CN206363009U - 一种深紫外光学系统共焦对准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种深紫外光学系统共焦对准装置，该装置包括小孔板(1)、准直物镜(2)、分束板(3)、共轭成像物镜(4)、深紫外光学系统(5)、深紫外光学系统会聚光束(501)、球面反射镜(6)、球面反射镜会聚光束(601)和夏克‐哈特曼波前传感器(7)。本实用新型基于该装置的结构，进行深紫外光学系统与球面反射镜的共焦对准调整，利用共焦对准模型采集样本，实现快速、高精度的共焦对准。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学装调技术领域，具体涉及一种深紫外光学系统的共焦对准装置。
背景技术
深紫外光学系统，如半导体微光刻用的投影光学系统、半导体工业中所使用的观察系统、微纳结构制造过程中所使用的紫外光学系统等等，通常具有极小的波像差，如投影光刻物镜的系统波像差在几个纳米量级。因此，在深紫外光学系统加工、集成及工作的各个环节都要进行波像差检测。在基于双通道夏克‐哈特曼法检测深紫外光学系统波像差中，深紫外光学系统与球面反射镜的共焦对准精度是影响波像差测量结果的一个关键因素，因此，深紫外光学系统与球面反射镜的共焦对准是实现深紫外光学系统波像差高精度测量的重要保证。
普通商用菲索干涉仪(如Zygo干涉仪)检测光学系统波像差时，通常采用多自由度手动位移台并借助辅助工具进行共焦对准调整，但将该方法应用到深紫外光学系统光学系统的共焦对准中，在调整上有较大难度。文献《Confocal position alignment in highprecision wavefront error metrology using Shack‐Hartmann wavefront sensor》(Proc.SPIE,2016,9780:97801N)采用计算机辅助装调法进行深紫外光刻物镜和球面反射镜的共焦对准调整，需要采用多次迭代过程，且残差较大。
实用新型内容
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
本实用新型公开一种深紫外光学系统共焦对准装置，其特征在于，该装置包括小孔板(1)、准直物镜(2)、分束板(3)、共轭成像物镜(4)、深紫外光学系统(5)、深紫外光学系统会聚光束(501)、球面反射镜(6)、球面反射镜会聚光束(601)和夏克‐哈特曼波前传感器(7)；其中，小孔板(1)衍射产生球面波经准直物镜(2)后得到平行光束，经分束板(3)反射后被共轭成像物镜聚焦到深紫外光学系统(5)的物面上，经深紫外光学系统后得到深紫外光学系统会聚光束(501)，深紫外光学系统会聚光束(501)经球面反射镜(6)反射后得到球面反射镜会聚光束(601)，球面反射镜会聚光束(601)进入深紫外光学系统(5)和共轭成像物镜(4)后再一次成为平行光束，该平行光束透过分束板(3)后进入夏克‐哈特曼波前传感器(7)，在夏克‐哈特曼波前传感器探测器上形成光斑阵列，通过质心提取、波前重建后得到波像差信息。
优选地，所述共轭成像物镜(4)将所述深紫外光学系统(5)的出瞳成像到所述夏克‐哈特曼波前传感器(7)的微透镜阵列所在平面上。
优选地，所述深紫外光学系统会聚光束(501)和所述球面反射镜会聚光束(601)之间的位置关系包括理想共焦状态、偏移失调状态、倾斜失调状态和离焦失调状态。
与现有技术相比，本实用新型基于该装置的特定结构，进行深紫外光学系统与球面反射镜的共焦对准调整，利用共焦对准模型采集样本，实现了快速、高精度的共焦对准。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为根据本实用新型的深紫外光学系统共焦对准装置的示意图；
