CN111736439A - 激光直接成像光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光直接成像光学系统，包括：激光光源照明设备；数字微镜器件设备，所述数字微镜器件设备设置在所述激光光源照明设备的上方；光刻成像镜头，所述光刻成像镜头设置在所述数字微镜器件设备的下方，所述光刻成像镜头包括分光棱镜，所述分光棱镜能够将所述激光分成P激光和S激光；激光能量追踪设备，所述激光能量追踪设备面对所述光刻成像镜头设置，所述激光能量追踪设备接收所述S激光并对所述S激光的能量进行追踪，并基于追踪的所述S激光的能量生成调节信号，所述激光光源照明设备基于所述调节信号进行调节。根据本发明的激光直接成像光学系统，能够自动化地追踪激光的能量变化，并且及时地进行调整，提高激光能量的稳定性。

Description

激光直接成像光学系统
技术领域
本发明涉及激光直接成像领域，具体涉及一种激光直接成像光学系统。
背景技术
激光直接成像光学系统在使用过程中，激光不可避免的存在能量变化(能量衰减和能量分布不均匀)的问题，光学系统在光刻过程中，产品(含光刻胶)对能量的波动十分敏感，很容易导致产品报废，浪费成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种激光直接成像光学系统，能够自动化地且及时准确追踪激光的能量变化，并且及时地进行调整，提高激光能量的稳定性，提升产品良率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光，包括：
激光光源照明设备，用于提供激光；
数字微镜器件设备，所述数字微镜器件设备设置在所述激光光源照明设备的上方，所述数字微镜器件设备接收来自所述激光光源照明设备的所述激光，并对所述激光进行空间光调制；
光刻成像镜头，所述光刻成像镜头设置在所述数字微镜器件设备的下方，所述光刻成像镜头接收并处理来自数字微镜器件设备的经过空间光调制的所述激光，所述光刻成像镜头包括分光棱镜，所述分光棱镜能够将所述激光分成P激光和S激光，所述P激光用于投射至待光刻产品，所述S激光与所述P激光垂直；
激光能量追踪设备，所述激光能量追踪设备面对所述光刻成像镜头设置，所述激光能量追踪设备接收所述S激光并对所述S激光的能量进行追踪，并基于追踪的所述S激光的能量生成调节信号，并将所述调节信号发送至所述激光光源照明设备，
所述激光光源照明设备基于所述调节信号进行调节以使得所述激光的能量满足预定要求。
进一步地，所述对所述S激光进行能量追踪包括对所述S激光的能量大小进行追踪，
所述激光光源照明设备包括激光器，所述激光光源照明设备通过所述激光器提供所述激光，
所述激光能量追踪设备基于所述S激光的能量大小生成第一调节信号，所述激光器接收所述第一调节信号并根据所述第一调节信号调节所述激光器的输出功率。
进一步地，所述对所述S激光进行能量追踪还包括对所述S激光的能量分布进行追踪，
所述激光光源照明设备还包括设置在所述激光器前方的扩束透镜以及驱动所述扩束透镜运动的电机；
所述激光能量追踪设备基于所述S激光的能量分布生成第二调节信号，所述电机根据所述第二调节信号驱动所述扩束透镜运动以调节所述激光的能量分布。
进一步地，所述激光能量追踪设备包括：
光电传感器，所述激光能量追踪设备通过所述光电传感器接收所述S激光，并将所述S激光转换为电信号；
信号处理器，所述信号处理器接收来自所述光电传感器的电信号，并计算出所述S激光的能量大小和能量分布，并基于所述S激光的能量大小和能量分布分别生成第一调节信号和第二调节信号。
进一步地，所述激光光源照明设备还包括：
匀光棒，所述匀光棒设置在所述扩束透镜的前方，用于调整激光强度分布均匀性。
进一步地，所述激光光源照明设备还包括：
准直透镜，所述准直透镜设置在所述匀光棒的前方，用于调整激光的方向性。
进一步地，所述激光直接成像光学系统还包括：
反射镜，所述反射镜设置在所述激光光源照明设备的前方，且面对所述数字微镜器件设备，用于接收来自所述激光光源照明设备的所述激光并将所述激光反射至所述数字微镜器件设备。
进一步地，所述光刻成像镜头还包括：
