专利名称：一种光束传输稳定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光束传输领域，特别是涉及一种光束传输稳定装置。
背景技术：
光学投影光刻是利用光学投影成像原理，将掩膜上的集成电路(IC)图形以分步重复或步进扫描曝光的方式将高分辨率的图形转移到涂胶硅片上。图1所示为光学投影光刻系统，其主要包括光束扩束整形系统3，光束传输系统4，光刻照明系统5，掩膜6，光刻物镜7，硅片8。光束2由提供辐射光能的光源1发出，依次经光束扩束整形系统3，扩束整形的光束2，光束传输系统4后进入光刻照明系统5，光刻照明系统5为掩膜6提供光束光瞳形状、相干因子可调的均勻照明光束。掩膜6上的集成电路(IC)图形经过光刻物镜7的成像转移到硅片8上。为了隔绝光源1对光学投影光刻系统的影响，光源1与光刻照明系统5之间的距离相隔一般在5 20米，对于长距离的光束传输，光源1出射光束的微小的位置偏差、指向偏差或光束传输过程中的振动都将使进入光刻照明系统5的光束2不能满足系统性能要求。因此在光束2传输过程中必须包括光束稳定装置，用于实时调节光束位置偏差和指向偏差，保证进入光刻照明系统5的光束2稳定。中国专利CN101487983A提供了一种应用于光刻曝光系统的光束传输装置，如图2所示，该装置由第一光束控制单元141和第二光束控制单元142构成的光束控制模块，光束测量模块16和控制器17组成，第一光束控制单元141和第二光束控制单元142都采用单个二维可控反射镜结构，由光束测量模块16实时测量光束的位置偏差和指向偏差，由控制器17控制光束控制模块的第一光束控制单元141和第二光束控制单元142的转动，调整光束的位置和指向，保证了照明系统具有稳定的远心和均勻性。该系统理论上能够实现对光束位置和指向的实时控制，但在实际应用中，光束的位置偏差和指向偏差偏差主要来源有两种第一种是由脉冲光源1发出的每个脉冲光束2都存在位置偏差和指向偏差，这种偏差属于高频的，微小量偏差；第二种是由地面振动或其它环境因素的影响所产生的光束2位置偏差和指向偏差，这种偏差属于低频，较大量的偏差。由于中国专利CN101487983A中采用的第一光束控制单元141和第二光束控制单元142都是由单个二维可控反射镜构成，而单个二维可控反射镜要做到响应频率快，则二维可控反射镜的调整范围就会较小；同理，二维可控反射镜的调整范围做的较大，则响应频率就会降低。因此单个二维可控反射镜不能够同时满足光束控制单元所需高调节频率和大调节范围的性能要求，即不能同时满足对位置偏差和指向偏差的调节；且该专利结构所采用的由第一光束控制单元141和第二光束控制单元142组成光束控制模块对光束位置偏差和指向偏差的调节是相互影响的，即第一光束控制单元141在调节光束位置偏差的同时会对光束的指向偏差产生影响，第二光束控制单元142在调节光束的指向偏差的同时会影响光束的位置偏差，这就使得光束传输装置的控制算法较为复杂。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够将光束的位置偏差和指向偏差分离，对位置偏差和指向偏差进行独立控制的光束传输稳定装置。为了实现本发明的上述目的，本发明提出的技术方案为一种光束传输稳定装置，包括光束控制模块和控制器46，还包括光束测量模块(45,其特征在于，所述光束控制模块放置于传输光路上，光束控制模块包括第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43 ；光束依次通过第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43后经分光镜44分束，光束经过所述分光镜44后被分为第一光束和第二光束，所述的第一光束占据原光束的绝大部分能量，并继续向前传输进入光刻照明系统，所述的第二光束进入光束测量模块45，所述的控制器46与光束控制模块和光束测量模块45相连，用于向光束控制模块提供控制信号。第一光束控制单元41由调节频率高，调节范围小的高频二维可控反射镜411和调节频率低，调节范围大的低频二维可控反射镜412组成，所述的第二光束控制单元42由调节频率高，调节范围小的高频二维可控反射镜421和调节频率低，调节范围大的低频二维可控反射镜422组成，所述的第三光束控制单元43由调节频率高，调节范围小的高频二维可控反射镜431和调节频率低，调节范围大的低频二维可控反射镜432组成。