CN114509920A - 一种能量标定模块及标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种能量标定模块，用于对直写式光刻机的曝光镜头进行能量标定，包括能量感测单元，配置为感应多个曝光镜头出射的光能量的大小而输出感测电流，比较单元，配置为对能量感测单元输出的感测电流进行比较并输出比较结果；开关单元，与能量感测单元对应设置，配置为接通或断开能量感测单元与比较单元的电性连接；控制器单元，配置为控制开关单元导通或断开，以及根据比较单元的比较结果调节多个曝光镜头出射的光能量。本发明通过使用能量感测单元将光能量转化为感测电流，并通过比较单元实时比较感测电流，从而调节待标定曝光镜头出射的光能量以达到基准曝光镜头出射的光能量，能量一致性更高。

Description

一种能量标定模块及标定方法
技术领域
本发明涉及直写式曝光技术领域，尤其是涉及一种能量标定模块及标定方法。
背景技术
直写式光刻是利用数字光处理技术在工件（如晶圆、印刷电路板等）表面曝光形成电路图形的一种直接成像技术，相较于掩模式曝光效率显著提高，且成本优势明显，能够满足芯片、半导体器件以及印刷电路板等多种产品的加工需求。
在对工件进行曝光时，为得到高精度的曝光图形，需要保证多个曝光镜头的出光能量具有高度一致性，因此在设备装机调试及维护期间需要对多个曝光镜头进行能量标定。现有的标定方法主要有两种：其一，是在直写式光刻机的运动平台上增加移动轴，用以实现标定模块的左右运动，此种方式减少了标定模块（通常为可读取出光能量的功率计）的数量，但导致运动平台结构复杂化；其二，是通过固定设立多个收光镜头将曝光镜头产生的光依次通过光纤传导至功率计，计算得出所需的出光能量，此种方式省去复杂的运动结构，但引入了光纤传导比率以间接确定能量，最终的标定误差相对较大。并且通过功率计标定能量，每个镜头是相互独立的，能量一致性程度主要依靠功率计分辨率而定，高分辨率的功率计成本也较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能量标定模块及标定方法，以弥补上述现有技术的不足。为此，本发明采用如下的技术方案：
一种能量标定模块，用于对直写式光刻机的曝光镜头进行能量标定，所述直写式光刻机至少包括多个曝光镜头和与所述曝光镜头对应的激光器、控制所述激光器的上位机模块，所述能量标定模块包括：能量感测单元，配置为感应所述曝光镜头出射的光能量的大小而输出感测电流；比较单元，配置为比较所述能量感测单元输出的感测电流并输出比较结果；开关单元，与所述能量感测单元对应设置，配置为接通或断开所述能量感测单元与所述比较单元的电性连接；控制器单元，配置为控制所述开关单元的导通或断开，以及接收所述比较单元的比较结果并根据比较结果控制调节所述多个曝光镜头出射的光能量。
在一个实施方式中，所述能量感测单元的数量等于所述多个曝光镜头的数量。
在一个实施方式中，所述开关单元设置有多个，一个所述开关单元至少对应一个所述能量感测单元。
在一个实施方式中，所述比较单元至少包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端、第二输入端连接所述开关单元，所述输出端连接所述控制器单元。
在一个实施方式中，所述控制器单元控制导通相应的所述开关单元使得任意两个能量感测单元电性连接至所述第一输入端和所述第二输入端，所述比较单元对接入的两个能量感测单元产生的感测电流进行比较，从所述输出端输出比较结果。
在一个实施方式中，所述控制器单元根据比较结果向所述上位机模块发送控制信号，所述上位机模块根据控制信号调节相应激光器的输出功率以改变所述曝光镜头出射的光能量。
在一个实施方式中，所述能量感测单元为光电传感器，所述开关单元为模拟开关，所述比较单元为运算放大器。
在一个实施方式中，所述能量标定模块还包括模数转换单元，配置为将所述比较单元的输出结果转为数字信号提供给所述控制器单元。
