CN204944803U - 一种用于激光直写曝光机的激光能量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，该装置包括设置在激光器输出光路上的光电变送单元以及与所述光电变送单元连接的同轴传输线，所述光电变送单元包括光电传感单元、一级放大单元和二级放大单元；所述光电传感单元的输出端通过一级放大单元与二级放大单元的输入端连接，所述二级放大单元的输出端通过同轴传输线与后端电路的输入端连接。本实用新型可以实时测量激光器输出的激光光强，不仅能够检测出激光器是否发生能量衰减，而且结合能量闭环控制系统，还能够有效解决激光器能量跳变这一技术难题。

Description

一种用于激光直写曝光机的激光能量测量装置

技术领域

本实用新型涉及激光直写曝光技术领域，具体是一种用于激光直写曝光机的激光能量测量装置。

背景技术

激光直写曝光机的最核心的部件是激光器，设备在工作过程中，利用计算机生成数字掩膜图形并输出到数字微镜，激光器输出的激光经数字微镜反射后进入光学投影系统，投影到晶圆表面相对应的成像位置进行曝光成像。

激光器的能量控制是激光直写曝光机的技术难题，由于曝光成像的最小线宽是纳米级的，所以能量控制必须精确与稳定。但是实际工作当中，由于工业环境中电磁干扰较多，以及激光器本身存在能量衰减的固有属性问题，导致激光器能量出现波动，即能量跳变问题。因此，有必要设计一种用于实时测量激光器能量的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，该装置不仅能够检测出激光器是否发生能量衰减问题，而且还能在能量闭环控制系统中起到至关重要的作用。

本实用新型的技术方案为：

一种用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，该装置包括设置在激光器输出光路上的光电变送单元以及与所述光电变送单元连接的同轴传输线，所述光电变送单元包括光电传感单元、一级放大单元和二级放大单元；所述光电传感单元的输出端通过一级放大单元与二级放大单元的输入端连接，所述二级放大单元的输出端通过同轴传输线与后端电路的输入端连接。

所述的用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，该装置还包括用于放置光电变送单元的安装壳体，所述安装壳体上与光电传感单元相对应的位置开设有通光孔。

所述的用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，所述光电传感单元包括光电传感器、第一限流电阻和第一滤波电容，所述一级放大单元包括第一运算放大器、第一反馈电阻和反馈电容，所述二级放大单元包括第二运算放大器、第二限流电阻、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容和第二反馈电阻；

所述光电传感器的正极通过第一限流电阻与电源连接，其负极与第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一滤波电容的一端连接到光电传感器与第一限流电阻之间的节点，另一端接地；

所述第一运算放大器的同相输入端接地，其输出端通过第二限流电阻与第二运算放大器的同相输入端连接，所述第一反馈电阻与反馈电容并联构成负反馈电路，所述负反馈电路连接在第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；

所述第二运算放大器的反相输入端与输出端连接，所述第二反馈电阻的一端连接到第二运算放大器的反相输入端与输出端之间的节点，另一端接地；所述第三滤波电容的一端连接到第二运算放大器的负电源端与电源之间的节点，另一端接地；所述第四滤波电容的一端连接到第二运算放大器的正电源端与电源之间的节点，另一端接地。

由上述技术方案可知，本实用新型通过设置光电变送单元，可以实时将激光能量转换为模拟电压值（光强与电压形成线性关系），再通过同轴传输线将模拟电压值传输出去，通过光强与模拟电压值之间的线性关系来推算出光强，达到实时测量激光器能量的目的，不仅能够检测出激光器是否发生能量衰减，而且结合能量闭环控制系统，还能够有效解决激光器能量跳变这一技术难题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的光电变换单元的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。

如图1、图2所示，一种用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，包括光电变送单元1、同轴传输线2和安装壳体3。光电变送单元1设置在激光器输出光路上，包括光电传感单元11、一级放大单元12和二级放大单元13。安装壳体3将光电变送单元1固定在激光器的传输途径中，安装壳体3上与光电传感单元11相对应的位置开设有通光孔。

光电传感单元11的输出端与一级放大单元12的输入端连接，一级放大单元12的输出端与二级放大单元13的输入端连接，二级放大单元13的输出端通过同轴传输线2与后端电路的输入端连接。同轴传输线2是一种先由两根同轴心、相互绝缘的圆柱形金属体构成基本单元（同轴对），再由单个同轴对组成的电缆，抗干扰能力较强。

