一種激光直寫系統(tǒng)與光刻方法
【專利摘要】一種激光直寫系統(tǒng)與光刻方法，包括焦距測量系統(tǒng)和曝光系統(tǒng)，所述焦距測量系統(tǒng)采用離線的方式測量整個(gè)待刻物體表面的三維形貌信息之后，將所述三維形貌信息轉(zhuǎn)化為調(diào)焦信息并發(fā)送給所述曝光系統(tǒng)，所述曝光系統(tǒng)根據(jù)所述調(diào)焦信息，在對所述待刻物體表面進(jìn)行光刻過程中，調(diào)節(jié)焦距以適合所述待刻物體表面的凹凸程度，使曝光點(diǎn)始終聚焦于所述光刻物體的表面。
【專利說明】一種激光直寫系統(tǒng)與光刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及激光光刻領(lǐng)域，尤其是一種具有三維導(dǎo)航聚焦功能的激光直寫系統(tǒng)與方法，可用于精密掩膜制造、微機(jī)電系統(tǒng)器件制作、半導(dǎo)體無掩膜光刻，大幅面微納圖形制造等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光直寫光刻技術(shù)屬于一種新興的無掩膜微納加工方法。廣泛用于掩膜制造，半導(dǎo)體器件制作以及微納圖形制作領(lǐng)域。激光直寫加工的基板可能是相對較平整的晶圓、掩膜版，也有可能平整度較差的藍(lán)寶石襯底、甚至是表面涂有光阻劑易變形材料例如:有機(jī)玻
羽寸寸ο
[0003]現(xiàn)有激光直寫系統(tǒng)普遍都有焦距控制模塊。例如:中國專利申請CN102385261A公布一種光刻機(jī)共軸對焦裝置及對焦方法，中國專利CN101477306B提到了一種利用四象限探測器作為焦距檢測的激光直寫系統(tǒng)。中國專利CN101846890B公布一種并行光刻系統(tǒng)。上述裝置和系統(tǒng)公布的調(diào)焦檢測方法各不相同，但在焦距的控制方法上都采用了在線實(shí)時(shí)監(jiān)測調(diào)焦方式。這種方式在低速刻寫以及基板自身比較平整情況下對焦距的控制沒有問題，但在將刻寫速度提升，平臺運(yùn)動速度100mm/S向上，焦距控制就出現(xiàn)了明顯滯后，系統(tǒng)的魯棒性差。
[0004]分析其原因主要存在以下幾點(diǎn)問題難以克服:
[0005]1.離焦檢測方法中，涉及到CXD圖像采集與分析，一般CXD傳輸幀數(shù)小于100幀，刻寫速度上去之后采樣頻率達(dá)不到，造成用于分析的采樣數(shù)據(jù)不夠。
[0006]2.縱然采用超高速相機(jī)，但在獲得圖像信息之后需要將其轉(zhuǎn)換成執(zhí)行電機(jī)的電信號，這個(gè)環(huán)節(jié)涉及圖像識別處理與伺服信號轉(zhuǎn)換，有時(shí)間延遲，造成焦距控制滯后。
[0007]3.采用象限探測器作為離焦檢測器件，但其探測行程有限，一些基板存在翹曲變形，從基板一點(diǎn)快速移動到另外一點(diǎn)，如果兩者之前的焦距相差大于測量量程，很容易造成調(diào)焦軸跑飛現(xiàn)象。
[0008]此外，需要在線實(shí)時(shí)監(jiān)測與處理數(shù)據(jù)對硬件配置要求也相應(yīng)提高，造成設(shè)備成本上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有導(dǎo)航聚焦功能的激光直寫方法與系統(tǒng)。解決現(xiàn)有激光直寫系統(tǒng)焦距控制無法滿足高速化刻寫的需要，提升激光直寫系統(tǒng)的整體性能。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種激光直寫系統(tǒng)，包括焦距測量系統(tǒng)和曝光系統(tǒng)，所述焦距測量系統(tǒng)采用離線的方式測量整個(gè)待刻物體表面的三維形貌信息之后，將所述三維形貌信息轉(zhuǎn)化為調(diào)焦信息并發(fā)送給所述曝光系統(tǒng)，所述曝光系統(tǒng)根據(jù)所述調(diào)焦信息，在對所述待刻物體表面進(jìn)行光刻過程中，調(diào)節(jié)焦距以適合所述待刻物體表面的凹凸程度，使曝光點(diǎn)始終聚焦于所述光刻物體的表面。
[0011]優(yōu)選的，所述調(diào)焦信息為物體表面各點(diǎn)的水平坐標(biāo)X、Y值與該點(diǎn)的離焦量Λ Z之間的對應(yīng)關(guān)系。
[0012]優(yōu)選的，所述焦距測量系統(tǒng)集成于所述曝光系統(tǒng)中，該焦距測量系統(tǒng)與所述曝光系統(tǒng)至少共享同一個(gè)物鏡和同一個(gè)載物臺，所述載物臺上放置所述待刻物體。
[0013]優(yōu)選的，所述激光直寫系統(tǒng)還包括控制物鏡上下移動的第一驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述物鏡和所述載物臺做相對水平移動的第二驅(qū)動電機(jī)，以及中央控制器，通過所述物鏡的上下移動和相對載物臺的水平移動，所述焦距測量系統(tǒng)完成對整個(gè)待刻物體表面的三維形貌測量，并通過所述中央控制器計(jì)算獲得所述調(diào)焦信息。