以及一种对曝光镜头进行能量标定的方法，包括如下步骤：
S1、将所述能量感测单元移动至所述曝光镜头出射的光束范围内；
S2、任选一个曝光镜头作为基准曝光镜头，调节所述基准曝光镜头出射的光能量至曝光所需光能量；
S3、选取所述基准曝光镜头之外的任一曝光镜头作为当前待标定曝光镜头，将所述基准曝光镜头和所述当前待标定曝光镜头对应的能量感测单元接入所述比较单元，开通所述当前待标定曝光镜头对应的激光器，所述控制器单元根据比较结果控制调节所述当前待标定曝光镜头出射的光能量，直至所述当前待标定曝光镜头出射的光能量等于所述基准曝光镜头出射的光能量；
S4、选择另一曝光镜头作为当前待标定曝光镜头，并重复步骤S3, 直至所有曝光镜头标定完成。
在一个实施方式中，步骤S3中所述控制器单元根据比较结果控制调节所述当前待标定曝光镜头出射的光能量分为三种情况：
其一、所述当前待标定曝光镜头出射的光能量小于所述基准曝光镜头出射的光能量，则增加当前待标定曝光镜头出射的光能量；
其二、当前待标定曝光镜头出射的光能量大于所述基准曝光镜头出射的光能量，则减小当前待标定曝光镜头出射的光能量。
其三、当前待标定曝光镜头出射的光能量等于所述基准曝光镜头出射的光能量，则无需进一步调节。
与现有技术相比，本发明采用多个能量感测单元将光能量的标定转化为感测电流的比较，无需复杂的驱动结构，且相较收光镜头与功率计而言成本优势明显，以待标定曝光镜头与基准曝光镜头的光能量进行平衡求差取代对各曝光镜头进行逐个测量标定，能量一致性显著提高，且通过软硬件实现各开关及镜头的切换，无需多次移动运动平台，标定过程亦得到简化。
附图说明
图1为示例性直写式光刻机简图。
图2为示例性能量标定模块示意图。
图3为示例性光能量调节信号传输示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本发明的具体实施方式。应当理解的是，对实施方式的具体说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不是用于穷举本发明的所有可行方式，更不是用于限制本发明的具体实施范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
图1示出本领域基础的直写式光刻机简图，该直写式光刻机至少包括曝光模块1、对位模块2、运动平台模块3、上位机模块（图中未示出）。其中，曝光模块1用于对工件进行图形曝光，曝光模块1至少包括多个曝光镜头和对应的激光器（图中未示出），多个曝光镜头可如图1中示出紧密排列，也可等距间隔排列，激光器作为光源，向曝光镜头提供曝光光束。运动平台模块用于承载工件并能够至少沿XYZ三个方向移动。对位模块对用于确定工件的位置信息。上位机模块总体控制曝光模块1、对位模块2以及运动平台模块3。应当理解的是，直写式光刻机还可以包括其他模块，在此不作详细说明。运动平台模块上放置工件后，上位机模块控制运动平台模块移动至对位模块处进行对位以确认工件位置信息，然后运动平台继续移动至多个曝光镜头处进行图形曝光，曝光镜头出射的光能量需要具备高度一致性。
为对直写式光刻机的多个曝光镜头出射的光能量进行标定，如图2所示，本发明提出一种能量标定模块，包括能量感测单元、比较单元、开关单元、控制器单元。具体地，能量感测单元配置为根据曝光镜头出射的光能量的大小输出感测电流；比较单元配置为对能量感测单元输出的感测电流进行比较并输出比较结果；开关单元配置为接通或断开能量感测单元与比较单元的电性连接；控制器单元配置为根据待标定的曝光镜头控制开关单元导通或断开，并根据比较单元的比较结果控制调节待标定的曝光镜头出射的光能量。
