[发明专利]用探头步进扫描实现ArF准分子激光光强均匀性检测的方法

说明书

本发明是光学投影曝光光刻及设计或调试中采用探头步进扫描法实现对ArF准分子激光光强的均匀性分布情况的检测。由于每次检测的准分子激光光强空间分布不可以避免要受到激光脉冲时间不均匀性影响，因此在时序逻辑的控制下，在一定时间内同时测量一定数目的激光脉冲的总能量和扫描光场中各探测点的分能量，以分能量与总能量之比来衡量光强的均匀性分布情况。本发明具有检测精度高，检测参数可调，可满足不同精度要求的检测要求，实现脉冲激光光强均匀性检测，同时可用于需要对脉冲激光光强分布均匀性检测的其他领域。

技术领域

本发明涉及光学投影曝光光刻中对准分子激光光强均匀性的测量方法，特别是涉及采用探针步进扫描法消除ArF激光的时间不均匀性干扰，测量准分子激光光强均匀性。

背景技术

准分子激光器由于其良好的特性，在光学投影曝光光刻技术、激光镀膜、医学等领域获得了广泛应用。光学投影曝光光刻技术是光刻技术中应用最为广泛、生命力最为顽强的技术，被应用在超大规模集成电路制造中。在光学投影曝光光刻技术，要求掩模面和硅片面的光强分布必须高度均匀。光强的均匀性直接影响着光刻质量。准分子激光器输出的光束需要经过照明系统扩束、整形、均匀化后才能用于光刻。因此，对照明系统输出激光进行光强均匀性测量，为照明系统和光刻物镜的设计提供可靠的参数和反馈，是光刻机研制与生产过程中必不可少的环节。

目前，对准分子激光光强均匀性进行检测，可以采用传感器阵列检测法、CCD检测法、探头步进扫描法等。由于光学曝光投影光刻系统视场面积大、光强呈梯形分布，所用的准分子激光波长位于紫外波段，且脉冲宽度窄、单个脉冲能量高。传感器阵列检测法中所用到的分立传感器数目众多，其空间分辨力有限。探测单元所使用的传感器性能参数不可能做到完全一致，且每个通道使用单独的电路设计，电路特性（如放大器特性、ADC分辨率、电阻阻值等）也不完全相同，所检测的光强分布情况可靠性极低。CCD检测法中为了获得极高的光强均匀性分布，对成像系统的成像质量要求很高。对于CCD要选择能响应紫外波长的CCD，同时具有足够的灵敏度与动态范围。为了保证探测精度，CCD像素要足够高，像元之间的差异尽量小，空间响应均匀性要足够好。探头步进扫描检测法则是使用单一传感器在光场中做扫描运动，在每个扫描点上进行一次光强检测，最后通过数据处理获得原始光强分布。只要选择感光面积适当的光电传感器、控制扫描步长，即可对大面积光场进行扫描检测。与阵列传感器相比，使用单一传感器具有明显的优势。该方法可以避免阵列探测器通道特性差异所引起的检测不可靠性，具有很高的检测精度。与CCD检测相比，探头步进扫描检测还可以避免CCD感光像元间的差异，降低系统误差。因此，探头步进扫描法是光学曝光光刻系统光强均匀性检测的有效方法。

在探头步进扫描检测过程中，探头移动到光场某一位置，在一定曝光时间内对一定数目的激光脉冲的光强进行积分探测，测量完成后数据被送到计算机终端，同时计算机终端控制位移台将探头移动到下一探测位置，以此重复。然而激光脉冲具有时间不均匀性，即光脉冲参数会随着时间的变化而变化。激光输出频率不稳定、单个脉冲的能量在一定范围内存在波动，都将对准分子激光光强的空间均匀性分布的测量结果产生影响，干扰对光强均匀性分布的评估。因此，在对准分子激光光强进行均匀性测量时，必须消除激光器光脉冲的时间不均匀性的影响。

发明内容

本发明的目的是针对光学投影曝光光刻系统的光强均匀性检测中，每次检测的准分子激光光强空间分布不可以避免要受到激光脉冲时间不均匀性影响，提出基于探头步进扫描的在一定积分时间内测量相对光强的方法。这种方法能很好消除激光脉冲时间不均匀性的影响，获得准确反映激光脉冲光强的空间分布，能够使测量结果达到较高的测量精度，准确可靠地为光刻照明系统的的光学设计、修正提供反馈和数据参考。

本发明是采用下述技术方案来实现的：

如果能够实时追踪到整个光场能量的时间特性，便可以通过一定算法消除时间因子。为此，在照明系统的前端，使用一套“能量引出装置”从主光路中引出部分能量，并使用一套探测装置对该部分光场进行探测，以此反映准分子激光器输出的整个光场的总能量。