CN102890423A - 光电探测器校准装置及其校准方法 - Google Patents

光电探测器校准装置及其校准方法 Download PDF

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Abstract

一种光电探测器校准装置及其校准方法，包括分光棱镜，位于光电探测器上方，所述光电探测器位于工件台上，照明光通过所述分光棱镜分为第一测量光和第二测量光；绝对探测器，位于所述分光棱镜一侧，第二测量光入射到所述绝对探测器，第一测量光入射到光电探测器；处理单元，用于对所述绝对探测器测得的第二测量光光强和所述光电探测器测得的第一测量光光强进行计算，建立所述光电探测器和所述绝对探测器的关系，校准所述光电探测器的增益和偏置。本装置及方法操作简单、减小人为因素对光刻机内部的环境污染，提高测试准确性；绝对探测器和校准探测器测量的光为同一束光，避免了由于光源的波动性出现透过率变化的情况，从而提高了测量准确性。

Description

光电探测器校准装置及其校准方法
技术领域
本发明涉及光电测量领域，特别涉及一种光电探测器校准装置及其校准方法。
背景技术
在光刻机系统中，光电探测器是光学系统中用来测量曝光光束的能量探测器。一般情况下，照明系统有两个光束光电探测器，一个在照明系统内部，称为剂量探测器，用以在曝光中动态监控光束能量，许多光刻机剂量控制均基于剂量探测器的测量值做反馈控制。另外一个在工件台上，称为光电探测器，用以在非曝光时测量视场轮廓和剂量。
光刻机中的光电探测器和剂量探测器的工作原理类似，都是采用特殊的晶体(比如YAG:CE晶体)把紫外光转化为绿光，然后通过光电效应把光信号转化为电信号，进而测量电信号的强度计算出能量探测器探测到的光束强度。
理想情况下，在硅片曝光过程中，工件台Wafer表面的剂量要能被检测和控制，然而不可能用放置在工件台上的光电探测器在曝光时测量及控制，所以需要用剂量探测器在照明系统的前端来测量和控制光的剂量大小；工件台上的光电探测器用来测量投影物镜像方的光强，在照明系统的多个测试中，都需要用光电探测器在曝光视场内的指定位置对光强进行采样，在照明系统及剂量控制相关测试流程中，工件台需要驱动光电探测器到视场内任意位置，利用该探测器可以进行多种项目的测试：改变照明设置时用光电探测器校准剂量探测器；测量照明均匀性；测量剂量的精度与重复性；测量照明视场尺寸；测量远心性，测量工件台Wafer表面的杂散光等等；但通常情况下，工件台上的光电探测器和剂量探测器，两者测量结果不准确，不能准确的测量当前实际光强大小；未经过外部绝对探测器校正的剂量探测器和光电探测器的能量测量结果并不准确，其影响在精密的剂量系统中无法被忽视，将直接导致剂量控制性能及工件台Wafer表面能量准确性失调到难以接受的地步。
解决上述问题通常的做法是：第一步，手动将绝对探测器放置到工件台有光区域，然后读取绝对探测器的读数，再手动拿走绝对探测器；第二步，驱动工件台上的被校准光电探测器到有光区域，同时读取该光电探测器的读数；第三步，根据测量结果计算绝对探测器和被校准光电探测器之间的关系，完成校准。但是，以上方法存在一定缺点：1、手动将绝对探测器放置在工件台上，操作不方便，安全程度低，增加测试复杂性；绝对探测器实时标定校准时，人为手动放进放出，对光刻系统环境污染较大；3、绝对探测器和被校准光电探测器在分别测量时，难以保证两者在同一垂向最佳焦面测量光强大小，因而在校准结果中，将由于焦面位置误差导致光强测量的误差引入测量结果中，使得测量结果不准确。