[0014]優(yōu)選的，所述焦距測量系統(tǒng)還包括第一光源、測量光路、象散光學(xué)器件和第一 CXD傳感器，所述第一光源發(fā)出的入射光經(jīng)過測量光路，從物鏡入射到待刻物體表面，所述待刻物體表面發(fā)出的反射光則從物鏡進(jìn)入測量光路、象散光學(xué)器件和第一 CCD傳感器，測量時(shí)，所述第一光源發(fā)出的入射光在待刻物體表面形成一個(gè)光斑，所述第一 CCD傳感器根據(jù)該光斑大小，實(shí)時(shí)調(diào)整物鏡的焦距，并在物鏡與待刻物體表面做相對水平移動時(shí)，在若干選定的測量點(diǎn)上獲取這些點(diǎn)的調(diào)焦信息。
[0015]優(yōu)選的，所述曝光系統(tǒng)還包括第二光源、圖形發(fā)生器和曝光光路，所述第二光源發(fā)出的入射光經(jīng)過圖形發(fā)生器、曝光光路，從物鏡入射到待刻物體表面形成曝光圖形。
[0016]優(yōu)選的，所述激光直寫系統(tǒng)還包括一在線調(diào)焦輔助系統(tǒng)。
[0017]優(yōu)選的，所述焦距測量系統(tǒng)和所述曝光系統(tǒng)各自分離設(shè)置，該焦距測量系統(tǒng)與所述曝光系統(tǒng)各自包括一個(gè)物鏡和一個(gè)載物臺，其中焦距測量系統(tǒng)對應(yīng)的物鏡和載物臺為測量物鏡和測量載物臺，曝光系統(tǒng)對應(yīng)的物鏡和載物臺為曝光物鏡和曝光載物臺，所述測量載物臺和曝光載物臺均用以放置待刻物體。
[0018]優(yōu)選的，所述焦距測量系統(tǒng)還包括控制測量物鏡上下移動的第一驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述測量物鏡和所述測量載物臺做相對水平移動的第二驅(qū)動電機(jī)，以及中央控制器，通過所述測量物鏡的上下移動和相對測量載物臺的水平移動，所述焦距測量系統(tǒng)完成對整個(gè)待刻物體表面的三維形貌測量，并通過所述中央控制器計(jì)算獲得所述調(diào)焦信息。
[0019]優(yōu)選的，所述焦距測量系統(tǒng)還包括第一光源、測量光路、象散光學(xué)器件和第一 CXD傳感器，所述第一光源發(fā)出的入射光經(jīng)過測量光路，從測量物鏡入射到待刻物體表面，所述待刻物體表面發(fā)出的反射光則從測量物鏡進(jìn)入測量光路、象散光學(xué)器件和第一 CCD傳感器，測量時(shí)，所述第一光源發(fā)出的入射光在待刻物體表面形成一個(gè)光斑，所述第一 CCD傳感器根據(jù)該光斑大小，實(shí)時(shí)調(diào)整測量物鏡的焦距，并在測量物鏡與待刻物體表面做相對水平移動時(shí)，在若干選定的測量點(diǎn)上獲取這些點(diǎn)的調(diào)焦信息。
[0020]優(yōu)選的，所述曝光系統(tǒng)還包括控制曝光物鏡上下移動的第三驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述曝光物鏡和所述曝光載物臺做相對水平移動的第四驅(qū)動電機(jī)，以及中央控制器，通過所述曝光物鏡的上下移動和相對曝光載物臺的水平移動，所述曝光系統(tǒng)完成對待刻物體的光刻。
[0021]優(yōu)選的，所述曝光系統(tǒng)還包括第二光源、圖形發(fā)生器和曝光光路，所述第二光源發(fā)出的入射光經(jīng)過圖形發(fā)生器、曝光光路，從曝光物鏡入射到所述待刻物體表面形成曝光圖形。[0022]同時(shí)，本發(fā)明還提出了一種光刻方法，該光刻方式使用如上所述的激光直寫系統(tǒng)，包括焦距測量階段和光刻階段，
[0023]所述焦距測量階段包括步驟:
[0024]I)獲取物體表面參考點(diǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)光斑尺寸Df和標(biāo)準(zhǔn)物鏡焦距Zf ；
[0025]2)根據(jù)待刻物體表面幅面的大小，選擇合適數(shù)量的采樣測量點(diǎn)；
[0026]3)開始測量，通過第二驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動物鏡和載物臺之間做相對移動，當(dāng)物鏡移動到每一個(gè)采樣測量點(diǎn)時(shí)，移動Z軸，帶動物鏡上下移動使光斑鎖定到步驟I)的Df大小，之后記錄下此時(shí)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的光柵尺讀數(shù)Zi與對應(yīng)的XY位置坐標(biāo)Xi, Yi ；
[0027]4)重復(fù)步驟3)完成所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集；
[0028]5)將步驟4)中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成所需的調(diào)焦信息，
[0029]所述光刻階段中，利用上述調(diào)焦信息，實(shí)現(xiàn)曝光過程中物鏡的焦距控制。
[0030]優(yōu)選的，所述步驟I)可以采用手動調(diào)節(jié)模式或自動調(diào)節(jié)模式進(jìn)行。
[0031]優(yōu)選的，所述步驟5)中，對數(shù)據(jù)的處理是指采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)Zi與Zf做差值，獲得三維離焦量Λ Ζ，然后建立Λ Z與各個(gè)測量點(diǎn)水平坐標(biāo)XY位置的伺服算法:Λ Z=f(x, y)。
