曝光机中光学镜组温度和热变形测量用试验装置及测量方法

本发明涉及曝光机中光学镜组温度和热变形测量用试验装置及方法，属于测量领域。

背景技术：

1、光学镜组作为曝光机的重要组成部分，在光刻过程中发挥着关键的作用，它直接影响着设备的分辨率、精度和稳定性。在曝光过程中，内部电子元件发热和激光照射生热对光学镜组周围的温度分布产生影响，而不均匀的温度分布容易导致光学元件产生热变形，进而降低系统的曝光成像质量。

2、具体分析如下：1、曝光机工作时，在激光照明系统下，光线的反射、透射、被吸收会使得光学镜组的周围温度分布不均匀，温度梯度的产生会使镜片入射面和透过面的面形发生凹凸变化，造成成像焦距的改变。2、随着温度的升高，金属材质做成的镜筒、隔圈的膨胀会导致镜片间距增加，使得焦距发生改变，随着工作时间的推移光刻质量会不断下降。3、镜片会被镜筒、隔圈所导致的膨胀而发生挤压，光学材料在膨胀挤压作用下，由于光弹性效应会发生应力双折射，光线穿过双折射材料时，就会经历两次折射或者双折射，外加应力镜片平面内和应力平行、垂直的两个方向上都修改了玻璃的折射率，导致成像质量变差。

3、所以，在设计整个光学系统时要考虑光学镜组受激光照射产生的温度变化而引起的热变形，以保证曝光设备获得高质量的曝光结果。因此，就要以光学系统为对象，针对不同工况下的光学镜组进行热稳定性分析，而由于环境的复杂性，温度和变形数据根据仿真和理论计算出的结果又不够真实。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题是提供曝光机中光学镜组温度和热变形测量用试验装置，它可以实时获得在不同激光功率工况下的光学镜组的温度和热变形的最准确的数据，并进行收集分析。本发明同时还提供了曝光机中光学镜组温度和热变形的测量方法。

2、本发明曝光机中光学镜组温度和热变形测量用试验装置，它包括测量台、光学组件、控制传感组件；光学组件包括伺服电机、镜组安装板、光学镜组、龙门支架、对准相机；控制传感组件包括应变传感贴片、主控机、工控机、半导体激光器、静态应变系统、温度数据系统、上位机、温度传感贴片；龙门支架固定在测量台后台面的上面，伺服电机固定在龙门支架的上面，镜组安装板固定在伺服电机滑块的上面，光学镜组和对准相机均安装在镜组安装板的前面；测量台前台面上装有温度数据系统、静态应变系统，温度传感贴片贴在光学镜组的套筒上、其通过导线与温度数据系统连接，应变传感贴片贴在光学镜组的套筒上、其通过导线与静态应变系统连接；测量台的下部支撑部内设置有半导体激光器、工控机、主控机；工控机通过控制线连接半导体激光器；上位机固定在测量台后台面的上面；主控机、上位机均与静态应变系统和温度数据系统连接。

3、进一步地，对准相机配有环形光源。

4、进一步地，光学组件还包括光机罩，光机罩罩在光学镜组、对准相机及镜组安装板的外面。

5、进一步地，测量用试验装置还包括热成像仪，热成像仪位于测量台的旁边，其头部对准光机罩。

6、进一步地，测量用试验装置还包括温度控制器，温度控制器位于测量台的旁边，其通过水路与半导体激光器连接。

7、本发明曝光机中光学镜组温度和热变形的测量方法，其包括以下步骤：

8、①确定光学镜组的最佳焦距：安装待检测光学镜组，移动伺服电机使光学镜组焦面移动到合适位置，同时对准相机捕捉光学镜组成像的图样；

9、②在光学镜组上安装贴片：在光学镜组上的镜筒上布置温度传感贴片和应变传感贴片，温度传感贴片通过导线与温度数据系统连接、应变传感贴片通过导线与静态应变系统连接；

10、③运行曝光程序：设置半导体激光器的通断电时间，使光学镜组处于通断电曝光的环境中，温度数据系统和静态应变系统实时采集温度传感贴片的温度数据和应变传感贴片的应变数据；

11、④主控机将温度数据和应变数据进行分析、绘图等，并在上位机上显示；

12、⑤移动伺服电机，使光学镜组焦面移动到合适位置，通过与步骤1中的焦面对比得到焦距误差数据。

13、进一步地，步骤①具体为：在光学镜组的调整过程中，通过工控机给控制光学镜组的板卡发送图样数据，使得光学镜组曝光成像，并通过对准相机采集图样，找到图样最清晰的位置，控制伺服电机在最清晰位置处停止。此时要确保没有其他外因的干扰，即控制器、激光器、光学镜组内的芯片等发热元件断电并处于室温状态

14、进一步地，步骤②具体为：根据试验方案在光学镜组的镜筒上布置多个温度探头贴片，温度数据系统将采集的温度数据通过串口传递至上位机和主控机，为了保证温度采集系统稳定性，初始时通过上位机观察光学镜组各个位置连接的温度通道要处于室温；根据试验方案在光学镜组的镜筒上布置多个应变传感贴片，静态应变系统将采集的应变数据通过串口传递至上位机和主控机，为了保证应变采集系统可行性，初始时通过上位机观察光学镜组各个位置连接的应变通道是否处于平衡状态。

