CN104316172A - 用于光刻机的能量探测装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于光刻机的能量探测装置,特点在于其构成沿光线前进方向依次是反射镜、积分棒、探测器、探测器信号处理电路、信号采集卡和计算机,所述的积分棒位于所述的反射镜的焦平面,所述的探测器的输出端接所述的探测器信号处理电路的电流信号输入端,该探测器信号处理电路的输出端经所述的信号采集卡与所述的计算机的输入端连接。本发明采用反射镜将光路折转,可减小光刻机的整机高度。所述的探测器信号处理电路可对窄脉冲信号进行放大、积分和保持,降低了后续信号采集电路的要求,能有效消除信号采集过程中孔径抖动对测量结果的影响;不需从能量探测装置外部输入积分保持电路的同步信号,可有效隔离外部噪声信号,提高能量探测装置的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及光刻机,特别是一种用于光刻机的能量探测装置。
技术背景
光学光刻是将掩模板上的图形转移到硅片上的光学曝光过程。光学光刻按照曝光方式的不同,分为接触式光刻、接近式光刻、步进重复投影光刻、步进扫描投影光刻等。步进扫描投影光刻能有效地提高芯片的生产率,已成为主流光刻技术。
光刻装置是一种将所需图案应用于工件目标部分上的装置。这样的工件可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。通常使用的基片为表面涂有光敏感介质的半导体镜片,玻璃基片或PCB板等。
能量探测装置是一种位于光刻机中实时测量单脉冲能量大小的装置,通过测量光刻机的单脉冲能量大小控制光刻曝光剂量,具体方法是控制多个脉冲的平均波动优于曝光精度的要求。另外,193nm准分子激光器输出的激光脉冲信号宽度只有十几纳秒,单脉冲能量波动大,能量探测装置要实现准确测量,则对探测器信号处理电路有较高要求。
在先技术[1](孙文凤,罗闻,一种光刻装置能量传感器,CN102914946,2013)给出了一种光刻装置能量传感器,该传感器包括:取样光学部分,由聚光镜、微透镜阵列、石英棒和光阑组成,对照明系统中的光线进行取样;光谱转换部分,由转换晶体和滤光片组成,将取样光线中的深紫外脉冲转换成可见光脉冲;光电转换部分,将可见光脉冲信号转换为电流信号;以及差分放大输出部分,将电流信号放大成电压信号输出。该能量传感器虽然能提高光刻装置的剂量控制性能,但整个装置的长度较大,会加大整个光刻机的高度;仅采用差分放大对光电探测器的信号进行处理,没有对信号进行积分保持,对后续信号采集电路的性能有较高要求,而且测量结果的准确性易受信号采集电路的孔径抖动的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足,提出一种光刻机的能量探测装置,置于光刻机照明系统的第一个折叠镜后,该装置应用反射镜作为聚光镜,使光路折转,从而降低光刻机的整机高度;提供一种具有对窄脉冲信号进行积分保持的探测器信号处理电路。
本发明的技术解决方案如下:
一种用于光刻机的能量探测装置,特点在于其构成沿光线前进方向依次是反射镜、积分棒、探测器、探测器信号处理电路、信号采集卡和计算机,所述的积分棒的入射端面位于所述的反射镜的焦平面,所述的探测器的输出端接所述的探测器信号处理电路的电流信号输入端,该探测器信号处理电路的输出端经所述的信号采集卡与所述的计算机的输入端连接。
所述的反射镜为球面反射镜或非球面反射镜。
所述的探测器为真空紫外探测器,或带波长转换器和滤光片的可见光探测器。
所述的探测器信号处理电路包括前置放大电路、积分保持电路和控制逻辑电路。
所述的前置放大电路由第一电阻、第一电容和第一运算放大器组成,第一运算放大器的同向输入端接地,反向输入端接所述的探测器的电流信号输出端,所述的第一电阻和第一电容并联后连接在所述的第一运算放大器的反向输入端和输出端之间,将探测器输出的电流信号转换成电压脉冲信号;
所述的积分保持电路由信号输入开关、信号放电开关、积分电容和第二运算放大器组成,所述的信号输入开关的一端接所述的第一运算放大器的输出端,另一端接第二运算放大器的反向输入端,控制端接同步信号产生电路的输出端,第二运算放大器的同向输入端接地,所述的信号放电开关和积分电容并联后接在第二运算放大器的反向输入端和输出端之间,所述的信号放电开关的控制端接第二时序产生电路的输出端;
