CN107941331A - ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法 - Google Patents

ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107941331A
CN107941331A CN201711443199.5A CN201711443199A CN107941331A CN 107941331 A CN107941331 A CN 107941331A CN 201711443199 A CN201711443199 A CN 201711443199A CN 107941331 A CN107941331 A CN 107941331A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
pulse
signal
conversion
ultraviolet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711443199.5A
Other languages
English (en)
Inventor
曹益平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN201711443199.5A priority Critical patent/CN107941331A/zh
Publication of CN107941331A publication Critical patent/CN107941331A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4228Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors arrangements with two or more detectors, e.g. for sensitivity compensation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/429Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to measurement of ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/7085Detection arrangement, e.g. detectors of apparatus alignment possibly mounted on wafers, exposure dose, photo-cleaning flux, stray light, thermal load
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J2001/4238Pulsed light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种针对投影式光刻系统中的脉冲激光光场能量均匀性测试的装置和方法。本发明使用的是探针步进扫描法,使用两个紫外传感器分别检测脉冲激光与自然光中的紫外光。紫外传感器采集到信号后,依次进行I/V转换,前置放大,差分相减,消除掉自然光中紫外成分的干扰后再进行积分处理,通过计数和同步控制逻辑对一定个数脉冲激光的能量实现的周期性探测,每个周期的能量在经过AD转换后将信号传递给单片机,同时通过单片机与PC相连,可以使用PC来对信号进行后续的分析。本发明是一个能量探测器系统,具有很高的精度和可控性。

