ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种针对投影式光刻系统中的脉冲激光光场能量均匀性测试的装置和方法。本发明专利技术使用的是探针步进扫描法，使用两个紫外传感器分别检测脉冲激光与自然光中的紫外光。紫外传感器采集到信号后，依次进行I/V转换，前置放大，差分相减，消除掉自然光中紫外成分的干扰后再进行积分处理，通过计数和同步控制逻辑对一定个数脉冲激光的能量实现的周期性探测，每个周期的能量在经过AD转换后将信号传递给单片机，同时通过单片机与PC相连，可以使用PC来对信号进行后续的分析。本发明专利技术是一个能量探测器系统，具有很高的精度和可控性。

【技术实现步骤摘要】
ArF准分子激光光场能量均匀性检测的能量探测器设计方法
本专利技术涉及ArF准分子激光光学投影曝光光刻的光场能量均匀性测量装置，特别是涉及使用探针步进扫描法来实现对脉冲激光光场能量均匀性的测量。
技术介绍
光刻技术是集成电路制造的关键步骤之一，也是产品制造中的一个重要技术。光学投影光刻由于同时具备了接触式光刻的高分辨率和接近式光刻对掩模板保护的优点而成为了目前集成电路生产的主流技术。本专利技术正是基于投影式光刻来进行设计的。投影式光刻的核心步骤之一就是通过光刻光源对光刻胶进行曝光，而光刻胶被刻蚀的深度与激光脉冲的能量呈正相关，即能量越大，光刻胶被刻蚀得越深。因此，如果光源的光场能量均匀性得不到保证，掩膜板上的图形在光刻胶上的成像精度就会受到很大的影响，使得后续工艺无法正常地进行，因此测量光刻系统中的光场能量均匀性具有重要意义。目前，常用的光场能量均匀性测量方法有面阵CCD法、传感器阵列探测法、闪烁晶体法、哈特曼-夏克传感器探测法和探针步进扫描法，其中的探针步进扫描法对紫外光仅采用了一个紫外传感器（另外一个是检测自然光中的紫外线成分）而非紫外传感器阵列，最大程度的减小了因为传感器之间原本的差异而带来的误差。此外，该方法还具有易于实现对紫外传感器的控制和拥有较高的精度等优点，因此本专利技术采用探针步进扫描法对光场能量均匀性进行测量。但一般的探针步进扫描法在信号输入到单片机过程中容易出现时序，脉冲计数，能量探测等诸多问题，导致光场能量均匀性的结果测量不准确，给整个光刻造成很大的影响。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述问题并实现对能量而非光强的检测，本专利技术基于探针步进扫描法提出了一种设计合理并且能够准确检测实现检测光场能量均匀性的方法。由于准分子激光器输出的是高能量光脉冲，每个激光脉冲的持续时间极短，大约几十纳秒，而探测器的响应速度有限，因此在具体检测过程中，我们没有必要测出每个脉冲时间内的光强值，也没有必要测量光强的绝对值，而是通过测量一定曝光时间内的积分光强分布来实现对光场能量均匀性的评估。这种方法通过检测一定激光脉冲周期内对光场能量的积分，再通过后续的处理所得到的具体数值来判断出光场能量是否一直均匀，最终实现对脉冲激光光场能量均匀性的检测。本专利技术的脉冲激光使用的是ArF准分子激光，其对脉冲激光的频率为10Hz~4KHz，脉冲波长为1ns~100ns，单脉冲能量1-500mJ，平均功率为1~500W的范围都是适用的。本专利技术是采用下述技术方案来实现的：使用两个紫外传感器，一个检测激光脉冲的能量，使用探针步进扫描法来对其进行控制，另外一个对自然光进行探测，在紫外传感器得到信号以后，再依次进过I/V转换，前置电压放大，电压差分相减，消除掉自然光中紫外成分的干扰以后再进行积分处理，通过计数电路和同步控制电路完成对一定个数脉冲激光的能量的周期性探测，每个周期的能量在经过AD转换后将信号传递给单片机及其外设对信号进行初步的处理，然后将处理后的信号传递给PC，再通过软件对信号进行深入的分析，得出所需要的数据与结论。其中积分处理的时间控制是通过计数，同步逻辑控制与AD转换芯片的触发信号配合来得以实现的，本专利技术以N+1（1~1000）个脉冲时序为一个周期来对能量进行积分，其中第一个脉冲至第二个脉冲的时间为准备阶段，第二个脉冲以后系统则进入以N个脉冲激光为周期的计数和能量积分阶段，其中前（N-1）个脉冲时间是对能量进行积分，在最后一个脉冲时间内让AD转换芯片完成AD转换，以及实现对紫外传感器的控制，并将系统清零，为下一周期的能量积分做准备。本专利技术与现有技术相比有如下优点：1.针对对频率为10Hz~4KHz，脉冲波长为1ns~100ns，单脉冲能量1-500mJ，平均功率为1~500W范围的ArF准分子脉冲激光，采用投影式传统光刻法制作了一个独立的能量探测器，可以实现对系统光场能量均匀性的测量。2.