CN104180969B - 灯室光锥的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了灯室光锥的检测装置及其检测方法，该检测装置安装在工装支架上，包括：成像探测器、镜头支架、镜头、标记板以及照明光源，所述成像探测器、镜头、镜头支架以及标记板依次相连，所述照明光源固定在所述镜头的一侧，所述镜头支架固定在所述工装支架上，且所述标记板上还设有十字标记，所述十字标记的中心同时处于所述镜头的物面和椭球反射镜的外焦点上。本发明的检测装置直接检测椭球反射镜的外焦点，将每个椭球反射镜的焦点调节到设计位置，保证椭球反射镜焦点的偏心倾斜都处于公差范围内，以实现灯室组件的模块化和互换性；由于本发明可以实时观测，提高了测试效率；并且本发明采用成像探测器进行图像采集，测试精度比较高。

Description

灯室光锥的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，特别涉及一种椭球反射镜焦点的检测装置及其检测方法。

背景技术

椭球反射镜广泛应用于照明领域，在高新技术如采用汞灯照明的投影物镜光刻机的应用中，需要较高的照度和照明均匀性，对椭球反射镜具有较高的设计和装调精度要求。但由于椭球反射镜的特殊曲面性质，检测椭球反射镜的焦点比较困难，无论采用机械打表还是采用定心仪都无法实现。

如图1所示，为一种汞灯灯室，汞灯发出的光经过椭球反射镜2和平面反射镜1投射到灯室的外面形成一定的光锥，作为光源使用。光锥相对于灯室的对外接口需要满足一定的偏心和倾斜精度要求，以满足灯室和其他组件的装配需求。但由于灯室中各零件的加工配合误差，导致灯室发出的光锥无法满足精度要求，所以需要调节图1中的汞灯调节架4和平面反射镜调节机构3来补偿灯室零件的加工和装配误差，将灯室的光锥调节到公差范围内。目前的调节方法有两种：

1、灯室不做单独调整，灯室装好后便与其他组件如照明组件装配在一起调整，根据整体的性能再调节灯室中的椭球反射镜2和汞灯5的位置。这种方法的缺点有：一、不利于灯室的模块化和灯室的互换性，一旦灯室出现问题需要更换，灯室就需要重新调整，且不能保证每次更换后性能保持一致；二、灯室与其他组件装配好后调整，如果整体出现问题，无法区分是灯室的问题还是其他组件的问题；三、无法将汞灯5的调节和平面反射镜1的调整解偶开来。

2、通过测量灯室光锥的大小和半影（即：光斑从亮到暗的过度宽度）来实现。继续参照图1，通过将能量探测器8固定在三维运动台7上，三维运动台7固定在运动台固定支架6上。调节三维运动台7使得能量探测器8的探测孔中 心处于理论设计位置，并用三维运动台6带动能量探测器8扫描光斑的大小和半影，来判断光锥的位置是否在公差范围内。这种方法的缺点有：一、调节时间比较长，每次调节完椭球反射镜2和汞灯5后都需要重新扫描一遍，当需要微调时很容易调整过了，造成反复调整；二、能量探测器8的探测孔中心调节到理论位置误差比较大，造成该方法测试误差较大；三、无法将汞灯4的调节和平面反射镜1的调整解耦开来。

发明内容

本发明提供一种椭球反射镜焦点的检测装置及其检测方法，实现高效率、高精度的检测出椭球反射镜的焦点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种椭球反射镜焦点的检测装置，安装在工装支架上，包括：成像探测器、镜头支架、镜头、标记板以及照明光源，所述成像探测器、镜头、镜头支架以及标记板依次相连，所述照明光源固定在所述镜头的一侧，所述镜头支架固定在所述工装支架上，并且所述标记板上还设有十字标记，所述十字标记的中心同时处于所述镜头的物面和椭球反射镜的外焦点上。