透镜组，所述透镜组设置在所述分光棱镜的上方或下方，所述透镜组从上至下包括前透镜组、光阑及后透镜组。
进一步地，所述激光直接成像光学系统还包括：
控制装置，所述控制装置分别连接所述激光光源照明设备、数字微镜器件设备及所述激光能量追踪设备，所述控制装置根据预定模式控制数字微镜器件设备对所述激光进行预定调制，以及启动/停止所述激光能量追踪设备进行所述能量追踪。
进一步地，所述预定模式包括光刻模式和能量追踪模式；
在所述光刻模式下，所述控制装置停止所述激光能量追踪设备进行所述能量追踪；
在所述能量追踪模式下，所述控制装置控制所述数字微镜器件设备将所述激光调制成全白激光，以及启动所述激光能量追踪设备进行所述能量追踪并产生所述调节信号。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
根据本发明的激光直接成像光学系统，包括激光光源照明设备、数字微镜器件设备、光刻成像镜头及激光能量追踪设备，激光光源照明设备发射激光至数字微镜器件设备，数字微镜器件设备将激光调制成预定图像，以便于光刻，光刻成像镜头的分光棱镜将激光分成相互垂直的P激光和S激光，激光能量追踪设备接收S激光并追踪S激光，判定S激光的能量是否满足预定要求，当不满足预定要求发送调节信号至激光光源照明设备，激光光源照明设备根据调节信号进行调节，以使得S激光的能量满足预定要求，从而使得P激光和总激光的能量也满足预定要求，进而使得满足预定的P激光对待光刻产品进行光刻，提升了产品良率，能够自动化地且及时准确追踪激光的能量变化，并且及时地进行调整，提高激光能量的稳定性，提升产品良率。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的激光直接成像光学系统的结构示意图。
附图标记：
1、激光光源照明设备；11、激光器；12、扩束透镜；13、匀光棒；14、准直透镜；2、反射镜；3、数字微镜器件设备；4、光刻成像镜头；41、前透镜组；42、光阑；43、后透镜组；44、分光棱镜；5、待光刻产品；6、激光能量追踪设备；61、光电传感器；62、信号处理器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
下面，参考附图说明根据本发明实施例的激光直接成像光学系统。
如图1所示，根据本发明的激光直接成像光学系统包括：激光光源照明设备1、数字微镜器件设备3、光刻成像镜头4及激光能量追踪设备6。
首先，说明激光光源照明设备1。激光光源照明设备1用于提供激光。
接着，说明数字微镜器件(DMD)设备。数字微镜器件设备3设置在激光光源照明设备1的上方，数字微镜器件设备3接收来自激光光源照明设备1的激光，并对激光进行空间光调制。
通过数字微镜器件设备3对激光进行光调制，来自激光光源照明设备1的激光光调制为预定图像，从而便于对待光刻产品5进行光刻。数字微镜器件设备3可以包括数字微镜器件芯片及数字微镜器件控制器。
接下来，说明光刻成像镜头4。光刻成像镜头4设置在数字微镜器件设备3的下方，光刻成像镜头4接收并处理来自数字微镜器件设备3的经过空间光调制的激光，光刻成像镜头4包括分光棱镜44，分光棱镜44能够将激光分成P激光和S激光，P激光用于投射至待光刻产品5，S激光与P激光垂直。通过分光棱镜44将激光分为相互垂直的激光(P激光和S激光)已是成熟的技术，在此不再详述。
通过分光棱镜44将来自激光光源照明设备1的激光分为P激光和S激光，S激光和P激光的能量比值是确定的而且能量分布是一致的，例如，总激光(直接来自激光光源照明设备1的激光，后文的总激光均以此表述)的能量为20W，S激光的能量为2W，P激光的能量为18W，当检测到S激光的能量变成1W的时候，说明能量衰减50％，即总激光的能量变成10W，P激光的能量变成了9W。P激光的能量分布、激光质量与S激光一致，当检测到S激光的能量分布及激光质量出现异常，说明P激光的能量及激光质量也异常。
最后，说明激光能量追踪设备6。激光能量追踪设备6面对光刻成像镜头4设置，激光能量追踪设备6接收S激光并对S激光的能量进行追踪，并基于追踪的S激光的能量生成调节信号，并将调节信号发送至激光光源照明设备1，激光光源照明设备1基于调节信号进行调节以使得激光的能量满足预定要求。
