一种曝光设备及离焦补偿方法与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及的是一种曝光设备及离焦补偿方法。

背景技术：

1、电子束曝光技术是通过聚焦高能电子束对涂有电子束抗蚀剂的硅片进行直写曝光的一种微纳加工技术，是光学光刻技术的延伸应用，具有更高的分辨率，在芯片加工以及集成电路制造等领域发挥着重要，然而，电子束曝光机具有更高的分辨率的同时也会受硅片焦深的限制。电子束曝光的分辨率很大程度上取决于电子束斑的大小，为了获得最小的电子束斑从而实现最优的曝光效果和分辨率，必须要使电子束斑完美的聚焦在硅片表面。但受到硅片制作工艺的限制，其自身表面不可能完全平滑，总会在局部出现高低起伏。此外受到温度、压力等外界环境以及硅片固定时的人为和机械等因素的影响，会导致硅片出现倾斜、翘曲和形变，这一系列倾斜、翘曲和形变等构成的不平整度共同决定了硅片复杂的表面环境。由于各种离焦因素互相积累，硅片的离焦量可能超出焦深范围，此种情况会严重的影响曝光效果。

2、目前针对于光刻技术中的主流调焦调平系统均采用斜射式的光学三角法来对硅片表面进行探测，即使用探测光束去照射硅片表面，利用硅片表面高反射率的特性，使用电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器去接收反射光。硅片的高度信息被加载到光束上，当硅片的高度发生相对变化时，反射光束也随之发生变化，通过解析反射光在传感器上的位置变化来推算硅片的实际高度信息。现有调焦调平技术中掩模板仅设置有光栅阵列，由于光栅阵列的周期性结构，其提供的离焦信息有限，可检测的离焦范围较小，无法满足电子束曝光机实现大范围检测的使用需求。

3、因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光路成像装置及离焦补偿方法，旨在解决现有技术的电子束曝光机可检测的离焦范围较小，无法满足电子束曝光机实现大范围进行高精度离焦检测的使用需求。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种曝光设备，其中，包括：光路成像装置和电子束曝光机；所述光路成像装置包括依次设置的光源、扩束准直器件、可变光阑、第一投影器件、第一反射器件、第二反射器件、第二投影器件、光学放大组件以及图像传感器；当所述曝光设备处于检测状态，且目标硅片位于所述第一投影器件和所述第二投影器件之间时，所述光源、扩束准直器件、可变光阑、第一投影器件、第一反射器件、目标硅片、第二反射器件、第二投影器件、光学放大组件以及图像传感器形成光路；所述可变光阑和所述第一投影器件之间设置有一个掩模板，所述掩模板上设置有光栅阵列和多个宽度不同的狭缝阵列，用于将所述光路中的光束引入光栅标记和多个宽度不同的狭缝标记；所述光路成像装置用于生成具有光栅标记和狭缝标记的目标图像；

4、所述电子束曝光机包括可移动位移台和曝光机本体；所述可移动位移台位于所述第一反射器件和所述第二反射器件之间，用于放置目标硅片，所述曝光机本体位于所述可移动位移台上方，用于根据目标图像对目标硅片进行离焦补偿和对目标硅片进行曝光。

5、进一步地，所述掩模板上设置有光栅阵列和第一狭缝阵列、第二狭缝阵列、第三狭缝阵列、第四狭缝阵列、第五狭缝阵列、第六狭缝阵列；所述光栅阵列位于所述掩模板的中心位置，所述第一狭缝阵列位于所述光栅阵列的第一方位，所述第二狭缝阵列位于所述光栅阵列的第二方位，所述第三狭缝阵列与所述第四狭缝阵列平行设置，均位于所述光栅阵列的第三方位，所述第三狭缝阵列位于所述光栅阵列和所述第四狭缝阵列之间；所述第五狭缝阵列与所述第六狭缝阵列平行设置，且均位于所述光栅阵列的第四方位，所述第五狭缝阵列位于所述光栅阵列和所述第六狭缝阵列之间。

