專利名稱：基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與對(duì)準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于與集成電路或其它微型器件制造領(lǐng)域的光刻裝置，具體涉 及一種基于機(jī)器視覺(jué)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與對(duì)準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)晶圓和基底臺(tái)的精確對(duì)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的光刻裝置，主要用于集成電路(IC)或其它微型器件的制造。通過(guò)光刻裝置，可將具有不同掩模圖案的多層掩模在精確對(duì)準(zhǔn)下依次成像在涂覆有光刻膠的晶圓上，例如半導(dǎo)體晶圓或LCD (液晶)板。光刻裝置 大體上分為兩類， 一類是步進(jìn)光刻裝置，掩模圖案一次曝光成像在晶圓的一 個(gè)曝光區(qū)域，隨后晶圓相對(duì)于掩模移動(dòng)，將下一個(gè)曝光區(qū)域移動(dòng)到掩模圖案 和投影物鏡下方，再一次將掩模圖案曝光在晶圓的另一曝光區(qū)域，重復(fù)這一 過(guò)程直到晶圓上所有曝光區(qū)域都擁有掩模圖案的像。另一類是步進(jìn)掃描光刻 裝置，在上述過(guò)程中，掩模圖案不是一次曝光成像，而是通過(guò)投影光場(chǎng)的掃 描移動(dòng)成像。在掩模圖案成像過(guò)程中，掩模與晶圓同時(shí)相對(duì)于投影系統(tǒng)和投 影光束移動(dòng)。在光刻裝置的曝光過(guò)程中，關(guān)鍵的步驟是將掩模與晶圓對(duì)準(zhǔn)。第一層掩 模圖案在晶圓上曝光后從裝置中移開(kāi)，在晶圓進(jìn)行相關(guān)的工藝處理后，進(jìn)行 第二層掩模圖案的曝光，但為確保第二層掩模圖案和隨后掩模圖案的像相對(duì) 于晶圓上已曝光掩模圖案像的精確定位，需要將掩模和晶圓進(jìn)行精確對(duì)準(zhǔn)。 由光刻技術(shù)制造的IC器件需要多次曝光在晶圓中形成多層電路，為此，光刻 裝置中要求配置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)掩模和晶圓的精確對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)特征尺寸要求更 小時(shí)，對(duì)套刻精度的要求以及由此產(chǎn)生的對(duì)對(duì)準(zhǔn)精度的要求變得更加嚴(yán)格。光刻裝置的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其主要功能是在套刻曝光前實(shí)現(xiàn)掩模和晶圓的對(duì) 準(zhǔn)，即測(cè)出晶圓在機(jī)器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(XW， YW， (DWZ)，及掩模在機(jī)器 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(XR， YR， (DRZ)，并計(jì)算得到掩模相對(duì)于晶圓的位置，以 滿足套刻精度的要求。目前，光刻裝置大多所采用的對(duì)準(zhǔn)方式為光柵對(duì)準(zhǔn)。光柵對(duì)準(zhǔn)是指均勻 照明光束照射在光柵對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上發(fā)生衍射，衍射后的出射光攜帶有關(guān)于對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)記結(jié)構(gòu)的全部信息。高級(jí)衍射光以大角度從相位對(duì)準(zhǔn)光柵上散開(kāi)，通過(guò)空 間濾波器濾掉零級(jí)光后，采集衍射光±1級(jí)衍射光，或者隨著成像線條要求的 提高，同時(shí)采集多級(jí)衍射光(包括高級(jí))在像平面干涉成像，經(jīng)光電探測(cè)器 和信號(hào)處理，確定對(duì)準(zhǔn)中心位置。 現(xiàn)有技術(shù)有以下兩種對(duì)準(zhǔn)方案一種是透過(guò)鏡頭的TTL (晶體管-晶體管邏輯)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，激光照明在晶圓上設(shè)置的周期性相位光柵結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，由光刻裝置的投影物鏡所收集 的晶圓對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的衍射光或散射光照射在掩模對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記上，該對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以 為振幅或相位光柵。在掩模標(biāo)記后設(shè)置探測(cè)器，當(dāng)在投影物鏡下掃描晶圓時(shí)， 探測(cè)透過(guò)掩模標(biāo)記的光強(qiáng)，探測(cè)器輸出的最大值表示正確的對(duì)準(zhǔn)位置。該對(duì) 準(zhǔn)位置為用于監(jiān)測(cè)晶圓臺(tái)位置移動(dòng)的激光干涉儀的位置測(cè)量提供了零基準(zhǔn)。另一種是OA (離軸)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，通過(guò)離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)量位于晶圓上的 多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記以及基底臺(tái)上基準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)晶圓和基底臺(tái)對(duì)準(zhǔn)；再對(duì)基 底臺(tái)上的基準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與掩模版上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)掩模與基底臺(tái) 的對(duì)準(zhǔn)；由此可以得到掩模和晶圓的位置關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)掩模和晶圓對(duì)準(zhǔn)。所述的離軸對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，具體結(jié)合圖l詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，該光刻裝 置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)包括用于提供曝光光束的照明系統(tǒng)8'，該照明系統(tǒng)8'包括一 個(gè)光源、 一個(gè)使照明均勻化的透鏡系統(tǒng)、 一個(gè)反射鏡、 一個(gè)聚光鏡(圖中均 未示出)；該光源采用KrF準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)248nm)，或者ArF準(zhǔn)分子激 光器(波長(zhǎng)193nm)，或者F2激光器(波長(zhǎng)157nm)，或者Kr2激光器(波 長(zhǎng)146nm)，或者Ar2激光器(波長(zhǎng)126nm)，或者超高壓汞燈(g-線、i-線) 等；用于支承掩模版4，的掩模臺(tái)6，，在掩模版4'上刻有掩模圖案和具有 周期性結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記2';用于將掩模版4'上的掩模圖案投影到晶圓7' 