CN107145040A - 光学元件运动学支撑装置、投影物镜和光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学元件运动学支撑装置，包括：镜框，三组支撑脚，沿着所述镜框的圆周方向分别安装于所述镜框上，每组支撑脚约束两个自由度的位移；其中，所述光学元件固定于所述支撑脚内，所述支撑脚约束所述光学元件，可以同时实现六个自由度精确约束特别适用于高面形精度的光学元件无应力支撑，可以满足光刻物镜环境波动时的高精度支撑面形需求，有效提高了光学元件支撑面形精度。相应地，本发明提供了具有上述的光学元件运动学支撑装置的投影物镜及光刻机。

Description

光学元件运动学支撑装置、投影物镜和光刻机

技术领域

本发明涉及光刻投影物镜技术领域，具体涉及一种光学元件运动学支撑装置、投影物镜和光刻机。

背景技术

随着半导体工业对193nm光刻投影物镜分辨率的要求不断提高，集成电路特征线宽的减小要求投影物镜具有更高的数值孔径和更小的系统波像差。

光学系统对支撑结构的加工精度、装配公差、外界应力及环境变化的影响更加敏感。光刻投影物镜中光学元件的支撑结构不仅要满足定位精度的要求，还应能够补偿外界应力、振动和温度变化等因素对成像质量造成的不良影响。传统的滚边镜座安装、卡环安装、压圈安装等支撑方式已难以满足高精度光刻投影物镜对光学元件面形精度的要求。

为了达到近乎苛刻的成像效果，迫切需要具有环境自适应的光学元件挠性支撑结构。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光学元件运动学支撑装置、投影物镜和光刻机，可以实现光学元件精确约束，特别适用于高面形精度的光学元件无应力支撑，有效提高了光学元件支撑面形精度。

第一方面，本发明提供一种光学元件运动学支撑装置，包括：镜框，三组支撑脚，沿着所述镜框的圆周方向分别安装于所述镜框上，每个支撑脚约束两个自由度的位移；其中，所述光学元件固定于所述支撑脚内，所述支撑脚约束所述光学元件。

可选地，所述的镜框为回转对称形结构，通过三组支撑脚接口分别固定连接所述三个支撑脚上。

可选地，所述支撑脚包括固定端、第一Y向柔性板簧、第二Y向柔性板簧、第一交叉柔性板簧、所述支撑点、所述第二交叉柔性板簧，建立支撑脚的局部坐标系，将平行于投影物镜光轴的方向作为Z轴方向，将垂直于Z轴且平行于投影物镜径向的方向作为X轴方向，将垂直X轴和Z轴的方向作为Y轴方向，构成三维直角坐标系作为支撑脚的局部坐标系，其中，所述支撑点通过所述第二Y向柔性板簧连接所述第一交叉柔性板簧和所述第二交叉柔性板簧，所述支撑点可绕着Y轴的转动。

可选地，第一交叉柔性板簧和第二交叉柔性板簧关于X轴对称，所述第一交叉柔性板簧和第二交叉柔性板簧的上端通过第一Y向柔性板簧连接固定端，其中，第一Y向柔性板簧和第二Y向柔性板簧组成复合铰链，所述支撑点可沿着X轴移动和绕着Z轴旋转。

可选地，所述镜框以外圆柱面为安装基准面，镜框同轴安装固定到投影物镜的内壁，将光学元件运动学支撑装置整体固定安装在投影物镜的内壁，并利用光学元件运动学支撑装置约束光学元件在投影物镜光学系统中的面形。

可选地，所述支撑脚为分体式结构。

可选地，所述镜框下表面为安装基准面，所述镜框下表面还设有用于连接其他镜框的镜框间级联接口。

可选地，所述三组支撑脚接口中相邻两个之间的分布角度相等或不等。

第二方面，本发明提供一种投影物镜，所述投影物镜具有如上述的光学元件运动学支撑装置。

第三方面，本发明提供一种光刻机，具有如上述的投影物镜。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供一种光学元件运动学支撑装置，包括：镜框，三组支撑脚，沿着所述镜框的圆周方向分别安装于所述镜框上，每个支撑脚约束两个自由度的位移；其中，所述光学元件固定于所述支撑脚内，所述支撑脚约束所述光学元件，可以同时实现六个自由度精确约束特别适用于高面形精度的光学元件无应力支撑，可以满足光刻物镜环境波动时的高精度支撑面形需求，有效提高了光学元件支撑面形精度。相应地，本发明提供了具有上述的光学元件运动学支撑装置的投影物镜及光刻机。