[0032]優(yōu)選的，所述光刻階段中，還可以利用所述在線調(diào)焦輔助系統(tǒng)，完成曝光過程中的在線輔助調(diào)焦。
[0033]優(yōu)選的，所述在線輔助調(diào)焦包括:曝光開始之后，利利用所述第一 CCD傳感器檢測光斑的大小變化，分析數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算離焦調(diào)整量Λ Ze,建立新的伺服算法Λ V =f(x,y) + Λ Ze0
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的激光直寫系統(tǒng)和光刻方法具有如下優(yōu)勢:
[0035]調(diào)焦速度快。由于采用離線檢測與在線檢測相結(jié)合的方法，離線形貌檢測由硬件伺服算法消除大的調(diào)焦偏差量，在線實(shí)時(shí)檢測用于消除小離焦偏差，由實(shí)時(shí)處理控制的機(jī)構(gòu)調(diào)整量很小，因此系統(tǒng)調(diào)焦響應(yīng)速度快。
[0036]系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)。由于離線焦距檢測預(yù)先得到三維形貌數(shù)據(jù)，因此通過對三維形貌數(shù)據(jù)分析處理可以提前發(fā)現(xiàn)消除基板上的檢測異常點(diǎn)，而對只采用實(shí)時(shí)檢測調(diào)焦系統(tǒng)來說可能就會直接影響到異常點(diǎn)位置的調(diào)焦效果，甚至出現(xiàn)跑飛現(xiàn)象。
[0037]系統(tǒng)開銷小，對硬件要求比實(shí)時(shí)檢測調(diào)焦系統(tǒng)低。大的調(diào)焦偏差由前期三維形貌測量獲得并由硬件伺服算法控制，后期在線檢測調(diào)焦只是做小偏差調(diào)整消除長時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)的焦距漂移對實(shí)時(shí)性要求降低。
[0038]該方法結(jié)合紫外脈沖光源(曝光時(shí)間10-100納秒)，可實(shí)現(xiàn)在運(yùn)動狀態(tài)下的高品質(zhì)圖形曝光，而不會使得圖形光刻的品質(zhì)退化，可支持米級運(yùn)動速度。這種模式與當(dāng)前的聲光調(diào)制技術(shù)、連續(xù)光源步進(jìn)曝光模式具有顯著的不同，效率大大提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的激光直寫光刻系統(tǒng)的模塊示意圖。[0041]圖2是圖1中物鏡部分的驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0042]圖3是待刻物體表面的幾何解析圖。
[0043]圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的激光直寫光刻系統(tǒng)的模塊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]正如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有的激光直寫光刻技術(shù)中，由于采用在線調(diào)焦的方式，容易受限于儀器設(shè)備的處理能力，在一些高速刻寫中，出現(xiàn)圖像采集像素不夠，反應(yīng)滯后以及調(diào)焦軸跑飛等問題，使得現(xiàn)有的激光直寫光刻技術(shù)無法在一些粗糙表面的襯底上進(jìn)行高速刻與。
[0045]因此，本發(fā)明提出了一種新的激光直寫光刻技術(shù)，其總的設(shè)計(jì)思路是先獲取整個(gè)待刻物體表面的三維形貌信息，然后將該三維信息轉(zhuǎn)化為能夠被曝光光路識別的調(diào)焦信息，這樣一來，曝光系統(tǒng)在對待刻物體表面進(jìn)行曝光時(shí)，只需依據(jù)上述調(diào)焦信息即可完成對待刻物體表面每個(gè)點(diǎn)的準(zhǔn)確曝光。將圖形獲取與調(diào)焦分在兩個(gè)步驟中完成，可以避免在線調(diào)焦過程中產(chǎn)生響應(yīng)滯后等問題。根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，本發(fā)明具體的激光直寫光刻系統(tǒng)包括焦距測量系統(tǒng)和曝光系統(tǒng)，所述焦距測量系統(tǒng)采用離線的方式測量整個(gè)待刻物體表面的三維形貌信息之后，將所述三維形貌信息轉(zhuǎn)化為調(diào)焦信息并發(fā)送給所述曝光系統(tǒng)，所述曝光系統(tǒng)根據(jù)所述調(diào)焦信息，在對所述待刻物體表面進(jìn)行光刻過程中，調(diào)節(jié)焦距以適合所述待刻物體表面的凹凸程度，使曝光點(diǎn)始終聚焦于所述光刻物體的表面。
[0046]下面，將通過具體的實(shí)施方式對本發(fā)明的激光直寫光刻技術(shù)進(jìn)行說明。
