CN108279553A - 一种光刻机照明控制测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻机照明控制测试系统及方法，控制测试系统包括功能控制模块、性能测试与处理模块、报告生成模块和安全监测模块；测试方法包括对光场性能和光瞳性能进行测试及处理，并将处理结果传输给控制中心模块；根据性能测试与处理结果，生成测试报告，并传输给控制中心模块；对气压信号和互锁信号进行监测，并传输给控制中心模块；接收控制中心模块的指令并执行等步骤。本发明能够快速高效地完成照明系统性能指标测试，并同时自动化给出测试报告，极大提高了集成装调过程的迭代速度。

Description

一种光刻机照明控制测试系统及方法

技术领域

本发明属于半导体光刻机照明装备技术领域，涉及一种光刻机照明控制测试系统及方法。

背景技术

集成电路是信息技术的核心，其发展主要依赖于半导体专用设备。光刻机是集成电路芯片制造的关键设备，曝光分系统是光刻机设备的核心分系统之一，而照明系统则是曝光分系统两个子系统之一(另一个为投影物镜)。照明系统组成单元众多，控制和性能测试非常复杂。

照明系统的主要功能包括：1)在掩模面产生均匀的照明光场；2)对输入光束进行变换产生需求的照明模式，比如传统照明、环形照明、二极照明和四极照明等；3)参与实现曝光剂量控制。

通常情况下是将曝光系统(照明系统和投影物镜)作为一个整体在光刻机整机上进行性能测试，测试的位置为硅片面，在曝光系统的输出端。但在研发过程中，照明系统作为一个模块，需要进行独立的全面性能测试，此时测试的位置位于照明系统的输出端，即光刻机掩模面所在位置。

光场均匀性测试方法是用点探测器扫描掩模面照明光场。目前用点探测器扫描掩模面照明光场测试光场均匀性的方法比较耗时，原因在于在当前的均匀性测试方法中掩模面的二维平移台的移动是等距的，而照明系统所形成光场的特点是顶部的能量变化较小，边缘能量的变化较大，因此若采用较大步长进行测试，光场边缘的能量分布强度变化表现不出来；若采用较小步长进行测试，虽然光场边缘的能量分布可以体现出来，但是扫描整个光场的耗时将非常长。

光瞳性能测试方法是用CCD相机在照明光场的各视场点采集光瞳图像并计算性能参数。当前的光瞳性能测试忽略了激光器脉冲能量波动对测试结果所带来的影响。

还有，从测试完成到完成测试报告整理时间较长，不利于集成装调过程实时迭代优化。

总之，当前的控制测试方法，需要操作者较多的干预，自动化程度不高，总体的控制测试效率有待进一步提高。

发明内容

为了解决上述背景技术中提到的各种不足，本发明提供了一种光刻机照明控制测试系统及方法。

本发明的技术方案如下：

一种光刻机照明控制测试系统，其特点在于，包括控制中心模块，功能控制模块、性能测试与处理模块、报告生成模块以及安全监测模块；

所述的控制中心模块分别与所述的功能控制模块、性能测试与处理模块、报告生成模块和安全监测模块相连；

所述的功能控制模块，用于接收控制中心的指令并执行；

所述的性能测试与处理模块，用于光场性能测试和光瞳性能测试，并进行处理，同时将处理结果传输给所述的控制中心模块；

所述的报告生成模块，接收由所述的控制中心模块传递的所述的性能测试与处理模块的处理结果，并生成测试报告，同时传输给所述的控制中心模块；

所述的安全监测模块，用于气压信号监测和互锁信号监测，并传输给所述的控制中心模块。

所述的性能测试与处理模块包括光场性能测试模块和光瞳性能测试模块，所述的光场性能测试模块，用于对掩模面照明光场进行扫描及数据处理得到光场的瞬时均匀性和积分均匀性；所述的光瞳性能测试模块，用于对掩模面各被测视场点所对应的光瞳进行测试得到光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度。

所述的对掩模面各被测视场点所对应的光瞳进行测试得到掩模面各被测视场点所对应的光瞳进行测试，具体包括如下步骤：

S21)设置照明模式；

S22)令激光器连续发射激光脉冲；

S23)预设曝光时间；

S24)将CCD相机移动到扫描起始位置；

S25)将光束调整到最佳位置；

S26)同步执行CCD相机采集光瞳图像和能量探测器EDU采集激光脉冲能量，并记录数据；

S27)移动到下一被测视场点；

S28)判断是否完成所有被测视场点测试，若是，则进入S29，若否，则返回S25；

S29)数据处理，给出光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度。

所述的生成测试报告，具体包括如下步骤：

S41)根据测试项目预先编辑制作HTML报告模板库，所述的HTML 报告模板库包括光场测试结果HTML报告模板和光瞳测试结果HTML报告模板等；

S42)通过性能测试模块202获取光场的瞬时均匀性和积分均匀性数据，光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度等数据；

