橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置及其檢測方法，該檢測裝置安裝在工裝支架上，包括：成像探測器、鏡頭支架、鏡頭、標(biāo)記板以及照明光源，所述成像探測器、鏡頭、鏡頭支架以及標(biāo)記板依次相連，所述照明光源固定在所述鏡頭的一側(cè)，所述鏡頭支架固定在所述工裝支架上，且所述標(biāo)記板上還設(shè)有十字標(biāo)記，所述十字標(biāo)記的中心同時(shí)處于所述鏡頭的物面和橢球反射鏡的外焦點(diǎn)上。本發(fā)明的檢測裝置直接檢測橢球反射鏡的外焦點(diǎn)，將每個(gè)橢球反射鏡的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)到設(shè)計(jì)位置，保證橢球反射鏡焦點(diǎn)的偏心傾斜都處于公差范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)燈室組件的模塊化和互換性；由于本發(fā)明可以實(shí)時(shí)觀測，提高了測試效率；并且本發(fā)明采用成像探測器進(jìn)行圖像采集，測試精度比較高。
【專利說明】橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置及其檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，特別涉及一種橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置及其檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002]橢球反射鏡廣泛應(yīng)用于照明領(lǐng)域，在高新技術(shù)如采用汞燈照明的投影物鏡光刻機(jī)的應(yīng)用中，需要較高的照度和照明均勻性，對橢球反射鏡具有較高的設(shè)計(jì)和裝調(diào)精度要求。但由于橢球反射鏡的特殊曲面性質(zhì)，檢測橢球反射鏡的焦點(diǎn)比較困難，無論采用機(jī)械打表還是采用定心儀都無法實(shí)現(xiàn)。
[0003]如圖1所示，為一種汞燈燈室，汞燈發(fā)出的光經(jīng)過橢球反射鏡2和平面反射鏡I投射到燈室的外面形成一定的光錐，作為光源使用。光錐相對于燈室的對外接口需要滿足一定的偏心和傾斜精度要求，以滿足燈室和其他組件的裝配需求。但由于燈室中各零件的加工配合誤差，導(dǎo)致燈室發(fā)出的光錐無法滿足精度要求，所以需要調(diào)節(jié)圖1中的汞燈調(diào)節(jié)架4和平面反射鏡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3來補(bǔ)償燈室零件的加工和裝配誤差，將燈室的光錐調(diào)節(jié)到公差范圍內(nèi)。目如的調(diào)節(jié)方法有兩種:
[0004]1、燈室不做單獨(dú)調(diào)整，燈室裝好后便與其他組件如照明組件裝配在一起調(diào)整，根據(jù)整體的性能再調(diào)節(jié)燈室中的橢球反射鏡2和汞燈5的位置。這種方法的缺點(diǎn)有:一、不利于燈室的模塊化和燈室的互換性，一旦燈室出現(xiàn)問題需要更換，燈室就需要重新調(diào)整，且不能保證每次更換后性能保持一致；二、燈室與其他組件裝配好后調(diào)整，如果整體出現(xiàn)問題，無法區(qū)分是燈室的問題還是其他組件的問題；三、無法將汞燈5的調(diào)節(jié)和平面反射鏡I的調(diào)整解偶開來。
[0005]2、通過測量燈室光錐的大小和半影(S卩:光斑從亮到暗的過度寬度)來實(shí)現(xiàn)。繼續(xù)參照圖1，通過將能量探測器8固定在三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)7上，三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)7固定在運(yùn)動(dòng)臺(tái)固定支架6上。調(diào)節(jié)三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)7使得能量探測器8的探測孔中心處于理論設(shè)計(jì)位置，并用三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)6帶動(dòng)能量探測器8掃描光斑的大小和半影，來判斷光錐的位置是否在公差范圍內(nèi)。這種方法的缺點(diǎn)有:一、調(diào)節(jié)時(shí)間比較長，每次調(diào)節(jié)完橢球反射鏡2和汞燈5后都需要重新掃描一遍，當(dāng)需要微調(diào)時(shí)很容易調(diào)整過了，造成反復(fù)調(diào)整；二、能量探測器8的探測孔中心調(diào)節(jié)到理論位置誤差比較大，造成該方法測試誤差較大；三、無法將汞燈4的調(diào)節(jié)和平面反射鏡I的調(diào)整解耦開來。