一種適用于投影光刻機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)平系統(tǒng)及其調(diào)平方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子設(shè)備中投影光刻機(jī)的調(diào)平技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于投影 光刻機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)平系統(tǒng)及其調(diào)平方法，應(yīng)用該系統(tǒng)可以快速的實(shí)現(xiàn)硅片臺(tái)的調(diào)平，提高光 刻機(jī)的工作效率以及光刻工藝的質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，集成電路的規(guī)模越來越大，單位面積上的電路密度激增，為了滿足這一要 求，光刻線條的特征尺寸也越來越小，對(duì)光刻分辨力提出了更為苛刻的要求。同時(shí)分辨力的 提高導(dǎo)致焦深的急劇下降，由此對(duì)光刻系統(tǒng)的調(diào)平調(diào)焦要求更為嚴(yán)苛。
[0003] 目前國內(nèi)的很多投影式光刻機(jī)有實(shí)時(shí)調(diào)焦系統(tǒng)，但沒有實(shí)時(shí)調(diào)平系統(tǒng)。即使有調(diào) 平系統(tǒng)，也不能做到實(shí)時(shí)調(diào)平。光刻過程中，保證硅片的平整性，可以提高光刻工藝的質(zhì)量， 同時(shí)實(shí)時(shí)的調(diào)平系統(tǒng)可以提高光刻機(jī)的工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種適用于投影光刻機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)平系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)硅片臺(tái)的實(shí)時(shí)調(diào) 平，保證光刻過程中硅片臺(tái)的平整性要求。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種適用于投影光刻機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)平 系統(tǒng)，包括光源，第一準(zhǔn)直透鏡組，第二準(zhǔn)直透鏡組，第一反射鏡，投影光闌，第一成像組鏡， 第二反射鏡，硅片，真空吸盤，工作臺(tái)，第三反射鏡，第二成像鏡組，第三成像鏡組，第四成像 鏡組，第四反射鏡，線陣CCD，Cameral link傳輸線，圖像采集控制卡，RS232串口和計(jì)算機(jī)； 由光源經(jīng)第一準(zhǔn)直透鏡組、第二準(zhǔn)直透鏡組成為平行光束，經(jīng)過第一反射鏡照射到投影光 闌成為一道狹縫光束，狹縫光束經(jīng)過第一成像組鏡成像到硅片表面，從硅片表面反射的光 束經(jīng)第二成像鏡組、第三成像鏡組、第四成像鏡組成像在線陣CCD上，硅片通過真空吸盤固 定在工作臺(tái)上，當(dāng)硅片在工件臺(tái)上有存在偏角α?xí)r，從硅片反射的反射光束將偏轉(zhuǎn)2α的角 度，這一偏轉(zhuǎn)，將使狹縫的像在線陣CCD上產(chǎn)生ΛΧ的位移，線陣CCD通過Cameral link傳輸 線將圖像信息傳輸?shù)綀D像采集控制卡，圖像采集控制卡對(duì)圖像信息經(jīng)行亞像素處理，計(jì)算 出硅片的偏轉(zhuǎn)角，通過控制硅片臺(tái)下方的壓電致動(dòng)器，實(shí)時(shí)調(diào)平硅片臺(tái)，保證曝光時(shí)硅片的 平整性要求，圖像采集控制卡通過RS232串口同計(jì)算機(jī)通信，可以進(jìn)行初始化設(shè)置以及調(diào) 試。
[0006] 本發(fā)明還提供一種適用于投影光刻機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平方法，該方法步驟如 下：
[0007] 步驟一:光源經(jīng)第一準(zhǔn)直透鏡組、第二準(zhǔn)直透鏡組成為平行光束，經(jīng)過第一反射鏡 照射到投影光闌成為一道狹縫光束，狹縫光束經(jīng)過第一成像組鏡以及第二反射鏡以較大的 入射角成像到硅片表面，從硅片表面反射的光束依次經(jīng)第三反射鏡和第二成像鏡組、第三 成像鏡組、第四成像鏡組，再經(jīng)過第四反射鏡，成像在線陣CCD上；
[0008] 步驟二：線陣CCD同過Cameral link傳輸線將采集到的圖像信息傳給圖像采集控 制卡，圖像采集控制卡對(duì)圖像經(jīng)行亞像素處理，得到狹縫像的中心位置，根據(jù)預(yù)設(shè)的最佳平 整位置，計(jì)算出偏移量ΛΧ，再通過公式轉(zhuǎn)換為硅片的偏角；