所述的光束控制模块中，所述的第一光束控制单元41和第二光束控制单元42和第三光束控制单元43转动过程保证其中的两个光束控制单元的转角保持一致，即第一光束控制单元41和第二光束控制单元42的高频二维可控反射镜411、高频二维可控反射镜421的反射镜面在转动过程中始终保持平行，或第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的高频二维可控反射镜421、高频二维可控反射镜431的反射镜面在转动过程中始终保持平行。所述的高频二维可控反射镜411、高频二维可控反射镜421、高频二维可控反射镜431采用相同型号或不同型号的二维可控反射镜，所述的低频二维可控反射镜412、低频二维可控反射镜422、低频二维可控反射镜432采用相同型号的或不同型号的二维可控反射镜，每个光束控制单元内的高频二维可控反射镜和低频二维可控反射镜的位置可以互换。所述的光束控制模块中，还可选择所述的第二光束控制单元42和第三光束控制单元43转动过程转角保持一致，即第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的低频二维可控反射镜422、低频二维可控反射镜432的反射镜面在转动过程中始终保持平行，第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的转动调节光束的位置偏差的同时不影响光束的指向偏差，第一光束控制单元41的转动调节光束的指向偏差。可选的，所述的传输光路任意位置还可放置一个或两个或三个或三个以上的光路转折镜，用于改变光路的传输路径。所述的第一光束控制单元41的高频二维可控反射镜411和低频二维可控反射镜412分别与控制器46相连，所述的第二光束控制单元42的高频二维可控反射镜421和低频二维可控反射镜422分别与控制器46相连，所述的第三光束控制单元43的高频二维可控反射镜431和低频二维可控反射镜432分别与控制器46相连。所述的光束测量模块45包括光束位置测量单元60和光束指向测量单元70。可选的，所述的光束测量模块45包括两个光束位置测量单元70。〔0017〕 本发明与现有技术相比的有益效果主要表现在
〔0018〕 0由于本发明使用调节频率高、调节范围小的二维可控反射镜和调节频率低、调 节范围大的二维可控反射镜组合的光束控制单元结构，可同时实现对高频率和大范围的光 束位置偏差和指向偏差的有效控制。
〔0019〕 2、由于本发明采用三个光束控制单元组成的光束控制模块能够实现对光束位置 偏差和指向偏差的独立调节，简化了控制算法，提高控制效率。
〔0020〕图1为光刻曝光系统结构示意〔0021〕图2为专利⑶101487983八所述光束传输装置示意〔0022〕图3为本发明所述的第一光束控制单元41结构示意〔0023〕图4为本发明所述的光束传输装置第一实施例结构示意〔0024〕图5为本发明所述的光束传输装置第二实施例结构示意〔0025〕图63为本发明所述的位置测量原理〔0026〕图66为本发明所述的指向测量原理〔0027〕图7为本发明所述的光束测量模块一种结构示意〔0028〕图8为本发明所述的光束测量模块另一种结构示意图。
〔0029〕本发明元件序号列表
〔0030〕光源1， 光束2，
〔0031〕光束扩束整形系统3，光束传输系统4，
〔0032〕光刻照明系统5， 掩膜6，
〔0033〕投影物镜系统7， 硅片8，
〔0034〕光束控制单元141， 光束控制单元142，
〔0035〕分束镜15， 光束测量系统16，
〔0036〕控制器17， 光束控制单元20，
〔0037〕高频二维可控反射镜的摆角范围23， 低频二维可控反射镜的摆角范围24，
〔0038〕第一光束控制单元41，第二光束控制单元42，
〔0039〕第三光束控制单元43，高频二维可控反射镜411，
〔0040〕低频二维可控反射镜412，高频二维可控反射镜421，
〔0041〕低频二维可控反射镜422，高频二维可控反射镜431，
〔0042〕低频二维可控反射镜432，分束镜44，
〔0043〕光束测量模块45， 控制器46，
〔0044〕转折镜47， 光束位置测量单元60，
〔0045〕光学系统61， 探测器62，
〔0046〕光束指向测量单元70，光学系统71，
〔0047〕探测器72， 分束镜451，