由于光源的波动性及稳定性，绝对探测器和被校准探测器测量光强不在同一时刻，绝对探测器和被校准探测器测量光强不为同一束光的能量；则造成在两次校准时，物镜的透过率T发生变化，使得探测器测量到的光强发生变化，导致校准结果不准确，测量误差较大。
发明内容
本发明解决的技术问题是光电探测器校准装置与光电探测器同时对相同光束进行测量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光电探测器校准装置，包括：
一种光电探测器校准装置，其特征在于，包括
分光棱镜，位于所述光电探测器上方，所述光电探测器位于工件台上，照明光通过所述分光棱镜分为第一测量光和第二测量光；
绝对探测器，位于所述分光棱镜一侧，所述第二测量光入射到所述绝对探测器，所述第一测量光入射到所述光电探测器；以及
处理单元，用于对所述绝对探测器测得的第二测量光光强和所述光电探测器测得的第一测量光光强进行计算，建立所述光电探测器和所述绝对探测器的关系，校准所述光电探测器的增益和偏置。
进一步，水平向控制器控制所述分光棱镜沿水平向移动。
进一步，执行曝光校准时，所述水平向控制器通过可伸缩线缆驱动所述分光棱镜位于所述光电探测器正上方。
进一步，垂向控制器控制所述绝对探测器沿垂向移动。
进一步，执行曝光校准时，所述垂向控制器控制所述绝对探测器位于垂向最佳焦平面上。
进一步，所述垂向控制器通过伸缩器驱动所述绝对探测器沿垂直方向运动。
优选的，照明光通过所述分光棱镜分为50％光强的透射光和50％光强的反射光。
优选的，所述第一测量光为透射光，所述第二测量光为反射光。
进一步，还包括位于所述分光棱镜上方的光束转换晶体，所述照明光通过所述光束转换晶体后入射到所述分光棱镜。
进一步，所述照明光为深紫外线光，通过所述光束转换晶体转换为可见光。
优选的，所述光束转换晶体为YAG:CE晶体。
本发明还提供了一种光电探测器校准方法，包括
照明光通过分光棱镜分为第一测量光和第二测量光；
所述第二测量光入射到绝对探测器，所述第一测量光入射到光电探测器；
对绝对探测器测得的第二测量光光强和光电探测器测得的第一测量光光强进行计算，建立所述光电探测器和所述绝对探测器的关系，校准所述光电探测器的增益和偏置。
进一步，还包括，水平向控制器控制所述分光棱镜沿水平向移动位于所述光电探测器正上方。
进一步，垂向控制器控制所述绝对探测器沿垂向移动位于垂向最佳焦平面上。
进一步，所述垂向最佳焦平面为所述绝对探测器读数最大的位置。
进一步，所述照明光通过光束转换晶体后再入射到所述分光棱镜。
优选的，所述光束转换晶体将深紫外线光转换为可见光。
进一步，所述照明光通过光束转换晶体后，入射到透镜后平行出射到所述分光棱镜。
本发明的优点在于：操作简单；减小由于人为因素对光刻机内部的环境污染；两个探测器能够在同一最佳焦面位置、同一时刻完成校准，避免了由于脉冲不稳定或者物镜透过率变化所带来的误差，提高测试准确性；绝对探测器和校准探测器测量的光为同一束光，避免了由于光源的波动性出现透过率变化的情况，从而提高了测量准确性。采用本发明的装置及测量方法，方便及准确的校准工件台上光电探测器，从而为后续曝光中剂量控制的准确性奠定了基础，提高了剂量控制准确性精度。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1为本发明光电探测器校准装置结构示意图。
图2为图1中分光棱镜和水平向控制器的连接关系具体示意图；
图3为图1中分光棱镜和水平导轨的连接关系具体示意图；
图4为本发明光电探测器校准装置的光路示意图；
图5为图1中垂向控制器和绝对探测器的连接关系具体示意图；
图6为本发明光电探测器校准装置的装配及工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