Description

ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法
技术领域
本发明涉及ArF准分子激光光学投影曝光光刻的光场能量均匀性测量装置,特别是涉及使用探针步进扫描法来实现对脉冲激光光场能量均匀性的测量。
背景技术
光刻技术是集成电路制造的关键步骤之一,也是产品制造中的一个重要技术。光学投影光刻由于同时具备了接触式光刻的高分辨率和接近式光刻对掩模板保护的优点而成为了目前集成电路生产的主流技术。本发明正是基于投影式光刻来进行设计的。投影式光刻的核心步骤之一就是通过光刻光源对光刻胶进行曝光,而光刻胶被刻蚀的深度与激光脉冲的能量呈正相关,即能量越大,光刻胶被刻蚀得越深。因此,如果光源的光场能量均匀性得不到保证,掩膜板上的图形在光刻胶上的成像精度就会受到很大的影响,使得后续工艺无法正常地进行,因此测量光刻系统中的光场能量均匀性具有重要意义。
目前,常用的光场能量均匀性测量方法有面阵CCD法、传感器阵列探测法、闪烁晶体法、哈特曼-夏克传感器探测法和探针步进扫描法,其中的探针步进扫描法对紫外光仅采用了一个紫外传感器(另外一个是检测自然光中的紫外线成分)而非紫外传感器阵列,最大程度的减小了因为传感器之间原本的差异而带来的误差。此外,该方法还具有易于实现对紫外传感器的控制和拥有较高的精度等优点,因此本发明采用探针步进扫描法对光场能量均匀性进行测量。但一般的探针步进扫描法在信号输入到单片机过程中容易出现时序,脉冲计数,能量探测等诸多问题,导致光场能量均匀性的结果测量不准确,给整个光刻造成很大的影响。
发明内容
本发明为了克服上述问题并实现对能量而非光强的检测,本发明基于探针步进扫描法提出了一种设计合理并且能够准确检测实现检测光场能量均匀性的方法。
由于准分子激光器输出的是高能量光脉冲,每个激光脉冲的持续时间极短,大约几十纳秒,而探测器的响应速度有限,因此在具体检测过程中,我们没有必要测出每个脉冲时间内的光强值,也没有必要测量光强的绝对值,而是通过测量一定曝光时间内的积分光强分布来实现对光场能量均匀性的评估。
这种方法通过检测一定激光脉冲周期内对光场能量的积分,再通过后续的处理所得到的具体数值来判断出光场能量是否一直均匀,最终实现对脉冲激光光场能量均匀性的检测。本发明的脉冲激光使用的是ArF准分子激光,其对脉冲激光的频率为10Hz~4KHz,脉冲波长为1ns~100ns,单脉冲能量1-500mJ,平均功率为1~500W的范围都是适用的。
本发明是采用下述技术方案来实现的:
使用两个紫外传感器,一个检测激光脉冲的能量,使用探针步进扫描法来对其进行控制,另外一个对自然光进行探测,在紫外传感器得到信号以后,再依次进过I/V转换,前置电压放大,电压差分相减,消除掉自然光中紫外成分的干扰以后再进行积分处理,通过计数电路和同步控制电路完成对一定个数脉冲激光的能量的周期性探测,每个周期的能量在经过AD转换后将信号传递给单片机及其外设对信号进行初步的处理,然后将处理后的信号传递给PC,再通过软件对信号进行深入的分析,得出所需要的数据与结论。
其中积分处理的时间控制是通过计数,同步逻辑控制与AD转换芯片的触发信号配合来得以实现的,本发明以N+1(1~1000)个脉冲时序为一个周期来对能量进行积分,其中第一个脉冲至第二个脉冲的时间为准备阶段,第二个脉冲以后系统则进入以N个脉冲激光为周期的计数和能量积分阶段,其中前(N-1)个脉冲时间是对能量进行积分,在最后一个脉冲时间内让AD转换芯片完成AD转换,以及实现对紫外传感器的控制,并将系统清零,为下一周期的能量积分做准备。
本发明与现有技术相比有如下优点:
1. 针对对频率为10Hz~4KHz,脉冲波长为1ns~100ns,单脉冲能量1-500mJ,平均功率为1~500W范围的ArF准分子脉冲激光,采用投影式传统光刻法制作了一个独立的能量探测器,可以实现对系统光场能量均匀性的测量。
2.使用了两个紫外探测器,并将其差分处理,可以排除自然光中紫外信号的干扰,使检测的结果更为准确,提高了系统的精度。
3.本项目采用硬件同步脉冲计数,以N+1(1~1000)个脉冲时序为一个周期来对能量进行积分,第一个脉冲至第二个脉冲的时间为准备阶段,第二个脉冲以后系统则进入以N个脉冲激光为周期的计数和能量积分阶段,其中前(N-1)个脉冲时间是对能量进行积分,在最后一个脉冲时间内让AD转换芯片完成AD转换,以及实现对紫外传感器的控制,并将系统清零,为下一周期的能量积分做准备,使本发明有较高的精度和可控性。
4.使用核心芯片发出的探测开启信号ST,可以使得系统的时序更加简洁和方便。
5.在同步控制逻辑设计中使用了可控的时间延迟单元,可以在排除了可能的干扰的同时提高了系统的精度。
附图说明
图1探针步进扫描法原理图。
图2 能量探测器原理图。
图3 脉冲激光积分能量示意图。
图4 脉冲计数信号产生方案。
图5同步控制逻辑设计。
图6本发明系统时序图。
具体实施方式
下面结合附图、工作原理及实施方法对本发明作进一步详细说明。
