一种基于被动聚焦的实时聚焦方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于被动聚焦的实时聚焦方法及装置，主要用于高速激光直接成像光刻机系统，属于超大规模集成电路装备行业技术领域。
【背景技术】
[0002]高速光刻机不仅对曝出的图形质量有较高要求，而且对设备的产能也有很高的要求。聚焦系统是光刻机中的非常重要的模块之一，它的性能不仅影响曝光的图形质量还直接影响曝光产能。
[0003]聚焦不准就会造成曝出的图形模糊、失真，最终导致芯片报废。如果聚焦速度太慢又会严重影响曝光产能，导致设备性能的下降。本行业中一直在寻找一种高效的聚焦系统。传统的聚焦系统有两种，一种是纯软件式被动聚焦的，此种方式通过平台Z轴运动过程中用工业相机连续采集曝光基底上图像然后利用图像处理的方式找到最清晰图像实现聚焦，特点是成本低，速度慢；另一种是纯硬件的式的主动聚焦，此方式利用测距仪，通过实时测量曝光基底高度来测算焦面值实现聚焦。主动聚焦速度明显改善，但价格昂贵，且结构比较复杂。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于被动聚焦的实时聚焦方法及装置，通过在纯软件的被动聚焦的系统中加入软件算法来提高聚焦精准度和效率，实现比纯软件聚焦更快的速度，满足快速实时聚焦的需求，实现更精细、更快速的聚焦效果，且成本低廉，不会增加任何的硬件成本。
[0005]为了实现上述目的，本基于被动聚焦的实时聚焦方法的具体步骤是:
[0006](A)、扫描式光刻机按照条带进行曝光，条带是一个长方形曝光区域，一次扫描曝光一个条带，一个条带接着一个条带的顺序曝光，所有条带构成整个曝光区域；
[0007](B)、根据步骤(I)中曝光区域确定实时聚焦区域，将实时聚焦区域按照一定的宽度和高度划分成若干小的矩形区域作为待拟合区域；
[0008](C)、曝光某一条带前通过被动聚焦的方式将与此条带相交的所有待拟合区域的四个顶点位置的焦面值测算出来，将每个待拟合区域四个顶点的位置(X，Y)及焦面值进行矩阵运算，拟合得到此区域的焦平面方程；
[0009](D)、曝光某一条带时通过三轴定位平台Stage当前的位置(x0，y0)，找到包含此位置的已拟合区域，并将(x0，y0)代入此区域的焦平面方程，从而得到三轴定位平台Stage在此位置的焦面值f0，移动三轴定位平台Stage的Z轴到f0位置实现此位置的聚焦。
[0010]进一步，所述步骤(C)中的被动聚焦过程如下:
[0011](I)、设置平台Z轴移动步长Step和总共移动的次数N ；
[0012](2)、以当前z轴位置ZO为基准，计算聚焦最低位置P0，P0 = ZO - Step*N/2 ?’及聚焦最高位置Pn，Pl = ZO+St印*N/2 ；
[0013](3)、移动z轴到PO位置，图像传感器CXD采集此位置的图像并记录此时平台Z轴位置，通过图像处理算法计算此位置采集到图像的清晰度CO ;
[0014](4)、移动z轴到Pl位置，ΡΟ+step,采集此位置图像并计算清晰度Cl ；
[0015](5)、重复步骤⑷至Pn位置，P0+step*N，采集此位置图像并计算清晰度Cn ；
[0016](6)、找出CO至Cn中清晰度最高的Cx所对应的平台Z轴的位置Zx ；
[0017](7)、移动平台Z轴到Zx位置，即实现本次被动聚焦。
[0018]进一步，所述步骤(C)在曝光准备阶段并行执行。
[0019]同时，本发明还提供了一种基于被动聚焦的实时聚焦装置，包括由三轴定位平台Stage，以及位于Stage上方固定在光路系统结构上的图像传感器(XD和光学成像镜头Lens组合构成。
[0020]进一步，所述三轴定位平台Stage包括X、Y、Z三个方向移动的高精度直线电机；
[0021]所述图像传感器CCD和光学成像镜头Lens安装在位于Stage上方的光路系统结构上；
