本发明涉及光刻设备的远心度测量装置，尤其是能实现远心度测量装置中小孔和CCD的对准。
背景技术：
光刻技术是集成电路制造的关键步骤，它将金属互联线、接触孔、半导体器件、隔离槽等电路结构精确复制到光刻胶上，然后通过蚀刻等方法在硅片上得到高度集成的电路。光学曝光光刻，由于具有成本低、分辨率高、设备简单、操作方便等优点而获得极大发展。目前，常见的光学曝光光刻主要包括：接触式光刻、接近式光刻、光学投影光刻、激光干涉光刻等。光学投影光刻由于同时具备了接触式光刻的高分辨率和接近式光刻对掩模板保护的优点成为了目前集成电路生产的主流技术。它的基本原理是利用光学投影将掩模板上的集成电路图形以分布重复地曝光方式将高分辨率的图形转移到涂胶硅片上。由于远心光路具有减少投影系统的杂光、消除视差等优点，为了满足高分辨率的要求光刻机的透镜系统通常被设计成物方远心光路和像方远心光路。光学系统中衡量远心光路优劣的参数是远心度（Telecentricity），它被定义为光路中实际主光线与理想主光线之间的夹角。一般情况下，在光学投影曝光光刻中远心度越小表明系统的远心光路设计的越好。过大的远心度将会导致H-V bias效应以及照明系统光瞳像在投影物镜光瞳平面的离轴或者偏离，因此准确测量光刻系统中的远心度具有重要意义。
目前，公知的远心度测量方法是利用小孔成像的原理，它是将CCD置于一密封好的罩子中，在罩子上开一个通光小孔，此小孔能够对光刻机照明系统的光瞳成像。测量过程如下：首先将该测量装置移动到远心度为零的位置，在CCD上可以得到光瞳的像，记此时的图像重心为G0(x0, y0)。然后，移动测量装置到待测位置，记此时光瞳像的重心为G1(x1, y1)。根据远心度的定义，利用G0和G1两点的坐标、小孔到CCD的距离，我们可以计算出远心度。但是，在将小孔移动到远心度为零的位置时，测量装置的光轴和照明系统的光轴通常不在一条直线上，我们很难保证两者的重合。那么远心度为零处的图像重心G(x0, y0)和小孔在CCD上的投影位置不在同一点，这会造成远心度计算的误差。此外，由于两光轴的不重合性无法调整，在测量光场其他位置时无法准确获取待测点光瞳像的重心G1(x1, y1)。另一方面，CCD在放置的过程中很难做到水平放置，通常存在一定的倾斜，这会造成光瞳像的重心G1(x1, y1)在CCD上产生偏移，最终造成远心度测量误差，但现有的测量装置无法发现以及调整这种倾斜。
技术实现要素：
为了克服现有远心度测量装置不能实现自身光轴和照明系统光轴的重合，以及无法调整CCD倾斜所造成的远心度测量误差，本发明提供了一种小孔和CCD对准的方法，通过该方法能够在测量的过程中保证远心度测量装置自身光轴和照明系统光轴的对准，同时实现CCD的水平放置，从而减小远心度的测量误差。
为实现这样的目的，本发明采用的是下述技术方案：
CCD是否水平放置不仅会造成光瞳像在CCD上的偏移，同时是实现小孔和CCD对准的基础，为此首先需要进行CCD是否水平放置位置的判断及水平放置的调整。采用的方法如下：将CCD放置在一电动旋转平台上，电动旋转平台下部有三个旋钮，它们可以对放置在上面的物体进行形态调整，实现水平放置。利用一束激光照射平面镜，平面镜将一光线经小孔投射到CCD的表面形成一像点。当该平台旋转时，会带动CCD旋转，这样激光将成像在CCD的不同位置，通过这些像点之间的关系，我们可以判断CCD是否水平放置。如果没有水平放置，调整位于旋转平台下的旋钮，使其水平放置。CCD水平放置后，再次启动电动旋转平台，这些像点在同一个圆上，并且这个圆的圆心就是CCD的旋转中心。为了确定小孔的投影位置，旋转平面镜，此像点的位置将发生变化。两次旋转平面镜，可以得到三个像点。这三个像点在一条直线上，通过小孔和三个像点的几何关系可以求出小孔的投影位置。为了实现小孔和CCD的对准，即让小孔的投影位置和CCD的旋转中心重合，需要将旋转平台放置在一个手动X-Y位移平台上，此平台能够对放置在它上面的物体精细移动，从而实现小孔和CCD的对准。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1本发明能提高远心度测量精度，消除由于小孔和CCD不对准造成的误差，满足光刻系统的精密性要求。
2. 本发明能够发现是否水平放置，并能够通过电控旋转平台上的旋钮实现CCD的水平放置，可以减小远心度测量误差。
3.本发明操作简便，只需操作平面镜、电控旋转平台、X-Y位移平台即可实现对准。
4.本发明原理简单。利用小孔、CCD中心和激光像点之间的几何关系就可以实现CCD水平放置的调整以及小孔和CCD的对准。
附图说明
图1传统远心度测量装置示意图。
图2本发明的测量装置示意图。
图3 倾斜平面和圆锥相交的性质示意图。
图4小孔投影位置测量示意图。
图5 CCD中心测量示意图。
具体实施方式
下面结合附图、工作原理及实施方法对本发明作进一步详细说明。
