一种精密定位平台绝对定位精度的测量及补偿方法

摘要

本发明公开了一种精密定位平台绝对定位精度的测量及补偿方法，具体做法是将掩膜板放置在已知定位精度很高的光刻设备上，在其上曝光具有规则排列的多个Mark，刻蚀后，利用此掩膜板、CCD成像技术和图像匹配技术测量精度较差的定位平台，并将测量得到的误差补偿给平台控制器，以提高平台的定位精度。本发明利用在掩膜板曝光定位标记进行测量并补偿，比传统的激光干涉仪测量和补偿成本低、易操作；利用图像匹配法进行测量和补偿，测量精度高，误差为1/20像素，即4.65um/22.3/20,约10nm；可以有效补偿并校准定位平台的二维定位精度。

说明书

技术领域

本发明属于制版光刻技术领域，涉及一种制版光刻设备上精密定位平台的绝对定位精度测量及补偿方法。 

背景技术

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。这样的衬底可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芯片。 

光刻制版过程为：将掩膜板或晶圆放置在精密定位平台系统上，用真空吸附，通过光刻设备中的曝光装置，将设计的特征图形投射到掩膜板表面，为保证曝光在掩膜板上的图形和设计图形尽量一致，必须使精密定位平台具有较高的定位精度，才能使理论曝光的位置和实际曝光的位置相符。 

精密定位平台的绝对定位精度是衡量定位平台的一个重要指标，其主要取决于几个因素：一、反馈系统中光栅尺的分辨率和热膨胀率，二、定位平台所选马达的性能，三、取决于控制器中反馈系统补偿是否准确，四、定位平台所选导轨的性能。 

传统的精密定位平台定位精度的补偿主要是利用激光干涉仪，测量出定位平台每个位置处的位置偏差并记录，补偿给控制器。采用激光干涉仪价格昂贵，如果仅测量和补偿单轴的定位精度，采用单轴的激光干涉仪即可，若对XY集成平台进行二维平面各个位置处定位精度的测量和补偿，则需要长度可覆盖XY轴行程的反射镜，成本较单轴补偿进一步增高，此做法对环境要求很高，需具备稳定的温湿度、洁净度等，且搭建此测量系统需要经过复杂的调整过程。 

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点，本发明所解决的技术问题是：提供一种简单易用、成本低且高效的精密定位平台绝对定位精度的测量及补偿方法，可有效提高精密定位系统XY轴在二维平面上各个位置的定位精度，从而大幅度提高曝光的图形质量。 

为实现上述目的，本发明提供了一种基于图形采集系统和图像匹配法的测量和补偿方法，利用已知的高精度的光刻机制作其上具有规则排列Mark的掩膜板作为标定板，然后将此标定板放置到定位精度较差的光刻机精密定位平台上，对其进行测量，测量后生成的数据按照固定格式输入精密定位平台的控制器，然后再次进行测量，以达到补偿的效果。 

所述图像采集系统指集成在光刻机上的高清CCD及图像放大光路。 

所述图像匹配法指通过Mark的模板和图像处理的算法使在CCD视场中的Mark移动至CCD视场的中心的方法。 

所述制作标定板的高精度光刻机曝光后的图形变形和缩放都很小，一般任意两点之间的距离<100nm，角度<0.1 arc sec. 

所述定位精度较差的光刻机指曝光后的图形变形和缩放比上述高精度光刻机曝光后的图形差很多，通过本发明的内容可对其图形质量进行大幅度改善。

所述标定板的材料最好采用石英基底，其热膨胀系数极低。 

所述补偿文件具有固定的格式，可被定位平台控制器读取，由平台控制器内部做插值处理，以提高XY平面内各个精细位置的定位精度。 

本发明的优点是： 

本发明利用在掩膜板曝光定位标记进行测量并补偿，比传统的激光干涉仪测量和补偿成本低、易操作；利用图像匹配法进行测量和补偿，测量精度高，误差为1/20像素，即4.65um/22.3/20,约10nm；可以有效补偿并校准定位平台的二维定位精度。