作为优选，在所述的检测装置中，所述镜头采用分光棱镜。

作为优选，在所述的检测装置中，所述标记板上十字标记和十字标记中心以外的区域为光斑探测面，所述光斑探测面经过半透明处理。

作为优选，在所述的检测装置中，所述照明光源的能量和波长参数均与所述成像探测器相匹配。

本发明还提供一种椭球反射镜焦点的检测方法，应用于所述的检测装置中，包括：

步骤1：将椭球反射镜焦点的检测装置通过工装支架固定在椭球反射镜的固定支架上，并使标记板上十字标记的中心处于椭球反射镜的外焦点上；

步骤2：打开照明光源；

步骤3：通过观测成像探测器上采集的图像确认椭球反射镜返回的光斑是否与十字标记的中心重合，且返回的光斑最小；

若是，检测完成；若否，进入步骤4；

步骤4：调节平面反射镜，使椭球反射镜返回的光斑与标记板上十字标记的中心重合，且返回的光斑最小。

作为优选，在所述的检测方法中，步骤4通过分别调节调整机构来调节平面反射镜。

作为优选，在所述的检测方法中，所述调整机构包括三个调节螺柱，同时调节三个调节螺柱使得平面反射镜平移；调节第一个调节螺柱，实现平面反射镜的Rx向调整；同时调节第二个和第三个调节螺柱，实现平面反射镜的Ry向调整

作为优选，在所述的检测方法中，步骤3中，通过肉眼观察或者软件算法确认椭球反射镜返回的光斑是否与十字标记的中心重合，且返回的光斑最小。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过椭球反射镜焦点的检测装置直接检测椭球反射镜的外焦点，将每个椭球反射镜的焦点调节到设计位置，保证椭球反射镜焦点的偏心倾斜都处于公差范围内，以实现灯室组件的模块化和互换性；由于本发明可以实时观测，不需要扫描，可以提高测试的效率；并且本发明采用成像探测器进行图像采集，测试精度比较高；并且本发明的检测装置的通用性比较好，在不同项目的灯室上都可以使用。

附图说明

图1为现有技术中调整椭球反射镜焦点的示意图；

图2为本发明一具体实施方式中椭球反射镜及其检测装置的结构示意图；

图3为图2中的A部放大图；

图4为图2的光路示意图；

图5为图4中的B部放大图；

图6a～图6b分别为理想光斑的图像和二值图像；

图7a～图7b分别为光斑相对于十字标记中心偏移的示意图；

图8a～图8b分别为测量检测装置系统误差时光斑的图像和二值图像；

图9a～图9b分别为光斑偏移0.02mm时的图像和二值图像；

图10a～图10b分别为倾斜0.02度时的图像和二值图像。

图1中：1-平面反射镜、2-椭球反射镜、3-平面反射镜调节机构、4-汞灯调 节架、5-汞灯、6-运动台固定支架、7-三维运动台、8-能量探测器。

图2～10b中：101-固定支架、102-椭球反射镜、103-平面反射镜、104-定位柱、105-工装支架、106-调整机构、106110621063-调节螺柱、20-检测装置、201-成像探测器、202-镜头支架、203-镜头、204-标记板、205-照明光源、206-十字标记、207-光斑探测面。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

一种椭球反射镜焦点的检测装置20，如图2～图5所示，通过工装支架105安装在椭球反射镜102的固定支架101上。具体地，检测装置20包括：成像探测器201、镜头支架202、镜头203、标记板204以及照明光源205，所述成像探测器201、镜头203、镜头支架202以及标记板204依次相连，所述照明光源205固定在所述镜头203的一侧，所述镜头支架202固定在所述工装支架105上，并且所述标记板204上还设有十字标记206，并且所述十字标记206的中心同时处于所述镜头203的物面和椭球反射镜102的外焦点上。本发明通过照明光源205为检测装置20提供光源，并在十字标记206的中心形成具有一定反射角度的点光源，椭球反射镜102在标记板204上形成所述点光源的反射像（光斑），从而使标记板204上的十字标记206通过镜头203成像在成像探测器201上，成像探测器201根据接收到的图像判断灯室的光锥位置是否准确。因此，本发明通过确认椭球反射镜102的反射像是否与基本标记（十字标记206）中心重合，即可判断灯室的光锥位置是否正确，具有检测效率高和精确度高的特点。较佳的，所述镜头203采用分光棱镜。

