CN101479667B - 修正/修复光刻投影物镜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种修正/修复光刻投影曝光设备的投影物镜(10)的方法，该投影物镜包括位于物平面(12)和像平面(16)之间的多个光学元件，该多个光学元件包括至少一个具有屈光力的第一光学元件，该方法包括：在不更换全部的光学元件的情况下，在现场将至少一个第一光学元件从投影物镜中移走，将至少一个备用第一光学元件***到投影物镜的至少一个第一光学元件的位置，以及将投影物镜的图像质量调整到期望的质量。

Description

修正/修复光刻投影物镜的方法
本发明一般涉及在微光刻工艺中使用的光刻投影曝光设备的投影物镜。
更具体而言，本发明涉及一种用来修正/修复光刻投影曝光设备的投影物镜的方法。
光刻投影曝光设备中的投影物镜用来将精密电路图案印到涂有感光材料的衬底上，例如晶片、平板等。待印刷的电路图案由称作掩膜板的物提供，该物由投影物镜投影到衬底上。用于这种应用的投影物镜需具有非常高的光学性能。
光刻投影曝光设备中的投影物镜通常包括多个设置在物平面和像平面之间的光学元件。此处的术语“之间”应该理解为，将多个光学元件按照来自于物平面并到达像平面的投影光至少到达每个光学元件一次的方式来设置。同样，术语“之前”和“以后”等应该理解为投影光的传播顺序。实际中存在不同类型的投影物镜，即，折射投影物镜、反射投影物镜和反折射投影物镜。折射投影物镜只包括折射光学元件。反射投影物镜只包括反射光学元件。折反射投影物镜既包括折射光学元件也包括反射光学元件。此处针对折射和反折射投影物镜对本发明进行描述，其中的多个光学元件至少包括一个折射光学元件。如果在投影物镜的最后的光学元件和像平面之间存在浸液，那么该投影物镜则被称为浸液型投影物镜。浸液本身不算做光学元件。如果存在两种浸液并且投影物镜的最后的光学元件被置于两种浸液之间，那么该投影物镜被称为双浸液型投影物镜。因此，任何双浸液型投影物镜也属于浸液型投影物镜。
投影物镜在光刻工艺中使用一段时间后，一个或多个光学元件会因各种原因而产生退化。例如，就浸液光刻中使用的投影物镜而言，靠近像平面的最后一个光学元件与浸液的接触会使其镀膜产生退化。另外，如果最后一个光学元件由氟化钙制成，并且采用纯净水作为浸液时，那么最后一个光学元件的材料本身会因浸液而产生退化，这是因为纯净水对氟化钙具有很强的侵蚀性。对于双浸液型，最后一个光学元件和倒数第二个光学元件会因浸液而产生退化。
当光学元件为折射型光学元件时，其他可能的退化来自于光学元件上的集束光强的分布，该集束光强的分布会使光学元件发生形变，并且会使折射率分布发生改变。这些分布受到类狭缝掩膜、非旋转对称照明设置(例如偶极或四极设置)和物(例如单向性的电路图案)的影响。
另外可能导致光学元件的使用寿命退化的原因可以是折射率的改变、光学元件的材料应力等。因此，在使用一段时间后，当投影物镜表现出了影响到精密光学性能的退化时，就必须对投影物镜进行修复或修正。
在传统的修复方法中，需要将整个投影物镜从在光刻曝光中使用投影物镜的顾客处运到厂商处，并在厂商处通过更换投影物镜的近乎全部光学元件，对退化的投影物镜进行修复。这样的修复方法非常耗时，从而会导致在顾客处的长时间停工，这是不期望看到的。另外，全部更换多个光学元件花费很大，同时也鉴于投影物镜的成本巨大，故上述的修复方法也不为顾客所接受。
因此，有必要提供一种可以在现场即在使用投影物镜的顾客处进行的，并且不必更换投影物镜的全部光学元件的修复投影物镜方法。
在大多数情况下，光刻工艺中使用投影物镜的顾客期望在尽可能少地改变所谓的投影物镜的指纹的情况下修复或修正退化的投影物镜。单个投影物镜的指纹可以理解为该单个投影物镜的图像缺陷的一组特性，或者单个整体投影曝光***的一组特定特性。
另一方面，在有些场合，顾客期望使图像缺陷预算适于将要由投影物镜投影到衬底上的特定掩膜板，和/或适于用于光刻工艺的某一照明设置。在某些情况下，期望在图像中引入某些图像缺陷，例如彗差。
EP-A-O 724 199公开了一种校准投影物镜的方法，包括，测量投影物镜的失真构成，计算校正光学元件的表面形状以补偿图像失真，将校正光学元件从投影物镜中移走，对校正光学元件进行机械加工使其具有期望的表面形状，以及重新将校正光学元件放置到该元件被移走前所处的位置。该文献并未涉及修复投影物镜的方法。
