专利名称：一种制版光刻设备动态稳定性测量方法
技术领域：
本发明属于制版光刻技术领域，具体涉及一种用于制版光刻设备的动态稳定性测
量方法。
背景技术：
光刻技术用于在衬底表面上印刷具有特征的构图，所述衬底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掩模板。在光刻制版过程中，将掩模板放置在可精密移动的载物平台上，通过光刻设备中的曝光装置，将特征图形投射到掩模板表面的指定位置。为保证特征图形能够精确地投射到指定位置，需要满足以下两个条件首先需要掩模板所在的载物平台满足一定的定位精度；再者需要整个光刻系统稳定可靠。衡量光刻系统的稳定性，通常分为动态和静态两个方面。动态稳定性是衡量在正常工作状态下，根据光刻工艺的需要，掩模板所在的载物平台等运动部件要发生运动，此时系统受外力、运动部件惯性力、定位系统重复性等动态因素的影响而产生的位置偏移。静态稳定性是衡量在特定环境条件下，无运动部件惯性力和外力影响时，系统受环境温度、湿度、振动以及系统自身刚度等因素的影响而引起的位置漂移。为了保证曝光过程中整个光刻系统的稳定性，需要精确测量光刻系统的静态和动态偏移量，从而实现曝光特征图形投射位置的标定或补偿。所述光刻系统也即整个制版光刻设备的总和。传统的光刻系统的稳定性测量是采用高精密激光干涉仪，但这种测量方式不但成本高，而且测量装置的安装和调整难度大，测量精度受环境影响大，同时由于激光干涉仪自身也是发热元件，因此当激光干涉仪进行测量时会对光刻系统的稳定性产生额外的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种制版光刻设备动态稳定性测量方法，本方法充分利用制版光刻设备中的CCD相机，能够实现光刻系统动态稳定性的精确测量，测量精度高且测量过程简便。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于包含如下步骤1)、将掩模板固定在载物平台上，并在掩模板上制作P (P > 1)个定位标记；2)、将所述P个定位标记依次成像于制版光刻设备中的CXD相机视场内，并通过图像处理技术对定位标记进行处理和计算，以得出每一个定位标记的中心与CCD相机视场中心的偏移量，然后移动载物平台，使每一个定位标记的中心均移动至与CCD相机视场中心相重合，并依次记录与每一个定位标记中心相对应的当此定位标记中心与CCD相机视场中心重合时的载物平台的空间物理坐标；
3)、逐次地，以载物平台的每一个空间物理坐标为中心，使载物平台在CXD相机的视场内重复做移出和回位运动，也即先使载物平台自其空间物理坐标处向外移动一段距离，待载物平台停稳后，再使载物平台重新移动至其空间物理坐标处；每一次移出和回位运动结束，且当载物平台重新移动至其空间物理坐标处后，通过CCD相机采集定位标记的图像，并计算出与此空间物理坐标相对应的定位标记中心与CCD相机视场中心之间的中心偏移量，则对每一个定位标记中心均对应得到多个中心偏移量；4)、对每一个定位标记中心所对应的多个中心偏移量通过数理统计算法而计算出与该定位标记中心相对应的重复定位精度值，得到与P个定位标记的中心分别对应的重复定位精度值；5)、最后对P个重复定位精度值通过数理统计算法而计算得出此光刻系统的动态重复定位精度值。本制版光刻设备动态稳定性测量方法还可以通过以下方式得以进一步实现重复幻、4)步骤m次，最终对每一个定位标记均得到m个重复定位精度值，最后对PXm个重复定位精度值通过数理统计算法而计算得出此光刻系统的动态稳定性值。优选的，所述定位标记均勻地分布在掩模板上，则可以测量出与各个定位标记相对应的重复定位精度在整个工作平面内的分布状况。具体的，将掩模板的工作平面分别沿二维方向也即X方向和Y方向η等分，得到ηΧη个小方形区域，在每个小方形区域的顶角处加工出定位标记，最终得到均勻分布的η+1 行、η+1 列定位标记，且 P = (η+1) X (η+1)。进一步的，所述定位标记呈十字状，这种结构不但使得定位标记较为简单，易于实施，而且便于精确地计算出定位标记的几何中心位置。