本發(fā)明涉及光刻機物鏡領域，具體涉及一種物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)及其測量方法。
背景技術(shù)：
：在大規(guī)模集成電路的光學光刻中，物鏡內(nèi)部溫度是否穩(wěn)定關(guān)系到焦面和鏡頭成像質(zhì)量的穩(wěn)定性，是光刻機至關(guān)重要的指標，由于受到物鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)及布局的限制，無法采用風冷等手段進行溫度控制，因此傳統(tǒng)技術(shù)中普遍采用加裝水套法來控制物鏡內(nèi)部的溫度。加裝水套法即在水套內(nèi)注入高精度溫控冷卻水，通過水氣換熱的方式建立保持物鏡內(nèi)部溫度相對恒定并具有溫度反饋功能的控制架構(gòu)。采用該方法需在物鏡鏡片溫度敏感點設置鉑電阻溫度傳感器進行溫度采集和反饋控制，同時通過一系列措施精確控制水溫，如圖1所示。然而，現(xiàn)有技術(shù)通常存在以下三個方面的問題：一、由于鉑電阻溫度傳感器為基于單點的溫度測量傳感器，其信號采用A/D采樣方式，容易受到電磁輻射、對地絕緣性能等外部環(huán)境影響，此外，在采用多點測量時，需要對不同鉑電阻傳感器之間進行溫度標定，工作量大、難度高；二、在實際應用中，由于受到物鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局、環(huán)境工況、水套安裝位置、水管鋪設方式等因素影響，導致物鏡內(nèi)部的溫度呈現(xiàn)非線性分布，而基于單點的鉑電阻溫度傳感器無法給出物鏡內(nèi)部完整的溫度分布情況；三、在光刻機工作時，由于鏡筒材料與鏡片材料的熱膨脹系數(shù)不同，因此物鏡內(nèi)部溫度的變化將導致鏡筒發(fā)生應變，由此引起對鏡片的應力，且鏡筒不同位置對應的溫度不同，其產(chǎn)生的應變不同，對鏡片的應力也不同，而采用鉑電阻溫度 傳感器進行測量無法得到鏡筒不同位置的應變以及對鏡片造成的應力，未能對后期溫控補償或成像質(zhì)量的分析提供更完善的依據(jù)，最終導致像質(zhì)不穩(wěn)定。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明為了克服以上不足，提供了一種可以準確測量物鏡內(nèi)部整體溫度分布和應變的物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)及其測量方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)，包括：物鏡，包括鏡筒和鏡片，所述物鏡內(nèi)部具有溫度分布，對應所述鏡筒和所述鏡片應力形變；測量裝置，用于同時測量所述物鏡單元內(nèi)部的溫度分布，及所述鏡筒和/或鏡片的應力形變。進一步的，所述測量裝置包括：若干光纖、設于每根所述光纖內(nèi)的若干布拉格光柵組、與光纖對應設置的光源和光譜分析儀，所述光纖設于鏡筒內(nèi)壁和/或鏡片表面，且兩端伸出鏡筒外連接所述光源和光譜分析儀，若干所述布拉格光柵組的中心波長不同。進一步的，每個所述布拉格光柵組包括若干布拉格光柵，所述布拉格光柵非等間距設置。進一步的，每個所述布拉格光柵組包括不少于2個布拉格光柵。進一步的，所述光源為寬帶光源。進一步的，所述布拉格光柵組之間設有間距。進一步的，所述光纖的其中一端同時連接所述光源和光譜分析儀。進一步的，所述光纖一端連接所述光源，另一端連接所述光譜分析儀。一種物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)的測量方法，包括以下步驟：S1：安裝測量裝置，在光纖內(nèi)間距設置若干布拉格光柵組；S2：沿鏡筒內(nèi)壁和/或鏡片表面設置若干光纖，使每根光纖的兩端伸出至鏡筒外側(cè)；S3：將每根光纖分別連接一個光源和光譜分析儀；S4:打開光源照射光纖，并間隔讀取光譜分析儀數(shù)據(jù)；S5：根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)計算出對應的溫度變化值和應變量。