CN102654733B - 波像差校正装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种波像差校正装置及方法。所述校正装置包括波像差测量系统，测量投影物镜的波像差；信号处理系统，对所述投影物镜的波像差进行处理并输出驱动电压信号；液体镜头，根据所述驱动电压信号产生形变进行投影物镜的波像差校正。校正方法包括波像差测量系统在像面测量波像差，计算所述投影物镜的波像差与要求值的偏差，拟合为波前误差，将所述波前误差发送到信号处理系统；所述信号处理系统将接收到的波前误差转换为液体镜头的形变偏差，根据所述液体镜头的形变偏差输出驱动直流电压；驱动直流电压使液体镜头发生形变。所述波像差校正装置及校正方法能够实现校正投影物镜波像差，该校正装置结构简单、成本低、操作容易、使用寿命长。

Description

波像差校正装置及方法

技术领域

本发明涉及波像差校正领域，尤其涉及应用于光刻装置投影物镜的波像差校正装置及方法。

背景技术

投影物镜波像差是影响光刻机套刻精度和光刻分辨率的重要因素，随着光刻特征尺寸CD的不断降低，波像差对光刻成像质量的影响越发突出。而在光刻机的使用过程中，因热效应、加工应力释放、曝光工艺变化、外界环境变化等都会引起波像差变化，波像差一旦有变化就会影响成像质量，影响硅片良率。因此，光刻机投影物镜波像差的校正成为保证光刻成像质量的重要要求。

投影物镜波像差的校正通常通过调整投影物镜的可动镜片进行。校正的方法是利用曝光方法得到投影物镜的波像差，之后根据测得的波像差计算并驱动可动镜片移动进行校正补偿，之后再次进行曝光验证投影物镜波像差的校正结果。该校正方法参与校正的可动镜片，在投影物镜中一般至少五片以上，甚至多达十多片，而每片可动镜片通常需要三个以上甚至达到六个自由度驱动装置，两者相乘就会有多达几十个驱动机构，结构很复杂，而移动模型也相当复杂。另外因波像差需要时常校正，可动镜片移动频繁，使用寿命受影响。总之诸多的可动镜片对投影物镜的设计、加工制造和使用造成了高难的技术要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有投影物镜波像差校正采用可动镜片实现，其结构复杂，操作复杂。

为解决上述技术问题，本发明提供一种波像差校正装置，包括：

波像差测量系统，测量投影物镜的波像差；

信号处理系统，对所述投影物镜的波像差进行数据处理并输出驱动电压信号；

液体镜头，设置在所述投影物镜中，接受并根据所述驱动电压信号产生物理形变，用以校正所述投影物镜的波像差。

优选的，所述波像差测量系统、所述信号处理系统和所述液体镜头形成闭环回路，对所述投影物镜的波像差进行校正。

优选的，所述液体镜头是液体透镜阵列。

优选的，所述液体镜头位于接近所述投影物镜的孔径光阑处。

进一步，所述液体透镜阵列是由透明底板、透明盖板和圆形空腔形成的密闭腔室，所述密闭腔室内有不相溶的绝缘性液体和导电液体。

进一步，所述透明盖板在所述密闭腔室一侧有多个网孔，所述网孔为呈网状的突起。

优选的，所述网孔呈旋转对称结构，多个网孔排列是品字状、行列矩阵状或者蜂窝状。

进一步，所述绝缘性液体在靠透明盖板一侧，所述导电液体在靠透明底板一侧，所述网孔端部浸入导电液体中。

进一步，所述网孔两边分别覆盖有透明导电薄膜，所述透明导电薄膜外依次覆盖有绝缘透明介质薄膜和疏水性薄膜。

进一步，所述透明底板在所述密闭腔室一侧依次覆盖有透明导电薄膜和亲水性薄膜，透明底板上的透明导电薄膜与所述网孔对应的部分由绝缘介质薄膜隔断，以形成多个单独的液体镜片。

进一步，所述单独的液体镜片通过透明盖板的导电薄膜和透明底板的导电薄膜形成两极单独通电。

相应的，本发明还提供一种波像差校正方法，使用本发明提供的波像差测量装置，包括：

步骤1，投影物镜对位于物面的波像差测量图形进行成像；

步骤2，波像差测量系统在像面测量投影物镜的波像差，计算所述投影物镜的波像差与要求值的偏差，拟合为波前误差，判断所述波前误差是否满足要求，如果满足则结束校正，如果不满足，将所述波前误差发送到信号处理系统；

