CN103365118A - 光刻机光束监测系统的标定装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻机光束监测系统的标定装置及标定方法，装置由照明单元、指向偏移引入单元、光束位置偏移引入单元和控制单元构成，利用平行平板引入光束位置偏差和双圆光楔引入指向偏差，分别调节平行平板和光楔对光束监测系统进行标定。本发明具有系统结构简单、操作方便、能有效、快速地对光束监测系统的光束位置和指向测量光路进行标定。

Description

光刻机光束监测系统的标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及光刻机，特别是一种光刻机光束监测系统的标定装置及标定方法。

背景技术

光刻机是超大规模集成电路制造中的关键设备之一，其主要由光源、照明系统、投影物镜、掩膜台和工件台组成。其中，照明系统、投影物镜、掩膜台和工件台集成在一起成为光刻机的主体，而光源被分开放置。通常，光源与照明系统通过传输光路连接在一起，光源与照明系统之间的距离达到二十米左右，如此长的光程导致了光束在传输过程中极易受到外界扰动，而且光源自身也存在不稳定性，外界干扰和自身不稳定都会造成光束位置和指向的变化。入射至照明系统的光束的指向和位置的变化最终将会影响到硅片面上的曝光剂量，从而导致曝光硅片良率的降低。所以，需要对入射至照明系统中的光束的位置和指向进行监测和稳定。

在先技术中，光束监测单元是由指向敏感测量子单元和位置敏感测量子单元组成，每个测量子单元均包括光路和光电探测器。在实际工作中激光器出射光束同时包含了光束位置和指向信息，为了保证主光路中光束的位置和指向保持在预定的数值上，首先需要通过测量光学系统来准确获取光束位置和指向的信息。然而在系统装调或者器件制造中存在误差，导致不能准确获知测量光路的变换特性，例如指向测量光路参数等效焦距、位置测量光路参数缩束比，也就是说，无法准确获取光束的位置和指向的参数。所以，为了准确获取位置、指向信息，必须对实际测量光路中的光学参数进行标定。

发明内容

本发明的目的是提出一种光刻机光束监测系统的标定装置及标定方法，本方法可实现光刻机光束监测系统的光束位置和指向测量光路快速准确标定。

本发明的技术解决方案如下：

一种光刻机光束监测系统的标定装置，其特点在于该装置包括照明单元、指向偏移引入单元、光束位置偏移引入单元和控制单元，所述的照明单元由依次的激光器、准直镜和小孔光阑组成，所述的光束指向偏移引入单元由一个双圆光楔及承载它的电动平台组成，所述的光束位置偏移引入单元由第一平行平板、第二平行平板及承载它们的电动平台组成，所述的控制单元包括多功能数据采集卡和计算机，上述元部件的位置关系如下：

所述的照明单元、光束指向偏移引入单元和光束位置偏移引入单元共光轴地安装与一个套筒内，沿所述的激光器的激光输出方向依次是同光轴的所述的准直镜、小孔光阑、双圆光楔、第一平行平板、第二平行平板，所述的控制单元的输出端分别与所述的光束指向偏移引入单元的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元的电动平台相连。

利用上述光刻机光束监测系统的标定装置对光刻机光束监测系统进行标定的方法，该方法包括下列步骤：

2、利用权利要求1所述的光刻机光束监测系统的标定装置对光刻机光束监测系统进行标定的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

（一）打开激光器，预热十五分钟，打开计算机和控制软件；

（二）系统初始化配置：

①将控制单元的输入端与待测的光束监测系统指向测量光路输出端和位置测量光路输出端连接，控制单元采集待测光束监测系统的位置偏移量m₁和指向偏移量n₁；

②将所述的套筒与待测的光束监测系统共轴连接，控制单元的输出端分别与所述的光束指向偏移引入单元的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元的电动平台相连，通过光束指向偏移引入单元的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元的电动平台调整所述的第一平行平板、第二平行平板和双圆光楔处于零位状态，即控制单元采集经待测光束监测系统的位置偏移量m₁和指向偏移量n₁不变；

