CN205374982U - 一种光束调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光束调节装置，包括第一反射镜组、第二反射镜组、第一移动滑台、第二移动滑台和工作面板，其中，所述第一反射镜组通过第一移动滑台安装在所述工作面板上，所述第二反射镜组通过第二移动滑台安装在所述工作面板上，所述第一、第二反射镜组各具有一个旋转自由度，所述第一、第二移动滑台各具有一个移动自由度。本实用新型通过两个旋转自由度分别独立控制出射光指向调整，两个移动自由度分别独立控制出射光位置调整，且位置的调整不影响指向，能有效实现光束调整中四个自由度的较高程度的解耦，还可实现不同解耦程度的高效控制。本实用新型对两组反射镜组间的距离没有具体要求，可根据需求进行模块化设计。

Description

一种光束调节装置

技术领域

本实用新型涉及一种光束调节装置，应用于半导体光刻技术中，属于半导体器件制造领域。

背景技术

光刻技术是一种将掩模图案曝光成像到基底上的工艺技术。经常使用的基底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，基底放在工件台上，通过位于光刻设备内的曝光装置，将掩模图案投射到基底表面。光束调整装置又称BST(beamsteering)是曝光系统的重要组成部分，能够在光路传输中对光路的指向和位置进行调整校正，从而保证光路指向和位置的正确性及稳定性，目的是将指向和位置非理想的入射光转化为理想指向和位置的出射光。实现光束指向和位置调整的方法很多，位置和指向的调整包括有四个自由度(设定理想光路传播方向为Z的话，对于光路指向和位置的调整实际为对光路X、Y、RX、RY四个自由度偏差的调整)，因此对应的调整装置通常也要具有四个自由度。

现有技术中用于光刻机中常见的BST由两个反射镜组组合而成，每个反射镜具有两个旋转自由度。通过外部设备检测出光束的指向和位置偏移量，通过两组反射镜组的联合调整来实现光路的指向和位置的校正。上述调整装置中每个待调整量至少由两个变量来决定，相互之间的耦合度较大，给计算求解带来了较大的工作量，对应的简化计算无疑又会引入部分系统误差，影响控制精度。为提高控制精度及响应速度往往需要镜面上具有不动点的可调反射镜及对两个反射镜之间的距离有特定要求，这增加了现有技术的加工和组装及操作使用的难度，上述调节装置需要经过繁复的运算和调节操作，整个调整操作不够快速灵活。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种实时、快速、准确调整光束和实现不同解耦程度的光束调节装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现：一种光束调节装置，包括第一反射镜组、第二反射镜组、第一移动滑台、第二移动滑台和工作面板，其中，所述第一反射镜组通过第一移动滑台安装在所述工作面板上，所述第二反射镜组通过第二移动滑台安装在所述工作面板上，所述第一、第二反射镜组各具有一个旋转自由度，所述第一、第二移动滑台各具有一个移动自由度。

优选地，所述第一反射镜组的旋转轴方向和第一移动滑台的移动方向相互垂直，且旋转轴平行或重合于第一反射镜组的反射镜面。

优选地，所述第二反射镜组的旋转轴方向和第二移动滑台的移动方向相互垂直，且旋转轴平行或重合于第二反射镜组的反射镜面。

优选地，所述第一、第二移动滑台的移动方向相互垂直，所述第一、第二反射镜组的旋转轴相互垂直。

优选地，所述第一、第二反射镜组均包括反射镜、旋转镜框、镜座及旋转驱动装置，其中，所述反射镜固定在所述旋转镜框上，所述旋转镜框通过旋转轴连接在所述镜座上，所述旋转镜框一侧的所述旋转轴连接在所述旋转驱动装置上。

优选地，所述第一反射镜组的旋转轴垂直于工作面板且平行于出射光光束的方向，所述第二反射镜组的旋转轴方向、出射光光束的方向和第二移动滑台的移动方向三者相互垂直。

优选地，所述第一、第二反射镜组中反射镜旋转控制调整光束的指向，所述第一、第二移动滑台移动控制调整光束的位置，同时第一、第二移动滑台的调整不影响第一、第二反射镜组中光束的指向。

优选地，所述第一、第二反射镜组的旋转自由度互不影响，所述第一、第二移动滑台的移动自由度互不影响。

优选地，所述工作面板上还设置有入光口和出光口，所述入光口对准所述第一反射镜组，所述出光口对准所述第二反射镜组。

优选地，所述光束调节装置还包括光束检测装置或传感器。

与现有技术相比，本实用新型通过两个旋转自由度分别独立控制出射光指向的调整，两个移动自由度分别独立控制出射光位置的调整，且位置的调整不影响指向的情况，能有效实现光束调整中四个自由度的较高程度的解耦，同时光束的指向偏移只可能是对应的旋转自由度造成的，光束的位置偏移减去指向调整带入的偏移后的偏移量只可能是对应移动自由度造成的，从而实现光束实时、快速、准确的调整。在以调整时间为考察目标的情况下可结合不同的调整策略及精度需求实现不同解耦程度的高效控制。本实用新型两组反射镜组间的距离不影响调整精度，对两组反射镜组间的距离没有具体要求，可根据需求进行模块化设计。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式中光束调节装置的结构示意图；

