1.本发明涉及光学领域，尤其涉及一种快速实现光刻系统精密校准的光学方法及装置。


背景技术：

2.光刻技术因其具有较高的分辨率，在微纳结构器件制造领域起着至关重要的作用。近年来，为了打破光学极限的限制，继续遵循半导体行业发展的摩尔定律，各种纳米光刻技术相继被提出。但是，要实现多尺寸、结构复杂的微纳结构器件加工需求，每种纳米光刻技术均面临着各种来自于自身的挑战。首先最重要的是纳米光刻技术需要满足具备可多样化、大面积加工图形的工程应用能力，这就要求其光刻系统必须具有足够高的对准精度及稳定性，以防止目标图形在曝光过程中发生变化，导致光刻胶内最终的图形质量较差，不能满足微纳结构器件在实现其功能时的需求。因此，为了确保光刻胶内曝光图形具有较好的均匀性和保真度，系统校准成为了纳米光刻技术在精准调控曝光剂量和定量表征系统性能时的一个重要步骤。
3.等离子体表面(surface plasmon，sp)超衍射光刻技术作为一种无掩膜式近场纳米光刻技术，具有突破衍射极限且成本较低的优势，但却面临着分辨率和曝光宽容度(exposure latitude，el)之间的权衡问题。sp超衍射光刻的曝光宽容度随着曝光图形特征尺寸的减小而急剧变窄，使得曝光剂量成为了决定图形曝光质量的重要影响因素。尤其是在特征尺寸极小的情况下，一般小于100nm,曝光剂量极小的变化会直接导致曝光图形质量产生极大的变化；曝光剂量偏小会导致曝光图形的特征尺寸偏小或未被曝光，图形保真度较差，而曝光剂量偏大则会导致曝光图形的特征尺寸偏大或完全曝光，无法保证曝光图形的均匀性。直写式sp超衍射光刻系统中，选用蝴蝶结纳米孔径(bowtie nano-aperture，bna)结构作为聚焦元件，固定在直写式探针头的底部，这是由于bna结构相较于其它的纳米孔径结构(如，h、c、i等)具有更好的光约束能力和较长的截止波长，能够达到更好的分辨率。实验结果已经表明，选用bna结构作为聚焦元件的直写式sp超衍射光刻系统可以实现22nm的分辨率。在如此小的特征尺寸范围内，直写式sp超衍射光刻系统的曝光宽容度变得非常的狭窄，而光刻系统的对准情况、接触距离、样品台倾斜度、bna的透射率、外界震动均会对曝光宽容度产生极大地影响，导致在曝光过程中确保光刻胶表面的曝光剂量为最佳值成为了亟待解决的问题。理论研究表明，直写式sp超衍射光刻系统中，到达光刻胶表面的曝光剂量是由bna开口处的场强和曝光时间决定的，而曝光剂量的大小直接决定着光刻胶表面点图形的宽度。在光刻胶表面记录点映射图形(spot mapping pattern)可以精准的映射出曝光剂量随曝光时间的变化情况，即在保持bna开口处场强不变的情况下，按照一定的增量逐渐增加曝光时间，光刻胶表面的曝光剂量也随之逐渐增大，进而获得一系列点宽逐渐变大的点图形。通过测量点映射图形中点宽(spot width)随曝光剂量的变化情况，可以得到一条校准曲线，这条校准曲线不仅可以反映出直写式sp超衍射光刻系统的校准情况，也可以直接用作参考标准确定不同光刻图形时所需的工艺参数。
4.但是受限于点映射图形中点宽范围在数纳米到数百纳米之间，需要用原子力显微镜(atomic force microscope,afm)进行测量，原子力显微镜进行测量的过程需要至少四个小时，不仅增加了时间成本，也极大地增加了系统校准的复杂性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种快速实现光刻系统精密校准的光学方法及装置，以解决现有的曝光参数确定过程中所需时间较长，过程较为复杂的问题。
6.第一方面，本发明提供一种快速实现光刻系统精密校准的光学方法，应用于光刻系统的校准中，所述方法包括：
7.基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系；
8.基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系；
9.基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集；
10.基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系；
11.当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
12.采用上述技术方案的情况下，本技术实施例提供的快速实现光刻系统精密校准的光学方法，可以基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系，基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系，基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集，基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系，当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数，可以通过点光源场强分布数据推导出的点宽拟合关系确定准确度较高的第一对应关系，通过第一对应关系最终确定曝光参数，其过程较为迅速，确定曝光参数的时间一般为2分钟左右，而现有技术通过原子力显微镜确定曝光参数需要至少4个小时以上，通过本技术的快速实现光刻系统精密校准的光学方法可以快速的获取曝光参数，在实验时可以及时的对曝光参数进行测量，以及可以基于曝光参数对实验过程进行精准调控，降低曝光参数确定过程中所需时长，过程较为简单。
13.在一种可能的实现方式中，所述基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集，包括：
14.利用光学显微镜，获取所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像；
15.基于所述光学显微图像，确定所述点光源的远场区域对应的第一点宽数据集。
16.在一种可能的实现方式中，所述当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数，包括：
17.获取所述第二对应关系与所述第一对应关系之间的第一平均偏差值；
