CN111830795A - 浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装及其检测方法 - Google Patents

浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装及其检测方法，包括浸没流场维持系统、拍摄系统和相机位姿调节系统，拍摄系统包括拍摄相机、相机镜头和拍摄光源；相机位姿调节系统用于调节拍摄相机沿X、Y或Z轴方向上的运动调节，Z轴用于实现拍摄相机的对焦及分层扫描运动；拍摄光源设于模拟物镜上方，用于为浸没流场内气泡检测提供背光光源，拍摄相机和相机镜头设于模拟硅片下方，且处于浸没流场下方位置处，拍摄相机设于相机位姿调节系统上；对拍摄图像进行图像数据处理，检测出每个图像上的气泡尺寸及位置。更有效的获得同一时刻下的整个流场的全局图像，减少或避免检测气泡丢失现象，提高最终光刻曝光质量。

Description

浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种微小气泡检测技术，尤其是涉及一种使用在浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装及其检测方法。
背景技术
通常光刻设备以光学光刻为基础，它利用光学系统把掩膜版上的图形精确地投影曝光到涂过光刻胶的衬底上，例如硅片衬底。而浸没式光刻是指在曝光镜头与硅片之间充满水形成浸液流场，或者是具有更高折射率的浸没浸液流场，以取代传统干式光刻技术中对应的空气，由于水的折射率比空气大，这就使得透镜组数值孔径增大，进而可获得更加小的特征线宽。然而浸没式光刻的一个重要问题是浸液流场中存在气泡造成曝光缺陷，因而需要对浸没流场区域内出现的气泡进行检测处理，以提高最终曝光效果；而现有气泡检测范围是主流场区域（见图3），该区域是一个直径50～80mm的圆形区域，物镜下表面与硅片上表面的距离H为3～5mm，浸没头下表面与硅片上表面的距离H1为0.1～0.5mm。当流场初始化完成并达到稳态后，检测浸没分系统引入流场的气泡（≥5μm）的个数，现在取最小尺寸5μm为例，进行分析说明：由于所需检测的气泡尺寸较小，因而需要采用显微镜头，并通过光源照亮浸没流场的检测区域，使用相机进行拍摄，对每个检测的区域进行图像分析，因受条件的限制，现有浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测装置不能同时得到同一时刻下的整个流场的全局图像，容易存在检测气泡丢失现象，从而导致最终仍可能有曝光缺陷出现。当然上述主流场区域的浸没流场边界也可能是菱形等其他形状的，浸没主流场是物镜的投影区域，整个浸没流场的边界由一圈回收小孔限定，也同样存在着上述缺陷问题现象。
发明内容
本发明为解决现有浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测装置不能同时得到同一时刻下的整个流场的全局图像，容易存在检测气泡丢失现象，从而导致最终仍可能有曝光缺陷出现等现状而提供的一种可更有效的获得同一时刻下的整个流场的全局图像，减少或避免检测气泡丢失现象，提高最终光刻曝光质量的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装及其检测方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，包括具有浸没头、模拟物镜和模拟硅片的浸没流场维持系统，其特征在于：还包括拍摄系统和相机位姿调节系统，拍摄系统包括拍摄相机和相机镜头；相机位姿调节系统用于调节拍摄相机使照片视场覆盖整个浸没流场；拍摄相机和相机镜头设于模拟硅片下方，且处于浸没流场下方位置处，拍摄相机设于相机位姿调节系统上。可更有效的获得同一时刻下的整个流场的全局图像，减少或避免检测气泡丢失现象，提高最终光刻曝光质量。
作为优选，所述的拍摄系统可分辨的线条间距精度小至5微米。提高拍摄系统分辨气泡精度有效性。
作为优选，所述的相机位姿调节系统具有用于调节拍摄相机沿X轴、Y轴或Z轴方向上运动调节的三个自由度运动调节结构，其中Z轴用于实现拍摄相机的对焦及分层扫描运动。提高拍摄相机对浸没流场中气泡的追踪拍摄调节获得可靠有效性，提高拍摄全局有效性，提高拍摄清晰有效性。
作为优选，所述的相机位姿调节系统上设有相机标定系统，相机标定系统用于对每次使用不同放大倍率的相机镜头去拍摄流场内气泡时的相机镜头标定。提高拍摄标定可靠有效性，提高拍摄检测全局可靠有效性。
作为优选，所述的浸没头设有水平注液管道、垂直注液管道、水平回收管道和垂直回收管道，其中水平注液管道和垂直注液管道均与浸没供液或浸没供水系统连接，水平回收管道和垂直回收管道均与浸没回收系统连接。提高浸没流场供给可靠有效性与回收有效性。
作为优选，所述的相机镜头采用可拍摄5微米及以上气泡的相机镜头。提高可被检测获得的最小直径气泡检测数据，提高检测质量。
