CN104777717B - 用于光刻设备投影物镜的像质补偿机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于光刻设备的折反射物镜像质补偿机构，其特征在于，其中包括：像质补偿机构，用于补偿投影像质。较之现有技术方案，本发明能够实现：1、能同时检测补偿反射镜反射表面的面型与温度；2、在对补偿镜面型进行控制的同时，可以检测当前反射表面面型，进行闭环控制提高调整精度；3、本发明提供的方案可以直接检测反射表面的面型再在背后补偿，从而不需要如上述专利所提出的需要复杂的蜂巢状结构。

Description

用于光刻设备投影物镜的像质补偿机构

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的折反射物镜像质补偿机构。

背景技术

随着投影光刻技术的发展，光刻机的投影光学系统性能逐步提高，目前光刻机已成功应用于亚微米和深亚微米分辨率的集成电路制造领域。用光刻机制造集成电路芯片时要求投影物镜具有较高的分辨率，以实现高集成度芯片的制备。为了满足对投影光物镜较高分辨率的要求，需要提高投影物镜的像方数值孔径（NA），并对物镜的像质进行补偿。

现有技术US2010/00337004A1中公开了一种折反射物镜主动像质补偿方案。该专利所公开的技术方案中的像质补偿反射镜背后有很多蜂窝状结构，并且通过背后三角形孔的形状与排布保证反射面与背面会有同样的变形，同时保证该反射镜拥有恰当的刚度，又可以被设置在反射镜背后的压电陶制改变面型又不会由于自身的刚度过低导致反射镜自身的变形。最后为了避免由于温度变化而对反射镜所引入的变形量，该反射镜需要一套温度控制系统，来保证其温度恒定。通过改变反射镜背后各个“蜂窝孔”后的压电单元的电压，可以迅速的将该反射镜的面型修正为所需要的目标面型，从而可以精确快速的补偿折返式物镜的像差。

该技术方案存在的问题包括：第一、不能检测补偿反射镜反射表面的面型与温度。第二、压电机构在改变（补偿）反射镜面型时，依靠补偿反射镜的后表明的机械结构保证反射面与后表面的形变一致与压电机构自身重复性与定位精度，来保证反射面的面相。精度较低。第三、为保证补偿镜反射面与背面的变形量一致，需要加工一套非常复杂的蜂窝状结构，实现难度很大。第四、无法检测反射表面温度，无法得知反射面上的温度分布，从而导致了控制补偿反射镜温度控制精度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光刻设备的折反射物镜像质补偿机构, 以补偿安装造成的镜片表面的应力变形，以及在曝光过程中的热效应导致的镜片面型的变化。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的折反射物镜像质补偿机构，其中包括：像质补偿机构，用于补偿投影像质，所述像质补偿机构包括： 宽带光源，用于提供一宽光谱探测光束，位于光纤的一端； 若干所述光纤，所述光纤分布于反射镜凹表面，所述光纤上刻蚀有布拉格光栅；光谱仪，位于所述光纤的另一端，用于探测经所述布拉格光栅滤波后的宽光谱探测光束；运算执行机构，用于根据所述宽光谱探测光束获得所述反射镜凹表面的面型与温度分布，对所述反射镜背面进行外力校正。

更进一步地，所述投影物镜为折反射透镜或者全反射透镜。

更进一步地，该光纤以网格状铺设于该反射镜凹表面。该光纤经纬纵横铺设于该反射镜凹表面。

更进一步地，该光纤每间隔一定距离刻蚀一组布拉格光栅，该一组布拉格光栅包含两个布拉格光栅。该每组布拉格光栅的中心波长各不相同，且刻蚀该布拉格光栅的位置与该反射镜反射表面紧密贴合。

更进一步地，该折反射物镜像质补偿机构还包括一夹持机构，该夹持机构用于支承该反射镜。

更进一步地，运算执行机构中负责执行校正动作的为压电陶瓷或者微动电机。

更进一步地，该宽带光源的波长为500~1100nm。

本发明所提供的方案，可以对像质补偿镜的反射表面的面型、温度同时提供高精度的实时监测，从而配合设置在补偿镜后的微动机构对面型进行闭环控制，用以补偿安装造成的镜片表面的应力变形，以及在曝光过程中的热效应导致的镜片面型的变化。由于本发明引入了对补偿镜反射表面的温度与面型的实时监测，可以更准确的监测当前补偿反射镜的反射表面面型与温度，从而大大提高了其控制精度。