（三）光束监测系统位置测量光路标定：

①根据平行平板轴向位移偏差公式

计算出偏移距离x₁所需旋转角度i；

②初始时，复位双光楔，通过控制软件发送指令，将第一平行平板绕X轴旋转i角度，由控制单元采集待测光束监测系统中探测光束位置信息的输出端口数据y₁；

③按公式T_y=y₁/x₁计算位置测量光路缩束比T_y；

④改变步骤①的所述的偏移等距离值，重复步骤（三）①～③，然后求位置测量光路的缩束比T_y

⑤重复步骤（三）①～④5次，求平均值得到位置测量光路的缩束比Ty；

⑥将第一平行平板绕X轴旋转-i角度，重复步骤（三）①、②、③、④、⑤得到缩束比Tx，但须将步骤（三）②中第一平行平板（301）绕x轴旋转改为第二平行平板绕y轴旋转，得到位置测量光路的缩束比Tx，最终得到缩束比

（四）光束监测系统指向测量光路标定：

①根据双光楔光束偏转公式

计算出偏转等角度x₂（0.5mrad）所需旋转角度

②初始时，复位第一平行平板和第二平行平板，通过控制软件发送指令，让电控双圆光楔绕正交轴相对旋转

角度，由控制单元采集光束监测系统中探测光束指向信息的输出端口数据y₂；

③根据数据结果y₂得到等角度偏移x₂对应等效焦距，则得到指向测量光路实际等效焦距，F₁=y₂/x₂；

④改变（四）步骤①中所述偏转等角度值，重复步骤（四）①～③5次，获得等效焦距F₂、F₃、F₄、F₅、F₆；

⑤求等效焦距平均值,得到指向测量光路最终等效焦距F：

F＝（F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₅+F₆）/6；

（五）将所述的套筒与所述的光束监测系统中分离出来，结束。

与在先技术相比，本发明具有下列技术效果：

1、使用本发明，可实现光束监测系统的标定，以保证了光刻机照明系统在准确获知光束位置和指向偏移基础上可进行光束的稳定。

2、光束的位置和指向独立引入，避免由于光束监测系统中两支光路的光电探测器的耦合输出而导致的标定不准确，从而保证了高精度的标定，直接且独立的引入光束的位置和角度偏移，使控制更加简单有效。

3、本发明提供平板和光楔还可用作光束位置和指向稳定装置。

附图说明

图1为双光楔引起入射平行光束小角度出射示意图；

图2为平行平板引起入射平行光束Y方向偏移出射示意图；

图3为本发明光刻机光束监测系统的标定装置结构示意图；

图4为本发明X-Y引入Y方向位置偏差与系统结构示意图；

图5为本发明引入指向偏差与系统结构示意图；

具体实施方式

下面对本标定方法做进一步详细说明。

请参阅图1、图2、图3、图4和图5，图1为双光楔引起入射平行光束小角度出射示意图，图2为平行平板引起入射平行光束Y方向偏移出射示意图，图3为本发明光刻机光束监测系统的标定装置结构示意图，图4是引入光束位置偏移与系统结构示意图，图5是引入光束指向偏转与系统结构示意图。

图3是本发明光束监测系统的标定装置结构示意图。图4、图5是本发明标定方法的原理示意图。

由图3可见，本发明光刻机光束监测系统的标定装置，包括照明单元1、指向偏移引入单元2、光束位置偏移引入单元3和控制单元4，所述的照明单元1由依次的激光器101、准直镜102和小孔光阑103组成，所述的光束指向偏移引入单元2由一个双圆光楔201及承载它的电动平台组成，所述的光束位置偏移引入单元3由第一平行平板301、第二平行平板302及承载它们的电动平台组成，所述的控制单元4包括多功能数据采集卡和计算机，上述元部件的位置关系如下：

所述的照明单元1、光束指向偏移引入单元2和光束位置偏移引入单元3共光轴地安装与一个套筒内，沿所述的激光器101的激光输出方向依次是同光轴的所述的准直镜102、小孔光阑103、双圆光楔201、第一平行平板301、第二平行平板302，所述的控制单元4的输出端分别与所述的光束指向偏移引入单元2的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元3的电动平台相连。