上的投影光學(xué)系統(tǒng)PL，其是一個(gè)投影物鏡；用于支承晶圓7'的基底臺(tái)9'， 在晶圓7'刻有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記5'，在基底臺(tái)9'上刻有基準(zhǔn)板對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記l';用于 對(duì)準(zhǔn)基底臺(tái)9'和晶圓7'的離軸對(duì)準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)500'，和提供對(duì)準(zhǔn)照明的對(duì) 準(zhǔn)輻射源300';用于對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的處理單元200';用于基底臺(tái)9'伺服運(yùn)動(dòng)的 運(yùn)動(dòng)臺(tái)10，和測(cè)量系統(tǒng)IFx和IFy，該測(cè)量系統(tǒng)IFx是一個(gè)x向基底臺(tái)位移測(cè)量裝置激光干涉儀，測(cè)量系統(tǒng)IFy是一個(gè)y向基底臺(tái)位移測(cè)量裝置激光干 涉儀。首先，通過(guò)所述的離軸對(duì)準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)500'，對(duì)位于晶圓7'上的多個(gè)對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記5'和位于基底臺(tái)9'上基準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記l'進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)晶圓7' 和基底臺(tái)9'的對(duì)準(zhǔn)。然后，所述的照明系統(tǒng)8'均勻照射的曝光光束IL照射在掩模版4'上 的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記2'上，通過(guò)投影物鏡PL將掩膜版4'上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記2'的縮小 像投射到基底臺(tái)9'上的作為基準(zhǔn)的基底臺(tái)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1'上，利用基底臺(tái)對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)記1'透射到其下的傳感器進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，通過(guò)一系列的掃描采集信 號(hào)，結(jié)合由x向基底臺(tái)位移測(cè)量裝置激光干涉儀IFx和y向基底臺(tái)位移測(cè)量 裝置激光干涉儀IFy測(cè)得的空間位置信號(hào)進(jìn)行擬合處理，建立掩膜版4'與 基底臺(tái)9，的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，即相互位置關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)掩膜版4'與基底臺(tái) 9'的對(duì)準(zhǔn)。最終，可以得到掩模4'和晶圓7'的相互位置關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)掩模4'和 晶圓7'的對(duì)準(zhǔn)。進(jìn)一步，美國(guó)專利US 712670公布了一種晶圓標(biāo)記與基底臺(tái)標(biāo)記的位置 測(cè)量(對(duì)準(zhǔn))裝置與方法，該發(fā)明通過(guò)照明系統(tǒng)和光學(xué)成像系統(tǒng)，將晶圓標(biāo) 記與基底臺(tái)標(biāo)記依次成像，圖像捕獲單元(CCD (電荷耦合器件)或其它光 電器件)獲得晶圓標(biāo)記與基底臺(tái)標(biāo)記的明場(chǎng)圖像，然后采用信號(hào)處理和圖像 分析的方法，確定晶圓標(biāo)記與基底臺(tái)標(biāo)記之間的位置關(guān)系。該發(fā)明由于采用 明場(chǎng)成像，標(biāo)記成像對(duì)比度較低，且對(duì)僅采用一組間距相等的條狀標(biāo)記，受 限于CCD鏡頭畸變、制造誤差和標(biāo)記工藝變形等因素的影響，難以獲得較 高的對(duì)準(zhǔn)精度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與對(duì)準(zhǔn)方 法，其采用具有不同周期的光柵作為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，使用CCD攝像機(jī)捕獲相位 光柵所標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像，通過(guò)圖像處理與信號(hào)處理方法，從而實(shí)現(xiàn)晶圓和基 底臺(tái)的對(duì)準(zhǔn)，并獲得較高的對(duì)準(zhǔn)精度。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)晶圓與基底臺(tái)的對(duì)準(zhǔn)，該對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)包括位于晶圓或基底臺(tái)上的對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記，依次設(shè)置的光源模塊，照明模塊，成像模塊，圖像采集模塊，圖像 處理模塊，和位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊；所述的位于晶圓或基底臺(tái)上的 對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)置在成像模塊和位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊之間；所述的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記由一組用于粗對(duì)準(zhǔn)的大周期光柵分支與單個(gè)用于精對(duì)準(zhǔn) 的小周期光柵分支組成；所述的成像模塊形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的土l級(jí)衍射光相干暗場(chǎng)圖像，其為明暗 相間的周期性光斑條紋；所述的圖像采集模塊包含通過(guò)電路連接的CCD攝像機(jī)與圖像采集卡， 采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像；所述的圖像處理模塊在上位機(jī)中運(yùn)行，其對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖 像進(jìn)行圖像信號(hào)處理，得到各個(gè)光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；利用對(duì)準(zhǔn)算法得到對(duì) 準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)基底臺(tái)與晶圓的對(duì)準(zhǔn)。所述的一組大周期光柵分支包括兩個(gè)周期存在一微小固定差的光柵分支；所述的光柵為相位型光柵。所述的光源模塊提供包含至少兩個(gè)分立波長(zhǎng)光波的照明光束；優(yōu)選的， 該光源模塊提供包含四個(gè)分立波長(zhǎng)光波的照明光束，且其中至少有兩個(gè)光波 的波長(zhǎng)處于近紅外或紅外波段；所述的光源模塊依次包含對(duì)應(yīng)光源光波數(shù)設(shè)置的第一傳輸光纖，對(duì)應(yīng)光 源光波數(shù)設(shè)置的光纖耦合器， 一合束器和一第二傳輸光纖；該第一傳輸光纖 和第二傳輸光纖為單模保偏光纖。