6、进一步地，所述第一狭缝阵列中包括第一狭缝；所述第二狭缝阵列中包括第二狭缝；所述第三狭缝阵列中包括第三狭缝和第四狭缝，所述第三狭缝位于所述光栅阵列和所述第四狭缝之间，且所述第三狭缝的宽度小于所述第四狭缝的宽度；所述第四狭缝阵列中包括三个宽度依次递增的第五狭缝、第六狭缝和第七狭缝，所述第五狭缝位于所述第四狭缝和所述第六狭缝之间，所述第六狭缝位于所述第五狭缝和所述第七狭缝之间；所述第五狭缝阵列中包括第八狭缝和第九狭缝，所述第八狭缝位于所述光栅阵列和所述第九狭缝之间，且所述第八狭缝的宽度小于所述第九狭缝的宽度；所述第六狭缝阵中包括三个宽度依次递增的第十狭缝、第十一狭缝和第十二狭缝，所述第十狭缝位于所述第九狭缝和所述第十一狭缝之间，所述第十一狭缝位于所述第十狭缝和所述第十一狭缝之间。

7、本发明还提供一种基于如上所述的曝光设备实现的离焦补偿方法，其中，包括：

8、利用光路成像装置检测待测硅片得到目标图像；

9、对所述目标图像进行处理，得到待测硅片的离焦量，根据所述离焦量进行离焦补偿。

10、进一步地，所述电子束曝光机还包括计算控制模块；所述对所述目标图像进行处理，得到待测硅片的离焦量，根据所述离焦量进行离焦补偿，包括：

11、所述计算控制模块对所述目标图像进行图像识别，得到识别结果；

12、若识别结果为所述目标图像中具有光栅标记，则所述计算控制模块对所述目标图像进行处理，得到待测硅片的第一离焦量，所述曝光机本体根据所述第一离焦量对所述待测硅片进行离焦补偿；

13、若识别结果为所述目标图像中不具有光栅标记，则所述计算控制模块对所述目标图像进行分割，得到目标狭缝标记图像，对所述目标狭缝标记图像进行处理，得到待测硅片的最终离焦量，所述曝光机本体根据所述最终离焦量对所述待测硅片进行离焦补偿。

14、进一步地，所述利用光路成像装置检测待测硅片得到目标图像之前，还包括：

15、利用光路成像装置检测基准硅片，得到基准图像和多个非基准图像；

16、所述计算控制模块对多个所述非基准图像进行处理，得到所述基准硅片的标定曲线；

17、其中，所述基准硅片放置于所述可移动位移台的上表面，所述基准图像为基准硅片位于所述可移动位移台的基准位置时对应的图像，所述基准位置为所述基准硅片的离焦量为零的位置，所述非基准图像为基准硅片位于所述可移动位移台的非基准位置时对应的图像，当所述基准硅片位于所述可移动位移台的非基准位置时，所述基准硅片的离焦量为非零，所述标定曲线中包括所述离焦量和所述可移动位移台的位置之间的对应关系。

18、进一步地，所述若识别结果为所述目标图像中具有光栅标记，则所述计算控制模块对所述目标图像进行处理，得到待测硅片的第一离焦量，所述曝光机本体根据所述第一离焦量对所述待测硅片进行离焦补偿，包括：

19、若识别结果为所述目标图像中具有光栅标记，则所述计算控制模块对所述目标图像进行分割，得到第一目标光栅图像，对所述第一目标光栅图像进行处理，得到第一目标光栅图像对应的第一数字光栅，所述第一数字光栅以矩阵形式存储；

20、所述计算控制模块将所述第一目标光栅图像转换成矩阵形式，得到第一光栅图像矩阵，将所述第一光栅图像矩阵和所述第一数字光栅相乘，得到第一光栅叠加矩阵，对所述第一光栅叠加矩阵进行处理，得到第一光栅叠加图像；

21、所述计算控制模块对所述第一光栅叠加图像进行样条插值处理，得到第一平滑图像，对所述第一平滑图像进行拟合，得到第一拟合曲线，根据所述第一拟合曲线，得到所述第一光栅叠加图像的中心坐标；

22、所述计算控制模块根据第一目标光栅图像得到基准图像中对应的第一基准光栅图像，对所述第一基准光栅图像进行处理，得到第一基准光栅叠加图像，对所述第一基准光栅叠加图像进行处理，得到所述第一基准光栅叠加图像的中心坐标，将所述第一光栅叠加图像的中心坐标和所述第一基准光栅叠加图像的中心坐标进行比较，得到待测硅片的第一中心位置变化量，根据所述第一中心位置变化量，得到待测硅片的第一离焦量；

