一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的方法和裝置。本發(fā)明利用擋光系統(tǒng)將待測激光中具有特定光譜范圍的激光入射到分光系統(tǒng)，并利用所述分光系統(tǒng)將激光分成兩束，其中一束進行光譜的探測與顯示，另一束進行能量探測，并調(diào)節(jié)擋光系統(tǒng)以改變通過該擋光系統(tǒng)的激光的光譜范圍，并根據(jù)所顯示的光譜范圍以及與所顯示的光譜范圍對應的能量，獲得待測激光的光譜能量分布。擋光系統(tǒng)可通過可調(diào)節(jié)開口大小和位置的可調(diào)狹縫構成。本發(fā)明可以同時觀測入射激光的光譜及其相應能量分布，簡便快捷，操作方便，可靠性高。
【專利說明】一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光【技術領域】，具體涉及一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的方法和裝置。

【背景技術】
[0002]準分子激光由于其短波長等特點被廣泛用于超大規(guī)模集成電路光刻。窄的輻射光譜寬度是光刻用準分子激光器最重要的技術指標之一，直接影響曝光系統(tǒng)物鏡像差中色差大小及曝光寬容度?？疾旃饪坦庠垂庾V寬度有兩個關鍵指標:FWHM(Full Width HalfMaximum)和E95帶寬。其中，E95是衡量光譜純度的重要指標，強調(diào)脈沖激光的光譜能量分布，其大小及穩(wěn)定性對于光刻應用至關重要，影響曝光系統(tǒng)成像能力和臨界尺寸的控制。
[0003]在先研究者們嘗試了許多線寬壓窄的方案(如申請?zhí)枮?01210553807.9的專利)，多以損失激光能量為代價。為了同時實現(xiàn)窄線寬及高輸出激光能量，主振-功率振蕩結構(MOPO)(如文獻“準分子激光技術發(fā)展”，《中國激光》，2010，37:9)、復合腔結構(如文獻“光參量振蕩器的復合腔調(diào)頻”，《中國激光》，1997，24:2)等光學結構被引入激光系統(tǒng)。在調(diào)整此種激光系統(tǒng)時，需要同時兼顧大能量和窄線寬兩個指標，在提升輸出激光能量的同時決不能以光譜展寬為代價。
[0004]圖1為現(xiàn)有的未優(yōu)化的準分子激光復合腔系統(tǒng)輸出激光的光譜圖。如圖1所示，輸出激光光譜中除了窄帶部分，光譜底部出現(xiàn)了一個強度相對較弱的寬帶包絡，則系統(tǒng)需要繼續(xù)優(yōu)化調(diào)整，以最終使得能量提升僅限于窄帶激光部分。在此過程中，需要相關的方法或裝置來判定整個激光光譜能量分布情況。
[0005]以光刻用ArF準分子激光器為例，目前所需光源線寬極窄(一般為百fm量級)，而激光自由振蕩譜線較寬(百Pm量級)。若運用MOPO或復合腔等結構同時獲得窄線寬及大能量輸出，則調(diào)試過程中需同比例呈現(xiàn)上述自由振蕩寬帶譜與目標窄帶譜的信息，包括光譜及其能量分布情況，用以判定系統(tǒng)是否已優(yōu)化好。但是，由于二者相差三個數(shù)量級，若要實現(xiàn)兩者光譜的同精度探測和顯示非常困難，目前未見有相關儀器可直接應用，而單純利用現(xiàn)有光譜儀探測上述光譜會弓I入誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]本發(fā)明旨在解決窄譜及寬譜信息的同時探測和解調(diào)，以更加精確、便捷的探測激光光譜能量分布信息的問題。
[0008]( 二 )技術方案
[0009]本發(fā)明提出一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的方法，包括如下步驟:利用擋光系統(tǒng)將待測激光中具有特定光譜范圍的激光入射到分光系統(tǒng)；利用所述分光系統(tǒng)將激光分成兩束，其中一束進行光譜的探測與顯示，另一束進行能量探測；調(diào)節(jié)擋光系統(tǒng)以改變通過該擋光系統(tǒng)的激光的光譜范圍，并根據(jù)所顯示的光譜范圍以及與所顯示的光譜范圍對應的能量，獲得待測激光的光譜能量分布。
[0010]優(yōu)選地，所述擋光系統(tǒng)的通光口的位置和/或大小是可調(diào)的。