附图说明

图1为本发明实施例的光刻机的结构示意图；

图2为本发明实施例的光学元件运动学支撑装置装配图；

图3为本发明实施例的光学元件运动学支撑装置的镜框的示意图；

图4为本发明实施例的光学元件运动学支撑装置的一个支撑脚的示意图；

附图标记：1照明系统；2掩模板；3掩模台；4投影物镜；5光学元件；6基本镜组；7硅片；8硅片台；9法兰支撑；10法兰；11光轴；12镜框；12-1支撑脚接口；12-2镜框间级联接口；13支撑脚；13-1固定端；13-2第一Y向柔性板簧；13-3第二Y向柔性板簧；13-4第一交叉柔性板簧；13-5支撑点；13-6第二交叉柔性板簧。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明的光学元件运动学支撑装置，适用于光刻机的投影物镜，给出了光刻机的结构示意图，其包括：照明系统1、掩模台3、投影物镜4和硅片台8，光轴11为投影物镜的光轴，其中，投影物镜4包括：由一系列光学元件5组成的光学系统、基本镜组6、法兰支撑9和法兰10，掩模台3起到支撑和精密定位掩模2位置的作用，硅片台8起到支撑和精密定位硅片7位置的作用，投影物镜4的主要功能是，当照明系统1曝光时，以缩小倍率将掩模2上的图案通过光学曝光的方式转印到硅片7的预定位置上。投影物镜4具有大量的光学元件5，其中部分光学元件5的面形需要精确保证，以实现系统的功能。光学元件5通过基本镜组6支撑，并安装到投影物镜4的镜筒侧壁上。

本发明提出的光学元件运动学支撑装置，即基本镜组6，可以实现对光学元件的精确约束，其整体结构结合图2所示，包括镜框12和三个支撑脚13，光学元件5粘接于支撑脚13上，支撑脚13安装于镜框12上。

结合图3所示，所述的镜框12为回转对称形结构，通过三组支撑脚接口12-1分别固定连接三个支撑脚13，三组支撑脚接口12-1中两两之间的分布角度分别为α、β、δ，三个分布角度可以相等也可以不相等，安装孔的数量可以根据固定连接的情况进行调节。所述镜框12下表面为安装基准面，通过镜框间级联接口12-2连接其他镜框。

镜框12以其外圆柱面作为集成到投影物镜4的同轴安装基准，即以外圆柱面为安装基准面，镜框12可以同轴安装固定到投影物镜的内壁，从而将光学元件运动学支撑装置整体固定安装在投影物镜的内壁，并利用光学元件运动学支撑装置精确约束光学元件5在投影物镜4光学系统中的面形。

结合图4所示，支撑脚13，可以建立支撑脚13的局部坐标系，将平行于投影物镜(光学元件运动学支撑装置，或者镜框12)光轴11的方向作为Z轴方向，将垂直于Z轴且平行于投影物镜(光学元件运动学支撑装置，或者镜框12)径向的方向作为X轴方向，将垂直X轴和Z轴的方向作为Y轴方向，构成三维直角坐标系作为支撑脚13的局部坐标系。

支撑脚13包括：固定端13-1、第一Y向柔性板簧13-2、第二Y向柔性板簧13-3、第一交叉柔性板簧13-4、支撑点13-5、第二交叉柔性板簧13-6，其中，

支撑点13-5通过第二Y向柔性板簧13-3连接第一交叉柔性板簧13-4和第二交叉柔性板簧13-6，支撑点13-5可以实现绕着Y轴的转动。

第一交叉柔性板簧13-4和第二交叉柔性板簧13-6关于X轴对称，该交叉板簧可以实现支撑点13-5绕着X轴的转动功能，

第一交叉柔性板簧13-4和第二交叉柔性板簧13-6的上端通过第一Y向柔性板簧13-2连接固定端13-1。其中，第一Y向柔性板簧13-2和第二Y向柔性板簧13-3组成复合铰链，支撑点13-5可以实现沿着X轴的移动和绕着Z轴的旋转功能。