所述制版光刻设备包括曝光光源、光学集光系统、投影光学系统、镜头转换机构、光学定位检测系统以及对焦系统；所述对焦系统中的对焦光源所发出的光依次通过光学定位检测系统和投影光学系统中的光学器件后照射在掩模板上，光经过掩模板反射后再依次通过投影光学系统中的光学器件、光学定位检测系统的光学器件而出射至光学定位检测系统中的CCD相机视场内；在步骤幻中，移动载物平台而使选中的定位标记进入CCD相机视场内，再利用对焦技术，计算出CCD相机的焦平面位置，并驱动载物平台实现定位标记的对焦，也即实现所述定位标记成像于CXD相机视场内。进一步的，所述光学集光系统包括光学集光器和图形发生器，所述曝光光源与光学集光器对应；所述投影光学系统包括第一透镜或透镜组、第一分光棱镜、第二分光棱镜和至少两个投影镜头，所述第一透镜或透镜组和第一分光棱镜自上而下依次设置在图形发生器的下侧，第二分光棱镜设置在第一分光棱镜的旁侧，所述投影镜头设置在第二分光棱镜的下侧，且所述投影镜头设置在轮盘状的镜头转换机构上；所述光学定位检测系统包括自上而下设置的CCD相机、第二透镜或透镜组和第三分光棱镜，第二透镜或透镜组自上而下依次通过第三分光棱镜和第二分光棱镜与所述投影镜头对应；所述对焦系统设置在投影光学系统的旁侧。优选的，在步骤3)中，载物平台在以载物平台的空间物理坐标为圆心，以a为半径的限位圆内做移出和回位运动，且a小于或等于CCD相机的视场半径。进一步的，所述载物平台在限位圆内分别沿八个方向移出距离a，相邻两个方向之间的夹角角度为45°。本发明具有以下有益效果1)、本发明直接利用了制版光刻设备中的各种光学元器件以及掩模板所在的可精密移动的载物平台，不但实现了光刻系统动态稳定性的测量，而且测量精度高、易于装调， 同时也大大地降低了测量成本。2)、本发明不但可以实时测量出光刻系统的动态稳定性，还可以测量出载物平台的整个工作平面内的重复定位精度的分布状况，从而能为制版光刻设备的结构设计、系统分析以及标定提供一种有效地测试和验证手段。
图1是制版光刻设备的结构示意图。图2是定位标记在掩模板工作平面上的分布状态示意图。图3是限位圆的结构示意图。图中标记的含义如下1-曝光光源 2-光学集光器 3-图形发生器4-第一透镜或透镜组 5-第一分光棱镜 6-第二分光棱镜7-投影镜头 8-C⑶相机 9-第二透镜或透镜组10-第三分光棱镜 11-镜头转换机构 12-掩模板13-载物平台 14-对焦反射镜 15-对焦透镜或透镜组16-对焦光源 17-定位标记 18-限位圆
具体实施例方式如图1所示，所述制版光刻设备包括曝光光源1、光学集光系统、投影光学系统、镜头转换机构、光学定位检测系统以及对焦系统。所述光学集光系统包括光学集光器2和图形发生器3，所述曝光光源1与光学集光器2对应；所述投影光学系统包括第一透镜或透镜组4、第一分光棱镜5、第二分光棱镜6 和至少两个投影镜头7，所述第一透镜或透镜组4和第一分光棱镜5自上而下依次设置在图形发生器3的下侧，第二分光棱镜6设置在第一分光棱镜5的旁侧，所述投影镜头7设置在第二分光棱镜6的下侧，且所述投影镜头7设置在轮盘状的镜头转换机构11上；所述光学定位检测系统包括自上而下设置的CXD相机8、第二透镜或透镜组9和第三分光棱镜10，第二透镜或透镜组9通过自上而下依次通过第三分光棱镜10、第二分光棱镜6与所述投影镜头7对应；所述对焦系统设置在投影光学系统的旁侧。对焦系统包括自上而下设置的对焦光源16、对焦透镜或透镜组15和对焦反射镜 14。对焦系统中的光路与光学定位检测系统中的光路彼此平行。所述对焦系统中的对焦光源16所发出的光依次通过对焦透镜或透镜组15、对焦反射镜14后出射至光学定位检测系统中的第三分光棱镜10处，再被第三分光棱镜10反射后依次经过投影光学系统中的第二分光棱镜6和投影镜头7出射至掩模板12处；光经过掩模板12反射后，再依次通过投影光学系统中的投影镜头7和第二分光棱镜6以及光学定位检测系统中的第三分光棱镜10和第二透镜或透镜组9而出射至C⑶相机8的视场内。下面结合附图1 3对本发明的工作过程做进一步说明。