一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置及监测方法与流程

本申请涉及光刻机光学补偿的，尤其是涉及一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置及监测方法。

背景技术：

1、在光刻机照明系统中，激光器输出光束一方面存在位置和指向的漂移，另一方面，经过长距离传输后，其位置和指向也可能受到环境因素的影响而产生偏移，因此，光刻机照明系统往往需要使用光稳机构对相关偏移进行实时补偿，以保证曝光过程中在硅片面得到光强分布均匀且稳定的照明光场，而对光束的有效监测，则是准确执行补偿的重要前提。

2、目前，在对光束进行监测时，主要分为光束指向监测和光束位置监测， 然而，现有的光束监测装置在光束指向监测与光束位置监测两者之间存在明显的倾向性，突出指向监测的装置，在位置监测方面往往精度有限，而突出位置监测的，对指向监测的精度则相对较低，且难以兼容不同尺寸的光斑。在不牺牲指向监测精度的情况下，对光束位置进行高精度监测，并将两者实现紧凑的一体化集成，对于研制高精度光稳装置具有重大促进作用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本申请提供一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置及监测方法，具有在保证对光束指向监测精度的情况下，实现对光束位置高精度监测的效果。

2、第一方面，本申请提供的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，采用如下的技术方案：

3、一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，包括壳体，所述壳体上设置有进光区，所述壳体内设置有光束通道；光学玻璃，固定设置于进光区内，用于将光束反射至壳体内的光束通道内；光束指向检测机构，设置于光束通道内，用于检测光束的指向；光束调制器，设置于光束通道内，所述光束调制器上设置有四个感光区域，每个所述感光区域内均设置有转折镜片；apd四象限光电传感器，固定设置于壳体上，所述光束调制器上的四个感光区域与apd四象限光电传感器上的四个象限一一对应，且各所述感光区域内的转折镜片分别用于将光束投射到apd四象限光电传感器上对应的象限上。

4、可选的，根据apd四象限光电传感器上各象限输出的光斑的电压值，计算以下两项系数δx和δy：

5、δx=[(a+b)-(c+d)]/[(a+b)+(c+d)]

6、δy=[(a+d)-(b+c)]/[(a+d)+(b+c)]

7、其中，a、b、c、d分别为apd四象限光电传感器上四个象限输出的电压值，根据计算出的δx和δy的数值，判定光束的偏移方向，光束的偏移量与δx和δy的数值均呈线性关系，并根据δx和δy的数值，通过在线标定测算光束的偏移量。

8、可选的，所述壳体包括主光路框架和主体框架，所述主光路框架与主体框架可拆卸连接，所述进光区设置在主光路框架上，所述光束通道和光束调制器均设置在主体框架上，所述主光路框架上开设有与进光区连通的连接口，所述连接口用于对接光束通道。

9、可选的，所述光束调制器包括固定设置在主体框架上的基板，以及固定设置在基板上的多个镜片支架，四个所述感光区域均设置在基板上，且所述镜片支架与感光区域一一对应，所述转折镜片固定在对应感光区域的镜片支架上，且各所述转折镜片均倾斜设置。

10、可选的，所述主光路框架的侧壁开设有与进光区连通的第一检修口，所述光学玻璃设置在第一检修口位置，且与主光路框架可拆卸连接，所述主光路框架上设置有用于封闭第一检修口的第一端盖。

11、可选的，所述连接口处固定设置有防尘镜片。

12、可选的，所述主光路框架上开设有与进光区连通的第二检修口，所述第二检修口处设置有用于封闭第二检修口的第二端盖。

13、可选的，所述光束指向检测机构包括固定设置在光束通道内的光学镜片，以及固定设置在主体框架上的psd光学传感器，所述光学镜片用于将光束反射至psd光学传感器的感光区内。

14、第二方面，本申请提供一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置的监测方法，采用如下的技术方案：

15、一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置的监测方法，包括以下步骤：

16、s1、光线射入，将光束垂直射入壳体的进光区内，通过光学玻璃将光束反射至光束通道内；

17、s2、光束指向监测，进入光束通道内的一部分光束通过光束指向检测机构对光束的指向进行高精度监测；

18、s3、光束位置监测，进入光束通道内的另一部分光束照射在光束调制器上的四个感光区域内，并分别通过各感光区域内的转折镜片将光束投射到apd四象限光电传感器上对应的象限上，通过apd四象限光电传感器分别监测四个象限上光斑的能量强度；

19、s4、光束偏移量计算，当光束未发生偏移时，apd四象限光电传感器上各象限上光斑的电压值一样，当光束发生偏移时，apd四象限光电传感器上各象限上光斑的电压值会发生变化，并根据各象限上光斑电压值的变化情况，测算光束的偏移方向和偏移量。