所述的照明模塊包含傳輸光纖和照明光學(xué)系統(tǒng)；該照明光學(xué)系統(tǒng)依次由 起偏器，第一透鏡，照明孔徑光闌，第二透鏡和具有偏振分束面的偏振分束器構(gòu)成。所述的成像模塊包含依次設(shè)置在偏振分束器和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記間的波片， 物鏡，以及依次設(shè)置在偏振分束器和圖像采集模塊之間的空間濾波器，多色 光分離系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)光源光波數(shù)設(shè)置的第三透鏡；所述的空間濾波器濾除對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的零級(jí)衍射光和高級(jí)次衍射光，保留其 ±1級(jí)的衍射光通過(guò)；所述的多色光分離系統(tǒng)分離各個(gè)不同波長(zhǎng)的衍射光。所述的圖像采集模塊中的CCD攝像機(jī)的設(shè)置數(shù)目對(duì)應(yīng)于光源光波數(shù)，其分別獲取對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在不同波長(zhǎng)照明下的高分辨率暗場(chǎng)圖像；所述的圖像采 集模塊中的圖像采集卡對(duì)CCD攝像機(jī)輸出的視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)高 速接口，將采集的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)綀D像處理模塊。所述的CCD攝像機(jī)的光敏面放置于成像模塊的像平面上。 所述的圖像采集模塊還包含一成像光纖，通過(guò)其將對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在不同波長(zhǎng) 照明下的暗場(chǎng)圖像分別引入到各個(gè)CCD攝像機(jī)的光敏面。所述的位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊包括運(yùn)動(dòng)臺(tái)，位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和 運(yùn)動(dòng)控制器；該運(yùn)動(dòng)臺(tái)上放置晶圓和基底臺(tái)，其由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)x 向或y向的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；該位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)激光干涉儀實(shí)時(shí)采集基 底臺(tái)的位置數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理后分別傳輸至運(yùn)動(dòng)控制器和圖像處理模塊； 該運(yùn)動(dòng)控制器控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡。所述的對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像進(jìn)行圖像信號(hào)處理的方法是對(duì) 暗場(chǎng)圖像中的每一 明暗條紋的灰度沿光柵條切向進(jìn)行積分；所述的光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)包括三個(gè)不同周期的信號(hào)序列； 所述的對(duì)準(zhǔn)算法包括:利用兩個(gè)存在微小周期差的大周期光柵分支信號(hào)， 確定粗對(duì)準(zhǔn)位置；利用小周期光柵分支信號(hào)，以及粗對(duì)準(zhǔn)位置，確定精對(duì)準(zhǔn) 位置；利用多次根據(jù)拍攝到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像所獲得的對(duì)準(zhǔn)位置信息， 確定最終的對(duì)準(zhǔn)位置。本發(fā)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)方 法，具體包含以下步驟-步驟l、移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，使其處于能成像在CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)范圍之內(nèi) 的位置，采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的土l級(jí)衍射光的干涉條紋圖像，并傳輸?shù)綀D像處理 模塊中，同時(shí)，位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集此時(shí)基底臺(tái)所處的位置數(shù)據(jù)并傳輸?shù)?圖像處理模塊；步驟2、圖像處理模塊對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉條紋圖像，進(jìn)行圖像 處理，獲得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記包含的各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；具體包括以下步驟步驟2.1、圖像處理模塊對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉條紋圖像進(jìn)行預(yù)處 理，降低圖像噪聲；步驟2.2、圖像處理模塊對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行閾值分割，獲得二值圖像; 步驟2.3、圖像處理模塊分割出上述得到的二值圖像中的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記所在的 區(qū)域；步驟2.4、圖像處理模塊對(duì)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉成像圖像中的每一明暗條紋的 灰度進(jìn)行沿光柵條切向方向的灰度積分，獲得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的各光柵分支圖像的 灰度曲線S1、 S2和S0，即各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；步驟3、圖像處理模塊對(duì)上述得到的各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)算 法處理，得到對(duì)準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)基底臺(tái)與晶圓的對(duì)準(zhǔn)；具體包括以下步驟步驟3.1、延展信號(hào)曲線Sl和S2，由于Sl和S2信號(hào)曲線存在微小的周 期差，將能找到Sl延展曲線和S2延展曲線中位置最接近重合的峰值點(diǎn)XI 和X2，即獲得粗對(duì)準(zhǔn)位置；步驟3.2、延展信號(hào)曲線S0，在SO的延展曲線上，找到距離上述粗對(duì)準(zhǔn) 位置XI和X2最接近的峰值點(diǎn)X0，即獲得精對(duì)準(zhǔn)位置并儲(chǔ)存；步驟4、利用位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊，移動(dòng)運(yùn)動(dòng)臺(tái)以使基底臺(tái)移 動(dòng)一定的距離，重新采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的土l級(jí)衍射光的干涉條紋圖像和基底臺(tái) 的位置數(shù)據(jù)，并傳輸至圖像處理模塊，隨后跳轉(zhuǎn)到步驟2，重復(fù)多次執(zhí)行步 驟2和步驟3，得到多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息；步驟5、綜合上述得到的多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息，確定最終的對(duì)準(zhǔn)位置。