[发明专利]一种光学系统像差补偿装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学系统像差补偿装置与方法，尤其涉及在光刻投影曝光系统中投影物镜的光学像差的气压补偿装置与方法。

背景技术

光学投影光刻是利用光学投影成像的原理，将掩膜上的集成电路(IC)图形以分步重复或步进扫描曝光的方式将高分辨率的图形转移到涂胶硅片上。光学投影光刻技术是目前大规模低成本生产大规模集成电路的最有效方法，该技术还广泛应用于平板显示、半导体照明等半导体产业，在全球信息化过程起着关键作用。随着超大规模电路(VLSI)的器件密度越来越高，其特征尺寸变得越来越小，光刻机使用的波长越来越短，数值孔径NA越来越大，这对光刻曝光系统的性能提出了更高的要求。

光刻机中采用的短波光源与空气中的氧气等气体发生反应，为了保护光学镜片以免遭受化学反应污染和灰尘污染，一般会在光刻机内部充满氮气等惰性气体；同时在光刻机内部的光路传输过程中由于吸收和散射而损失大部分光能，这些光能会转化为热能，引起镜片的变形，严重影响最终曝光质量，一般使光刻机内部的惰性气体进行缓慢流动，带走一部分热量。因此光刻机内部，特别是投影物镜内部会进行密封，充上缓慢流动的氮气。而光刻投影物镜外部为大气，在实际光刻车间温度和湿度可以进行有效控制，但是大气气压无法进行控制，其引起的气体折射率微量变化对投影物镜成像质量的影响已经不容忽略。同时由于光学镜片的热变形，重力变形，膜厚的不均匀，环境参数的变化，都会造成投影物镜成像质量的恶化，而且这个变化是一个动态过程。因此，在光刻投影物镜实际使用过程中，对投影物镜像差进行实时测量，选择合适的补偿方法进行动态补偿。

发明内容

本发明的技术解决问题：提出一种新的投影物镜像差补偿装置与方法，实现投影物镜像差的动态补偿，特别是外部大气环境变化引起的像差。

本发明的技术解决方案：一种光学系统像差补偿装置，其特点在于：从光线入射方向依次包括光源101、照明系统102、二次光源模块103、投影物镜104、波像差测量模块105、计算机106；其中二次光源模块103用于进一步改善光刻机照明视场的不均匀性和空间相干性，并为投影物镜波像差检测提供理想物点，它包括散射板201、掩模板202和掩模台203；其中投影物镜104是被控制对象，通过调节物镜内部氮气气压来进行波像差补偿，它包括第一段光组211、第二段光组212、第三段光组213，各光组进行分段密封，同时在投影物镜上还安装有流量控制器221、222、223、224、225、226，气压计231、232、233；其中波像差测量模块105用于各视场点的波像差测量，它包括硅片台241、波像差传感器242。光源101发出的激光通过传输光路导入照明系统102，经照明系统102的光路折转、扩束和光学变换后，在投影物镜104的物面(掩模面)上形成均匀照明光；二次光源模块103安装在投影物镜104的物面一侧，经过二次光源模块103出射的测试光通过被测投影物镜104后，测试光的波前会携带着投影物镜104的波像差信息，其中：散射板201位于在掩模板202上方，用于进一步均匀光场、消除空间相干性；掩模板202安装在掩模台203上，掩模板202位于投影物镜104的物面，通过移动掩模台203来选择测量视场点位置，掩模板202的中心制作有针孔或针孔阵列，提供用于检测的理想视场点，掩模板202的周边制作有定位标记，用于掩模板202定位和系统标定，被测投影物镜104将掩模板202上的针孔成像在物镜的焦面上；散射板201和掩模板202均承载在掩模台203上，通过计算机106控制和驱动掩模台203，移动针孔到设定位置；投影物镜104的第一段光组211上头部和尾部分别安装有流量控制器221、222，控制第一段光组211中氮气的流速和气压，第一段光组211还安装有气压计231，用于精确测量第一段光组211内部的氮气气压，第二段光组212上头部和尾部分别安装有流量控制器223、224，控制第二段光组212中氮气的流速和气压，第二段光组212还安装有气压计232，用于精确测量第二段光组212内部的氮气气压，第三段光组213上头部和尾部分别安装有流量控制器225、226，控制第三段光组213中氮气的流速和气压，第三段光组213还安装有气压计233，用于精确测量第三段光组213内部的氮气气压；波像差测量模块105位于投影物镜104像面一侧，上面为硅片台241，波像差传感器242安装在硅片台241上，用于对被测物镜波像差进行动态测量，移动硅片台241进行视场选择；计算机106用于测量过程中控制，测量数据存储，计算各段气压补偿量。

一种光学系统像差补偿方法，实现步骤如下：