CN204028564U - 一种测焦传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测焦传感器，其包括测量电路板，所述测量电路板与控制系统电连接；光电二极管，所述光电二极管焊接在所述测量电路板的电路中，所述光电二极管设置有若干个，并排列成阵列结构；外壳，所述外壳固定设置在所述测量电路板上表面，并覆盖所述光电二极管，所述外壳与所述光电二极管对应的位置设有通孔；光罩，所述光罩设置在所述外壳的上表面，并将所述通孔覆盖，所述光罩上设有若干个透光窗口，每一个所述透光窗口分别位于其中一个所述光电二极管的光敏区域上方。本实用新型的测焦传感器结构简单、制造成本较低，且功能齐全。

Description

一种测焦传感器

技术领域

本实用新型涉及光刻工艺技术领域，特别是涉及一种测焦传感器。

背景技术

在光刻工艺技术中，需采用光刻机把掩模板上的图形转移到表层涂有光刻胶的晶圆表面，为了达到最佳曝光效果，光刻胶层应该被精准地定位在投影物镜的聚焦面上，因此，投影物镜的聚焦面必须在曝光前就被精准地确定下来，测焦传感器就是为此目的而设计的。

如中国专利文献CN101201548B公开了一种调焦调平测量系统级方法，其包括光栅、第一成像模块、第二成像模块和探测模块，第一成像模块可将光栅经光束照明后成像与被测对象上以形成第一光栅像，第二成像模块可将第一光栅成像于探测模块处以形成第一探测像。可见该测焦系统较为复杂，且这些系统需要自带光源照明系统，进而导致测量系统成本较高。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有光刻机上的测焦系统结构复杂、制造成本高的弊端，从而提出一种结构简单、制造成本较低的测焦传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种测焦传感器，其包括测量电路板，所述测量电路板与控制系统电连接；光电二极管，所述光电二极管焊接在所述测量电路板的电路中，所述光电二极管设置有若干个，并排列成阵列结构；外壳，所述外壳固定设置在所述测量电路板上表面，并覆盖所述光电二极管，所述外壳与所述光电二极管对应的位置设有通孔；光罩，所述光罩设置在所述外壳的上表面，并将所述通孔覆盖，所述光罩上设有若干个透光窗口，每一个所述透光窗口分别位于其中一个所述光电二极管的光敏区域上方。

优选的，所述测量电路板为矩形结构，所述光电二极管设置在所述测量电路板的其中一个角处，所述外壳的其中两个相邻的侧边上分别设有向下延伸的第一折边和第二折边，所述第一折边和所述第二折边与所述测量电路板的相应侧边贴合。

优选的，所述光电二极管设置有十六个，所述透光窗口也对应地设置有十六个。

优选的，所述光电二极管设置成一列。

优选的，所述测量电路板通过螺钉固定在所述外壳上。

本实用新型的测焦传感器与现有技术相比具有以下优点：

本实施例的测焦传感器是一个多功能低成本的测量系统，它既不需要额外的光源也不需要额外的成像系统，投影物镜的三维成像信息可以利用扫描的方式很容易地获取，且本实施例的测焦传感器可以用于测量光刻机的多个特性，包括聚焦面，放大倍率，影像平移度和旋转度，光强分布均匀性等等，因此其功能更齐全，且结构简单，制造成本较低。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型测焦传感器的分解示意图；

图2是本实用新型测焦传感器的整体结构示意图；

图3是本实用新型测焦传感器的光罩的结构示意图；

图4是本实用新型的光罩上透光窗口形状及设计尺寸的结构示意图；

图5是投影光刻系统原理图；

图6是投影光刻系统光轴上不同高度影像的光强分布示意图；

图7用本实用新型的测焦传感器测量放大倍率、图像旋转角度和水平偏移度的示意图。

图中附图标记表示为：

1-测量电路板；2-光电二极管；3-外壳；31-通孔；32-第一折边；33-第二折边；4-光罩；41-透光窗口。

具体实施方式

参见图1-4，一种测焦传感器，其包括测量电路板1，所述测量电路板1与控制系统电连接，光电二极管2焊接在所述测量电路板1的电路中，所述光电二极管2设置有十六个，并在横向和纵向上排列成阵列结构；所述测量电路板1通过螺钉固定在所述外壳3上，并使所述外壳3覆盖所述光电二极管2，所述外壳3与所述光电二极管2对应的位置设有通孔31，光罩4设置在所述外壳3的上表面，并将所述通孔31覆盖，所述光罩4上设有若干个透光窗口41，每一个所述透光窗口41分别位于其中一个所述光电二极管2的光敏区域上方。本实施例的测焦传感器是一个多功能低成本的测量系统，它既不需要额外的光源也不需要额外的成像系统，投影物镜的三维成像信息可以利用扫描的方式很容易地获取，且本实施例的测焦传感器可以用于测量光刻机的多个特性，包括聚焦面，放大倍率，影像平移度和旋转度，光强分布均匀性等等，因此其功能更齐全。

参见图3、图4，本实施例中的所述光罩4上的透光窗口41的形状和尺寸是按照特定的测量目的而设计的，需根据实际情况而定，图3和和图4仅示出了本实施例的透光窗口41的具体形状和尺寸，其中图3示出了透光窗口41的排列方式，图中字母A、B、C一直到T仅为和图4对应的透光窗口的标号，并不是光罩上的透光窗口，而图中字母下面对应的点才是透光窗口；由于透光窗口的尺寸仅为微米量级，远小于光罩的尺寸(厘米量级)，所以图3中看到的透光窗口仅为小点；且十六个透光窗口沿纵向排成一列，与光电二极管2的一维阵列相对应。

