CN104317031A - 一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构属于深紫外光刻投影物镜像质补偿领域，目的在于避免光刻投影物镜工作过程中由于材料吸收激光热量而导致的像质劣化的问题，尤其针对于矩形曝光视场引入的非对称倍率及常数项像散的问题。本发明的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构包括镜框、非轴对称结构和透镜；所述非轴对称结构包括两个相同的扇形区域，两个所述扇形区域分别关于上下、左右对称；所述镜框上圆周均布多组柔性支撑单元；所述透镜通过胶粘的方式与镜框上的多组柔性支撑单元固定连接，所述扇形区域固定在镜框上，内侧壁与所述透镜侧壁留有间隙，所述扇形区域的安装方位与投影物镜的扫描方向垂直。

Description

一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构
技术领域
本发明属于深紫外光刻投影物镜像质补偿领域，具体涉及一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构。
背景技术
光刻投影物镜是光刻机的三大核心部分之一，为适应大规模集成电路的发展需求，光刻投影物镜需要不断提高分辨力和生产效率。提高光刻分辨力主要通过缩短曝光波长、降低工艺因子以及提高光刻投影物镜的数值孔径来实现。目前商业化生产中应用较为广泛的曝光波长为193nm，光刻投影物镜数值孔径已经达到1.35。随着数值孔径的不断增加，光学元件的口径及厚度也不断增大。同时高生产效率的需求又使得曝光能量增加。在上述两个因素作用下，投影物镜实际工作过程的热效应越来越严重，极大的影响了光刻机的曝光质量。
投影物镜像质劣化的重要原因是透镜材料吸收激光能量温度升高。由于光学材料的折射率随温度不同而不同，投影光刻物镜内部透镜温度升高以及不均匀分布，引起透镜局部折射率以及面形变化，进而导致像质劣化，降低投影物镜的成像质量。在实际投影物镜热效应的补偿过程中，可将其分为具有轴对称特性和非轴对称特性的两类。具有轴对称特性的热像差可通过轴向调整结构、物像面以及波长来补偿，而对于非轴对称特性的热像差，如非对称倍率及常数项像散，则需要通过其它补偿机构进行补偿。
现有技术中解决热效应问题通常采用变形镜技术和红外加热技术；其中红外加热技术是采用红外激光对透镜进行加热，从而改变透镜的温度分布，进而对热效应进行补偿，该种方法实现过程需要增设额外的一套红外加热设备，实现较为复杂；变形镜技术是通过对镜框施加外力，使得透镜变形，进而实现像质补偿，但同时使得透镜产生局部应力，影响成像像质的对比度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，解决现有技术存在的结构复杂和成像过程中影响成像像质的问题，避免光刻投影物镜工作过程中由于材料吸收激光热量而导致的像质劣化的问题，尤其针对于矩形曝光视场引入的非对称倍率及常数项像散的问题。
为实现上述目的，本发明的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构包括镜框、非轴对称结构和透镜；
所述非轴对称结构包括两个相同的扇形区域，两个所述扇形区域分别关于上下、左右对称；
所述镜框上圆周均布多组柔性支撑单元；所述透镜通过胶粘的方式与镜框上的多组柔性支撑单元固定连接，所述扇形区域固定在镜框上，内侧壁与所述透镜侧壁留有间隙，所述扇形区域的安装方位与投影物镜的扫描方向垂直。
所述多组柔性支撑单元是指大于等于8组。
所述内侧壁与所述透镜侧壁留有间隙的间隙L的取值范围为：0.2≤L≤2。
所述柔性支撑单元包括两个L形线切割缝隙和一个T形线切割缝隙，所述两个L形线切割缝隙位于T形线切割缝隙两侧关于T形线切割缝隙对称。
所述非轴对称结构和镜框为一体式结构。
所述非轴对称结构还包括两个连接环，两个上下、左右对称的扇形区域圆周上通过两个连接环连接。
所述扇形区域与透镜侧壁相对应位置上下均设置有凸沿，所述扇形区域侧壁与透镜侧壁高度相同。
所述非轴对称结构安装基准面与镜框同心，所述两个扇形区域侧壁与透镜侧壁的间距相同。
本发明的有益效果为：目前光刻投影物镜曝光采用步进扫描的曝光方式，像方视场为矩形。矩形视场的采用，使得靠近物面或像面的透镜表面光强呈矩形或者椭圆状分布，进而产生椭圆状的温度分布，其对投影物镜像质影响最为显著的是非对称倍率及常数项像散。所述的非轴对称镜组结构，正是通过改变透镜的热量传递路径，进而改变透镜的温度分布，来补偿矩形视场引入的非对称倍率及常数项像散。
本发明的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构的透镜材料吸收曝光能量，此部分热量在透镜达到热平衡后，主要通过三个路径向外传递：一部分热量散入气体中，最终被其它透镜或机械结构吸收；另一部分热量则通过与透镜直接连接的弹片导入镜框；还有一部分热量则以镜框与透镜间的气体为传导介质，传入镜框之中。本发明的非轴对称镜组结构对透镜温度分布的改变正是利用了第三个热量传递路径。安装于镜框上的非轴对称结构的两个扇形区域有效减小了透镜与镜框之间的空气间隙，进而减小了透镜与镜框之间的热阻，改变透镜的温度分布，达到相应的补偿效果。为了能够让非对称结构起到较好的补偿效果，上述提到前两个传热路径的热阻应较大，尤其是镜框与透镜连接的支撑部分不能成为一个较好的传热路径。所述的镜框采用具有径向及轴向挠性的多点弹片支撑方式，由于弹片尺寸较薄，能够符合上述要求。
本发明的镜框采用具有径向及轴向挠性的多点弹片支撑方式，每两个对称的支撑弹片作为一个支撑单元，相对应的L形线切割缝隙及它们中间的T形线切割缝隙既保证了支撑弹片的轴向挠性，又保证了支撑弹片的径向挠性，此种支撑方式不但能够减小光学元件初始支撑面形及热变形，同时具有热量传递均匀性的优点，在保证具有足够数量支撑弹片的前提下，不易产生如三点支撑引入的三叶形状的温度分布。透镜支撑结构具有热量传递的均匀性是非轴对称镜组结构实施进行投影物镜热效应矫正的必要条件。本发明提出的非轴对称镜组结构结构简单，可以在不改变原有的镜框设计原理的情况下，起到较好的像质补偿效果。
附图说明
图1为本发明的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构俯视图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构的局部放大图；
图4为本发明的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构另一种结构俯视图；
其中：1、镜框，101、柔性支撑单元，102、L形线切割缝隙，103、T形线切割缝隙，2、非轴对称结构，201、扇形区域，202、连接环，203、凸沿，204、非轴对称结构安装基准面，3、透镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1、附图2和附图3，本发明的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构包括镜框1、非轴对称结构2和透镜3；
所述非轴对称结构2包括两个相同的扇形区域201，两个所述扇形区域201分别关于上下、左右对称；可通过调整非轴对称结构2的扇形区域201对中心的张角，达到不同的补偿效果；
所述镜框1上圆周均布多组柔性支撑单元101；所述透镜3通过胶粘的方式与镜框1上的多组柔性支撑单元101固定连接，所述扇形区域201固定在镜框1上，内侧壁与所述透镜3侧壁留有间隙，所述扇形区域201的安装方位与投影物镜的扫描方向垂直。
非轴对称结构2的扇形区域201不能紧贴于透镜3边缘，否则在非轴对称结构2装配或透镜3受热膨胀过程中引入额外的面形。但距离不能太大，否则降低补偿效果，具体实施过程中可根据补偿对象来调整非轴对称结构2的扇形区域201与透镜3的距离，以达到最优的补偿效果。
所述多组柔性支撑单元101是指大于等于8组。
所述内侧壁与所述透镜3侧壁留有间隙，间隙L的取值范围为：0.2≤L≤2。
所述柔性支撑单元101包括两个L形线切割缝隙102和一个T形线切割缝隙103，所述两个L形线切割缝隙102位于T形线切割缝隙103两侧关于T形线切割缝隙103对称。
所述非轴对称结构2和镜框1为一体式结构。
参见附图4，所述非轴对称结构2还包括两个连接环202，两个上下、左右对称的扇形区域201圆周上通过两个连接环202连接。
所述扇形区域201与透镜3侧壁相对应位置上下均设置有凸沿203，所述扇形区域201侧壁与透镜3侧壁高度相同，以增加换热面积，减小热阻。同时非轴对称结构安装基准面204与镜框1基准面匹配并于镜框1同心，保证非轴对称结构2的两个扇形区域201侧壁与透镜3侧壁距离一致。
所述非轴对称镜组结构在光刻投影物镜的安装位置及安装方位不同则有着不同像质补偿效果。非轴对称结构2的两个扇形区域201的安装方位应与投影物镜的扫描方向垂直。如果非对称镜组结构安装在与物面接近的位置，则主要矫正非对称倍率，同时兼顾矫正常数项像散；如果非对称结构安装于光阑附近，则主要矫正常数项像散。在实际的设计过程中，可在不同的位置安装多个非对称镜组，也可以调整非轴对称结构2的扇形区域201对中心的角度以及非轴对称结构2与光学元件的边缘距离来达到最优的补偿效果。

