CN105319858A - 照明测试装置和照明均匀性、杂散光的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种照明测试装置和照明均匀性、杂散光的测试方法，增加专用探测光路用于进行能量探测，解决了像面空间采样频率不足的问题，且可以同时实现对小视场照明均匀性和杂散光的高精度测量；试时间较传统的运动台带动点能量传感器的方案更短；对于杂散光可进行实时监控，无需加载掩模。

Description

照明测试装置和照明均匀性、杂散光的测试方法

技术领域

本发明涉及投影曝光领域，尤其涉及一种照明测试装置和照明均匀性、杂散光的测试方法。

背景技术

对于投影曝光系统，照明系统的均匀性将直接影响视场内各点的剂量分布，因此对于照明均匀性的原位测量，是任何投影曝光装置所必须具备的功能。此外，照明系统的杂散光也会导致成像性能降低，工艺窗口减小，因此对于杂散光性能的监测也是投影曝光装置所必须的功能之一。

传统的投影曝光系统一般采用集成在运动台上的点能量传感器，由运动台带动点能量传感器对视场内各点的能量进行采集，从而得到视场内的照明均匀性(如Nikon专利US5617181A)。此外，配合特质的杂散光测试掩模，利用点能量传感器在像方进行透光边界扫描，得出杂散光的强度。

请参考图1，图1为无掩模曝光装置，所述无掩模曝光装置包括同步控制单元、曝光激光器、扩束单元1、可变衰减器2、匀光照明单元、分光镜单元4、物镜5、SLM(SpatialLightModulator，空间光调制器)3、点能量传感器7以及工件台8。其中，基底6放置于所述工件台8上，所述曝光激光器和SLM3分别与所述同步控制单元相连，所述曝光激光器发出的光经过扩束单元1、可变衰减器2、匀光照明单元和分光镜单元4能够分别传输至点能量传感器7和SLM3中，从而对所述无掩模曝光装置进行能量采集，从而得到视场内的照明均匀性。

然而，若仍采用传统方法对所述无掩模曝光装置进行照明均匀性和杂散光性能的测量，则会产生一定的问题。因为无掩模曝光装置一般镜头缩小倍率较大，像方视场较小，以0.95”的DMD(DigitalMicromirrorDevice，数字微镜器件)为例，若缩小倍率为18倍，则像方视场约1.1mm×0.6mm，而一般点能量探测器的探测范围都在mm量级，因此对视场区域的有效采样的空间频率不足，会导致照明均匀性和杂散光性能的测量的偏差。因此，针对小视场的基于微高反射体阵列的无掩模曝光装置，需要开发一套新的照明均匀性和杂散光的测试方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种照明测试装置和照明均匀性、杂散光的测试方法，能够解决像面空间采样频率不足的问题，且可以同时实现对小视场照明均匀性和杂散光的高精度测量。

为了实现上述目的，本发明提出了一种照明测试装置，用于对无掩模曝光装置进行照明均匀性和杂散光性能的测量，所述装置包括：所述照明测试装置包括：

激光器，用于提供照明测试所需要的测试光线，所述测试光线入射至所述无掩模曝光装置的空间光调制器以形成调制图形；

物镜，用于将所述调制图形成像到所述无掩模曝光装置的工件台承载的基底表面；

探测光路，所述探测光路包括一感光元件，来自基底表面的部分能量成像至感光元件上；

高反射体，所述高反射体固定于所述工件台上，用于反射所述基底表面的部分能量到所述探测光路中。

进一步的，在所述的照明测试装置中，所述探测光路还包括分光棱镜及中继镜组，通过所述分光棱镜将来自基底表面的部分能量导入所述中继镜组并成像至感光元件上。

进一步的，在所述的照明测试装置中，还包括同步控制单元，用于所述激光器、空间光调制器和工件台的同步控制。

进一步的，在所述的照明测试装置中，还包括扩束单元、可变衰减器、匀光照明单元以及分光镜单元，所述测试光线经过扩束单元、可变衰减器、匀光照明单元和分光镜单元传输至所述空间光调制器中，再返回所述分光镜单元后经过所述物镜照射至所述高反射体表面，由所述高反射体发出的载有所述基底表面的部分能量的反射光传输至所述探测光路中。