S43)根据S42获取的光场和光瞳的性能数据生成JSON格式的数据文件；

S44)通过模板处理引擎将步骤S42)得到的JSON格式数据文件中的数据填充到步骤S41)预先编辑制作的HTML报告模板库中；

S45)生成HTML报告文件；

S46)将HTML报告文件传送到云端HTTP服务器；

S47)创建报告导航索引文件。

所述的光场性能测试方法为：根据掩模面光场强度分布的特点，采用分区域变步长的方式来进行扫描。对于光场变化平缓的中间区域，扫描步长设置大一些(当光场尺寸为104mm×42mm时，扫描步长的典型值为5mm或8mm)；对于光场变化陡峭的边缘区域，扫描步长要设置小一些 (典型值为0.2mm或0.5mm)。扫描区域的设置可以通过设置X方向扫描序列参数和设置Y方向扫描序列参数实现。X方向扫描序列参数包括X 方向扫描起始位置、X方向扫描结束位置和X方向扫描步长，Y方向扫描序列参数包括Y方向扫描起始位置、Y方向扫描结束位置和Y方向扫描步长。测试步骤为：

S11)根据掩模面照明光场特征划分测试扫描区域，并分别输入各区域的X、Y方向扫描起止位置及扫描步长；

S12)设置照明模式，包括传统照明、环形照明、二极照明或四极照明；

S13)令激光器连续发射激光脉冲；

S14)将点探测器ESS(ESS：Energy Spot Sensor)移动到扫描起始位置，作为初始被测视场点；

S15)在被测视场点将光束调整到最佳位置；

S16)令点探测器ESS和能量探测器EDU(Energy Detecting Unit) 同步采集N(10≤N≤1000)个激光脉冲能量值，并取ESS和EDU比值的均值代表该视场点的光场能量；

S17)移动到下一被测视场点；

S18)判断是否完成所有被测视场点测试，如是，则进入S19，否则, 返回S15；

S19)对所有视场点的光场能量进行处理，得到光场的瞬时均匀性和积分均匀性。

所述的光瞳性能测试方法为：在CCD相机采集光瞳图像的同时，由 EDU将激光脉冲能量全部采集下来，用来为光瞳图像归一化处理，以消除激光脉冲能量波动对光瞳性能测试的影响。光瞳性能测试的步骤为：

S21)设置照明模式；

S22)令激光器连续发射激光脉冲；

S23)预设曝光时间；

S24)将CCD相机移动到扫描起始位置；

S25)将光束调整到最佳位置；

S26)同步执行CCD相机采集光瞳图像和能量探测器EDU采集激光脉冲能量，并记录数据；

S27)移动到下一被测视场点；

S28)判断是否完成所有被测视场点测试，若是，则进入S29，若否，则返回S25；

S29)数据处理，给出光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度。

一种光刻机照明控制测试方法，其特点在于，包括如下步骤：

对光场性能和光瞳性能进行测试及处理，并将处理结果传输给控制中心模块；

根据性能测试与处理结果，生成测试报告，并传输给控制中心模块；

对气压信号和互锁信号进行监测，并传输给控制中心模块；

接收控制中心模块的指令并执行。

所述的生成测试报告，具体包括如下步骤：

S41)根据测试项目预先编辑制作HTML报告模板库，所述的HTML 报告模板库包括光场测试结果HTML报告模板和光瞳测试结果HTML报告模板等；

S42)通过性能测试模块202获取光场的瞬时均匀性和积分均匀性数据，光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度等数据；

