CN105372942B - 一种用于镜面单元的主动变形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于反射镜镜面单元的主动变形装置，用于改变所述反射镜的镜面单元形状，所述反射镜片由镜框来承载，其特征在于，所述主动变形装置包括若干弹性单元和驱动器若干所述弹性单元穿过所述镜框，分散分布于所述反射镜片背面上，所述驱动器控制若干所述弹性单元对所述反射镜片的背面施加拉力或推力。

Description

一种用于镜面单元的主动变形装置

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种用于镜面单元的主动变形装置。

背景技术

光刻机曝光设备中的投影光学系统分辨率的要求越来越高，对光学系统的成像质量要求也更高。光学系统使用环境的变化，如气压、外界震动等，往往会引起成像质量的变化；大功率光源的热效应也使镜片产生高阶像差，因此在许多成像系统中都有像差补偿机构。常通过调节某些镜片的位置，使其产生一个微小位移来进行像差补偿，但是随着曝光系统精度越来越高与对高阶像差的补偿要求，宏观位移补偿像差的方法有时不能满足要求，而面型控制技术是进一步提高像差补偿效果的手段。

主动光学可以进行镜片面型控制，通过改变镜面的形状使传送到硅片上的图像能够被修正，使图像能正确的投影到硅片上。主动光学的实现机制有机械方式、电极方式、流体方式等，其中机械方式最为常见。

专利US6840638B2提供了一种镜片变形实现方式，如图 1所示，反射镜210粘接在支撑架230上，支撑架230固定在反射镜板220上，主动驱动器240和被动驱动器250按一定规律排列在反射镜210背面。主动驱动器240是压电块，被动驱动器250是弹簧与连接件，它们为反射镜变形提供压力和拉力。被动驱动器250使反射镜产生一个预先的变形，主动驱动器240调节反射镜到期望面型值。该结构通过主动和被动两种结构实现镜片面型变化，结构尺寸必然比较大，不利于集成。

专利US7771065B2提供了另一种镜片变形方式，如图 2所示，光学单元中变形部件20由驱动杆22和驱动器24组成，驱动杆22一端连接反射镜的背面12b，另一端连接驱动器24。驱动器24与底座14连接，支柱16连接反射镜12与底座14。驱动器24可以是直线电机、电磁装置或压电陶瓷等。控制器30输出一个电压给驱动器24，驱动器24使得反射镜12产生微小变形，获得一个经过补偿的像差。该结构通过驱动器24调节镜片面型，驱动器的位移量直接转化为镜片的变形量，所以驱动器需要具有较高的调节精度。

专利US2010/0033704A1提供的镜片变形方式如图 3所示，圆盘反射镜35的背面有许多三角形孔35c，孔35c与反射镜背面35b有比较高的垂直度，同时面35b与面35a有比较高的平行度，以保证反射面35a与背面35b有同样的变形。薄膜压电单元41固定在孔35c底面，反射镜控制系统40供给各个薄膜压电单元41各种电压。反射镜35预先有一个预紧力使反射镜弯曲，通过压电作用减小预紧力，使反射镜面型改变。这种结构可以得到较高的面型控制精度，但是反射镜结构复杂，加工难度大，成本高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种反射镜主动变形的装置，在反射镜背面增加主动变形调节机构，可进行镜片面型控制，补偿由于温度、气压、振动等引起的像差。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于反射镜镜面单元的主动变形装置，用于改变所述反射镜的镜面单元形状，所述反射镜片由镜框来承载，其特征在于，所述主动变形装置包括若干弹性单元和驱动器若干所述弹性单元穿过所述镜框，分散分布于所述反射镜片背面上，所述驱动器控制若干所述弹性单元对所述反射镜片的背面施加拉力或推力。更进一步地，该弹性单元均包括一拉伸弹簧和一压缩弹簧。

更进一步地，所述驱动器由探测控制单元根据所探测到的像面的像质来控制拉或推动作执行。

更进一步地，若干所述弹性单元等距分散分布于所述反射镜背面的圆心位置及同心圆周位置。

更进一步地，所述拉伸弹簧和压缩弹簧为嵌套关系，所述拉伸弹簧及压缩弹簧的一端均与上连接件连接，所述上连接件与所述反射镜背面连接；另一端均与下连接件连接，所述下连接件与所述驱动器连接。