18.在所述第一平均偏差值小于预设偏差阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定
所述光刻胶的曝光参数。
19.在一种可能的实现方式中，所述基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系，包括：
20.基于聚焦元件开口处的不同点光源场强分布数据，分别确定至少两个点光源对应的点宽拟合公式；
21.所述当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数，包括：
22.当所述点光源对应的所述第一对应关系和所述第二对应关系满足所述预设条件时，利用至少两个所述点光源对应的第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
23.在一种可能的实现方式中，所述聚焦元件包括蝴蝶结纳米孔径结构，所述基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系，包括：
24.获取点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构后的点光源场强分布数据；
25.基于所述点光源场强分布数据确定所述点光源的所述点宽拟合关系。
26.在一种可能的实现方式中，所述点宽拟合关系满足以下公式：
[0027][0028]
其中，w表示点宽数值；c表示光刻系统工艺参量；i表示点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构开口处的场强；t表示曝光时间；t表示所述蝴蝶结纳米孔径结构的透射率；e
th
表示曝光临界剂量参数；a表示点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的对应关系的斜率。
[0029]
在一种可能的实现方式中，所述曝光参数包括曝光时间和曝光剂量，其中，所述曝光剂量满足以下公式：
[0030][0031]
其中，e(r)表示所述曝光剂量；r是当前点与所述点光源的中心之间的距离，在点映射图形中，所述r为点映射图形中的点光源的点宽值。
[0032]
在一种可能的实现方式中，所述基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系，包括：
[0033]
基于所述点宽拟合关系，确定所述点光源的远场区域和近场区域对应的第二点宽数据集；
[0034]
基于所述第二点宽数据集确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系。
[0035]
在一种可能的实现方式中，在所述基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系之后，所述方法还包括：
[0036]
基于所述光刻胶表面的点映射图形的原子力显微图像，确定所述点光源的第三点宽数据集；
[0037]
基于所述第三点宽数据集，确定原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第三对应关系；
[0038]
基于所述点宽拟合关系，确定在原子力显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第四对应关系；
[0039]
确定所述原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第三对应关系和所述第四对应关系之间的第二平均偏差值；
[0040]
在所述第二平均偏差值小于所述预设偏差阈值的情况下，确定所述原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第四对应关系和光学显微镜下的所述第二对应关系之间的不确定度；
[0041]
在所述不确定度小于预设不确定度阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0042]
第二方面，本发明还提供一种快速实现光刻系统精密校准的光学装置，应用于光刻系统的校准中，所述装置包括：
[0043]
第一确定模块，用于基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系；
[0044]
第二确定模块，用于基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系；
[0045]
第三确定模块，用于基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集；
[0046]
第四确定模块，用于基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系；
[0047]
第五确定模块，用于当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0048]
在一种可能的实现方式中，所述第三确定模块包括：
[0049]
第一获取子模块，用于利用光学显微镜，获取所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像；
[0050]
第一确定子模块，用于基于所述光学显微图像，确定所述点光源的远场区域对应的第一点宽数据集。
[0051]
在一种可能的实现方式中，所述第五确定模块包括：
[0052]
第二获取子模块，用于获取所述第二对应关系与所述第一对应关系之间的第一平均偏差值；
[0053]
第二确定子模块，用于在所述第一平均偏差值小于预设偏差阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0054]
在一种可能的实现方式中，所述第一确定模块包括：
[0055]
第三确定子模块，用于基于聚焦元件开口处的不同点光源场强分布数据，分别确定至少两个点光源对应的点宽拟合公式；
[0056]
所述第五确定模块包括：
[0057]