文献US 6,333,776 B1公开了一种其上设置有校正板的投影物镜，该校正板可通过替换装置被选择性地***和撤掉。根据需要，该校正板可以被储藏在仓库中的另外一块校正板取代。校正板已经过打磨，使得其能够校正随机失真。这里的术语“随机失真”应该被理解为投影物镜的失真，该失真是由在生产投影物镜期间的产品参数的随机变化引起的。该文献也未涉及修复投影物镜的方法。
US 5,392,119公开了一种通过在投影物镜中设置两块校正板来校正投影物镜的方法。第一校正板被最优化成使光束偏转，同时第二块校正板被最优化成校正先前测量出的失常。该公开的方法可以用来修正现有的光学***，例如可用来提高光学分辨率。
WO 2005/069055 A2公开了一种浸液型投影物镜，其最后的光学元件为具有屈光力的光学元件。
WO 2006/121009和WO 2006/126522公开了一种双浸液型投影物镜，其最后的光学元件为平行平面板。
本发明的一个目的在于，提供一种可以在现场进行的修正/修复光刻投影曝光设备的投影物镜的方法。
本发明的另一个目的在于，提供一种可以减少顾客处的投影物镜的停工时间的修正/修复光刻投影曝光设备的投影物镜的方法。
本发明的另一个目的在于，提供一种省时和/或花费少的修正/修复光刻投影曝光设备的投影物镜的方法。
本发明的另一个目的在于，提供一种可以根据顾客需要来调整投影物镜的成像质量的修正/修复光刻投影曝光设备的投影物镜的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种修正/修复光刻投影曝光设备的投影物镜的方法，投影物镜包括多个位于物平面和像平面之间的光学元件，多个光学元件中包括至少一个具有屈光力的第一光学元件。该方法包括：在不更换全部的光学元件的情况下，在现场将至少一个第一光学元件从投影物镜中移走；将至少一个第一备用光学元件***投影物镜的至少一个第一光学元件的位置；并且，将投影物镜的图像质量调整到顾客期望的质量。
根据本发明的方法基于如下思想，即，不更换全部的光学元件而只是通过更换个别光学元件来补偿退化的光学元件的不利影响。因此，根据本发明的方法不仅省时而且极大地减少了在顾客处的停工时间。可在现场即顾客处实施该方法，而不必将需要校正/修复的投影物镜运到该投影物镜的厂商处。另外，该方法包括将该投影物镜的图像质量调整到顾客期望的质量，这样就可以维持投影物镜的初始状态下的图像质量，同样，也可以对照投影物镜的初始状态下的图像质量，通过修复/修正步骤来改变图像质量。
所述至少一个第一备用光学元件是至少大致适合第一光学元件的形状的光学元件。
至少一个第一备用光学元件自身无需发生退化。但是，应当从光学***的光学元件中适当地选出至少一个第一备用光学元件，用来补偿光学***的退化影响。特别是以下的位置尤为有利，即，接近光学***的光瞳平面的位置，接近场平面的位置，和平板之间(可能是必要的)的位置，而具体则取决于顾客所使用的成像设备。根据顾客所使用的掩膜和照明设备，该成像设备可能会因顾客而异，并因此导致了特定且不同的退化影响。因此，至少一个第一备用光学元件会因光学***而异。
在优选的实施方式中，该方法进一步包括，在将至少一个第一备用光学元件***到投影物镜之前，对其进行加工。
假设第一备用光学元件的性质允许其被加工，例如在另一个优选实施方式中提供的机械加工，尤其如另一个优选实施方式中那样使该至少一个第一备用光学元件的至少一个表面为非球面或者均匀的非旋转对称的表面形状，那么该举措的优势在于，第一备用光学元件可以提供对图像质量的期望校正，例如用来补偿第一备用光学元件和被其替换的第一光学元件之间在光学作用上的差异。第一备用光学元件的加工也可以用于对照着初始状态下的投影物镜的图像质量来改变投影物镜的图像质量。
在另一个优选的实施方式中，至少一个第一备用光学元件是从投影物镜中移走并经过后续加工的第一光学元件。
该举措的优势在于可进一步减少修复投影物镜的费用。考虑到制造投影物镜的光学元件花费巨大，重新利用从投影物镜中移走并经后续加工(例如，去除光学元件的材料或其涂层的影响)的第一光学元件，可以显著地减少修复投影物镜的费用。
为了减少停工时间，例如，对于第一光学元件在其经过再加工后被作为第一备用光学元件重新利用的情况，进一步优选地，从第一光学元件的容器中选出至少一个第一备用光学元件，该光学元件是从其他的投影物镜中被移走，并根据一个或多个上文中提到的加工过程进行了加工的元件。例如，可以对从多个投影物镜中移走的多个第一光学元件进行再加工，将其作为补给保存，并用来替换一些投影物镜的子元件。
由于对至少一个第一光学元件的加工，因此与初始状态的至少一个第一光学元件的厚度相比，至少一个第一光学元件的厚度有所减少。