S43)根据S42获取的光场和光瞳的性能数据生成JSON格式的数据文件；

S44)通过模板处理引擎将步骤S42)得到的JSON格式数据文件中的数据填充到步骤S41)预先编辑制作的HTML报告模板库中；

S45)生成HTML报告文件；

S46)将HTML报告文件传送到云端HTTP服务器；

S47)创建报告导航索引文件。

与现有技术相比，本发明有益效果如下

1)分区域变步长扫描的光场均匀性测试方法有效地提高了光场均匀性测试的效率；

2)CCD相机采集光瞳图像的同时由EDU采集激光脉冲能量来归一化光瞳图像的方法有效地消除了激光脉冲能量波动对光瞳性能测试结果的影响；

3)自动化生成测试报告的方法，在完成测试的同时给出测试报告，极大地提高了集成装调过程的迭代速度。

附图说明

图1光刻机照明控制装置总图

图2光刻机照明控制测试系统概览

图3在某一X坐标下，光场强度沿Y方向的分布

图4 X和Y方向边缘精细扫描示意图

图5光场均匀性测试流程图

图6光瞳性能测试流程图

图7自动化测试报告生成流程图

图8测试报告示例

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1光刻机照明控制装置总图，主要由高端工作站101、瘦客户端 102、操控紫外CCD相机的计算机103、紫外CCD相机104、高速核心交换机105、VME总线控制机箱106、多台独立多轴运动控制器107、可编程逻辑控制器108、照明系统各单元统一接口板109、以及照明系统各单元110。

高端工作站101、瘦客户端102、操控紫外CCD相机的计算机103、 VME总线控制机箱106、多台独立多轴运动控制器107、可编程逻辑控制器108均通过高速网线接入高速核心交换机105。

照明系统的主控程序宿主于高端工作站101上，瘦客户端102通过 SSH方式登录高端工作站101并运行其上的主控程序，瘦客户端102连接有多个显示器，多个显示器既可独立显示，又可扩展显示，可以将主控程序的操作控制界面、数据处理界面、状态显示界面等分别显示在瘦客户端102的多个显示器上，实现多屏显示，集中操作，独立运行。

操控紫外CCD相机的计算机103配置有双网卡，其中一个网卡连接紫外CCD相机104，另一个网卡连接高速核心交换机105。操控紫外CCD 相机的计算机103上实现有中间服务程序，高端工作站101上的主控程序可以通过访问操控紫外CCD相机的计算机103上的中间服务程序实现对紫外CCD相机104的操控；

VME总线控制机箱106中插有PowerPC架构的CPU主控板卡1061，和剂量控制板卡1062，用于光刻机曝光系统的剂量控制。剂量控制板卡 1062主要用于控制照明系统各单元110中的单脉冲能量采集和准分子激光器脉冲发射之间的同步，激光光束位置和指向的监测，以及变透过率板的角度。

多台独立多轴运动控制器107中的每台控制器均集成了传统意义上的运动控制卡和功率放大器，可以通过以太网进行操控，同时，既可以通过商用的集成控制软件直接控制，方便地用于分单元的测试调试，又可以通过VME总线控制机箱106来进行自动化控制。独立多轴运动控制器107中实现有Modbus协议的服务器端程序，而CPU主控板卡1061上运行的实时操作系统上实现有Modbus协议的客户端程序，客户端程序和服务器端程序通过Modbus协议进行通讯，以实现CPU主控板卡1061对多台独立多轴运动控制器107的实时控制。

可编程逻辑控制器108专用于照明系统各单元110中所有安全互锁信号的监测，能够根据安全互锁信号逻辑自动地终止照明控制系统正在进行的所有动作，以确保现场操作人员的人身安全。

照明系统各单元110的接口通过线缆全部引到照明系统各单元统一接口板109上，然后再接到各单元相应的控制器或者是控制板卡上。

图2光刻机照明控制测试系统概览，如图所示，一种光刻机照明控制测试系统，包括控制中心模块200，功能控制模块201、性能测试与处理模块202、报告生成模块204以及安全监测模块205。

所述的控制中心模块200，分别控制所述的功能控制模块201、性能测试与处理模块202、报告生成模块204和安全监测模块205。

所述的功能控制模块201，用于接收控制中心200的指令并执行，比如对VME总线控制机箱106、独立多轴运动控制器107和可编程逻辑控制器108的控制，然后再由所述的VME总线控制机箱106、独立多轴运动控制器107和可编程逻辑控制器108控制照明系统各单元110。