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置及其檢測方法，實(shí)現(xiàn)高效率、高精度的檢測出橢球反射鏡的焦點(diǎn)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置，安裝在工裝支架上，包括:成像探測器、鏡頭支架、鏡頭、標(biāo)記板以及照明光源，所述成像探測器、鏡頭、鏡頭支架以及標(biāo)記板依次相連，所述照明光源固定在所述鏡頭的一側(cè)，所述鏡頭支架固定在所述工裝支架上，并且所述標(biāo)記板上還設(shè)有十字標(biāo)記，所述十字標(biāo)記的中心同時(shí)處于所述鏡頭的物面和橢球反射鏡的外焦點(diǎn)上。
[0008]作為優(yōu)選，在所述的檢測裝置中，所述鏡頭采用分光棱鏡。
[0009]作為優(yōu)選，在所述的檢測裝置中，所述標(biāo)記板上十字標(biāo)記和十字標(biāo)記中心以外的區(qū)域?yàn)楣獍咛綔y面，所述光斑探測面經(jīng)過半透明處理。
[0010]作為優(yōu)選，在所述的檢測裝置中，所述照明光源的能量和波長參數(shù)均與所述成像探測器相匹配。
[0011]本發(fā)明還提供一種橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測方法，應(yīng)用于所述的檢測裝置中，包括:
[0012]步驟1:將橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置通過工裝支架固定在橢球反射鏡的固定支架上，并使標(biāo)記板上十字標(biāo)記的中心處于橢球反射鏡的外焦點(diǎn)上；
[0013]步驟2:打開照明光源；
[0014]步驟3:通過觀測成像探測器上采集的圖像確認(rèn)橢球反射鏡返回的光斑是否與十字標(biāo)記的中心重合，且返回的光斑最小；
[0015]若是，檢測完成；若否，進(jìn)入步驟4 ;
[0016]步驟4:調(diào)節(jié)平面反射鏡，使橢球反射鏡返回的光斑與標(biāo)記板上十字標(biāo)記的中心重合，且返回的光斑最小。
[0017]作為優(yōu)選，在所述的檢測方法中，步驟4通過分別調(diào)節(jié)調(diào)整機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)平面反射鏡。
[0018]作為優(yōu)選，在所述的檢測方法中，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)包括三個(gè)調(diào)節(jié)螺柱，同時(shí)調(diào)節(jié)三個(gè)調(diào)節(jié)螺柱使得平面反射鏡平移；調(diào)節(jié)第一個(gè)調(diào)節(jié)螺柱，實(shí)現(xiàn)平面反射鏡的Rx向調(diào)整；同時(shí)調(diào)節(jié)第二個(gè)和第三個(gè)調(diào)節(jié)螺柱，實(shí)現(xiàn)平面反射鏡的Ry向調(diào)整
[0019]作為優(yōu)選，在所述的檢測方法中，步驟3中，通過肉眼觀察或者軟件算法確認(rèn)橢球反射鏡返回的光斑是否與十字標(biāo)記的中心重合，且返回的光斑最小。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明通過橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置直接檢測橢球反射鏡的外焦點(diǎn)，將每個(gè)橢球反射鏡的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)到設(shè)計(jì)位置，保證橢球反射鏡焦點(diǎn)的偏心傾斜都處于公差范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)燈室組件的模塊化和互換性；由于本發(fā)明可以實(shí)時(shí)觀測，不需要掃描，可以提高測試的效率；并且本發(fā)明采用成像探測器進(jìn)行圖像采集，測試精度比較高；并且本發(fā)明的檢測裝置的通用性比較好，在不同項(xiàng)目的燈室上都可以使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)整橢球反射鏡焦點(diǎn)的示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中橢球反射鏡及其檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為圖2中的A部放大圖；
[0024]圖4為圖2的光路示意圖；
[0025]圖5為圖4中的B部放大圖；
[0026]圖6a?圖6b分別為理想光斑的圖像和二值圖像；