经过再加工的第一光学元件重新***到投影物镜后，其厚度的减少可能会导致该第一光学元件的光学作用与其初始状态相比发生明显改变。但是根据本发明可以通过如下方法补偿此差异，例如，在至少一个第一光学元件被作为第一备用光学元件***到投影物镜中之前，使其具有与校正差异匹配的非球面的或均匀的非旋转对称表面形状，和/或对所有的或一些光学元件重新定位(“设定”)。
尽管在上文的描述中第一备用光学元件可以是从投影物镜或另一个投影物镜中移走并经过再加工的退化的第一光学元件，但是，所述至少一个第一备用光学元件也可以是与初始状态下被移走的第一光学元件同类型的本质上相同的光学元件。
在更进一步优选的实施方式中，调整图像质量的步骤包括：测量图像质量并通过使至少一个另外的光学元件发生移动和/或形变来调整图像质量的步骤。该至少一个另外的光学元件可以是备用的光学元件本身。
在更进一步优选的实施方式中，该方法进一步包括，从多个光学元件中选出至少一个第二光学元件，将至少一个第二光学元件从投影***中移走，并将至少一个第二备用光学元件***到投影物镜的第二光学元件的位置，其中，基于测量获得的实际图像质量与期望图像质量之间的差异，对至少一个第二备用光学元件进行加工和/或选择。
采用至少一个第二备用光学元件是有利的，因为在第一光学元件被至少一个第一备用光学元件替换后，投影物镜的图像质量仍不能完全调整到期望的图像质量的情况下，第二备用光学元件就可以进一步提供投影物镜的校正自由度。另外，尽管在上文中对第一备用光学元件的加工和/或选择进行了描述，例如使第一备用光学元件具有非球面或者均匀的非旋转对称校正表面以能够调整到期望的图像质量，或者在第二备用光学元件是折射型元件的情况下，选择具有期望的折射率分布的第一备用光学元件，但是，有可能第一备用光学元件不允许这样的加工过程，和/或该加工过程并不在能够获得期望图像质量的位置。例如，第一备用光学元件会因其材料的不均匀而导致图像质量的偏离。对于此种情况，第二备用光学元件被设计成允许对其表面进行加工和/或更易于具有期望的折射率分布，从而可以被用作调整期望的光学质量的校正元件。如果第一备用光学元件是靠近像平面的最后的光学元件，例如浸液型投影物镜，或者是双浸液型投影物镜中的倒数第二个光学元件，则此实施方式尤为有利。
在此背景下，更加优选地，在将第二备用光学元件***到投影物镜之前，对该至少一个第二备用光学元件进行加工。
更加优选地，至少一个第二备用光学元件的加工包括改变该至少一个第二备用光学元件的材料厚度。
已经证实，在与初始状态下的第一光学元件相比，第一备用光学元件的厚度有所减小的情况下，改变至少一个第二备用光学元件的材料厚度是一种适当的校正机制。
还更加优选地，至少一个第二备用光学元件的加工包括，使该至少一个第二备用光学元件的至少一个表面为非球面或者均匀的非旋转对称表面形状。
通过使至少一个第二备用光学元件具有非球面或均匀的非旋转对称表面形状可得到改进的校正能力，从而能够按照期望来调整图像质量。
在更加优选的实施方式中，先前被移走的至少一个第二光学元件经进行加工后成为至少一个第二备用光学元件。上文中已经对类似的关于第一备用光学元件的实施方式有所描述。
在更加优选的实施方式中，该方法进一步包括，将至少一个备用光学元件***后，在对至少一个第二备用光学元件进行加工之前，在现场对投影物镜的图像质量进行测量，并基于测得的图像质量计算出至少一个备用第二光学元件的修正轮廓，并基于该计算出的修正轮廓对至少一个第二备用光学元件进行加工。
对于第一备用光学元件对其被***到投影物镜的过程中发生的形变敏感的情况，该“两步”处理是特别有利的。将第一备用光学元件***到投影物镜时，第一备用光学元件会产生形变，而在***第一备用光学元件之前，该形变是不能够被事先模拟的。在这种情况下，采用如下过程更具优势，即，首先将第一备用光学元件***到投影物镜中，接下来测量投影物镜的图像质量，然后再计算第二备用光学元件的校正轮廓以获得期望的图像质量。因此，在对第二备用光学元件的校正轮廓的计算中考虑进由第一备用光学元件的***过程所引起的图像缺陷。对第二备用光学元件进行相应的加工后，将其***到投影物镜。
在可选的实施方式中，基于对第一备用光学元件的光学作用的模拟，根据期望的图像质量，对至少一个第二备用光学元件进行加工，之后将第一和第二备用光学元件***投影物镜中。
该“一步”处理的优势在于减少了时间消耗，并且该方法特别可以用在下述场合，即第一备用光学元件对其被***到投影物镜时产生的形变不敏感或不太敏感。
在另一个优选实施方式中，调整图像质量包括至少大致维持光学***发生退化前的图像质量。