较之现有技术方案，本发明能够实现：1、能同时检测补偿反射镜反射表面的面型与温度；

2、在对补偿镜面型进行控制的同时，可以检测当前反射表面面型，进行闭环控制提高调整精度；3、本发明提供的方案可以直接检测反射表面的面型再在背后补偿，从而不需要如上述专利所提出的需要复杂的蜂巢状结构。

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-A是像质补偿机构在折反射物镜中的典型位置；

图1-B是像质补偿机构也可用于全反射透镜中的反射镜上；

图2是本发明所涉及的像质补偿机构的结构示意图；

图3是本发明所涉及的布拉格光栅结构示意图；

图4是光纤传感器在反射镜反射表面的分布的结构示意图；

图5是补偿装置面型与像面波像差补偿关系标定流程图；

图6是像质补偿装置闭环控制流程图。

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。

本发明用于折反射物镜的像质补偿机构100，一般设置在折反射物镜的某一篇反射镜上，如图1A和B所示。

图2是本发明所涉及的像质补偿机构的结构示意图。如图2中所示，本发明主要由反射镜101、夹持机构102、光纤103、在光纤103内刻蚀有布拉格光栅104、宽带光源105、光谱仪106、执行机构107组成。

以下将具体说明该像质补偿机构的具体结构及功能。其中反射镜101安装在夹持机构102上，并保留一定的形变应力。在反射镜101的反射表面上以网格状铺设光纤103；进一步在光纤103中每间隔一定距离即刻蚀有1组（2个）布拉格光栅104，同时每组的布拉格光栅104的中心波长各不相同，并且刻蚀有布拉格光栅104的位置与反射镜101反射表面紧密贴合。每根光纤103的入端配有宽带光源105，并将光源105所发出的宽光谱耦合入光纤103中。每根光纤103的出端被接入对应的光谱仪106中，用以检测经过布拉格光栅104滤波后的宽光谱，并以此计算每个布拉格光栅104所对应的位置的当前温度与所受的应力。通过读出反射镜101反射表面上各个点的应力与温度，可以拟合出当前反射镜101反射表面的面型与温度分布，从而根据当前的面型计算出对于各个不同位置的补偿量，使用执行机构107对反射镜面型进行补偿。在执行机构107进行补偿的同时，光谱仪106可以继续分析出当前反射镜101面型的状态，实时修正执行机构107的补偿量，对执行机构107进行动态控制，并维持目标面型。

对于布拉格光栅104（以下简称FBG）如图3所示，是在光纤中建立起一种空间折射率周期分布，使在其中光的传播特性得比改变。当宽带光源入射到FBG中时，其反射光的中心波长 由布拉格方程给出：

其中n_eff为纤芯有效折射率，∧为光栅周期。

当FBG所处的环境温度和应力变形发生变化时，会引起n_eff与∧的变化，从而导致的变化，测出即可得到环境温度变化与应力变化的情况。而且在较大的范围内与待测的温度以及应力的变化量成线性关系。

当环境温度变化量为时，对应的FBG中心波长漂移量为可以表示为：

为光纤的热膨胀系数；为热光系数。

当FBG受到纵向应力为时，对应的FBG中心波长漂移量为可以表示为：

与为光纤的应力张量元，为泊松比。

由于温度与应力往往同时作用在FBG上，所以需要在较小的范围内刻蚀两个中心波长分别为和的FBG为一个传感点。由于两个FBG距离非常近所以他们所受到的温度与应力是一致的。使用光谱仪检测出和配合以下方程组同时解出FBG所受到的应力与温度。

其中A与B分别为常量由光纤本身的物理特性决定：

对于光纤103，如上文提到的，在每隔一定间隔会设置一组（每组2个）布拉格光栅104。光纤103以经纬纵横的形式铺设在反射镜101的反射表面上，如图4所示。进一步说，每一组布拉格光栅需要紧密的贴合在反射镜101表面，已保证该位置的面型与温度变化能如实的反应给布拉格光栅104。

同时，由于光纤103非常细小，以网格状铺设在反射镜101反射表面，并不会对反射率造成很大的影响，而且一般折反射物镜的反射镜101会放置在光瞳等非像面的共轭位置，这样不会使反射镜表面的光纤103在像面上成像。