[0011]本發(fā)明還提出一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，包括激光色散分光系統(tǒng)、擋光系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、探測顯示系統(tǒng)和能量探測系統(tǒng)，其中，所述激光色散分光系統(tǒng)用于將入射激光色散分光并將其入射到所述擋光系統(tǒng)，所述擋光系統(tǒng)用于使入射到其上的特定光譜范圍的激光通過后發(fā)射到出光系統(tǒng)，所述分光系統(tǒng)用于使入射到其上的激光一分為二，其中一束經(jīng)所述成像系統(tǒng)進入所述探測顯示系統(tǒng)，另一束進入所述能量探測系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)用于使擋光系統(tǒng)處透射的激光分布圖像等比例成像于所述探測顯示系統(tǒng)，所述探測顯示系統(tǒng)用于探測并顯示激光的光譜信息，所述能量探測系統(tǒng)用于對激光進行能量測試，得到激光的能量數(shù)據(jù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述激光色散分光系統(tǒng)包括激光器、入射狹縫、準直鏡、衍射光柵和聚焦鏡，其中衍射光柵作為色散元件。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述擋光系統(tǒng)為一個可調(diào)狹縫，其開口的大小可調(diào)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述可調(diào)狹縫的位置可以連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述分光系統(tǒng)為一個分光鏡片。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述成像系統(tǒng)為1:1成像透鏡，其與所述擋光系統(tǒng)及所述探測顯示系統(tǒng)的距離相同，均為該1:1成像透鏡焦距的2倍。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述探測顯示系統(tǒng)包括CXD和顯示處理器。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述能量探測系統(tǒng)為一能量計。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明的裝置引入了分光系統(tǒng)，從而在光譜探測的同時，通過能量探測以獲得光譜能量分布信息，因此能對特定光譜探測進行補充和修正。本發(fā)明可以同時觀測入射激光的光譜及其相應能量分布，簡便快捷，操作方便，可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有的未優(yōu)化的準分子激光復合腔系統(tǒng)輸出激光的光譜圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置的光路結構原理圖；
[0023]圖3為本發(fā)明提出的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置的實施例的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明提出一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的方法和裝置，在系統(tǒng)中引入分光系統(tǒng)，在光譜探測的同時，引入能量探測獲得光譜能量分布信息，以對光譜探測進行補充和修正。
[0025]本發(fā)明的方法主要為:利用擋光系統(tǒng)將待測激光中具有特定光譜范圍的激光入射到分光系統(tǒng)；利用所述分光系統(tǒng)將激光分成兩束，其中一束進行光譜的探測與顯示，另一束進行能量探測；調(diào)節(jié)擋光系統(tǒng)以改變通過該擋光系統(tǒng)的激光的光譜范圍，并根據(jù)所顯示的光譜范圍以及與所顯示的光譜范圍對應的能量，獲得待測激光的光譜能量分布。所述擋光系統(tǒng)的通光口的位置和/或大小是可調(diào)的。為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0026]圖2為本發(fā)明的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置的光路結構原理圖。如圖2所示，本發(fā)明的裝置包括激光色散分光系統(tǒng)1、擋光系統(tǒng)2、分光系統(tǒng)3、成像系統(tǒng)4、探測顯示系統(tǒng)5和能量探測系統(tǒng)6。
[0027]激光色散分光系統(tǒng)I用于將入射激光色散分光并將其入射到所述擋光系統(tǒng)2 ;擋光系統(tǒng)2用于使入射到其上的特定光譜范圍的激光通過后發(fā)射到出光系統(tǒng)，而其他光譜范圍的激光被擋光系統(tǒng)2阻擋；分光系統(tǒng)3用于使入射到其上的激光一分為二，其中一束經(jīng)成像系統(tǒng)4進入探測顯示系統(tǒng)5，另一束進入能量探測系統(tǒng)6 ;成像系統(tǒng)4用于使擋光系統(tǒng)2處透射的激光分布圖像等比例成像于探測顯示系統(tǒng)5 ;探測顯示系統(tǒng)5用于探測并顯示激光的光譜信息；能量探測系統(tǒng)6用于對激光進行能量測試，得到激光的能量數(shù)據(jù)。