该举措的优势在于，修正/修复过程至少大致上没有改变投影物镜的指纹。
同样优选地，调整图像质量包括：对照光学***发生退化前的图像质量来改变图像质量，例如，依照使用投影物镜的操作要求来增加和减少至少一种特定图像缺陷。
如在开始已经提到的，在某些场合，顾客期望在某些光刻曝光过程中增加图像缺陷，例如彗差。在优选的实施方式中，可以提供几个单独具有校正表面的备用部件来搭建几个光学性能基本相同的光刻设备。
上述的操作要求可包括投影曝光设备的照明设置和/或被投影物镜成像的物。
在进一步优选的实施方式中，调整图像质量包括对多个光学元件中至少一个光学元件的位置和/或形状进行调整。
一个或多个光学元件的位置调整可以包括利用适当的调节器或操纵器使其沿x轴、y轴、和/或z轴平移定位和/或转动定位，以及在光学元件是有源透镜元件的情况下，可利用适当的调节器或操纵器使其产生形变。可选地或者附加地，对于折射型光学元件，有源透镜元件的调节器可改变该光学元件的折射率分布。也可以通过加热和/或冷却、挤压或弯曲该折射元件实现折射率分布的改变。
在进一步优选的实施方式中，至少一个第一光学元件是最靠近像平面的最后的透镜元件，其中，对于浸液型投影物镜，浸液不算作光学元件。
在进一步优选的实施方式中，在双浸液型投影物镜中，至少一个第一光学元件是倒数第二个透镜元件。
如在上文中已经提到的，尤其是浸液型投影物镜的最后的透镜元件经常会发生退化，例如归咎于该透镜元件与浸液的接触或镀膜被刮伤。最后的光学元件可以是相对较厚的透镜，其入光侧的曲率较大，并优选临近像平面一侧为平面。该透镜也可能会因像平面附近的高能量光束而发生退化。
在进一步优选的实施方式中，至少一个第二光学元件是不具有屈光力的元件，特别是平行平面板，其中，对于双浸液型投影物镜，至少一个第二光学元件是位于两种浸液之间的平行平面板。
采用平行平面板作为将要被选作校正元件的第二光学元件的优势在于，与具有凹面和/凸面的光学元件相比，在使此类元件具有校正表面时更容易进行操作。
优选将至少一个第二光学元件放置在靠近场平面或靠近投影物镜的光瞳平面的位置。位于场平面附近的平行平面板对场依存型图像缺陷尤其敏感，因此能够校正此类图像缺陷，同时，位于光瞳平面附近的平行平面板能够显著校正在场内至少基本稳定的图像缺陷。
在本发明的范围内，特别优选地，如果有两个第二光学元件可被选作校正元件，那么将其中一个第二光学元件靠近场平面放置，将另一个靠近投影物镜的光瞳平面放置。
本发明进一步提供了根据上述一个或多个实施方式的方法进行修正/修复的投影物镜。
根据下面的描述和附图，更多的优势和特征将会变得显而易见。
应该可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和将在下文中进行说明的特征不仅适用于所给出的组合方案，同样也适用于其他的组合或独立方案。
现在附图中示出了示例性实施方式，并将在下文中参照附图对其进行描述，其中：
图1示意性地示出了包含投影物镜的光刻曝光设备；
图2示出了用于修正/修复图1中的投影物镜的方法的第一实施方式的流程图；
图3示出了用于修正/修复图1中的投影物镜的方法的第二实施方式的流程图；
图4示出的图表用来说明在更换投影物镜中的一个光学元件后不同的校正过程的作用；
图5示出了一种设计方案的浸液型反折射投影物镜；
图6示出了另一种设计方案的浸液型反折射投影物镜；以及
图7示出了一种双浸液型反折射投影物镜。
图1示意性地示出了通常用标号10表示的光刻投影曝光设备。投影曝光设备10可以被用在例如制造半导体器件的微光刻工艺中。
投影曝光设备10包括投影物镜11，该投影物镜11将放置在其物平面12上的物(掩膜板)14成像到放置在其像平面16上的衬底18(晶片)上。用来将物14成像到衬底16的光由光源20(例如激光器)产生，并通过照明光学设备22被直接引导到物14上，进而进入投影物镜11。
将物14成像到衬底18上是通过所谓的扫描过程实现的，在此过程中，从照明光学设备22发出的光被直接引导通过扫描狭缝24，该扫描狭缝24的宽度小于衬底上的物14的尺寸。物14沿扫描方向26放置，这样可以逐步地将整个物14投影到衬底18上，而衬底18沿与扫描方向26相反的方向30放置在底座28上。
投影物镜11包括多个沿着光穿过投影物镜11传播的方向(Z轴方向)放置的光学元件。在本实施方式中，投影物镜11包括6个光学元件，其中的四个光学元件具有屈光力，称为光学元件32、34、36和38。其余的两个光学元件40、42是不具有屈光力的光学元件，在本实施方式中为平行平面板。