進一步的，所述步驟S2中光纖與鏡筒內(nèi)壁或鏡片表面通過黏合劑緊密貼合。進一步的，所述步驟S2中光纖沿不同方向設置于鏡片上、下表面。本發(fā)明提供的物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)及其測量方法，通過在光纖內(nèi)設置若干布拉格光柵組，同時在光纖上連接光源和光譜分析儀，不僅可以實時測量物鏡內(nèi)不同位置的溫度變化，最終得到整體的溫度分布情況，且根據(jù)光譜分析儀中得到的光波數(shù)據(jù)進行計算，避免了由于裝配、環(huán)境、應力等問題而帶來的測量誤差，提高了系統(tǒng)的測量精確度和穩(wěn)定性，對后期溫控補償或成像質(zhì)量的分析提供更完善的依據(jù)，提高了光刻機的成像質(zhì)量。附圖說明圖1現(xiàn)有加裝水套法的原理圖；圖2是本發(fā)明實施例1物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a、3b是本發(fā)明實施例1光纖與光源和光譜分析儀的連接示意圖；圖4是本發(fā)明實施例1物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)的測量方法流程圖；圖5是本發(fā)明實施例1鏡片熱效應影響曲線圖；圖6是本發(fā)明實施例1物鏡內(nèi)部光路圖；圖7是本發(fā)明實施例2鏡片表面光纖分布圖；圖8是本發(fā)明實施例2光纖沿笛卡兒空間坐標系布置圖；圖9是本發(fā)明實施例2鏡片形變矢量表示圖。圖2-9中所示：1、光纖；2、布拉格光柵組；201、布拉格光柵；3、光源；4、光譜分析儀；5、鏡筒。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細描述：實施例1如圖2所示，本發(fā)明提供了一種物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)，包括：物鏡，包括鏡筒5和鏡片，物鏡內(nèi)部具有溫度分布，該溫度分與鏡筒5和鏡片的應力形變相對應；測量裝置，用于同時測量物鏡內(nèi)部的溫度分布，及鏡筒5和/或鏡片的應力形變。優(yōu)選的，測量裝置包括：若干光纖1、設于每根光纖1內(nèi)的若干布拉格光柵組2、數(shù)量均與光纖1對應的光源3和光譜分析儀4，若干布拉格光柵組2的中心波長不同。所述具有布拉格光柵的光纖亦可使用過對壓力及溫度變化敏感的元器件代替，如壓敏元件及光電鏡片的組合使用，但不局限于此。光纖1設于鏡筒5內(nèi)壁和/或鏡片表面，通過黏合劑與鏡筒5內(nèi)壁緊密貼合，且兩端伸出鏡筒5外連接光源3和光譜分析儀4，光源3為寬帶光源,波長范圍可覆蓋紫外、可見光以及近紅外波段，優(yōu)選為LED光源、氙燈或鹵素燈，寬帶光源可提供不同波長的光，為不同的布拉格光柵組2提供中心波長不同的光。布拉格光柵組2包括若干布拉格光柵201，若干布拉格光柵組2之間設有間距，以測量不同位置對應的溫度變化和鏡筒5的應變量，每個布拉格光柵組2包括不少于2個布拉格光柵201，同時為了使不同布拉格光柵組2的中心波長不同，布拉格光柵201之間非等間距設置，以達到的目的，即每個布拉格光柵組2將與其中心波長相同的光反射，該反射光的波長信息可以通過連接在光纖1一端的光譜分析儀4讀出，需要說明的是，鏡筒5結(jié)構(gòu)由于溫度改變發(fā)生形變時，其金屬結(jié)構(gòu)會牽扯光纖1兩端，從而改變布拉格光柵組2的反射中心波長，中心波長的變化過程可從光譜分析儀4中獲得。較佳的，光纖1與光源3和光譜分析儀4的連接方式有兩種：一種如圖3a所示，光纖1的其中一端同時連接光源3和光譜分析儀4，光源3提供寬波段入射光譜，反射光譜的波長為λ，即布拉格光柵組2的中心波長為λ，光譜分析儀4與光源3位于同一端，因此光譜分析儀4檢測到波長為λ的 反射光譜。