專利名稱：光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光束對準領(lǐng)域，是一種用于光刻機曝光系統(tǒng)的光束位置和角度的調(diào)節(jié)
>J-U裝直。
背景技術(shù)：
光學(xué)系統(tǒng)(尤其是大型的、復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng))極易受到使用環(huán)境中各種動態(tài)干擾的影響，環(huán)境溫度變化、大氣湍流、灰塵煙霧以及各種原因引起的機械振動，都會不同程度地影響光學(xué)系統(tǒng)的性能，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作，因此，在精密光學(xué)設(shè)備的研制過程中需要高精度的光束位置和角度的調(diào)節(jié)機構(gòu)。以光刻機為例,在光刻機曝光系統(tǒng)中，存在多種因素可能導(dǎo)致激光器出射光束偏離預(yù)定的位置和角度:①激光器的輸出光束自身存在位置和角度的偏移激光器與光刻機照明系統(tǒng)底部模塊處于不同的基底上，這兩個基底的震動特性存在顯著差異易導(dǎo)致光束位置和角度的偏移；③從激光器光束出射口至光刻機照明系統(tǒng)底部模塊的最長傳輸距離為20m，光束在傳輸過程中極易受到擾動而偏離預(yù)定的位置和角度。所以，有必要對進入底部模塊的光束的位置和角度進行糾正，從而使照明系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)的光強分布。光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置是光刻機不可缺少的一部分，主要功能是探測光束角度及位置的偏移量，然后對光束進行準實時的伺服控制，將激光器出射光束調(diào)節(jié)在需要的方向和位置?；镜膸缀纬ＷR告訴我們:兩點確定一條直線。為了實現(xiàn)光束精確對準，光束需經(jīng)過空間中的兩個固定點，第一個點確定光束的中心位置是否偏離，第二個點確定光束的角度是否偏離。在傳統(tǒng)的光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置中，每一個點都需要一個探測器，這兩個探測器可以分別進行控制。常用的光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置來源于一個美國專利“Optical BeamSteering and Sample Apparatus and Method”，專利號 US7528364B2,此專利
公開日為2007年，在2009年獲得授權(quán)。該專利的作者曾經(jīng)在Newport公司工作，在專利中所提到的第一個用途就是用于光刻機中光束的調(diào)節(jié)。專利用兩個探測器來測量光斑的位置。專利主要提供了一種算法，即根據(jù)兩個探測器的光斑位置信息，得出兩個電動反射鏡應(yīng)該偏轉(zhuǎn)的角度。同時，也能指定光束的位置偏移和角度偏移。對于光刻機來說，過多的光路和元件會使得系統(tǒng)極其龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本和維護難度高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光刻機曝光系統(tǒng)的光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置，該裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)光束位置和角度的精確調(diào)節(jié)，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種用于光刻機曝光系統(tǒng)的光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置，其特點在于該裝置由沿光束前進方向依次的普通透鏡、雙焦鏡、圖像傳感器和計算機構(gòu)成，所述的普通透鏡和所述的雙焦鏡的長焦距共焦點，所述的圖像傳感器感光面位于所述的雙焦鏡的后焦面，所述的圖像傳感器的中心在系統(tǒng)光軸上，所述的圖像傳感器的輸出端與所述的計算機的輸入端相連。所述的雙焦鏡可以是雙焦鏡或普通透鏡和雙焦鏡的組合，雙焦鏡的兩個面都鍍有反射膜，當(dāng)光束通過雙焦鏡前后兩個面的光束和透過雙焦鏡前表面后經(jīng)后表面、前表面兩次反射后再透過后表面的光束將會聚在不同的焦點上，形成兩個焦距，因此稱為雙焦鏡，我們將雙焦鏡中較長的那個焦距稱為長焦距，另一個稱為短焦距。普通透鏡和雙焦鏡共焦點可以同時得到聚焦光路和望遠光路。普通透鏡用來對光束第一次成像，雙焦鏡用來對通過第一次成像點的光束進行第二次成像，所成的像包括兩部分；通過第一次成像點的光束經(jīng)雙焦鏡后平行出射，在圖像傳感器上形成一個光斑像，望遠光路對光束的位置偏移敏感，而對光束的角度偏移不敏感，因此該光斑像可以用來測量光束的實際位置相對參考位置的偏移量；通過第一個像點的光束經(jīng)雙焦鏡后再次聚焦，在圖像傳感器上形成一個像點，聚焦光路對光束的角度偏移敏感，而對光束的位置偏移不敏感，因此該像點可以用來測量光束的實際角度相對參考角度的偏移量，這樣通過同一個光學(xué)系統(tǒng)，在同一個圖像傳感器上可以同時得到望遠光路和聚焦光路的像，在計算機上可以實時顯示出來。