[0022]在所述三轴定位平台Stage的Z轴上安装曝光基底Wafer。
[0023]与现有技术相比，本基于被动聚焦的实时聚焦方法及装置利用纯软件式被动聚焦在待拟合矩形区域的四个顶点进行聚焦，然后利用矩阵运算拟合矩形区域的焦平面方程，曝光时通过三轴定位平台Stage位置和焦平面方程实时计算焦面值从而实现超快速聚焦；实际应用中可以通过调整待拟合区域大小来实现更精细或更快速的聚焦。本发明实现比纯软件聚焦更快的速度，满足快速实时聚焦的需求，实现更精细、更快速的聚焦效果，且成本低廉，不会增加任何的硬件成本。
【附图说明】
[0024]图1为本发明中的曝光区域、曝光条带、聚焦区域、聚焦条带和待拟合区域示意图；
[0025]图2为本发明的装置结构示意图；
[0026]图3为图2中曝光基底Wafer的放大示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0028]如图1和图3所示，本基于被动聚焦的实时聚焦方法的具体步骤是:
[0029](A)、扫描式光刻机按照条带进行曝光，条带是一个长方形曝光区域，一次扫描曝光一个条带，一个条带接着一个条带的顺序曝光，所有条带构成整个曝光区域；
[0030](B)、根据步骤(I)中曝光区域确定实时聚焦区域，将实时聚焦区域按照一定的宽度和高度划分成若干小的矩形区域作为待拟合区域；
[0031](C)、曝光某一条带前通过被动聚焦的方式将与此条带相交的所有待拟合区域的四个顶点位置的焦面值测算出来，将每个待拟合区域四个顶点的位置(X，Y)及焦面值进行矩阵运算，拟合得到此区域的焦平面方程；
[0032](D)、曝光某一条带时通过三轴定位平台Stage当前的位置(x0，y0)，找到包含此位置的已拟合区域，并将(x0，y0)代入此区域的焦平面方程，从而得到三轴定位平台Stage在此位置的焦面值fo，移动三轴定位平台Stage的Z轴到fO位置实现此位置的聚焦。
[0033]进一步，如图2所示，图像传感器CCD接收来自光学成像镜头Lens的光束图像，此光束图像取自曝光基底Wafer上的特征图形。所述步骤(C)中的被动聚焦过程如下:
[0034](I)、设置平台Z轴移动步长Step和总共移动的次数N ；
[0035](2)、以当前z轴位置ZO为基准，计算聚焦最低位置PO，PO = ZO - Step*N/2 ;及聚焦最高位置Pn，Pl = ZO+St印*N/2 ；
[0036](3)、移动z轴到PO位置，图像传感器CXD采集此位置的图像并记录此时平台Z轴位置，通过图像处理算法计算此位置采集到图像的清晰度CO ;
[0037](4)、移动z轴到Pl位置，ΡΟ+step,采集此位置图像并计算清晰度Cl ；
[0038](5)、重复步骤⑷至Pn位置，P0+step*N，采集此位置图像并计算清晰度Cn ；
[0039](6)、找出CO至Cn中清晰度最高的Cx所对应的平台Z轴的位置Zx ；
[0040](7)、移动平台Z轴到Zx位置，即实现本次被动聚焦。
[0041]进一步，所述步骤(C)在曝光准备阶段并行执行，不影响曝光产能。
[0042]同时，如图2所示，本发明还提供了一种基于被动聚焦的实时聚焦装置，包括由三轴定位平台Stage，以及位于Stage上方固定在光路系统结构上的图像传感器CCD和光学成像镜头Lens组合构成。
[0043]进一步，所述三轴定位平台Stage包括X、Y、Z三个方向移动的高精度直线电机；
[0044]所述图像传感器CXD和光学成像镜头Lens安装在位于Stage上方的光路系统结构上；
[0045]在所述三轴定位平台Stage的Z轴上安装曝光基底Wafer。