探针步进与紫外传感器示意图如图1所示,探针步进扫描法使用二个步进电机,通过机械装置将检测脉冲激光的紫外传感器放置在一个连接步进电机机械装置的末端,两个步进电机通过机械装置十字交叉,步进电机与单片机相连。因此通过控制单片机就可以控制紫外传感器在X,Y方向上的位置。
图2为整个能量探测器的原理图,如图所示,在信号被紫外探测器检测转化为电流信号以后,会经过I/V转换、电压放大、差分相减和积分处理。I/V转换就是将电流转换为电压进行输出,同时对信号进行一定倍数的放大,其中的核心部件就是运算放大器,在理想状态下,由于运算放大器的虚短和虚断特性,经过紫外探测器的电流与流过反馈电阻的电流大小相同。同时,在此电路中我们让紫外探测器并联的电阻Rf的取值远远大于反馈电阻Rf,从而达到增加转换精度的作用,由于输入电阻可以忽略不计,因此,其电路最后的输出大小为反馈电阻Rf和经过紫外探测器电流Is的乘积,即:
(1)
在I/V转换后将对其电压进行放大,放大的倍数要根据此时电压的大小和系统的要求来确定,同时,二个紫外探测器检测到的信号经过前一步的电流转换后放大的倍数一定是相同的。之后需要进行的是减法运算,二个紫外探测器在放大后相减,即可消除自然光中紫外成分的干扰,此电路中输入电阻相等,其输出为输入二端的电压差与反馈电阻Rf和输入电阻之比,具体的表达式为:
(2)
在本发明中进入对能量的积分之前所做工作的具体功能是实现对紫外光的探测和信号采集,而采用二个紫外传感器的目的是用一个紫外传感器在完全相同的条件下采集转换自然光中的紫外光,并在经过与探测信号同样的信号处理后通过硬件电路在探测信号中消除这部分的干扰,以增加系统的精度和稳定性。因此,在进入减法运算电路前是完全对称的。
图3所示即为在对光场能量进行积分时的一个示意图,在图像上斜线段为有信号输入的时间段对能量的积分,而直线段则是信号为零时对能量的积分,这二者就构成了一个完整的脉冲周期,积分的具体表达式为:
(3)
其中t1,t2为积分的时间,而u0(t1)则是在积分开始之前其中的能量。积分器会在能量探测阶段的N个脉冲时间内(t1~t2)会对能量产生一个累加,并且会在一个计数周期结束后对其清零,这样就可以使得下次积分时u0(t1)的值为0,减小系统的误差,为下一个周期能量的测量做好准备。
计数脉冲信号COUout的产生方案如图4所示。准分子激光脉冲频率f0约为1Hz~4KHz,有源晶体振荡器振荡频率为fosc,由于有源晶体振荡器振荡频率要与准分子激光脉冲频率尽可能得相近,在选择有源晶体振荡器时应选取高分辨率的有源晶体振荡器用以减小误差,DBn为一次测量脉冲数目n的二进制代码。RD、RET、EN为各逻辑器件的使能信号,使能信号由主控芯片提供。要生成同步控制信号,必须要先产生一个标准的计数脉冲信号COUout。计数脉冲信号COUout的生成原理是利用可控分频器对高精度有源晶体振荡器进行分频,产生一个与激光脉冲信号频率相等的波形,然后通过计数器(使用同步计数方式)、比较器对该波形进行计数,最终产生COUout信号。计数器的计数初值n(n为每次测量的激光脉冲数目)可以根据测量需要改变。
图5是同步控制逻辑设计图。根据AD转换芯片要求触发方式的不同,COUout信号还不可以直接用于AD转换芯片的触发,本发明采用的作法是使用一个D触发器,其时钟是脉冲激光通过IV转换后获得。在D触发器之后是一个可控时间延迟装置,可以根据需要对时间实现延时,最后接入可重复触发单稳态触发器,来给AD转换芯片提供转换起始信号。这些芯片的片选都是受主控芯片来控制的。
图6是本发明系统的时序图。由于电路存在一定的时间延迟,实际的同步控制信号会在第一个光脉冲上升沿到来一段时间后开启探测电路。为了防止在第一个脉冲周期有能量的时候开始计数和积分,我们可以加入可控的时间延迟单元,人为地忽略第一个光脉冲,从第二个光脉冲开始测量。当主控芯片使能探测开启信号ST后,经过t pd1 的时间延迟COUout有效。在第一个激光脉冲的上升沿处,触发D触发器,经过t pd2 的时间D触发器Q端输出计数时序信号,延迟时间t pd2 由可控时间延迟单元产生。由于t pd2 的长度可人为的控制,因此可以有效的保证实际的计数时序信号从第二个激光脉冲处开启积分探测。完成一次n-1个激光脉冲(2~n)的积分测量后需要对积分电压输出进行AD转换,在计数时序的下降沿到来时,可重复触发单稳态触发器被触发,经过时间延迟t pd4 在输出端输出一个宽度为t w 的低电平信号,低电平持续时间t w t cnvt 即可保证完成AD转换,同时此时完成对积分信号的清零,探测开启信号ST跳变为低,t w 的长度可通过单稳态触发器外部所接的电阻电容网络来控制。在检测激光的紫外探测器到达下一个指定位置以后,控制芯片会再发出一个探测开启信号ST,使系统对其进行能量探测。
在每一个周期的信号经过AD转换完成后,将传输到主控芯片并最后通过芯片传输给PC,再使用软件在PC上对数据进行进一步的分析来完成对光场能量均匀性的检测。