参考图1所示，本发明光电探测器校准装置，包括分光棱镜1和绝对探测器8，其校准的对象光电探测器7放置在工件台8上，用来监测照明系统实际光强大小，照明系统出射的照明光投射到分光棱镜1，该分光棱镜1对接收到的光强进行反射和透射，优选情况是50％的光强反射、50％的光强透射；透射光6由光电探测器7接收，而反射光4由放置在右侧的绝对探测器5接收采样。也可以改变分光棱镜的设置，使透射光被绝对探测器接收，反射光由光电探测器接收。
分光棱镜1由水平向控制器2控制，使其沿水平导轨3进行水平向自由高精度的移动，水平向控制器2放置在支架10上。当测试校准时，水平向控制器2将分光棱镜1移动放置在有利于光电探测器7接收透射光的最佳位置，优选情况是分光棱镜1位于光电探测器7正上方；当校准完成之后，水平控制器2将分光棱镜1移动收回到分光棱镜盒中。
垂向控制器9控制绝对探测器8的垂向高度，绝对探测器8放置在垂直支架上；当绝对探测器8接收到来自分光棱镜1的反射光时，绝对探测器8进行光强采样，此时，垂向控制器9会根据光强大小将绝对探测器8垂向调节到最佳位置，即垂向焦平面上。
对光电探测器7进行校准时，水平向控制器2水平移动分光棱镜1，使其位于光电探测器7上方，垂向控制器9垂向调节绝对探测器8，使其位于分光棱镜1上方透镜的垂向最佳焦平面上。执行曝光，光电探测器7和绝对探测器8同时采样，获取两者测量结果分别是透射光强和反射光强。处理单元(未图示)对透射光强和反射光强进行计算，建立绝对探测器8和被校准光电探测器7的之间的关系，用以校准光电探测器7的增益及偏置，并将相关结果保存到机器常数文件中。
参见图2所示，水平向控制器2通过可伸缩线缆11与分光棱镜1连接，可伸缩线缆11可以沿水平方向自由伸缩。水平向控制器2可以通过高精度控制可伸缩线缆11进行水平向自由运动，控制分光棱镜1使其沿水平导轨3进行水平向自由高精度的移动。分光棱镜1内部为45度反射，即反射光4的反射角为45度。参见图3所示，水平导轨3可以具体为U型导轨或者其他含两根平行轨道的导轨(未图示)，分光棱镜1沿y方向横跨在水平导轨3上，在该导轨上高精度沿水平方向x方向运动。
参见图4所示，入射光193nm的DUV光(深紫外线光)通过YAG:CE晶体13以荧光的方式转换成峰值波长为520nm的可见光，可见光通过透镜14后形成平行光入射到分光棱镜1，分光棱镜将平行光分为反射光4和透射光6，优选情况是50％为反射光、50％为透射光。透射光6入射到光电探测器7，经过光电探测器7接收光信号后，转换成电信号，并通过放大电路12放大后，测量出电信号的强度，然后计算出能量探测器的光束强度。
参见图5所示，底板17承载垂向控制器9和绝对探测器8，其正面有导轨(图未示)，可以保证绝对探测器8在底板17上沿垂直方向运动，垂向控制器9通过螺钉16固定在底板17上。垂向控制器9通过高精密控制伸缩器15使绝对探测器8沿导轨垂直方向运动及读取绝对探测器8的读数。绝对探测器8完成光信号的采样，并将光信号转化为电信号。其组装方式为，将垂向控制器9通过螺钉16固定在底板17上，将绝对探测器8通过伸缩器15与垂向控制器9连接；垂向控制器9、伸缩器15和绝对探测器8之间采用螺钉连接起来，分别可以进行拆装。校准时，当绝对探测器8接收到光强时，垂向控制器9会进行读数，同时会在垂直方向上运动，以检查此读数是否为最大值，当读数为最大时，垂向控制器9控制绝对探测器8停止运动，则以此读数为校准时绝对探测器8的读数。