图2为深紫外光学系统处于理想共焦对准的状态；
图3为深紫外光学系统在X方向存在偏移失调量ΔX时的状态；
图4为深紫外光学系统绕Y轴方向存在倾斜失调量ΔθY时的状态；
图5为深紫外光学系统沿Z轴方向存在离焦失调量ΔZ时的状态；
图6为根据本实用新型的深紫外光学系统共焦对准方法的流程图；
图7为光学设计软件中建立的深紫外光学系统和球面反射镜的共焦对准模型图；
图8为深紫外光刻物镜和球面反射镜处于理想共焦状态时系统波像差的Zernike多项式系数；
图9为深紫外光刻物镜和球面反射镜处于非理想共焦状态时系统波像差的Zernike多项式系数；
图10为经过共焦对准调整后系统波像差的Zernike多项式系数；
图11为共焦对准公差的Zernike多项式系数。
附图标记说明
深紫外光学系统共焦对准装置包括：1、小孔板，2、准直物镜，3、分束板，4、共轭成像物镜，5、深紫外光学系统，501、深紫外光学系统会聚光束，6、球面反射镜，601、球面反射镜会聚光束，7、夏克‐哈特曼波前传感器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
下面将结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
如图1所示，为本实用新型所使用的装置，包括小孔板(1)、准直物镜(2)、分束板(3)、共轭成像物镜(4)、深紫外光学系统(5)、深紫外光学系统会聚光束(501)、球面反射镜(6)、球面反射镜会聚光束(601)和夏克‐哈特曼波前传感器(7)。
小孔板(1)衍射产生近于理想的球面波经准直物镜(2)后得到平行光束，经分束板(3)反射后被共轭成像物镜聚焦到深紫外光学系统(5)的物面上，经深紫外光学系统后得到深紫外光学系统会聚光束(501)，深紫外光学系统会聚光束(501)经球面反射镜(6)反射后得到球面反射镜会聚光束(601)，球面反射镜会聚光束(601)进入深紫外光学系统(5)和共轭成像物镜(4)后再一次成为平行光束，该平行光束透过分束板(3)后进入夏克‐哈特曼波前传感器(7)，在夏克‐哈特曼波前传感器探测器上形成光斑阵列，通过质心提取、波前重建后得到整个系统的波像差信息。
上述共轭成像物镜(4)将所述深紫外光学系统(5)的出瞳成像到所述夏克‐哈特曼波前传感器(7)的微透镜阵列所在平面上。
所述深紫外光学系统会聚光束(501)和所述球面反射镜会聚光束(601)之间存在如下的位置关系：
(1)理想共焦状态：如图2所示，所述深紫外光学系统会聚光束(501)的光轴和所述球面反射镜会聚光束(601)的光轴重合，所述深紫外光学系统会聚光束(501)的顶点和所述球面反射镜会聚光束(601)的顶点重合。
(2)偏移失调状态：如图3所示，所述深紫外光学系统会聚光束(501)的光轴和所述球面反射镜会聚光束(601)的光轴平行，所述深紫外光学系统会聚光束(501)的顶点和所述球面反射镜会聚光束(601)的顶点连线与所述深紫外光学系统会聚光束(501)的光轴和所述球面反射镜会聚光束(601)的光轴均垂直，所述深紫外光学系统会聚光束(501)的光轴和所述球面反射镜会聚光束(601)的光轴沿X轴方向(或Y轴方向)存在ΔX(或ΔY)的偏移，其中ΔX(或ΔY)称为偏移失调量。
(3)倾斜失调状态：如图4所示，所述深紫外光学系统会聚光束(501)的顶点和所述球面反射镜会聚光束(601)的顶点重合，而所述深紫外光学系统会聚光束(501)的光轴和所述球面反射镜会聚光束(601)的光轴之间存在夹角，该夹角通过所述球面反射镜会聚光束(601)的光轴以所述球面反射镜会聚光束(601)的顶点为原点，绕Y轴旋转的角度ΔθX(或绕X轴旋转的角度ΔθY)来表示，其中ΔθX(或ΔθY)称为倾斜失调量。