图2是本实用新型一具体实施方式中光束调节装置中反射镜组的结构示意图；

图3是本实用新型一具体实施方式中光束调节装置的工作原理的主视图；

图4是本实用新型一具体实施方式中光束调节装置的工作原理的俯视图。

图中：1是第一反射镜组、2是第二反射镜组、3是第一移动滑块、4是第二移动滑块、5是工作面板、6是反射镜、7是旋转镜框、8是镜座、9是旋转驱动装置、10是XZ平面、11是YZ平面、a是理想入射光、b是理想出射光、c是入光口、d是出光口、a1是实际入射光、b1是实际出射光、L₁是理想光束从第一反射镜传播到第二反射镜的路径、L₂是理想光束从第二反射镜传播到掩膜版的路径。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细描述：

如图1和图2所示，本实用新型的光束调节装置，包括第一反射镜组1、第二反射镜组2、第一移动滑台3、第二移动滑台4和工作面板5，所述第一反射镜组1通过第一移动滑台3安装在工作面板5上，所述第二反射镜组2通过第二移动滑台4安装在工作面板5上，所述第一、第二反射镜组1、2各具有一个旋转自由度，所述第一、第二移动滑台3、4各具有一个移动自由度。所述工作面板5上还设置有入光口c和出光口d，所述入光口c对准所述第一反射镜组1，所述出光口d对准所述第二反射镜组2。理想入射光a通过入光口c入射至该光束调节装置，经第一反射镜组1反射到第二反射镜组2表面，所述第二反射镜组2对该反射光进一步反射形成理想出射光b，并从出光口d射出。

如图3和图4所示，所述第一反射镜组1的旋转轴方向和第一移动滑台3的移动方向相互垂直，且旋转轴平行或重合于第一反射镜组1的反射镜面；所述第二反射镜组2的旋转轴方向和第二移动滑台4的移动方向相互垂直，且旋转轴平行或重合于第二反射镜组2的反射镜面。具体地，第一反射镜组1的旋转轴沿Z轴设置，即第一反射镜组1具有Z向的旋转自由度，其下方安装的第一移动滑台3具有Y向的移动自由度，第二反射镜组2的旋转轴沿Y轴设置，即第二反射镜组2的旋转轴具有Y向的旋转自由度，其下方安装的第二移动滑台4具有X向的移动自由度。当入射光a1入射到第一反射镜组1时，先利用第一反射镜组1的旋转自由度将入射光束a1的反射光束调整到平行于XZ平面10来实现光束指向偏差RX的调整，再利用第二反射镜组2的旋转自由度将该反射光束的反射光即出射光束b1调整到平行于YZ平面11，来实现光束指向偏差RY的调整。当然，可以同时进行所述两个旋转自由度的调整。接着，通过平移第一、第二移动滑台3、4，第一移动滑台3对应调整光束的位置偏差Y，第二移动滑台4对应调整光束的位置偏差X，即可使出射光束与理想出射光束完全重合。例如：当检测装置测得光束的指向偏差RX为θ₂，RY为θ₁，位置偏差为X、Y时，所需第一反射镜组1调整角度为θ₂/2，第二反射镜组2调整角度为θ₁/2，进行指向校正。调整好指向后所测得的位置偏差全部由第一、第二移动滑台3、4移动来调整，数值为对应的1:1关系。

继续参照图1至图4，a、b为理想光束，a1和b1为实际光束入射时的一种情况，入射光束经过第一反射镜组1和第二反射镜组2两次反射后射出。第一反射镜组1中的反射镜6可绕Z轴旋转，其下方安装的第一移动滑台3可在Y轴方向移动，第二反射镜组2中的反射镜6可绕Y轴旋转，其下方安装的第二移动滑台4可在X轴方向移动。所述第一、第二移动滑台3、4的移动方向相互垂直，所述第一、第二反射镜组1、2的旋转方向相互垂直。所述第一、第二反射镜组1、2均包括反射镜6、旋转镜框7、镜座8及旋转驱动装置9，所述反射镜6固定在旋转镜框7上，旋转镜框7通过旋转轴铰接在镜座8上，旋转镜框7一侧的旋转轴连接在旋转驱动装置9上，通过旋转驱动装置9可直接驱动反射镜旋转。所述第一反射镜组1的旋转轴垂直于工作面板5且平行于出射光光束b，所述第二反射镜组2的旋转轴方向、出射光光束b和第二移动滑台4的移动方向三者相互垂直。所述第一、第二反射镜组1、2中反射镜6旋转控制调整光束的指向，所述移动滑台3、4移动控制调整光束的位置，同时光束位置的调整不影响光束的指向。所述第一、第二反射镜组1、2的旋转自由度互不影响，所述第一、第二移动滑台3、4的移动自由度互不影响。通过上述四个自由度间的特定组合将调整关系线性化，进而可对光束的指向和位置进行精确调整。本实用新型通过两个旋转自由度分别独立控制出射光指向的偏移，两个移动自由度分别独立控制出射光位置的偏移，且位置的调整不影响指向的情况，能有效实现光束调整中四个自由度的较高程度的解耦，同时光束的指向偏移只可能是对应的旋转自由度造成的，光束的位置偏移减去指向调整带入的偏移后的偏移量只可能是对应移动自由度造成的，从而实现光束实时、快速、准确的调整。本实用新型对两组反射镜组间的距离没有具体要求，可根据需求进行模块化设计。

