專利名稱：一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用精密移動平臺的移動實(shí)現(xiàn)的一 種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
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基片。經(jīng)常使用的基片為半導(dǎo)體 晶圓或玻璃基片。
在光刻過程中，晶圓放置在晶圓臺上，通過處在光刻設(shè)備內(nèi)的曝光裝置，將
特征構(gòu)圖投射到晶圓表面。為在晶圓上制造器件，需要多個分劃板。由于特征尺
寸的減少以及對于較小特征尺寸的精確公差的原因，這些分劃板對于生產(chǎn)而言成
本很高，耗時很長，從而使利用分劃板的傳統(tǒng)晶圓光刻制造成本越來越高，非常 曰蟲
卬貝O
無掩膜(如直接寫或數(shù)字式等)光刻系統(tǒng)相對于使用査分劃板的方法，在光
刻方面提供了許多益處。無掩膜系統(tǒng)使用空間圖形發(fā)生器(SLM)來代替分劃板。 無掩膜光刻系統(tǒng)主要采用的是以下兩種方法 一、激光來直寫法；二、空間 圖形發(fā)生器精縮排版曝光。其中，激光來直寫法是逐點(diǎn)曝光，采用高能激光在光 敏感襯底上直接產(chǎn)生圖形，缺點(diǎn)是加工速度慢，單個晶圓曝光時間長；第二種方 法采用計(jì)算機(jī)控制圖形發(fā)生器(SLM)，主要問題是分辨率較低，并且受到單位象 素的形狀和有效通光孔徑(fill-infactor)的限制，難以制作連續(xù)光滑的圖形輪廓。 為了解決現(xiàn)有的分步直寫光刻技術(shù)效率低，單象素的連續(xù)性掃描光刻操作難 度大的問題，中國專利申請200720037805.9公開了一種綜合式直寫光刻裝置。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在透鏡和投影鏡頭之間設(shè)有反射鏡；兩個以上不同倍率的投影鏡頭 設(shè)于盤狀轉(zhuǎn)換器上，光學(xué)定位檢測系統(tǒng)包括與轉(zhuǎn)換器上的投影鏡頭共軸的光學(xué)波 長分束器，光學(xué)波長分束器一側(cè)同軸設(shè)有包括檢測成像透鏡、CCD相機(jī)的成像系 統(tǒng)。該裝置中使用投影光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)定位檢測系統(tǒng)，因不同鏡頭存在位移誤差，產(chǎn)生不同程度的圖像畸變。前后兩層光刻之前需要先進(jìn)行對準(zhǔn)，每一次對準(zhǔn)都是 通過尋找特定定位標(biāo)記，通過CCD相機(jī)采集圖片并處理來實(shí)現(xiàn)。由于光學(xué)系統(tǒng)的 畸變，每次對焦和對準(zhǔn)都需要找到對準(zhǔn)標(biāo)記的中心，通過走晶圓下面的平臺來實(shí) 現(xiàn)，而平臺的移動是需要耗時的。將CCD相機(jī)視場內(nèi)所釆集的圖像進(jìn)行成像系統(tǒng) 內(nèi)外方位參數(shù)的標(biāo)定，然后再通過相關(guān)算法還原對應(yīng)的真實(shí)的物理圖形。完成這 種光學(xué)成像系統(tǒng)的畸變矯正后，只需要在CCD相機(jī)視場內(nèi)找到對準(zhǔn)標(biāo)記就可以完 成對焦和對準(zhǔn)，因而可以縮短光刻系統(tǒng)這兩個過程的時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，以解決光刻裝置中微觀成像 系統(tǒng)的畸變問題，為用于對焦和對準(zhǔn)的成像系統(tǒng)的標(biāo)定提供一種簡潔、靈活的標(biāo) 定方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為-
一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于包含以下步驟
(1) 準(zhǔn)備二維的精密移動平臺，精密移動平臺上設(shè)有可調(diào)整高度的墊片， 在精密移動平臺外設(shè)有CCD相機(jī)；
(2) 在晶圓上制作特定的定位標(biāo)記，所述定位標(biāo)記即為圖像中進(jìn)行信息提 取的參考點(diǎn)，再將晶圓置于二維精密移動平臺的墊片上；
(3) 調(diào)節(jié)精密移動平臺，將定位標(biāo)記調(diào)到CCD相機(jī)視場內(nèi)的一個特定位置， 同時測量定位標(biāo)記所對應(yīng)的空間物理坐標(biāo)；
(4) 使用CCD相機(jī)對視場內(nèi)的定位標(biāo)記進(jìn)行圖像采集，得到對應(yīng)此時位置 坐標(biāo)的定位標(biāo)記圖像；