本发明同时公开一种主动光学系统，包括：照明光学单元，用于将照明光束传递至掩模；第一平面反射镜，用于反射该掩模的出射光至成像光学单元；反射镜面主动变形装置，用于使该成像光学单元的出射光再次进入该成像光学单元；第二平面反射镜，用于反射该成像光学单元的出射光至像面；像质探测单元，用于探测该像面的像质，并计算需要补偿的像质；控制单元，该控制单元与该像质探测单元和该镜面主动变形装置相连，根据需要补偿的像质控制该镜面主动变形装置发生形变。

更进一步地，所述反射镜面主动变形装置，用于改变所述反射镜的镜面单元形状，所述反射镜片由镜框来承载，所述主动变形装置包括若干弹性单元和驱动器，若干所述弹性单元穿过所述镜框，分散分布于所述反射镜片背面上，所述驱动器控制若干所述弹性单元对所述反射镜片的背面施加拉力或推力。

更进一步地，该弹性单元均包括一拉伸弹簧和一压缩弹簧。

更进一步地，所述驱动器由探测控制单元根据所探测到的像面的像质来控制拉或推动作执行。

更进一步地，若干所述弹性单元等距分散分布于所述反射镜背面的圆心位置及同心圆周位置。

更进一步地，所述拉伸弹簧和压缩弹簧为嵌套关系，所述拉伸弹簧及压缩弹簧的一端均与上连接件连接，所述上连接件与所述反射镜背面连接；另一端均与下连接件连接，所述下连接件与所述驱动器连接。

与现有技术相比较，本装置通过像质探测分析单元探测像质，分析是否符合要求，反馈给控制系统，控制系统控制调节机构调节，直至像质满足要求。主动变形调节机构使用弹性元件作为媒介，将驱动元件（旋转电机与螺杆）的位移转化为弹性元件的力，再将弹性元件的力转化为反射镜的面型变化，可实现使用低精度的驱动器实现高精度的面型控制。

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是现有技术中所使用的镜片变形实现方式之一；

图2是现有技术中所使用的镜片变形实现方式之二；

图3是现有技术中所使用的镜片变形实现方式之三；

图4是本发明所涉及的主动光学系统的结构示意图；

图5是本发明所涉及的镜面单元的主动变形装置的结构示意图；

图6是本发明所涉及的镜面单元的主动变形装置的放大视图；

图7是本发明所涉及的主动变形装置的组合弹簧的受力分析示意图；

图8是本发明所涉及的主动变形装置的仿真结果图。

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。

本发明提出了一种反射镜主动变形的装置，在反射镜背面增加主动变形调节机构，可进行镜片面型控制，补偿由于温度、气压、振动等引起的像差。

本装置通过像质探测分析单元探测像质，分析是否符合要求，反馈给控制系统，控制系统控制调节机构调节，直至像质满足要求。主动变形调节机构使用弹性元件作为媒介，将驱动元件（旋转电机与螺杆）的位移转化为弹性元件的力，再将弹性元件的力转化为反射镜的面型变化，可实现使用低精度的驱动器实现高精度的面型控制。

本发明所提供的反射镜主动变形装置一般用于折反射光学系统中，如图 4所示，光从照明光学单元11出发经掩模12，平面反射镜13反射后进入成像光学单元14，经主动变形反射镜单元15反射，再次经过成像光学单元，平面反射镜16反射后到达成像面17。通过像质探测分析单元18探测当前像质，得出需补偿的像差，根据已有的对应关系，18将主动变形调节机构的调节方式反馈给控制系统19，控制系统19可单独控制主动变形调节机构中每个电机的旋转，从而控制反射镜单元15变形；18再次探测成像面17的像质，若不满足要求，则控制系统19再次控制主动变形调节机构调节，直至达到所需面型。

主动反射镜单元15具有主动变形调节结构，按一定规律分布在反射镜背面，如图5所示。反射镜151与镜框152粘结固定，反射镜151与镜框152之间有一定间隙，大于反射镜变形量。主动变形调节机构的具体结构见图 6，本实施例中弹性元件为一对组合弹簧，153与157分别为上下连接件，154为销钉，分别安装在上下连接件153和157中，155为拉伸弹簧，其两端分别有两个154销钉固定，156为压缩弹簧，其两端分别靠紧上下连接件153与157的端面。此处拉伸弹簧155嵌套在压缩弹簧156内部，153、154、155、156、157组成组合弹簧，组合弹簧上连接件153与反射镜151背面粘结在一起。

