CN102914946B - 一种光刻装置能量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光刻装置能量传感器，包括：取样光学部分，对照明***中的光线进行取样；光谱转换部分，将取样光线中的深紫外脉冲转换成可见光脉冲；光电转换部分，将可见光脉冲信号转换为电流信号；以及差分放大输出部分，将电流信号放大成电压信号输出。本发明的光刻装置能量传感器，能够实现大范围辐射波长的转换，提高辐射能量转换的线性度和能量密度的探测精度，从而提高光刻装置的剂量控制性能和生产良率。

Description

一种光刻装置能量传感器

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种用于光刻装置的能量密度探测传感器装置。

背景技术

在工业装置中，由于高精度和高产能的需要，分布着大量高速实时传感器测量、信号采样、数据采集、数据交换和通信传输等的控制***。这些***需要我们采用多种方式实现传感器探测、信号采样控制、数据采集控制、数据交换控制和数据传输通信等的控制。有该控制需求的装置包括：集成电路制造光刻装置、平板显示面板光刻装置、MEMS/MOEMS光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置、印刷电路板加工装置以及印刷电路板器件贴装装置等。

光刻装置是一种将所需图案应用于工件上的装置。通常是将所需图案应用于工件上的目标部分上的装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，掩模板可用于生产在IC一个单独层上形成的电路图案，该图案可以通过投射***传递到工件(如硅晶片)的目标部分，例如包括一部分，一个或者多个管芯上。通常是通过成像到工件上提供的一层辐射敏感材料(抗蚀剂)上来按比例复制所需图像。已知的光刻装置还包括扫描器，运用辐射光束沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描工件来辐照每一目标部分。还可以通过将图案压印在工件上而将图案通过构图部件生成到工件上。

利用位于基底高度处的多个传感器来评估和优化成像性能。这些传感器可以包括空间图像传感器(SIS，SpatialImageSensor)、用于曝光辐射剂量测量的能量传感器(ES，EnergySensor)和测量使用的集成微透镜干涉探测器(IMID，IntegratingMicrobeamInterferenceDetector)。

SIS是一种在基底高度处测量空间图像位置的传感器，该空间图像是在掩模高度处投射标记图案形成的。位于基底高度处的投射图像可以是线条图案，其线宽与曝光辐射的波长相当。还可以使用SIS来测量投射***的光学性能。可以使用不同照射设定于不同投射图像的结合来测量投射***的多种性质，如光瞳形状、球差、慧差、像散和场曲等。

ES是一种位于光刻照明***中测量能量密度的传感器。通过测量光刻***的能量密度控制光刻曝光剂量。具体方法是利用多个脉冲的平均波动性低于曝光精度要求的特性，通过选择曝光的激光脉冲的个数来控制光刻曝光剂量精度，并进一步决定衰减率，最后进行曝光。使用该方法的控制光刻曝光剂量的***主要包括激光器、衰减器、控制器以及能量传感器，***具有结构相对简单的优点，并且结合其控制光刻曝光剂量的方法使用能大大提高光刻曝光剂量精度。

IMID是一种可以对达到高阶的透镜像差进行静态测量的干涉波前测量***。IMID能够通过用于***初始化和校准的集成测量***来实现。

在以前的上述装置中，当光刻对准***使用的是DUV(深紫外)光源，则该辐射源以波长为248nm、193nm的准分子激光光源为主，也可使用157nm、126nm的准分子激光光源。此外，还有使用EUV(极紫外)脉冲辐射源和X射线脉冲辐射源的对准***；如专利申请CN200610019816.4、CN200410100577.6、CN200410074853.6、CN200410047698.9中所述的传感器不能提供所需的大范围辐射波长转换，且所转换的辐射波谱较宽，其转换的线性度也不够好；另外，对于被转换辐射是脉冲辐射时，所转换得到的辐射脉冲的宽度可调整范围较窄，且所转换辐射脉冲的余辉较长，不利于脉冲辐射重复频率的提高，影响了光刻装置剂量控制性能与生产良率的提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光刻装置能量传感器，包括：取样光学部分，对照明***中的光线进行取样；光谱转换部分，将取样光线中的深紫外脉冲转换成可见光脉冲；光电转换部分，将可见光脉冲信号转换为电流信号；以及差分放大输出部分，将电流信号放大成电压信号输出。