[0046]综上所述，本基于被动聚焦的实时聚焦方法及装置通过被动聚焦的方式在待拟合矩形区域的四个顶点进行聚焦，然后利用矩阵运算拟合矩形区域的焦平面方程，曝光时通过三轴定位平台Stage位置和焦平面方程实时计算焦面值从而实现超快速聚焦；实际应用中可以通过调整待拟合区域大小来实现更精细或更快速的聚焦。本发明实现比纯软件聚焦更快的速度，满足快速实时聚焦的需求，实现更精细、更快速的聚焦效果，且成本低廉，不会增加任何的硬件成本。
【主权项】
1.一种基于被动聚焦的实时聚焦方法，其特征在于，具体步骤如下: (A)、扫描式光刻机按照条带进行曝光，条带是一个长方形曝光区域，一次扫描曝光一个条带，一个条带接着一个条带的顺序曝光，所有条带构成整个曝光区域； (B)、根据步骤(I)中曝光区域确定实时聚焦区域，将实时聚焦区域按照一定的宽度和高度划分成若干小的矩形区域作为待拟合区域； (C)、曝光某一条带前通过被动聚焦的方式将与此条带相交的所有待拟合区域的四个顶点位置的焦面值测算出来，将每个待拟合区域四个顶点的位置(X，Y)及焦面值进行矩阵运算，拟合得到此区域的焦平面方程； (D)、曝光某一条带时通过三轴定位平台Stage当前的位置(xO，yO)，找到包含此位置的已拟合区域，并将(xO，yO)代入此区域的焦平面方程，从而得到三轴定位平台Stage在此位置的焦面值fO，移动三轴定位平台Stage的Z轴到fO位置实现此位置的聚焦。
2.根据权利要求1所述的一种基于被动聚焦的实时聚焦方法，其特征在于， 所述步骤(C)中的被动聚焦过程如下: (1)、设置平台Z轴移动步长Step和总共移动的次数N; (2)、以当前z轴位置ZO为基准，计算聚焦最低位置PO，PO= ZO - Step*N/2 ;及聚焦最高位置 Pn，Pl = ZO+St印*N/2 ； (3)、移动z轴到PO位置，图像传感器CCD采集此位置的图像并记录此时平台Z轴位置，通过图像处理算法计算此位置采集到图像的清晰度CO ; (4)、移动z轴到Pl位置，ΡΟ+step,采集此位置图像并计算清晰度Cl； (5)、重复步骤(4)至Pn位置，PO+st印*N，采集此位置图像并计算清晰度Cn; (6)、找出CO至Cn中清晰度最高的Cx所对应的平台Z轴的位置Zx； (7)、移动平台Z轴到Zx位置，即实现本次被动聚焦。
3.根据权利要求1所述的一种基于被动聚焦的实时聚焦方法，其特征在于， 所述步骤(C)在曝光准备阶段并行执行。
4.一种基于被动聚焦的实时聚焦装置，其特征在于， 包括由三轴定位平台Stage，以及位于Stage上方固定在光路系统结构上的图像传感器(XD和光学成像镜头Lens组合构成。
5.根据权利要求4所述的一种基于被动聚焦的实时聚焦装置，其特征在于， 所述三轴定位平台Stage包括X、Y、Z三个方向移动的高精度直线电机； 所述图像传感器CCD和光学成像镜头Lens安装在位于Stage上方的光路系统结构上； 在所述三轴定位平台Stage的Z轴上安装曝光基底Wafer。
【专利摘要】本发明公开了一种基于被动聚焦的实时聚焦方法及装置，属于超大规模集成电路装备行业技术领域。扫描式光刻机按照条带进行曝光，所有条带构成整个曝光区域；曝光区域确定实时聚焦区域，将实时聚焦区域划分成待拟合区域；曝光某一条带前利用被动聚焦将与此条带相交的所有待拟合区域的四个顶点位置的焦面值测算出来，通过矩阵运算拟合得到待拟合区域的焦平面方程；曝光某一条带时找到已拟合区域，通过焦平面方程得到焦面值，移动曝光基底Wafer实现精准聚焦。本发明提高了聚焦精准度和效率，实现比纯软件聚焦更快的速度，满足快速实时聚焦的需求，实现更精细、更快速的聚焦效果，且成本低廉，不会增加任何的硬件成本。
【IPC分类】G03F7-207
【公开号】CN104614952
【申请号】CN201410844492
【发明人】徐锦白, 钱聪
【申请人】江苏影速光电技术有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月30日