[0027]圖7a?圖7b分別為光斑相對于十字標(biāo)記中心偏移的示意圖；
[0028]圖8a?圖Sb分別為測量檢測裝置系統(tǒng)誤差時(shí)光斑的圖像和二值圖像；
[0029]圖9a?圖9b分別為光斑偏移0.02mm時(shí)的圖像和二值圖像；
[0030]圖1Oa?圖1Ob分別為傾斜0.02度時(shí)的圖像和二值圖像。
[0031]圖1中:1-平面反射鏡、2-橢球反射鏡、3-平面反射鏡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、4-汞燈調(diào)節(jié)架、
5-萊燈、6-運(yùn)動(dòng)臺(tái)固定支架、7-三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)、8-能量探測器。
[0032]圖2?1b中:101-固定支架、102-橢球反射鏡、103-平面反射鏡、104-定位柱、105-工裝支架、106-調(diào)整機(jī)構(gòu)、106110621063-調(diào)節(jié)螺柱、20-檢測裝置、201-成像探測器、202-鏡頭支架、203-鏡頭、204-標(biāo)記板、205-照明光源、206-十字標(biāo)記、207-光斑探測面。

【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0034]一種橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置20，如圖2?圖5所示，通過工裝支架105安裝在橢球反射鏡102的固定支架101上。具體地，檢測裝置20包括:成像探測器201、鏡頭支架202、鏡頭203、標(biāo)記板204以及照明光源205，所述成像探測器201、鏡頭203、鏡頭支架202以及標(biāo)記板204依次相連，所述照明光源205固定在所述鏡頭203的一側(cè)，所述鏡頭支架202固定在所述工裝支架105上，并且所述標(biāo)記板204上還設(shè)有十字標(biāo)記206，并且所述十字標(biāo)記206的中心同時(shí)處于所述鏡頭203的物面和橢球反射鏡102的外焦點(diǎn)上。本發(fā)明通過照明光源205為檢測裝置20提供光源，并在十字標(biāo)記206的中心形成具有一定反射角度的點(diǎn)光源，橢球反射鏡102在標(biāo)記板204上形成所述點(diǎn)光源的反射像(光斑)，從而使標(biāo)記板204上的十字標(biāo)記206通過鏡頭203成像在成像探測器201上，成像探測器201根據(jù)接收到的圖像判斷燈室的光錐位置是否準(zhǔn)確。因此，本發(fā)明通過確認(rèn)橢球反射鏡102的反射像是否與基本標(biāo)記(十字標(biāo)記206)中心重合，即可判斷燈室的光錐位置是否正確，具有檢測效率高和精確度高的特點(diǎn)。較佳的，所述鏡頭203采用分光棱鏡。
[0035]較佳的，請參照圖5，并結(jié)合圖2至4，所述標(biāo)記板204上十字標(biāo)記206和十字標(biāo)記206中心以外的區(qū)域?yàn)楣獍咛綔y面207，所述光斑探測面207經(jīng)過半透明處理，確保返回的光斑能夠透過所述標(biāo)記板204，形成光路。當(dāng)然，為能夠給本發(fā)明的檢測裝置20提供合適的照度，所述照明光源205的能量和波長參數(shù)均與所述成像探測器201相匹配。
[0036]請繼續(xù)參照圖2?5，并參照圖6a?Sb，本發(fā)明還提供一種橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測方法，應(yīng)用于上述的橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置20中，包括:
[0037]步驟1:將檢測裝置20通過工裝支架105固定在固定支架101上，并使標(biāo)記板204上十字標(biāo)記206的中心處于橢球反射鏡102的外焦點(diǎn)上。請重點(diǎn)參照圖2,具體地,橢球反射鏡102通過定位柱104實(shí)現(xiàn)與固定支架101的定位固定，橢球反射鏡102上方的平面反射鏡103通過調(diào)整機(jī)構(gòu)106固定在固定支架101上，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)106上設(shè)有三調(diào)節(jié)螺柱1061、1062、1063，通過所述三個(gè)調(diào)節(jié)螺柱1061、1062、1063可以實(shí)現(xiàn)平面反射鏡103的偏移和傾斜調(diào)整，同時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺柱1061、1062、1063可以實(shí)現(xiàn)平面反射鏡103的平移，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺柱1062、1063可以實(shí)現(xiàn)平面反射鏡103的Ry向調(diào)整，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺柱1061可以實(shí)現(xiàn)平面反射鏡103的Rx向調(diào)整。