(5) 保持CCD相機(jī)固定不動，控制精密移動平臺作二維移動，使得定位標(biāo) 記移動到CCD相機(jī)視場內(nèi)下一個特定的位置，然后重復(fù)歩驟(3)和(4) n次；
(6) 利用第(5)步采集的n幅定位標(biāo)記圖像，得到對應(yīng)CCD相機(jī)視場內(nèi) n個定位標(biāo)記位置的空間物理坐標(biāo)和相應(yīng)的定位標(biāo)記圖像坐標(biāo)，相當(dāng)于得到一幅 完整的包含n個定位標(biāo)記的圖像；
(7) 調(diào)節(jié)品圓下面的墊片高度，改變晶圓面和CCD相機(jī)之間的角度，重復(fù) 步驟(3)、 (4)、 (5)和(6) m次，得到m幅不同角度的圖像；
(8) 利用歩驟(7)所得到的m幅不同角度的含有n個定位標(biāo)記的圖像信息，采用相機(jī)標(biāo)定的方法，利用定位標(biāo)記的空間物理坐標(biāo)和其對應(yīng)的定位標(biāo)記圖 像坐標(biāo)，求解得到成像系統(tǒng)的內(nèi)外方位元素，進(jìn)而得到定位標(biāo)記在CCD相機(jī)采 集的圖像中位置和其對應(yīng)的真實(shí)的物理位置，完成光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)外方位參數(shù)的確定 和系統(tǒng)畸變的矯正。
所述的一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于所述標(biāo)定模版的制作利 用精密移動平臺的移動來實(shí)現(xiàn)，移動的次數(shù)取決于CCD相機(jī)視場的大小以及平 臺每次移動的步進(jìn)間隔。
所述的一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征是所述晶圓上制作的定位標(biāo)
記為中國專利申請200720044397X公開的一種對準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)，采用光刻技術(shù)在 晶圓上制作而成。
所述的一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于所述的CCD相機(jī)的入 光口處設(shè)有成像系統(tǒng)，所述的成像系統(tǒng)包括光源，所述光源發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)集 光系統(tǒng)后入射至反射鏡，并被反射鏡反射至光學(xué)波長分束器，所述光學(xué)波長分束 器的反射光經(jīng)過透鏡或透鏡組后投射至晶圓上。晶圓的反射光再經(jīng)過光學(xué)波長分 束器透射后被分束器分成兩路。所述的分束器將入射來的光反射和透射，反射的 光被反射至對位對焦系統(tǒng)，并由對位對焦系統(tǒng)將信號傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，透射 的光經(jīng)過透鏡或透鏡組后入射至CCD相機(jī)，并由CCD相機(jī)將信號傳輸至計(jì)算 機(jī)。
本發(fā)明的主要意義在于，直接利用可控的精密移動平臺移動實(shí)現(xiàn)標(biāo)定模版的 制作，每一次精密移動平臺移動的位移與目標(biāo)物的設(shè)計(jì)形式和大小有關(guān)。而目標(biāo) 物上的標(biāo)記是通過光刻技術(shù)制作在晶圓表面上的，方便靈活，避免了使用高成本 的標(biāo)準(zhǔn)模版。采用這種方法可為光刻裝置的CCD相機(jī)進(jìn)行簡單方便的平面標(biāo)定， 從而可以對光學(xué)定位檢測系統(tǒng)中投影鏡頭產(chǎn)生的畸變進(jìn)行實(shí)時矯正，實(shí)現(xiàn)對晶圓 上已有圖形的實(shí)時對位檢測。


圖la為晶圓上制作的定位標(biāo)記示意圖，圖lb為平臺移動和CCD視場內(nèi)標(biāo) 記位置對應(yīng)的示意圖。
圖2為CCD相機(jī)視場內(nèi)精密移動平臺的示意圖。
圖3為精密移動平臺移動定位標(biāo)記對應(yīng)的真實(shí)位置和CCD相機(jī)采集的圖像，其中
圖3a為精密移動平臺移動定位標(biāo)記對應(yīng)的真實(shí)位置，圖3b為CCD相機(jī)采 集的精密移動平臺移動定位標(biāo)記的圖像。
圖4為整體裝置示意圖。
圖5為改變晶圓平面俯仰的局部示意圖。
具體實(shí)施例方式
一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其步驟為
(1) 準(zhǔn)備二維的精密移動平臺10，精密移動平臺IO上設(shè)有可調(diào)整高度的 墊片，晶圓ll放置在墊片上，在精密移動平臺IO外設(shè)有成像系統(tǒng)。所述成像系