应该可以理解，光学元件的数量不限于六个。另外，光学元件的形状也不限于上面提到的形状。在浸液型光刻中较为典型的是采用六个以上的透镜和至少一个反射镜。光学元件的数量和形状取决于对成像性能的要求。较具代表性的是，在大致为10x30mm，波长为248nm或193nm，数值孔径远高于0.9、甚至高达1.3的像场中的波前像差应该小于1nm，这可以通过加入浸液(例如水)而实现。
光学元件32至42被托台32a至42a支承，这样，可以利用托台32a至42a调整各光学元件的位置。
光学元件32至42中的一些光学元件，在本实施方式中为全部的光学元件32至42，放置在调节器或操作器32b至42b上，以便对每个光学元件32至42的位置进行调整。根据图1中所示的坐标系，该调节器或操作器能够在x轴、y轴和/或z轴方向上对光学元件32至42进行定位。应该可以理解，不仅可以使光学元件平移，也可以使其进行绕x轴、y轴和/或z轴的旋转运动。另外，光学元件32至42中的一些元件设定成可主动变形的元件和/或能够改变折射率分布的元件(对于折射型光学元件)，以及，调节器或操作器32b至42b中一些可以被设计成能够使与其相应的光学元件32至42变形和/或使其折射率分布发生改变(对于折射型光学元件)。
投影物镜11被使用一段时间后，光学元件32至42中的一个或多个，特别是具有屈光力的光学元件32至38可能会发生退化。
例如，如果投影物镜11被用在浸液型光刻中，最后的光学元件38与浸液(未示出)接触，而浸液可能会侵蚀光学元件38的镀膜和制造光学元件38的大块材料。在使用一段时间后，光学元件38可能会退化到不得不对投影物镜11进行修复的程度。
参照图2对修复投影物镜11的方法的一个实施方式进行描述。在以下的描述中，将光学元件38称为第一光学元件。
接下来将要描述的方法可以在现场即顾客所在地实施，并且无需更换全部的光学元件32至42，而只需更换光学元件32至42中的两个元件。需要更换的光学元件是退化的第一光学元件38和光学元件40和42中的一个，在下文中将其称为第二光学元件。
修复投影物镜11的方法包括在50a中提供至少一个，优选多个可用来替换第一光学元件38的第一备用光学元件。因此，依照退化后将要被替换的第一光学元件38来设计和加工第一备用光学元件。在步骤52a中，测定和记录与第一光学元件38被第一备用光学元件替换相关的全部数据。
在50b和52b中，提供至少一个、优选多个第二备用光学元件，并测量和记录其与更换过程有关的数据。在下面的描述中，假定该第二备用光学元件用作第二光学元件40的替换元件。
在54中，将全部第一和第二备用光学元件收纳在容器中，以减少在现场进行实际修复工艺时的反应时间。
如果需要进行修复，则如参考序号56所指出的那样从容器中取出第一和第二备用光学元件。
接下来，在58中，对第一备用光学元件和处于投影物镜11初始状态的第一光学元件38之间的光学作用差异进行模拟。应该注意的是，即使第一备用光学元件是按照将要被替换的第一光学元件38进行设计和加工的，也不可能使第一备用光学元件的特性与初始状态的第一光学元件38的特性完全一致。因此，第一备用光学元件和初始状态的第一光学元件在光学作用上将会存在一些差异。
基于在58中的模拟结果，计算出第二备用光学元件应该具有的校正表面形状，以校正或补偿第一备用光学元件和第一光学元件38之间在光学作用上的差异。
所述校正表面形状通常是非球面，甚至是非旋转对称的形状。
在62中，对第二备用光学元件进行加工，例如，对其进行机械加工以使第二备用光学元件具有在步骤60中计算出的校正表面形状。
应当注意的是，也可以使第一备用光学元件具有校正表面，但前提是该第一备用光学元件允许这样的加工，特别是允许对其进行机械加工。但是，在一些情况下，特别是第一备用光学元件由难以被加工，特别是难以被机械加工的材料(例如氟化钙)制成的情况，加工过程不可能或至少不能达到校正由第一备用光学元件和将要被替换的第一光学元件38之间的光学作用差异而产生的图像缺陷的程度。接下来，将第一备用光学元件和第二备用光学元件运输到顾客处。
在64中，将第一光学元件38和第二光学元件40从投影物镜11中移走。
在66中，将第一和第二备用光学元件***到投影物镜的各自对应的光学元件从投影物镜11中移走前的设置位置。
在68中，对投影物镜11的图像质量进行调整，特别是利用调节器或操作器32b至42b调整到期望的图像质量。