1)、通过真空吸附技术将掩模板12固定在可精密移动的载物平台13上，并将掩模板12的工作平面分别沿X、Y方向η等分，得到nXn个小方形区域，在每个小方形区域的四个顶角处加工出特定的定位标记，得到(η+1)行、(η+1)列定位标记，如图1、2所示；其中所述特定的定位标记呈十字状；2)、通过水平移动载物平台13，将第1行第1列的定位标记移动至C⑶相机视场内；3)、利用对焦技术，计算出CCD相机的焦平面位置，并通过上下升降载物平台以实现第1行第1列定位标记的对焦；4)、利用图像处理技术，计算出第1行第1列定位标记中心与C⑶相机视场中心之间的中心偏移量，并通过水平移动载物平台，将第1行第1列定位标记的中心移动至与CCD 相机视场的中心相重合，同时记录此时载物平台的空间物理坐标(XlliY11)；5)、依步骤4)的方法，逐行逐列将每个定位标记移动至CXD相机视场内，并通过图像处理技术计算出与每一个定位标记中心相对应的中心偏移量，并通过水平移动载物平台将每一个定位标记中心移动至与CXD相机视场中心相重合，并记录每一个定位标记中心与 CXD相机视场中心相重合时的载物平台空间物理坐标(X12，Y12),…，(Xnn, Ynn), (X(n+1)(n+1), Y(n+lHn+1))；至此，完成了与每一个定位标记中心相对应的载物平台物理坐标的标定；6)、从第1行第1列定位标记开始，逐行逐列将载物平台13对应移动至空间物理坐标(x12, Y12)，…，(Xnn, Yj，(χ(η+1)(η+1), γ(η+1)(η+1))处；每至一个空间物理坐标(Xij, Yij) α 为与此点空间物理坐标相对应的定位标记所在的行号，j为与此点空间物理坐标相对应的定位标记所在的列号)时，以此空间物理坐标( ，Yu)处为圆心，在限位圆18中水平移动载物平台，并使载物平台分别沿0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°八个方向移出距离a，如图3所示，所述距离a即为限位圆18的半径，且a小于或等于CXD相机的视场半径；每次移出待载物平台13停稳后，再移动载物平台13使其回位至空间物理坐标 (XirYij)处，当载物平台13回位后，再通过CXD相机采集与此空间物理坐标(XiPYij)相对应的定位标记的图像，并计算出此定位标记中心与CCD相机视场中心之间的中心偏移量， 共得到八次测量的中心偏移量E⑶，Eij,,…，EU8，配合数理统计算法，计算出与此定位标记中心相对应的重复定位精度值Eij ；累计可测得与(η+1)行、(η+1)列定位标记中心分别对应的(η+1) X (η+1)个重复定位精度值；7)、利用步骤6)采集的(η+1) X (η+1)个点的重复定位精度值，配合数理统计算法，可统计出该光刻系统的动态重复定位精度值，从而实现对系统动态稳定性的精确测量。进一步的，还可以对光刻系统的动态稳定性做更为精准的测量，也即还可以进行下述两步操作8)、重复步骤6) m次，得到m组(η+1) X (η+1)个重复定位精度值；9)、利用步骤8)采集的m组(η+1) X (η+1)个点的重复定位精度值，配合数理统计算法，可统计出此光刻系统的动态稳定性值。
本发明充分利用制版光刻设备自身的对准成像系统，采用图像处理技术，精确测量光刻系统的动态稳定性，方法独特新颖，且简便可行。通过本方法，不仅可以简便快捷地测量出制版光刻设备中光刻物镜与掩模板的动态漂移量，以实时测量出光刻系统的动态稳定性，还可以测量出载物平台的重复定位精度在整个工作平面内的分布，从而为制版光刻设备的结构设计、系统分析与标定提供一种有效的测试和验证手段。
权利要求
1.一种制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于包含如下步骤1)、将掩模板固定在载物平台上，并在掩模板上制作P(P> 1)个定位标记；2)、将所述P个定位标记依次成像于制版光刻设备中的CXD相机视场内，并通过图像处理技术对定位标记进行处理和计算，以得出每一个定位标记的中心与CCD相机视场中心的偏移量，然后移动载物平台，使每一个定位标记的中心均移动至与CCD相机视场中心相重合，并依次记录与每一个定位标记中心相对应的当此定位标记中心与CCD相机视场中心重合时的载物平台的空间物理坐标；3)、逐次地，以载物平台的每一个空间物理坐标为中心，使载物平台在C⑶相机的视场内重复做移出和回位运动，也即先使载物平台自其空间物理坐标处向外移动一段距离，待载物平台停稳后，再使载物平台重新移动至其空间物理坐标处；每一次移出和回位运动结束，且当载物平台重新移动至其空间物理坐标处后，通过CCD相机采集定位标记的图像，并计算出与此空间物理坐标相对应的定位标记中心与CCD相机视场中心之间的中心偏移量，则对每一个定位标记中心均对应得到多个中心偏移量；4)、对每一个定位标记中心所对应的多个中心偏移量通过数理统计算法而计算出与该定位标记中心相对应的重复定位精度值，得到与P个定位标记的中心分别对应的重复定位精度值；5)、最后对P个重复定位精度值通过数理统计算法而计算得出此光刻系统的动态重复定位精度值。