所述的控制逻辑电路由同步信号产生电路、第一时序产生电路和第二时序产生电路组成,所述的同步信号产生电路由电压比较器、+5V电源和可变电阻器组成,其中+5V电源和可变电阻器组成分压电路给同步信号产生电路提供参考电压信号Vref;电压比较器的同相输入端连接所述的第一运算放大器的输出端,获得电压脉冲信号,反向输入端接所述的可变电阻器的滑动抽头,提供参考电压信号,电压比较器的输出端接所述的信号输入开关的控制端和第一时序产生电路的第二触发输入端,电压脉冲信号和参考电压信号经电压比较器得到脉冲同步信号;所述的第一时序产生电路由施密特触发器的第1个施密特触发器、第三电容和第二电阻组成,第1个施密特触发器的第一触发输入端接地,数据清零端连接+5V电源,外部电阻电容端同时连接第三电容和第二电阻的节点,外部电容端连接第三电容的另一端,第二电阻的另一端连接+5V电源,数据输出端连接第二时序产生电路的第一触发输入端,第二时序产生电路由施密特触发器的第2个施密特触发器、第四电容和第三电阻组成,第2个施密特触发器的第二触发输入端和数据清零端连接+5V电源,外部电阻电容端同时连接第四电容和第三电阻的节点,外部电容端连接第四电容的另一端,第三电阻的另一端连接+5V电源,数据输出端连接积分保持电路的信号放电开关的控制端。
所述的探测器信号处理电路中,所述的前置放大电路的作用是将探测器输出的电流信号转换成电压信号,并进行积分放大;所述的积分保持电路的作用是把窄脉冲电压信号进行积分放大和保持,便于后续信号采集;所述的控制逻辑电路的作用是为积分保持电路提供控制逻辑电平信号,其按照信号传输的路径依次为同步信号产生电路、第一时序产生电路和第二时序产生电路,同步信号产生电路采用电压比较器对前置放大电路的输出信号与参考信号进行电压比较得到脉冲同步信号,该信号连接积分保持电路的信号输入控制端和第一时序产生电路的第二触发输入端,第一时序产生电路的输出信号连接第二时序产生电路的第一触发输入端,第二时序产生电路的输出信号连接积分保持电路的信号放电开关的控制端;所述的第一时序产生电路由上升沿信号触发,第二时序产生电路由下降沿信号触发。
本发明能量探测装置的工作过程如下:
(1)系统上电,初始状态时,探测器信号处理电路的前置放大电路的输出信号为零伏,同步信号产生电路、第一时序产生电路和第二时序产生电路的输出信号均为低电平,积分保持电路的信号输入开关和信号放电开关处于断开状态,信号处理电路的输出信号为零伏;计算机显示的脉冲激光的能量为零;
(2)当激光脉冲信号输入,探测器信号处理电路的前置放大电路输出电压脉冲信号,同步信号产生电路的输出信号由低电平变为高电平,积分保持电路的信号输入开关闭合;第一时序产生电路被触发开始计时,其输出信号由低电平变为高电平;第二时序产生电路未被触发,其输出信号保持低电平,积分保持电路的信号放电开关处于断开状态;积分保持电路开始对前置放大电路输出的电压脉冲信号进行积分;
(3)激光脉冲信号结束时,探测器信号处理电路的前置放大电路的输出信号回到零伏,同步信号产生电路的输出信号由高电平变为低电平,积分保持电路的信号输入开关断开,第二时序产生电路的输出信号仍保持低电平,积分保持电路的信号放电开关断开,积分保持电路对输出信号进行保持;此时,信号采集卡对探测器信号处理电路输出的电压信号进行采集并输入到计算机处理、显示当前激光脉冲的能量大小;
(4)探测器信号处理电路的第一时序产生电路的计时时间达到时,其输出信号由高电平变为低电平,积分保持电路的信号输入开关断开,此时,第二时序产生电路被触发开始计时且其输出信号由低电平变为高电平,积分保持电路的信号放电开关闭合,积分保持电路的输出信号被快速放电至零伏;
(5)探测器信号处理电路的第二时序产生电路的计时时间到达时,其输出信号由高电平变为低电平,此时积分保持电路的信号输入开关和信号放电开关均处于断开状态,信号处理电路恢复初始状态;
(6)等待下一个激光脉冲信号,并重复步骤(2)~(5)。
与在先技术相比,本发明的技术效果如下:
