DE20317873U1 - Vorrichtung zur Korrektur der Empfindlichkeit einer CCD-Kamera - Google Patents

Vorrichtung zur Korrektur der Empfindlichkeit einer CCD-Kamera Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Korrektur von Ungleichmäßigkeiten der Empfindlichkeit von Pixeln einer CCD-Kamera, gekennzeichnet, durch Einrichtungen zum Ändern der Wellenlänge eines Lasers in Schritten von bevorzugt 0,05 pm, ein Fabry-Perot-Etalon zum Erzeugen einer Anzahl (k) von Ringsystemen auf der CCD-Kamera, einen Speicher zum Abspeichern der mit der CCD-Kamera gemessenen Ringsysteme, und einen Rechner zum Ermitteln der Empfindlichkeiten S(i) der einzelnen Pixel aufgrund der abgespeicherten Ringsysteme.

Description

  • Bei Lasern dieses Wellenlängenbereichs handelt es sich z. B. um KrF- oder ArF-Excimerlaser und F2-Laser. Diese Laser werden beispielsweise in der Lithographie für die Herstellung von Halbleiterchips benutzt. Die Anforderungen an die Laserstrahleigenschaften sind in der Lithographie besonders hoch und müssen daher ständig kontrolliert und nachgeregelt werden. Diese Kontrolle der Laserstrahleigenschaften wird durch ein Monitormodul (MOM) gewährleistet, welches Bestandteil des Lasers ist und aus diversen Komponenten besteht. Eine Komponente ist z.B. der Energiemonitor, welcher eine UV-taugliche Photodiode beeinhaltet. Eine weitere Komponente des MOM ist ein Fabry-Perot-Etalon und eine CCD (Charge Coupled Device) – Kamera. Mit der CCD-Kamera kann das durch das Fabry-Perot erzeugte Ringsystem aufgenommen werden. Aus diesem Ringsystem kann die Bandbreite der Laserstrahlung ermittelt werden. Die entsprechenden theoretischen Zusammenhänge zwischen registriertem Ringsystem und Bandbreite, sind in gängigen Lehrbüchern der Physik nachzulesen. Die auf die CCD-Kamera auffallende Strahlung führt nach einiger Zeit zu einer geringeren Empfindlichkeit an den bestrahlten Stellen als an den unbestrahlten Stellen, d.h. die CCD-Kamera degradiert an Stellen, wo UV-Licht auftrifft. Typischerweise kann bei den verwendeten CCD-Kameras ab einigen 100 Millionen Laserpulsen eine geringere Empfindlichkeit nachgewiesen werden, es kann sogar vorkommen, dass einzelne Pixel der Kamera vollständig zerstört sind. Das Problem tritt insbesondere auf, wenn nach längerer Zeit die Wellenlänge gewechselt wird und damit durch das Ringsystem zum Teil vorher belichtete und daher degradierte Pixel und zum Teil vorher nicht belichtete (neuwertige) Pixel beleuchtet werden. Durch diese Degradation der CCD-Kamera werden die gemessenen Bandbreiten verfälscht wiedergegeben. Die Bandbreite ist aber ein wichtiger Wert für die Charakterisierung der Laserstrahiqualität und damit für die Herstellung der Halbleiterchips. Beschädigte CCD-Kameras müssen daher ausgetauscht werden und der Produktionsprozeß muß angehalten werden. Diese Wartungsarbeiten am Lasersystem sind insbesondere in der Halbleiterherstellung unerwünscht. Im Stand der Technik ist bekannt ( DE 200 04 616.0 ), dass z.B. UV-Photodioden zur Messung der Leistung von Excimer- und F2-Lasern benutzt werden. Versuche, derartige UV-Photodioden auch zur Messung der Leistung von im UV- und VUV-Wellenlängenbereich emittierenden Lasern einzusetzen, war wenig erfolgreich. In der Praxis hat sich nämlich herausgestellt, dass die hohe Quantenenergie (7,9 eV) der bei 157 nm emittierten Strahlung eines F2-Lasers zu einer raschen Abnahme der Photoempfindlichkeit der UV-Photodioden führt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konekturvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der Ungleichmäßigkeiten der Empfindlichkeit einzelner Pixel einer CCD-Kamera ausgeglichen werden können.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Korrekturvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
  • Die erfindungsgemäße Korrekturvorrichtung und der daraus resultierende Korrekturfaktor für jedes Pixel der CCD-Kamera arbeitet wie im Folgenden beschrieben.