第四确定子模块，用于当所述点光源对应的所述第一对应关系和所述第二对应关系满足所述预设条件时，利用至少两个所述点光源对应的第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0058]
在一种可能的实现方式中，所述聚焦元件包括蝴蝶结纳米孔径结构，所述第一确定模块包括：
[0059]
第三获取子模块，用于获取点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构后的点光源场强分布
数据；
[0060]
第五确定子模块，用于基于所述点光源场强分布数据确定所述点光源的所述点宽拟合关系。
[0061]
在一种可能的实现方式中，所述点宽拟合关系满足以下公式：
[0062][0063]
其中，w表示点宽数值；c表示光刻系统工艺参量；i表示点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构开口处的场强；t表示曝光时间；t表示所述蝴蝶结纳米孔径结构的透射率；e
th
表示曝光临界剂量参数；a表示点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的对应关系的斜率。
[0064]
在一种可能的实现方式中，所述曝光参数包括曝光时间和曝光剂量，其中，所述曝光剂量满足以下公式：
[0065][0066]
其中，e(r)表示所述曝光剂量；r是当前点与所述点光源的中心之间的距离，在点映射图形中，所述r为点映射图形中的点光源的点宽值。
[0067]
在一种可能的实现方式中，所述第二确定模块包括：
[0068]
第六确定子模块，用于基于所述点宽拟合关系，确定所述点光源的远场区域和近场区域对应的第二点宽数据集；
[0069]
第七确定子模块，用于基于所述第二点宽数据集确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系。
[0070]
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
[0071]
第六确定模块，用于基于所述光刻胶表面的点映射图形的原子力显微图像，确定所述点光源的第三点宽数据集；
[0072]
第七确定模块，用于基于所述第三点宽数据集，确定原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第三对应关系；
[0073]
第八确定模块，用于基于所述点宽拟合关系，确定在原子力显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第四对应关系；
[0074]
第九确定模块，用于确定所述原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第三对应关系和所述第四对应关系之间的第二平均偏差值；
[0075]
不确定度确定模块，用于在所述第二平均偏差值小于所述预设偏差阈值的情况下，确定所述原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第四对应关系和光学显微镜下的所述第二对应关系之间的不确定度；
[0076]
曝光参数确定模块，用于在所述不确定度小于预设不确定度阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数；
[0077]
第二方面提供的快速实现光刻系统精密校准的光学装置的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的快速实现光刻系统精密校准的光学方法的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
[0078]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0079]
图1示出了本技术实施例提供的一种快速实现光刻系统精密校准的光学方法的流程示意图；
[0080]
图2示出了本技术实施例提供的另一种快速实现光刻系统精密校准的光学方法的流程示意图；
[0081]
图3示出了本技术实施例提供的一种bna结构开口处波传输机理和场强分布情况的示意图；
[0082]
图4示出了本技术实施例提供的一种光刻胶表面点映射图形的示意图；
[0083]
图5示出了本技术实施例提供的一种om实验校准曲线和om理论校准曲线的示意图；
[0084]
图6示出了本技术实施例提供的一种不同om理论校准曲线比较示意图；
[0085]
图7示出了本技术实施例提供的一种快速实现光刻系统精密校准的光学装置的结构示意图。
具体实施方式
[0086]
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
[0087]
需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
[0088]
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0089]
光刻技术因其具有较高的分辨率，在微纳结构器件制造领域起着至关重要的作用。近年来，为了打破光学极限的限制，继续遵循半导体行业发展的“摩尔定律”，各种纳米光刻技术相继被提出。但是，要实现多尺寸、结构复杂的微纳结构器件加工需求，每种纳米光刻技术均面临着各种来自于自身的挑战。首先最重要的是纳米光刻技术需要满足具备可多样化、大面积加工图形的工程应用能力，这就要求其光刻系统必须具有足够高的对准精度及稳定性，以防止目标图形在曝光过程中发生变化，导致光刻胶内最终的图形质量较差，
不能满足微纳结构器件在实现其功能时的需求。因此，为了确保光刻胶内曝光图形具有较好的均匀性和保真度，系统校准成为了纳米光刻技术在进行精准调控曝光剂量和定量表征系统性能时的一个重要步骤。
[0090]