本实施例中，所述测量电路板1为矩形结构，所述光电二极管2设置在所述测量电路板1的其中一个角处，所述外壳3的其中两个相邻的侧边上分别设有向下延伸的第一折边32和第二折边33，所述第一折边32和所述第二折边33与所述测量电路板的相应侧边贴合，这种结构设置方式不仅符合整体结构的要求，同时所述第一折边32和第二折边33便于所述外壳3与所述测量电路板1准确定位，进而调高装配精度和装配效率。

本实施例中，所述光电二极管2设置成一列共十六个，并沿着所述测量电路板1的纵向设置，所述透光窗口41也对应地设置有十六个。

本实施例的测焦传感器用来测量掩模板图形通过投影物镜所形成的影像，掩模板图形被步进光刻机自带的照明系统照射，用于成像的图像可以是具有一定尺寸的透光狭缝或者圆孔。图5示出了简化的投影光刻系统原理，图6示出了光轴上不同高度影像的光强分布曲线，从两图可知测焦传感器在一定高度(Z轴也就是物镜光轴方向)的水平面(例如，X轴或Y轴方向)上通过扫描的方式来测量所成图像的光强分布，对于每一次测量，光电二极管2的阵列中仅一个通道接收信号。进入光电二极管2光敏区域上方透光窗口41的光子入射到光敏区域，然后被转换成电流信号，测量电路板1把此电流信号放大到一定程度，然后把放大的电流信号输入到模拟数字转换器，最后到达系统控制器。

系统控制器通过一定的算法分析获取的扫描光强分布图，基于选用的算法，可实现以下测量功能：

1.投影像在聚焦点上会有最窄和最高的光强分布。通过分析在光轴上不同Z高度的光强分布曲线，可以确定选用光强分布高度最高和宽度最窄的Z高度为焦点所在高度。当测量掩模板上不同形状和大小的图形时(例如，宽度为1微米或10微米的透光狭缝，5微米或10微米的圆孔)，测焦传感器上相应的透光窗口41和光电二极管2通道会被选择用来达到最好的测量精度。

2.有关投影像的水平位置(X和Y方向)的信息也能够很容易地从光强分布图中获得，比如，光强峰值对应的位置。测焦传感器可以这样测量投影像的水平位置。如图7所示，通过测量掩模板上两个处于不同位置的图形的投影像水平位置，可以确定投影物镜相关的信息比如图像放大倍率，旋转和水平偏移量。

3.当测量一个开放窗口图像(不放置掩模板)，传感器可以采用步进式方式取代扫描方式运行。传感器步进式测量矩阵上每一个位置的光强，然后生成整个曝光区域的光强分布图，从而计算光强分布均匀性。

本实用新型的测焦传感器采用通过投影物镜成像的测量原理；被测量的投影像能反映投影物镜的真实成像性能。掩膜板上的图案可以设计为具有光刻机最小特征尺寸的图案，如此一来，针对最小特征尺寸图形的聚焦面就能被精确地测量出；照明掩模板上的图案是用光刻机自带的照明系统，不需要另外设计的光源，这就简化了测量系统的设计。多种功能可以用这样一个设计简易且低成本的传感器来实现。此测量不需要晶圆加工过程，这样可以节省时间和处理成本。此焦点测量耗时在几秒到几分钟之间，取决于扫描参数的设置。测量1微米宽度特征尺寸的狭缝一般耗时不超过30秒。如果测量电路和分析算法选择恰当，不超过100纳米的高测量重复性可以被实现。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种测焦传感器，其特征在于：包括测量电路板(1)，所述测量电路板(1)与控制系统电连接；光电二极管(2)，所述光电二极管(2)焊接在所述测量电路板(1)的电路中，所述光电二极管(2)设置有若干个，并排列成阵列结构；外壳(3)，所述外壳(3)固定设置在所述测量电路板(1)上表面，并覆盖所述光电二极管(2)，所述外壳(3)与所述光电二极管(2)对应的位置设有通孔(31)；光罩(4)，所述光罩(4)设置在所述外壳(3)的上表面，并将所述通孔(31)覆盖，所述光罩(4)上设有若干个透光窗口(41)，每一个所述透光窗口(41)分别位于其中一个所述光电二极管(2)的光敏区域上方。

2.根据权利要求1所述的一种测焦传感器，其特征在于：所述测量电路板(1)为矩形结构，所述光电二极管(2)设置在所述测量电路板(1)的其中一个角处，所述外壳(3)的其中两个相邻的侧边上分别设有向下延伸的第一折边(32)和第二折边(33)，所述第一折边(32)和所述第二折边(33)与所述测量电路板的相应侧边贴合。

3.根据权利要求2所述的一种测焦传感器，其特征在于：所述光电二极管(2)设置有十六个，所述透光窗口(41)也对应地设置有十六个。

4.根据权利要求3所述的一种测焦传感器，其特征在于：所述光电二极管(2)设置成一列。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种测焦传感器，其特征在于：所述测量电路板(1)通过螺钉固定在所述外壳(3)上。