拉伸弹簧只在拉力范围内具有线性的拉伸变化（单方向），同样压缩弹簧也只在压力范围内具有线性的压缩变化（单方向）。在本实施例中，弹簧需要既可以对镜片施加拉力又可以施加压力，所以此处设计了一个组合弹簧来满需此要求。拉伸弹簧155的有效拉力范围为N1～N2，压缩弹簧156的有效压力范围为0～N3，在有效力范围内，156的初始长度大于155。当两弹簧组合时，两者长度（受力后）相近，此时，拉伸弹簧将受拉力拉伸、压缩弹簧将受压力压缩，组合弹簧受力总和为零，拉力和压力大小相等、方向相反，设拉力为Ｎm，压力为-Ｎm。选择合适弹簧、以及弹簧在平衡状态时的压缩量与拉伸量，使得Ｎm接近155和156有效力范围的中间值，以便组合弹簧向两个方向都有足够的线性变形区间。设两弹簧具有相等的弹簧常数K，组合弹簧平衡时见图 7所示，拉伸弹簧受拉力Ｎm，压缩弹簧受压力-Ｎm，当组合弹簧受到外部压力时，压缩ΔL，此时压缩弹簧156的长度减短，即压缩量增加，其受到的压力也增加，设为-ΔN，则此时156受力总和为-（Nm +ΔN）；同时拉伸弹簧155长度也减短，即拉伸量减小，其受到的拉力减小，设为ΔN，则此时155受力总和为Nm –ΔN；可得，组合弹簧受到的力为-2ΔN，即大小为2ΔN的压力。组合弹簧受拉力的情况与此类似。由于弹簧155和156在两个方向各具有足够的变形余量，所以组合弹簧在两个方向都具有良好的线性变形区间，满足此处的使用要求。

158为电机，158驱动157上下运动，组合弹簧将拉伸或压缩，从而对镜片施加拉力或压力。

图 8为根据本实施例进行仿真得到的面型图，在上下两处施加力10N，在左右两处施加力-10N，组合弹簧的弹簧常数为5.88N/mm，电机需运动1.7mm，此时镜片最大面型变化为40.5nm。

反射镜面型变化精度（pv值）为纳米级到十纳米级，若直接驱动反射镜变形，驱动元件的位移精度需求较高；为了实现多阶像差的补偿，往往需要几十个驱动元件，成本将非常昂贵。采用弹性元件作为中间媒介，驱动元件（电机）的位移将通过弹性元件转化为力作用在反射镜上，弹性元件产生的力使得反射镜产生微小面型变化。通过仿真计算得到，组合弹簧亚毫米级的位移变化就可实现反射镜面型纳米级的变化，这将大大降低驱动元件（电机）的精度要求，同时也大幅降低了成本。

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 (4)

1.一种主动光学系统，其特征在于，包括：

照明光学单元，用于将照明光束传递至掩模；

第一平面反射镜，用于反射所述掩模的出射光至成像光学单元；

反射镜面主动变形装置，用于使所述成像光学单元的出射光再次进入所述成像光学单元；

第二平面反射镜，用于反射所述成像光学单元的出射光至像面；

像质探测单元，用于探测所述像面的像质，并计算需要补偿的像质；

控制单元，所述控制单元与所述像质探测单元和所述反射镜面主动变形装置相连，根据需要补偿的像质控制所述反射镜面主动变形装置发生形变；

所述反射镜面主动变形装置，用于改变反射镜的镜面单元形状，所述反射镜的镜片由镜框来承载，所述反射镜面主动变形装置包括若干弹性单元和驱动器，若干所述弹性单元穿过所述镜框，分散分布于所述反射镜的镜片背面上，所述弹性单元均包括嵌套关系的一拉伸弹簧单元和一压缩弹簧单元，所述驱动器包括螺杆和旋转电机，所述驱动器控制若干所述弹性单元对所述反射镜的镜片的背面施加拉力或推力。

2.如权利要求1所述的主动光学系统，其特征在于，所述驱动器由探测控制单元根据所探测到的像面的像质来控制拉或推动作执行。

3.如权利要求1所述的主动光学系统，其特征在于，若干所述弹性单元等距分散分布于所述反射镜的背面的圆心位置及同心圆周位置。

4.如权利要求1所述的主动光学系统，其特征在于，所述拉伸弹簧单元及压缩弹簧单元的一端均与上连接件连接，所述上连接件与所述反射镜的背面连接；另一端均与下连接件连接，所述下连接件与所述驱动器连接。