15、进一步地，步骤③具体为：当光学系统各个位置温度数据处于室温以及应变数据处于平衡状态时，温度控制器、半导体激光器等设备上电运行，设置半导体激光器输出功率、通断电时间间隔，运行曝光程序使光学镜组处于通断电曝光的环境中，在此过程中，温度数据系统和静态应变系统实时采集温度传感贴片的温度数据和应变传感贴片的应变数据，并传输给上位机和主控机。

16、进一步地，步骤④具体为：待半导体激光器以通断电曝光状态运行一段时间后，光学镜组达到温度稳定状态时，主控机对接收到的具体点位的温度数据和热成像仪采集到的整体温度分布的数据进行拟合、分析和处理，绘制出随时间变化的折线图；同时，主控机对接收到的应变数据进行处理使其变成形变数据，然后将形变数据绘制出随时间变化的折线图。

17、本发明测量用试验装置的优点是：它通过半导体激光器使光学镜组处于通断电曝光的环境中，且通过温度传感贴片和应变传感贴片实时获得温度和热变形的最准确的数据，并通过主控机进行收集分析，从而为保证获得高质量的曝光结果的解决方案提供理论基础。

1.曝光机中光学镜组温度和热变形测量用试验装置，其特征是：它包括测量台(303)、光学组件、控制传感组件；光学组件包括伺服电机(103)、镜组安装板(104)、光学镜组(101)、龙门支架(105)、对准相机(106)；控制传感组件包括应变传感贴片(204)、主控机(302)、工控机(402)、半导体激光器(401)、静态应变系统(203)、温度数据系统(202)、上位机(301)、温度传感贴片(201)；龙门支架(105)固定在测量台(303)后台面的上面，伺服电机(103)固定在龙门支架(105)的上面，镜组安装板(104)固定在伺服电机(103)滑块的上面，光学镜组(101)和对准相机(106)均安装在镜组安装板(104)的前面；测量台(303)前台面上装有温度数据系统(202)、静态应变系统(203)，温度传感贴片(201)贴在光学镜组(101)的套筒上、其通过导线与温度数据系统(202)连接，应变传感贴片(204)贴在光学镜组(101)的套筒上、其通过导线与静态应变系统(203)连接；测量台(303)的下部支撑部内设置有半导体激光器(401)、工控机(402)、主控机(302)；工控机(402)通过控制线连接半导体激光器(401)；上位机(301)固定在测量台(303)后台面的上面；主控机(302)、上位机(301)均与静态应变系统(203)和温度数据系统(202)连接。

2.根据权利要求1所述的测量用试验装置，其特征是：对准相机(106)配有环形光源。

3.根据权利要求1所述的测量用试验装置，其特征是：光学组件还包括光机罩(102)，光机罩(102)罩在光学镜组(101)、对准相机(106)及镜组安装板(104)的外面。

4.根据权利要求1所述的测量用试验装置，其特征是：它还包括热成像仪(404)，热成像仪(404)位于测量台(303)的旁边，其头部对准光机罩(102)。

5.根据权利要求1所述的测量用试验装置，其特征是：它还包括温度控制器(403)，温度控制器(403)位于测量台(303)的旁边，其通过水路与半导体激光器(401)连接。

6.曝光机中光学镜组温度和热变形的测量方法，其包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征是：步骤①具体为：在光学镜组的调整过程中，通过工控机给控制光学镜组的板卡发送图样数据，使得光学镜组曝光成像，并通过对准相机采集图样，找到图样最清晰的位置，控制伺服电机在最清晰位置处停止。此时要确保没有其他外因的干扰，即控制器、激光器、光学镜组内的芯片等发热元件断电并处于室温状态。

8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征是：步骤②具体为：根据试验方案在光学镜组的镜筒上布置多个温度探头贴片，温度数据系统将采集的温度数据通过串口传递至上位机和主控机，为了保证温度采集系统稳定性，初始时通过上位机观察光学镜组各个位置连接的温度通道要处于室温；根据试验方案在光学镜组的镜筒上布置多个应变传感贴片，静态应变系统将采集的应变数据通过串口传递至上位机和主控机，为了保证应变采集系统可行性，初始时通过上位机观察光学镜组各个位置连接的应变通道是否处于平衡状态。

9.根据权利要求6所述的测量方法，其特征是：步骤③具体为：当光学系统各个位置温度数据处于室温以及应变数据处于平衡状态时，温度控制器、半导体激光器等设备上电运行，设置半导体激光器输出功率、通断电时间间隔，运行曝光程序使光学镜组处于通断电曝光的环境中，在此过程中，温度数据系统和静态应变系统实时采集温度传感贴片的温度数据和应变传感贴片的应变数据，并传输给上位机和主控机。

10.根据权利要求6所述的测量方法，其特征是：步骤④具体为：待半导体激光器以通断电曝光状态运行一段时间后，光学镜组达到温度稳定状态时，主控机对接收到的具体点位的温度数据和热成像仪采集到的整体温度分布的数据进行拟合、分析和处理，绘制出随时间变化的折线图；同时，主控机对接收到的应变数据进行处理使其变成形变数据，然后将形变数据绘制出随时间变化的折线图。