2.根据权利要求1所述的制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于重复3)、4)步骤m次，最终对每一个定位标记均得到m个重复定位精度值，最后对PXm个重复定位精度值通过数理统计算法而计算得出此光刻系统的动态稳定性值。
3.根据权利要求1或2所述的制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于所述定位标记均勻地分布在掩模板上。
4.根据权利要求1或2所述的制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于所述制版光刻设备包括曝光光源、光学集光系统、投影光学系统、镜头转换机构、光学定位检测系统以及对焦系统；所述对焦系统中的对焦光源所发出的光依次通过光学定位检测系统和投影光学系统中的光学器件后照射在掩模板上，光经过掩模板反射后再依次通过投影光学系统中的光学器件、光学定位检测系统的光学器件而出射至光学定位检测系统中的CCD相机视场内；在步骤2)中，移动载物平台而使选中的定位标记进入CCD相机视场内，再利用对焦技术，计算出CCD相机的焦平面位置，并驱动载物平台实现定位标记的对焦，也即实现所述定位标记成像于CXD相机视场内。
5.根据权利要求3所述的制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于将掩模板的工作平面分别沿二维方向也即X方向和Y方向η等分，得到ηΧη个小方形区域，在每个小方形区域的顶角处加工出定位标记，最终得到均勻分布的η+1行、η+1列定位标记，且P =(η+1) X (η+1)。
6.根据权利要求4所述的制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于所述光学集光系统包括光学集光器和图形发生器，所述曝光光源与光学集光器对应；所述投影光学系统包括第一透镜或透镜组、第一分光棱镜、第二分光棱镜和至少两个投影镜头，所述第一透镜或透镜组和第一分光棱镜自上而下依次设置在图形发生器的下侧，第二分光棱镜设置在第一分光棱镜的旁侧，所述投影镜头设置在第二分光棱镜的下侧，且所述投影镜头设置在轮盘状的镜头转换机构上；所述光学定位检测系统包括自上而下设置的CCD相机、第二透镜或透镜组和第三分光棱镜，第二透镜或透镜组自上而下依次通过第三分光棱镜和第二分光棱镜与所述投影镜头对应；所述对焦系统设置在投影光学系统的旁侧。
7.根据权利要求1或2或3或5所述的制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于所述定位标记呈十字状。
8.根据权利要求1或2或3或5所述的制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于在步骤3)中，载物平台在以载物平台的空间物理坐标为圆心，以a为半径的限位圆内做移出和回位运动，且a小于或等于CCD相机的视场半径。
9.根据权利要求8所述的制版光刻设备动态稳定性测量方法，其特征在于所述载物平台在限位圆内分别沿八个方向移出距离a，相邻两个方向之间的夹角角度为45°。
全文摘要
本发明属于制版光刻技术领域，具体涉及一种用于制版光刻设备的动态稳定性测量方法。本方法将掩模板固定在平台上，并在掩模板上制作多个定位标记；然后依次记录每一个定位标记的中心与CCD相机视场中心重合时的平台坐标；再逐次以每一个坐标为中心，使平台做移出和回位运动，当载物平台回位后，计算出此定位标记中心与CCD相机视场中心之间的中心偏移量；重复多次则得到多个中心偏移量，对多个中心偏移量通过算法计算出与该定位标记中心相对应的重复定位精度值；则得到与多个定位标记中心分别对应的重复定位精度值；再对多个重复定位精度值计算出系统动态重复定位精度值。本发明测量精度高、易于装调，同时测量成本较低。
文档编号G03F1/44GK102566311SQ201210009238
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者方林 申请人:合肥芯硕半导体有限公司