20、可选的，光束截面区域的划分方式主要涉及光束调制器上四个感光区域的转折镜片，在不超过光束截面自身尺寸的基础上，光束调制器上四个感光区域的转折镜片反射出来的光斑间隙越大，灵敏度越高，在对光束位置进行监测时，需要根据被测光束截面尺寸的理论范围，调节光束调制器上四个感光区域内的转折镜片的间隙以及倾斜角度。

21、综上所述，本申请具有以下有益技术效果：

22、1.光束进入进光区内，通过光学玻璃将光束反射至光束通道内，进入光束通道内的一部分光束通过光束指向检测机构对光束的指向进行高精度监测，进入光束通道内的另一部分光束照射在光束调制器上的四个感光区域内，并分别通过各感光区域内的转折镜片将光束投射到apd四象限光电传感器上对应的象限上，之后通过apd四象限光电传感器分别监测四个象限上光斑的能量强度，当光束未发生偏移时，apd四象限光电传感器上各象限上光斑的电压值一样，当光束发生偏移时，apd四象限光电传感器上各象限上光斑的电压值会发生变化，并根据各象限上光斑电压值的变化情况，测算光束的偏移方向和偏移量，进而实现对光束位置的高精度监测。

技术特征：

1.一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，其特征在于：根据apd四象限光电传感器(3)上各象限输出的光斑的电压值，计算以下两项系数δx和δy：

3.根据权利要求1所述的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，其特征在于：所述壳体(1)包括主光路框架(11)和主体框架(12)，所述主光路框架(11)与主体框架(12)可拆卸连接，所述进光区(111)设置在主光路框架(11)上，所述光束通道(121)和光束调制器(4)均设置在主体框架(12)上，所述主光路框架(11)上开设有与进光区(111)连通的连接口(114)，所述连接口(114)用于对接光束通道(121)。

4.根据权利要求3所述的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，其特征在于：所述光束调制器(4)包括固定设置在主体框架(12)上的基板(41)，以及固定设置在基板(41)上的多个镜片支架(42)，四个所述感光区域均设置在基板(41)上，且所述镜片支架(42)与感光区域一一对应，所述转折镜片(43)固定在对应感光区域的镜片支架(42)上，且各所述转折镜片(43)均倾斜设置。

5.根据权利要求3所述的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，其特征在于：所述主光路框架(11)的侧壁开设有与进光区(111)连通的第一检修口(116)，所述光学玻璃(115)设置在第一检修口(116)位置，且与主光路框架(11)可拆卸连接，所述主光路框架(11)上设置有用于封闭第一检修口(116)的第一端盖(1162)。

6.根据权利要求5所述的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，其特征在于：所述连接口(114)处固定设置有防尘镜片(1141)。

7.根据权利要求6所述的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，其特征在于：所述主光路框架(11)上开设有与进光区(111)连通的第二检修口(117)，所述第二检修口(117)处设置有用于封闭第二检修口(117)的第二端盖(1171)。

8.根据权利要求3所述的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置，其特征在于：所述光束指向检测机构包括固定设置在光束通道(121)内的光学镜片，以及固定设置在主体框架(12)上的psd光学传感器(22)，所述光学镜片用于将光束反射至psd光学传感器(22)的感光区内。

9.一种基于权利要求2所述的垂直入射光束光斑位置的综合监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置的监测方法，其特征在于：光束截面区域的划分方式主要涉及光束调制器(4)上四个感光区域的转折镜片(43)，在不超过光束截面自身尺寸的基础上，光束调制器(4)上四个感光区域的转折镜片(43)反射出来的光斑间隙越大，灵敏度越高，在对光束位置进行监测时，需要根据被测光束截面尺寸的理论范围，调节光束调制器(4)上四个感光区域内的转折镜片(43)的间隙以及倾斜角度。

技术总结本申请公开了一种垂直入射光束光斑位置的综合监测装置及监测方法，涉及光刻机光学补偿的技术领域，其包括壳体，壳体上设置有进光区和光束通道；光学玻璃，固定设置于进光区内，用于将光束反射至壳体内的光束通道内；光束指向检测机构，设置于光束通道内，用于检测光束的指向；光束调制器，设置于光束通道内，光束调制器上设置有四个感光区域，每个感光区域内均设置有转折镜片；APD四象限光电传感器，光束调制器上的四个感光区域与APD四象限光电传感器上的四个象限一一对应，且各感光区域内的转折镜片分别用于将光束投射到APD四象限光电传感器上对应的象限上。本申请具有在保证对光束指向监测精度的情况下，实现对光束位置高精度监测的效果。技术研发人员：郑川,杨波受保护的技术使用者：上海泛腾半导体技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29