本发明能量探测装置采用反射镜将光路折转,可有效减小光刻机的整机高度。所述的探测器信号处理电路可对窄脉冲信号进行放大、积分和保持,降低了后续信号采集电路的采样频率要求,且能有效消除信号采集过程中孔径抖动对测量结果的影响;不需从能量探测装置外部输入积分保持电路的同步信号,可有效隔离外部噪声信号,提高能量探测装置的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明能量探测装置最佳实施例的结构框图。
图2为本发明能量探测装置的探测器信号处理电路的原理图。
图3为本发明能量探测装置中施密特触发器的功能表图。
图4为本发明能量探测装置中探测器信号处理电路工作过程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
参阅图1,图1是本发明能量探测装置实施例的结构框图。由图1可见,本发明能量探测装置沿光线前进方向上,依次是反射镜1、积分棒2、探测器3、探测器信号处理电路4、信号采集卡5和计算机6。
从光刻机照明系统第一个折转镜出射的光经本发明所述的反射镜1聚焦到所述的积分棒2进行匀光,经所述的积分棒2均匀化后的光入射到所述的探测器3,所述的探测器3将入射的激光脉冲信号转换成电流信号,所述的探测器信号处理电路4对探测器3输出的电流信号进行电流/电压转换,并进行信号的放大、积分和保持,所述的信号采集卡5将所述的探测器信号处理电路4输出的模拟电压转换为数字信号,所述的计算机6对数字信号进行处理并显示测量值。
所述的反射镜1为球面反射镜或非球面反射镜。
所述的积分棒2的入射端面位于反射镜1的焦平面。
所述的探测器3为真空紫外探测器,或带波长转换器和滤光片的可见光探测器。
请参阅图2,图2为所述的探测器信号处理电路4的原理图,包括前置放大电路,积分保持电路和控制逻辑电路。
所述的前置放大电路由第一电阻R1、第一电容C1和第一运算放大器U1组成,第一运算放大器U1的同向输入端接地GND,反向输入端接探测器3的电流信号输出端,所述的第一电阻R1和第一电容C1并联后连接在所述的第一运算放大器U1的反向输入端和输出端之间,将探测器输出的电流信号I转换成电压脉冲信号Vo1。所述的第一运算放大器U1宜选取低输入偏置电流、高速宽带运算放大器。最优的,第一运算放大器U1选取OPA657。
所述的积分保持电路由信号输入开关S1、信号放电开关S2、积分电容C2和第二运算放大器U2组成。所述的信号输入开关S1的一端接所述的第一运算放大器U1的输出端,另一端接第二运算放大器U2的反向输入端,控制端接同步信号产生电路的输出端;第二运算放大器U2的同向输入端接地,所述的信号放电开关S2和积分电容C2并联后接在第二运算放大器U2的反向输入端和输出端之间;所述的信号放电开关S2的控制端接第二时序产生电路的输出端。对信号输入开关S1和信号放电开关S2,控制端信号为高电平时闭合;为低电平时断开。信号输入开关S1闭合、信号放电开关S2断开时电路处于信号积分工作模式;信号输入开关S1断开、信号放电开关S2闭合时电路处于信号放电工作模式;信号输入开关S1和信号放电开关S2都断开时电路处于信号保持工作模式。所述的第二运算放大器U2宜选取低输入偏置电流、高速、宽带宽运算放大器。所述的积分电容C2宜选用漏电流小、温度稳定性好的聚苯乙烯电容。最优的,第二运算放大器U2选取OPA657。
所述的控制逻辑电路由同步信号产生电路、第一时序产生电路和第二时序产生电路组成。
所述的同步信号产生电路由电压比较器U3、+5V电源和可变电阻器VAR1组成,其中+5V电源和可变电阻器VAR1组成分压电路给同步信号产生电路提供参考电压信号Vref。电压比较器U3的同相输入端连接所述的第一运算放大器U1的输出端,获得电压脉冲信号Vo1,反向输入端接所述的可变电阻器VAR1的滑动抽头,提供参考电压信号Vref,电压脉冲信号Vo1和参考电压信号Vref经电压比较器U3得到脉冲同步信号V1,电压比较器U3的输出端接所述的信号输入开关S1的控制端和第一时序产生电路的第二触发输入端B。所述的电压比较器U3宜选用高速电压比较器。最优的,电压比较器U3选取AD8561。