[0047]請參見圖1，圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的激光直寫光刻系統(tǒng)的模塊示意圖。如圖所示，在本實(shí)施方式中，采取將焦距測量系統(tǒng)和曝光系統(tǒng)集成在一起的方式，即在一個(gè)機(jī)臺設(shè)備上，同時(shí)兼具焦距測量系統(tǒng)10和曝光系統(tǒng)20。這種實(shí)施方式，其優(yōu)點(diǎn)是可以在一個(gè)工位上完成物體表面信息的離線測量以及之后的曝光工作，節(jié)省了設(shè)備所占的空間，以及整個(gè)生產(chǎn)線的成本。其缺點(diǎn)是在批量成產(chǎn)中，必須按照對每一片襯底進(jìn)行先離線測量，后曝光的工序進(jìn)行，效率沒有達(dá)到最優(yōu)化。
[0048]請繼續(xù)參照圖1，在該激光直寫光刻系統(tǒng)中，焦距測量系統(tǒng)10被集成于曝光系統(tǒng)20中，此時(shí)，該焦距測量系統(tǒng)10的部分部件與曝光系統(tǒng)20共享，比如在圖示中的兩個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)物鏡111和載物臺30等。
[0049]具體地，焦距測量系統(tǒng)10包括第一光源101、測量光路110、象散光學(xué)器件120和第一 CXD傳感器121。其中第一光源101優(yōu)選為激光光源，比如650nm波長的紅外半導(dǎo)體激光器。測量光路110用來將第一光源101發(fā)出的光傳遞到待刻物體的表面,形成一個(gè)光斑。該測量光路同時(shí)能夠?qū)⒃摴獍咄ㄟ^像散器件120反饋到第一 CXD傳感器121中。為了實(shí)現(xiàn)該功能，該測量光路110至少包括兩塊半反半透鏡112和113，第一塊半反半透鏡112用來將第一光源101發(fā)出的光線往物鏡111方向反射，同時(shí)又將從物體反饋回來的光線往第一 CXD傳感器121方向透射；第二塊半反半透鏡113除了將第一光源101發(fā)出的光線引導(dǎo)至物鏡111中和將物體反射回來的光線引導(dǎo)至第一 CCD傳感器121之外，在該實(shí)施方式中，該第二半反半透鏡113還同時(shí)兼顧對曝光系統(tǒng)20中的光線引導(dǎo)。測量時(shí)，該第一光源101發(fā)出的入射光經(jīng)過測量光路110，從物鏡111入射到待刻物體表面，所述待刻物體表面發(fā)出的反射光則從物鏡111進(jìn)入測量光路110、象散光學(xué)器件120和第一 CXD傳感器121，所述第一光源發(fā)出的入射光在待刻物體表面形成一個(gè)光斑，所述第一 CCD傳感器根據(jù)該光斑大小，實(shí)時(shí)調(diào)整物鏡的焦距，并在物鏡與待刻物體表面做相對水平移動時(shí)，在若干選定的測量點(diǎn)上獲取這些點(diǎn)的調(diào)焦信息。
[0050]曝光系統(tǒng)20包括第二光源201、圖形發(fā)生器202和曝光光路210，該第二光源201可以是激光光源或者汞燈光源，優(yōu)選為激光脈沖光源，該圖形發(fā)生器202采用DMD空間光調(diào)制器，該圖形發(fā)生器202中產(chǎn)生的圖形經(jīng)過后續(xù)的曝光光路210的縮放之后，在待刻物體表面形成曝光圖形。曝光光路210米用雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)的微縮成像系統(tǒng),該曝光光路210中，至少包括一個(gè)與上述測量光路110共用的半反半透鏡(即圖示中的半反半透鏡113)，以及若干用以將第二光源201發(fā)出的光線導(dǎo)入至物鏡111的光學(xué)鏡片。在第二光源201和圖形發(fā)生器202之間，還可以設(shè)置一些用來準(zhǔn)直和/或擴(kuò)束的光學(xué)鏡片。該第二光源201發(fā)出的入射光經(jīng)過圖形發(fā)生器202、曝光光路210，從物鏡111入射到待刻物體表面形成曝光圖形。
[0051]需要指出的是，物鏡111作為光學(xué)鏡片或光學(xué)鏡片組，即可作為測量光路110的一部分，也可以作為曝光光路210的一部分。另外，圖示中的各個(gè)光路，雖然畫出了各個(gè)位置處的光學(xué)鏡片，然而在實(shí)際應(yīng)用中，對應(yīng)的光路結(jié)構(gòu)可以做一些相應(yīng)的調(diào)整或替換，只要能保證光線的行徑方向大致如本發(fā)明所述即可，此處對任意可行的光路不做窮舉。
[0052]除了上述光學(xué)組件之外，本發(fā)明的激光直寫系統(tǒng)還設(shè)有控制這些光學(xué)組件運(yùn)動的機(jī)械組件以及對這些機(jī)械組件進(jìn)行命令控制的電組件(圖中未示出)。具體地，該激光直寫系統(tǒng)包括控制物鏡上下移動的第一驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述物鏡和所述載物臺做相對水平移動的第二驅(qū)動電機(jī)，以及控制所有部件進(jìn)行工作的中央控制器。
[0053]物鏡安裝在該第一驅(qū)動電機(jī)上，如圖2所示。該第一驅(qū)動電機(jī)采用高精度相應(yīng)速度快的電機(jī)，比如音圈電機(jī)等。該第一驅(qū)動電機(jī)上同時(shí)還設(shè)置光柵尺，這樣可以通過光柵尺讀出物鏡在Z軸的坐標(biāo)，即反映出物鏡的調(diào)焦情況。在第一驅(qū)動電機(jī)和第二驅(qū)動電機(jī)的配合下，通過所述物鏡的上下移動和相對載物臺的水平移動，所述焦距測量系統(tǒng)完成對整個(gè)待刻物體表面的三維形貌測量，并通過所述中央控制器計(jì)算獲得所述調(diào)焦信息。