激光能量追踪系统追踪S激光的能量，可以判断S激光的能量否满足预定要求，当不满足预定要求，激光能量追踪系统发出调节信号给激光光源照明设备1，激光光源照明设备1进行调整。
以上形成的激光直接成像光学系统，激光光源照明设备1发射激光至数字微镜器件设备3，数字微镜器件设备3将激光调制成预定图像，以便于光刻，光刻成像镜头4的分光棱镜44将激光分成相互垂直的P激光和S激光，激光能量追踪设备6接收S激光并追踪S激光，判定S激光的能量是否满足预定要求，当不满足预定要求发送调节信号至激光光源照明设备1，激光光源照明设备1根据调节信号进行调节，以使得S激光的能量满足预定要求，从而使得P激光和总激光的能量也满足预定要求，进而使得满足预定的P激光对待光刻产品5进行光刻，提升了产品良率。由此，能够自动化地且及时准确追踪激光的能量变化，并且及时地进行调整，提高激光能量的稳定性，提升产品良率。
根据本发明一些实施例，对S激光进行能量追踪包括对S激光的能量大小进行追踪，激光光源照明设备1包括激光器11，激光光源照明设备1通过激光器11提供激光，激光能量追踪设备6基于S激光的能量大小生成第一调节信号，激光器11接收第一调节信号并根据第一调节信号调节激光器11的输出功率。
其中，激光器11可以光纤激光器11、固体激光器11等。
例如，激光光源照明设备1的激光器11输出的激光能量(功率)是10W，上限能量是20W，对待光刻产品5进行光刻的P激光的能量需求是9W，S激光的能量为1W，当激光能量追踪设备6追踪到S激光的能量变为0.5W，即可得知激光能量衰减50％(总激光能量为5W，P激光的能量为4.5W)，如不及时调整，可以导致待光刻产品5无法光刻透光刻胶的情况而导致产品报废，激光能量追踪设备6根据S激光的能量0.5W，发送第一信号至激光器11，激光器11根据此第一信号，调整输出功率，将激光器11输出的激光功率从10W增加到20W，将衰减弥补过来，从而使得S激光能量的能量为1W，P激光的能量满足预定要求的9W。
进一步地，对S激光进行能量追踪还包括对S激光的能量分布进行追踪，激光光源照明设备1还包括设置在激光器11前方的扩束透镜12以及驱动扩束透镜12运动的电机。激光能量追踪设备6基于S激光的能量分布生成第二调节信号，电机根据第二调节信号驱动扩束透镜12运动以调节激光的能量分布。
例如，激光能量追踪设备6追踪到S激光的能量分布不满足预定要求(例如激光的中心能量偏低，能量分布面积较大)，这个不及时调整，可以导致待光刻产品5的光刻线路过宽的情况而导致产品报废，即可判定P激光和总激光也存在不满足预定要求情况，激光能量追踪设备6根据此S激光的能量分布，生成并发送第二调节信号，电机根据此第二调节信号，带动扩束透镜12运动，从而调整扩束透镜12距离激光器11的距离，调整总激光的能量分布(例如，增加激光的中心能量，缩小能量分布面积)，使得总激光的能量分布满足预定要求，进而使得S激光和P激光的能量分布满足预定要求。
进一步地，激光能量追踪设备6包括光电传感器61和信号处理器62。激光能量追踪设备6通过光电传感器61接收S激光，并将S激光转换为电信号。信号处理器62接收来自光电传感器61的电信号，并计算出S激光的能量大小和能量分布，并基于S激光的能量大小和能量分布分别生成第一调节信号和第二调节信号。
由此，通过能量追踪设备的光电传感器61和信号处理器62，能够准确地获得S激光的能量分布和能量大小，并及时地生成第一调节信号和第二调节信号。
进一步地，激光光源照明设备1还包括匀光棒13。匀光棒13设置在扩束透镜12的前方，用于调整激光强度分布均匀性。
可选地，匀光棒13包括棒体，棒体具有分别位于棒体延伸方向两端的第一端面和第二端面，第二端面的穿过其中心的法线与第一端面的穿过其中心的法线共线且第二端面的面积大于第一端面的面积。
光线穿过此结构的匀光棒，光线会变得均匀，而且由于第二端面的面积大于第一端面的面积且第一端面的穿过其中心的法线和第二端面穿过其中心的法线共线，光线在第一端面的入射角会(可以理解为入射孔径角)大于光线在第二端面的出射角(可以理解为出射孔径角)，即匀光棒不仅具有匀光作用也具有一定聚光作用。