控制单元4中编写的控制软件发送旋转指令到光束指向偏移引入单元2、位置偏移引入单元3，从而旋转平板和光楔，引入一个位置偏差和指向偏差，携带偏差的光束经过光束监测系统中的位置测量光路和指向测量光路后，在光束监测系统的探测单元输出端探测模块上得到相对应的输出信号。

控制单元4中数据采集卡对待测的光束监测系统指向和位置探测模块输出信号进行模数转换后，由计算机读取信息，最后对光束监测系统探测模块的输出信号和引入偏差进行数据解析，得到光束监测系统位置测量光路的缩束比T和指向测量光路的等效焦距F。

所述的激光器发出的激光经所述的准直镜变成平行光束，该平行光束经过所述的小孔光阑形成一定孔径的圆光束，所述的平行平板引入光束位置偏差，光楔引入光束角度偏差，所述的圆光束104依次经过双圆形光楔201和第一平行平板301、第二平行平板302形成携带位置和指向偏移的光束304，该光束304作为该标定装置中套筒部分的输出信号进入待测的光束监测系统对其进行标定。双圆形光楔201绕着正交轴相对旋转某一角度引入指向偏差，图1显示了指向偏差的引入，分别为正向偏差、零偏差、负向偏差；其中第一平行平板301绕X轴旋转引入Y方向的位置偏移，第二平行平板302绕Y轴旋转引入X方向的位置偏差，图2显示了Y方向位置偏差的引入，分别是零偏差、正向偏差、负向偏差。

利用上述光刻机光束监测系统的标定装置对光刻机光束监测系统进行标定的方法，包括下列步骤：

（一）打开激光器，预热十五分钟，打开计算机和控制软件；

（二）系统初始化配置：

①将控制单元4的输入端与待测的光束监测系统指向测量光路输出端和位置测量光路输出端连接，控制单元4采集待测光束监测系统的位置偏移量m₁和指向偏移量n₁；

②将所述的套筒与待测的光束监测系统共轴连接，控制单元4的输出端分别与所述的光束指向偏移引入单元2的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元3的电动平台相连，通过光束指向偏移引入单元2的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元3的电动平台调整所述的第一平行平板301、第二平行平板302和双圆光楔201处于零位状态，即控制单元4采集经待测光束监测系统的位置偏移量m₁和指向偏移量n₁不变；

（三）光束监测系统位置测量光路标定：

①根据平行平板轴向位移偏差公式

计算出偏移距离x₁所需旋转角度i；

②初始时，复位双光楔201，通过控制软件发送指令，将第一平行平板301绕X轴旋转i角度，由控制单元4采集待测光束监测系统中探测光束位置信息的输出端口数据y₁；

③按公式T_y=y₁/x₁计算位置测量光路缩束比T_y；

④改变步骤①的所述的偏移等距离值，重复步骤（三）①～③，然后求位置测量光路的缩束比T_y

⑤重复步骤（三）①～④5次，求平均值得到位置测量光路的缩束比Ty；

⑥将第一平行平板301绕X轴旋转-i角度，重复步骤（三）①、②、③、④、⑤得到缩束比Tx，但须将步骤（三）②中第一平行平板301绕x轴旋转改为第二平行平板302绕y轴旋转，得到位置测量光路的缩束比Tx，最终得到缩束比

$\mathrm{\τ}=\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x+{\mathrm{\τ}}_y};$

（四）光束监测系统指向测量光路标定：

①根据双光楔光束偏转公式计算出偏转等角度x₂（0.5mrad）所需旋转角度

②初始时，复位第一平行平板301和第二平行平板302，通过控制软件发送指令，让电控双圆光楔201绕正交轴相对旋转

角度，由控制单元4采集光束监测系统中探测光束指向信息的输出端口数据y₂；

③根据数据结果y₂得到等角度偏移x₂对应等效焦距，则得到指向测量光路实际等效焦距，F₁=y₂/x₂；

④改变（四）步骤①中所述偏转等角度值，重复步骤（四）①～③5次，获得等效焦距F₂、F₃、F₄、F₅、F₆；

⑤求等效焦距平均值,得到指向测量光路最终等效焦距F：

F＝（F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₅+F₆）/6；

（五）将所述的套筒与所述的光束监测系统中分离出来，结束。

Claims (2)