较佳的，请参照图5，并结合图2至4，所述标记板204上十字标记206和十字标记206中心以外的区域为光斑探测面207，所述光斑探测面207经过半透明处理，确保返回的光斑能够透过所述标记板204，形成光路。当然，为能够给本发明的检测装置20提供合适的照度，所述照明光源205的能量和波长参数均 与所述成像探测器201相匹配。

请继续参照图2～5，并参照图6a～8b，本发明还提供一种椭球反射镜焦点的检测方法，应用于上述的椭球反射镜焦点的检测装置20中，包括：

步骤1：将检测装置20通过工装支架105固定在固定支架101上，并使标记板204上十字标记206的中心处于椭球反射镜102的外焦点上。请重点参照图2，具体地，椭球反射镜102通过定位柱104实现与固定支架101的定位固定，椭球反射镜102上方的平面反射镜103通过调整机构106固定在固定支架101上，所述调整机构106上设有三调节螺柱1061、1062、1063，通过所述三个调节螺柱1061、1062、1063可以实现平面反射镜103的偏移和倾斜调整，同时旋转调节螺柱1061、1062、1063可以实现平面反射镜103的平移，旋转调节螺柱1062、1063可以实现平面反射镜103的Ry向调整，旋转调节螺柱1061可以实现平面反射镜103的Rx向调整。

步骤2：打开照明光源205；请重点参照图4，此时，照明光源205产生的光线经镜头203在标记板204上形成具有一定发射角度的点光源，所述的发射角度与椭球反射镜102相匹配，点光源经平面反射镜103和椭球反射镜102的反射，反射汇聚的光点投射到标记板204上十字标记206以外区域上，即光斑探测面207上，由于光斑探测面207位于检测装置20的成像光路的物面上，所以成像光路会将返回的光斑与十字标记206同时成像在成像探测器201内。

步骤3：通过观测成像探测器201上采集的图像确认椭球反射镜102返回的光斑是否与十字标记206的中心重合，且返回的光斑最小，若不重合，则进入步骤4，若重合，则检测完成，此时，平面反射镜103和椭球反射镜102反射的光斑在光斑探测面207上的分布如图6a所示，成像探测器201上形成的图像如图6b所示，图6b为图6a的二值图像。较佳的，本步骤中，可以通过肉眼观察或者软件算法来确认椭球反射镜102返回的光斑是否与十字标记206的中心重合，且返回的光斑最小。

步骤4：调节平面反射镜103，使椭球反射镜102返回的光斑与标记板204上十字标记206的中心重合，且返回的光斑最小。具体地，当平面反射镜103没有调整到合适位置时，椭球反射镜102外焦点会偏离十字标记206的中心，且主光线存在倾斜，如图7a和图7b所示，此时光斑直径比较大，即图中d/b的 比值比较大。此时，调整步骤包括：

a、旋转调节螺柱1062、1063，使得椭球反射镜102外焦点处的光斑沿图7a中X方向向十字标记206中心靠拢，同时观察d/b的比值的变化，使得d/b的比值最小；

b、旋转调节螺柱1061，使得椭球反射镜102外焦点处光斑沿图7a中Z方向向十字标记206中心靠拢，同时观察d/b的比值的变化，使得d/b的比值最小；

c、同时旋转调节螺柱1061、1062和1063，使得椭球反射镜102外焦点处的光斑沿图7a中Z方向向十字标记206中心靠拢，同时观察d/b的比值的变化，使得d/b的比值最小；

d、重复a、b、c步骤，使得椭球反射镜102外焦点处光斑中心在图7a的Z方向与十字标记206中心重合，同时d/b的比值最小；

请参照图8a～8b，通过成像探测器201测量图8a～8b中的（a2-a1）/2/b的比值，则可以计算出椭球反射镜102外焦点处返回的光斑中心沿X方向与十字标记206中心的偏移值，此值作为系统误差，平面反射镜103无法补偿该系统偏移误差，此误差由图2中定位柱104的定位误差造成，误差量比较小，可以在整体装配时进行补偿。