〔0048〕转折镜452。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作进一步详细地描述。图3为本发明所述的第一光束控制单元41结构示意图。本发明所采用的第一光束控制单元41由响应频率快、调节范围小的高频二维可控反射镜411和响应频率较慢、调整范围大的低频二维可控反射镜412组合构成，高频二维可控反射镜411固接在低频二维可控反射镜412上。通过对高频二维可控反射镜411和低频二维可控反射镜412转动角度的控制就可以改变入射光束2经第一光束控制单元41反射后光束的指向。通过多个光束控制单元对光束指向的调节可以消除光束的位置偏差和指向偏差。高频二维可控反射镜411响应频率快，对光束指向的调节范围小，低频二维可控反射镜412响应频率慢，对光束指向的调节范围较大。图3示意给出了高频二维可控反射镜411对光束指向的调节范围23和低频二维可控反射镜412对光束指向的调节范围24。这种由两种二维可控反射镜组合构成的光束控制单元结构能够很好的满足调整光束偏差所需的高调节频率和大调节范围的性能要求。第二光束控制单元42由响应频率快、调节范围小的高频二维可控反射镜421和响应频率较慢、调整范围大的低频二维可控反射镜422组合构成，高频二维可控反射镜421固接在低频二维可控反射镜422上。第三光束控制单元43由响应频率快、调节范围小的高频二维可控反射镜431和响应频率较慢、调整范围大的低频二维可控反射镜432组合构成，高频二维可控反射镜431固接在低频二维可控反射镜432上。第二光束控制单元42、第三光束控制单元43与第一光束控制单元41的功能和原理相同。图4为本发明所述的一种光束传输稳定装置第一实施例结构示意图。该光束传输装置的光束控制模块由第一光束控制单元41，第二光束控制单元42和第三光束控制单元43构成。O1W2和O3分别为第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的转动中心。入射光束2依次经第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43、转折反射镜47和分光镜44，分光镜44将光束分为两束，一束进入照明系统5、另一束进入光束测量模块45，光束测量模块45与控制器46相连，控制器46分别与第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43相连，光束测量模块45将测量得到的光束的位置偏差和指向偏差信号传输给控制器46，控制器46根据得到的光束位置偏差和指向偏差信号产生相应的控制信号驱动第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43相应可控反射镜的旋转，调节光束的位置偏差和指向偏差。对于不存在位置和指向偏差的理想传输光束而言，如图实线箭头所示，光束依次通过第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的转动中心O1W2和03。光束测量模块45测量得到的光束的位置偏差和指向偏差都为0。第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43不需做相应的转动调节。当入射光束存在位置偏差和指向偏差时，如图4虚线箭头所示，为了保证从第三光束控制单元43出射的光束能够与理想传输光束的传输路径重合，需要调节第一光束控制单元41和第二光束控制单元42的二维可控反射镜的转角，使得由第二光束控制单元42出射的光束与第三光束控制单元43交于转动中心03。调节第三光束控制单元43的二维可控反射镜的转角，使得由第三光束控制单元43出射的光束与理想传输光束保持一致，从而消除光束的位置偏差和角度偏差，保证进入光刻照明系统光束位置和指向的稳定。整个调节过程中光束测量模块45检测光束的位置偏差和指向偏差，并将检测结果转换成为控制信号，通过控制器46控制第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的二维可控反射镜的转动。采用三个光束控制单元排布结构的优点在于能够实现对光束位置偏差和指向偏差的独立控制。保证第一光束控制单元41和第二光束控制单元42在转动过程中转动角度保持一致，即第一光束控制单元41和第二光束控制单元42的高频二维可控反射镜411和低频二维可控反射镜412的反射面始终平行，这样由第二光束控制单元42出射的光束始终与入射到第一光束控制单元41的光束保持平行，即第一光束控制单元41和第二光束控制单元42的转动只影响光束的位置偏差不影响光束的指向偏差，光束指向偏差的调节只由第三光束控制单元43完成。