[0028]優(yōu)選地，所述擋光系統(tǒng)2能夠被移動，從而改變其通光口的位置；更優(yōu)選為，其通光口的大小也可以是可調(diào)的，以使從擋光系統(tǒng)2出射的激光中只包含特定光譜成分的激光。例如將擋光系統(tǒng)2安置于一個精密調(diào)整架上。
[0029]所述控測顯示系統(tǒng)5優(yōu)選為能夠實時顯示激光的光譜。
[0030]同時，能量探測系統(tǒng)6優(yōu)選為能夠處理所測試得到的能量數(shù)據(jù)，得到入射到該能量探測系統(tǒng)6的激光中特定光譜成分所占的能量比例，即由激光色散分光系統(tǒng)I入射的激光中特定光譜成分所占的能量比例。這樣，通過連續(xù)移動擋光系統(tǒng)2的位置，可以得出所述激光中各光譜成分所占能量比例，繼而得知該激光的光譜能量分布情況。
[0031]優(yōu)選地，上述各系統(tǒng)均密封于沒有外部光線的容器中，以排除外部光線的干擾。該容器例如是一個黑色的密閉盒體。
[0032]優(yōu)選的，當所述激光色散分光系統(tǒng)出射的激光是被準直并色散后聚焦的，則所述擋光系統(tǒng)2放置于該激光的焦點。這樣有利于通過擋光系統(tǒng)2的位置移動來進行光譜范圍的調(diào)節(jié)；
[0033]所述擋光系統(tǒng)可以是刀口、可調(diào)狹縫等元件；所述的分光系統(tǒng)，可以是一定分光比例的分光鏡片；所述的成像系統(tǒng)，可以是透鏡或透鏡組；所述探測顯示系統(tǒng)5，可以是CCD、顯示處理器及它們的控制器的組合；
[0034]下面通過一個具體實施例來進一步說明本發(fā)明的裝置的結構。圖3為本發(fā)明提出的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置的實施例的結構示意圖。如圖3所示，該實施例的裝置包括有:激光器10、入射狹縫11、準直鏡12、衍射光柵13、聚焦透鏡14、可調(diào)狹縫21,50: 50分光比的分光鏡片31、1: I成像透鏡41、(XD 51、顯示處理器52、能量計61。
[0035]其中，激光器10、入射狹縫11、準直鏡12、衍射光柵13和聚焦透鏡14構成激光色散分光系統(tǒng)I。衍射光柵13作為色散兀件。可調(diào)狹縫21構成擋光系統(tǒng)2,分光鏡片31作為分光系統(tǒng)3、1:1成像透鏡41作為成像系統(tǒng)4，CXD 51和顯示處理器52組成探測顯示系統(tǒng)5，能量計61作為能量探測系統(tǒng)6。
[0036]具體來說，激光器10產(chǎn)生的激光經(jīng)由一個入射狹縫11入射至準直鏡12。入射狹縫11用于控制入激光光斑的大小。激光被準直鏡12準直后以一定角度入射到衍射光柵13。衍射光柵13會將入射激光進行色散分光,根據(jù)光柵方程((KsinQi^sinQtj) = mA ,m=0，±1，±2，…)，會形成很多衍射級次的出射激光，而各衍射級次(m# O)激光都對應一系列不同出射角度的相應波長的激光。
[0037]調(diào)節(jié)光柵角度以選取衍射的激光的一級衍射分光級次，使之入射到聚焦透鏡14。由于不同入射波長激光都對應不同的入射角度，所以在聚焦透鏡14的焦平面處各波長激光在空間上將分開排列?？烧{(diào)狹縫21置于聚焦透鏡14的焦平面上，其開口的大小可調(diào)，且位置可以通過機械方式連續(xù)調(diào)節(jié)，以使特定光譜成分的激光通過。
[0038]分光鏡片31置于可調(diào)狹縫之后，用于將光束一分為二，其中一束經(jīng)1:1成像透鏡41成像于CXD 51，并經(jīng)顯示處理器52將光譜信息還原，另外一束入射至能量計61進行能量測試。
[0039]通過在聚焦透鏡14的聚焦平面內(nèi)精密移動可調(diào)狹縫21的位置及開口的大小，以使聚焦鏡焦平面上已在空間分開排列的不同的波長成分通過，也即，使出射激光中特定的光譜成分通過，并可由顯示處理器52對通過的光譜進行實時顯示，同時還能通過能量計61得出相應光譜成分的能量數(shù)據(jù)。將能量數(shù)據(jù)進行處理，處理后即可以得知入射激光中特定光譜成分所占能量比例。連續(xù)移動可調(diào)狹縫21的位置并重復以上操作，可以得出入射激光中各光譜成分所占能量比例。
[0040]該實施例中，所述裝置的各元件(除了激光器10)全部置于密封黑色金屬盒子中，以排除外部光線干擾；所述可調(diào)狹縫21的開口大小可調(diào)，而可調(diào)狹縫21外部尺寸要足夠覆蓋焦平面處的激光截面；所述的1:1成像透鏡41與所述可調(diào)狹縫21及CXD 51距離相同，均為成像透鏡41焦距的2倍，從而將聚焦鏡焦平面的像等比例成像于CXD上。