23、所述曝光机本体根据所述第一离焦量，调整所述曝光机本体中物镜线圈的电流值，以对所述待测硅片进行离焦补偿。

24、进一步地，若识别结果为所述目标图像中不具有光栅标记，则所述计算控制模块对所述目标图像进行分割，得到目标狭缝标记图像，对所述目标狭缝标记图像进行处理，得到待测硅片的最终离焦量，所述曝光机本体根据所述最终离焦量对所述待测硅片进行离焦补偿，包括：

25、若识别结果为所述目标图像中不具有光栅标记，则所述计算控制模块对所述目标图像进行分割，得到目标狭缝标记图像，所述目标狭缝标记图像的尺寸小于所述目标图像；

26、所述计算控制模块确定所述目标狭缝标记图像中的目标狭缝区域，获取所述目标狭缝区域中每一行的灰度值，根据所述目标狭缝区域中每一行的灰度值确定目标狭缝区域的中心坐标；

27、所述计算控制模块根据目标狭缝区域确定所述基准图像中对应的目标基准狭缝区域，对所述目标基准狭缝区域进行处理，得到所述目标基准狭缝区域的中心坐标，将所述目标狭缝区域的中心坐标和所述目标基准狭缝区域的中心坐标进行比较，得到所述待测硅片的第二中心位置变化量；

28、所述计算控制模块根据所述第二中心位置变化量，得到待测硅片的最终离焦量；

29、所述曝光机本体根据所述最终离焦量，调整物镜线圈的电流值，以对所述待测硅片进行离焦补偿。

30、进一步地，所述计算控制模块根据所述第二中心位置变化量，得到待测硅片的最终离焦量，包括：

31、所述计算控制模块根据所述第二中心位置变化量，得到待测硅片的第二离焦量，根据第二离焦量和所述标定曲线，确定目标位置；

32、所述计算控制模块控制所述可移动位移台移动至目标位置；

33、所述计算控制模块获取第二目标图像，所述第二目标图像为所述可移动位移台移动至目标位置时，所述光路成像装置生成的所述待测硅片对应的目标图像，所述第二目标图像中具有光栅标记；

34、所述计算控制模块对所述第二目标图像进行分割，得到第二目标光栅图像，对所述第二目标光栅图像进行处理，得到第二目标光栅图像对应的第二数字光栅，所述第二数字光栅以矩阵形式存储；

35、所述计算控制模块将所述第二目标光栅图像转换成矩阵形式，得到第二光栅图像矩阵，将所述第二光栅图像矩阵和所述第二数字光栅相乘，得到第二光栅叠加矩阵，对所述第二光栅叠加矩阵进行处理，得到第二光栅叠加图像；

36、所述计算控制模块对所述第二光栅叠加图像进行样条插值处理，得到第二平滑图像，对所述第二平滑图像进行拟合，得到第二拟合曲线，根据所述第二拟合曲线，得到所述第二光栅叠加图像的中心坐标；

37、所述计算控制模块根据所述第二目标光栅图像得到基准图像中对应的第二基准光栅图像，对所述第二基准光栅图像进行处理，得到第二基准光栅叠加图像，对所述第二基准光栅叠加图像进行处理，得到所述第二基准光栅叠加图像的中心坐标，将所述第二光栅叠加图像的中心坐标和所述第二基准光栅叠加图像的中心坐标进行比较，得到待测硅片的第二中心位置变化量，根据所述第二中心位置变化量，得到待测硅片的最终离焦量。

38、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如上所述的离焦补偿方法的步骤。

39、本发明公开了一种曝光设备及离焦补偿方法，所述曝光装备包括：光路成像装置和电子束曝光机；所述光路成像装置包括依次设置的光源、扩束准直器件、可变光阑、第一投影器件、第一反射器件、第二反射器件、第二投影器件、光学放大组件以及图像传感器；所述可变光阑和所述第一投影器件之间设置有一个掩模板，所述掩模板上设置有光栅阵列和多个宽度不同的狭缝阵列。本发明通过使用一个具备光栅阵列和多个宽度不同的狭缝阵列的掩模板，在光束中引入多个宽度不同的狭缝标记，当离焦量较大时，图像传感器可生成具有不同宽度狭缝的局部图像，这些不同宽度狭缝的局部图像包含了更多的离焦信息，从而在电子束曝光机上实现了扩大范围的高精度离焦检测。