所述的步驟2.3中，采用邊緣探測(cè)法或模板匹配法，來(lái)確定和分割出所 采集的圖像中對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記所在的區(qū)域。所述的步驟3.1和步驟3.2中，延展信號(hào)曲線的方法是采用數(shù)值擬合的 方法或者判斷灰度最大值的方法，獲得信號(hào)曲線的每一個(gè)峰值點(diǎn)，對(duì)該每一 個(gè)峰值點(diǎn)信息采用平均法，以得到該信號(hào)的周期，然后利用該周期，以固定 的峰值點(diǎn)延展信號(hào)曲線。所述的步驟5中，對(duì)得到的多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息，采用求平均方法，來(lái) 確定最終的對(duì)準(zhǔn)位置。本發(fā)明提供的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與對(duì)準(zhǔn)方法，采用具有 不同周期的光柵作為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)光學(xué)照明系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，可得到對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)記的士l級(jí)衍射光相干所形成的暗場(chǎng)圖像，該圖像由CCD攝像機(jī)和圖像采 集卡進(jìn)行采集，并由圖像處理模塊進(jìn)行圖像信號(hào)處理和對(duì)準(zhǔn)操作，最終獲得精對(duì)準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)晶圓與基底臺(tái)之間的對(duì)準(zhǔn)。由于本發(fā)明采用圖像處理與對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記的光柵相位信息相結(jié)合的方法，在獲得較高對(duì)準(zhǔn)精度的前提下，整個(gè) 系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)晶圓與基準(zhǔn)臺(tái)對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記形成的干涉成像圖像和經(jīng)圖像處理后的信號(hào)圖 形示意圖；圖5為本發(fā)明中對(duì)準(zhǔn)信號(hào)曲線和對(duì)準(zhǔn)位置的示意圖；圖6為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)晶圓與基準(zhǔn)臺(tái)對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖2 圖6，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 圖2為本發(fā)明提供的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的一實(shí)施例的結(jié) 構(gòu)示意圖，該對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)晶圓與基底臺(tái)的對(duì)準(zhǔn)，其包含位于晶圓7或基 底臺(tái)9上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，依次設(shè)置的光源模塊300，照明模塊，成像模塊，圖 像采集模塊，圖像處理模塊，和位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊；所述的位于 晶圓或基底臺(tái)上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)置在成像模塊和位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊 之間；所述的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記由一組用于粗對(duì)準(zhǔn)的大周期光柵分支與用于精對(duì)準(zhǔn)的單 個(gè)小周期光柵分支組成；該組大周期光柵分支包括兩個(gè)周期存在一微小固定 差的光柵分支；所述的光柵為相位型光柵；如圖3所示，為本實(shí)施例所采用的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；其中三個(gè)光 柵分支的周期依次分別為P1， P0和P2，且滿足P1〉P2〉P0。其中，周期為 Pl和P2的光柵分支組成大周期光柵分支，用于粗對(duì)準(zhǔn)，且這2個(gè)光柵分支 之間存在著固定的微小周期差A(yù)pl，即表示為Pl=P2+Apl。而周期為 P0的光柵分支為所述的單個(gè)小周期光柵分支，用于精對(duì)準(zhǔn)。所述的光源模塊300提供至少包含兩個(gè)分立波長(zhǎng)的照明光束，例如，2個(gè)分立波長(zhǎng)分別為633nm和785nm;本實(shí)施例中，該光源模塊300提供的照 明光束包含4個(gè)分立波長(zhǎng))J、 X2、 X3和X4，分別為532nm、 633nm、 785nm 和850nm;該多波長(zhǎng)照明光束所包含的4個(gè)光波？J、 X2、 M和人4，分別經(jīng)對(duì)應(yīng)設(shè) 置的4根單模保偏光纖301傳輸至各個(gè)光纖耦合器302,耦合后均進(jìn)入合束 器303，再通過(guò)單模保偏光纖304輸出到照明模塊。所述的照明模塊包含傳輸光纖和照明光學(xué)系統(tǒng)；該照明光學(xué)系統(tǒng)依次由 起偏器505，透鏡506，照明孔徑光闌507，透鏡508和偏振分束器509構(gòu)成； 多波長(zhǎng)照明光束由傳輸光纖傳輸，依次經(jīng)過(guò)所述的起偏器505，透鏡506，照 明孔徑光闌507，透鏡50S，最后經(jīng)偏振分束器509的偏振分束面509a垂直 入射到成像模塊。所述的成像模塊包含依次設(shè)置在偏振分束器509和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記之間的A/4 波片510，物鏡511,以及依次設(shè)置在偏振分束器509和圖像采集模塊之間的 空間濾波器512，多色光分離系統(tǒng)513，對(duì)應(yīng)光源光波數(shù)設(shè)置的透鏡514;故， 本實(shí)施例中，應(yīng)設(shè)置4個(gè)透鏡514。