CN104216241A - 一种基于Keyence实时聚焦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Keyence实时聚焦方法及装置，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Keyence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。本基于Keyence实时聚焦方法及装置成本低廉，聚焦精准、快速，实现了超快速聚焦；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。

Description

一种基于Keyence实时聚焦方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于Keyence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

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。

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，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，但仍无法满足快速实时聚焦需求，且价格偏高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于Keyence实时聚焦方法及装置，通过在纯硬件主动聚焦的系统中加入软件算法来提高聚焦效率，实现比纯硬件聚焦更快的速度，满足快速实时聚焦需求，成本低廉，聚焦精准、快速，实现更精细、更快速的聚焦效果。

为了实现上述目的，一种基于Keyence实时聚焦方法的具体步骤是：

(1)、扫描式光刻机按照条带进行曝光，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；

(2)、根据步骤(1)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；

(3)、曝光某一条带前通过激光测距仪Keyence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及焦面值进行矩阵运算，拟合得到此区域的焦平面方程；

(4)、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。

进一步，所述步骤(3)在曝光准备阶段并行执行。

与上述方法结合所使用的装置由三轴定位平台Stage，以及位于Stage上方固定在成像系统结构上的激光测距仪Keyence和光学成像镜头Lens组合构成。

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；

所述激光测距仪Keyence和光学成像镜头Lens分别安装在上成像系统结构上。

在所述三轴定位平台Stage的Z轴上安装曝光基底Wafer。

与现有技术相比，本基于Keyence实时聚焦方法及装置利用硬件激光测距仪Keyence在待拟合矩形区域的四个顶点进行快速聚焦，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。本发明成本低廉，聚焦精准、快速。

附图说明

图1为曝光区域、曝光条带、聚焦区域、聚焦条带、待拟合区域示意图；

图2为激光测距仪Keyence、光学成像镜头Lens及三轴定位平台Stage的结构示意图；

图3为图2中Wafer的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图3所示，本基于Keyence实时聚焦方法的具体步骤是：

(1)、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，即图3中粗实线表示的长条矩形，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，整个曝光区域即图3中粗实线表示的大矩形区域；

(2)、根据步骤(1)中曝光区域确定实时聚焦区域，即图3中细实线表示的大矩形区域，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，即图3中细实线表示的小方格区域；

(3)、曝光某一条带前通过激光测距仪Keyence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及焦面值进行矩阵运算，拟合得到此区域的焦平面方程；

(4)、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。

进一步，所述步骤(3)在曝光准备阶段并行执行，不影响曝光产能。

如图1所示，与上述方法结合所使用的装置由三轴定位平台Stage，以及位于Stage上方固定在成像系统结构上的激光测距仪Keyence和光学成像镜头Lens组合构成。

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；

所述激光测距仪Keyence和光学成像镜头Lens安装在位于Stage上方的成像系统结构上；

在所述三轴定位平台Stage的Z轴上安装曝光基底Wafer。

综上所述，本基于Keyence实时聚焦方法及装置利用硬件激光测距仪Keyence在待拟合矩形区域的四个顶点进行快速聚焦，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。即本发明通过在纯硬件主动聚焦的系统中加入软件算法来提高聚焦效率，实现比纯硬件聚焦更快的速度，满足快速实时聚焦需求，成本低廉，聚焦精准、快速。

Claims (4)

1.一种基于Keyence实时聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、扫描式光刻机按照条带进行曝光，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；

(2)、根据步骤(1)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；

(3)、曝光某一条带前通过激光测距仪Keyence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及焦面值进行矩阵运算，拟合得到此区域的焦平面方程；

(4)、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。

2.根据权利要求1所述的一种基于Keyence实时聚焦方法，其特征在于，

所述步骤(3)在曝光准备阶段并行执行。

3.一种基于Keyence实时聚焦装置，其特征在于，

所述装置由三轴定位平台Stage，以及位于Stage上方固定在成像系统结构上的激光测距仪Keyence和光学成像镜头Lens组合构成。

4.根据权利要求3所述的一种基于Keyence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；

所述激光测距仪Keyence和光学成像镜头Lens安装在位于Stage上方的成像系统结构上；

在所述三轴定位平台Stage的Z轴上安装曝光基底Wafer。