在一个实施方式中，能量感测单元对应曝光镜头设置有多个，其数量等于曝光镜头的数量，开关单元对应于能量感测单元同样设置有多个，开关单元可以与能量感测单元一一对应，即开关单元的数量等于能量感测单元的数量，或者一个开关单元可以对应至少两个开关单元。开关单元可以是机械开关，也可以是模拟开关。进一步的，比较单元至少包括第一输入端、第二输入端和输出端，控制器单元可以导通相应的开关单元使得任意两个能量感测单元电性连接至比较单元的第一输入端和第二输入端，比较单元对接入的两个能量感测单元产生的感测电流进行比较，从输出端输出比较结果，比较结果进一步作为控制器单元的输入，控制器单元根据比较结果调节相应的曝光镜头出射的光能量。较佳地，参见图3，控制器单元向上位机模块发送控制信号，上位机模块根据控制信号调节相应激光器的输出功率，从而改变曝光镜头出射的光能量。
在一个优选的实施方式中，能量感测单元为光电传感器，开关单元为模拟开关，若模拟开关为单路导通形式，则模拟开关的数量等于光电传感器的数量，若模拟开关为多路选通形式，则模拟开关的数量小于光电传感器的数量。进一步地，比较单元为运算放大器，对第一输入端的感测电流和第二输入端的感测电流比较后输出电流差值。进一步优选地，能量标定模块还可包括模数转换单元，该模数转换单元连接比较单元和控制器单元，能够将比较单元的输出结果转为数字信号提供给控制器单元。
具体地，多个能量感测单元可拆卸的安装于运动平台模块的X方向的侧边上，多个能量感测单元在运动平台模块上的间隔分布根据多个曝光镜头而定，使得当运动平台模块移动至适当位置时，多个能量感测单元与多个曝光镜头一一对应，即多个能量感测单元分别位于对应的曝光镜头出射的光束范围内。由于作为能量感测单元的光电传感器的成本较低，因此选用多个光电传感器排布于运动平台模块上，不仅无需增加移动轴，也无需多次移动运动平台模块就能完成各曝光镜头的能量标定。
以下详细说明采用前述标定模块对曝光镜头进行能量标定的方法：
首先，将运动平台模块移动至曝光镜头下，使得多个能量感测单元分别位于对应的曝光镜头出射的光束范围内；
继而，从多个曝光镜头中任选一个曝光镜头作为基准曝光镜头，上位机模块根据曝光要求调节基准镜头对应的激光器输出功率，使得基准曝光镜头出射的光能量为曝光所需光能量，并保持基准镜头对应的激光器输出功率不变；
然后，选取基准曝光镜头之外的任一曝光镜头作为当前待标定曝光镜头，接通相应的开关单元，将基准曝光镜头与当前待标定曝光镜头对应的能量感测单元接入比较单元的第一输入端和第二输入端，开通当前待标定曝光镜头对应的激光器，比较单元对第一输入端和第二输入端的感测电流实时比较，并输出比较结果，控制器单元根据比较结果发出控制信号以调节当前待标定曝光镜头出射的光能量。具体地，分为以下三种情况：1、第一输入端的感测电流大于第二输入端的感测电流，表明当前待标定曝光镜头出射的光能量小于基准曝光镜头出射的光能量，即小于曝光所需光能量，则增加当前待标定曝光镜头出射的光能量，直至第二输入端的感测电流等于第一输入端的感测电流；2、第一输入端的感测电流小于第二输入端的感测电流，表明当前待标定曝光镜头出射的光能量大于基准曝光镜头出射的光能量，则减小当前待标定曝光镜头出射的光能量，直至第二输入端的感测电流等于第一输入端的感测电流；3、第一输入端的感测电流等于第二输入端的感测电流，表明当前待标定曝光镜头出射的光能量等于基准曝光镜头出射的光能量，则无需进一步调节。其中，调节当前待标定曝光镜头出射的光能量是通过控制器单元向上位机模块发送控制信号，上位机模块根据控制信号调节当前待标定曝光镜头对应激光器的输出功率，从而改变当前待标定曝光镜头出射的光能量。
在当前待标定曝光镜头能量标定完后，断开当前待标定曝光镜头对应的能量感测单元与比较单元的连接，选择下一曝光镜头作为当前待标定曝光镜头，并重复前一标定步骤，直至所有曝光镜头标定完成。