統(tǒng)包括光源1，所述光源1發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)集光系統(tǒng)2后入射至反射鏡3，并 被反射鏡3反射至光學(xué)波長分束器6，所述光學(xué)波長分束器6反射光經(jīng)過安裝在 轉(zhuǎn)盤9上的透鏡或透鏡組5后，投射至精密移動平臺上的晶圓11，晶圓ll上的 反射光經(jīng)過光學(xué)波長分束器6透射后被分束器12分成兩路。分束器12的一路反 射光投射至對位對焦系統(tǒng)7，并由對位對焦系統(tǒng)7將信號傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 分束器12的另一路透射光經(jīng)透鏡或透鏡組4透射至CCD相機(jī)8中，并由CCD 相機(jī)8將信號傳輸至計(jì)算機(jī)；
(2) 在晶圓上制作特定的定位標(biāo)記，所述定位標(biāo)記即為圖像中進(jìn)行信息提 取的參考點(diǎn)，再將晶圓置于二維精密移動平臺的墊片上；
(3) 調(diào)節(jié)精密移動平臺，將定位標(biāo)記調(diào)到CCD相機(jī)視場內(nèi)的一個特定位置， 同時測量定位標(biāo)記所對應(yīng)的空間物理坐標(biāo)；
(4) 使用CCD相機(jī)對視場內(nèi)的定位標(biāo)記進(jìn)行圖像采集，得到對應(yīng)此時位置 坐標(biāo)的定位標(biāo)記圖像；
(5) 保持CCD相機(jī)固定不動，控制精密移動平臺使其移動，定位標(biāo)記移動 到CCD相機(jī)視場內(nèi)下一個特定的位置，然后重復(fù)步驟(3)和(4) n次；通過 控制精密移動平臺沿著某一方向移動一定距離，晶圓將隨著平臺移動相同的距 離，在CCD相機(jī)視場內(nèi)的定位標(biāo)記在參考物面上也將移動相同距離；精密移動 平臺每移動一個位置，CCD相機(jī)就進(jìn)行一次圖像的采集，精密移動平臺移動n 次，共有n幅采集圖片；
(6) 利用歩驟(4)和(5)所采集得到的n幅圖片得到對應(yīng)CCD相機(jī)視場內(nèi)n個位置的物理坐標(biāo)和相應(yīng)的圖像坐標(biāo)，相當(dāng)于得到一幅完整的包含n個定位 標(biāo)記的圖像，最初的平臺移動造成的定位標(biāo)記移動使得在CCD視場內(nèi)包含有n 個不同位置的定位標(biāo)記，分別提取所述n個標(biāo)記的圖像位置和其定位標(biāo)記對應(yīng)的 真實(shí)物理坐標(biāo)，即完成某一個角度參考物面的圖像采集，得到標(biāo)定模版；
(7) 調(diào)節(jié)晶圓下方的墊片，改變晶圓面和CCD相機(jī)之間的角度，再依次重 復(fù)步驟(3)、 (4)、 (5)和(6) m次，得到m幅不同角度的圖像；
(8) 利用步驟(7)所得到的m幅不同角度的含有n個定位標(biāo)記的圖像信 息，采用相機(jī)標(biāo)定的方法，利用圖像中定位標(biāo)記的真實(shí)物理坐標(biāo)和其對應(yīng)的二維 坐標(biāo)，求解得到成像系統(tǒng)的內(nèi)外方位元素，完成成像系統(tǒng)的標(biāo)定，進(jìn)而得到元素 在CCD相機(jī)采集的圖像中位置和其對應(yīng)的真實(shí)的物理位置，完成光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)外 方位參數(shù)的確定和系統(tǒng)畸變的矯正。
標(biāo)定模版的制作利用精密移動平臺的移動來實(shí)現(xiàn)，移動的次數(shù)取決于CCD 相機(jī)視場的大小以及平臺每次移動的步進(jìn)間隔。
晶圓上制作的定位標(biāo)記為中國專利申請200720044397X公開的一種對準(zhǔn)標(biāo) 記結(jié)構(gòu)，采用光刻技術(shù)在晶圓上制作而成。
在光刻系統(tǒng)中，采用CCD相機(jī)對系統(tǒng)對焦和對準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集。由于 投影系統(tǒng)和相機(jī)鏡頭會產(chǎn)生畸變，導(dǎo)致相機(jī)采集的圖像相對于實(shí)際的參考物面會 存在失真，見圖3。本發(fā)明所介紹的相機(jī)標(biāo)定方法就是針對這種失真或者其他微 小視場的圖像采集而進(jìn)行的矯正。
精密移動平臺移動的步進(jìn)和方向控制
見圖2，結(jié)合CCD相機(jī)視場的大小，確定定位標(biāo)記移動的歩進(jìn)和方向，形 成與CCD相機(jī)視場相適應(yīng)的參考物面。