在光刻工艺中，曝光剂量直接决定着光刻胶内曝光图形的质量，只有在最佳曝光剂量的条件下，才能获得最佳的图形质量。因此，对光刻系统进行校准的目的主要是为了实现对其系统性能及曝光剂量的精确调控，进而确定具体的光刻工艺参数，以获得最佳的曝光图形质量。但是，光刻工艺中的系统校准往往是一个复杂且耗费时间的过程。我国目前开展的光刻系统校准研究仅能实现大面积样片的套刻对准，而且需要用扫描电子显微镜(scanning electron microscope，sem)对光刻胶内的曝光图形进行测量后才能确定套刻误差，并不能实现对系统曝光剂量的实时反馈。国际主流方法主要是基于对光刻胶或是实验结果进行分析来实现系统曝光剂量校准的。在电子束光刻系统(ebi)中，采用一种自显影光刻胶作为实时反馈体对电子束进行优化，以达到更高分辨率的条件。在极紫外光刻技术(euvl)中，基于对光刻胶物理模型的校对，研发出了一种非常精确的euvl工艺模拟软件，极大地提高整个光刻系统的可靠性。在传统光学光刻系统中，由于亚分辨率图形对光刻工艺参数的敏感度较高，往往需要对实验结果进行测量分析，获得系统实际曝光剂量后，再对光刻模拟软件进行校对并确定具体的模型参数。在直写式光刻系统(dlls)中，为了确保dlls的曝光性能，需要对样片台和直写探针头进行校对。在扫描式干涉光刻技术中，采用一种自校准方法来校正系统误差。
[0091]
等离子体表面(surface plasmon，sp)超衍射光刻技术作为一种无掩膜式近场纳米光刻技术，具有突破衍射极限且成本较低的优势，但却面临着分辨率和曝光宽容度(exposure latitude，el)之间的权衡问题。sp超衍射光刻的曝光宽容度随着曝光图形特征尺寸的减小而急剧变窄，使得曝光剂量成为了决定图形曝光质量的重要影响因素。尤其是在特征尺寸极小的情况下，一般小于100nm,曝光剂量极小的变化会直接导致曝光图形质量产生极大的变化；曝光剂量偏小会导致曝光图形的特征尺寸偏小或未被曝光，图形保真度较差，而曝光剂量偏大则会导致曝光图形的特征尺寸偏大或完全曝光，无法保证曝光图形的均匀性。直写式sp超衍射光刻系统中，选用蝴蝶结纳米孔径(bowtie nano-aperture，bna)结构作为聚焦元件，固定在直写式探针头的底部，这是由于bna结构相较于其它的纳米孔径结构(如，h、c、i等)具有更好的光约束能力和较长的截止波长，能够达到更好的分辨率。实验结果已经表明，选用bna结构作为聚焦元件的直写式sp超衍射光刻系统可以实现22nm的分辨率。在如此小的特征尺寸范围内，直写式sp超衍射光刻系统的曝光宽容度变得非常的狭窄，而光刻系统的对准情况、接触距离、样品台倾斜度、bna的透射率、外界震动均会对曝光宽容度产生极大地影响，导致在曝光过程中确保光刻胶表面的曝光剂量为最佳值成为了亟待解决的问题。理论研究表明，直写式sp超衍射光刻系统中，到达光刻胶表面的曝光剂量是由bna开口处的场强和曝光时间决定的，而曝光剂量的大小直接决定着光刻胶表面点图形的宽度。在光刻胶表面记录点映射图形(spot mapping pattern)可以精准的映射出曝光剂量随曝光时间的变化情况，即在保持bna开口处场强不变的情况下，按照一定的增量逐渐增加曝光时间，光刻胶表面的曝光剂量也随之逐渐增大，进而获得一系列点宽逐渐变大的点图形。通过测量点映射图形中点宽(spot width)随曝光剂量的变化情况，可以得到一条校准曲线，这条校准曲线不仅可以反映出直写式sp超衍射光刻系统的校准情况，也
可以直接用作参考标准确定不同光刻图形时所需的工艺参数。但是受限于点映射图形中点宽范围在数纳米到数百纳米之间，需要用原子力显微镜(atomic force microscope,afm)进行测量，不仅增加了时间成本，也极大地增加了系统校准的复杂性。
[0092]
sp共振腔结构成像光刻中提出了一种基于叠栅莫尔条纹成像原理的系统自动对准方法，该方法主要包括预对准、粗对准和精对准三个过程。预对准阶段主要是为了减少人为因素的影响和对准操作时间，主要是将掩膜和样片间的“十字”与“方框”对准标记控制在粗对准误差允许范围内(约100um)。在粗对准阶段，采用susan滤波算法和基于canny算子的边缘检测法分别对“十字”与“方框”对准标记进行检测，使得对准精度保持在1um以内，以满足莫尔条纹的测量范围。在精对准的过程中，通过傅里叶变换方法获取莫尔条纹图像的相位信息，计算出掩膜与样片的实际偏差，理论上可实现对准偏差值在50nm以内。但是，在sp共振腔结构成像光刻中，完成光刻装置对准仅是系统校准的第一步，还需要对光刻图层之间的套刻误差进行校准。在进行套刻误差校准时，需要用到sp光刻装置的步进控制功能获得不同步进曝光时间时的线光栅图形，并采用sem对光刻胶内线光栅图形的特征尺寸进行表征，进而得到线宽与曝光剂量的校准曲线及套刻误差，之后使用模型对测量数据进行处理，并将修正后的数据传送到光刻装置的自对准系统中。通过这种前置修正方法，实现了在实际实验中sp共振腔结构成像光刻系统的校准精度可达100nm的能力。
[0093]
现有的这种自对准方法采用了光学显微镜中的放大成像系统、sem测量及图像处理技术，虽然能够实现sp共振腔结构成像光刻系统的自动对准功能，在一定程度上降低了实际操作难度，但却存在系统复杂且耗时的缺陷，并不能满足光刻工艺中对高精密对准、曝光剂量精确调控的需求，缺乏广泛实用性。
[0094]
针对这一问题，本发明中提出了一种利用光学显微镜(optical microscope，om)快速获取直写式sp超衍射光刻系统校准曲线的光学方法，可以避免复杂且耗时的afm测量及数据分析过程，只需分析点映射图形的om图像，就能快速、准确地预测出点宽并获得校准曲线，极大地缩短了直写式sp超衍射光刻系统校准的时间，具有较强的实际应用性。
[0095]
图1示出了本技术实施例提供的一种快速实现光刻系统精密校准的光学方法的流程示意图，应用于光刻系统的校准中，如图1所示，所述快速实现光刻系统精密校准的光学方法包括：
[0096]
步骤101：基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系。
[0097]
其中，所述聚焦元件包括蝴蝶结纳米孔径结构，上述步骤101的具体实现过程可以包括：
[0098]
子步骤a1：获取点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构后的点光源场强分布数据。
[0099]
子步骤a2：基于所述点光源场强分布数据确定所述点光源的所述点宽拟合关系。
[0100]
所述点宽拟合关系满足以下公式：
[0101][0102]
其中，w表示点宽数值；c表示光刻系统工艺参量；i表示点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构开口处的场强；t表示曝光时间；t表示所述蝴蝶结纳米孔径结构的透射率；e