所述的第一时序产生电路和第二时序产生电路可由施密特触发器、可编程逻辑器件或微控制器组成。为了简化设计方案,最优的,第一时序产生电路和第二时序产生电路由施密特触发器组成。作为本发明的最佳实施例,施密特触发器的具体型号为SN74AHC123A。第一时序产生电路由施密特触发器SN74AHC123A的第1个施密特触发器U4A、第三电容C3、第二电阻R2组成。第1个施密特触发器U4A的第一触发输入端A接地GND,数据清零端CLR连接+5V电源,外部电阻电容端RXCX同时连接第三电容C3和第二电阻R2的节点,外部电容端CX连接电容C3的另一端,第二电阻R2的另一端连接+5V电源,数据输出端Q连接第二时序产生电路的第一触发输入端A。所述的第一时序产生电路的计时时间tw1由第三电容C3和第二电阻R2决定,计算公式为
tW1=0.1*C3*R2。
参阅图3,第1个施密特触发器U4A的数据清零端CLR连接高电平信号、第一触发输入端A连接低电平信号,因此第二触发输入端B可被上升沿信号触发计时,触发时数据输出端Q输出一个具有脉冲宽度为tw1的高电平脉冲信号V2。第二时序产生电路由施密特触发器SN74AHC123A的第2个施密特触发器U4B、第四电容C4、第三电阻R3组成。第2个施密特触发器U4B的第二触发输入端B和数据清零端CLR连接+5V电源,外部电阻电容端RXCX同时连接电容C4和第三电阻R3的节点,外部电容端CX连接第四电容C4的另一端,第三电阻R3的另一端连接+5V电源,数据输出端Q连接积分保持电路的信号放电开关S2的控制端。所述的第二时序产生电路的计时时间tw2的计算公式为:
tW2=0.1*C4*R3。
参阅图3,第2个施密特触发器U4B的数据清零端CLR和第二触发输入端B都连接高电平信号,因此其第一触发输入端A可被下降沿信号触发计时,触发时数据输出端Q输出一个脉冲宽度为tw2的高电平脉冲信号V3。
所述的信号采集卡5选用NI公司的高精度多功能信号采集卡USB-6356。
请参阅图2和图4,所述的能量探测装置的工作过程如下:
(1)系统上电,初始状态时,探测器信号处理电路的前置放大电路的输出信号Vo1为零伏,同步信号产生电路和时序产生电路的输出信号V1、V2和V3均为低电平,积分保持电路的信号输入开关S1和信号放电开关S2处于断开状态,信号处理电路的输出信号Vo2为零伏;计算机显示的脉冲激光的能量为零;
(2)当激光脉冲信号输入,探测器信号处理电路的前置放大电路输出电压脉冲信号,当其幅值大于参考电压信号Vref时,同步信号产生电路的输出信号V1由低电平变为高电平,积分保持电路的信号输入开关S1闭合;同时,第一时序产生电路被触发开始计时且其输出信号V2由低电平变为高电平,第二时序产生电路未被触发,其输出信号V3保持低电平,积分保持电路的信号放电开关S2处于断开状态;积分保持电路开始对前置放大电路输出的电压信号Vo1进行积分;
(3)激光脉冲信号结束时,探测器信号处理电路的前置放大电路的输出信号Vo1回到零伏,当其幅值小于参考电压信号Vref时同步信号产生电路的输出信号V1由高电平变为低电平,积分保持电路的信号输入开关S1断开,第二时序产生电路的输出信号V3保持低电平,积分保持电路的信号放电开关S2处于断开状态,此时积分保持电路停止信号积分并对输出信号Vo2进行保持,信号保持的时间由第一时序产生电路的计时时间tw1决定;此时,信号采集卡对探测器信号处理电路的输出信号Vo2进行数据采集并输入到计算机处理、显示当前激光脉冲的能量大小;
(4)探测器信号处理电路的第一时序产生电路的计时时间tw1达到时,其输出信号V2由高电平变为低电平,第二时序产生电路被触发开始计时,且其输出信号V3由低电平变为高电平,此时积分保持电路的信号输入开关S1断开、信号放电开关S2闭合,积分保持电路的输出信号Vo2被快速放电至零伏;
(5)探测器信号处理电路的第二时序产生电路的计时时间tw2到达时,其输出信号V3由高电平变为低电平,此时积分保持电路的信号输入开关S1和信号放电开关S2均处于断开状态,信号处理电路恢复初始状态;
(6)等待下一个激光脉冲信号,并重复步骤(2)~(5)。
实验表明,本发明能量探测装置采用反射镜将光路折转,可有效减小光刻机的整机高度。所述的探测器信号处理电路可对窄脉冲信号进行放大、积分和保持,降低了后续信号采集电路的采样频率要求,且能有效消除信号采集过程中孔径抖动对测量结果的影响;不需从能量探测装置外部输入积分保持电路的同步信号,可有效隔离外部噪声信号,提高能量探测装置的抗干扰能力。