(4)离焦失调状态：如图5所示，所述深紫外光学系统会聚光束(501)的光轴和所述球面反射镜会聚光束(601)的光轴重合，而所述深紫外光学系统会聚光束(501)的顶点和所述球面反射镜会聚光束(601)的顶点不重合，沿Z轴方向存在离焦，用ΔZ来表示，称ΔZ为离焦失调量。
如图6所示，为采用上述装置进行深紫外光学系统共焦对准的流程图，具体包括如下步骤：
(1)在光学设计软件中建立深紫外光学系统共焦对准模型。
(2)确定深紫外光学系统共焦对准模型中失调量个数N及用于表达深紫外光学系统波像差的Zernike多项式项数M。
(3)确定失调量的变化范围。
(4)设置失调量变化步长，通过光学设计软件获得不同矢量状态下深紫外光学系统共焦对准模型中的Zernike多项式系数。
(5)采用MATLAB软件中的神经网络工具箱进行人工神经网络训练，建立Zernike多项式系数与失调量之间的关系。
(6)测量当前状态下深紫外光学系统波像差的Zernike多项式系数。
(7)根据所建立的Zernike多项式系数与失调量之间的关系及当前状态下测量得到的深紫外光学系统波像差Zernike多项式系数来计算失调量。
(8)根据计算得到的失调量大小进行深紫外光学系统和球面反射镜的共焦对准调整。
(9)计算共焦对准公差大小。
(10)根据公差大小判断共焦对准调整是否已满足共焦对准精度要求，如满足要求，则完成共焦对准调整，若不满足要求，则重复步骤(3)～(9)，直到共焦对准公差满足共焦对准精度要求。
作为本实用新型的一个具体实施例，如图7所示，为在光学设计软件中建立的深紫外光刻物镜和球面反射镜的共焦对准模型图，在理想共焦对准状态下，系统波像差的Zernike多项式系数如8所示，此时系统波像差大小为12.49nm RMS。图9为深紫外光刻物镜和球面反射镜处在非理想共焦位置时系统波像差的Zernike多项式系数，此时系统波像差大小为12.60nm RMS，经过共焦对准后得到的系统波像差的Zernike多项式系数如图10所示，此时系统波像差大小为12.50nm RMS，图11为共焦对准公差的Zernike多项式系数，公差大小为0.02nm RMS。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种深紫外光学系统共焦对准装置，其特征在于，该装置包括小孔板(1)、准直物镜(2)、分束板(3)、共轭成像物镜(4)、深紫外光学系统(5)、深紫外光学系统会聚光束(501)、球面反射镜(6)、球面反射镜会聚光束(601)和夏克‐哈特曼波前传感器(7)；其中，小孔板(1)衍射产生球面波经准直物镜(2)后得到平行光束，经分束板(3)反射后被共轭成像物镜聚焦到深紫外光学系统(5)的物面上，经深紫外光学系统后得到深紫外光学系统会聚光束(501)，深紫外光学系统会聚光束(501)经球面反射镜(6)反射后得到球面反射镜会聚光束(601)，球面反射镜会聚光束(601)进入深紫外光学系统(5)和共轭成像物镜(4)后再一次成为平行光束，该平行光束透过分束板(3)后进入夏克‐哈特曼波前传感器(7)，在夏克‐哈特曼波前传感器探测器上形成光斑阵列。
2.根据权利要求1所述的一种深紫外光学系统共焦对准装置，其特征在于，所述共轭成像物镜(4)将所述深紫外光学系统(5)的出瞳成像到所述夏克‐哈特曼波前传感器(7)的微透镜阵列所在平面上。
3.根据权利要求1所述的一种深紫外光学系统共焦对准装置，其特征在于，所述深紫外光学系统会聚光束(501)和所述球面反射镜会聚光束(601)之间的位置关系包括理想共焦状态、偏移失调状态、倾斜失调状态和离焦失调状态。
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