采集图片；
(6) 利用歩骤(4)和(5)所采集得到的n幅图片得到对应CCD相机视场内n个位置的物理坐标和相应的图像坐标，相当于得到一幅完整的包含n个定位 标记的图像，最初的平台移动造成的定位标记移动使得在CCD视场内包含有n 个不同位置的定位标记，分别提取所述n个标记的图像位置和其定位标记对应的 真实物理坐标，即完成某一个角度参考物面的图像采集，得到标定模版；
(7) 调节晶圆下方的垫片，改变晶圆面和CCD相机之间的角度，再依次重 复步骤(3)、 (4)、 (5)和(6) m次，得到m幅不同角度的图像；
(8) 利用步骤(7)所得到的m幅不同角度的含有n个定位标记的图像信 息，采用相机标定的方法，利用图像中定位标记的真实物理坐标和其对应的二维 坐标，求解得到成像系统的内外方位元素，完成成像系统的标定，进而得到元素 在CCD相机采集的图像中位置和其对应的真实的物理位置，完成光学系统内外 方位参数的确定和系统畸变的矫正。
标定模版的制作利用精密移动平台的移动来实现，移动的次数取决于CCD 相机视场的大小以及平台每次移动的步进间隔。
晶圆上制作的定位标记为中国专利申请200720044397X公开的一种对准标 记结构，采用光刻技术在晶圆上制作而成。
在光刻系统中，采用CCD相机对系统对焦和对准系统进行图像采集。由于 投影系统和相机镜头会产生畸变，导致相机采集的图像相对于实际的参考物面会 存在失真，见图3。本发明所介绍的相机标定方法就是针对这种失真或者其他微 小视场的图像采集而进行的矫正。
精密移动平台移动的步进和方向控制
见图2，结合CCD相机视场的大小，确定定位标记移动的歩进和方向，形 成与CCD相机视场相适应的参考物面。
通过控制精密移动平台沿着某一方向移动距离L，晶圆将随着精密移动平台 移动距离L，在CCD相机视场内定位标记在参考物面上也将移动某一特定距离 L，见图la，利用光刻技术在晶圆上制作相应的定位标记，此即为图像中进行信 息提取的参考点。晶圆移动和CCD相机视场内定位标记形成的图像对应关系见 图lb。
图像的拍摄和采集-
利用精密移动平台的移动使定位标记的位置做微观量级(亚微米)的改变，其中位置坐标参数可以精确控制。精密移动平台每移动一个位置，CCD相机就 进行一次图像的釆集。在精密移动平台移动了n次后，共有n幅采集图片。在这 n幅图像的采集过程中，CCD相机保持固定不动。利用上面采集的n幅图片得到 对应CCD相机视场内n个位置的物理坐标和相应的图像坐标，相当于得到一幅 完整的包含n个定位标记的图像，那么原来的精密移动平台移动造成的定位标记 移动此时就使得在CCD相机视场内包含有n个不同位置的定位标记。分别提取 这n个标记的图像位置和这些定位标记对应的真实物理坐标，从而完成了某一个 角度参考物面的图像采集。移动的步进越小，同一个CCD相机视场内定位标记 需要移动的次数越多，得到的标记采集点信息越多，可以提高标定的精度和可靠 性，见图3a，在距离L中其实还进行了更小步进的扫描，相应的位置处的数据 可以用来模拟光学系统和相机导致的光学畸变，见图3b。
对于相机的自定标方法，需要进行不同拍摄角度的图像采集，可以通过移动 参考物面来实现，且不需要知道参考物面的具体移动信息。在本发明装置中，这 一点的实现就变得很简单。在晶圆和平台之间加一垫片，通过对垫片进行相应的 调节，晶圆平面相对于CCD相机就发生了改变。然后再按照前面的步骤进行步 进控制，经过相同的图像采集、处理，最终可以得到不同角度的图像。同样对应 每一幅图片都有定位标记的图像坐标和真实的物理坐标。
微观光学成像系统的畸变矫正