th
表示曝光临界剂量参数；a表示点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的对应关系的斜率。
[0103]
所述曝光参数包括曝光时间和曝光剂量，其中，所述曝光剂量满足以下公式：
[0104][0105]
其中，e(r)表示所述曝光剂量；r是当前点与所述点光源的中心之间的距离，在点映射图形中，所述r为点映射图形中的点光源的点宽值。
[0106]
在基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系之后，执行步骤102。
[0107]
步骤102：基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系。
[0108]
可选的，上述步骤102的具体实现过程可以包括以下子步骤：
[0109]
子步骤b1：基于所述点宽拟合关系，确定所述点光源的远场区域和近场区域对应的第二点宽数据集；
[0110]
子步骤b2：基于所述第二点宽数据集确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系。
[0111]
在基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系之后，执行步骤103。
[0112]
步骤103：基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集。
[0113]
利用光学显微镜，获取所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像；基于所述光学显微图像，确定所述点光源的远场区域对应的第一点宽数据集。
[0114]
在基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集之后，执行步骤104。
[0115]
步骤104：基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系。
[0116]
第一点宽数据集中的每个点宽数值对应有一个曝光参数，可以基于第一点宽数据集中的多个点宽数值和对应的曝光参数的关系，获得第二对应关系，该第二对应关系可以是om实验校准曲线。
[0117]
在基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系之后，执行步骤105。
[0118]
步骤105：当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0119]
获取所述第二对应关系与所述第一对应关系之间的第一平均偏差值，在所述第一平均偏差值小于预设偏差阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0120]
综上所述，本技术实施例提供的快速实现光刻系统精密校准的光学方法，可以基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系，基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系，基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集，基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝
光参数之间的第二对应关系，当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数，可以通过点光源场强分布数据推导出的点宽拟合关系确定准确度较高的第一对应关系，通过第一对应关系最终确定曝光参数，其过程较为迅速，确定曝光参数的时间一般为2分钟左右，而现有技术通过原子力显微镜确定曝光参数需要至少4个小时以上，通过本技术的快速实现光刻系统精密校准的光学方法可以快速的获取曝光参数，在实验时可以及时的对曝光参数进行测量，以及可以基于曝光参数对实验过程进行精准调控，降低曝光参数确定过程中所需时长，过程较为简单。
[0121]
图2示出了本技术实施例提供的另一种快速实现光刻系统精密校准的光学方法的流程示意图，应用于光刻系统的校准中，如图2所示，快速实现光刻系统精密校准的光学方法包括：
[0122]
步骤201：基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系。
[0123]
所述聚焦元件包括蝴蝶结纳米孔径(bna)结构，上述步骤201的具体实现过程可以包括：
[0124]
子步骤a1：获取点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构后的点光源场强分布数据。
[0125]
示例的，图3示出了本技术实施例提供的一种bna结构开口处波传输机理和场强分布情况的示意图，如图3(a)所示，根据惠更斯原理，在波导模式(waveguide mode)下，点光源经过bna之后会在其y方向产生球形的近场等离子体波(plasmon wave)，如图3(b)所示，点宽可以表示为(x-width和y-width)。
[0126]
子步骤a2：基于所述点光源场强分布数据确定所述点光源的所述点宽拟合关系。
[0127]
所述点宽拟合关系满足以下公式：
[0128][0129]
其中，w表示点宽数值；c表示光刻系统工艺参量；i表示点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构开口处的场强；t表示曝光时间；t表示所述蝴蝶结纳米孔径结构的透射率；e
th
表示曝光临界剂量参数；a表示点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的对应关系的斜率。
[0130]
可选的，光刻系统可以是sp超衍射光刻系统，sp超衍射光刻系统的曝光剂量主要由该系统的稳定性决定，因此，a可以作为表征光刻系统稳定性的重要参数，可以通过确定a确定曝光参数。
[0131]