使用了两个紫外探测器，并将其差分处理，可以排除自然光中紫外信号的干扰，使检测的结果更为准确，提高了系统的精度。3.本项目采用硬件同步脉冲计数，以N+1（1~1000）个脉冲时序为一个周期来对能量进行积分，第一个脉冲至第二个脉冲的时间为准备阶段，第二个脉冲以后系统则进入以N个脉冲激光为周期的计数和能量积分阶段，其中前（N-1）个脉冲时间是对能量进行积分，在最后一个脉冲时间内让AD转换芯片完成AD转换，以及实现对紫外传感器的控制，并将系统清零，为下一周期的能量积分做准备，使本专利技术有较高的精度和可控性。4.使用核心芯片发出的探测开启信号ST，可以使得系统的时序更加简洁和方便。5.在同步控制逻辑设计中使用了可控的时间延迟单元，可以在排除了可能的干扰的同时提高了系统的精度。附图说明图1探针步进扫描法原理图。图2能量探测器原理图。图3脉冲激光积分能量示意图。图4脉冲计数信号产生方案。图5同步控制逻辑设计。图6本专利技术系统时序图。具体实施方式下面结合附图、工作原理及实施方法对本专利技术作进一步详细说明。探针步进与紫外传感器示意图如图1所示，探针步进扫描法使用二个步进电机，通过机械装置将检测脉冲激光的紫外传感器放置在一个连接步进电机机械装置的末端，两个步进电机通过机械装置十字交叉，步进电机与单片机相连。因此通过控制单片机就可以控制紫外传感器在X，Y方向上的位置。图2为整个能量探测器的原理图，如图所示，在信号被紫外探测器检测转化为电流信号以后，会经过I/V转换、电压放大、差分相减和积分处理。I/V转换就是将电流转换为电压进行输出，同时对信号进行一定倍数的放大，其中的核心部件就是运算放大器，在理想状态下，由于运算放大器的虚短和虚断特性，经过紫外探测器的电流与流过反馈电阻的电流大小相同。同时，在此电路中我们让紫外探测器并联的电阻Rf的取值远远大于反馈电阻Rf，从而达到增加转换精度的作用,由于输入电阻可以忽略不计，因此,其电路最后的输出大小为反馈电阻Rf和经过紫外探测器电流Is的乘积，即：（1）在I/V转换后将对其电压进行放大，放大的倍数要根据此时电压的大小和系统的要求来确定，同时，二个紫外探测器检测到的信号经过前一步的电流转换后放大的倍数一定是相同的。之后需要进行的是减法运算，二个紫外探测器在放大后相减，即可消除自然光中紫外成分的干扰，此电路中输入电阻相等，其输出为输入二端的电压差与反馈电阻Rf和输入电阻之比，具体的表达式为：（2）在本专利技术中进入对能量的积分之前所做工作的具体功能是实现对紫外光的探测和信号采集，而采用二个紫外传感器的目的是用一个紫外传感器在完全相同的条件下采集转换自然光中的紫外光，并在经过与探测信号同样的信号处理后通过硬件电路在探测信号中消除这部分的干扰，以增加系统的精度和稳定性。因此，在进入减法运算电路前是完全对称的。图3所示即为在对光场能量进行积分时的一个示意图，在图像上斜线段为有信号输入的时间段对能量的积分，而直线段则是信号为零时对能量的积分，这二者就构成了一个完整的脉冲周期，积分的具体表达式为：（3）其中t1，t2为积分的时间，而u0（t1）则是在积分开始之前其中的能量。积分器会在能量探测阶段的N个脉冲时间内（t1~t2）会对能量产生一个累加，并且会在一个计数周期结束后对其清零，这样就可以使得下次积分时u0（t1）的值为0，减小系统的误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于光学投影曝光光刻机中检测脉冲激光光场均匀性的方法，其特征在使用探针步进扫描法来控制紫外传感器，并在获得电流信号以后对其进行I/V转换，前置放大，积分处理和AD转换等处理，通过计数和同步控制逻辑对光场能量进行探测，并在通过单片机后将其数据传送到PC上进行进一步的分析。

【技术特征摘要】
1.一种适用于光学投影曝光光刻机中检测脉冲激光光场均匀性的方法，其特征在使用探针步进扫描法来控制紫外传感器，并在获得电流信号以后对其进行I/V转换，前置放大，积分处理和AD转换等处理，通过计数和同步控制逻辑对光场能量进行探测，并在通过单片机后将其数据传送到PC上进行进一步的分析。2.一种适用于光学投影曝光光刻机中检测脉冲激光光场均匀性的方法，其特征在使用探针步进扫描法来控制紫外传感器，并在获得电流信号以后对其进行I/V转换，前置放大，积分处理和AD转换等处理，通过计数和同步控制逻辑对光场能量进行探测，并在通过单片机后将其数据传送到PC上进行进一步的分析。3.按照权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹益平，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51