在70中，对实际的图像质量进行测量，然后可以进行另一个调整步骤。在仅凭调整全部或部分光学元件32至42的位置和/或形变不能将图像质量调整到期望值的情况下，可以进行第二备用光学元件的另一个校正，其中，可以将先前***的第二备用光学元件从投影物镜11中再次移走，然后对其进行校正或者用另一个第二备用光学元件替换，对于后者，需要事先依照期望的图像质量对另一个第二备用光学元件进行加工，将其作为实际的第二备用光学元件的替换元件。
以上所描述的修复投影物镜11的方法为“一步法”。
参照图3，下面将对“两步”修复过程进行描述。
步骤50a，50b，52a，52b，54和56与先前描述的方法中的相应步骤相同。尽管在图3中省略了图2中的步骤58，但也可以在根据图3的方法中加入步骤58。
根据图3的方法和根据图2的方法的不同之处在于，在根据图3的方法中，第二备用光学元件提供的校正计算不是在将第一备用光学元件***到投影物镜11之前进行的，而是在将第一备用光学元件***到投影物镜11之后进行的。
之后，在74中，将退化的第一光学元件(光学元件38)从投影物镜11中移走。在76中，将第一备用光学元件***到投影物镜11中第一光学元件(光学元件38)在初始状态所放置的位置处。
接下来，在适当的位置对第一备用光学元件进行调整(在78中)，并对图像质量进行测量(步骤80中)。
在82中，基于在先前的测量步骤中获得的结果，计算出由第二备用光学元件提供的必要校正。
此过程的优势在于，对于第一备用光学元件在其被***到投影物镜11的过程中发生了形变的情况，第一备用光学元件的形变会加剧投影物镜11的图像缺陷，那么就需要将该形变引入到由第二备用光学元件提供的期望校正的计算中。此外，根据图2的方法中步骤69的计算只是基于第一备用光学元件和将要被替换的第一光学元件之间的光学作用差异的，而步骤82的计算还包括整个投影物镜11的光学性能，即全部光学元件32至42的光学性能。特别地，第一备用光学元件的折射率分布的差异可能会产生干扰，因而对具有第一备用光学元件的光学***的光学性能的模拟可能不会具有期望的精度。因此，采用首先在***第一备用光学元件后进行光学性能的测量，然后再计算第二备用光学元件的校正表面的过程可能更具优势。
在84中，基于步骤82的计算对第二备用光学元件进行加工，特别是机械加工，以使第二备用光学元件具有通常是非球面乃至非旋转对称表面形状的校正表面形状。
在86中，将第二备用光学元件11***到投影物镜11中，对投影物镜11进行调整(在88中)，并在90中再次对图像质量进行测量。通常，根据图3的方法不需要重复对第二备用光学元件进行校正，这是因为在将第一备用光学元件***到投影物镜11之后已经进行了计算步骤82。
应该注意的是，对投影物镜11的图像质量进行调整的目的可能不仅在于将投影物镜11的图像质量维持在光学元件32至42中的一个或多个发生退化前的程度，而且还可能在于使图像质量发生改变。基于使用投影物镜11时的操作条件，顾客可能期望增加和/或减少某些图像缺陷，例如引入或增加彗差，这样有利于采用特定的照明设备或由投影物镜11成像的特定物(掩膜板)。
接下来，对根据图2和3的修正方法进行说明。
如已经参照图2和3进行的描述，优选地，将多个第一和第二备用光学元件作为补给收纳在容器中，如图2和图3中的参考数字54所示。另外，如上所述，作为补给被收纳在容器中的第一和第二备用光学元件是新制造的元件。但是，还可以从现有投影物镜中移走的光学元件中至少建立第一备用光学元件的容器，其经过再加工后可重新用于相同的或其他的投影物镜中。
为了更加精确，可以实施下述修复过程实施方式。
从图1中的投影物镜11开始，将退化的第一光学元件38从投影物镜11中移走。
接下来，对第一光学元件38进行再加工以去除该光学元件的镀膜和/或材料缺陷。这样的再加工可以在从投影物镜11移走第一光学元件38后通过对第一光学元件38进行机械加工而实现。
通常，对第一光学元件38的加工或再加工会导致其厚度明显减少，特别是第一光学元件中心处的厚度。实验表明，在除去材料缺陷的再加工过程中减少的厚度为几微米至上百微米。
将再加工的第一光学元件38重新用作原投影物镜11中的第一备用光学元件或者用作与投影物镜11同类型的另一投影物镜中的第一备用光学元件时，第一光学元件38的厚度显著减少将会导致投影物镜的图像质量发生明显改变。
因此，当再加工的第一光学元件用作投影物镜11或另一个投影物镜的第一备用光学元件时，需要对由显著的厚度减少所引起的图像缺陷进行测量。
可以实施下面的校正过程和其组合。
一个校正过程包括，使用调节器或操作器32b至42b重新调整光学元件32至42的位置，优选使用光学元件32至42的各运动自由度，包括平移和旋转运动自由度，还可以提供形变(如果允许的话)。