作为优选，所述的拍摄系统的拍摄景深大于3mm。提高对检测气泡的检测拍摄清晰可靠有效性。
本发明申请的另一个发明目的在于提供一种浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测方法，其特征在于：包括如下检测步骤
A1将浸没头、模拟物镜和待检测测试样片固定于上述技术方案之一所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装上；
A2将浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装、待检测测试样片、浸没头和模拟物镜依次安装到工件台上；
A3将拍摄相机安装到相机位姿调节系统对应的调节位置上，使用相机位姿调节系统对浸没流场靠近模拟物镜上层的流场进行对焦，设置合适的镜头放大倍率，在浸没流场一侧的相机标定系统处放置标定板，通过调整相机位姿调节系统调节其Z轴高度使得标定物成像清晰，并拍摄下标定物；
A4移走标定板，打开供液或浸没供水系统及回收系统，让浸没流场形成稳定的浸没流场；
A5按照预设的扫描路径对整个浸没流场进行扫描拍摄；
A6对采集到的拍摄图像进行图像数据处理，检测出每个图像上的气泡尺寸及位置；
上述第A3检测步骤中，每更换一次放大倍率的相机镜头，需要重新执行一次相机标定系统的标定操作；
上述第A5检测步骤中，采用的另一种检测方法为拍摄相机首先在一个位点不动，按照光刻机扫描工况下的硅片运动方式驱动硅片运动，也即模拟曝光运动，用拍摄相机监测模拟曝光运动过程中的气泡情况；完成一个位点的监测后，移动到浸没流场中下一个小区域重复模拟曝光运动的监测过程，如此重复直到监测小区域覆盖整个浸没流场。
可更有效的获得同一时刻下的整个流场的全局图像，减少或避免检测气泡丢失现象，提高最终光刻曝光质量，提高检测气泡成像数据清晰可靠有效性。
作为优选，所述的进行图像数据处理步骤包括如下图像数据处理步骤
B1 对采集获得到的图像图片进行图像预处理，使其转化为灰度图像；
B2 对灰度图像进行二值化处理；
B3在二值化处理后的二指化图像基础上进行图像边源跟踪检测，划分出气泡的气泡边缘；
B4 对划分出的气泡边缘进行填充，补充边缘孔洞；
B5 识别计算获得经上述第B4步骤处理后图像中的气泡数据参数信息；
B6 输出气泡数据参数信息形成文本文档。
提高检测气泡数据处理清晰可靠有效性，提高维小气泡检测效率。
作为优选，所述的气泡数据参数信息包括气泡面积、气泡位置和气泡直径参数信息。提高气泡数据参数信息全面有效性，提高微小气泡的检测获得有效性。
作为优选，所述的预设的扫描路径采用为以圆形主流场区域为扫描直径做圆形扫描区域，在圆形扫描区域内预划分布多列纵向与多列横向垂直交叉排列的网扫描网格，扫描路径从圆形扫描区域外周线左上起始点开始沿扫描网格线向右水平横向扫描至圆形扫描区域外，再向下竖向扫描进入圆形扫描区域内，再沿网扫描网格线再横向水平向左扫描至圆形扫描区域外，再向下竖向扫描进入圆形扫描区域内，再沿网扫描网格线再横向水平向右扫描至圆形扫描区域外，如此循环连续向下方扫描直至扫描到圆形扫描区域外周线右下终点位置处结束整个单次扫描路径。提高微小气泡的扫描检测获得有效性。
本发明的有益效果是：可更有效的获得同一时刻下的整个流场的全局图像，减少或避免检测气泡丢失现象，提高最终光刻曝光质量。提高检测气泡成像数据清晰可靠有效性，为更好去除气泡处理提供有效数据信息。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1是本发明浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装的结构示意图。
图2是本发明浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测方法中预设的扫描路径示意图。
图3是现有气泡检测范围是主流场区域的结构示意图。
图4是本发明浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测方法中图像数据处理流程结构示意图。
具体实施方式
实施例1