其中，取样光学部分包括聚光镜，微透镜阵列，石英棒和光阑。

其中，光谱转换部分包括转换晶体和滤波片。

其中，转换晶体为YAG:Ce(掺铈钇铝石榴石)或者CaF2:Eu(掺铕氟化钙)或者其它荧光粉。

其中，滤光片为BG39(玻璃牌号)或其它滤光片。

其中，光电转换部分为光电二极管。

其中，差分放大输出部分为前置放大器。

较佳地，还包括温控装置，用于控制光谱转换部分和光电转换部分的温度。

其中，温控装置为半导体温控装置，包括温度传感器，半导体制冷片，温控板卡以及散热片。

较佳地，还包括机械框架，将能量传感器各部分组装在机械框架中。

本发明的光刻装置能量传感器，能够实现大范围辐射波长的转换，提高辐射能量转换的线性度和能量密度的探测精度，从而提高光刻装置的性能和效率。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所用光刻设备的结构示意图；

图2是本发明对准***能量传感器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图1是本发明一个实施例所用的对准***的光刻设备结构示意图。光刻设备100包括用于提供曝光光束的照明***1以及用于支承掩模版2的掩模台3。掩模版2上有掩模图案和具有周期性结构的对准标记RM。光刻设备100还包括用于将掩模版2上的掩模图案投影到晶片6的投影光学***4、用于支承晶片6的晶片支架和晶片台7、以及放置在晶片台7上刻有基准标记FM的基准板8。晶片6上有周期性光学结构的对准标记WM。光刻设备100还包括用于掩模版2和晶片6对准的离轴对准***5、用于掩模台3和晶片台7位置测量的反射镜10、16和激光干涉仪11、15、以及由主控制***12控制的掩模台3和晶片台7位移的伺服***13和驱动***9、14。

照明***1包括光源、使照明均匀化的透镜***、反射镜以及聚光镜(图中均未示出)。能量探测器位于照明***1的光路中，一般在使照明均匀化的透镜***光路前面。

投影光学***4(投影物镜)位于图1所示的掩模台3下方，其光轴AX平行于Z轴方向。由于采用双远心结构并具有预定的缩小比例如1/5或1/4的折射式或折反射式光学***作为投影光学***，所以当照明***1发射的曝光光束照射掩模版2上的掩模图案时，电路掩模图案经过投影光学***4在涂覆有光刻胶的晶片6上成缩小的图像。

图2是本发明的能量传感器的结构示意图，包括取样光学部分、光谱转换部分、光电转换部分和差分放大输出部分。取样部分接收照明***1中的光线714，包括聚光镜701，微透镜阵列702，石英棒703，光阑704。光谱转换部分包括转换晶体705和滤波片706，将光刻光源的深紫外脉冲转换成可见光脉冲。转换晶体为YAG:Ce或者CaF2:Eu或者其它荧光粉，掺杂浓度决定转换效率，转换效率线性度高。滤光片为BG39或其它滤光片，以极高的透过率使转换后的可见光透过，同时截止从照明***而来尚未转换的部分紫外光和其他散射的杂光。光电转换部分为光电探测器707，将探测可见光脉冲信号，将其转换为电流信号。光电探测器可选为光电二极管，转换效率高，暗电流小，线性度高，并且体积小，易于更换，可靠性好。差分放大输出部分包括前置放大器708，将电流信号放大成电压信号输出检测。其中，光谱转换晶体705和滤波片706及光电探测器707的性能受热影响，为保证重复性，可以设计简易可行的半导体温控装置，包括温度传感器709，半导体制冷片710，温控板卡711和散热片712。整个装置还包括机械框架713，将能量传感器各部分组装在机械框架中。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种光刻装置能量传感器，包括：

取样光学部分，包括聚光镜，微透镜阵列，石英棒和光阑，对照明***中的光线进行取样；

光谱转换部分，将取样光线中的深紫外脉冲转换成可见光脉冲；

光电转换部分，将可见光脉冲信号转换为电流信号；以及

差分放大输出部分，将电流信号放大成电压信号输出。

2.如权利要求1所述的能量传感器，其中，光谱转换部分包括转换晶体和滤波片。

3.如权利要求2所述的能量传感器，其中，转换晶体为YAG:Ce(掺铈钇铝石榴石)或者CaF2:Eu(掺铕氟化钙)。

4.如权利要求2所述的能量传感器，其中，滤光片为BG39。

5.如权利要求1所述的能量传感器，其中，光电转换部分为光电二极管。

6.如权利要求1所述的能量传感器，其中，差分放大输出部分为前置放大器。

7.如权利要求1所述的能量传感器，其中，还包括温控装置，用于控制光谱转换部分和光电转换部分的温度。

8.如权利要求7所述的能量传感器，其中，温控装置为半导体温控装置，包括温度传感器，半导体制冷片，温控板卡以及散热片。

9.如权利要求1所述的能量传感器，其中，还包括机械框架，将能量传感器各部分组装在机械框架中。