附图说明：

图1为直写光刻设备硬件布置图。

图2为掩膜板Mask标记分布示意图。 

图3为掩膜板和定位平台坐标系的关系示意图。 

图4为经过测量后得到的X轴的补偿文件的格式示意图。 

图5为经过测量后得到的Y轴的补偿文件的格式示意图。 

图6为经过测量后得到的XY轴的补偿文件的格式示意图。 

图7为本发明的原理图。 

附图中标号代表意义如下： 

1-光源、2-光学集成系统、3-图形发生器、4 -分束器、5-透镜或透镜组、6-定位平台、7-基底、8 -反射镜、9-CCD相机、10-图像处理模块、11-掩膜板、12-定位标记、13-基底、14-带定位标记的掩膜板。

图2中，a=5mm。 

图3中，Xs、Ys为定位平台坐标系；Xm、Ym为掩膜板摆放坐标系。 

具体实施方式

如图1所示，直写光刻设备的硬件系统包括曝光光源1、空间光调制器3、安装于移动平台6上的基底7，移动平台6连接电机，电机连接平台控制器，曝光光源1、空间光调制器3之间安装有光学集成系统2，空间光调制器3与基底6之间设有倾斜的分束器4与透镜或透镜组5，分束器4的反射光进入成像模块中的CCD相机9， CCD相机9连接图像处理模块10。 

如图2-6所示，一种精密定位平台绝对定位精度的测量及补偿方法，包含以下步骤： 

1.如图2所示，将掩膜板11固定在已知具有定位精度较高定位平台的光刻设备的吸盘上，在其上曝光m行n列定位标记（Mark）12，行列间距都设为a；

2.如图3所示，为便于图像匹配，将曝光完的掩膜板11显影并刻蚀，形成带有定位标记的掩膜板14，然后放置在定位精度较差的定位平台上的吸盘13上；

3.移动定位平台，将上述Mark移至CCD相机视场内，移动Z轴找到焦面，并保存Mark图形制作图像匹配模板；

4.加载制作的匹配模板，利用图像匹配技术，使Mark移动至CCD相机视场中心，记录此时定位平台的坐标；

5.照第3、4步所述，在同一行或同一列上寻找两个mark，并记录平台坐标（X1,Y1）和（X2,Y2），根据此两个坐标计算掩膜板摆放的角度差，转动精密定位系统的旋转轴θ角，将mark的阵列XY方向和精密定位平台的XY方向保持一致，θ角计算如下：

1）检查X轴的mark是否沿定位平台的X轴：

    

    2）检查Y轴的mark是否沿定位平台的Y轴：

    

6.初始化定位平台后平台移至（0，0）点，在此附近寻找一Mark，同步骤4，将此mark移动到CCD相机视场中心并记录此时定位平台的坐标(X0,Y0)，以此作为测试和补偿的基准点；

7.沿X方向移动a（a可选取5mm,10mm,20mm等，本发明以5mm为例），执行步骤4，记录此时mark居中后平台坐标(X11,Y11)，并计算得其与理论坐标的偏差Xerror 11=X11-(X0 + 5)，Yerror11=Y11-Y0；

8.照步骤7所述，全行程移动X轴，记录在Y=Y0这行的error值；

9.测量完一行后，X轴回到X0点，然后沿Y方向移动5mm,定位平台走到（X0,Y0 + 5）位置，重复步骤7、8，记录在Y=Y0 +5这行的error值；

    10.按照步骤7、8、9测量出XY平台在一个面上的所有点的XY error值，测量点需覆盖XY轴的全行程，如附图4和附图5所示，需测量至XY轴的正限位位置XCW、YCW和负限位位置XCCW、YCCW；

11．以上10步可有效测量出定位平台在各个位置的绝对定位精度，然后可将测得的每个点error值生成如附图4和附图5所示的文件格式，补偿给平台控制器，或将图4和图5的格式组合成图6所示的格式，补偿给平台控制器。不同类型的控制器，读取的格式不同，大都在图4-图6的格式范围内。

12.重复步骤1-10，测量并检查补偿的效果。