高精度6inchF/5.4球面标准具结构研究与设计

　　0 引 言

　　作为微电子技术的标志，集成电路(Integrated Circuit，IC)的发展日新月异。自 70 年代 IC 诞生至今，短短几十年，经历了从小规模到超大规模和特大规模集成电路的发展阶段，其进步得益于微电子技术和微细加工技术的迅速发展。投影曝光光刻系统是目前微电子领域的主流设备，其曝光工艺是 IC 制造过程中最为重要的工艺步骤之一[1]。为提高我国微电子的加工制造水平，国家成立重大科技专项，研制 90 nm 节点的新一代光刻机。新的曝光光刻设备都对分辨力提出了更高的要求，因而涉及到大口径、超高精度光学表面的检测。国外的各大光刻机厂商都是自己研发高精度的光学元件面形检测设备，因此要完成 193 nm 光刻投影物镜的研制，必须自己研制高精度的光学检测设备。球面标准具是光干涉测试凸凹球面面形质量的重要测量器具，它能产生 PV 值优于 λ/40 的标准球面波，透镜中最后一个面为标准球面，面形量 PV 值优于 λ/40。标准球面透镜组测量球面面形误差属非接触测量，不会损伤被检球面表面的光洁度，克服了球面样板接触测量的缺点。标准具参考面是对光学元件面形进行检测的基准。干涉仪的精度主要取决于其标准具参考面的面形精度。标准球面透镜组是球面面形加工与测量行业十分关注的组件，相应的干涉测试球面方法是实现高精度光学元件面形检测唯一方法。因此研制高精度 6 inch 球面标准具是完成 193 nm 光刻投影物镜光学元件面形检测任务的必要条件。

　　本文针对 193 nm 光刻投影物镜光学元件面形检测的需求，根据光学设计的要求，设计了口径 6 inch，F 数 5.4 的球面标准具的装卡结构及精密调整机构。

　　1 6 inch F/5.4 标准具光学系统设计结果

　　图 1 为 6 inch F/5.4 标准具光学系统设计结果。设计通光口径 6 inch，F 数为 5.4，光学传递函数如图1所示，达到衍射极限。标准具光学系统在波长为 632.8 nm 的波差图如图 2 所示，从中可知，对应主波长λ=0.6328 μm 的波差 PV 为 0.021 λ，RMS 为 0.004 λ。

　　2 6 inch F/5.4 标准具光机结构设计

　　2.1 材料选择

　　标准具参考面材料除了具备所要求的光学特性和良好的光学面形外，还应该具有稳定性、可加工性、低热膨胀系数、良好的导热性能、微观结构均匀(无气孔、结石等缺陷)、高弹性模量、低密度等综合特性。通过对参考面镜坯材料做性能综合比较，认为进口合成熔石英不失为一种良好的光学玻璃材料[2]。标准具在光学设计时，为满足设计指标，部分透镜的径厚比设计偏薄，透镜容易变形，要求镜筒材料的热膨胀系数与透镜材料相兼容。另外镜筒材料要求具有较高的结构稳定性。综合考虑光学元件的机械性能、对工作环境的适应性、加工工艺性、采购道，各零件选择如表1 所示的材料[3]。