另一種如圖3b所示，光纖1的兩端分別連接光源3和光譜分析儀4，提供寬波段入射光譜，反射光譜的波長為λ，即布拉格光柵組2的中心波長為λ，光譜分析儀4與光源3位于不同端，因此光譜分析儀4檢測到中心波長缺失的出射光譜。本實施例還提供一種物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)的測量方法，如圖4所示，包括以下步驟：S1：安裝測量裝置，在光纖1內(nèi)間距設置若干布拉格光柵組2，每個布拉格光柵組2包括不少于2個布拉格光柵201，且布拉格光柵201之間的間距不同，使不同的布拉格光柵組2具有不同的中心波長。S2：沿鏡筒5內(nèi)壁縱向設置若干光纖1，使每根光纖1的兩端伸出至鏡筒5外側(cè)，其中光纖1通過黏合劑與鏡筒5內(nèi)壁緊密貼合，以準確傳遞鏡筒5的發(fā)生的應變。S3：將每根光纖1分別連接一個光源3和光譜分析儀4，具體的，光源3和光譜分析儀4連接光纖1同一端或者連接光纖1的不同端，光源3提供寬波段入射光譜，反射光譜的波長為λ，即布拉格光柵組2的中心波長為λ，光譜分析儀4與光源3位于同一端時，光譜分析儀4可檢測到波長為λ的反射光譜；光譜分析儀4與光源3位于不同端時，光譜分析儀4可檢測到中心波長缺失的出射光譜。S4:打開光源3照射光纖1，并間隔讀取光譜分析儀4數(shù)據(jù)，獲取布拉格光柵組2中心波長的變化數(shù)據(jù)。S5：根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)計算出對應的溫度變化值△T和鏡筒5的應變量△ε，具體的計算過程如下：本實施例中，如圖6所示，物鏡內(nèi)包括成像透鏡12片(L11-L16、L21-L26)、反射鏡2片(M17、M27)、直角反射棱鏡2個(K1、K2)、楔形平板兩塊(P101、 P102)、平行平板兩塊(P201、P202)、無焦透鏡組3片(L301、L302、L303)、保護玻璃G1，物平面OS，像平面IS，對各鏡片的熱效應影響進行單獨分析，得到鏡片熱效應影響曲線和物鏡內(nèi)部光路圖分別如圖5、6所示，從圖中可以看出熱效應導致的焦面影響主要表現(xiàn)在鏡片L15、L25上。因此本實施例中僅給出了在鏡片L14、L15、L16；L24、L25、L26之間布置光纖1的情形。布拉格光柵組2的折射率沿光纖1軸向周期性分布，具有良好的波長選擇特性，其反射中心波長λB與布拉格光柵組2的折射率調(diào)制周期∧和布拉格光柵組2的有效折射率neff相關(guān)，當溫度變化或發(fā)生應變時，都會使布拉格光纖光柵組2的中心波長λB發(fā)生偏移，即反射光的波長發(fā)生偏移。中心波長λB由布拉格方程給出：λB＝2neffΛ(1)由于中心波長λB與作用在其上的應力和溫度有關(guān)，具有交叉敏感性，為求得所需的應變量，需要將溫度與應變量進行解耦。將(1)式對溫度進行求導可得：dλBdT=2·(dneffdT·Λ+dΛdT·neff)---(2)]]>將(2)式除以(1)式，得到：dλBλB=(1neff·dneffdT+1Λ·dΛdT)dT---(3)]]>其中是布拉格光柵組2的熱光系數(shù)，以參數(shù)ξ表示，為布拉格光柵組2的熱膨脹系數(shù)，以參數(shù)α表示，則當環(huán)境溫度發(fā)生△T的變化時，對應的布拉格光柵組2中心波長λB的漂移量△λBT可以表示為：△λBT＝λB(α+ξ)△T(4)同理，當布拉格光柵組2受到軸向應變量為△ε時，對應的中心波長λB的漂移量為△λBS可以表示為：△λBS＝λB(1-ρe)△ε(5)ρe為布拉格光柵組2的有效彈光系數(shù)，其值為由于布拉格光柵組2最終的波長漂移與溫度和應變均呈線性關(guān)系，因此可得出：△λB＝△λBS+△λBT(6)由于溫度變化△T和應變量△ε均未知，因此利用雙波長疊加法進行解耦。在較小的范圍內(nèi)設置兩個反射中心波長分別為λB1和λB2的布拉格光柵組2傳感點。