进一步地，棒体形成为四棱台，第一端面与第二端面均形成为矩形结构。
通过理论计算和验证，第一端面和第二端面均形成为矩形结构的四棱台的棒体的光相对均匀且聚光效果更好。矩形的长宽可以根据需求进行设计。
需要注意的是，以上只是可选地示例，棒体也可以是圆台、五棱台等，以根据客户不同需求进行选配，这些均应该理解在本发明范围内。
由此，通过匀光棒13能增加激光强度分布均匀性，形成出射面光强度均匀分布的面光源。
进一步地，激光光源照明设备1还包括准直透镜14。准直透镜14设置在匀光棒13的前方，用于调整激光的方向性。
由此，通过准直透镜14能够提升激光的方向性。最终形成方向性好，分布均匀的准直面光源。
根据本发明一些实施例，激光直接成像光学系统还包括反射镜2。反射镜2设置在激光光源照明设备1的前方，且面对数字微镜器件设备3，用于接收来自激光光源照明设备1的激光并将激光反射至数字微镜器件设备3。
由此，通过反射镜2能够使得激光直接成像光学系统结构紧凑简便。
根据本发明的一些实施例，光刻成像镜头4还包括透镜组。透镜组设置在分光棱镜44的上方或下方，透镜组从上至下包括前透镜组41、光阑42及后透镜组43。
由此，当激光穿过透镜组，透镜组能够使得激光的质量提升，使得光刻效果更好。
根据本发明一些实施例，激光直线成像光学系统还包括控制装置。控制装置分别连接激光光源照明设备1、数字微镜器件设备3及激光能量追踪设备6，控制装置根据预定模式控制数字微镜器件设备3对激光进行预定调制，以及启动/停止激光能量追踪设备6进行能量追踪。
控制装置可以为电脑等。在激光直接成像光学系统作业过程中，如何及时地进行激光能量追踪和及时调整是个需要解决的问题。考虑到在光刻过程中进行激光能量的追踪和调整，激光能量处于不稳定状态，有可能影响光刻效果。长时间不进行激光能量的追踪和调整，光刻的效果处于不稳定状态。
通过预定模式对激光进行预定调制，以及启动/停止激光能量追踪设备6进行能量追踪，可以方便地解决上述问题。可以在光刻不同产品的间隙(例如，上下料的时间)，通过切换预定模式实现光刻的时候稳定地光刻，非光刻时间进行激光能量的追踪和调整。
进一步地，预定模式包括光刻模式和能量追踪模式。在光刻模式下，控制装置停止激光能量追踪设备6进行能量追踪。在能量追踪模式下，控制装置控制数字微镜器件设备3将激光调制成全白激光，以及启动激光能量追踪设备6进行能量追踪并产生调节信号。
例如，可以在激光直接成像光学系统作业中，处于光刻模式，控制装置停止激光能量追踪设备6进行能量追踪，激光直接成像光学系统处于稳定状态对待光刻产品5进行稳定地光刻。可以在切换不同待光刻产品5的间隙，处于能量追踪模式，控制装置控制数字微镜器件设备3将激光调制成全白激光，以及启动激光能量追踪设备6进行能量追踪并产生调节信号，可以及时对激光的能量进行追踪和调整。使用全白激光作为调整能量追踪和调整的基准，能够较全面体现各色激光(各色激光组合为全白激光)的能量情况，从而能够激光的能量调整更全面及准确。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光直接成像光学系统，其特征在于，包括：
激光光源照明设备(1)，用于提供激光；
数字微镜器件设备(3)，所述数字微镜器件设备(3)设置在所述激光光源照明设备(1)的上方，所述数字微镜器件设备(3)接收来自所述激光光源照明设备(1)的所述激光，并对所述激光进行空间光调制；
光刻成像镜头(4)，所述光刻成像镜头(4)设置在所述数字微镜器件设备(3)的下方，所述光刻成像镜头(4)接收并处理来自数字微镜器件设备(3)的经过空间光调制的所述激光，所述光刻成像镜头(4)包括分光棱镜(44)，所述分光棱镜(44)能够将所述激光分成P激光和S激光，所述P激光用于投射至待光刻产品(5)，所述S激光与所述P激光垂直；
激光能量追踪设备(6)，所述激光能量追踪设备(6)面对所述光刻成像镜头(4)设置，所述激光能量追踪设备(6)接收所述S激光并对所述S激光的能量进行追踪，并基于追踪的所述S激光的能量生成调节信号，并将所述调节信号发送至所述激光光源照明设备(1)，