  • Die durch die UV-Strahlung hervorgerufene Veränderung der Empfindlichkeit der einzelnen Pixel der CCD-Kamera ist in 1 dargestellt. 1 zeigt die Abhängigkeit des gemessenen Kamerasignals in Abhängigkeit von der Pixelnummer der CCD-Kamera. Die Messwerte 1.1 zeigen das CCD-Kamerasignal einer neuen CCD-Kamera und die Messwerte 1.2 das CCD-Kamerasignal nach 120 Millionen Laserpulsen. Die CCD-Kamera wurde mit einem ArF-Laser bei einer Repetitionsrate von 2 kHz bestrahlt. Der Bereich 1.3 zeigt sehr deutlich, dass sich das Kamerasignal durch die Bestrahlung mit UV-Licht verändert. Bei der verwendeten CCD-Kamera änderte sich die Empfindlichkeit der bestrahlten Pixel im Bereich 1.3 um bis zu 65%. Desweiteren wurde der Einfluß der UV-Laserstrahlung auf den Dunkelstrom der CCD-Kamera bestimmt. Das Ergebnis ist graphisch in 2 dargestellt. Die Messwerte 2.1 zeigen den Dunkelstrom in Abhängigkeit von der Pixelnummer der CCD-Kamera vor der Bestrahlung mit UV-Laserstrahlung. Die Messwerte 2.2 zeigen den Dunkelstrom nach 120 Millionen Laserpulsen. Der Dunkelstrom steigt nach der Bestrahlung der CCD-Kamera mit UV-Laserstrahlung leicht an.
  • Im Folgenden wird nun die Korrektur für die Empfindlichkeit der einzelnen CCD-Kamerapixel beschrieben.
  • Die Wellenlänge des Lasers wird in 0.05 pm Schritten geändert, bis die gesamte Wellenlängenänderung 4 pm beträgt. Nach jeder Wellenlängenänderung wird ein Ringsystem abgespeichert. 3 zeigt ein typisches Ringsystem, aufgenommen mit einem ArF-Laser Modell A2005 der Fa. Lambda Physik AG. Die Amplituden der einzelnen Interferenzpeaks unterscheiden sich deutlich. Zusätzlich sind nicht alle Peaks ideal symmetrisch. Oft weisen sie Artefakte, wie Schultern oder kleine Signaleinbrüche in den Flanken auf. Die Ursache hierfür können beschädigte Pixel der CCD-Kamera sein. Die k aufgenommenen Ringsysteme Ck werden pixelweise (i =1 – 2048) aufsummiert.
  • Figure 00030001
  • Im Ergebnis erhält man ein gemitteltes „Ringsystem" R(i). Da die Ringe der einzelnen Ringsysteme kontinuierlich verschoben sind, entspricht das gemittelte Ergebnis näherungsweise dem Bild einer homogen beleuchteten Kamerazeile. Aus diesem Bild wird die Empfindlichkeit S(i) jedes einzelnen Pixels der CCD-Zeile bestimmt.
  • Figure 00040001
  • S(i) ist definiert als Quotient aus der über alle Pixel gemittelten mittleren Empfindlichkeit zum Wert jedes einzelnen Pixels. Damit wird jedem Pixel i ein Korrekturwert S(i) zugeordnet.
  • 4 zeigt das Ringsystem aus 3 mit vorgenommener Korrektur, nach dem oben beschriebenen Verfahren. Die Amplituden der Interferenzpeaks unterscheiden sich nur noch um wenige Prozent. Gleichzeitig ist die Symmetrie der Peaks gestiegen. Die 5 vergleicht die aus unkorrigierten Ringsystemen berechnete Bandbreite 5.1 mit der aus den gleichen korrigierten Ringsystemen berechneten Bandbreiten 5.2. Die Bandbreiteschwankungen haben sich nach der Korrektur deutlich reduziert.
  • Wie oben schon erwähnt, können durch die UV-Laserstrahlung Pixel der CCD-Kamera vollständig zerstört werden. Damit man die CCD-Kamera aber weiter benutzen kann, wurde ein Algorithmus entwickelt, der einzelne defekte Kamerapixel markiert und codiert. Ein defektes Pixel kann z.B. mit dem Wert 0 codiert werden. Durch ein geeignetes Interpolationsverfahren können defekte Pixel somit ausgeglichen werden. Die CCD-Kamera muß daher trotz einzelner defekter Pixel nicht ausgetauscht werden und die Herstellung von Halbleiterchips kann weiterlaufen.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Korrektur von Ungleichmäßigkeiten der Empfindlichkeit von Pixeln einer CCD-Kamera, gekennzeichnet, durch Einrichtungen zum Ändern der Wellenlänge eines Lasers in Schritten von bevorzugt 0,05 pm, ein Fabry-Perot-Etalon zum Erzeugen einer Anzahl (k) von Ringsystemen auf der CCD-Kamera, einen Speicher zum Abspeichern der mit der CCD-Kamera gemessenen Ringsysteme, und einen Rechner zum Ermitteln der Empfindlichkeiten S(i) der einzelnen Pixel aufgrund der abgespeicherten Ringsysteme.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, um die aufgenommenen Ringsysteme Ck pixelweise aufzusummieren:
    Figure 00050001
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, um aus der über die Ringsysteme gebildeten Summe die Empfindlichkeit S(i) jedes einzelnen Pixels der CCD-Kamera zu bestimmen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, die Empfindlichkeit S(i) wie folgt zu ermitteln:
    Figure 00050002
    Figure 00060001
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, um jedem Pixel (i) der CCD-Kamera einen Korrekturfaktor S(i) zuzuordnen.
  6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner gemäß einem Algorithmus programmiert ist, um defekte Kamerapixel zu markieren und zu codieren.
  7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, um defekte Pixel zu interpolieren.
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