Claims (8)

1.一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，其特征在于，包括镜框(1)、非轴对称结构(2)和透镜(3)；
所述非轴对称结构(2)包括两个相同的扇形区域(201)，两个所述扇形区域(201)分别关于上下、左右对称；
所述镜框(1)上圆周均布多组柔性支撑单元(101)；所述透镜(3)通过胶粘的方式与镜框(1)上的多组柔性支撑单元(101)固定连接，所述扇形区域(201)固定在镜框(1)上，内侧壁与所述透镜(3)侧壁留有间隙，所述扇形区域(201)的安装方位与投影物镜的扫描方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，其特征在于，所述多组柔性支撑单元(101)是指大于等于8组。
3.根据权利要求1所述的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，其特征在于，所述内侧壁与所述透镜(3)侧壁留有间隙的间隙L的取值范围为：0.2≤L≤2。
4.根据权利要求1所述的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，其特征在于，所述柔性支撑单元(101)包括两个L形线切割缝隙(102)和一个T形线切割缝隙(103)，所述两个L形线切割缝隙(102)位于T形线切割缝隙(103)两侧关于T形线切割缝隙(103)对称。
5.根据权利要求1所述的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，其特征在于，所述非轴对称结构(2)和镜框(1)为一体式结构。
6.根据权利要求1所述的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，其特征在于，所述非轴对称结构(2)还包括两个连接环(202)，两个上下、左右对称的扇形区域(201)圆周上通过两个连接环(202)连接。
7.根据权利要求1或6所述的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，其特征在于，所述扇形区域(201)与透镜(3)侧壁相对应位置上下均设置有凸沿(203)，所述扇形区域(201)侧壁与透镜(3)侧壁高度相同。
8.根据权利要求1或所述的一种用于光刻投影物镜热效应矫正的非轴对称镜组结构，其特征在于，所述非轴对称结构安装基准面(204)与镜框(1)同心，两个扇形区域(201)侧壁与透镜(3)侧壁的间距相同。
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