步骤3，所述信号处理系统将接收到的波前误差转换为液体镜头的形变偏差，根据所述液体镜头的形变偏差输出驱动直流电压；

步骤4，驱动直流电压使液体镜头发生物理形变，用以校正所述投影物镜的波像差。

进一步，所述液体镜头是液体透镜阵列，所述液体透镜阵列是由透明底板、透明盖板和圆形空腔形成的密闭腔室，所述密闭腔室内有不相溶的绝缘性液体和导电液体。

进一步，所述驱动直流电压使液体镜头发生形变是使绝缘性液体和导电液体的交界面发生相应形变。

进一步，所述透明盖板在所述密闭腔室一侧有多个网孔，所述网孔为呈网状的突起。

优选的，所述网孔呈旋转对称结构，多个网孔排列是品字状、行列矩阵状或者蜂窝状。

进一步，所述绝缘性液体在靠透明盖板一侧，所述导电液体在靠透明底板一侧，所述网孔端部浸入导电液体中。

进一步，所述网孔两边分别覆盖有透明导电薄膜，所述透明导电薄膜外依次覆盖有绝缘透明介质薄膜和疏水性薄膜。

进一步，所述透明底板在所述密闭腔室一侧依次覆盖有透明导电薄膜和亲水性薄膜，透明底板上的透明导电薄膜与所述网孔对应的部分由绝缘介质薄膜隔断，以形成多个单独的液体镜片。

进一步，所述单独的液体镜片通过透明盖板的导电薄膜和透明底板的导电薄膜形成两极单独通电

与现有技术相比，上述波像差校正装置及方法具有以下优点：(1)结构简单，只需一片液体镜片即可代替多片可动镜片结构；(2)成本降低，减少了多个驱动装置和可动镜片；(3)操作相对简单，通过驱动改变液体镜片形变补偿波前像差，可以精确校正波像差；(4)使用寿命长，在光刻机寿命之内，该液体镜片也不会有光学特性下降的情况。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明波像差校正装置应用于投影物镜的一种实施方式示意图；

图2是本发明波像差校正装置中液体透镜阵列的一种可选实施方式示意图；

图3是本发明波像差校正装置中波像差测量系统测得的波像差示意图；

图4是图3中的波像差的拟合波前误差示意图；

图5是液体透镜阵列对应图4中的波前误差的变形效果示意图；

图6是本发明波像差校正流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明采用的波像差校正装置及其投影物镜结构如图1所示，投影物镜100由光学折射镜组102、104、孔径光阑103、液体镜头200构成，从物面101入射的光经由折射镜组102、孔径光阑103、液体镜头200、折射镜组104出射至像面105。

波像差校正装置包括液体镜头200、波像差测量系统201、信号处理系统202。

液体镜头200的结构如图2所示，液体镜头为一个液体透镜阵列。所述液体透镜阵列外形为圆形，直径根据孔径光阑直径大小确定，直径范围为50mm～300mm。所述液体透镜阵列由透明底板21、透明盖板22和圆形空腔合成一个密闭腔室，圆形空腔在图中未画出。液体镜头200位于接近孔径光阑位置处。透明盖板22朝密闭腔室一侧有呈网状的突起，即网孔，每个网孔呈旋转对称结构，网孔排列可以是品字状、行列矩阵状、蜂窝状，阵列排列间距从微米级至几十毫米级。透明盖板22以下分别是绝缘透明介质薄膜26，疏水性薄膜27，在网孔的两边分别覆盖有透明导电薄膜25A，在网孔之间填充绝缘性液体29，绝缘性液体下方是导电液体30，透明底板21上覆盖有透明导电薄膜25B。绝缘性液体29和导电液体30互不相溶，绝缘性液体在靠透明盖板一侧，所述导电液体在靠透明底板一侧，所述网孔端部浸入导电液体中。透明导电薄膜25B对应于透明盖板突起形成的网孔部分由绝缘介质薄膜26隔断，与透明盖板22的每个网孔可单独形成一个液体镜片，可单独导电。透明导电薄膜25B上方有亲水性薄膜28。

绝缘性液体和导电液体两种液体在外界无电压情况下，导电液体与绝缘性液体的交界面将处于图示A状态，当在透明导电薄膜25A、25B之间施加一定直流电压时，导电液体30与透明盖板22的突起部分接触角就会变小，网孔内两液体的交界面就会向下移动变为图示B状态，使得两种液体交界处的月牙形曲面位置和曲率发生变化，最终使得网孔内的液体镜片的面形、焦距、位置等发生相应变化。当分别在图示的I、II、III网孔区的不同导电电极25A、25B之间通不同值的直流电压时，不同网孔区的月牙形液体界面将发生不同曲率变化，从而可使得波像差的波前可在不同位置处同时校正。图3至图5示出了波像差校正的二维方式的示意图(实际情况为三维)，波像差测量系统201测得的波像差如图3，拟合成投影物镜的波前误差为图4，信号处理系统202接收到该波前误差，并将其误差转换成为液体透镜阵列各网孔的变形误差，液体透镜阵列在信号处理系统202发送的不同驱动电压下形变，其变形方向与各点的波前误差方向互补，即变形的最终效果如图5图所示，从而补偿了投影物镜的波前误差。