Claims (4)

1.一种适用于光学投影曝光光刻机中检测脉冲激光光场均匀性的方法,其特征在使用探针步进扫描法来控制紫外传感器,并在获得电流信号以后对其进行I/V转换,前置放大,积分处理和AD转换等处理,通过计数和同步控制逻辑对光场能量进行探测,并在通过单片机后将其数据传送到PC上进行进一步的分析。
2.一种适用于光学投影曝光光刻机中检测脉冲激光光场均匀性的方法,其特征在使用探针步进扫描法来控制紫外传感器,并在获得电流信号以后对其进行I/V转换,前置放大,积分处理和AD转换等处理,通过计数和同步控制逻辑对光场能量进行探测,并在通过单片机后将其数据传送到PC上进行进一步的分析。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于以N+1(1~1000)个脉冲时序为一个周期来对能量进行积分,第一个脉冲至第二个脉冲的时间为准备阶段,第二个脉冲以后系统则进入以N个脉冲激光为周期的计数和能量积分阶段,其中前(N-1)个脉冲时间是对能量进行积分;在最后一个脉冲时间内让AD转换芯片完成AD转换、通过主控芯片实现对紫外传感器的控制,并将系统清零,为下一周期的能量积分做准备。
4.按照权利要求1所述的方法,其特征在于使用硬件同步脉冲计数和同步控制逻辑来完成本发明的时序,并且使用核心芯片发出的探测开启信号ST来对时序进行控制,同时在同步控制逻辑中使用了可控的时间延迟单元来进行一定量的延时。
CN201711443199.5A 2017-12-27 2017-12-27 ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法 Pending CN107941331A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711443199.5A CN107941331A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711443199.5A CN107941331A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107941331A true CN107941331A (zh) 2018-04-20

Family

ID=61939384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711443199.5A Pending CN107941331A (zh) 2017-12-27 2017-12-27 ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107941331A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111986436A (zh) * 2020-09-02 2020-11-24 成都指码科技有限公司 一种基于紫外、深度神经网络的综合火焰检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1430048A (zh) * 2001-12-29 2003-07-16 中国科学院上海技术物理研究所 用于红外焦平面探测器非均匀性校正的方法及装置
CN2876738Y (zh) * 2006-03-23 2007-03-07 上海理工大学 紫外辐射测量电学定标装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1430048A (zh) * 2001-12-29 2003-07-16 中国科学院上海技术物理研究所 用于红外焦平面探测器非均匀性校正的方法及装置
CN2876738Y (zh) * 2006-03-23 2007-03-07 上海理工大学 紫外辐射测量电学定标装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
寇峻 等: "探测器尺寸对大面积脉冲激光光场均匀性检测精度的影响", 《工具技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111986436A (zh) * 2020-09-02 2020-11-24 成都指码科技有限公司 一种基于紫外、深度神经网络的综合火焰检测方法
CN111986436B (zh) * 2020-09-02 2022-12-13 成都视道信息技术有限公司 一种基于紫外、深度神经网络的综合火焰检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103148950B (zh) 一种集成门控主动式淬火恢复电路
CN101484826B (zh) 使用渡越时间原理进行光电子非接触距离测量的方法和设备
CN103105284B (zh) 一种光刻机中照明系统各光学组件透过率的测量装置及测量方法
CN102073217B (zh) 一种波像差实时测量装置和方法
CN100512007C (zh) 一种时钟检测的方法及装置
CN100494929C (zh) 薄膜应力测量装置及其测量方法
CN108181791B (zh) 用探头步进扫描实现ArF准分子激光光强均匀性检测的方法
CN109916872B (zh) 一种固体缺陷色心极化率检测系统及方法
CN106443184B (zh) 一种相位检测装置及相位检测方法
CN107272010A (zh) 距离传感器及其距离测量方法、3d图像传感器
CN107941331A (zh) ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法
CN102104384B (zh) 差分延时链单元及包括其的时间数字转换器
CN103135650A (zh) 电流/频率变换电路线性度及对称性数字补偿方法
JP2009098106A (ja) 光周波数の測定方法および装置
JP2002286504A (ja) 光センサ回路およびこれを用いた光学式変位測長器
CN109990735B (zh) 用于提高自准直仪测量精度的光源频率调制装置及方法
TW201303533A (zh) 距離量測方法及系統
Chen et al. A low power high accuracy CMOS time-to-digital converter
CN107564375A (zh) 一种消除单摆周期测量的系统误差的方法与电路
CN109976134B (zh) 高稳定性时间测量电路系统及其测量方法
EP3711161B1 (en) Detecting peak laser pulses using control signal timings
CN103197511B (zh) 光刻机能量传感器的性能测量装置和测量方法
Teodorescu et al. Improving time measurement precision in embedded systems with a hybrid measuring method
JPH0792280A (ja) 時間測定装置
CN108303185A (zh) 一种积分漂零补偿的电路实现方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180420