CN105988211A - 一种能实现全开模式的双镜片激光衰减装置 - Google Patents

Abstract

一种激光衰减装置，包括设置于具有两个通光孔的箱体中的互成镜像的两个偏心安装的镜片，入射光线穿过第一通光孔入射到第一镜片上，穿过第一镜片的光在再次穿过第二镜片后通过通光孔出射，其中，所述两个镜片可以同步运动，并可完全避开光路实现全开模式。

Description

一种能实现全开模式的双镜片激光衰减装置

技术领域

本发明涉及光刻技术，尤其涉及一种用于光刻机的能实现全开模式的双镜片激光衰减装置。

背景技术

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。经常使用的基片为表面涂有光敏感介质的半导体晶片或玻璃基片。在光刻过程中，晶片放在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将特征构图投射到晶片表面。

光刻机的一个重要指标是最小线宽，曝光剂量的过大或不足都将影响光刻胶显影效果，从而降低最小线宽指标。曝光剂量的精密控制，为整个光刻工艺稳定打好基础。

激光衰减装置又称VA（Variable Attenuator）是曝光系统重要组成部分，能够对通过照明系统的光能进行衰减，主要作用是进行剂量控制，保证剂量重复性和准确性。特别是在要求使用低剂量的情况下，通过窗口的脉冲个数太少，不能保证曝光剂量的准确性。VA可以用来降低脉冲能量密度，从而增加某一剂量曝光时所需的脉冲数。在脉冲数定好的情况下，改变VA就意味着直接改变硅片平面的曝光剂量。

常见的VA内部由一片或两片可变衰减片组成，衰减片上进行了特殊的镀膜设计，使得衰减片对不同的入射角度光衰减率（透过率）不同，从而当一定的光能量入射进VA时，旋转衰减片，使之以不同的角度入射到衰减片上，便可以实现所需的出射光能量控制。在衰减片上的反射光再用吸收装置吸收。

单片衰减片VA的缺点是光束前后通过衰减片的两个表面后会引起的一定的“走步”（偏移）。偏移的大小与衰减片的厚度及旋转角度有关。衰减片厚度一定时，旋转角度越大，偏移也越大。

对光束能量的衰减调节也可以采用偏振片（光分束器）和1/2波片。但它只作用于线偏振光。这也是NEWPORT一款可变衰减器的工作原理。线偏振光经过1/2波片后，入射到光分束器上，其S分量被反射后偏转90度从右射出，P分量完全透射过。旋转波片可以控制光的线偏振方向来改变它在分束器上的P分量，从而改变线偏振光通过光分束器后的能量。从分束器出射的光还可以再用一1/2波片来控制它的偏振分量，使之与反射光匹配。但是，偏振分光棱镜由于材料原因最大尺寸只能达到20mm，当VA的入射光斑尺寸大于其值时无法满足要求。另外，根据实际调研的结果，采用该方案VA的最大透过率约为： 95%×92%×95%=83%，其中第一个95%为激光束到达VA时可能达到的最大P/S分量；92%为波片的透过率，第二个95%为偏振分光棱镜的透过率。因此，对于超出范围的最大透过率的指标需求无法满足。

此外，还可以采用偏振片和1/4波片实现对光束能量的衰减调节。激光束经过一个偏振器后起偏为线偏振光，再通过一1/4波片变为椭圆偏振（或线偏振或圆偏振），最后另一偏振器把P和S分量分开，取其中一路作为有用光，另一路用热沉吸收掉。旋转1/4波片可改变线偏振光经过它后的偏振态及其P/S分量，从而实现对光束能量的调节。因为1/4波片可以把椭圆偏振光转变为线偏振光，所以该VA方案的最大透过率为：92%×95%=87.4%，其他优缺点与1/2波片的方案相同。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，该装置包括第一镜片、第二镜片和同步驱动装置，所述同步驱动装置驱动所述第一镜片和第二镜片进行同步转动；所述同步驱动装置包括第一壳体、与所述第一壳体相连的第二壳体、主动轮、从动轮和驱动电机，所述主动轮和从动轮啮合；所述第一镜片的一端连接在第一轴的一端，通过所述第一轴与所述主动轮连接，所述第一轴的另一端连接所述驱动电机；所述第二镜片的一端连接在第二轴的一端，通过所述第二轴与所述从动轮连接；所述第一轴和第二轴均可转动的设置在所述第一壳体和第二壳体上；所述驱动电机驱动所述第一轴转动，所述第一轴带动所述主动轮和第一镜片进行转动，所述主动轮带动所述从动轮转动，进而所述从动轮带动第二轴和第二镜片转动。