另一个校正过程包括，对因再加工而导致厚度减少的第一光学元件进行加工以使其具有非球面的表面形状。
又一校正过程包括，从多个光学元件32至42中选出一个第二光学元件，例如，可以是光学元件40和/或光学元件42，并使其具有非球面的乃至非旋转对称的校正表面。
作为先前的校正过程的替代或附加过程，对已具有非球面乃至非旋转对称校正表面的第二光学元件，或多个光学元件32至42中的另一个光学元件进行加工以改变其厚度，例如减少其厚度以补偿由第一光学元件38的厚度减少所引起的图像缺陷。
优选同时或逐一实施上述校正过程的组合。
在图4示出的图表中，每个圆柱表示依赖于所实施的校正过程的残余图像缺陷。对第一光学元件38进行的加工使其厚度减少了大约30μm。当未作任何补偿厚度减少的校正时，整个场的RMS Z5的最大值超过110nm。
图4中的柱1示出了经上述对光学元件32至42重新定位后的第一校正过程后的残余RMS Z5。因此，RMS Z5已经减小了一个数量级。
柱2示出在使用柱1中已用过的校正过程后，又额外改变了第二光学元件的厚度后残余的RMS Z5。
柱3示出经设定(用在柱1中)校正过程后，又额外使用本身具有非球面校正表面的第一光学元件38过程后的残余RMS Z5。
柱4示出经设定(用在柱1中)校正过程之后，又额外使用具有非球面校正表面的第二光学元件过程后的残余RMS Z5。
最后，柱5示出的是使用根据柱1至柱4的所有校正过程的组合之后的残余RMS Z5。最终的波前误差Z5远远低于0.3nm RMS的可接受的限度。
图4表明可以对因再加工和再次***的第一光学元件的厚度明显减少所引起的图像缺陷进行补偿，而无需更换投影物镜11中两个以上的光学元件。
另外，关于之前描述的实施方式，应该注意，投影物镜11中可以有两个第二光学元件，在对具有屈光力的光学元件32至38中的光学元件进行替换后，这两个第二光学元件可被选做校正元件。
特别地，可以将第二光学元件40中的一个放置在靠近场平面的位置，并将第二光学元件40、42中的另一个放置在靠近投影物镜11的光瞳平面的位置，这样既可以补偿场依存型图像缺陷，也可以校正在场内大致稳定的图像缺陷。
图5示出了一种设计方案的浸液型反折射投影物镜100，其中，光学元件101被称为第一光学元件。特别地，该光学元件101由CaF2、BaF2、LiF、LUAG或尖晶石中的一种，或者上述材料的混合晶体制成。标有圆点的透镜和/或反射镜为非球面元件。
图6示出了另一种设计方案的浸液型反折射投影物镜200，其中，光学元件201被称为第一光学元件，光学元件202是平行平面板并被称为第二光学元件。第二光学元件被置于投影物镜的光瞳平面上。标有圆点的透镜和/或反射镜为非球面元件。
图7示出了双浸液型投影物镜300，其中，光学元件301被称为第一光学元件，光学元件302是平行平面板并被称为第二光学元件。第二光学元件靠近投影物镜的场平面放置。两种浸液分别是303和304。尽管最后的两幅图中没有圆点，但在这个投影物镜中也可以有非球面透镜和/或反射镜。

Claims (18)

1.一种在使用光刻投影曝光设备的投影物镜(11)的现场修正和/或修复该投影物镜(11)的方法，所述投影物镜(11)包括多个位于物平面(12)和像平面(16)之间的光学元件(32，34，36，38，40，42a)，所述多个光学元件(32，34，36，38，40，42a)包括至少一个具有屈光力的第一光学元件(38)，所述方法包括在不更换全部光学元件(32，34，36，38，40，42a)的情况下：
-在现场将所述至少一个第一光学元件(38)从所述投影物镜(11)中移走，
-将所述至少一个第一光学元件(38)加工成至少一个第一备用光学元件，其中所述至少一个第一备用光学元件具有与所述至少一个第一光学元件(38)的厚度相比减小了的厚度，
-将所述至少一个第一备用光学元件***所述投影物镜(11)的所述至少一个第一光学元件(38)的位置，以及
-通过以下措施中的至少一项，将所述投影物镜(11)的图像质量调整到期望的质量，以校正由所述至少一个第一备用光学元件的减小了的厚度引起的图像缺陷：
-调整所述多个光学元件(32，34，36，38，40，42a)中至少一个光学元件(32，34，36，38，40，42a)的位置和形状中的至少一者；
-通过对所述至少一个第一光学元件(38)的所述加工，使所述至少一个第一备用光学元件的至少一个表面为非球面或均匀的非旋转对称的表面形状；