[0054]在對曝光圖形的控制中，通過該第一驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動物鏡上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)曝光光路焦距的調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳曝光的效果。
[0055]在運(yùn)用上述激光直寫系統(tǒng)進(jìn)行光刻作業(yè)時(shí)，首先將待刻物體固定至載物臺，考慮到精確定位的問題，可以在載物臺上設(shè)置一些對位結(jié)構(gòu)，比如可以和待刻物體邊緣配合的對位標(biāo)記，或者可以針對待刻物體輪廓設(shè)計(jì)的限位部件等。各個(gè)驅(qū)動電機(jī)初始化，將物鏡對應(yīng)至待刻物體表面的起始位置。然后進(jìn)入焦距測量階段，利用焦距測量系統(tǒng)對物體表面的三維形貌做測試，獲取物體表面三維形貌數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的調(diào)焦信息。該焦距測量階段具體包括步驟如下:
[0056]I)獲取物體表面參考點(diǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)光斑尺寸和標(biāo)準(zhǔn)物鏡焦距。該步驟可以采用手動調(diào)節(jié)模式或者自動調(diào)節(jié)模式進(jìn)行。如果是手動調(diào)節(jié)模式，通過人眼觀察物鏡反饋過來的影像，此時(shí)，需要增加一個(gè)能夠拍攝物鏡反饋影像的第二 CCD傳感器，如圖中所示的第二 CCD傳感器220，該第二 CXD傳感器220曝光系統(tǒng)可以共用曝光光路，此時(shí)可以通過在曝光光路中增加一塊半反半透鏡213和一些適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)鏡片，將待刻物體表面形成的曝光圖形從物鏡111進(jìn)入曝光光路210，并從半反半透鏡213進(jìn)入光學(xué)鏡片，最后進(jìn)入所述第二 CXD傳感器220。人眼通過觀察該第二 CXD傳感器220中的影像，在最清晰的時(shí)候(即對焦?fàn)顟B(tài)下)，打開第一光源，將此時(shí)投射到待刻物體表面的光斑利用第一 CCD傳感器進(jìn)行測量和記錄，將光斑直徑記錄為Df，并記錄此處的物鏡在豎直方向的Z軸坐標(biāo)Zf，該Zf可以認(rèn)定為標(biāo)準(zhǔn)的物鏡焦距。如果是自動調(diào)節(jié)模式，則需依賴一個(gè)第三方的影像處理軟件，利用該影像處理軟件獲取來自第一 CXD傳感器(也可以是上述的第二 CXD傳感器)中的影像，并在第一 CXD光斑大小等于先前聚焦時(shí)設(shè)定大小時(shí)或者第二 CCD圖形最清晰的時(shí)候通知焦距測量系統(tǒng)記錄下此時(shí)的光斑尺寸Df和物鏡焦距Zf。該參考點(diǎn)可以選自物體表面平整度相對較高的點(diǎn)，也可以直接選擇物鏡對應(yīng)的起始點(diǎn)作為參考點(diǎn)。
[0057]2)根據(jù)待刻物體表面幅面的大小，選擇合適數(shù)量的采樣測量點(diǎn)。由于整個(gè)焦距測量過程需要考慮到綜合效率的問題，因此一般情況下按照測量點(diǎn)的數(shù)量與幅面大小成正比的規(guī)則進(jìn)行選擇。但是也可以按照待刻物體表面平整度的高低，或者光刻工藝對測量精度的要求增加或減少測量點(diǎn)。需要注意的是，這些測量點(diǎn)必須覆蓋整個(gè)待刻物體的表面，且最好能夠保持點(diǎn)與點(diǎn)之間的均勻性。
[0058]3)開始測量，通過第二驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動物鏡和載物臺之間做相對移動，當(dāng)物鏡移動到每一個(gè)采樣測量點(diǎn)時(shí)，移動Z軸如圖2，帶動物鏡上下移動使光斑鎖定到步驟I)的Df大小，之后記錄下此時(shí)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的光柵尺讀數(shù)Zi與對應(yīng)的XY位置坐標(biāo)Xi, Yi,其中i表示第i個(gè)點(diǎn)。
[0059]4)重復(fù)步驟3)完成所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。
[0060]5)將步驟4)中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成所需的調(diào)焦信息。這里的處理是指先將各采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)Zi與Zf做差值，獲得三維離焦量Λ Ζ，然后建立Λ Z與各個(gè)測量點(diǎn)水平坐標(biāo)XY位置的伺服算法:Λ Z=f(x, y)，示意圖如圖3。而所謂的調(diào)焦信息即指物體表面各點(diǎn)的水平坐標(biāo)X、Y值與該點(diǎn)的離焦量Λ Z之間的關(guān)系。