通過控制精密移動平臺沿著某一方向移動距離L，晶圓將隨著精密移動平臺 移動距離L，在CCD相機(jī)視場內(nèi)定位標(biāo)記在參考物面上也將移動某一特定距離 L，見圖la，利用光刻技術(shù)在晶圓上制作相應(yīng)的定位標(biāo)記，此即為圖像中進(jìn)行信 息提取的參考點(diǎn)。晶圓移動和CCD相機(jī)視場內(nèi)定位標(biāo)記形成的圖像對應(yīng)關(guān)系見 圖lb。
圖像的拍攝和采集-
利用精密移動平臺的移動使定位標(biāo)記的位置做微觀量級(亞微米)的改變，其中位置坐標(biāo)參數(shù)可以精確控制。精密移動平臺每移動一個位置，CCD相機(jī)就 進(jìn)行一次圖像的釆集。在精密移動平臺移動了n次后，共有n幅采集圖片。在這 n幅圖像的采集過程中，CCD相機(jī)保持固定不動。利用上面采集的n幅圖片得到 對應(yīng)CCD相機(jī)視場內(nèi)n個位置的物理坐標(biāo)和相應(yīng)的圖像坐標(biāo)，相當(dāng)于得到一幅 完整的包含n個定位標(biāo)記的圖像，那么原來的精密移動平臺移動造成的定位標(biāo)記 移動此時就使得在CCD相機(jī)視場內(nèi)包含有n個不同位置的定位標(biāo)記。分別提取 這n個標(biāo)記的圖像位置和這些定位標(biāo)記對應(yīng)的真實(shí)物理坐標(biāo)，從而完成了某一個 角度參考物面的圖像采集。移動的步進(jìn)越小，同一個CCD相機(jī)視場內(nèi)定位標(biāo)記 需要移動的次數(shù)越多，得到的標(biāo)記采集點(diǎn)信息越多，可以提高標(biāo)定的精度和可靠 性，見圖3a，在距離L中其實(shí)還進(jìn)行了更小步進(jìn)的掃描，相應(yīng)的位置處的數(shù)據(jù) 可以用來模擬光學(xué)系統(tǒng)和相機(jī)導(dǎo)致的光學(xué)畸變，見圖3b。
對于相機(jī)的自定標(biāo)方法，需要進(jìn)行不同拍攝角度的圖像采集，可以通過移動 參考物面來實(shí)現(xiàn)，且不需要知道參考物面的具體移動信息。在本發(fā)明裝置中，這 一點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)就變得很簡單。在晶圓和平臺之間加一墊片，通過對墊片進(jìn)行相應(yīng)的 調(diào)節(jié)，晶圓平面相對于CCD相機(jī)就發(fā)生了改變。然后再按照前面的步驟進(jìn)行步 進(jìn)控制，經(jīng)過相同的圖像采集、處理，最終可以得到不同角度的圖像。同樣對應(yīng) 每一幅圖片都有定位標(biāo)記的圖像坐標(biāo)和真實(shí)的物理坐標(biāo)。
微觀光學(xué)成像系統(tǒng)的畸變矯正
圖像采集的過程和方法已經(jīng)在第二部分介紹完畢。根據(jù)文章"Zhengyou Zhang, a flexible new technique for camera calibration, IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 22(11)， 1330-1334, 2000"提供的相機(jī)標(biāo)定方法， 利用圖像中定位標(biāo)記的真實(shí)物理坐標(biāo)和其對應(yīng)的二維坐標(biāo)，求解得到成像系統(tǒng)的 內(nèi)外方位元素，完成成像系統(tǒng)的標(biāo)定，就可以得到元素在CCD相機(jī)采集的圖像 中位置和其對應(yīng)的真實(shí)的物理位置，從而可以實(shí)現(xiàn)對由于鏡頭畸變和光學(xué)集光系 統(tǒng)等因素所帶來的系統(tǒng)失真進(jìn)行矯正和補(bǔ)償，見圖4。從裝置圖中明顯看到，CCD 相機(jī)鏡頭前面還有透鏡或透鏡組，分束器等光學(xué)元件，因而成像畸變也包含了這 些光學(xué)元件的成分，因而上述方法完成的是對投影成像系統(tǒng)的標(biāo)定。
權(quán)利要求
1、一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于包括以下步驟(1)準(zhǔn)備二維的精密移動平臺，精密移動平臺上設(shè)有可調(diào)整高度的墊片，在精密移動平臺外設(shè)有CCD相機(jī)；(2)在晶圓上制作特定的定位標(biāo)記，所述定位標(biāo)記即為圖像中進(jìn)行信息提取的參考點(diǎn)，再將晶圓置于二維精密移動平臺的墊片上；(3)調(diào)節(jié)精密移動平臺，將定位標(biāo)記調(diào)到CCD相機(jī)視場內(nèi)的一個特定位置，同時測量定位標(biāo)記所對應(yīng)的空間物理坐標(biāo)；(4)使用CCD相機(jī)對視場內(nèi)的定位標(biāo)記進(