参见图6所示，本发明光电探测器的校准装置的流程包括：光电探测器安装在工件台上；分光棱镜与水平向控制器连接；绝对探测器与垂向控制器连接；水平向控制器控制分光棱镜沿水平导轨运动到光电探测器上方，此时开始执行曝光。水平向控制对分光棱镜的水平位置进行调节，使分光棱镜位于光电探测器正上方；垂向控制器对绝对探测器进行垂直方向的调节，直到绝对探测器的读数为最大，且是稳定的读数；分别读取光电探测器和绝对探测器的数据后停止曝光。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (18)

1.一种光电探测器校准装置，其特征在于，包括
分光棱镜，位于所述光电探测器上方，所述光电探测器位于工件台上，照明光通过所述分光棱镜分为第一测量光和第二测量光；
绝对探测器，位于所述分光棱镜一侧，所述第二测量光入射到所述绝对探测器，所述第一测量光入射到所述光电探测器；以及
处理单元，用于对所述绝对探测器测得的第二测量光光强和所述光电探测器测得的第一测量光光强进行计算，建立所述光电探测器和所述绝对探测器的关系，校准所述光电探测器的增益和偏置。
2.根据权利要求1所述的光电探测器校准装置，其特征在于，水平向控制器控制所述分光棱镜沿水平向移动。
3.根据权利要求2所述的光电探测器校准装置，其特征在于，执行曝光校准时，所述水平向控制器通过可伸缩线缆驱动所述分光棱镜位于所述光电探测器正上方。
4.根据权利要求1所述的光电探测器校准装置，其特征在于，垂向控制器控制所述绝对探测器沿垂向移动。
5.根据权利要求4所述的光电探测器校准装置，其特征在于，执行曝光校准时，所述垂向控制器控制所述绝对探测器位于垂向最佳焦平面上。
6.根据权利要求4或5所述的光电探测器校准装置，其特征在于，所述垂向控制器通过伸缩器驱动所述绝对探测器沿垂直方向运动。
7.根据权利要求1所述的光电探测器校准装置，其特征在于，照明光通过所述分光棱镜分为50％光强的透射光和50％光强的反射光。
8.根据权利要求1所述的光电探测器校准装置，其特征在于，所述第一测量光为透射光，所述第二测量光为反射光。
9.根据权利要求1所述的光电探测器校准装置，其特征在于，还包括位于所述分光棱镜上方的光束转换晶体，所述照明光通过所述光束转换晶体后入射到所述分光棱镜。
10.根据权利要求9所述的光电探测器校准装置，其特征在于，所述照明光为深紫外线光，通过所述光束转换晶体转换为可见光。
11.根据权利要求10所述的光电探测器校准装置，其特征在于，所述光束转换晶体为YAG:CE晶体。
12.一种光电探测器校准方法，其特征在于，包括
照明光通过分光棱镜分为第一测量光和第二测量光；
所述第二测量光入射到绝对探测器，所述第一测量光入射到光电探测器；
对绝对探测器测得的第二测量光光强和光电探测器测得的第一测量光光强进行计算，建立所述光电探测器和所述绝对探测器的关系，校准所述光电探测器的增益和偏置。
13.根据权利要求12所述的光电探测器校准方法，其特征在于，还包括，水平向控制器控制所述分光棱镜沿水平向移动位于所述光电探测器正上方。
14.根据权利要求12或13所述的光电探测器校准方法，其特征在于，垂向控制器控制所述绝对探测器沿垂向移动位于垂向最佳焦平面上。
15.根据权利要求14所述的光电探测器校准方法，其特征在于，所述垂向最佳焦平面为所述绝对探测器读数最大的位置。
16.根据权利要求12所述的光电探测器校准方法，其特征在于，所述照明光通过光束转换晶体后再入射到所述分光棱镜。
17.根据权利要去16所述的光电探测器校准方法，其特征在于，所述光束转换晶体将深紫外线光转换为可见光。
18.根据权利要求16所述的光电探测器校准方法，其特征在于，所述照明光通过光束转换晶体后，入射到透镜后平行出射到所述分光棱镜。
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