若光束的位置偏離預(yù)定的位置，則計算機上顯示出的光斑像的中心不在圖像傳感器的中心；若光束的角度偏離預(yù)定的角度，則計算機上顯示出的光斑像的中心與像點不重合；調(diào)整光束的位置和角度，使光束在計算機上顯示出的光斑像的中心與圖像傳感器的中心、像點重合，則光束的位置和角度調(diào)節(jié)在預(yù)定的位置和角度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果如下:1.系統(tǒng)利用率高、節(jié)省成本和空間。光束位置和角度信息可以同時通過該光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置進行顯示，并可將光束的位置和角度調(diào)節(jié)在預(yù)定的位置和角度，所以提高了系統(tǒng)利用率、節(jié)省成本和空間。2.維護簡單。


圖1為本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)框2為本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置在實際應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置中雙焦鏡的一種結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置中雙焦鏡的另一種結(jié)構(gòu)示意5為本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施實例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明光束位置和角度測量裝置由沿光束前進方向的普通透鏡01、雙焦鏡02、圖像傳感器03和計算機04構(gòu)成，所述的普通透鏡01和所述的雙焦鏡02的長焦距共焦點，所述的圖像傳感器03感光面位于所述的雙焦鏡的后焦面，所述的圖像傳感器03的輸出端與所述的計算機04的輸入端相連。雙焦鏡02是雙焦鏡或普通透鏡和雙焦鏡的組合。雙焦鏡的兩個面都鍍有反射膜，當(dāng)光束入射到雙焦鏡前表面時，一部分光直接通過雙焦鏡前、后表面出射(如圖中粗實線所示)；一部分光經(jīng)雙焦鏡后、前表面兩次反射后再經(jīng)由雙焦鏡后表面出射(如圖中細實線所示)，兩部分光同時成像在圖像傳感器03上。根據(jù)需要，可以自由給定普通透鏡01的焦距f':和雙焦鏡02的長焦距f' %或短焦距f' 2S，因為光束通過普通透鏡01得到的像以及第一個像通過雙焦鏡02的聚焦光路第二次成的像都為實像，所以f' 1、f' 2L> 23同為正數(shù)。普通透鏡01可以是正透鏡或正、負透鏡的組合。任意選擇普通透鏡01和雙焦鏡02的材料、曲率半徑、厚度以及兩者之間的距離d，將這些參數(shù)代入光學(xué)設(shè)計軟件(ZEMAX、CODE V等)，并將普通透鏡01和雙焦鏡02的曲率半徑、厚度、以及兩者之間的距離d設(shè)為變量進行優(yōu)化設(shè)計，在運用軟件ZEMAX進行優(yōu)化設(shè)計的過程中，可以使用操作數(shù)EFFL來控制普通透鏡01的焦距f'工和雙焦鏡02的長焦距f' %得到一個望遠光路，則聚焦光路也相應(yīng)確定，雙焦鏡02的短焦距f' 2S可以從軟件中讀出；或使用操作數(shù)EFFL來控制普通透鏡01的焦距f' I和雙焦鏡02的短焦距f' 2S，得到一個聚焦光路，同時使用操作數(shù)RAED或RAEN來控制平行光通過普通透鏡01和雙焦鏡02后直接出射或經(jīng)雙焦鏡兩次反射后再出射的光線角度為0，則望遠光路也相應(yīng)確定。如圖1所不,在直角坐標系中，Z軸為系統(tǒng)的光軸方向，Pl為要測量光束的輸入平面，P2為圖像傳感器03的感光面，P1、P2分別位于X O1Y平面、X O2Y平面，點O1、點O2分別為P1、P2的中心，點A為測量光束的中心，L為測量光束的輸入平面Pl和普通透鏡01之間的距離，圖中陰影部分為測量光束經(jīng)普通透鏡01和雙焦鏡02的望遠光路在P2上所成的光斑像，點B為該光斑像的中心，點C為測量光束經(jīng)普通透鏡01和雙焦鏡02的聚焦光路在P2上所成的像點。這樣通過普通透鏡01和雙焦鏡02，在同一個圖像傳感器03上可以同時得到望遠光路和聚焦光路的像，圖像傳感器03的輸出端與計算機04的輸入端相連，圖像傳感器03上所成的像可以在計算機04上實時顯示出來。圖2是本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置在實際應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)示意圖。若光束的位置偏離預(yù)定的位置，則計算機04上顯示出的光斑像的中心(點B)不在圖像傳感器03的中心(點O2);若光束的角度偏離預(yù)定的角度，則計算機04上顯示出的光斑像的中心(點B)與像點(點C)不重合；通過調(diào)節(jié)圖2所示的反射鏡Ml和M2的位置和角度，使光束在計算機04上顯示出的光斑像的中心(點B)與圖像傳感器03的中心(點O2)、像點(點C)重合，則光束的位置(點A)與角度調(diào)節(jié)在預(yù)定的位置(點O1)和角度(Z軸正向)。雙焦鏡有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是凸透鏡形式，如圖2所示，直接出射的是平行光線，經(jīng)雙焦鏡后、前表面兩次反射后再出射的是聚焦光線；一種為凹透鏡形式，如圖3所示，要得到聚焦光路需采用與凸透鏡組合的結(jié)構(gòu)，直接出射的是聚焦光線，經(jīng)雙焦鏡后、前表面兩次反射后再出射的是平行光線。