传统远心度测量装置如图1所示，CCD通过自带的USB借口实现和计算机的通信，将采集到的图像传递给计算机，计算机经过图像处理能计算出该图像的重心，从而求出远心度。本发明是在传统测量装置经如下改进而来的，首先在小孔的上部安装一台激光器和平面反射镜，在CCD的下部安装一部电控旋转台和X-Y手动微移平台，这样便得到了能够实现小孔和CCD对准的远心度测量装置（图2）。
当CCD未水平放置时，旋转CCD一圈激光像点在CCD上的轨迹将是一个椭圆，这可以用图3来说明。在图3中oz轴是电控旋转平台的旋转轴，圆锥则是CCD在不同的位置旋转时激光像点的轨迹集合，是锥顶半角的余角。平面Pyz是CCD平面，是CCD的倾斜角度。那么圆锥面的方程可以用下式来表示:
(1)
设,在平面内建立新坐标,那么新旧坐标的关系为:
(2)
将(2)式带入(1)式取等于0即得CCD平面和圆锥的交线轨迹：
(3)
通常，可以化为标准形式得
(4)
(4)式表示椭圆的长轴半径为，短轴半径为，并且椭圆的中心位于（，0）。可以通过旋转三次的办法求解出椭圆的以上三个参量，但是由于未知，所以求解不出CCD的倾斜角度。由于椭圆中心的纵坐标为0，这表明椭圆的长轴在，即椭圆的长轴和CCD的倾斜方向同线，因此利用这个性质来调整CCD使其水平放置。具体实施办法如下，首先需要求出椭圆的中心位置，开启激光器，调整反射镜使激光的像点在CCD上的位置合适(即让像点离CCD的中心较近，防止旋转时激光像点不落在CCD上)。开启电动旋转平台，旋转CCD一周，每隔30°记录记录一个激光像点的位置，这样我们便可以得到12个位置(30°、60°……360°)的坐标。根据椭圆的性质，角度相差180°的两个点的中点即是椭圆的中心，因此利用这十二个位置坐标我们共可以得到6个中心坐标，考虑到实际测量中的误差，取这6个中心坐标的平均值作为椭圆的中心位置。然后，以电动旋转平台的最小步进量旋转CCD，不断采集激光像点在CCD上的位置坐标，计算出它到椭圆中心的距离，离椭圆中心最近两个点的连线即是椭圆的短轴，离椭圆中心最远两个点的连线即是椭圆的长轴。根据长轴在CCD上的位置，通过调节旋转平台的旋钮来调整CCD在旋转平台上的放置形态以达到水平放置。一般情况下不可能一次性就将CCD调整为水平，调整后需要再次测量椭圆的长轴和短轴，直到椭圆的长轴和短轴相等时才认为CCD已经水平放置。
确定小孔投影位置的方法如图3所示，具体实施过程如下：开启激光器，调整反射镜使激光的光线一经小孔投射于a(xa, ya)点处。如果让反射镜旋转一个角度，光线二经小孔成像于b(xb, yb)点。根据反射性质ao和bo两点之间的夹角为2。可以标定出小孔和CCD之间的距离z。假设o点在CCD表面的投影点的坐标为c(xc, yc)，那么根据几何关系我们可以建立如下的等式：
(1)
(2)
(3)
把(1)和(2)代入(3)得：
(4)
如果把a(xa, ya)、b(xb, yb)、c(xc, yc)、z代入方程(4)中，那么在方程(4)中将只有xc，yc为未知数。如果再次旋转反射镜，用同样的方法可以求出光线三经小孔在CCD表面所成的点为d(xd, yd)，那么
(5)
同样在方程(5)中只有xc、yc为未知数。(4)式和(5)式构成一个二元二次方程，可以求解出xc和yc的坐标值，这样便得到了小孔的投影位置。
确定CCD旋转中心的原理如图4所示，具体过程如下：开启激光器，调整反射镜使光线四投射在CCD的表面上的点e(xe, ye)。启动电动旋转平台，通过计算机控制旋转平台逆时针旋转九十度，这将带动CCD往相同的方向旋转九十度。由于相对运动，激光的像点在CCD上的位置会顺时针旋转九十度，记此时的位置为f(xf, yf)。再次顺时针转动旋转平台九十度，可以得到光线四在CCD上的投影点g(xg, yg)。根据几何关系可以知道，这三个点在这个圆q(xq, yq)上，并且圆心q就是CCD的旋转中心。假设半径为r，则可以建立如下等式：
(6)
(7)
(8)
这是一个三元二次方程，可以非常容易的求出xq、yq、r的值，这样就得到了CCD中心的坐标值。
小孔和CCD对准的过程是如下进行的，根据c(xc, yc)和q(xq, yq)两点的坐标，可以计算出两者的在x方向上和y方向上的相对位置，根据这个相对位置，利用手动X-Y微移平台精细地移动电控旋转平台和CCD，使q点和c点重合。通常没有办法一次完成小孔和CCD的对准。因此完成移动后需要再次进行小孔投影位置以及CCD旋转中心的求解，然后根据求解结果微调，从而达到二者的完全重合。
在实际的远心度测量过程中，将该装置放置在远心度为0的位置处，如果此时的光瞳重心没有落在CCD的旋转中心上面，则表明测量装置的光轴和光刻系统的光轴没有完全对准，需要进行调整。在测量光场其他位置时，旋转CCD求出CCD的旋转中心，如果此中心和小孔的投影位置不同则说明了在测量的过程中CCD发生了倾斜或则移动，应该对CCD放置的形态进行调整。通过以上方法可以有效地减小远心度测量误差。