图1、图3所示的实施例中，一种浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，包括具有浸没头30、模拟物镜10和模拟硅片40的浸没流场维持系统，还包括拍摄系统60和相机位姿调节系统50，拍摄系统60包括拍摄相机、相机镜头和拍摄光源01；相机位姿调节系统50用于调节拍摄相机沿X轴、Y轴或Z轴（见图3）方向上的运动调节，其中Z轴用于实现拍摄相机的对焦及分层扫描运动，X轴、Y轴；浸没流场位于X轴Y轴构成的XY平面上，并且其位置是不变的；检测气泡的时候在XY平面上逐步移动相机和拍照，使拍摄的视场范围逐步覆盖整个浸没流场。拍摄光源01安装于模拟物镜10上方，用于为浸没流场20内气泡检测提供背光光源，拍摄相机和相机镜头安装于模拟硅片40下方，且处于浸没流场20下方位置处，拍摄相机安装于相机位姿调节系统50上。相机位姿调节系统50包括调节控制拍摄系统60在相机位姿调节系统50上沿X轴、Y轴或Z轴进行移动的三维调节控制结构，三维调节控制结构可借用现有技术中的三维调节控制结构技术思路或技术方案。拍摄系统可分辨的线条间距精度小至5微米。拍摄系统的拍摄景深大于3mm。拍摄系统可以根据拍摄需求采用连续拍摄的方式，一边移动一边拍照。拍摄相机的拍摄速度采用大于10张/秒，提高拍摄获取检测气泡的可靠有效性。相机位姿调节系统50包括系统安装固定底座52、拍摄系统调节立架53和拍摄系统调节基架51，拍摄系统调节基架51安装连接在拍摄系统调节立架上，拍摄系统调节立架53与拍摄系统调节基架51共同组合形成对拍摄系统60的X轴、Y轴或Z轴方向调节工装运动。拍摄相机和相机镜头设于模拟硅片下方，且处于浸没流场直径为50～80mm的圆形主流场区域下方位置处，提高对浸没流场区域内的气泡的检测全部有效性。调节控制拍摄系统60和相机位姿调节系统50整体通过拍摄系统调节基架51安装固定在拍摄围墙80所围合的拍摄位姿调节区域空间70内，拍摄围墙80采用不透光材质结构，提高拍摄光隔影响效果，避免受其他光线干扰影响，提高拍摄微小气泡获得有效性；相机位姿调节系统50与模拟硅片上设有相机标定系统，相机标定系统用于对每次使用不同放大倍率的相机镜头去拍摄流场内气泡时的相机镜头标定。相机标定系统具有标定件，标定件设于模拟硅片上，拍摄相机拍摄检测气泡形状与标定件进行比对标定；浸没头30安装有水平注液管道、垂直注液管道、水平回收管道和垂直回收管道，其中水平注液管道和垂直注液管道均与浸没供液或浸没供水系统连接，水平回收管道和垂直回收管道均与浸没回收系统连接。浸没头30采用超纯水浸没供水系统90，提高气泡浸没检测纯度有效性，提高检测气泡边缘成像清晰度。相机镜头采用可拍摄5微米及以上气泡的相机镜头。
实施例2：
图2、图4所示的实施例中，一种浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测方法，包括如下检测步骤
A1将浸没头、模拟物镜和待检测测试样片固定于实施例1技术方案所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装上；
A2将浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装、待检测测试样片、浸没头和模拟物镜依次安装到工件台上；
A3将拍摄相机安装到相机位姿调节系统对应的调节位置上，使用相机位姿调节系统对浸没流场靠近模拟物镜上层的流场进行对焦，设置合适的镜头放大倍率，镜头放大倍率可选用10～100倍，如15倍、20倍或50倍等倍数，在浸没流场一侧的相机标定系统处放置标定板，通过调整相机位姿调节系统调节其Z轴高度使得标定物成像清晰，并拍摄下标定物；
A4移走标定板，打开供液或浸没供水系统及回收系统，让浸没流场形成稳定的浸没流场；
A5按照预设的扫描路径对整个浸没流场进行扫描拍摄；
A6对采集到的拍摄图像进行图像数据处理，检测出每个图像上的气泡尺寸及位置；
上述第8-3检测步骤中，每更换一次放大倍率的相机镜头，需要重新执行一次相机标定系统的标定操作。
进行图像数据处理步骤包括如下图像数据处理步骤：
B1 对采集获得到的图像图片C进行图像预处理D，使其转化为灰度图像；
B2 对灰度图像进行二值化处理；
B3在二值化处理后的二指化图像基础上进行图像边源跟踪检测E，划分出气泡的气泡边缘；
B4 对划分出的气泡边缘进行填充，补充边缘孔洞；
B5 识别计算获得经上述第B4步骤处理后图像中的气泡数据参数信息F；
B6 输出气泡数据参数信息形成文本文档，获得输出数据结果H。
气泡数据参数信息包括气泡面积、气泡位置和气泡直径参数信息。预设的扫描路径采用为以圆形主流场区域为扫描直径做圆形扫描区域S，在圆形扫描区域S内预划分布多列纵向与多列横向垂直交叉排列的网扫描网格，扫描路径从圆形扫描区域外周线左上起始点A（见图2）开始沿扫描网格线向右水平横向扫描至圆形扫描区域外，再向下竖向扫描进入圆形扫描区域内，再沿网扫描网格线再横向水平向左扫描至圆形扫描区域外，再向下竖向扫描进入圆形扫描区域内，再沿网扫描网格线再横向水平向右扫描至圆形扫描区域外，如此循环连续向下方扫描直至扫描到圆形扫描区域外周线右下终点B位置处结束整个单次扫描路径。当然也可以执行上述扫描路径的反向扫描。二值化处理可采用现有技术图像处理技术中公知的二值化处理技术。在此不作具体展开解释。简单举例来说：灰度图像的色值是0～255，假如将色值为0～150的像素设置色值为0，将色值为151～255的像素设置色值为255，灰度图像变为黑白图像，这就是二值化处理。二值化常用来识别图像轮廓。
实施例3：