控制器46产生的调节指向偏差的控制信号与第三光束控制单元43连接，用于控制第三光束控制单元43的转动，控制器46产生的调节位置偏差的控制信号与第一光束控制单元41和第二光束控制单元42连接，用于控制第一光束控制单元41和第二光束控制单元42的转动。图5为本发明所述的一种光束传输稳定装置第二实施例结构示意图。入射光束2分别经第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43反射、转折反射镜47和分光镜44，分光镜44将光束分为两束，一束进入照明系统5、另一束进入光束测量模块45，光束测量模块45与控制器46相连，控制器46分别与第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43相连，光束测量模块45将测量得到的光束的位置偏差和指向偏差信号传输给控制器46，控制器46根据得到的光束位置偏差和指向偏差信号产生相应的控制信号驱动第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43相应可控反射镜的旋转，调节光束的位置偏差和指向偏差。该光束传输系统与图4所述的光束传输系统总体结构相同，只是第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的功能及第一光束控制单元41、第二光束控制单元42和第三光束控制单元43与控制器46连接方式不同。第一光束控制单元41与控制器46产生的调节指向偏差的控制信号相连，用于调节光束的指向偏差；第二光束控制单元42和第三光束控制单元43与控制器46产生的调节位置偏差的控制信号相连，用于调节光束的位置偏差。存在偏差的传输光束经过第一光束控制单元41的调节后的出射光束与理想传输光束平行，即消除光束在指向偏差；第二光束控制单元42和第三光束控制单元43在转动过程中转动角度始终保持一致，即保证第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的反射面始终平行，由第三光束控制单元43出射的光束始终与入射到第二光束控制单元42的光束平行，第二光束控制单元42和第三光束控制单元43转动不会影响光束的指向偏差。调整第二光束控制单元42和第三光束控制单元43的转角，使得由第二光束控制单元42出射的光束与第三光束控制单元43交于03，这样由第三光束控制单元43出射的光束与理想传输光束传输路径重合，消除了光束的位置偏差和指向偏差。图6a为本发明采用的光束位置测量单元原理图。光学系统61为双远心光路，探测器62位于系统一倍焦距之外，探测器62位置固定，则探测器62上探测得到光斑位置偏差量Ad与光束的位置偏差量D之比为Ad/D = x/f，其中，χ为探测器62到光学系统61焦距的距离，f为系统焦距长度。根据探测器62上光斑位置偏差量Ad就可以计算实际光束的位置偏差量D。图6b为本发明采用的光束指向测量单元原理图。探测器72位于光学系统71的焦面位置。探测器72检测的光斑位置Ad只与光束的指向角θ相关Ad= θ · ·， ·为系统焦距长度。根据探测器上光斑位置的测量值就可以计算实际光束的指向偏差θ。图7为本发明采用的光束测量模块的一种结构示意图。待测光束经过分束镜451分成两束待测光，一束进入光束位置测量单元60，测量待测光的位置偏差量，另一束经转折镜452进入光束指向测量单元70，测量待测光的指向偏差量。图8为本发明采用的光束测量模块另一种结构示意图。待测光束经过分束镜451分成两束待测光，一束进入光束位置测量单元60，测量待测光的位置偏差量，另一束经转折镜452进入光束位置测量单元60，待测光的指向偏差量可以由两个位置测量单元60探测器检测的位置偏差量的差值与光束传输到两探测器的距离不同求解得到。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种光束传输稳定装置，包括光束控制模块和控制器(46)，还包括光束测量模块 (45)，其特征在于，所述光束控制模块放置于传输光路上，光束控制模块包括第一光束控制单元Gl)、第二光束控制单元0 和第三光束控制单元；光束依次通过第一光束控制单元(41)、第二光束控制单元0 和第三光束控制单元后经分光镜04)分束，光束经过所述分光镜G4)后被分为第一光束和第二光束，所述的第一光束占据原光束的绝大部分能量，并继续向前传输进入光刻照明系统，所述的第二光束进入光束测量模块(45)，所述的控制器G6)与光束控制模块和光束测量模块0 相连，用于向光束控制模块提供控制信号。