[0009]步驟三：圖像采集控制卡通過計(jì)算出的偏移量，控制硅片臺(tái)下方的壓電致動(dòng)器，實(shí) 時(shí)調(diào)整硅片的偏移，保證硅片臺(tái)工作時(shí)的平整要求。
[0010]其中，狹縫光束成像到硅片上的〇點(diǎn)到后面成像光學(xué)鏡組的A點(diǎn)之間的距離為第二 成像鏡組的焦距，使不同角度的入射光束經(jīng)第二成像鏡組、第三成像鏡組、第四成像鏡組 后，平行出射到線陣C⑶上。
[0011] 其中，調(diào)整硅片的平整度時(shí)，通過控制硅片臺(tái)下方，按三角形分布的壓電致動(dòng)器， 進(jìn)行硅片臺(tái)的高精度調(diào)平。
[0012] 其中，所述線陣CCD采用高靈敏度低噪聲黑白線掃描CCD傳感器，具有2048個(gè)有效 像素，像素尺寸14Μ?Χ14μπι，自帶AD，具有8bit/10bit/12bit可配置輸出數(shù)據(jù)精度，16位高 精度積分時(shí)間設(shè)置，具有改進(jìn)的相機(jī)配置串行通訊協(xié)議，最高數(shù)據(jù)率25MHz，最高行頻 11.7KHz〇
[0013]其中，所述的CPU模塊是采用Xilinx公司的FPGA實(shí)現(xiàn)的，利用FPGA的高速并行處理 能力以及靈活的可編程能力，可以快速的提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)平功能，所述的Cameral 1 ink 接口模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的MDR26接口；Cameral link接口與LVDS To 28bit和通信模塊之間用差 分連接，視頻圖像信息以5路串行低壓差分信號(hào)傳輸?shù)絃VDS To 28bit模塊，由于使用了 Cameral 1 ink協(xié)議的Base模式，僅輸出8位并行信號(hào)、1位行同步信號(hào)和1位Cameral 1 ink時(shí) 鐘信號(hào)到CHJ處理器模塊；同時(shí)，通信模塊有一個(gè)LVDS Driver/Receiver和一個(gè)4路差分驅(qū) 動(dòng)器組成，LVDS Driver/Receiver負(fù)責(zé)FPGA和Cameral link之間的串行命令收發(fā)，4路差分 線驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)把4路FPGA的相機(jī)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成低電壓差分信號(hào)給Cameral link。
[0014] 其中，通過圖像采集控制卡上的撥碼開關(guān)可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)設(shè)處理，硅片處于理 想平整狀態(tài)時(shí)，將此時(shí)線陣CCD上對(duì)應(yīng)的位置標(biāo)定為參考位置，用于與硅片處于有一定偏 角時(shí)的線陣CCD上的其他位置進(jìn)行比較，通過圖像采集控制卡處理后，得出硅片的偏角，通 過控制硅片臺(tái)下的壓電陶瓷電機(jī)的位移，調(diào)平硅片臺(tái)。
[0015] 其中，所采用的圖像處理算法，首先經(jīng)過高斯濾波的圖像利用梯度算子獲取其對(duì) 應(yīng)的梯度圖像;然后求得梯度圖像極大值即為圖像的邊緣點(diǎn)，再通過對(duì)邊緣點(diǎn)附近進(jìn)行二 次差值處理，求得亞像素級(jí)的圖像邊沿位置，最后取其平均值即為狹縫亮紋的中心。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0017] (1 )、本發(fā)明充分利用了FPGA的高速并行性，有效的提高了光刻機(jī)工作中的實(shí)時(shí)調(diào) 平效率，從而提高了光刻機(jī)的工作效率。
[0018] (2)、本發(fā)明采用了壓電致動(dòng)器進(jìn)行硅片臺(tái)的調(diào)平，可以實(shí)現(xiàn)高精度硅片臺(tái)調(diào)平。