[0038]步驟2:打開照明光源205 ;請重點(diǎn)參照圖4，此時(shí)，照明光源205產(chǎn)生的光線經(jīng)鏡頭203在標(biāo)記板204上形成具有一定發(fā)射角度的點(diǎn)光源，所述的發(fā)射角度與橢球反射鏡102相匹配，點(diǎn)光源經(jīng)平面反射鏡103和橢球反射鏡102的反射，反射匯聚的光點(diǎn)投射到標(biāo)記板204上十字標(biāo)記206以外區(qū)域上，即光斑探測面207上，由于光斑探測面207位于檢測裝置20的成像光路的物面上，所以成像光路會(huì)將返回的光斑與十字標(biāo)記206同時(shí)成像在成像探測器201內(nèi)。
[0039]步驟3:通過觀測成像探測器201上采集的圖像確認(rèn)橢球反射鏡102返回的光斑是否與十字標(biāo)記206的中心重合，且返回的光斑最小，若不重合，則進(jìn)入步驟4，若重合，則檢測完成，此時(shí)，平面反射鏡103和橢球反射鏡102反射的光斑在光斑探測面207上的分布如圖6a所示，成像探測器201上形成的圖像如圖6b所示，圖6b為圖6a的二值圖像。較佳的，本步驟中，可以通過肉眼觀察或者軟件算法來確認(rèn)橢球反射鏡102返回的光斑是否與十字標(biāo)記206的中心重合，且返回的光斑最小。
[0040]步驟4:調(diào)節(jié)平面反射鏡103，使橢球反射鏡102返回的光斑與標(biāo)記板204上十字標(biāo)記206的中心重合，且返回的光斑最小。具體地，當(dāng)平面反射鏡103沒有調(diào)整到合適位置時(shí)，橢球反射鏡102外焦點(diǎn)會(huì)偏離十字標(biāo)記206的中心，且主光線存在傾斜，如圖7a和圖7b所示，此時(shí)光斑直徑比較大，即圖中d/b的比值比較大。此時(shí)，調(diào)整步驟包括:
[0041]a、旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺柱1062、1063，使得橢球反射鏡102外焦點(diǎn)處的光斑沿圖7a中X方向向十字標(biāo)記206中心靠攏，同時(shí)觀察d/b的比值的變化，使得d/b的比值最?。?br> [0042]b、旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺柱1061，使得橢球反射鏡102外焦點(diǎn)處光斑沿圖7a中Z方向向十字標(biāo)記206中心靠攏，同時(shí)觀察d/b的比值的變化，使得d/b的比值最??；
[0043]C、同時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺柱1061、1062和1063，使得橢球反射鏡102外焦點(diǎn)處的光斑沿圖7a中Z方向向十字標(biāo)記206中心靠攏，同時(shí)觀察d/b的比值的變化，使得d/b的比值最小;
[0044]d、重復(fù)a、b、c步驟，使得橢球反射鏡102外焦點(diǎn)處光斑中心在圖7a的Z方向與十字標(biāo)記206中心重合，同時(shí)d/b的比值最??；
[0045]請參照圖8a?8b，通過成像探測器201測量圖8a?8b中的(a2_al) /2/b的比值，則可以計(jì)算出橢球反射鏡102外焦點(diǎn)處返回的光斑中心沿X方向與十字標(biāo)記206中心的偏移值，此值作為系統(tǒng)誤差，平面反射鏡103無法補(bǔ)償該系統(tǒng)偏移誤差，此誤差由圖2中定位柱104的定位誤差造成，誤差量比較小，可以在整體裝配時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。
[0046]需要說明的是，只要分別給平面反射鏡103帶入一定的偏移量，通過成像探測器201顯示確認(rèn)，即可分辨出最小的偏移和傾斜量，也就是檢測裝置20的測量精度。設(shè)定因?yàn)槎ㄎ恢?04定位精度造成橢球反射鏡的外焦點(diǎn)光斑中心沿X方向的偏移量為0.03mm，請參照圖9a?10b，返回的光斑的偏移精度小于0.02mm、傾斜精度小于0.002度，偏移傾斜精度滿足燈室的精度要求。