进一步的，在所述的照明测试装置中，所述空间光调制器为数字微镜器件，所述数字微镜器件表面设有多个微反光镜，所述微反光镜可根据控制信号进行固定角度偏转。

进一步的，在所述的照明测试装置中，所述固定角度为12°或-12°。

进一步的，本发明还提出了一种照明均匀性的测试方法，采用如上文所述的任意一种照明测试装置，所述方法包括步骤：

将所述激光器的输出功率设置在最大值；

将空间光调制器调制为第一状态，感光元件读取第一状态下各像素点读数，获得背景光强；

将空间光调制器调制为第二状态，工件台将所述高反射体带入所述物镜的视场内，感光元件利用高反射体采集所述视场内的能量，获得光强值；

将所述光强值减去所述背景光强，找出视场范围内光强最大值I_max和光强最小值I_min；

由光强最大值I_max和强最小值I_min计算出照明均匀性Un。

进一步的，在所述的照明均匀性的测试方法中，所述空间光调制器为数字微镜器件，所述数字微镜器件表面设有多个微反光镜，其第一状态为所述微反光镜与基底地址电极具有-12°夹角，第二状态为所述微反光镜与基底地址电极具有12°夹角。

进一步的，在所述的照明均匀性的测试方法中，所述感光元件读取第一状态下各像素点读数步骤中，由感光元件重复采集多次，并取其平均值作为所述背景光强。

进一步的，在所述的照明均匀性的测试方法中，所述感光元件利用高反射体采集所述视场内的能量步骤中，由感光元件重复采集多次，并取其平均值作为所述光强值。

进一步的，在所述的照明均匀性的测试方法中，由光强最大值I_max和光强最小值I_min计算出照明均匀性Un的公式为：

$\mathrm{Un}=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{I_{\max }+I_{\min }}\×100\%.$

进一步的，本发明还提出了一种杂散光的测试方法，采用如上文所述的任意一种照明测试装置，所述方法包括步骤：

将所述激光器的输出功率设置在最大值；

将空间光调制器全部设置为关闭状态，并由感光元件读取各像素点读数作为背景光强I₁；

将空间光调制器部分区域设置成调制状态，部分区域设置成关闭状态，并对基底进行离焦，感光元件读取各像素点读数作为背景光强I₂，

对所述基底面进行精确调焦，在所述感光元件上获得所述空间光调制器的成像图，所述成像图包括透光区和暗区，分别对应空间光调制器上设置为调制状态和关闭状态的区域；

在所述暗区中心处得到中心光强值I’_{under_bar}(0，0)，则中心实际光强值I_{under_bar}(0，0)＝I’_{under_bar}(0，0)-I₁-I₂；

在所述暗区中均匀选取若干点测量其光强I’_{under_bar}(x，y)，则其实际光强值I_{under_bar}(x，y)＝I’_{under_bar}(x，y)-I₁-I₂，并选取所述暗区内最大实际光强值I_max，计算出若干点的杂散光I_Straylight；

选取若干点中最大的杂散光I_Straylight作为杂散光测量值。

进一步的，在所述的杂散光的测试方法中，计算杂散光I_Straylight的公式为：

$I_{\mathrm{Straylight}}(x,y)=\left[\frac{I_{\mathrm{under}\_\mathrm{bar}}(x,y)}{I_{\max }-I_{\mathrm{under}\_\mathrm{bar}}\left(\mathrm{0,0}\right)}\right]\×100\%;$

14、如权利要求12所述的杂散光的测试方法，其特征在于，所述暗区为竖向长条形，位于所述透光区中心区域。

进一步的，在所述的杂散光的测试方法中，所述暗区为横向长条形，位于所述透光区中心区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：增加专用探测光路用于进行能量探测，解决了像面空间采样频率不足的问题，且可以同时实现对小视场照明均匀性和杂散光的高精度测量；试时间较传统的运动台带动点能量传感器的方案更短；对于杂散光可进行实时监控，无需加载掩模。