所述的性能测试与处理模块202，用于光场性能测试和光瞳性能测试，并处理；

所述的报告生成模块204，根据性能测试与处理模块202处理后的测试结果，生成测试报告。

所述的安全监测模块205，用于气压信号监测和互锁信号监测。

所述的光场性能测试模块2021根据光场强度在掩模面分布的特点—边缘区域变化较大，中间区域变化较小，采用分区域变步长的方式来进行扫描。现举例说明：一种典型的照明光场在掩模面的大小为104mm ×42mm，图3为所述的典型照明光场中某X位置照明光场强度沿Y方向的分布。从图3可以看出，在[-21mm,-15mm]和[+15mm,+21mm]这两个区间范围内光场强度的变化较大，而在[-15mm,15mm]区间范围内，光场强度变化非常小。根据光场强度变化的特点，在[-21mm,-15mm]和 [+15mm,+21mm]区间范围内，扫描步长可以设置为0.2mm，而在[-15mm, 15mm]区间范围内，步长则可以设置为5mm或者是8mm，光场强度沿 X方向的分布也可依此分析。图4为采用分区域变步长的方式来进行扫描所规划的扫描网格示意图。整个扫描过程一气呵成，无需拼接处理。具体测试步骤如下(流程图参见图5)：

S11)根据掩模面照明光场特征划分测试扫描区域，并分别输入各区域的X、Y方向扫描起止位置及扫描步长；

S12)设置照明模式，包括传统照明、环形照明、二极照明或四极照明；

S13)令激光器连续发射激光脉冲；

S14)将点探测器ESS移动到扫描起始位置，作为初始被测视场点；

S15)在被测视场点将光束调整到最佳位置；

S16)令点探测器ESS和能量探测器EDU同步采集N(10≤N≤1000) 个激光脉冲能量值，并取ESS和EDU比值的均值代表该视场点的光场能量；

S17)移动到下一被测视场点；

S18)判断是否完成所有被测视场点测试，如是，则进入S19，否则, 返回S15；

S19)对所有视场点的光场能量进行处理，得到光场的瞬时均匀性和积分均匀性。

所述光瞳性能测试2022的方法为：在CCD相机采集光瞳图像的同时，由EDU将激光脉冲能量全部采集下来，用以光瞳图像归一化处理，以消除激光脉冲能量波动对光瞳性能测试的影响。光瞳性能测试的步骤为(流程图参见图6)：

S21)设置照明模式；

S22)令激光器连续发射激光脉冲；

S23)预设曝光时间；

S24)将CCD相机移动到扫描起始位置；

S25)将光束调整到最佳位置；

S26)同步执行CCD相机采集光瞳图像和能量探测器EDU采集激光脉冲能量，并记录数据；

S27)移动到下一被测视场点；

S28)判断是否完成所有被测视场点测试，若是，则进入S29，若否，则返回S25；

S29)数据处理，给出光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度。

所述的自动化生成测试报告2041的方法步骤如下(流程图见图7)：

S41)根据测试项目预先编辑制作HTML(Hypertext Markup Language)报告模板库，所述的HTML报告模板库包括光场测试结果HTML 报告模板和光瞳测试结果HTML报告模板等；

S42)通过性能测试模块202获取光场的瞬时均匀性和积分均匀性数据，光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度等数据；

S43)根据S42获取的光场和光瞳的性能数据生成JSON(JavaScript ObjectNotation)格式的数据文件；

S44)通过模板处理引擎(例如JINJA2)将步骤S42)得到的JSON 格式数据文件中的数据填充到步骤S41)预先编辑制作的HTML报告模板库中；

S45)生成HTML报告文件；

S46)将HTML报告文件传送到云端HTTP(Hypertext Transfer Protocol)服务器；

S47)创建报告导航索引文件，最后报告可被相关人员通过联网计算机的浏览器查看。

下面以一个例子说明测试报告的自动化生成方法:根据某次光瞳的测试结果可生成如下JSON数据文件，对应每个视场点(比如FP_1_1) 的数组数据分别为光瞳图像、内相干因子、外相干因子、X方向极平衡性、Y方向极平衡性、四项限极平衡性和光瞳椭圆度。

在模板文件中，对应光瞳图像、内相干因子、外相干因子、X方向极平衡性、Y方向极平衡性、四项限极平衡性和光瞳椭圆度的占位符均以变量表示，以视场点FP_1_1为例，变量分别为pupil_results.FP_1_1[0], pupil_results.FP_1_1[1],pupil_results.FP_1_1[2],pupil_results.FP_1_1[3], pupil_results.FP_1_1[4],pupil_results.FP_1_1[5],pupil_results.FP_1_1[6]。经过JINJA2模板引擎处理，HTML模板中的变量便会被JSON数据文件中的数据所代替，从而生成完整的HTML报告。此后，将HTML报告传送到云端HTTP服务器的预先规划的文件夹中，同时创建导航索引，使其能够索引到最新添加的HTML报告。从而，该HTML报告可被相关人员通过联网计算机的浏览器查看。整个过程均是以程序代码的方式自动化完成的，操作人员只需要点击生成报告按钮即可，图8为生成的测试报告示例。