本说明书中所述的只是本发明的最佳实施例,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据本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可得到的技术方案,皆应在本发明的范围之内。
Claims (4)
1.一种用于光刻机的能量探测装置,特征在于其构成沿光线前进方向依次是反射镜(1)、积分棒(2)、探测器(3)、探测器信号处理电路(4)、信号采集卡(5)和计算机(6),所述的积分棒(2)的入射端面位于所述的反射镜(1)的焦平面,所述的探测器的输出端接所述的探测器信号处理电路(4)的电流信号输入端,该探测器信号处理电路(4)的输出端经所述的信号采集卡(5)与所述的计算机(6)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的用于光刻机的能量探测装置,其特征在于所述的探测器信号处理电路(4)包括前置放大电路、积分保持电路和控制逻辑电路:
所述的前置放大电路由第一电阻(R1)、第一电容(C1)和第一运算放大器(U1)组成,第一运算放大器(U1)的同向输入端接地,反向输入端接所述的探测器(3)的电流信号输出端,所述的第一电阻(R1)和第一电容(C1)并联后连接在所述的第一运算放大器(U1)的反向输入端和输出端之间,将探测器输出的电流信号(I)转换成电压脉冲信号(Vo1);
所述的积分保持电路由信号输入开关(S1)、信号放电开关(S2)、积分电容(C2)和第二运算放大器(U2)组成,所述的信号输入开关(S1)的一端接所述的第一运算放大器(U1)的输出端,另一端接第二运算放大器(U2)的反向输入端,控制端接同步信号产生电路的输出端,第二运算放大器(U2)的同向输入端接地,所述的信号放电开关(S2)和积分电容(C2)并联后接在第二运算放大器(U2)的反向输入端和输出端之间,所述的信号放电开关(S2)的控制端接第二时序产生电路的输出端;
所述的控制逻辑电路由同步信号产生电路、第一时序产生电路和第二时序产生电路组成,所述的同步信号产生电路由电压比较器(U3)、+5V电源和可变电阻器(VAR1)组成,其中+5V电源和可变电阻器(VAR1)组成分压电路给同步信号产生电路提供参考电压信号Vref;电压比较器(U3)的同相输入端连接所述的第一运算放大器(U1)的输出端,获得电压脉冲信号(Vo1),反向输入端接所述的可变电阻器(VAR1)的滑动抽头,提供参考电压信号(Vref),电压比较器(U3)的输出端接所述的信号输入开关(S1)的控制端和第一时序产生电路的第二触发输入端(B),电压脉冲信号(Vo1)和参考电压信号(Vref)经电压比较器(U3)得到脉冲同步信号(V1);所述的第一时序产生电路由施密特触发器的第1个施密特触发器(U4A)、第三电容(C3)和第二电阻(R2)组成,第1个施密特触发器(U4A)的第一触发输入端(A)接地,数据清零端(CLR)连接+5V电源,外部电阻电容端(RXCX)同时连接第三电容(C3)和第二电阻(R2)的节点,外部电容端(CX)连接第三电容(C3)的另一端,第二电阻(R2)的另一端连接+5V电源,数据输出端(Q)连接第二时序产生电路的第一触发输入端(A),第二时序产生电路由施密特触发器的第2个施密特触发器(U4B)、第四电容(C4)和第三电阻(R3)组成,第2个施密特触发器(U4B)的第二触发输入端(B)和数据清零端(CLR)连接+5V电源,外部电阻电容端(RXCX)同时连接第四电容(C4)和第三电阻(R3)的节点,外部电容端(CX)连接第四电容(C4)的另一端,第三电阻(R3)的另一端连接+5V电源,数据输出端(Q)连接积分保持电路的信号放电开关(S2)的控制端。
3.根据权利要求1所述的用于光刻机的能量探测装置,其特征在于所述反射镜为球面反射镜或非球面反射镜。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于光刻机的能量探测装置,其特征在于所述的探测器为真空紫外探测器,或带波长转换器和滤光片的可见光探测器。
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