[0041]使用上述裝置進行入射激光光譜能量分布測試的具體操作的步驟如下:首先，按照圖3中可調(diào)狹縫21右側的雙箭頭方向在聚焦透鏡14的焦平面內(nèi)移動可調(diào)狹縫21的位置并調(diào)整其開口大小，使得焦平面處的全部光譜成分露出，利用能量計61測得此時的相對能量值El ;然后，根據(jù)顯示處理器52顯示的光譜信息，精密調(diào)節(jié)可調(diào)狹縫21的開口大小及位置，從而使激光中特定波長(Xi)及帶寬(Λ λ)的激光成分通過，此時只顯示通過的所需測量部分的光譜，利用能量計61測得此時的相對能量值Ε2。于是，所需測量部分的光譜占總光譜的能量比例為:Ε2/Ε1。重復上述步驟，可以得出各光譜成分所占的能量比例，繼而獲得入射激光光譜能量分布信息。
[0042]由上述對于本發(fā)明的技術方案及【具體實施方式】的說明可見，本發(fā)明通過引入分光系統(tǒng)，在光譜探測的同時進行能量探測而獲得光譜能量分布信息，從而對特定光譜探測進行補充和修正。本發(fā)明設計可以同時觀測入射激光的光譜及其相應能量分布，簡便快捷，操作方便，可靠性高。
[0043]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的方法，其特征在于，包括如下步驟: 利用擋光系統(tǒng)將待測激光中具有特定光譜范圍的激光入射到分光系統(tǒng)； 利用所述分光系統(tǒng)將激光分成兩束，其中一束進行光譜的探測與顯示，另一束進行能量探測； 調(diào)節(jié)擋光系統(tǒng)以改變通過該擋光系統(tǒng)的激光的光譜范圍，并根據(jù)所顯示的光譜范圍以及與所顯示的光譜范圍對應的能量，獲得待測激光的光譜能量分布。
2.如權利要求1所述的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的方法，其特征在于，所述擋光系統(tǒng)的通光口的位置和/或大小是可調(diào)的。
3.一種同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，包括激光色散分光系統(tǒng)(1)，其特征在于:還包括擋光系統(tǒng)(2)、分光系統(tǒng)(3)、成像系統(tǒng)(4)、探測顯示系統(tǒng)(5)和能量探測系統(tǒng)(6)，其中， 所述激光色散分光系統(tǒng)(I)用于將入射激光色散分光并將其入射到所述擋光系統(tǒng)(2)； 所述擋光系統(tǒng)(2)用于使入射到其上的特定光譜范圍的激光通過后發(fā)射到出光系統(tǒng)； 所述分光系統(tǒng)(3)用于使入射到其上的激光一分為二，其中一束經(jīng)所述成像系統(tǒng)(4)進入所述探測顯示系統(tǒng)(5)，另一束進入所述能量探測系統(tǒng)(6)； 所述成像系統(tǒng)(4)用于使擋光系統(tǒng)(2)處透射的激光分布圖像等比例成像于所述探測顯示系統(tǒng)(5)； 所述探測顯示系統(tǒng)(5)用于探測并顯示激光的光譜信息； 所述能量探測系統(tǒng)(6)用于對激光進行能量測試，得到激光的能量數(shù)據(jù)。
4.如權利要求3所述的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，其特征在于，所述激光色散分光系統(tǒng)(I)包括激光器(10)、入射狹縫(11)、準直鏡(12)、衍射光柵(13)和聚焦鏡(14)，其中衍射光柵(13)作為色散元件。
5.如權利要求3所述的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，其特征在于，所述擋光系統(tǒng)(2)為一個可調(diào)狹縫(21)，其開口的大小可調(diào)。
6.如權利要求5所述的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，其特征在于，所述可調(diào)狹縫(21)的位置可以連續(xù)調(diào)節(jié)。
7.如權利要求3所述的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，其特征在于，所述分光系統(tǒng)(3)為一個分光鏡片(31)。
8.如權利要求3所述的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，其特征在于，所述成像系統(tǒng)(4)為1:1成像透鏡(41)，其與所述擋光系統(tǒng)(2)及所述探測顯示系統(tǒng)(5)的距離相同，均為該1:1成像透鏡(41)焦距的2倍。
9.如權利要求3所述的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，其特征在于，所述探測顯示系統(tǒng)(5)包括CXD (51)和顯示處理器(52)。
10.如權利要求3所述的同時監(jiān)測激光光譜及光譜能量分布的裝置，其特征在于，所述能量探測系統(tǒng)(6)為一能量計(61)。
【文檔編號】G01J3/36GK104316185SQ201410591968
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權日:2014年10月29日
【發(fā)明者】周翊, 范元媛, 劉廣義, 吳月婷, 趙江山, 王宇 申請人:中國科學院光電研究院