1.一种光刻机光束监测系统的标定装置，其特征在于该装置包括照明单元（1），指向偏移引入单元（2），光束位置偏移引入单元（3）和控制单元（4），所述的照明单元（1）由依次的激光器（101）、准直镜（102）和小孔光阑（103）组成，所述的光束指向偏移引入单元（2）由一个双圆光楔（201）及承载它的电动平台组成，所述的光束位置偏移引入单元（3）由第一平行平板（301）、第二平行平板（302）及承载它们的电动平台组成，所述的控制单元（4）包括多功能数据采集卡和计算机，上述元部件的位置关系如下：

所述的照明单元（1）、光束指向偏移引入单元（2）和光束位置偏移引入单元（3）共光轴地安装与一个套筒内，沿所述的激光器（101）的激光输出方向依次是同光轴的所述的准直镜（102）、小孔光阑（103）、双圆光楔（201）、第一平行平板（301）、第二平行平板（302），所述的控制单元（4）的输出端分别与所述的光束指向偏移引入单元（2）的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元（3）的电动平台相连。

2.利用权利要求1所述的光刻机光束监测系统的标定装置对光刻机光束监测系统进行标定的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

（一）打开激光器，预热十五分钟，打开计算机和控制软件；

（二）系统初始化配置：

①将控制单元（4）的输入端与待测的光束监测系统指向测量光路输出端和位置测量光路输出端连接，控制单元（4）采集待测光束监测系统的位置偏移量m₁和指向偏移量n₁；

②将所述的套筒与待测的光束监测系统共轴连接，控制单元（4）的输出端分别与所述的光束指向偏移引入单元（2）的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元（3）的电动平台相连，通过光束指向偏移引入单元（2）的电动平台和所述的光束位置偏移引入单元（3）的电动平台调整所述的第一平行平板（301）、第二平行平板（302）和双圆光楔（201）处于零位状态，即控制单元（4）采集经待测光束监测系统的位置偏移量m₁和指向偏移量n₁不变；

（三）光束监测系统位置测量光路标定：

①根据平行平板轴向位移偏差公式

计算出偏移距离x₁所需旋转角度i；

②初始时，复位双光楔（201），通过控制软件发送指令，将第一平行平板（301）绕X轴旋转i角度，由控制单元（4）采集待测光束监测系统中探测光束位置信息的输出端口数据y₁；

③按公式T_y=y₁/x₁计算位置测量光路缩束比T_y；

④改变步骤①的所述的偏移等距离值，重复步骤（三）①～③，然后求位置测量光路的缩束比T_y

⑤重复步骤（三）①～④5次，求平均值得到位置测量光路的缩束比Ty；

⑥将第一平行平板（301）绕X轴旋转-i角度，重复步骤（三）①、②、③、④、⑤得到缩束比Tx，但须将步骤（三）②中第一平行平板（301）绕x轴旋转改为第二平行平板（302）绕y轴旋转，得到位置测量光路的缩束比Tx，最终得到缩束比 $\mathrm{\τ}=\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x+{\mathrm{\τ}}_y};$

（四）光束监测系统指向测量光路标定：

①根据双光楔光束偏转公式

计算出偏转等角度x₂（0.5mrad）所需旋转角度

②初始时，复位第一平行平板（301）和第二平行平板（302），通过控制软件发送指令，让电控双圆光楔（201）绕正交轴相对旋转角度，由控制单元（4）采集光束监测系统中探测光束指向信息的输出端口数据y₂；

③根据数据结果y₂得到等角度偏移x₂对应等效焦距，则得到指向测量光路实际等效焦距，F₁=y₂/x₂；

④改变（四）步骤①中所述偏转等角度值，重复步骤（四）①～③5次，获得等效焦距F₂、F₃、F₄、F₅、F₆；

⑤求等效焦距平均值,得到指向测量光路最终等效焦距F：

F＝（F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₅+F₆）/6；

（五）将所述的套筒与所述的光束监测系统中分离出来，结束。

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