[0061]上述各個(gè)步驟中，所有對數(shù)據(jù)的測量和計(jì)算都依賴中央控制器進(jìn)行。而中央控制器在獲得最終的調(diào)焦信息之后，依據(jù)該調(diào)焦信息建立對曝光系統(tǒng)的調(diào)焦控制程序。
[0062]在完成以上工作之后，進(jìn)入光刻階段，利用上述調(diào)焦信息，實(shí)現(xiàn)曝光過程中物鏡的焦距控制。具體地，中央控制器會根據(jù)當(dāng)前待刻物體移動到的XY位置輸出相對應(yīng)的Z軸移動量，這個(gè)移動量的數(shù)值等于對應(yīng)的XY點(diǎn)的離焦量Λ Z的大小。
[0063]進(jìn)一步地，在該實(shí)施方式中，可以將焦距測量系統(tǒng)同時(shí)作為在線調(diào)焦輔助系統(tǒng)，完成曝光過程中的在線輔助調(diào)焦。具體地，在曝光開始之后，該第一 CCD傳感器121開始檢測光斑的大小變化，分析數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算離焦調(diào)整量Λ Ze，建立新的伺服算法Λ Z’ =f(x,y) + Λ Ze0
[0064]除此之外，該在線調(diào)焦輔助系統(tǒng)還可以運(yùn)用已有的其它技術(shù)實(shí)現(xiàn)曝光過程中的在線焦距輔助調(diào)節(jié)，比如象散法、刀口法、臨界角棱鏡法或者是象限探測器測量法。
[0065]除了實(shí)施方式一中的激光直寫系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了第二種實(shí)施方式。請參見圖4，圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式下的激光直寫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，在該第二實(shí)施方式中，所述焦距測量系統(tǒng)和所述曝光系統(tǒng)各自分離，這樣設(shè)置的好處是可以在批量生產(chǎn)中，可以同時(shí)對不同批次的待刻物體進(jìn)行光刻和焦距的測量，提高了生產(chǎn)效率。缺點(diǎn)是同時(shí)需要兩套設(shè)備，增加了成本。
[0066]具體地，該焦距測量系統(tǒng)10’與曝光系統(tǒng)20’各自包括一個(gè)物鏡和一個(gè)載物臺，其中焦距測量系統(tǒng)10’對應(yīng)的物鏡和載物臺為測量物鏡111’和測量載物臺30’，曝光系統(tǒng)20’對應(yīng)的物鏡和載物臺為曝光物鏡211和曝光載物臺30”，所述測量載物臺30’和曝光載物臺30”均用以放置待刻物體，并且，該測量載物臺30’和曝光載物臺30”最好具有相同的規(guī)格和尺寸，這樣一來，可以使得焦距測量和曝光過程的起始位置具有精確對位的效果。
[0067]與第一實(shí)施方式相同，該焦距測量系統(tǒng)10’也包括第一光源101’、測量光路110’、象散光學(xué)器件120’和第一 CXD傳感器121’。該第一光源101’發(fā)出的入射光經(jīng)過測量光路110’，從物鏡111’入射到待刻物體表面，所述待刻物體表面發(fā)出的反射光則從物鏡111’進(jìn)入測量光路110’、象散光學(xué)器件120’和第一 CXD傳感器121’，所述第一光源發(fā)出的入射光在待刻物體表面形成一個(gè)光斑，所述第一 CCD傳感器根據(jù)該光斑大小，實(shí)時(shí)調(diào)整物鏡的焦距，并在物鏡與待刻物體表面做相對水平移動時(shí)，在若干選定的測量點(diǎn)上獲取這些點(diǎn)的調(diào)焦息。
[0068]相對于第一實(shí)施方式，在第二實(shí)施方式中，測量光路110’僅需要考慮對入射光和反射光兩路光束的分配，因此可以節(jié)省光路中光學(xué)鏡片的設(shè)置，如圖中所示，可以僅用一個(gè)半反半透鏡112’。
[0069]曝光系統(tǒng)20’還包括第二光源201’、圖形發(fā)生器202’和曝光光路210’，該第二光源201’發(fā)出的入射光經(jīng)過圖形發(fā)生器202’、曝光光路210’，從曝光物鏡211入射到待刻物體表面形成曝光圖形。
[0070]在該第二實(shí)施方式中，用來控制各個(gè)部件機(jī)械運(yùn)動的中央控制器可以是同一個(gè)，如圖4中所示，也可以分開來單獨(dú)各自設(shè)置一個(gè)中央控制器，然后每個(gè)中央控制器之間通過數(shù)據(jù)傳輸手段，比如有線通信、無線通信或者第三方數(shù)據(jù)存儲載體來達(dá)到交換數(shù)據(jù)的目的。在各自獨(dú)立設(shè)置的實(shí)施方式中，焦距測量系統(tǒng)10’還包括控制測量物鏡111’上下移動的第一驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述測量物鏡111’和所述測量載物臺30’做相對水平移動的第二驅(qū)動電機(jī)，以及中央控制器，通過所述測量物鏡的上下移動和相對測量載物臺的水平移動，所述焦距測量系統(tǒng)完成對整個(gè)待刻物體表面的三維形貌測量，并通過所述中央控制器計(jì)算獲得所述調(diào)焦信息。曝光系統(tǒng)20’還包括控制曝光物鏡211上下移動的第三驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述曝光物鏡211和所述曝光載物臺30”做相對水平移動的第四驅(qū)動電機(jī)，以及中央控制器，通過所述曝光物鏡的上下移動和相對曝光載物臺的水平移動，所述曝光系統(tǒng)完成對待刻物體的光刻。