附图说明

图1为现有技术中无掩模曝光装置结构示意图；

图2为本发明一实施例中照明测试装置和无掩模曝光装置的结构示意图；

图3至图5为本发明一实施例中字微镜器件的调制原理示意图；

图6为本发明一实施例中测量光强中暗区为竖向长条形的示意图；

图7为本发明一实施例中测量光强中暗区为横向长条形的示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的照明测试装置和照明均匀性、杂散光的测试方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图2，在本实施例中，提出了一种照明测试装置，用于对无掩模曝光装置进行照明均匀性和杂散光性能的测量，所述照明测试装置包括：激光器，所述激光器提供照明测试所需要的测试光线，所述测试光线与所述无掩模曝光装置的曝光激光器的输出光经过二向色滤波片11合束；探测光路90，所述探测光路90包括一感光元件，所述无掩模曝光装置的物镜50将来自基底60表面的部分能量成像至感光元件上；高反射体70，所述高反射体70固定于所述无掩模曝光装置的工件台80上，在本实施例中高反射体70可以为反射镜。

在本实施例中，所述无掩模曝光装置包括同步控制单元、扩束单元10、可变衰减器20、匀光照明单元、分光镜单元40、物镜50、SLM30，其中，所述曝光激光器和SLM30分别与所述同步控制单元相连，所述激光器发出的光经过扩束单元10、可变衰减器20、匀光照明单元和分光镜单元40传输至SLM30中，由所述高反射体70发出的反射光经过所述物镜50传输至所述探测光路90内。

在本实施例中，曝光激光器为无掩模曝光装置提供曝光光源，其波长应在光刻胶的感光范围之内，一般要求波长比紫外波段更短。本方案中光源可以是连续光，也可以是脉冲光。

在本实施例中，激光器提供照明测试所需要的光源，其输出光与曝光激光器输出光经过二向色滤波片11合束后进入后续光路。

在本实施例中，扩束单元10将曝光激光器和激光器发出的光扩束，使经过照明后，光束面积与SLM30调制区域匹配，保证SLM30上各调制单元的利用率。

在本实施例中，可变衰减器20为曝光激光器发出的脉冲提供0％～99％的连续可调衰减，用于控制照射到基底60表面上激光的能量。

在本实施例中，匀光照明单元将曝光激光器发出的光调制为均匀照明，照射到SLM30表面。

在本实施例中，SLM30用于形成调制图形，相当于传统投影光刻中的掩模图形，只不过在本方案中掩模图形实时改变，其所显示的图形由同步控制单元进行控制输出。

在本实施例中，所述探测光路90还包括分光棱镜51、中继镜组以及感光元件，通过所述分光棱镜51将来自基底60表面的部分能量导入所述中继镜组并成像至感光元件上。

本实施方案中所采用的SLM30为数字微镜器件DMD(DigitalMicromirrorDevice)，它是一种MEMS(Micro-electromechanicalSystems)器件，其表面设有多个微反光镜31，如图3所示，所述微反光镜31可根据其基底地址电极34上的控制信号进行固定角度偏转(如图4和图5所示)。当某个微高反射体31接收到控制信号为1时，其偏转12°，入射光32照射至微高反射体31发生偏转的表面并发出发射光33，反射光33将进入后继光学系统，如本实施例中的物镜；当接收到信号为0时，偏转-12°(如图5所示)。控制信号即对应待曝光的掩模图形数据。根据DMD的特性，要求照明光的入射角32与无偏转情况下的DMD工作面呈为23°夹角。

在本实施例中，物镜50用于将SLM30上的调制图形成像到基底60表面。工件台80驱动基底60进行运动，其一角放置一个高反射体70或其他类似的高反射体，用于将像面能量反射入探测光路90。在本方案中，工件台80采取扫描步进运动。

同步控制单元控制工件台80、SLM30、激光器和曝光激光器之间的同步控制，同时同步控制单元中还包含掩模图形离散化处理、存储的、发送的功能。

在本实施例中，还提出了一种照明均匀性的测试方法，采用如上文所述的照明测试装置，所述方法包括步骤：

S10：将所述激光器的输出功率设置在最大值，保持光路照明模块正常工作；

S20：将SLM30调制为第一状态，即设置所有DMD调制状态为-12°，多次读取第一状态下感光元件各像素的输出，并取其平均值；

在该步骤中，感光元件读取第一状态下各像素点读数，可重复采集多次，如25次，取其均值，获得背景光强；

S30：将SLM30调制为第二状态，即设置所有DMD调制状态为偏转12°，感光元件利用高反射体70多次采集视场内的能量，并取其平均值，获得光强值；

例如同样采集25次，取其平均值；

S40：将光强值减去背景光强，找出视场范围内光强最大值I_max和光强最小值I_min；

S50：由光强最大值I_max和强最小值I_min计算出照明均匀性Un。

在该步骤中，由光强最大值I_max和光强最小值I_min计算出照明均匀性Un的公式为：

$\mathrm{Un}=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{I_{\max }+I_{\min }}\×100\%.$

