一种光刻设备曝光一致性的标定补偿方法及系统与流程

本发明涉及光刻设备曝光技术领域，尤其涉及一种光刻设备曝光一致性的标定补偿方法及系统。

背景技术：

在生产晶片时，需要进行光刻将光刻版上的图形转印到晶圆上。每次转印的图形在晶圆上占据一块区域，经过多次转印可以在晶圆上形成具有相同图形的多个区域，然后将晶圆按照区域进行分割即可得到具有相同功能的多个晶片。

随着半导体行业及自动化技术的发展，光刻设备自动线式生产成为当前半导体生产行业的主流，而自动线设备总是伴随着多台机器同时运作，须曝光在晶圆上的图形规格(形状、角度等)基本一致。

然而因为现实中的机台重量重、体积大，在进行安装微调后，因人为、机台硬件限制等因素影响，导致晶圆机械手将晶圆运送至不同的机台后有着一定的角度和位置偏差。若采用调整机械手臂的放片位置等，则会出现在不同机台的晶圆曝光图形有着角度偏差和位置偏差，规格不一，曝光产品的质量及后续套刻对位带来了很大的影响。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种光刻设备曝光一致性的标定补偿方法及系统，满足了在自动线中曝光图形规格一致性的需求。

本发明提出的一种光刻设备曝光一致性的标定补偿方法，包括以下步骤：将光刻设备生产线中的一台光刻设备作为基准机台，其余光刻设备作为待校准的标定机台；

校准标定机台与基准机台之间的曝光机差，得到标定机台与基准机台之间的曝光补偿参数；

标定机台以所述基准机台为基准，通过曝光补偿参数校准标定机台与基准机台的曝光一致性。

进一步地，所述通过曝光补偿参数校准标定机台与基准机台的曝光一致性，包括以下步骤：

根据所述标定机台与所述基准机台之间的曝光补偿参数，对该标定机台所需处理的gds图形进行矢量运算，得到新的图形数据；

将新的图形数据作为该标定机台的曝光数据，供该标定机台曝光使用。

进一步地，所述校准标定机台与基准机台之间的曝光机差，得到标定机台与基准机台之间的曝光补偿参数，包括如下步骤：

在所述基准机台上通过图像处理算法曝光多个设置于晶圆上的mark图形，曝光显影后的晶圆作为基准片；

通过所述基准机台测量基准片上的mark图形在基准机台坐标系中的坐标(x0i,y0i)；

通过晶圆机械手将基准片搬运至所述标定机台上，通过所述标定机台测量基准片上的mark图形在标定机台坐标系中的坐标(xmi,ymi)；

基于刚性变换公式对坐标(x0i,y0i)和(xmi,ymi)计算，得到所述曝光补偿参数。

进一步地，所述曝光补偿参数为(tx，ty，α)，其中tx为x方向的平移分量，ty为y方向的平移分量，α为旋转角度。

进一步地，所述多个设置于晶圆上的mark图形为5个mark图形，5个mark图形按上下左右中均匀分布于晶圆上。

进一步地，所述晶圆机械手的取放基准片的位置重复性均在100nm以内，所述晶圆机械手的取放基准片的角度重复性均在0.001度。

进一步地，所述将光刻设备生产线中的一台光刻设备作为基准机台，其余光刻设备作为待校准的标定机台之前，还包括：对所述基准机台与所述标定机台进行系统校准，定位平台通过平移、旋转参数的补偿校准其位置精度和曝光图形正确性。

进一步地，一种光刻设备曝光一致性的标定补偿系统，包括选取模块、校准模块和曝光补偿模块；

所述选取模块，用于选取设定光刻设备生产线中的一台光刻设备作为基准机台，其余光刻设备作为待校准的标定机台；

所述校准模块，用于校准标定机台与基准机台之间的曝光机差，得到标定机台与基准机台之间的曝光补偿参数；

所述曝光补偿模块通过曝光补偿参数校准标定机台与基准机台的曝光一致性。

进一步地，所述曝光补偿模块包括矢量运算模块和标定模块；

所述矢量运算模块用于根据所述标定机台与所述基准机台之间的曝光补偿参数，对该标定机台所需处理的gds图形进行矢量运算，得到新的图形数据；

所述标定模块，用于将矢量运算模块得到的新的图形数据作为该标定机台的曝光数据，供该标定机台曝光使用。

进一步地，所述校准模块包括基准模块、坐标模块和刚性变换模块；

所述基准模块，用于在所述基准机台上通过图像处理算法曝光多个设置于晶圆上的mark图形，曝光显影后的晶圆作为基准片；

所述坐标模块，用于通过所述基准机台测量基准片上的mark图形在基准机台坐标系中的坐标(x0i,y0i)，通过所述标定机台测量基准片上的mark图形在标定机台坐标系中的坐标(xmi,ymi)；