[0071]進(jìn)一步地，該第二實(shí)施方式中也可以包括一在線調(diào)焦輔助系統(tǒng)，在線調(diào)焦輔助系統(tǒng)可以是運(yùn)用如焦距測量系統(tǒng)同樣的光路設(shè)置，也可以是其他一些能夠檢測曝光過程中的光斑大小的系統(tǒng)，在此不再贅述。
[0072]當(dāng)然，該第二實(shí)施方式也可以在曝光系統(tǒng)中增加一個(gè)第二 CXD220’，其起到的作用也是在測量或曝光過程中，讓人眼能夠觀察到當(dāng)前物鏡的對焦?fàn)顩r。
[0073]對于該第二實(shí)施方式中,進(jìn)行光刻的方法,基本與第一實(shí)施方式相同，此處不再贅述。不過對于焦距測量階段和光刻階段，分別在兩個(gè)不同的機(jī)臺進(jìn)行。此時(shí)需要在兩個(gè)階段之間增加一些轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，比如流水化生產(chǎn)線上的傳輸帶或機(jī)械手等等。另外，在兩個(gè)中央控制器單獨(dú)設(shè)置的實(shí)施方式中，還增加一步數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮鳌?br> [0074]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:包括焦距測量系統(tǒng)和曝光系統(tǒng)，所述焦距測量系統(tǒng)采用離線的方式測量整個(gè)待刻物體表面的三維形貌信息之后，將所述三維形貌信息轉(zhuǎn)化為調(diào)焦信息并發(fā)送給所述曝光系統(tǒng)，所述曝光系統(tǒng)根據(jù)所述調(diào)焦信息，在對所述待刻物體表面進(jìn)行光刻過程中，調(diào)節(jié)焦距以適合所述待刻物體表面的凹凸程度，使曝光點(diǎn)始終聚焦于所述光刻物體的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)焦信息為物體表面各點(diǎn)的水平坐標(biāo)X、Y值與該點(diǎn)的離焦量Λ Z之間的對應(yīng)關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述焦距測量系統(tǒng)集成于所述曝光系統(tǒng)中，該焦距測量系統(tǒng)與所述曝光系統(tǒng)至少共享同一個(gè)物鏡和同一個(gè)載物臺，所述載物臺上放置所述待刻物體。
4.如權(quán)利要求3所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述激光直寫系統(tǒng)還包括控制物鏡上下移動的第一驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述物鏡和所述載物臺做相對水平移動的第二驅(qū)動電機(jī)，以及中央控制器，通過所述物鏡的上下移動和相對載物臺的水平移動，所述焦距測量系統(tǒng)完成對整個(gè)待刻物體表面的三維形貌測量，并通過所述中央控制器計(jì)算獲得所述調(diào)焦信肩、O
5.如權(quán)利要求4所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述焦距測量系統(tǒng)還包括第一光源、測量光路、象散光學(xué)器件和第一 CCD傳感器，所述第一光源發(fā)出的入射光經(jīng)過測量光路，從物鏡入射到待刻物體表面，所述待刻物體表面發(fā)出的反射光則從物鏡進(jìn)入測量光路、象散光學(xué)器件和第一 CCD傳感器,測量時(shí),所述第一光源發(fā)出的入射光在待刻物體表面形成一個(gè)光斑，所述第一 CCD傳 感器根據(jù)該光斑大小,實(shí)時(shí)調(diào)整物鏡的焦距,并在物鏡與待刻物體表面做相對水平移動時(shí)，在若干選定的測量點(diǎn)上獲取這些點(diǎn)的調(diào)焦信息。
6.如權(quán)利要求4所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述曝光系統(tǒng)還包括第二光源、圖形發(fā)生器和曝光光路，所述第二光源發(fā)出的入射光經(jīng)過圖形發(fā)生器、曝光光路，從物鏡入射到待刻物體表面形成曝光圖形。
7.如權(quán)利要求6所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述激光直寫系統(tǒng)還包括一在線調(diào)焦輔助系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求1所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述焦距測量系統(tǒng)和所述曝光系統(tǒng)各自分離設(shè)置，該焦距測量系統(tǒng)與所述曝光系統(tǒng)各自包括一個(gè)物鏡和一個(gè)載物臺，其中焦距測量系統(tǒng)對應(yīng)的物鏡和載物臺為測量物鏡和測量載物臺，曝光系統(tǒng)對應(yīng)的物鏡和載物臺為曝光物鏡和曝光載物臺，所述測量載物臺和曝光載物臺均用以放置待刻物體。