最后需要指出，由于文字表达的有限性，上述实施例仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明并不限于所披露的各实施方式，在不偏离上述实施例的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员来说还可以作若干改进和修饰，这些改进和修饰在没有做出创造性劳动的前提下也应视为本发明的保护范围。因此本发明的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种能量标定模块，用于对直写式光刻机的曝光镜头进行能量标定，所述直写式光刻机至少包括多个曝光镜头和与所述曝光镜头对应的激光器、控制所述激光器的上位机模块，其特征在于，所述能量标定模块包括：
能量感测单元，配置为感应所述曝光镜头出射的光能量的大小而输出感测电流；
比较单元，配置为比较所述能量感测单元输出的感测电流并输出比较结果；
开关单元，与所述能量感测单元对应设置，配置为接通或断开所述能量感测单元与所述比较单元的电性连接；
控制器单元，配置为控制所述开关单元的导通或断开，以及接收所述比较单元的比较结果并根据比较结果控制调节所述多个曝光镜头出射的光能量。
2.如权利要求1所述的能量标定模块，其特征在于：所述能量感测单元的数量等于所述多个曝光镜头的数量。
3.如权利要求1所述的能量标定模块，其特征在于：所述开关单元设置有多个，一个所述开关单元至少对应一个所述能量感测单元。
4.如权利要求1所述的能量标定模块，其特征在于：所述比较单元至少包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端、第二输入端连接所述开关单元，所述输出端连接所述控制器单元。
5.如权利要求4所述的能量标定模块，其特征在于：所述控制器单元控制导通相应的所述开关单元使得任意两个能量感测单元电性连接至所述第一输入端和所述第二输入端，所述比较单元对接入的两个能量感测单元产生的感测电流进行比较，从所述输出端输出比较结果。
6.如权利要求1所述的能量标定模块，其特征在于：所述控制器单元根据比较结果向所述上位机模块发送控制信号，所述上位机模块根据控制信号调节相应激光器的输出功率以改变所述曝光镜头出射的光能量。
7.如权利要求1所述的能量标定模块，其特征在于：所述能量感测单元为光电传感器，所述开关单元为模拟开关，所述比较单元为运算放大器。
8.如权利要求1所述的能量标定模块，其特征在于：所述能量标定模块还包括模数转换单元，配置为将所述比较单元的输出结果转为数字信号提供给所述控制器单元。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的能量标定模块对曝光镜头进行能量标定的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将所述能量感测单元移动至所述曝光镜头出射的光束范围内；
S2、任选一个曝光镜头作为基准曝光镜头，调节所述基准曝光镜头出射的光能量至曝光所需光能量；
S3、选取所述基准曝光镜头之外的任一曝光镜头作为当前待标定曝光镜头，将所述基准曝光镜头和所述当前待标定曝光镜头对应的能量感测单元接入所述比较单元，开通所述当前待标定曝光镜头对应的激光器，所述控制器单元根据比较结果控制调节所述当前待标定曝光镜头出射的光能量，直至所述当前待标定曝光镜头出射的光能量等于所述基准曝光镜头出射的光能量；
S4、选择另一曝光镜头作为当前待标定曝光镜头，并重复步骤S3, 直至所有曝光镜头标定完成。
10.如权利要求9所述的对曝光镜头进行能量标定的方法，其特征在于：步骤S3中所述控制器单元根据比较结果控制调节所述当前待标定曝光镜头出射的光能量分为三种情况：
其一、所述当前待标定曝光镜头出射的光能量小于所述基准曝光镜头出射的光能量，则增加当前待标定曝光镜头出射的光能量；
其二、当前待标定曝光镜头出射的光能量大于所述基准曝光镜头出射的光能量，则减小当前待标定曝光镜头出射的光能量；
其三、当前待标定曝光镜头出射的光能量等于所述基准曝光镜头出射的光能量，则无需进一步调节。
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