需要说明的是，只要分别给平面反射镜103带入一定的偏移量，通过成像探测器201显示确认，即可分辨出最小的偏移和倾斜量，也就是检测装置20的测量精度。设定因为定位柱104定位精度造成椭球反射镜的外焦点光斑中心沿X方向的偏移量为0.03mm，请参照图9a～10b，返回的光斑的偏移精度小于0.02mm、倾斜精度小于0.002度，偏移倾斜精度满足灯室的精度要求。

综上所述，本发明提供的椭球反射镜焦点的检测装置及其检测方法，该检测装置通过工装支架105安装在椭球反射镜102的固定支架101上。具体地，检测装置20包括：成像探测器201、镜头支架202、镜头203、标记板204以及照明光源205，所述成像探测器201、镜头203、镜头支架202以及标记板204依次相连，所述照明光源205固定在所述镜头203的一侧，所述镜头支架202固定在所述工装支架105上，并且所述标记板204上还设有十字标记206，并且所述十字标记206的中心同时处于所述镜头203的物面和椭球反射镜102的外焦点上。本发明通过直接检测椭球反射镜102的外焦点，将每个椭球反射镜102 的焦点调节到设计位置，保证椭球反射镜102焦点的偏心倾斜都处于公差范围内，以实现灯室组件的模块化和互换性；由于本发明可以实时观测，不需要扫描，可以提高测试的效率；并且本发明采用成像探测器201进行图像采集，测试精度比较高；并且本发明的检测装置20的通用性比较好，在不同项目的灯室上都可以使用。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种灯室光锥的检测装置，灯室包括平面反射镜和椭球反射镜，所述灯室光锥的检测装置安装在工装支架上，所述灯室光锥的检测装置包括：成像探测器、镜头支架、镜头、标记板以及照明光源，所述成像探测器、镜头、镜头支架以及标记板依次相连，所述照明光源固定在所述镜头的一侧，所述镜头支架固定在所述工装支架上，并且所述标记板上还设有十字标记，所述十字标记的中心同时处于所述镜头的物面和椭球反射镜的外焦点的设计位置上；所述照明光源为检测装置提供光源，并在所述十字标记的中心形成具有一定反射角度的点光源，所述点光源经所述平面反射镜和椭球反射镜反射，反射汇聚的光点投射到所述标记板，并通过所述镜头成像在所述成像探测器上，所述成像探测器根据接收到的图像确认反射像是否与十字标记中心重合，进而判断所述灯室光锥的位置相对所述设计位置的偏心倾斜是否在公差范围内。

2.如权利要求1所述的灯室光锥的检测装置，其特征在于，所述镜头采用分光棱镜。

3.如权利要求1所述的灯室光锥的检测装置，其特征在于，所述标记板上十字标记和十字标记中心以外的区域为光斑探测面，所述光斑探测面经过半透明处理。

4.如权利要求1所述的灯室光锥的检测装置，其特征在于，所述照明光源的能量和波长参数均与所述成像探测器相匹配。

5.一种灯室光锥的检测方法，应用于如权利要求1～4任一项所述的检测装置中，其特征在于，包括：

步骤1：将灯室光锥的检测装置通过工装支架固定在椭球反射镜的固定支架上，并使标记板上十字标记的中心处于椭球反射镜的外焦点上；

步骤2：打开照明光源；

步骤3：通过观测成像探测器上采集的图像确认椭球反射镜返回的光斑是否与十字标记的中心重合，且返回的光斑最小；

若是，检测完成；若否，进入步骤4；

步骤4：调节平面反射镜，使椭球反射镜返回的光斑与标记板上十字标记的中心重合，且返回的光斑最小。

6.如权利要求5所述的灯室光锥的检测方法，其特征在于，步骤4通过调节调整机构来调节平面反射镜。

7.如权利要求6所述的灯室光锥的检测方法，其特征在于，所述调整机构包括三个调节螺柱，同时调节三个调节螺柱使得平面反射镜平移；调节第一个调节螺柱，实现平面反射镜的Rx向调整；同时调节第二个和第三个调节螺柱，实现平面反射镜的Ry向调整。

8.如权利要求5所述的灯室光锥的检测方法，其特征在于，步骤3中，通过肉眼观察或者软件算法确认椭球反射镜返回的光斑是否与十字标记的中心重合，且返回的光斑最小。