所述曝光参数包括曝光时间和曝光剂量，其中，所述曝光剂量满足以下公式：
[0132][0133]
其中，e(r)表示所述曝光剂量；r是当前点与所述点光源的中心之间的距离，在点映射图形中，所述r为点映射图形中的点光源的点宽值。
[0134]
其中，光刻胶表面点图形边界处的曝光剂量由曝光临界剂量参数决定。
[0135]
在基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系之后，执行步骤202。
[0136]
步骤202：基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系。
[0137]
可选的，上述步骤202的具体实现过程可以包括以下子步骤：
[0138]
子步骤b1：基于所述点宽拟合关系，确定所述点光源的远场区域和近场区域对应的第二点宽数据集。
[0139]
其中，可以根据点宽拟合关系，确定包括远场和近场所有区域的点宽数值。
[0140]
子步骤b2：基于所述第二点宽数据集确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系。
[0141]
在本技术中，可以基于第二点宽数据集中的点宽数值和曝光参数确定第一对应关系，也即是om理论校准曲线。
[0142]
在基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系之后，执行步骤203。
[0143]
步骤203：利用光学显微镜，获取所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像。
[0144]
示例的，图4示出了本技术实施例提供的一种光刻胶表面点映射图形的示意图，可以利用直写式sp超衍射光刻在光刻胶表面记录点映射图形。进一步的，可以利用光学显微镜(optical mircroscope，om)获取点映射图形的om图像，也即是获取光学显微图像。om可以快速获取光刻胶表面点映射图形。
[0145]
在利用光学显微镜，获取所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像之后，执行步骤204。
[0146]
步骤204：基于所述光学显微图像，确定所述点光源的远场区域对应的第一点宽数据集。
[0147]
在本技术中，可以对光学显微图像通过图像处理过程(matlab)获取远场区域的第一点宽数据集。
[0148]
在基于所述光学显微图像，确定所述点光源的远场区域对应的第一点宽数据集之后，执行步骤205。
[0149]
步骤205：基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系。
[0150]
第一点宽数据集中的每个点宽数值对应有一个曝光参数，可以基于第一点宽数据集中的多个点宽数值和对应的曝光参数的关系，获得第二对应关系，该第二对应关系可以是om实验校准曲线。
[0151]
示例的，图5示出了本技术实施例提供的一种om实验校准曲线和om理论校准曲线的示意图，如图5所示，横轴exposure dose表示曝光剂量，纵轴width表示点宽数值，unresolved region表示近场区域；resolved region表示远场区域；optical resolution表示光学分辨率，其中，om的分辨率为180nm；theoretical prediction is needed表示om理论上对近场区域点宽数值和曝光参数的关系预测曲线，实心点表示om实验校准曲线，实线表示om理论校准曲线，则可以基于第一点宽数据集中的多个点宽数值和对应的曝光参数的关系，获得多个实心点，也即是获得om实验校准曲线。
[0152]
在基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系之后，执行步骤206。
[0153]
步骤206：获取所述第二对应关系与所述第一对应关系之间的第一平均偏差值。
[0154]
在本技术中，可以计算om实验校准曲线和om理论校准曲线之间的第一平均偏差
值。
[0155]
在获取所述第二对应关系与所述第一对应关系之间的第一平均偏差值之后，执行步骤207。
[0156]
步骤207：在所述第一平均偏差值小于预设偏差阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0157]
在本技术中，对预设偏差阈值的具体数值不作具体限定，可以根据实际应用场景做标记调整，在第一平均偏差值小于预设偏差阈值时，说明om理论校准曲线准确，可以基于om理论校准曲线确定光刻胶的曝光参数。
[0158]
可选的，可以基于聚焦元件开口处的不同点光源场强分布数据，分别确定至少两个点光源对应的点宽拟合公式；则当所述点光源对应的所述第一对应关系和所述第二对应关系满足所述预设条件时，可以利用至少两个所述点光源对应的第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0159]
可选的，在本技术中，可以基于所述光刻胶表面的点映射图形的原子力显微(atomic force mircroscope，afm)图像，确定所述点光源的第三点宽数据集；基于所述第三点宽数据集，确定原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第三对应关系(afm实验校准曲线)；基于所述点宽拟合关系，确定在原子力显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第四对应关系(afm理论校准曲线)；确定所述原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第三对应关系和所述第四对应关系之间的第二平均偏差值，也即是确定afm理论校准曲线和afm实验校准曲线之间的平均偏差值(average deviation,a.d.)；在所述第二平均偏差值小于所述预设偏差阈值的情况下，确定所述原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第四对应关系和光学显微镜下的所述第二对应关系之间的不确定度，也即是计算afm理论校准曲线与om理论校准曲线之间的不确定度(uncertainty)，具体的，可以通过以下公式计算不确定度：其中，uncertainty表示不确定度，a.d.表示平均偏差值。进一步的，可以比较不同om理论校准曲线的斜率，计算直写式sp超衍射光刻系统的稳定性(system stability)。