图像采集的过程和方法已经在第二部分介绍完毕。根据文章"Zhengyou Zhang, a flexible new technique for camera calibration, IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 22(11)， 1330-1334, 2000"提供的相机标定方法， 利用图像中定位标记的真实物理坐标和其对应的二维坐标，求解得到成像系统的 内外方位元素，完成成像系统的标定，就可以得到元素在CCD相机采集的图像 中位置和其对应的真实的物理位置，从而可以实现对由于镜头畸变和光学集光系 统等因素所带来的系统失真进行矫正和补偿，见图4。从装置图中明显看到，CCD 相机镜头前面还有透镜或透镜组，分束器等光学元件，因而成像畸变也包含了这 些光学元件的成分，因而上述方法完成的是对投影成像系统的标定。
权利要求
1、一种微观成像系统的标定方法，其特征在于包括以下步骤(1)准备二维的精密移动平台，精密移动平台上设有可调整高度的垫片，在精密移动平台外设有CCD相机；(2)在晶圆上制作特定的定位标记，所述定位标记即为图像中进行信息提取的参考点，再将晶圆置于二维精密移动平台的垫片上；(3)调节精密移动平台，将定位标记调到CCD相机视场内的一个特定位置，同时测量定位标记所对应的空间物理坐标；(4)使用CCD相机对视场内的定位标记进行图像采集，得到对应此时位置坐标的定位标记图像；(5)保持CCD相机固定不动，控制精密移动平台做二维移动，使得定位标记移动到CCD相机视场内下一个特定的位置，然后重复步骤(3)和(4)n次；(6)利用第(5)步采集的n幅定位标记图像，得到对应CCD相机视场内n个定位标记位置的空间物理坐标和相应的定位标记图像坐标，相当于得到一幅完整的包含n个定位标记的图像；(7)调节晶圆下面的垫片高度，改变晶圆面和CCD相机之间的角度，重复步骤(3)、(4)、(5)和(6)m次，得到m幅不同角度的图像；(8)利用步骤(7)所得到的m幅不同角度的含有n个定位标记的图像信息，采用相机标定的方法，利用定位标记的空间物理坐标和其对应的定位标记图像坐标，求解得到成像系统的内外方位元素，进而得到定位标记在CCD相机采集的图像中位置和其对应的真实的物理位置，完成光学系统内外方位参数的确定和系统畸变的矫正。
2、 根据权利要求书1所述的一种微观成像系统的标定方法，其特征在于 所述标定模板是利用精密移动平台的移动来实现，移动的次数取决于CCD相机 视场的大小以及平台每次移动的步进间隔。
3、 根据权利要求书2所述的一种微观成像系统的标定方法，其特征是所 述品圆上制作的定位标记为中国专利申请200720044397X公开的一种对准标记 结构，采用光刻技术在晶圆上制作而成。
4、 根据权利要求书1所述的一种微观成像系统的标定方法，其特征在于所述的CCD相机的入光口处设有成像系统，所述的成像系统包括光源，所述光 源发出的光经过光学集光系统后入射至反射镜，并被反射镜反射至光学波长分束 器，所述光学波长分束器的反射光经过透镜或透镜组后投射至晶圆上。晶圆的反 射光再经过光学波长分束器透射后被分束器分成两路。所述的分束器将入射来的 光反射和透射，反射的光被反射至对位对焦系统，并由对位对焦系统将信号传 输至计算机系统，透射的光经过透镜或透镜组后入射至CCD相机，并由CCD 相机将信号传输至计算机。
全文摘要
本发明涉及微观领域光学系统畸变矫正技术，具体做法是通过对CCD相机成像系统进行微观视场(亚微米量级)的标定来实现的。现有的各种相机标定方法需要制备高精度的标准系统定标模版，但是一般情况下这种模版成本高，对材料本身的特性要求也高，且用于小视场的标定模版的制作精度要求更高，成本则更高。本发明采用了一种灵活的“制版”技术，在晶圆上制作一个定位标记，将晶圆置于高精准的平台上，并对平台的移动进行精确控制，形成一个亚微米级的活动标定模版。通过对CCD视场进行图像采集，配合适当的标定算法，实现成像系统的标定。
文档编号G03F7/20GK101576715SQ20091011711
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者卢云君, 辉 李, 李显杰 申请人:芯硕半导体(中国)有限公司