多波長(zhǎng)照明光束經(jīng)過(guò)A74波片510，再經(jīng)過(guò)物鏡511垂直入射到位于晶圓 7或者基底臺(tái)9上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1上，形成圓偏振光的光斑，并發(fā)生反射和衍 射，衍射后的出射光攜帶有關(guān)于對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)的全部信息，在物鏡511的頻 譜面上產(chǎn)生一系列衍射光斑，分別對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記不同周期的光柵部分；對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)記的多波長(zhǎng)衍射光經(jīng)透鏡511準(zhǔn)直后，首先經(jīng)過(guò)空間濾波器512，其濾除 對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的所有零級(jí)衍射光和高級(jí)次衍射光，僅保留其士l級(jí)的衍射光通過(guò)； 該對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的士l級(jí)衍射光再經(jīng)過(guò)多色光分離系統(tǒng)513，使得不同波長(zhǎng)的衍射 光分離，分別得到波長(zhǎng)為 J、人2、 X3和M的士1級(jí)衍射光，其分別經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng) 透鏡514相干成像，形成帶有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記結(jié)構(gòu)信息的衍射光相干暗場(chǎng)圖像，其 是明暗相間的周期性光斑條紋，但是圖2中，僅顯示了其中一種波長(zhǎng) d的光 路。本實(shí)施例中，照明光學(xué)系統(tǒng)中的照明孔徑光闌507，透鏡508，偏振分束 器509，以及成像模塊中的X/4波片510，物鏡511形成柯勒光學(xué)系統(tǒng)。所述的圖像采集模塊包含依次通過(guò)電路連接的對(duì)應(yīng)光源光波數(shù)的CCD 攝像機(jī)201和圖像采集卡202。該CCD攝像機(jī)201的光敏面放置于成像模塊的像平面上，用以分別獲取晶圓7上的對(duì)準(zhǔn)5和基底臺(tái)9上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1在不同波長(zhǎng)照明下的高分辨率暗場(chǎng)圖像。所述的圖像采集卡202對(duì)CCD攝像 機(jī)201所輸出的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)高速接口，將獲得的圖像實(shí) 時(shí)傳輸?shù)綀D像處理模塊。所述的圖像采集模塊還可包含一成像光纖(圖中未示出)，通過(guò)其將對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)記1或5的暗場(chǎng)圖像引入到CCD攝像機(jī)201的光敏面，以獲取圖像信息。如圖4的上半部分所示，顯示了本實(shí)施例中，CCD攝像機(jī)201獲得的對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記1在某個(gè)波長(zhǎng)照明下的暗場(chǎng)圖像，由于僅保留了對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的土l級(jí)衍射 光的干涉成像，故圖像中明暗相間的條紋周期為對(duì)應(yīng)的光柵分支周期的1/2，艮卩Pl， =Pl/2; P2， =P2/2; PO， =P0/2。所述的位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊包括運(yùn)動(dòng)臺(tái)10，位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 204和運(yùn)動(dòng)控制器205;該運(yùn)動(dòng)臺(tái)10上放置晶圓7和基底臺(tái)9，其由直線電 機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)橫向(x向)或豎向(y向)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；該位置數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)204通過(guò)激光干涉儀實(shí)時(shí)采集基底臺(tái)9的位置數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 等數(shù)據(jù)預(yù)處理后，提供給運(yùn)動(dòng)控制器205，并通過(guò)高速接口，實(shí)時(shí)傳輸至圖 像處理模塊；該運(yùn)動(dòng)控制器205控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡；所述的圖像處理模塊設(shè)置在上位機(jī)203中運(yùn)行，該上位機(jī)203和圖像采 集卡202通過(guò)電路連接，其是PC機(jī)或SUN工作站；所述的圖像處理模塊根 據(jù)CCD攝像機(jī)201拍攝到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1或5的暗場(chǎng)圖像和由位置數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)204采集的基地臺(tái)9的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像信號(hào)處理與對(duì)準(zhǔn)算法， 獲得對(duì)準(zhǔn)信號(hào)和對(duì)準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)基底臺(tái)與晶圓的對(duì)準(zhǔn)。具體的，對(duì)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1或5在某個(gè)照明波長(zhǎng)下的暗場(chǎng)圖像采用如下的圖 像信號(hào)處理方法對(duì)暗場(chǎng)圖像中的每一明暗條紋的灰度沿光柵條切向進(jìn)行積 分(累積)，可獲得如圖4下半部分所示的半正弦波形式的灰度曲線S1、 S2 和SO (由離散像素點(diǎn)構(gòu)成)。理論上，信號(hào)S1、 S2和S0的周期亦等于對(duì)應(yīng) 的光柵分支周期的1/2，艮口 dl,.=Pl/2; d2,.=P2/2; d0,=P0/2; /=l，2，...n。但是實(shí)際中，由于成像系統(tǒng)存在的像差、CCD鏡頭畸變等因素的影響， 信號(hào)Sl、 S2和SO的周期不完全等于對(duì)應(yīng)光柵分支周期的1/2，且每一信號(hào) 的波峰之間距離亦非完全相等，如可能存在dl/^112的情況。此時(shí)，可采用 對(duì)各信號(hào)波峰之間間距進(jìn)行平均或者擬合的方法，獲得S1、 S2和S0的名義周期。圖5為具體進(jìn)行信號(hào)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程的示意圖，圖中的曲線為信號(hào)S1、 S2和 SO在周期上的延展。由于2個(gè)大周期光柵分支的周期Pl和P2之間存在微小 周期差，類似于游標(biāo)卡尺，在一定的周期數(shù)目?jī)?nèi)，S1和S2的信號(hào)曲線上會(huì) 表現(xiàn)出存在一個(gè)峰值的重合點(diǎn)，即X1和X2，該點(diǎn)即為粗對(duì)準(zhǔn)位置。在該粗 對(duì)準(zhǔn)位置點(diǎn)的附近，可以找到一個(gè)距離該粗對(duì)準(zhǔn)位置最近的SO信號(hào)上的峰 值點(diǎn)XO，該峰值點(diǎn)即為精對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)。理論上，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，可保證粗對(duì)準(zhǔn)信號(hào)峰值重合點(diǎn)與精對(duì)準(zhǔn)信號(hào) 峰值點(diǎn)完全重合，即X1、 X2和X0重合，但由于實(shí)際生產(chǎn)中的標(biāo)記變形、 隨機(jī)誤差、CCD鏡頭的畸變等因素的影響，XI、 X2和X0之間會(huì)存在微小 的位置誤差，但這些位置誤差不影響精對(duì)準(zhǔn)位置的判斷。