2.根据权利要求1所述的所述的一种光束传输稳定装置，其特征在于，第一光束控制单元Gl)由调节频率高，调节范围小的高频二维可控反射镜Gll)和调节频率低，调节范围大的低频二维可控反射镜(41 组成，所述的第二光束控制单元0 由调节频率高，调节范围小的高频二维可控反射镜G21)和调节频率低，调节范围大的低频二维可控反射镜 (422)组成，所述的第三光束控制单元由调节频率高，调节范围小的高频二维可控反射镜G31)和调节频率低，调节范围大的低频二维可控反射镜(43 组成。
3.根据权利要求2所述的所述的一种光束传输稳定装置，其特征在于，所述的光束控制模块中，所述的第一光束控制单元Gl)和第二光束控制单元0 和第三光束控制单元 (43)转动过程保证其中的两个光束控制单元的转角保持一致，即第一光束控制单元Gl) 和第二光束控制单元0 的高频二维可控反射镜G11)、高频二维可控反射镜G21)的反射镜面在转动过程中始终保持平行，或第二光束控制单元0 和第三光束控制单元G3) 的高频二维可控反射镜G21)、高频二维可控反射镜031)的反射镜面在转动过程中始终保持平行。
4.根据权利要求3所述的所述的一种光束传输稳定装置，其特征在于，所述的高频二维可控反射镜G11)、高频二维可控反射镜G21)、高频二维可控反射镜031)采用相同型号或不同型号的二维可控反射镜，所述的低频二维可控反射镜(412)、低频二维可控反射镜 022)、低频二维可控反射镜(43 采用相同型号的或不同型号的二维可控反射镜，每个光束控制单元内的高频二维可控反射镜和低频二维可控反射镜的位置可以互换。
5.根据权利要求4所述的所述的一种光束传输稳定装置，其特征在于，所述的光束控制模块中，还可选择所述的第二光束控制单元0 和第三光束控制单元转动过程转角保持一致，即第二光束控制单元0 和第三光束控制单元的低频二维可控反射镜 022)、低频二维可控反射镜032)的反射镜面在转动过程中始终保持平行，第二光束控制单元0 和第三光束控制单元的转动调节光束的位置偏差的同时不影响光束的指向偏差，第一光束控制单元Gl)的转动调节光束的指向偏差。
6.根据权利要求5所述的所述的一种光束传输稳定装置，其特征在于，可选的，所述的传输光路任意位置还可放置一个或两个或三个或三个以上的光路转折镜，用于改变光路的传输路径。
7.根据权利要求6所述的一种光束传输稳定装置，其特征在于，所述的第一光束控制单元Gl)的高频二维可控反射镜Gll)和低频二维可控反射镜(412)分别与控制器06) 相连，所述的第二光束控制单元0 的高频二维可控反射镜G21)和低频二维可控反射镜(42 分别与控制器06)相连，所述的第三光束控制单元的高频二维可控反射镜(431)和低频二维可控反射镜(43 分别与控制器06)相连。
8.根据权利要求7所述的所述的一种光束传输稳定装置，其特征在于，所述的光束测量模块0 包括光束位置测量单元(60)和光束指向测量单元(70)。
9.根据权利要求8所述的所述的一种光束传输稳定装置，其特征在于，可选的，所述的光束测量模块0 包括两个光束位置测量单元(70)。
全文摘要
本发明提供一种光束传输稳定装置，用于将激光器发射光束传输到照明系统，在所述传输光路上放置光束控制模块，光束控制模块包括第一光束控制单元(41)、第二光束控制单元(42)、第三光束控制单元(43)；在光束控制模块的出射光路上放置分光镜(44)，分光镜(44)将光束分成两束，一束光束进入照明系统(5)，另一束光束进入光束测量模块(45)，光束测量模块(45)与控制器(46)相连，用于向控制器(46)提供测量数据，控制器(46)与光束控制模块的第一光束控制单元(41)、第二光束控制单元(42)、第三光束控制单元(43)相连，用于向光束控制模块提供控制信号，实现同时对光束位置偏差和指向偏差进行调节。
文档编号G03F7/20GK102566318SQ20121003045
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月12日 优先权日2012年2月12日
发明者廖志杰, 张海波, 林妩媚, 王建, 甘大春 申请人:中国科学院光电技术研究所