本实用新型主要功能是将入射的非标准光束a1经过两次反射后获得与标准光束b重合的出射光束b1。进一步的，本实用新型的光束调节装置还包括光束检测装置或传感器，所述光束检测装置或传感器用于实时获取光束位置偏移量X、Y和光束指向偏差RX、RY。其中，光束指向偏差RX、RY由第一、第二反射镜组1、2的旋转自由度来控制调节，指向偏差RX、RY校正后的光束位置偏移由第一、第二移动滑台3、4的移动自由度来控制调节。

本实用新型可以采用多种优化算法来提高响应速度，结合调整策略及所需调整精度的不同，可实现不同程度的解耦控制。

首先，对于在检测采样频率内波动较小的情况，本实用新型的光束调节装置可以进行分步调整，先通过两个旋转自由度即第一、第二反射镜组1、2同步校正两个光束指向偏差RX、RY，再通过调整移动自由度即第一、第二移动滑台3、4同步校正剩余的位置偏差，即可实现分步解耦。该调整方法在小波动情况下具有较高的调整效率。

本实用新型可以在调整指向的同时直接同步补偿理论位移调整量以进一步提高调整响应时间。该调整量为光束检测装置获取的总位置偏差减去光束指向在标准行程内引起的位置偏差，即△X＝X-θ₁·L₂；△Y＝Y-θ₂·(L₁+L₂)，其中，△X和△Y是同步补偿理论位移调整量、X和Y是光束检测装置获取的总位置偏差、L₁是理想光束从第一反射镜传播到第二反射镜的路径、L₂是理想光束从第二反射镜传播到掩模版的路径。调整后可进行位置偏差的进一步监控及校正。该方法可实现在误差范围内的高度解耦，适合于指向偏差对位置较不敏感的情况。

本实用新型还可以通过数学计算实现精确的高度解耦。已知入射光a1数学模型，同时计算得到两个反射镜6在现有位置上各自转动调整角度后的新的位置参数，这样就可获得经指向校正后的出射光的参数，这时的位置偏差由两个移动自由度来调整即可。因此在控制时可先通过数学计算获得四个对应的调整量的准确值，然后再进行四个调整量(X、Y、RX、RY四个自由度偏差)的同步调整，即可实现精确的高度解耦。在对指向偏差和位置偏差都十分敏感的工况中适合采用该调整方法。

Claims (10)

1.一种光束调节装置，其特征在于，包括第一反射镜组、第二反射镜组、第一移动滑台、第二移动滑台和工作面板，其中，所述第一反射镜组通过第一移动滑台安装在所述工作面板上，所述第二反射镜组通过第二移动滑台安装在所述工作面板上，所述第一、第二反射镜组各具有一个旋转自由度，所述第一、第二移动滑台各具有一个移动自由度。

2.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述第一反射镜组的旋转轴方向和第一移动滑台的移动方向相互垂直，且旋转轴平行或重合于第一反射镜组的反射镜面。

3.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述第二反射镜组的旋转轴方向和第二移动滑台的移动方向相互垂直，且旋转轴平行或重合于第二反射镜组的反射镜面。

4.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述第一、第二移动滑台的移动方向相互垂直，所述第一、第二反射镜组的旋转轴相互垂直。

5.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述第一、第二反射镜组均包括反射镜、旋转镜框、镜座及旋转驱动装置，其中，所述反射镜固定在所述旋转镜框上，所述旋转镜框通过旋转轴连接在所述镜座上，所述旋转镜框一侧的所述旋转轴连接在所述旋转驱动装置上。

6.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述第一反射镜组的旋转轴垂直于工作面板且平行于出射光光束的方向，所述第二反射镜组的旋转轴方向、出射光光束的方向和第二移动滑台的移动方向三者相互垂直。

7.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述第一、第二反射镜组中反射镜旋转控制调整光束的指向，所述第一、第二移动滑台移动控制调整光束的位置，同时第一、第二移动滑台的调整不影响第一、第二反射镜组中光束的指向。

8.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述第一、第二反射镜组的旋转自由度互不影响，所述第一、第二移动滑台的移动自由度互不影响。

9.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述工作面板上还设置有入光口和出光口，所述入光口对准所述第一反射镜组，所述出光口对准所述第二反射镜组。

10.根据权利要求1所述的一种光束调节装置，其特征在于，所述光束调节装置还包括光束检测装置或传感器。