jìn)行圖像采集，得到對應(yīng)此時位置坐標(biāo)的定位標(biāo)記圖像；(5)保持CCD相機(jī)固定不動，控制精密移動平臺做二維移動，使得定位標(biāo)記移動到CCD相機(jī)視場內(nèi)下一個特定的位置，然后重復(fù)步驟(3)和(4)n次；(6)利用第(5)步采集的n幅定位標(biāo)記圖像，得到對應(yīng)CCD相機(jī)視場內(nèi)n個定位標(biāo)記位置的空間物理坐標(biāo)和相應(yīng)的定位標(biāo)記圖像坐標(biāo)，相當(dāng)于得到一幅完整的包含n個定位標(biāo)記的圖像；(7)調(diào)節(jié)晶圓下面的墊片高度，改變晶圓面和CCD相機(jī)之間的角度，重復(fù)步驟(3)、(4)、(5)和(6)m次，得到m幅不同角度的圖像；(8)利用步驟(7)所得到的m幅不同角度的含有n個定位標(biāo)記的圖像信息，采用相機(jī)標(biāo)定的方法，利用定位標(biāo)記的空間物理坐標(biāo)和其對應(yīng)的定位標(biāo)記圖像坐標(biāo)，求解得到成像系統(tǒng)的內(nèi)外方位元素，進(jìn)而得到定位標(biāo)記在CCD相機(jī)采集的圖像中位置和其對應(yīng)的真實(shí)的物理位置，完成光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)外方位參數(shù)的確定和系統(tǒng)畸變的矯正。
2、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于 所述標(biāo)定模板是利用精密移動平臺的移動來實(shí)現(xiàn)，移動的次數(shù)取決于CCD相機(jī) 視場的大小以及平臺每次移動的步進(jìn)間隔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征是所 述品圓上制作的定位標(biāo)記為中國專利申請200720044397X公開的一種對準(zhǔn)標(biāo)記 結(jié)構(gòu)，采用光刻技術(shù)在晶圓上制作而成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種微觀成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于所述的CCD相機(jī)的入光口處設(shè)有成像系統(tǒng)，所述的成像系統(tǒng)包括光源，所述光 源發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)集光系統(tǒng)后入射至反射鏡，并被反射鏡反射至光學(xué)波長分束 器，所述光學(xué)波長分束器的反射光經(jīng)過透鏡或透鏡組后投射至晶圓上。晶圓的反 射光再經(jīng)過光學(xué)波長分束器透射后被分束器分成兩路。所述的分束器將入射來的 光反射和透射，反射的光被反射至對位對焦系統(tǒng)，并由對位對焦系統(tǒng)將信號傳 輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，透射的光經(jīng)過透鏡或透鏡組后入射至CCD相機(jī)，并由CCD 相機(jī)將信號傳輸至計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及微觀領(lǐng)域光學(xué)系統(tǒng)畸變矯正技術(shù)，具體做法是通過對CCD相機(jī)成像系統(tǒng)進(jìn)行微觀視場(亞微米量級)的標(biāo)定來實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有的各種相機(jī)標(biāo)定方法需要制備高精度的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)定標(biāo)模版，但是一般情況下這種模版成本高，對材料本身的特性要求也高，且用于小視場的標(biāo)定模版的制作精度要求更高，成本則更高。本發(fā)明采用了一種靈活的“制版”技術(shù)，在晶圓上制作一個定位標(biāo)記，將晶圓置于高精準(zhǔn)的平臺上，并對平臺的移動進(jìn)行精確控制，形成一個亞微米級的活動標(biāo)定模版。通過對CCD視場進(jìn)行圖像采集，配合適當(dāng)?shù)臉?biāo)定算法，實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)的標(biāo)定。
文檔編號G03F7/20GK101576715SQ20091011711
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者盧云君, 輝 李, 李顯杰 申請人:芯碩半導(dǎo)體(中國)有限公司