下面是一個實施例本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)如圖4所示。雙焦鏡02b的結(jié)構(gòu)采用的是凹透鏡形式，要得到聚焦光路需采用與凸透鏡02a組合的結(jié)構(gòu)，直接出射的是聚焦光線，經(jīng)透鏡02b后、前表面兩次反射后再出射的是平行光線。入射光經(jīng)雙焦鏡02b后被分成兩部分，一部分光直接通過其前、后表面出射(如圖中粗實線所示);一部分光經(jīng)后、前表面兩次反射后再經(jīng)由后表面出射(如圖中細實線所示)，兩部分光同時成像在圖像傳感器03上，圖像傳感器03的輸出端與計算機04的輸入端相連，圖像傳感器03上所成的像可以在計算機04上實時顯示出來。假設(shè)所需普通透鏡01的焦距為100mm，雙焦鏡的短焦距為50mm，測量光束的輸入平面Pl和普通透鏡01之間的距離為1000mm，入射光的波長為555nm，所述的普通透鏡01、02a和雙焦鏡02b的折射率均為1.52，任取3個鏡片的半徑都為100_，厚度為5_，半徑都為100mm。在光學(xué)設(shè)計軟件ZEMAX中，通過優(yōu)化3個鏡片的曲率半徑、厚度以及三者之間的距離，使用操作數(shù)RAED或RAEN來控制平行光通過普通透鏡01、02a和雙焦鏡02b后直接出射或經(jīng)雙焦鏡兩次反射后再出射的光線角度為0，即得到一個望遠光路；同時使用操作數(shù)EFFL來控制普通透鏡01的焦距f' I以及普通透鏡02a和雙焦鏡02b組合的短焦距f' 2S，則可得到一個聚焦光路，因此可以設(shè)計出所需的結(jié)構(gòu)，如圖4所示。沿光束前進方向的普通透鏡01、02a和雙焦鏡02b具體參數(shù)為:普通透鏡01前、后面的半徑分別為102.84mm、-102.84mm,厚度為5mm,普通透鏡02a前、后面的半徑分別為22.04mm、_32.63mm,厚度為10mm,雙焦鏡02b前、后面的半徑分別為-15.47mm、_41.43mm,厚度為10mm，普通透鏡01和普通透鏡02a以及普通透鏡02a和雙焦鏡02b之間的距離分別為233.1mm 和 6.2mm。圖4所示的雙焦鏡02b和圖像傳感器03之間的距離為45.2mm。圖中細實線所示為望遠光路，望遠光路只對光束位置的變化敏感，而對光束角度的變化不敏感，可以用來測量光束的實際位置相對參考位置之間的偏移量；圖中粗實線所示為聚焦光路，聚焦光路只對光束角度的變化敏感，而對光束位置的變化不敏感，可以用來測量光束的實際角度相對參考角度之間的偏移量。若光束的位置偏離預(yù)定的位置，則計算機04上顯示出的光斑像的中心(點B)不在圖像傳感器03的中心(點O2);若光束的角度偏離預(yù)定的角度，則計算機04上顯示出的光斑像的中心(點B)與像點(點C)不重合；通過調(diào)節(jié)圖2所示的反射鏡Ml和M2的位置和角度，使光束在計算機04上顯示出的光斑像的中心(點B)與圖像傳感器03的中心(點O2)、像點(點C)重合，則光束的位置(點A)與角度調(diào)節(jié)在預(yù)定的位置(點O1)和角度(Z軸正向)。本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置是可行的，實驗表明，利用本發(fā)明光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置可以同時將光束的位置和角度調(diào)節(jié)在預(yù)定的位置和角度。
權(quán)利要求
1.一種用于光刻機曝光系統(tǒng)的光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該裝置由沿光束前進方向的普通透鏡(01)、雙焦鏡(02)、圖像傳感器(03)和計算機(04)構(gòu)成，所述的普通透鏡(01)和所述的雙焦鏡(02)的長焦距共焦點，所述的圖像傳感器(03)感光面位于所述的雙焦鏡的后焦面，所述的圖像傳感器(03)的輸出端與所述的計算機(04)的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的雙焦鏡(02)為雙焦鏡或普通透鏡與雙焦鏡的組合。
全文摘要
一種用于光刻機曝光系統(tǒng)的光束位置和角度的調(diào)節(jié)裝置，其特點在于該裝置由沿光束前進方向依次的普通透鏡、雙焦鏡、圖像傳感器和計算機構(gòu)成，所述的普通透鏡和所述的雙焦鏡的長焦距共焦點，所述的圖像傳感器感光面位于所述的雙焦鏡的后焦面，所述的圖像傳感器的中心在系統(tǒng)光軸上，所述的圖像傳感器的輸出端與所述的計算機的輸入端相連。本發(fā)明裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)光束位置和角度的精確調(diào)節(jié)，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。
文檔編號G03F7/20GK103092001SQ20131001630
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者張善華, 曾愛軍, 袁喬, 黃立華, 任冰強, 黃惠杰 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所