[發(fā)明專利]應(yīng)用于遠(yuǎn)距離的光束穩(wěn)定裝置和光束穩(wěn)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410468136.5
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104238281A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃立華;何國俊;侯莉穎;黃惠杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G02B27/10;G02B26/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光刻機(jī)的光束穩(wěn)定，特別是一種應(yīng)用于遠(yuǎn)距離的光束穩(wěn)定裝置及穩(wěn)定方法。

背景技術(shù)

光束穩(wěn)定技術(shù)廣泛應(yīng)用于空間光通信，光刻機(jī)等高端領(lǐng)域。在空間光通信中，發(fā)射端光束指向偏移過大則會導(dǎo)致雙方通信的失敗；在光刻機(jī)應(yīng)用中，照明光束的指向和位置穩(wěn)定性很大程度制約著光刻質(zhì)量，影響光刻產(chǎn)品的良品率，因此有必要引入光束穩(wěn)定技術(shù)，將光束的指向和位置偏移維持在可控范圍之內(nèi)。

一般來講，主流光刻機(jī)中的準(zhǔn)分子激光器位于距光刻機(jī)曝光系統(tǒng)位置較遠(yuǎn)的另一個地基上。所以，存在如下原因?qū)е铝巳肷涞焦饪虣C(jī)曝光系統(tǒng)中的光束位置和指向存在較大的偏差：準(zhǔn)分子激光器自身輸出光束的位置和指向存在漂移；光束經(jīng)多個反射鏡的長距離傳輸(20米)；準(zhǔn)分子激光器與光刻機(jī)曝光系統(tǒng)所處的不同地基之間的相對位移。

在現(xiàn)有的光束穩(wěn)定技術(shù)中，多采用光束位置探測光學(xué)系統(tǒng)和由兩只電動反射鏡組成的光束位置調(diào)整系統(tǒng)構(gòu)成光束穩(wěn)定裝置，根據(jù)光束位置探測光學(xué)系統(tǒng)的輸出并通過控制兩只可在兩個正交方向旋轉(zhuǎn)的電動反射鏡將光束位置和指向矯正到指定的容限誤差內(nèi)。

在先技術(shù)“一種用于光刻設(shè)備中的光束穩(wěn)定裝置”(中國專利，申請?zhí)枺?01010582736)提出了使用三塊反射鏡和一支可進(jìn)行遠(yuǎn)場、近場光束位置探測的光路來進(jìn)行光束穩(wěn)定的技術(shù)方案。在進(jìn)行光束穩(wěn)定過程中，該方案必須將反射鏡調(diào)節(jié)裝置的平動動作和旋轉(zhuǎn)動作聯(lián)合使用才能將光束的指向和位置穩(wěn)定在期望狀態(tài)。因此，反射鏡調(diào)節(jié)裝置不僅包含旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，還必須有完成直線運(yùn)動的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，這使得整個光束穩(wěn)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，而且，帶有直線運(yùn)動結(jié)構(gòu)的電動反射鏡調(diào)節(jié)裝置的體積較大，亦不便于安裝。

如上所述，入射到光刻機(jī)曝光系統(tǒng)中的光束位置和指向可能存在較大的偏差。準(zhǔn)分子激光器的指向處于亞毫弧度量級，其位置變化處于亞毫米量級。假設(shè)準(zhǔn)分子激光器距離光刻機(jī)曝光系統(tǒng)中的照明系統(tǒng)的距離為20米，當(dāng)準(zhǔn)分子激光器的指向從+0.5mrad變化到-0.5mrad，那么入射到光刻機(jī)曝光系統(tǒng)中的照明系統(tǒng)底部的光束位置變化為20mm?？梢娖毓夤庠慈绱诵〉闹赶蜃兓谄毓庀到y(tǒng)的底部即造成了如此大的光斑位置變化。光斑位置如此大的變化將極易超出光束位置探測光學(xué)系統(tǒng)中光電探測器的光敏面，從而導(dǎo)致了光束穩(wěn)定的失敗。而且，準(zhǔn)分子激光器與曝光系統(tǒng)處于不同的地基且距離較遠(yuǎn)，光束的指向和位置在傳輸過程中亦可能受到擾動。

與此同時，光束穩(wěn)定系統(tǒng)中較大的位置修正量使得電動反射鏡需要有較大的調(diào)整量，這將增大電動反射鏡所需的執(zhí)行時間，制約著整個穩(wěn)定系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬。同時，電動反射鏡在較大范圍內(nèi)執(zhí)行動作則會帶來執(zhí)行精度的下降，進(jìn)而影響整套穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服上述在先技術(shù)的不足，提出一種應(yīng)用于遠(yuǎn)距離的光束穩(wěn)定裝置及穩(wěn)定方法。利用本發(fā)明所所述的光束穩(wěn)定裝置和方法，能實(shí)現(xiàn)對光束長距離傳輸時出現(xiàn)的大尺度位置和指向偏移量的光束進(jìn)行快速、高精度的穩(wěn)定。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種應(yīng)用于遠(yuǎn)距離的光束穩(wěn)定裝置，特征在于包括光束初穩(wěn)定單元和光束精穩(wěn)定單元，所述的光束初穩(wěn)定單元包括第一電動反射鏡、第一分光鏡和第一光束測量子單元，所述的第一光束測量子單元包括光束指向測量光路和第一光電探測器，所述的光束精穩(wěn)定單元包括第二電動反射鏡、第三電動反射鏡、第二分光鏡、第二光束測量子單元，第二光束測量子單元包括第三分光鏡、第二測量光路和第二光電探測器，第三測量光路和第三光電探測器，沿光路輸入方向依次是所述的第一電動反射鏡、第一分光鏡，所述的第一分光鏡將入射光分為反射光和透射光，沿反射光方向依次是所述的光束指向測量光路和所述的第一光電探測器，沿透射光方向依次是所述的第二電動反射鏡、第三電動反射鏡、第二分光鏡，該第二分光鏡將所述的透射光再分為第二反射光和第二透射光，該第二透射光為輸出光，沿第二反射光方向依次是所述的第三分光鏡、第二測量光路和第二光電探測器，在所述的第三分光鏡的反射光方向依次是所述的第三測量光路和第三光電探測器。

在所述的第一分光鏡和所述的第二電動反射鏡之間設(shè)有固定反射鏡。

運(yùn)用上述的光束穩(wěn)定裝置穩(wěn)定光束的方法，該方法包括如下步驟：

1)將所述的光束初穩(wěn)定單元和所述的光束精穩(wěn)定單元置于光源與后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)之間的傳輸光路中；

2)啟動所述的光束穩(wěn)定裝置；

3)判斷光束初穩(wěn)定單元中的光束測量子單元測得的光源端的光束二維指向：