-从所述多个光学元件(32，34，36，38，40，42a)中选出至少一个第二光学元件(40)，将所述至少一个第二光学元件(40)从所述投影物镜(11)中移走，并将所述至少一个第二备用光学元件***到所述投影物镜的所述第二光学元件(40)的位置，其中，基于通过测量而获得的实际图像质量与所述期望的图像质量之间的差异来设计所述至少一个第二备用光学元件，并且在将所述至少一个第二备用光学元件***到所述投影物镜(11)中之前，对所述至少一个第二备用光学元件进行加工，其中对所述至少一个第二备用光学元件的所述加工包括改变所述至少一个第二备用光学元件的材料厚度，以及/或者对所述至少一个第二备用光学元件的所述加工包括：使所述至少一个第二备用光学元件的至少一个表面为非球面或均匀的非旋转对称的表面形状。
2.如权利要求1所述方法，其中对所述至少一个第一光学元件的所述加工包括对所述至少一个第一光学元件进行机械加工。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中调整所述图像质量的步骤包括：测量图像质量并通过至少一个另外的光学元件的移动和/或形变来调整图像质量的步骤，和/或在所述另外的光学元件是折射型元件的情况下，改变所述另外的光学元件的折射率分布来调整所述图像质量的步骤。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述投影物镜(11)为浸液型投影物镜。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中所述投影物镜(11)为双浸液型投影物镜。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一光学元件(38)为BaF2、LiF、BaLiF3、LUAG和尖晶石中的一种。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中先前被移走的至少一个第二光学元件(40)是所述至少一个第二备用光学元件。
8.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：在***所述至少一个第一备用光学元件之后、对所述至少一个第二备用光学元件进行加工之前，在现场对所述投影物镜(11)的图像质量进行测量，并根据测得的图像质量计算用于所述至少一个第二备用光学元件的修正轮廓，并根据计算获得的所述修正轮廓对所述至少一个第二备用光学元件进行加工。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中基于对所述第一备用光学元件的光学作用的模拟，根据期望的图像质量，对所述至少一个第二备用光学元件进行加工，之后将所述第一和第二备用光学元件***所述投影物镜(11)中。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个第二光学元件(40)是BaF2、LiF、BaLiF3、LUAG和尖晶石中的一种。
11.如权利要求1或2所述的方法，其中调整所述图像质量包括：至少大致维持所述投影物镜(11)的光学***发生退化前的图像质量。
12.如权利要求1或2所述的方法，其中调整所述图像质量包括：对照所述投影物镜(11)的光学***发生退化前的图像质量来改变图像质量。
13.如权利要求12所述的方法，其中改变所述图像质量包括：依照使用所述投影物镜(11)的操作要求增加和/或减少至少一种特定的图像缺陷。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述操作要求包括：所述光刻投影曝光设备的照明设置和由所述投影物镜(11)成像的物的种类中的至少一者。
15.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个第一光学元件(38)是最靠近像平面(16)的透镜元件。
16.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个第二光学元件是最靠近像平面(16)的透镜元件。
17.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个第二光学元件(40)是不具有屈光力的元件。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述至少一个第二光学元件(40)是平行平面板。
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