图2、图4所示的实施例中，在实施例2的第B5检测步骤中，采用的检测方法为拍摄相机首先在一个位点不动，按照光刻机扫描工况下的硅片运动方式驱动硅片运动，也即模拟曝光运动，用拍摄相机监测模拟曝光运动过程中的气泡情况；完成一个位点的监测后，移动到浸没流场中下一个小区域重复模拟曝光运动的监测过程，如此重复直到监测小区域覆盖整个浸没流场。其他同实施例2相同。
在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，包括具有浸没头、模拟物镜和模拟硅片的浸没流场维持系统，其特征在于：还包括拍摄系统和相机位姿调节系统，拍摄系统包括拍摄相机和相机镜头；相机位姿调节系统用于调节拍摄相机使照片视场覆盖整个浸没流场；拍摄相机和相机镜头设于模拟硅片下方，且处于浸没流场下方位置处，拍摄相机设于相机位姿调节系统上。
2.按照权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，其特征在于：所述的拍摄系统可分辨的线条间距精度小至5微米。
3.按照权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，其特征在于：所述的相机位姿调节系统具有用于调节拍摄相机沿X轴、Y轴或Z轴方向上运动调节的三个自由度运动调节结构，其中Z轴用于实现拍摄相机的对焦及分层扫描运动。
4.按照权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，其特征在于：所述的相机位姿调节系统上设有相机标定系统，相机标定系统用于对每次使用不同放大倍率的相机镜头去拍摄流场内气泡时的相机镜头标定。
5.按照权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，其特征在于：所述的浸没头设有水平注液管道、垂直注液管道、水平回收管道和垂直回收管道，其中水平注液管道和垂直注液管道均与浸没供液或浸没供水系统连接，水平回收管道和垂直回收管道均与浸没回收系统连接。
6.按照权利要求1或4所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，其特征在于：所述的相机镜头采用可拍摄5微米及以上气泡的相机镜头。
7.按照权利要求1或2所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装，其特征在于：所述的拍摄系统的拍摄景深大于3mm。
8.一种浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测方法，其特征在于：包括如下检测步骤
A1将浸没头、模拟物镜和待检测测试样片固定于权利要求1～7之一所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装上；
A2将浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测工装、待检测测试样片、浸没头和模拟物镜依次安装到工件台上；
A3将拍摄相机安装到相机位姿调节系统对应的调节位置上，使用相机位姿调节系统对浸没流场靠近模拟物镜上层的流场进行对焦，设置合适的镜头放大倍率，在浸没流场一侧的相机标定系统处放置标定板；通过调整相机位姿调节系统调节其Z轴高度使得标定物成像清晰，并拍摄下标定物；
A4移走标定板，打开供液或浸没供水系统及回收系统，让浸没流场形成稳定的浸没流场；
A5按照预设的扫描路径对整个浸没流场进行扫描拍摄；
A6对采集到的拍摄图像进行图像数据处理，检测出每个图像上的气泡尺寸及位置；
上述第A3检测步骤中，每更换一次放大倍率的相机镜头，需要重新执行一次相机标定系统的标定操作；
上述第A5检测步骤中，采用的另一种检测方法为拍摄相机首先在一个位点不动，按照光刻机扫描工况下的硅片运动方式驱动硅片运动，也即模拟曝光运动，用拍摄相机监测模拟曝光运动过程中的气泡情况；完成一个位点的监测后，移动到浸没流场中下一个小区域重复模拟曝光运动的监测过程，如此重复直到监测小区域覆盖整个浸没流场。
9.按照权利要求8所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测方法，其特征在于：所述的进行图像数据处理步骤包括如下图像数据处理步骤
B1 对采集获得到的图像图片进行图像预处理，使其转化为灰度图像；
B2 对灰度图像进行二值化处理；
B3在二值化处理后的二指化图像基础上进行图像边源跟踪检测，划分出气泡的气泡边缘；
B4 对划分出的气泡边缘进行填充，补充边缘孔洞；
B5 识别计算获得经上述第B4步骤处理后图像中的气泡数据参数信息；
B6 输出气泡数据参数信息形成文本文档。
10.按照权利要求9所述的浸没式光刻机浸没流场中微小气泡检测方法，其特征在于：所述的气泡数据参数信息包括气泡面积、气泡位置和气泡直径参数信息。
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