所述刚性变换模块，用于对坐标(x0i,y0i)和(xmi,ymi)计算，得到所述曝光补偿参数。

本发明提供的一种光刻设备曝光一致性的标定补偿方法及系统的优点在于：本发明结构中提供的一种光刻设备曝光一致性的标定补偿方法及系统，标定机台以基准机台为基准进行曝光一致性调节，避免传统曝光时，机台调整的随意性，所导致的曝光不一致的缺陷；根据所述标定机台与所述基准机台之间的曝光补偿参数，对该标定机台所需处理的gds图形进行矢量运算，得到新的图形数据，通过新的图形数据供该标定机台曝光使用，通过曝光补偿参数调整曝光相关参数的方式，不仅提高了光刻设备的曝光一致性，而且提高了曝光效率。通过相应的标定补偿系统来实现上述标定补偿方法，提高了光刻设备曝光趋于自动化、智能化，通过系统间模块的信息数据的传递，控制相应的执行机构进行执行，进而提高了光刻设备相应的机械化程度。

附图说明

图1为本发明的光刻设备曝光一致性的标定补偿方法步骤示意图；

图2为本发明的光刻设备曝光一致性的标定补偿方法的步骤s2的细分步骤示意图；

图3为本发明的光刻设备曝光一致性的标定补偿方法的结构示意图。

图4为本发明的光刻设备曝光一致性的标定补偿系统示意图；

其中，1、选取模块，2、校准模块，3、曝光补偿模块，21、基准模块，22、坐标模块，23、刚性变换模块，31、矢量运算模块，32、标定模块。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

参照图1，本发明提出的一种光刻设备曝光一致性的标定补偿方法，包括以下步骤：

s1：将光刻设备生产线中的一台光刻设备作为基准机台，其余光刻设备作为待校准的标定机台；

选定基准机台，其他标定机台以基准机台为基础进行相应的调整，使得基准数据具有一致性，基准机台相应的系统调整误差，其他标定机台也做相应的调整，使得机台曝光一致性，避免传统曝光时，机台调整的随意性，机台的系统误差所造成的相应调整误差。

所述将光刻设备生产线中的一台光刻设备作为基准机台，其余光刻设备作为待校准的标定机台之前，对所述基准机台与所述标定机台进行系统校准，定位平台通过平移、旋转参数的补偿校准其位置精度和曝光图形正确性，使用前通过系统校准和相应的补偿，提高了相应机台使用时的准确性，避免了因机台本身的误差造成相应机台使用时的校准误差。

s2：校准标定机台与基准机台之间的曝光机差，得到标定机台与基准机台之间的曝光补偿参数；

由于晶圆通过晶圆机械手放置于从基准机台运送到标定机台后有着一定的角度和位置偏差，因此曝光时，校准标定机台与基准机台之间存在曝光机差，如果曝光机差不消除，则曝光出的图形有着角度偏差和位置偏差，规格不一，造成曝光产品质量较差。因此通过软件中曝光补偿参数及矢量图形处理技术来补偿曝光机差，实现曝光图形的一致性。

s3：标定机台以所述基准机台为基准，通过曝光补偿参数校准标定机台与基准机台的曝光一致性；

根据所述标定机台与所述基准机台之间的曝光补偿参数，对该标定机台所需处理的gds图形进行矢量运算，得到新的图形数据；将新的图形数据作为该标定机台的曝光数据，供该标定机台曝光使用。实现标定机台与基准机台曝光一致性。

如图2所示，对步骤s2的细分，所述校准标定机台与基准机台之间的曝光机差，得到标定机台与基准机台之间的曝光补偿参数，包括如下步骤：

s21：在所述基准机台上通过图像处理算法曝光多个设置于晶圆上的mark图形，曝光显影后的晶圆作为基准片；

基准机台上自带的图像识别系统，对晶圆上的mark图形进行识别，并通过图像处理算法处理识别后的晶圆。

所述多个设置于晶圆上的mark图形为5个mark图形，5个mark图形按上下左右中均匀分布于晶圆上。mark图形具有较明显的特征和位置依据，较明显的特征为横竖线且中心对称的图形，位置依据是多个mark点所构成的图形为规则的图形。