[0160]
示例的，图6示出了本技术实施例提供的一种不同om理论校准曲线比较示意图，横轴exposure dose表示曝光剂量，纵轴width表示点宽数值，实线表示第一om理论校准曲线(experiment 1)，虚线表示第二om理论校准曲线(experiment 2)，实线也即是斜率(a1)，虚线表示斜率(a2)，对于点宽数值为200nm的场景下，第一om理论校准曲线对应的曝光剂量为d1，第二om理论校准曲线对应的曝光剂量为d2，如果将a1作为参考值，则两种曝光状态下的系统稳定性可计算为：
[0161]
在该稳定性数值在预设稳定性数值范围内时，说明光刻系统较为稳定。
[0162]
在所述不确定度小于预设不确定度阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数；在所述不确定度大于或者等于所述预设不确定度阈值的情况下，对
所述不确定度进行校准，直至所述不确定度小于所述预设不确定度阈值。
[0163]
需要说明的是，本发明提出了一种基于光学显微镜(om)快速成像技术，通过对光刻胶表面点映射图形的om图像进行数据拟合，可简单且精确获取直写式sp超衍射光刻系统校准曲线的方法。虽然在对点映射图形的点宽进行测量时，使用om测量比afm测量快数百倍(om测量时间一般约为2分钟，而afm测量时间约为4个小时以上),但是由于om存在光学分辨率极限，很难准确获取特征尺寸180nm的点宽数值。因此，本发明中通过对bna开口处的场强传播机理进行，推导出了可以同时预测出直写式sp超衍射光刻远场区域和近场区域所有点图形宽度的拟合公式。与afm测量获得的系统校准曲线相比较，om测量获取的系统校准曲线具有较高的准确性，且两校准曲线之间的不确定度仅为3％。通过比较不同次实验时获取的om校准曲线，可以快速计算出直写式sp超衍射光刻系统的稳定性，有利于实验时可实时地对曝光剂量进行精准调控。
[0164]
在本技术中，通过分析直写式sp超衍射光刻系统中聚焦元件bna开口处的场强分布机理，推导出可对其远场和近场场强分布同时进行拟合的理论公式，建立校准曲线模型，并结合om可快速获取光刻胶表面点映射图形的优势，突破om光学分辨率极限的限制，提出了一种能够简单、精准、快速地完成对直写式sp超衍射光刻系统的校准曲线的获取，进一步对曝光参数的准确确定。该快速实现光刻系统精密校准的光学方法的应用，能够实现在进行任意图形曝光时对曝光剂量的精准调控，获得最佳图形质量，为开展低成本、大面积、高质量的纳米光学光刻技术提供了重要的技术支持。
[0165]
需要说明的是，本技术提出了一种基于光学显微镜图像处理及数据拟合的快速实现光刻系统精密校准的光学方法，通过分析等离子体激发式bna开口处场强分布机理，建立直写式sp超衍射光刻系统校准模型，利用om可快速获取点映射图形光学图像的优势，并结合图像处理及数据拟合过程，能够克服om光学极限(大约180nm)的限制，精确地拟合出直写式sp超衍射光刻近场区域点宽数值，无需浪费afm测量时间，极大地提高了光刻工艺的整体效率。相较于现有的快速实现光刻系统精密校准的光学方法，本发明中的快速实现光刻系统精密校准的光学方法不仅能够实现对任意图形所需曝光剂量的精准调控，并且由于本发明中的曲线斜率a是一个与曝光剂量相关的参数，通过比较不同校准曲线的斜率a，还具有可以计算出光刻系统稳定性的优势，这些都为进一步提高直写式sp超衍射光刻技术在下一代低成本、大面积化微纳结构器件的加工制造上的实际应用性提供了一条可能的技术路径。
[0166]
综上所述，本技术实施例提供的快速实现光刻系统精密校准的光学方法，可以基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系，基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系，基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集，基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系，当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数，可以通过点光源场强分布数据推导出的点宽拟合关系确定准确度较高的第一对应关系，通过第一对应关系最终确定曝光参数，其过程较为迅速，确定曝光参数的时间一般为2分钟左右，而现有技术通过原子力显微镜确定曝光参数需要至少4个小时以上，通过本技术的快速实现光刻系统精密校准的光学方法
可以快速的获取曝光参数，在实验时可以及时的对曝光参数进行测量，以及可以基于曝光参数对实验过程进行精准调控，降低曝光参数确定过程中所需时长，过程较为简单。
[0167]
图7示出了本技术实施例提供的一种快速实现光刻系统精密校准的光学装置的结构示意图，应用于光刻系统的校准中，如图7所示，所述装置包括：
[0168]
第一确定模块301，用于基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系；
[0169]
第二确定模块302，用于基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系；
[0170]
第三确定模块303，用于基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集；
[0171]
第四确定模块304，用于基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系；
[0172]
第五确定模块305，用于当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0173]
在一种可能的实现方式中，所述第三确定模块包括：
[0174]