[0019] (3)、本發(fā)明將大量的數(shù)據(jù)處理過程放在下位機(jī)上處理，大大減輕了上位機(jī)的負(fù) 載，同時(shí)通過上位機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置以及調(diào)試，操作方便簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明一種適用于投影光刻機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)平系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，其中，1為光源， 2為第一準(zhǔn)直透鏡組，3為第二準(zhǔn)直透鏡組，4為第一反射鏡，5為投影光闌，6為第一成像組 鏡，7為第二反射鏡，8為硅片，9為真空吸盤，10為工作臺(tái)，11為第三反射鏡，12為第二成像鏡 組，13為第三成像鏡組，14為第四成像鏡組，15為第四反射鏡，16為線陣CCD，17為Cameral link傳輸線，18為圖像采集控制卡，19為RS232串口，20為計(jì)算機(jī)。
[0021]圖2為本發(fā)明采用的采集控制卡模塊框圖。
[0022]圖3為本發(fā)明中圖像處理算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024] 如圖1所示，一種適用于投影光刻機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)平系統(tǒng)，包括光源1，第一準(zhǔn)直透鏡組 2，第二準(zhǔn)直透鏡組3，第一反射鏡4，投影光闌5，第一成像組鏡6，第二反射鏡7，硅片8，真空 吸盤9，工作臺(tái)10，第三反射鏡11，第二成像鏡組12，第三成像鏡組13，第四成像鏡組14，第四 反射鏡15,線陣CCD16，Cameral link傳輸線17,圖像采集控制卡18，RS232串口 19,計(jì)算機(jī) 20。由光源1經(jīng)第一準(zhǔn)直透鏡組2、第二準(zhǔn)直透鏡組3成為平行光束，經(jīng)過第一反射鏡4照射到 投影光闌5成為一道狹縫光束。狹縫光束經(jīng)過第一成像組鏡6成像到硅片8表面。從硅片表面 反射的光束依次經(jīng)第二成像鏡組12、第三成像鏡組13、第四成像鏡組14后成像在線陣CCD 16上。硅片8通過真空吸盤9固定在工作臺(tái)10上，當(dāng)硅片在工件臺(tái)10上有存在偏角α?xí)r，從硅 片反射的反射光束將偏轉(zhuǎn)2α的角度。這一偏轉(zhuǎn)，將使狹縫的像在線陣CCD 16上產(chǎn)生ΛΧ的位 移。線陣CCD通過Cameral 1 ink傳輸線17將圖像信息傳輸?shù)綀D像采集控制卡18。圖像采集控 制卡18對(duì)圖像信息經(jīng)行亞像素處理，計(jì)算出硅片的偏轉(zhuǎn)角，通過控制硅片臺(tái)下方的壓電致 動(dòng)器，實(shí)時(shí)調(diào)平硅片臺(tái)，保證曝光時(shí)硅片的平整性要求。圖像采集控制卡18通過RS232串口 19同計(jì)算機(jī)20通信，可以進(jìn)行初始化設(shè)置以及調(diào)試。
[0025] -種適用于投影光刻機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平方法，具體步驟如下：
[0026] 步驟一:光源1經(jīng)第一準(zhǔn)直透鏡組2、第二準(zhǔn)直透鏡組3成為平行光束，經(jīng)過第一反 射鏡4照射到投影光闌5成為一道狹縫光束。狹縫光束經(jīng)過第一成像組鏡6以及第二反射鏡7 以較大的入射角成像到硅片8表面。從硅片表面反射的光束依次經(jīng)第三反射鏡11和第二成 像鏡組12、第三成像鏡組13、第四成像鏡組14,再經(jīng)過第四反射鏡15,成像在線陣(XD 16上； [0027]步驟二:線陣(XD 16同過Cameral link傳輸線17將采集到的圖像信息傳給圖像采 集控制卡18,圖像采集控制卡對(duì)圖像經(jīng)行亞像素處理，得到狹縫像的中心位置，根據(jù)預(yù)設(shè)的 最佳平整位置，計(jì)算出偏移量ΛΧ，再通過公式轉(zhuǎn)換為硅片的偏角，所述的圖像采集卡包含 13個(gè)模塊，分別為:CPU模塊A，光電開光模塊B，復(fù)位模塊C，壓電致動(dòng)模塊D，時(shí)鐘模塊E，電源 模塊F，數(shù)碼管顯示模塊G，預(yù)設(shè)值模塊H，JTAG配置模塊I，通信模塊J，LVDS T〇28bi t模塊K， Cameral linkL，串口通信模塊Μ;
[0028]步驟三：圖像采集控制卡18通過計(jì)算出的偏移量，控制工件臺(tái)的調(diào)平系統(tǒng)，實(shí)時(shí)調(diào) 整硅片的偏移，保證硅片臺(tái)工作時(shí)的平整要求。其中，硅片偏移α角度，將會(huì)使狹縫在線陣 (XD上產(chǎn)生ΛΧ的位移，通過不斷調(diào)整硅片臺(tái)下方壓電致動(dòng)器，使硅片臺(tái)達(dá)到要求的平整度 為止。其中采用的圖像處理算法，首先經(jīng)過高斯濾波的圖像利用梯度算子獲取其對(duì)應(yīng)的梯 度圖像;然后求得梯度圖像極大值即為圖像的邊緣點(diǎn)，再通過對(duì)邊緣點(diǎn)附近進(jìn)行二次差值 處理，求得亞像素級(jí)的圖像邊