9.如權(quán)利要求8所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述焦距測量系統(tǒng)還包括控制測量物鏡上下移動的第一驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述測量物鏡和所述測量載物臺做相對水平移動的第二驅(qū)動電機(jī)，以及中央控制器，通過所述測量物鏡的上下移動和相對測量載物臺的水平移動，所述焦距測量系統(tǒng)完成對整個(gè)待刻物體表面的三維形貌測量，并通過所述中央控制器計(jì)算獲得所述調(diào)焦信息。
10.如權(quán)利要求9所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述焦距測量系統(tǒng)還包括第一光源、測量光路、象散光學(xué)器件和第一 CCD傳感器，所述第一光源發(fā)出的入射光經(jīng)過測量光路，從測量物鏡入射到待刻物體表面，所述待刻物體表面發(fā)出的反射光則從測量物鏡進(jìn)入測量光路、象散光學(xué)器件和第一 CCD傳感器,測量時(shí),所述第一光源發(fā)出的入射光在待刻物體表面形成一個(gè)光斑，所述第一 CCD傳感器根據(jù)該光斑大小，實(shí)時(shí)調(diào)整測量物鏡的焦距，并在測量物鏡與待刻物體表面做相對水平移動時(shí)，在若干選定的測量點(diǎn)上獲取這些點(diǎn)的調(diào)焦信息。
11.如權(quán)利要求8所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述曝光系統(tǒng)還包括控制曝光物鏡上下移動的第三驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動所述曝光物鏡和所述曝光載物臺做相對水平移動的第四驅(qū)動電機(jī)，以及中央控制器，通過所述曝光物鏡的上下移動和相對曝光載物臺的水平移動，所述曝光系統(tǒng)完成對待刻物體的光刻。
12.如權(quán)利要求8所述的激光直寫系統(tǒng)，其特征在于:所述曝光系統(tǒng)還包括第二光源、圖形發(fā)生器和曝光光路，所述第二光源發(fā)出的入射光經(jīng)過圖形發(fā)生器、曝光光路，從曝光物鏡入射到所述待刻物體表面形成曝光圖形。
13.—種光刻方法,該光刻方式使用如權(quán)利要求1-12任意一項(xiàng)所述的激光直寫系統(tǒng)，包括焦距測量階段和光刻階段，其特征在于: 所述焦距測量階段包括步驟: 1)獲取物體表面參考點(diǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)光斑尺寸Df和標(biāo)準(zhǔn)物鏡焦距Zf； 2)根據(jù)待刻物體表面幅面的大小，選擇合適數(shù)量的采樣測量點(diǎn)； 3)開始 測量，通過第二驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動物鏡和載物臺之間做相對移動，當(dāng)物鏡移動到每一個(gè)采樣測量點(diǎn)時(shí)，移動Z軸，帶動物鏡上下移動使光斑鎖定到步驟I)的Df大小，之后記錄下此時(shí)調(diào)焦機(jī)構(gòu)的光柵尺讀數(shù)Zi與對應(yīng)的XY位置坐標(biāo)Xi，Yi ; 4)重復(fù)步驟3)完成所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集； 5)將步驟4)中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成所需的調(diào)焦信息， 所述光刻階段中，利用上述調(diào)焦信息，實(shí)現(xiàn)曝光過程中物鏡的焦距控制。
14.如權(quán)利要求13所述的光刻方法，其特征在于:所述步驟I)可以采用手動調(diào)節(jié)模式或自動調(diào)節(jié)模式進(jìn)行。
15.如權(quán)利要求13所述的光刻方法，其特征在于:所述步驟5)中，對數(shù)據(jù)的處理是指采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)Zi與Zf做差值，獲得三維離焦量Λ Ζ，然后建立Λ Z與各個(gè)測量點(diǎn)水平坐標(biāo)父￥位置的伺服算法:厶2=€0^，7)。
16.如權(quán)利要求13所述的光刻方法，其特征在于:所述光刻階段中，還可以利用所述焦距測量系統(tǒng)作為在線調(diào)焦輔助系統(tǒng)，完成曝光過程中的在線輔助調(diào)焦。
17.如權(quán)利要 求16所述的光刻方法，其特征在于:所述在線輔助調(diào)焦包括:曝光開始之后，利用所述第一 CCD傳感器檢測光斑的大小變化，分析數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算離焦調(diào)整量Λ Ze,建立新的伺服算法Λ V =f (χ，y)+ Δ Ze。
【文檔編號】G03F7/207GK103744271SQ201410042111
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】朱鵬飛, 浦東林, 胡進(jìn), 陳林森, 朱鳴, 魏國軍 申請人:蘇州蘇大維格光電科技股份有限公司