最后，利用多次根據(jù)拍攝到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像所獲得的對(duì)準(zhǔn)位置信 息，確定最終最精確的對(duì)準(zhǔn)位置。如圖6所示，本發(fā)明還提供了一種利用光刻裝置的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的 方法，具體包含以下步驟步驟1、移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1或5，使其處于能成像在CCD攝像機(jī)201的視 場(chǎng)范圍之內(nèi)的位置，采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1或5的±1級(jí)衍射光的干涉條紋圖像， 并傳輸?shù)綀D像處理模塊中，同時(shí)，位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)204采集此時(shí)基底臺(tái)9 所處的位置數(shù)據(jù)并傳輸?shù)綀D像處理模塊；步驟2、圖像處理模塊對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉條紋圖像，進(jìn)行圖像 處理，獲得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1包含的各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；具體包括以下步驟步驟2.1、圖像處理模塊對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉條紋圖像進(jìn)行預(yù)處 理，降低圖像噪聲；步驟2.2、圖像處理模塊對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行閾值分割，獲得二值圖像;步驟2.3、圖像處理模塊分割出上述得到的二值圖像中的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記所在的 區(qū)域；步驟2.4、圖像處理模塊對(duì)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉成像圖像中的每一明暗條紋的 灰度進(jìn)行沿光柵條切向方向的灰度積分，獲得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的各光柵分支圖像的 灰度曲線S1、 S2和S0，即各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；步驟3、圖像處理模塊對(duì)上述得到的各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)算法處理，得到對(duì)準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)基底臺(tái)與晶圓的對(duì)準(zhǔn)；具體包括以下步驟步驟3.1、延展信號(hào)曲線S1和S2，由于S1和S2信號(hào)曲線存在微小的周 期差，將能找到Sl延展曲線和S2延展曲線中位置最接近重合的峰值點(diǎn)XI 和X2，即獲得粗對(duì)準(zhǔn)位置；步驟3.2、延展信號(hào)曲線S0，在SO的延展曲線上，找到距離上述粗對(duì)準(zhǔn) 位置XI和X2最接近的峰值點(diǎn)X0，即獲得精對(duì)準(zhǔn)位置并儲(chǔ)存；步驟4、利用位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊，移動(dòng)運(yùn)動(dòng)臺(tái)10以使基底臺(tái) 9移動(dòng)一定的距離，重新采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1或5的±1級(jí)衍射光的干涉條紋圖像 和基底臺(tái)9的位置數(shù)據(jù)，并傳輸至圖像處理模塊，隨后跳轉(zhuǎn)到步驟2，重復(fù) 多次執(zhí)行步驟2和步驟3，得到多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息；步驟5、綜合上述得到的多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息，確定最終的對(duì)準(zhǔn)位置。所述的步驟2.3中，采用邊緣探測(cè)法或模板匹配法，來(lái)確定和分割出所 采集的圖像中對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記所在的區(qū)域。所述的步驟3.1和步驟3.2中，延展信號(hào)曲線的方法是采用數(shù)值擬合的 方法或者判斷灰度最大值的方法，獲得信號(hào)曲線的每一個(gè)峰值點(diǎn)，對(duì)該每一 個(gè)峰值點(diǎn)信息采用平均法，以得到該信號(hào)的周期，然后利用該周期，以固定 的峰值點(diǎn)延展信號(hào)曲線。所述的步驟5中，對(duì)得到的多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息，采用求平均方法，來(lái) 確定最終的對(duì)準(zhǔn)位置。本發(fā)明提供的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與對(duì)準(zhǔn)方法，采用具有 不同周期的光柵作為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)光學(xué)照明系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，可得到對(duì)準(zhǔn) 標(biāo)記的士l級(jí)衍射光相干所形成的暗場(chǎng)圖像，該圖像由CCD攝像機(jī)和圖像采 集卡進(jìn)行采集，并由圖像處理模塊進(jìn)行圖像信號(hào)處理和對(duì)準(zhǔn)操作，最終獲得 精對(duì)準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)晶圓與基底臺(tái)之間的對(duì)準(zhǔn)。由于本發(fā)明采用圖像處理與對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記的光柵相位信息相結(jié)合的方法，在獲得較高對(duì)準(zhǔn)精度的前提下，整個(gè) 系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1、一種基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)晶圓與基底臺(tái)的對(duì)準(zhǔn)，其特征在于，所述的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)包括位于晶圓或基底臺(tái)上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，依次設(shè)置的光源模塊，照明模塊，成像模塊，圖像采集模塊，圖像處理模塊，和位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊；該位于晶圓或基底臺(tái)上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)置在成像模塊和位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊之間；所述的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記由一組用于粗對(duì)準(zhǔn)的大周期光柵分支與單個(gè)用于精對(duì)準(zhǔn)的小周期光柵分支組成；所述的成像模塊形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的±1級(jí)衍射光相干暗場(chǎng)圖像，其為明暗相間的周期性光斑條紋；所述的圖像采集模塊包含通過(guò)電路連接的CCD攝像機(jī)與圖像采集卡，采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像；所述的圖像處理模塊在上位機(jī)中運(yùn)行，其對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像進(jìn)行圖像信號(hào)處理，得到各個(gè)光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；利用對(duì)準(zhǔn)算法得到對(duì)準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)基底臺(tái)與晶圓的對(duì)準(zhǔn)。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的一組大周期光柵分支包括兩個(gè)周期存在一微小固定差的光柵分支。