所述激光光源照明设备(1)基于所述调节信号进行调节以使得所述激光的能量满足预定要求。
2.根据权利要求1所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，所述对所述S激光进行能量追踪包括对所述S激光的能量大小进行追踪，
所述激光光源照明设备(1)包括激光器(11)，所述激光光源照明设备(1)通过所述激光器(11)提供所述激光，
所述激光能量追踪设备(6)基于所述S激光的能量大小生成第一调节信号，所述激光器(11)接收所述第一调节信号并根据所述第一调节信号调节所述激光器(11)的输出功率。
3.根据权利要求2所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，所述对所述S激光进行能量追踪还包括对所述S激光的能量分布进行追踪，
所述激光光源照明设备(1)还包括设置在所述激光器(11)前方的扩束透镜(12)以及驱动所述扩束透镜(12)运动的电机；
所述激光能量追踪设备(6)基于所述S激光的能量分布生成第二调节信号，所述电机根据所述第二调节信号驱动所述扩束透镜(12)运动以调节所述激光的能量分布。
4.根据权利要求3所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，所述激光能量追踪设备(6)包括：
光电传感器(61)，所述激光能量追踪设备(6)通过所述光电传感器(61)接收所述S激光，并将所述S激光转换为电信号；
信号处理器(62)，所述信号处理器(62)接收来自所述光电传感器(61)的电信号，并计算出所述S激光的能量大小和能量分布，并基于所述S激光的能量大小和能量分布分别生成第一调节信号和第二调节信号。
5.根据权利要求4所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，所述激光光源照明设备(1)还包括：
匀光棒(13)，所述匀光棒(13)设置在所述扩束透镜(12)的前方，用于调整激光强度分布均匀性。
6.根据权利要求5所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，所述激光光源照明设备(1)还包括：
准直透镜(14)，所述准直透镜(14)设置在所述匀光棒(13)的前方，用于调整激光的方向性。
7.根据权利要求1所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，还包括：
反射镜(2)，所述反射镜(2)设置在所述激光光源照明设备(1)的前方，且面对所述数字微镜器件设备(3)，用于接收来自所述激光光源照明设备(1)的所述激光并将所述激光反射至所述数字微镜器件设备(3)。
8.根据权利要求1所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，所述光刻成像镜头(4)还包括：
透镜组，所述透镜组设置在所述分光棱镜(44)的上方或下方，所述透镜组从上至下包括前透镜组(41)、光阑(42)及后透镜组(43)。
9.根据权利要求1所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，还包括：
控制装置，所述控制装置分别连接所述激光光源照明设备(1)、数字微镜器件设备(3)及所述激光能量追踪设备(6)，所述控制装置根据预定模式控制数字微镜器件设备(3)对所述激光进行预定调制，以及启动/停止所述激光能量追踪设备(6)进行所述能量追踪。
10.根据权利要求9所述的激光直接成像光学系统，其特征在于，所述预定模式包括光刻模式和能量追踪模式；
在所述光刻模式下，所述控制装置停止所述激光能量追踪设备(6)进行所述能量追踪；
在所述能量追踪模式下，所述控制装置控制所述数字微镜器件设备(3)将所述激光调制成全白激光，以及启动所述激光能量追踪设备(6)进行所述能量追踪并产生所述调节信号。
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