光电传感单元11包括光电传感器D、第一限流电阻R1和第一滤波电容C1；一级放大单元12包括第一运算放大器U1、第一反馈电阻R2和反馈电容C2；二级放大单元13包括第二运算放大器U2、第二限流电阻R3、第二滤波电容C3、第三滤波电容C4、第四滤波电容C5和第二反馈电阻R4。

其中，光电传感器D的正极通过第一限流电阻R1与电源VCC连接，光电传感器D的负极与第一运算放大器U1的反相输入端连接，第一滤波电容C1的一端连接到光电传感器D与第一限流电阻R1之间的节点，另一端接地。第一运算放大器U1的同相输入端接地，第一运算放大器U1的输出端通过第二限流电阻R3与第二运算放大器U2的同相输入端连接，第一反馈电阻R2与反馈电容C2并联构成负反馈电路连接在第一运算放大器U1的反相输入端与输出端之间。

第二运算放大器U2的反相输入端与输出端连接，第二反馈电阻R4的一端连接到第二运算放大器U2的反相输入端与输出端之间的节点，另一端接地；第二运算放大器U2的负电源端V-与电源VCC连接，第三滤波电容C4的一端连接到第二运算放大器U2的负电源端V-与电源VCC之间的节点，另一端接地；第二运算放大器U2的正电源端V+与电源VCC连接，第四滤波电容C5的一端连接到第二运算放大器U2的正电源端V+与电源VCC之间的节点，另一端接地。

上述电路中，第一限流电阻R1和第二限流电阻R3，用于减小负载电流，防止损坏器件。第一滤波电容C1、第二滤波电容C3、第三滤波电容C4和第四滤波电容C5用于滤除电路中的交流成分，使输出的直流更平滑。第一反馈电阻R2和第二反馈电阻R4是可调反馈电阻，用于配合光电传感器D使电路参数可调，增加电路的通用性。同时第一反馈电阻R2与反馈电容C2共同组成负反馈电路，可以抑制高频自激。光电传感器D有六个引脚，其中第一、第四引脚并联接到一起通过第一限流电阻R1与电源VCC连接，第二、第五引脚并联接到一起与第一运算放大器U1的反相输入端连接，第三、第六引脚悬空。第一运算放大器U1和第二运算放大器U2是一种运算放大器件，将光电传感器D输出的微弱电信号放大到可以使用的程度。

本实用新型的工作原理：

当激光光强发生变化时，光电传感器D内部电信号发生变化，同时第一运算放大器U1的反相输入端电压也发生变化，其输出端将该电信号进行放大，第二运算放大器U2将该电信号再次放大后，使之成为可以使用的电信号，通过同轴传输线2传输给后端电路使用。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，其特征在于：该装置包括设置在激光器输出光路上的光电变送单元以及与所述光电变送单元连接的同轴传输线，所述光电变送单元包括光电传感单元、一级放大单元和二级放大单元；所述光电传感单元的输出端通过一级放大单元与二级放大单元的输入端连接，所述二级放大单元的输出端通过同轴传输线与后端电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，其特征在于：该装置还包括用于放置光电变送单元的安装壳体，所述安装壳体上与光电传感单元相对应的位置开设有通光孔。

3.根据权利要求1所述的用于激光直写曝光机的激光能量测量装置，其特征在于：所述光电传感单元包括光电传感器、第一限流电阻和第一滤波电容，所述一级放大单元包括第一运算放大器、第一反馈电阻和反馈电容，所述二级放大单元包括第二运算放大器、第二限流电阻、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容和第二反馈电阻；

所述光电传感器的正极通过第一限流电阻与电源连接，其负极与第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一滤波电容的一端连接到光电传感器与第一限流电阻之间的节点，另一端接地；

所述第一运算放大器的同相输入端接地，其输出端通过第二限流电阻与第二运算放大器的同相输入端连接，所述第一反馈电阻与反馈电容并联构成负反馈电路，所述负反馈电路连接在第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；

所述第二运算放大器的反相输入端与输出端连接，所述第二反馈电阻的一端连接到第二运算放大器的反相输入端与输出端之间的节点，另一端接地；所述第三滤波电容的一端连接到第二运算放大器的负电源端与电源之间的节点，另一端接地；所述第四滤波电容的一端连接到第二运算放大器的正电源端与电源之间的节点，另一端接地。