[0047]綜上所述，本發(fā)明提供的橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置及其檢測方法，該檢測裝置通過工裝支架105安裝在橢球反射鏡102的固定支架101上。具體地，檢測裝置20包括:成像探測器201、鏡頭支架202、鏡頭203、標(biāo)記板204以及照明光源205，所述成像探測器201、鏡頭203、鏡頭支架202以及標(biāo)記板204依次相連，所述照明光源205固定在所述鏡頭203的一側(cè)，所述鏡頭支架202固定在所述工裝支架105上，并且所述標(biāo)記板204上還設(shè)有十字標(biāo)記206，并且所述十字標(biāo)記206的中心同時(shí)處于所述鏡頭203的物面和橢球反射鏡102的外焦點(diǎn)上。本發(fā)明通過直接檢測橢球反射鏡102的外焦點(diǎn)，將每個(gè)橢球反射鏡102的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)到設(shè)計(jì)位置，保證橢球反射鏡102焦點(diǎn)的偏心傾斜都處于公差范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)燈室組件的模塊化和互換性；由于本發(fā)明可以實(shí)時(shí)觀測，不需要掃描，可以提高測試的效率；并且本發(fā)明采用成像探測器201進(jìn)行圖像采集，測試精度比較高；并且本發(fā)明的檢測裝置20的通用性比較好，在不同項(xiàng)目的燈室上都可以使用。
[0048]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置，安裝在工裝支架上，包括:成像探測器、鏡頭支架、鏡頭、標(biāo)記板以及照明光源，所述成像探測器、鏡頭、鏡頭支架以及標(biāo)記板依次相連，所述照明光源固定在所述鏡頭的一側(cè)，所述鏡頭支架固定在所述工裝支架上，并且所述標(biāo)記板上還設(shè)有十字標(biāo)記，所述十字標(biāo)記的中心同時(shí)處于所述鏡頭的物面和橢球反射鏡的外焦點(diǎn)上。
2.如權(quán)利要求1所述的橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置，其特征在于，所述鏡頭采用分光棱鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置，其特征在于，所述標(biāo)記板上十字標(biāo)記和十字標(biāo)記中心以外的區(qū)域?yàn)楣獍咛綔y面，所述光斑探測面經(jīng)過半透明處理。
4.如權(quán)利要求1所述的橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置，其特征在于，所述照明光源的能量和波長參數(shù)均與所述成像探測器相匹配。
5.一種橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的檢測裝置中，其特征在于，包括: 步驟1:將橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測裝置通過工裝支架固定在橢球反射鏡的固定支架上，并使標(biāo)記板上十字標(biāo)記的中心處于橢球反射鏡的外焦點(diǎn)上； 步驟2:打開照明光源； 步驟3:通過觀測成像探測器上采集的圖像確認(rèn)橢球反射鏡返回的光斑是否與十字標(biāo)記的中心重合,且返回的光斑最??； 若是，檢測完成；若否，進(jìn)入步驟4 ； 步驟4:調(diào)節(jié)平面反射鏡，使橢球反射鏡返回的光斑與標(biāo)記板上十字標(biāo)記的中心重合，且返回的光斑最小。
6.如權(quán)利要求5所述的橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測方法，其特征在于，步驟4通過調(diào)節(jié)調(diào)整機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)平面反射鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測方法，其特征在于，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)包括三個(gè)調(diào)節(jié)螺柱，同時(shí)調(diào)節(jié)三個(gè)調(diào)節(jié)螺柱使得平面反射鏡平移；調(diào)節(jié)第一個(gè)調(diào)節(jié)螺柱，實(shí)現(xiàn)平面反射鏡的Rx向調(diào)整；同時(shí)調(diào)節(jié)第二個(gè)和第三個(gè)調(diào)節(jié)螺柱，實(shí)現(xiàn)平面反射鏡的Ry向調(diào)整。
8.如權(quán)利要求5所述的橢球反射鏡焦點(diǎn)的檢測方法，其特征在于，步驟3中，通過肉眼觀察或者軟件算法確認(rèn)橢球反射鏡返回的光斑是否與十字標(biāo)記的中心重合，且返回的光斑最小。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK104180969SQ201310192710
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】陳宇環(huán), 于大維, 景磊 申請人:上海微電子裝備有限公司