s22：通过所述基准机台测量基准片上的mark图形在基准机台坐标系中的坐标(x0i,y0i)；

基准机台上设有坐标系，当晶圆放置于基准机台上后，mark图形通过该坐标系具有一坐标，该坐标即为(x0i,y0i)。

s23：通过晶圆机械手将基准片搬运至所述标定机台上，通过所述标定机台测量基准片上的mark图形在标定机台坐标系中的坐标(xmi,ymi)；

标定机台上设有坐标系，基准片搬运至标定机台上后，mark图形通过该坐标系具有一坐标，该坐标即为(xmi,ymi)。

所述晶圆机械手的取放基准片的位置重复性均在100nm以内，所述晶圆机械手的取放基准片的角度重复性均在0.001度；保证了晶圆机械手放置基准片的准确性，使得标定机台通过基准片校准的准确性，进一步实现了光刻设备生产线曝光一致性。

s24：基于刚性变换公式对坐标(x0i,y0i)和(xmi,ymi)计算，得到所述曝光补偿参数，此曝光补偿参数为本发明标定补偿中最佳的曝光补偿参数，实现较佳的机台曝光一致性；

所述曝光补偿参数为(tx，ty，α)，其中tx为步进轴x正方向的平移分量，ty为扫描轴y正方向的平移分量，α为旋转角度。

刚性变换公式为基于最小二乘的刚性变换公式，刚性变换公式为：

将通过刚性变换公式所得到的曝光补偿参数添加到标定机台中，后续标定机台对图形曝光时，首先采用补偿参数对需处理的gds图形重新进行矢量运算，然后再将新的gds图形作为曝光数据，供该标定机台曝光使用，实现标定机台与基准机台曝光一致性。

以(x0i,y0i)为基准，通过以下刚性变换公式校准(xmi,ymi)，即(xmi,ymi)相对于(x0i,y0i)的位置偏移，使得使用标定机台和基准机台曝光时，曝光是一致的。通过以上标定补偿方法调节相应机台以实现曝光一致性，并通过曝光补偿参数进行相应的图形参数进行调整，不仅提高了光刻设备生产线中的曝光质量，而且由于图形矢量运算效率快，精度高，提高了光刻设备生产线中的曝光效率。

如图4所示，本发明还提供一种光刻设备曝光一致性的标定补偿系统，包括选取模块1、校准模块2和曝光补偿模块3；

所述选取模块1，用于选取设定光刻设备生产线中的一台光刻设备作为基准机台，其余光刻设备作为待校准的标定机台；

所述校准模块2，用于校准标定机台与基准机台之间的曝光机差，得到标定机台与基准机台之间的曝光补偿参数；

所述曝光补偿模块3通过曝光补偿参数校准标定机台与基准机台的曝光一致性。

所述曝光补偿模块3包括矢量运算模块31和标定模块32；

所述矢量运算模块31用于根据所述标定机台与所述基准机台之间的曝光补偿参数，对该标定机台所需处理的gds图形进行矢量运算，得到新的图形数据；

首先将获得的曝光补偿参数(tx，ty，α)，输入到中，矢量运算模块31将所需处理的gds图形通过曝光补偿参数补偿得到新的gds图形数据，新的gds图形数据作为标定模块32的图形曝光数据。

所述标定模块32，用于将矢量运算模块31得到的新的图形数据作为该标定机台的曝光数据，供该标定机台曝光使用。

所述校准模块2包括基准模块21、坐标模块22和刚性变换模块23；

所述基准模块21，用于在所述基准机台上通过图像处理算法曝光多个设置于晶圆上的mark图形，曝光显影后的晶圆作为基准片；

所述坐标模块22，用于通过所述基准机台测量基准片上的mark图形在基准机台坐标系中的坐标(x0i,y0i)，通过所述标定机台测量基准片上的mark图形在标定机台坐标系中的坐标(xmi,ymi)；

所述刚性变换模块23，用于对坐标(x0i,y0i)和(xmi,ymi)计算，得到所述曝光补偿参数。

如图3所示，所述光刻设备为多个高精密无掩模光刻设备，每个高精密无掩模光刻设备包括定位平台、成像光路、对准光路，ccd相机、电控模块、主控机，还包括数据处理服务器；数据处理服务器与定位平台之间安装有光学集光系统；

成像光路与对准光路均位于定位平台的上端，成像光路与对准光路分别用来在基板上显示图形，分束器的反射光再经反射镜进入ccd相机。

电控模块主要用来提供各模块的电源及给ccd相机提供照明控制。定位平台、电控模块及数据处理服务器、ccd相机均外接到主控机进行实时信息交互。

在机台使用之前对机台进行相应的系统校准，定位平台通过平移、旋转参数的补偿校准其位置精度和曝光图形正确性。

将晶圆放置于定位平台上，定位平台载着晶圆通过电控模块驱动移动，光源发出的光经光学集光系统后入射至成像光路与对准光路，并被反射到分束器，进而经反射镜进入ccd相机，通过ccd相机采集晶圆上的图像信息，并输送到主控机中，进而实现定位平台控制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。