根据本发明的波像差的校正流程如图6所示，投影物镜波像差的校正过程为在物面101处放置光栅图形，光栅图形经过投影物镜100成像在像面105上，波像差测量系统201在像面进行波像差测量，并计算其与要求值偏差值，判断是否满足要求，若不满足则将拟合到的波前误差发送到信号处理系统202，否则结束校正流程，信号处理系统202处理接受到的波前误差信号，将其转换为液体镜头200的形变偏差量，并处理转换为电压输出信号，输出多路驱动直流电压，液体镜头200根据两极间施加的直流电压，两液体月牙形交界面发生相应形变，达到校正投影物镜波前误差目的。补偿完毕后，波像差测量系统201再次检测投影物镜的波像差，并将测量结果与要求值比较，确定是否继续校正补偿，直至投影物镜的波像差满足要求后结束。本方法利用液体镜头形变来补偿波前像差，从而可以校正投影物镜的球差、慧差、畸变、倍率等几何像差。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (13)

1.一种波像差校正装置，其特征在于，包括：

波像差测量系统，测量投影物镜的波像差；

信号处理系统，对所述投影物镜的波像差进行数据处理并输出驱动电压信号；

液体镜头，设置在所述投影物镜中，接受并根据所述驱动电压信号产生物理形变，用以校正所述投影物镜的波像差；

所述液体透镜是液体透镜阵列，由透明底板、透明盖板和圆形空腔形成的密闭腔室，所述密闭腔室内有不相溶的绝缘性液体和导电液体；

所述透明盖板在所述密闭腔室一侧有多个网孔，所述网孔为呈网状的突起；以及

所述透明底板在所述密闭腔室一侧依次覆盖有透明导电薄膜和亲水性薄膜，透明底板上的透明导电薄膜与所述网孔对应的部分由绝缘介质薄膜隔断，以形成多个单独的液体镜片。

2.如权利要求1所述的波像差校正装置，其特征在于，所述液体镜头、波像差测量系统和所述信号处理系统形成闭环回路，对所述投影物镜的波像差进行测量与校正。

3.如权利要求1所述的波像差校正装置，其特征在于，所述液体镜头位于接近所述投影物镜的孔径光阑处。

4.如权利要求1所述的波像差校正装置，其特征在于，所述网孔呈旋转对称结构，多个网孔排列是品字状、行列矩阵状或者蜂窝状。

5.如权利要求1所述的波像差校正装置，其特征在于，所述绝缘性液体在靠透明盖板一侧，所述导电液体在靠透明底板一侧，所述网孔端部浸入导电液体中。

6.如权利要求1所述的波像差校正装置，其特征在于，所述网孔两边分别覆盖有透明导电薄膜，所述透明导电薄膜外依次覆盖有绝缘透明介质薄膜和疏水性薄膜。

7.根据权利要求6所述的波像差校正装置，其特征在于，所述单独的液体镜片通过透明盖板的导电薄膜和透明底板的导电薄膜形成两极单独通电。

8.一种使用权利要求1所述的波像差校正装置的波像差校正方法，其特征在于，包括：

步骤1，投影物镜对位于物面的波像差测量图形进行成像；

步骤2，波像差测量系统在像面测量投影物镜的波像差，计算所述投影物镜的波像差与要求值的偏差，拟合为波前误差，判断所述波前误差是否满足要求，如果满足则结束校正，如果不满足，将所述波前误差发送到信号处理系统；

步骤3，所述信号处理系统将接收到的波前误差转换为液体镜头的形变偏差，根据所述液体镜头的形变偏差输出驱动直流电压；

步骤4，驱动直流电压使液体镜头发生物理形变，用以校正所述投影物镜的波像差。

9.如权利要求8所述的波像差校正方法，其特征在于，所述驱动直流电压使液体镜头发生形变是使绝缘性液体和导电液体的交界面发生相应形变。

10.如权利要求8所述的波像差校正方法，其特征在于，所述网孔呈旋转对称结构，多个网孔排列是品字状、行列矩阵状或者蜂窝状。

11.如权利要求8所述的波像差校正方法，其特征在于，所述绝缘性液体在靠透明盖板一侧，所述导电液体在靠透明底板一侧，所述网孔端部浸入导电液体中。

12.如权利要求8所述的波像差校正方法，其特征在于，所述网孔两边分别覆盖有透明导电薄膜，所述透明导电薄膜外依次覆盖有绝缘透明介质薄膜和疏水性薄膜。

13.根据权利要求12所述的波像差校正方法，其特征在于，所述单独的液体镜片通过透明盖板的导电薄膜和透明底板的导电薄膜形成两极单独通电。