图5是补偿装置面型与像面波像差补偿关系标定流程图。如图5所示，在折反射物镜离线装调阶段，标定物镜像面的波像差与补偿机构表面面型的关系。并在将物镜波像差调整至目标值后，使用反射镜背后的执行机构107对反射镜反射面面型进行保持，同时使用布拉格光栅104矩阵实时监测面型与执行机构一起进行闭环控制。

该补偿装置面型与像面波像差补偿关系标定流程具体包括：

S501、检测像面位置波像差；

S502、检测当前补偿装置的面型；

S503、调整补偿装置面型，同时使用布拉格光栅104矩阵实时监测面型与执行机构一起进行闭环控制；

S504、建立补偿装置面型与像面波像差补偿关系。

根据以上实施例，整个结构在线工作流程如下：

在开始曝光之前，已利用像质补偿装置将物镜像质调到公差范围内。开始曝光后像质补偿装置维持当前反射镜101面型，布拉格光栅104矩阵实时监测反射表面的面相与温度，与离线标定的像质与补偿机构面型关系的数据库进行比对。当曝光时间慢慢延长，“物镜热效应”开始加剧，布拉格光栅104矩阵开始检测到温度分布与反射表面面型的改变，并将当前面型与数据库面型进行比对，以此判断当前物镜像差是否在公差范围内，同时使用执行机构107对反射镜面型进行补偿。上述步骤的具体流程图如图6所示。

此方案所使用的刻蚀有布拉格光栅104的光纤103参数选用市场常见的规格即可，例如：

1)透过波长范围：500~1100nm；

2)数值孔径（NA）：0.22；

3)光纤纤芯直径（core diameter）：200um；

4)包层直径（cladding diameter）：230um；

5)带宽（bandwidth）20 MHz/km；

注：可使用但不仅限于以上参数规格。

本发明所提供的方案，可以对像质补偿镜的反射表面的面型、温度同时提供高精度的实时监测，从而配合设置在补偿镜后的微动机构对面型进行闭环控制，用以补偿安装造成的镜片表面的应力变形，以及在曝光过程中的热效应导致的镜片面型的变化。由于本发明引入了对补偿镜反射表面的温度与面型的实时监测，可以更准确的监测当前补偿反射镜的反射表面面型与温度，从而大大提高了其控制精度。

较之现有技术方案，本发明能够实现：1、能同时检测补偿反射镜反射表面的面型与温度；

2、在对补偿镜面型进行控制的同时，可以检测当前反射表面面型，进行闭环控制提高调整精度；3、本发明提供的方案可以直接检测反射表面的面型再在背后补偿，从而不需要如上述专利所提出的需要复杂的蜂巢状结构。

本说明书中该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 (8)

1.一种用于光刻设备的投影物镜，其特征在于，其中包括：像质补偿机构，用于补偿投影像质，所述像质补偿机构包括：

宽带光源，用于提供一宽光谱探测光束，位于光纤的一端；

若干所述光纤，所述光纤分布于反射镜反射表面，所述光纤上刻蚀有布拉格光栅，所述光纤每间隔一定距离刻蚀一组布拉格光栅，所述一组布拉格光栅包含两个布拉格光栅；

光谱仪，位于所述光纤的另一端，用于探测经所述布拉格光栅滤波后的宽光谱探测光束；

运算执行机构，用于根据所述宽光谱探测光束获得所述反射镜反射表面的面型与温度分布，对所述反射镜背面进行外力校正。

2.如权利要求1所述的投影物镜，其特征在于，所述投影物镜为折反射透镜或者全反射透镜。

3.如权利要求1或2所述的投影物镜，其特征在于，所述宽带光源的波长为500～1100nm。

4.如权利要求1或2所述的投影物镜，其特征在于，所述光纤以网格状铺设于所述反射镜凹表面。

5.如权利要求4所述的投影物镜，其特征在于，所述光纤经纬纵横铺设于所述反射镜凹表面。

6.如权利要求1所述的投影物镜，其特征在于，所述每组布拉格光栅的中心波长各不相同，且刻蚀所述布拉格光栅的位置与所述反射镜反射表面紧密贴合。

7.如权利要求1或2所述的投影物镜，其特征在于，还包括一夹持机构，所述夹持机构用于支承所述反射镜。

8.如权利要求1或2所述的投影物镜，其特征在于，所述运算执行机构中负责执行校正动作的为压电陶瓷或者微动电机。