其中，所述从动轮与所述第二壳体之间还设有扭簧。

其中，所述第一轴和第二轴均通过轴承连接设置在于所述第一壳体和第二壳体上。

其中，所述轴承外侧还设有轴承端盖。

其中，所述驱动电机通过支架安装于所述第二壳体上。

其中，所述第一镜片设置在第一镜框上，通过所述第一镜框连接于所述第一轴上。

其中，所述第二镜片设置在第二镜框上，通过所述第二镜框连接于所述第二轴上。

其中，所述第一轴与主动轮之间、第二轴与从动轮之间均通过紧固螺钉固定连接。

本发明采用双镜片式偏心轴机构来实现光线衰减及偏移校正的功能，能在较大工作范围内连续衰减，同时能实现光路全开功能；该装置采用分箱式设计，使光学器件和部分机械器件各自拥有独立的工作环境，便于独立维护和监控，尤其用在对光路环境的密封性和洁净度要求较高的情况时，可将易损件和需要润滑的器件独立安装在光路环境以外来满足工况需求；该装置采用齿轮啮合来实现双轴联动功能，其中在从动轴上添加扭簧或其他能提供一定回复力的装置来使两齿轮在工作位置上始终保证同侧齿啮合，从而消除回程间隙带入的误差，能有效实现运动的同步性且降低了两轴间中心距误差对两轴运动同步性带来的影响，长期使用中该方式还能在一定程度上降低齿轮磨损对同步性造成的影响，结构简洁，传动平稳、可靠；该装置采用紧定螺钉固定来实现齿轮与轴的径向固定，这样在安装时可通过工装来保证镜框间某些对应位置的一致性，能有效消减制造和安装中带来的误差。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1所示为根据本发明的激光衰减装置的工作原理图；

图2所示为该装置的全开模式工作原理图；

图3所示为该装置的结构示意图；

图4所示为该装置中的镜框对应位置校准方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图1所示为激光衰减装置的工作原理图。所述装置为箱式结构，包括箱体和盖板10，箱体由第一壳体31和第二壳体32组成，工作时入射光线1通过箱体上的通光孔照射到第一镜框23上的第一镜片21上，透射光继续传播到第二镜框24上的第二镜片22后通过通光孔射出出射光11，两个镜片之间互成镜像。通过处于镜像位置的两片镜片的配合使用，透射光路不会发生系统偏移，被反射的光线照射到安装在箱体四周的吸光材料14或光陷阱上而被吸收或移除。

图2所示为该装置的全开模式工作原理图。图3所示为该装置的结构示意图。该装置包括第一镜片21、第二镜片22和同步驱动装置，所述同步驱动装置驱动所述第一镜片21和第二镜片22进行同步转动；所述同步驱动装置包括第一壳体31、与所述第一壳体31相连的第二壳体32、主动轮33、从动轮34和驱动电机35，所述主动轮33和从动轮34啮合；所述第一镜片1的一端连接在第一轴41的一端，通过所述第一轴41与所述主动轮33连接，所述第一轴41的另一端连接所述驱动电机35；所述第二镜片22的一端连接在第二轴42的一端，通过所述第二轴42与所述从动轮34连接；所述从动轮34与第二壳体32之间还设有扭簧8；所述第一轴41和第二轴42均可转动的设置在所述第一壳体31和第二壳体32上，第一轴41和第二轴42均通过轴承5与第一壳体31和第二壳体32相连，轴承5外侧设有轴承端盖6；所述驱动电机35通过支架7安装于所述第二壳体32上并驱动所述第一轴41转动，所述第一轴41带动所述主动轮33和第一镜片21进行转动，所述主动轮33带动所述从动轮34转动，进而所述从动轮34带动第二轴42和第二镜片22转动。可将所述第一镜片21设置在第一镜框23上，通过所述第一镜框23连接于所述第一轴41上，可将所述第二镜片22设置在第二镜框24上，通过所述第二镜框24连接于所述第二轴42上。所述第一轴41与主动轮33之间、第二轴42与从动轮33之间均通过紧固螺钉9固定连接。由于采用分箱分隔式设计，该装置中的镜片安装在第一壳体31中工作，齿轮安装在第二壳体32中工作，在轴承端盖6上增加油封，这样方便对箱体一进行密封、充氮气等处理，同时也方便对箱体二中的齿轮和轴承进行润滑以及排污处理，从而方便实现不同器件间的独立维护和监控。