3、 如權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的光柵為相位型光柵。
4、 如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的光源模塊提供包含至少兩個(gè)分立波長(zhǎng)光波的照明光束。
5、 如權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的光源模塊提供包含四個(gè)分立波長(zhǎng)光波的照明光束，且其中至少有兩個(gè) 光波的波長(zhǎng)處于近紅外或紅外波段。
6、 如權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的光源模塊依次包含對(duì)應(yīng)光源光波數(shù)設(shè)置的第一傳輸光纖，對(duì)應(yīng)光源光 波數(shù)設(shè)置的光纖耦合器， 一合束器和一第二傳輸光纖。
7、 如權(quán)利要求6所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的第一傳輸光纖和第二傳輸光纖為單模保偏光纖。
8、 如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的照明模塊包含傳輸光纖和照明光學(xué)系統(tǒng)。
9、 如權(quán)利要求8所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于， 所述的照明光學(xué)系統(tǒng)依次由起偏器，第一透鏡，照明孔徑光闌，第二透鏡和 具有偏振分束面的偏振分束器構(gòu)成。
10、 如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的成像模塊包含依次設(shè)置在偏振分束器和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記之間的A74波片， 物鏡，以及依次設(shè)置在偏振分束器和圖像采集模塊之間的空間濾波器，多色 光分離系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)光源光波數(shù)設(shè)置的第三透鏡。
11、 如權(quán)利要求IO所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的空間濾波器濾除對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的零級(jí)衍射光和高級(jí)次衍射光，保留其 ±1級(jí)的衍射光通過(guò)。
12、 如權(quán)利要求11所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的多色光分離系統(tǒng)分離各個(gè)不同波長(zhǎng)的衍射光。
13、 如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，在圖像采集模塊中，所述的CCD攝像機(jī)的設(shè)置數(shù)目對(duì)應(yīng)于光源光波數(shù)，其分別獲取對(duì)準(zhǔn)標(biāo) 記在不同波長(zhǎng)照明下的高分辨率暗場(chǎng)圖像；所述的圖像采集卡對(duì)CCD攝像機(jī)輸出的視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)高 速接口，將采集的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)綀D像處理模塊。
14、 如權(quán)利要求13所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的各個(gè)CCD攝像機(jī)的光敏面放置于成像模塊的像平面上。
15、 如權(quán)利要求13所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的圖像采集模塊還包含一成像光纖，通過(guò)其將對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在不同波長(zhǎng) 照明下的暗場(chǎng)圖像分別引入到各個(gè)CCD攝像機(jī)的光敏面。
16、 如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊包括運(yùn)動(dòng)臺(tái)，位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和 運(yùn)動(dòng)控制器。
17、 如權(quán)利要求16所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，在位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊包括運(yùn)動(dòng)臺(tái)中，所述的運(yùn)動(dòng)臺(tái)上放置晶圓和基底臺(tái)，其由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)X向或y向的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述的位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)激光干涉儀實(shí)時(shí)采集基底臺(tái)的位置數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理后分別傳輸至運(yùn)動(dòng)控制器和圖像處理模塊； 所述的運(yùn)動(dòng)控制器控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
18、 如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的圖像處理模塊對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像進(jìn)行圖像信號(hào)處理 的方法是對(duì)暗場(chǎng)圖像中的每一明暗條紋的灰度沿光柵條切向進(jìn)行積分。
19、 如權(quán)利要求18所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)包括三個(gè)不同周期的信號(hào)序列。
20、 如權(quán)利要求19所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述的圖像處理模塊進(jìn)行的對(duì)準(zhǔn)算法包括利用兩個(gè)存在微小周期差的 大周期光柵分支信號(hào)，確定粗對(duì)準(zhǔn)位置；利用小周期光柵分支信號(hào)，以及粗 對(duì)準(zhǔn)位置，確定精對(duì)準(zhǔn)位置；利用多次根據(jù)拍攝到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的暗場(chǎng)圖像所 獲得的對(duì)準(zhǔn)位置信息，確定最終的對(duì)準(zhǔn)位置。
