[发明专利]投影物镜系统中光学元件重力变形气压差补偿装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件重力补偿的装置及方法，具体涉及于深紫外投影光刻物镜系统的光学元件重力补偿。

背景技术

投影光刻装备是大规模集成电路制造工艺中的关键设备，投影光刻物镜又是投影光刻装置的核心部件，因此保证投影光刻物镜系统的光学性能具有重要意义。

近年来，随着集成电路线宽精细程度的不断提高，投影光学装备的分辨率亦逐渐提高，目前波长193.368nm的ArF准分子激光器投影光刻装备已成为90nm、65nm和45nm节点集成电路制造的主流装备。不断提高的光学装备性能，需要其核心部件投影光刻系统具有更高的性能要求，例如需要光学系统具有更高的数值孔径(NA)、更小的系统波像差等，从而相应地对投影光刻系统的光机结构设计提出了更多的挑战。

投影光学系统光机结构设计时，若采用传统的环形支撑方式，由于环形面加工精度受限制，无法预测支撑引起变形的形状和大小，也就无法通过面形补偿的方法改善光学系统的性能。因此光刻装备均采用三点支撑或者运动学支撑的方式，但是不论采用何种支撑均无法避免光学元件自身重力对其面形的影响，例如当采用三点支撑时，虽然可以预测光学元件变形的形状和大小，但由于光学元件上远离三个支撑点的区域会产生较大的位移量，导致光学系统产生三叶像差，将会影响投影光学系统的光学性能。

美国专利US6239924B1，于2001年公开了一种运动学主支撑、多点辅助支撑的透镜固定装置，在镜框圆周方向上均匀分布三个主支撑座，用于透镜的支撑固定，并通过在主支撑座间布置多个弹片进行辅助支撑，以减小三叶像差，实现对透镜自身重力变形的补偿。由于起辅助支撑作用的弹片在光轴方向上具有足够的弹性，不会对光学元件造成过约束。但是该方法由于采用多个弹片机械式辅助支撑，无法实现绝对均匀的重力补偿，在抑制三叶像差的同时，会产生其他高级像差，并且由于多个弹片的预载力难以做到准确、实时控制，很难有效实现对透镜重力变形的补偿。

美国专利US6909493B2，于2005年公开了一种补偿修正光学元件自身重力变形的新方法、新装置。透镜保持装置镜框包括三个支撑部、施加与重力相反方向力的第一弹性构件以及施加与重力相同方向力的第二弹性构件，其中第一弹性构件和第二弹性构件均由多个弹片组成，并且第一弹性构件产生的力大于第二构件，因此能够使透镜在圆周方向上重力分布均匀，从而实现重力的补偿。但是该种方法只能实现光学元件边缘部分的重力补偿，无法从整体上提高光学元件的光学性能，并且该装置对零部件的加工、装调精度要求极高，增加了生产制造成本。

发明内容

本发明为解决现有光学元件重力补偿装置安装调试困难，制造成本高，无法实现光学元件的中心区域补偿等问题，提供一种投影物镜系统中光学元件重力变形气压差补偿装置及方法。

投影物镜系统中光学元件重力变形气压差补偿装置，它包括第一镜筒单元组件、第二镜筒单元组件、隔圈、第一气体压力传感器、第二气体压力传感器和第三气体压力传感器；所述第一镜筒单元组件与第二镜筒单元组件之间设置隔圈；

所述第一镜筒单元组件包括第一镜筒单元、第一镜框单元、第二镜框单元、第一光学元件和第二光学元件；所述第一镜筒单元为环形结构；第一镜框单元和第二镜框单元依次安装在第一镜筒单元内；所述第一光学元件和第二光学元件分别设置在第一镜框单元和第二镜框单元内；

第二镜筒单元组件包括第二镜筒单元、第三镜框单元、第四镜框单元、第三光学元件和第四光学元件；所述第三镜框单元和第四镜框单元依次安装在第二镜筒单元内；第三光学元件和第四光学元件分别设置在第三镜框单元和第四镜框单元内部；

所述第一光学元件和第二光学元件之间形成第一密封腔；所述第一密封腔内设置第一气体压力传感器；第二光学元件与第三光学元件之间形成第二密封腔；第三光学元件与第四光学元件之间形成第三密封腔；所述第三密封腔内设置第三气体压力传感器所述第二光学元件与第三光学元件之间形成的第二密封腔由隔圈形成；所述隔圈上设置第二气体压力传感器；

所述第一密封腔的右侧设置第一进气管道，第一密封腔的左侧设置第一排气管道；所述第二密封腔的右侧设置第二进气管道，第二密封腔的左侧设置第二排气管道；所述第三密封腔的右侧设置第三进气管道，第三密封腔的左侧设置第三排气管道。

投影物镜系统中光学元件重力变形气压差补偿的方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、第一气体压力传感器、第二气体压力传感器和第三气体压力传感器分别测量第一密封腔、第二密封腔和第三密封腔内的气压，将获得三个密封腔内的气压值经数据采集卡输入到主控制器；