如图4所示为激光衰减装置镜框对应位置校准方法示意图。安装时可以借助工装来实现镜框的部分对应位置校准。如图4（a）所示为水平校准法，使用该方法校准时使用能提供足够平面的工装12来使两镜框的上表面紧贴在工装的平面上后锁紧，确保两镜框上表面在同一水平面上，随后旋转齿轮，当从动齿轮具有足够的回复力后依次锁紧主动齿轮和从动齿轮，随后拆下工装即可保证两镜框的对应位置的一致性。同样也可以采用镜框平行校正的方法来实现，如图4（b）所示，此时将能提供定值间距的两平面的工装放置在两镜框中，同时转动转轴使镜框平面都到达垂直于入射光线的位置并分别贴紧在工装的两侧平面上后锁紧，随后同理调整和锁紧齿轮并拆下工装即可实现对应位置的初校准。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，其特征在于：包括第一镜片（21）、第二镜片（22）和同步驱动装置，所述同步驱动装置驱动所述第一镜片（21）和第二镜片（22）进行同步转动；所述同步驱动装置包括第一壳体（31）、与所述第一壳体（31）相连的第二壳体（32）、主动轮（33）、从动轮（34）和驱动电机（35），所述主动轮（33）和从动轮（34）啮合；所述第一镜片（1）的一端连接在第一轴（41）的一端，通过所述第一轴（41）与所述主动轮（33）连接，所述第一轴（41）的另一端连接所述驱动电机（35）；所述第二镜片（22）的一端连接在第二轴（42）的一端，通过所述第二轴（42）与所述从动轮（32）连接；所述第一轴（41）和第二轴（42）均可转动的设置在所述第一壳体（31）和第二壳体（32）上；所述驱动电机（35）驱动所述第一轴（41）转动，所述第一轴（41）带动所述主动轮（33）和第一镜片（21）进行转动，所述主动轮（33）带动所述从动轮（34）转动，进而所述从动轮（34）带动第二轴（42）和第二镜片（22）转动。

2.根据权利要求1所述的能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，其特征在于：所述从动轮（34）与所述第二壳体（32）之间还设有扭簧（8）。

3.根据权利要求1所述的能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，其特征在于：所述第一轴（41）和第二轴（42）均通过轴承（5）连接设置在于所述第一壳体（31）和第二壳体（32）上。

4.根据权利要求3所述的能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，其特征在于：所述轴承（5）外侧还设有轴承端盖（6）。

5.根据权利要求1所述的能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，其特征在于：所述驱动电机（35）通过支架（7）安装于所述第二壳体（32）上。

6.根据权利要求1所述的能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，其中，所述第一镜片（21）设置在第一镜框（23）上，通过所述第一镜框（23）连接于所述第一轴（41）上。

7.根据权利要求1所述的能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，其中，所述第二镜片（22）设置在第二镜框（24）上，通过所述第二镜框（24）连接于所述第二轴（42）上。

8.根据权利要求1所述的能实现全开模式的双镜片激光衰减装置，其中，所述第一轴（41）与主动轮（33）之间、第二轴（42）与从动轮（33）之间均通过紧固螺钉（9）固定连接。