第一获取子模块，用于利用光学显微镜，获取所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像；
[0175]
第一确定子模块，用于基于所述光学显微图像，确定所述点光源的远场区域对应的第一点宽数据集。
[0176]
在一种可能的实现方式中，所述第五确定模块包括：
[0177]
第二获取子模块，用于获取所述第二对应关系与所述第一对应关系之间的第一平均偏差值；
[0178]
第二确定子模块，用于在所述第一平均偏差值小于预设偏差阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0179]
在一种可能的实现方式中，所述第一确定模块包括：
[0180]
第三确定子模块，用于基于聚焦元件开口处的不同点光源场强分布数据，分别确定至少两个点光源对应的点宽拟合公式；
[0181]
所述第五确定模块包括：
[0182]
第四确定子模块，用于当所述点光源对应的所述第一对应关系和所述第二对应关系满足所述预设条件时，利用至少两个所述点光源对应的第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数。
[0183]
在一种可能的实现方式中，所述聚焦元件包括蝴蝶结纳米孔径结构，所述第一确定模块包括：
[0184]
第三获取子模块，用于获取点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构后的点光源场强分布数据；
[0185]
第五确定子模块，用于基于所述点光源场强分布数据确定所述点光源的所述点宽拟合关系。
[0186]
在一种可能的实现方式中，所述点宽拟合关系满足以下公式：
[0187][0188]
其中，w表示点宽数值；c表示光刻系统工艺参量；i表示点光源经过蝴蝶结纳米孔径结构开口处的场强；t表示曝光时间；t表示所述蝴蝶结纳米孔径结构的透射率；e
th
表示曝光临界剂量参数；a表示点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的对应关系的斜率。
[0189]
在一种可能的实现方式中，所述曝光参数包括曝光时间和曝光剂量，其中，所述曝光剂量满足以下公式：
[0190][0191]
其中，e(r)表示所述曝光剂量；r是当前点与所述点光源的中心之间的距离，在点映射图形中，所述r为点映射图形中的点光源的点宽值。
[0192]
在一种可能的实现方式中，所述第二确定模块包括：
[0193]
第六确定子模块，用于基于所述点宽拟合关系，确定所述点光源的远场区域和近场区域对应的第二点宽数据集；
[0194]
第七确定子模块，用于基于所述第二点宽数据集确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系。
[0195]
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
[0196]
第六确定模块，用于基于所述光刻胶表面的点映射图形的原子力显微图像，确定所述点光源的第三点宽数据集；
[0197]
第七确定模块，用于基于所述第三点宽数据集，确定原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第三对应关系；
[0198]
第八确定模块，用于基于所述点宽拟合关系，确定在原子力显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第四对应关系；
[0199]
第九确定模块，用于确定所述原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第三对应关系和所述第四对应关系之间的第二平均偏差值；
[0200]
不确定度确定模块，用于在所述第二平均偏差值小于所述预设偏差阈值的情况下，确定所述原子力显微镜下的所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第四对应关系和光学显微镜下的所述第二对应关系之间的不确定度。
[0201]
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
[0202]
曝光参数确定模块，用于在所述不确定度小于预设不确定度阈值的情况下，利用所述第一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数；
[0203]
校准模块，用于在所述不确定度大于或者等于所述预设不确定度阈值的情况下，对所述不确定度进行校准，直至所述不确定度小于所述预设不确定度阈值。
[0204]
本技术实施例提供的快速实现光刻系统精密校准的光学装置，可以基于聚焦元件开口处的点光源场强分布数据，确定所述点光源的点宽拟合关系，基于所述点光源的点宽拟合关系，确定在光学显微镜下所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第一对应关系，基于所述光刻胶表面的点映射图形的光学显微图像，确定所述点光源的第一点宽数据集，基于所述点光源的第一点宽数据集，确定所述点光源的点宽与光刻胶的曝光参数之间的第二对应关系，当所述第一对应关系和所述第二对应关系满足预设条件时，利用所述第
一对应关系确定所述光刻胶的曝光参数，可以通过点光源场强分布数据推导出的点宽拟合关系确定准确度较高的第一对应关系，通过第一对应关系最终确定曝光参数，其过程较为迅速，确定曝光参数的时间一般为2分钟左右，而现有技术通过原子力显微镜确定曝光参数需要至少4个小时以上，通过本技术的快速实现光刻系统精密校准的光学方法可以快速的获取曝光参数，在实验时可以及时的对曝光参数进行测量，以及可以基于曝光参数对实验过程进行精准调控，降低曝光参数确定过程中所需时长，过程较为简单。
[0205]
本发明提供的一种快速实现光刻系统精密校准的光学装置，可以实现如图1至图6任一所示的对刻蚀仿真模型中刻蚀速率拓展的方法，为避免重复，这里不再赘述。
[0206]
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0207]
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。