21、 一種利用權(quán)利要求1所述的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì) 準(zhǔn)方法，其特征在于，具體包含以下步驟-步驟l、移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，使其處于能成像在CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)范圍之內(nèi) 的位置，采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的士l級(jí)衍射光的干涉條紋圖像，并傳輸?shù)綀D像處理 模塊中，同時(shí)，位置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集此時(shí)基底臺(tái)所處的位置數(shù)據(jù)并傳輸?shù)?圖像處理模塊；步驟2、圖像處理模塊對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉條紋圖像，進(jìn)行圖像 處理，獲得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記包含的各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)；步驟3、圖像處理模塊對(duì)上述得到的各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)算 法處理，得到對(duì)準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)基底臺(tái)與晶圓的對(duì)準(zhǔn)；步驟4、利用位置數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制模塊，移動(dòng)運(yùn)動(dòng)臺(tái)以使基底臺(tái)移 動(dòng)一定的距離，重新采集對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的土l級(jí)衍射光的干涉條紋圖像和基底臺(tái) 的位置數(shù)據(jù)，并傳輸至圖像處理模塊，隨后跳轉(zhuǎn)到步驟2，重復(fù)多次執(zhí)行步 驟2和步驟3，得到多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息；步驟5、綜合上述得到的多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息，確定最終的對(duì)準(zhǔn)位置。
22、 如權(quán)利要求21所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在 于，所述的步驟2具體包含以下步驟步驟2.1、圖像處理模塊對(duì)采集到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉條紋圖像進(jìn)行預(yù)處 理，降低圖像噪聲；步驟2，2、圖像處理模塊對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行閾值分割，獲得二值圖像;步驟2.3、圖像處理模塊分割出上述得到的二值圖像中的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記所在的 區(qū)域；步驟2.4、圖像處理模塊對(duì)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的干涉成像圖像中的每一明暗條紋的 灰度進(jìn)行沿光柵條切向方向的灰度積分，獲得對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的各光柵分支圖像的 灰度曲線S1、 S2和S0，即各光柵分支的對(duì)準(zhǔn)信號(hào)。
23、 如權(quán)利要求22所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在 于，所述的步驟2.3中，采用邊緣探測(cè)法或模板匹配法，來(lái)確定和分割出所 采集的圖像中對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記所在的區(qū)域。
24、 如權(quán)利要求21所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在 于，所述的步驟3具體包含以下步驟步驟3.1、延展信號(hào)曲線Sl和S2，由于Sl和S2信號(hào)曲線存在微小的周 期差，將能找到Sl延展曲線和S2延展曲線中位置最接近重合的峰值點(diǎn)XI 和X2，即獲得粗對(duì)準(zhǔn)位置；步驟3.2、延展信號(hào)曲線S0，在SO的延展曲線上，找到距離上述粗對(duì)準(zhǔn) 位置XI和X2最接近的峰值點(diǎn)X0，即獲得精對(duì)準(zhǔn)位置并儲(chǔ)存。
25、 如權(quán)利要求24所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在 于，所述的步驟3.1和步驟3.2中，延展信號(hào)曲線的方法是采用數(shù)值擬合的 方法或者判斷灰度最大值的方法，獲得信號(hào)曲線的每一個(gè)峰值點(diǎn)，對(duì)該每一 個(gè)峰值點(diǎn)信息采用平均法，以得到該信號(hào)的周期，然后利用該周期，以固定 的峰值點(diǎn)延展信號(hào)曲線。
26、 如權(quán)利要求21所述的基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在 于，所述的步驟5中，對(duì)得到的多個(gè)精對(duì)準(zhǔn)位置信息，采用求平均方法，來(lái) 確定最終的對(duì)準(zhǔn)位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺(jué)的光刻裝置對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與對(duì)準(zhǔn)方法，其采用具有不同周期的光柵作為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，通過(guò)光學(xué)照明系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，可得到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的±1級(jí)衍射光相干暗場(chǎng)圖像，該圖像由CCD攝像機(jī)和圖像采集卡進(jìn)行采集，并由圖像處理模塊進(jìn)行圖像信號(hào)處理和對(duì)準(zhǔn)操作，最終獲得精對(duì)準(zhǔn)位置，實(shí)現(xiàn)晶圓與基底臺(tái)之間的對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明采用圖像處理與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的光柵相位信息相結(jié)合的方法，在獲得較高對(duì)準(zhǔn)精度的前提下，整個(gè)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101241313SQ20081003447
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者李運(yùn)鋒 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司