在本实施例中，还提出了一种杂散光的测试方法，采用如上文所述的照明测试装置，所述方法包括步骤：

S100：将所述激光器的输出功率设置在最大值，保持光路照明模块正常工作；

S200：将SLM30全部设置为关闭状态，并由感光元件读取各像素点读数作为背景光强I₁；

S300：将SLM30设置成调制状态，部分区域设置成关闭状态，并对基底60进行精确调焦，在感光元件上获得SLM30的成像图，所述成像图包括透光区110和暗区120，分别对应空间光调制器上设置为调制状态和关闭，并记录感光元件各像素点读数作为背景光强I₂(以下步骤的各项测试数据均为减去背景光I₁和I₂后的实际光强值，为使测试流程简明起见本测试中不再写明这一点)；

在该步骤中，所述调制状态下，所述暗区120可以为竖向长条形，位于所述透光区110中心区域，如图6所示，用于测量Y方向的杂散光；同样，若要测量X方向杂散光则可以将DMD成像的暗区120旋转90°，如图7所示即可。

S400：在所述暗区120中心处得到中心光强值I’_{under_bar}(0，0)，则中心实际光强值I_{under_bar}(0，0)＝I’_{under_bar}(0，0)-I1-I2；

S500：在所述暗区120中均匀选取若干点测量其光强I’_{under_bar}(x，y)，则其实际光强值I_{under_bar}(x，y)＝I’_{under_bar}(x，y)-I₁-I₂，并选取所述暗区120内最大实际光强值I_max，计算出若干点的杂散光I_Straylight；

在该步骤中，计算杂散光I_Straylight的公式为：

$I_{\mathrm{Straylight}}(x,y)=\left[\frac{I_{\mathrm{under}\_\mathrm{bar}}(x,y)}{I_{\max }-I_{\mathrm{under}\_\mathrm{bar}}\left(\mathrm{0,0}\right)}\right]\×100\%.$

S600：选取若干点中最大的杂散光I_Straylight作为杂散光测量值。

在本实施例中，DMD的刷新速率为10KHZ，遍历整个DMD区域共需要DMD刷新20736次，CCD采样频率假设为5KHZ，因此整个采样时间为：20736/5000＝4.15s，考虑到每个点采样次数为25次，总共测试时间也仅需要4.15×25＝103.75s，相比传统方法，在同样的空间采样频率情况下，效率有极大提升。

并且，在沿用测量照明均匀性的同时，若个别像素在CCD上采样强度为0或为CCD自身暗电流值的情况下，则表示该像素所对应的微镜失效，可记录失效微镜在整个DMD中的像素坐标位置。

综上，在本发明实施例提供的照明测试装置和照明均匀性、杂散光的测试方法中，增加专用探测光路用于进行能量探测，解决了像面空间采样频率不足的问题，且可以同时实现对小视场照明均匀性和杂散光的高精度测量；试时间较传统的运动台带动点能量传感器的方案更短；对于杂散光可进行实时监控，无需加载掩模；同时，利用微高反射体阵列的开关控制，实现物面扫描，代替像面扫描；测试时间较传统的运动台带动点能量传感器的方案更短；可以排查微高反射体像素失效的问题。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种照明测试装置，用于对无掩模曝光装置进行照明均匀性和杂散光性能的测量，所述照明测试装置包括：

激光器，用于提供照明测试所需要的测试光线，所述测试光线入射至所述无掩模曝光装置的空间光调制器以形成调制图形；

物镜，用于将所述调制图形成像到所述无掩模曝光装置的工件台承载的基底表面；

探测光路，所述探测光路包括一感光元件，来自基底表面的部分能量成像至感光元件上；

高反射体，所述高反射体固定于所述工件台上，用于反射所述基底表面的部分能量到所述探测光路中。

2.如权利要求1所述的照明测试装置，其特征在于，所述探测光路还包括分光棱镜及中继镜组，通过所述分光棱镜将来自基底表面的部分能量导入所述中继镜组并成像至感光元件上。