由于兩個布拉格光柵組2距離非常近，因此假設兩者受到的溫度與應力一致，通過分別代入式(4)、(5)、(6)中便可得到兩個布拉格光柵組2所受到的溫度變化△T與應變△ε的二元一次方程組：ΔλB1=ΔT·A·λB1+Δϵ·B·λB1ΔλB2=ΔT·A·λB2+Δϵ·B·λB2---(7)]]>其中A與B分別為：A=(α+ξ)B=(1-ρe)---(8)]]>由于△λB1、△λB2可通過光譜分析儀4得到，A、B為常量，解出(7)式即可得到布拉格光柵組2的溫度變化△T與應變△ε。通過計算多個布拉格光柵組2的溫度變化△T與應變△ε，即可得到L14至L15鏡片周圍的溫度分布，同理通過計算物鏡內(nèi)布置的所有布拉格光柵組2的溫度變化△T與應變△ε，便可得到所有鏡片間隙的空氣溫度場分布，并據(jù)此實時進行溫控補償，精確控制物鏡內(nèi)的溫度分布。實施例2本實施例提供一種物鏡內(nèi)部鏡片形變測量方法，包括以下步驟：(a)在光纖1內(nèi)間距設置若干布拉格光柵組2，每個布拉格光柵組2包括不少于2個布拉格光柵201，且布拉格光柵201之間的間距不同，使不同的布拉格光柵組2具有不同的中心波長。(b)沿鏡片上、下表面分別設置若干光纖1，使每根光纖1的兩端伸出至鏡筒5外側(cè)；具體的，鏡片上、下表面的光纖1沿不同方向設置，如圖7所示。(c)將每根光纖1分別連接一個光源3和光譜分析儀4，具體的，連接光源3和光譜分析儀4連接光纖1同一端或者連接光纖1的不同端，光源3提供寬波段入射光譜，反射光譜的波長為λ，即布拉格光柵組2的中心波長為λ，光譜分析儀4與光源3位于同一端時，光譜分析儀4可檢測到波長為λ的反射光譜；光譜分析儀4與光源3位于不同端時，光譜分析儀4可檢測到中心波長缺失的出射光譜。(d)打開光源3照射光纖1，并間隔讀取光譜分析儀4數(shù)據(jù)，獲取布拉格光柵組2中心波長的變化數(shù)據(jù)。(e)根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)計算出對應的溫度變化值和鏡片形變量，具體的計算方法同實施例1，分別計算出鏡片上、下方布置的多個布拉格光柵組2的溫度變化△T與形變ε1，由于鏡片上、下兩側(cè)的光纖1沿不同方向布置，因此通過不同方向的形變量對鏡片進行相應調(diào)整。需要說明的是，也可以鏡片上的其中一點為基點，建立笛卡兒空間坐標系，分別沿X、Y、Z軸三個方向布置光纖，如圖8所示，根據(jù)實施例1中的方法計算出X、Y、Z軸三個方向?qū)臏囟茸兓托巫兞?，設X、Y、Z軸三個方向?qū)男巫兞糠謩e為εx、εy、εz，如圖9所示，則鏡片的形變量ε與εx、εy、εz三者之間的矢量關(guān)系為：ϵ→=ϵxi→+ϵyj→+ϵzk→---(9)]]>則有：ϵ=ϵx2+ϵy2+ϵz2---(10)]]>與X、Y、Z軸三個方向的夾角cosα、cosβ、cosγ分別為：方向：cosα=ϵxϵcosβ=ϵyϵcosγ=ϵzϵ---(11)]]>根據(jù)(9)、(10)、(11)式得到鏡片的形變參數(shù)，并根據(jù)形變參數(shù)對鏡片進行相應調(diào)整。綜上所述，本發(fā)明提供的物鏡內(nèi)部溫度分布和應變測量系統(tǒng)及其測量方法，通過在光纖1內(nèi)設置若干布拉格光柵組2，同時在光纖1上連接光源3和光譜分析儀4，不僅可以實時測量物鏡內(nèi)不同位置的溫度變化，最終得到整體的溫度分布情況，且根據(jù)光譜分析儀4中得到的光波數(shù)據(jù)進行計算，避免了由于裝配、環(huán)境、應力等問題而帶來的測量誤差，提高了系統(tǒng)的測量精確度和穩(wěn)定性，對后期溫控補償或成像質(zhì)量的分析提供更完善的依據(jù)，提高了光刻機的成像質(zhì)量。雖然說明書中對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但這些實施方式只是作為提示，不應限定本發(fā)明的保護范圍。在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進行各種省略、置換和變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3