经试验表明，本发明能够快速高效地完成照明系统性能指标测试，并同时自动化给出测试报告，极大提高了集成装调过程的迭代速度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种光刻机照明控制测试系统，其特征在于，包括控制中心模块，功能控制模块、性能测试与处理模块、报告生成模块以及安全监测模块；

所述的控制中心模块分别与所述的功能控制模块、性能测试与处理模块、报告生成模块和安全监测模块相连；

所述的功能控制模块，用于接收控制中心的指令并执行；

所述的性能测试与处理模块，用于光场性能测试和光瞳性能测试，并进行处理，同时将处理结果传输给所述的控制中心模块；

所述的报告生成模块，接收由所述的控制中心模块传递的所述的性能测试与处理模块的处理结果，并生成测试报告，同时传输给所述的控制中心模块；

所述的安全监测模块，用于气压信号监测和互锁信号监测，并传输给所述的控制中心模块。

2.根据权利要求1所述的照明控制测试系统，其特征在于，所述的性能测试与处理模块包括光场性能测试模块和光瞳性能测试模块，所述的光场性能测试模块，用于对掩模面照明光场进行扫描及数据处理得到光场的瞬时均匀性和积分均匀性；所述的光瞳性能测试模块，用于对掩模面各被测视场点所对应的光瞳进行测试得到光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度。

3.根据权利要求2所述的照明控制测试系统，其特征在于，所述的对掩模面照明光场进行扫描及数据处理得到光场的瞬时均匀性和积分均匀性，具体包括如下步骤：

S11)根据掩模面照明光场特征划分测试扫描区域，并分别输入各区域的X、Y方向扫描起始位置、扫描终止位置及扫描步长；

S12)设置照明模式，包括传统照明、环形照明、二极照明或四极照明；

S13)令激光器连续发射激光脉冲；

S14)将点探测器ESS移动到扫描起始置，作为初始被测视场点；

S15)在被测视场点将光束调整到最佳位置，令点探测器ESS和能量探测器EDU同步采集N个激光脉冲能量值，并取ESS和EDU比值的均值代表该视场点的光场能量，10≤N≤1000；

S16)判断是否完成所有被测视场点测试，如是，则进入S17，否则将点探测器ESS移动到下一个被测视场点，并返回S15；

S17)对所有视场点的光场能量进行处理，得到光场的瞬时均匀性和积分均匀性。

4.根据权利要求2所述的照明控制测试系统，其特征在于，所述的对掩模面各被测视场点所对应的光瞳进行测试得到掩模面各被测视场点所对应的光瞳进行测试，具体包括如下步骤：

S21)设置照明模式；

S22)令激光器连续发射激光脉冲；

S23)预设曝光时间；

S24)将CCD相机移动到扫描起始位置；

S25)将光束调整到最佳位置；

S26)同步执行CCD相机采集光瞳图像和能量探测器EDU采集激光脉冲能量，并记录数据；

S27)移动到下一被测视场点；

S28)判断是否完成所有被测视场点测试，若是，则进入S29，若否，则返回S25；

S29)数据处理，给出光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度。

5.一种光刻机照明控制测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

对光场性能和光瞳性能进行测试及处理，并将处理结果传输给控制中心模块；

根据性能测试与处理结果，生成测试报告，并传输给控制中心模块；

对气压信号和互锁信号进行监测，并传输给控制中心模块；

接收控制中心模块的指令并执行。

6.根据权利要求5所述的光刻机照明控制测试方法，其特征在于，所述的生成测试报告，具体包括如下步骤：

S41)根据测试项目预先编辑制作HTML报告模板库，所述的HTML报告模板库包括光场测试结果HTML报告模板和光瞳测试结果HTML报告模板等；

S42)通过性能测试模块202获取光场的瞬时均匀性和积分均匀性数据，光瞳的内外相干因子、X和Y方向极平衡性、四象限极平衡性以及椭圆度等数据；

S43)根据S42获取的光场和光瞳的性能数据生成JSON格式的数据文件；

S44)通过模板处理引擎将步骤S42)得到的JSON格式数据文件中的数据填充到步骤S41)预先编辑制作的HTML报告模板库中；

S45)生成HTML报告文件；

S46)将HTML报告文件传送到云端HTTP服务器；

S47)创建报告导航索引文件。