3.如权利要求1所述的照明测试装置，其特征在于，还包括同步控制单元，用于所述激光器、空间光调制器和工件台的同步控制。

4.如权利要求1所述的照明测试装置，其特征在于，还包括扩束单元、可变衰减器、匀光照明单元以及分光镜单元，所述测试光线经过扩束单元、可变衰减器、匀光照明单元和分光镜单元传输至所述空间光调制器中，再返回所述分光镜单元后经过所述物镜照射至所述高反射体表面，由所述高反射体发出的载有所述基底表面的部分能量的反射光传输至所述探测光路中。

5.如权利要求1所述的照明测试装置，其特征在于，所述空间光调制器为数字微镜器件，所述数字微镜器件表面设有多个微反光镜，所述微反光镜可根据控制信号进行固定角度偏转。

6.如权利要求5所述的照明测试装置，其特征在于，所述固定角度为12°或-12°。

7.一种照明均匀性的测试方法，采用如权利要求1至6中所述的任意一种照明测试装置，所述方法包括步骤：

将所述激光器的输出功率设置在最大值；

将空间光调制器调制为第一状态，感光元件读取第一状态下各像素点读数，获得背景光强；

将空间光调制器调制为第二状态，工件台将所述高反射体带入所述物镜的视场内，感光元件利用高反射体采集所述视场内的能量，获得光强值；

将所述光强值减去所述背景光强，找出视场范围内光强最大值I_max和光强最小值I_min；

由光强最大值I_max和强最小值I_min计算出照明均匀性Un。

8.如权利要求7所述的照明均匀性的测试方法，其特征在于，所述空间光调制器为数字微镜器件，所述数字微镜器件表面设有多个微反光镜，其第一状态为所述微反光镜与基底地址电极具有-12°夹角，第二状态为所述微反光镜与基底地址电极具有12°夹角。

9.如权利要求7所述的照明均匀性的测试方法，其特征在于，所述感光元件读取第一状态下各像素点读数步骤中，由感光元件重复采集多次，并取其平均值作为所述背景光强。

10.如权利要求7所述的照明均匀性的测试方法，其特征在于，所述感光元件利用高反射体采集所述视场内的能量步骤中，由感光元件重复采集多次，并取其平均值作为所述光强值。

11.如权利要求7所述的照明均匀性的测试方法，其特征在于，由光强最大值I_max和光强最小值I_min计算出照明均匀性Un的公式为：

12.一种杂散光的测试方法，采用如权利要求1至6中所述的任意一种照明测试装置，所述方法包括步骤：

将所述激光器的输出功率设置在最大值；

将空间光调制器全部设置为关闭状态，并由感光元件读取各像素点读数作为背景光强I₁；

将空间光调制器部分区域设置成调制状态，部分区域设置成关闭状态，并对基底进行离焦，感光元件读取各像素点读数作为背景光强I₂，

对所述基底面进行精确调焦，在所述感光元件上获得所述空间光调制器的成像图，所述成像图包括透光区和暗区，分别对应空间光调制器上设置为调制状态和关闭状态的区域；

在所述暗区中心处得到中心光强值I’_{under_bar}(0，0)，则中心实际光强值I_{under_bar}(0，0)＝I’_{under_bar}(0，0)-I₁-I₂；

在所述暗区中均匀选取若干点测量其光强I’_{under_bar}(x，y)，则其实际光强值I_{under_bar}(x，y)＝I’_{under_bar}(x，y)-I₁-I₂，并选取所述暗区内最大实际光强值I_max，计算出若干点的杂散光I_Straylight；

选取若干点中最大的杂散光I_Straylight作为杂散光测量值。

13.如权利要求12所述的杂散光的测试方法，其特征在于，计算杂散光I_Straylight的公式为：

。

14.如权利要求12所述的杂散光的测试方法，其特征在于，所述暗区为竖向长条形，位于所述透光区中心区域。

15.如权利要求12所述的杂散光的测试方法，所述暗区为横向长条形，位于所述透光区中心区域。