在一些实施例中，支撑脚13可以为分体式结构，其加工难度低，使用常规的铣削和线切割即可加工，制作工艺简单，易于实现。

本发明采用的上述柔性支撑结构，可以获得优于1nm(均方根值)的面形精度，可以满足光刻物镜环境波动时的高精度支撑面形需求。

本发明采用的上述柔性支撑结构，具有较大的承载能力，并且可以支撑大重量的光学元件。

本发明的光学元件运动学支撑装置，可以同时实现六个自由度精确约束，特别适用于光学元件高精度面形支撑。

本发明还提供了一种适用于光刻机的投影物镜，包括多个光学元件5以及若干光学元件运动学支撑装置，其中至少部分光学元件5固定安装在上述光学元件运动学支撑装置上。

结合图1所示，本发明还提供了一种光刻机，其包括上述投影物镜，以及照明系统1、掩模台3、硅片7、硅片台8，其中，投影物镜4包括：由一系列光学元件5组成的光学系统、基本镜组6、法兰支撑9和法兰10，掩模台3起到支撑和精密定位掩模2位置的作用，硅片台8起到支撑和精密定位硅片7位置的作用，投影物镜4的主要功能是，当照明系统1曝光时，以缩小倍率将掩模2上的图案通过光学曝光的方式转印到硅片7的预定位置上。投影物镜4具有大量的光学元件5，其中部分光学元件5的面形需要精确保证，以实现系统的功能。光学元件5通过基本镜组6支撑，并安装到投影物镜4的镜筒侧壁上。

本发明提供的光刻机，可以同时实现六个自由度精确约束特别适用于高面形精度的光学元件无应力支撑，可以满足光刻物镜环境波动时的高精度支撑面形需求，有效提高了光学元件支撑面形精度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种光学元件运动学支撑装置、投影物镜和光刻机进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种光学元件运动学支撑装置，其特征在于，包括：镜框，三组支撑脚，沿着所述镜框的圆周方向分别安装于所述镜框上，每组支撑脚约束两个自由度的位移；其中，所述光学元件固定于所述支撑脚内，所述支撑脚约束所述光学元件。

2.根据权利要求1所述的光学元件运动学支撑装置，其特征在于，所述的镜框为回转对称形结构，通过三组支撑脚接口分别固定连接所述三个支撑脚上。

3.根据权利要求1或2所述的光学元件运动学支撑装置，其特征在于，所述支撑脚包括固定端、第一Y向柔性板簧、第二Y向柔性板簧、第一交叉柔性板簧、所述支撑点、所述第二交叉柔性板簧，建立支撑脚的局部坐标系，将平行于投影物镜光轴的方向作为Z轴方向，将垂直于Z轴且平行于投影物镜径向的方向作为X轴方向，将垂直X轴和Z轴的方向作为Y轴方向，构成三维直角坐标系作为支撑脚的局部坐标系，其中，所述支撑点通过所述第二Y向柔性板簧连接所述第一交叉柔性板簧和所述第二交叉柔性板簧，所述支撑点可绕着Y轴的转动。

4.根据权利要求3所述的光学元件运动学支撑装置，其特征在于，第一交叉柔性板簧和第二交叉柔性板簧关于X轴对称，所述第一交叉柔性板簧和第二交叉柔性板簧的上端通过第一Y向柔性板簧连接固定端，其中，第一Y向柔性板簧和第二Y向柔性板簧组成复合铰链，所述支撑点可沿着X轴移动和绕着Z轴旋转。

5.根据权利要求1所述的光学元件运动学支撑装置，其特征在于，所述镜框以外圆柱面为安装基准面，镜框同轴安装固定到投影物镜的内壁，将光学元件运动学支撑装置整体固定安装在投影物镜的内壁，并利用光学元件运动学支撑装置约束光学元件在投影物镜光学系统中的面形。

6.根据权利要求1所述的光学元件运动学支撑装置，其特征在于，所述支撑脚为分体式结构。

7.根据权利要求1所述的光学元件运动学支撑装置，其特征在于，所述镜框下表面为安装基准面，所述镜框下表面还设有用于连接其他镜框的镜框间级联接口。

8.根据权利要求2所述的光学元件运动学支撑装置，其特征在于，

所述三组支撑脚接口中相邻两个之间的分布角度相等或不等。

9.一种投影物镜，其特征在于，所述投影物镜具有如权利要求1-8中任一项所述的光学元件运动学支撑装置。

10.一种光刻机，其特征在于，具有如权利要求9所述的投影物镜。