Offner补偿器的结构设计与装调

　　1　引　言

　　非球面镜是深紫外投影光刻物镜组的重要组成部分,承担着消除部分高级像差,增大系统数值孔径和减少透镜片数以增大像面照度的重要作用,而其面形质量也是影响整个系统性能的重要因素。本项目组已设计出的深紫外投影光刻物镜包含9个数值孔径的基准镜,6个非球面镜,共需要设计15个镜组进行检测,其中所设计的非球面偏离量比较大,大多在亚毫米级。对大偏离量高次非球面的高精度面形检测一直是非球面检测的难题和热点,已有的方法和系统,如:商用干涉仪zygo采用波带法检测镜头,精度不能满足光刻投影镜头的检测要求;国内现有的CGH刻蚀工艺水平亦达不到检测精度要求。

　　本文针对深紫外光刻投影镜头中非球面的特点,设计了一种Offner型补偿器,实现了非球面面形的高精度零位检验。补偿器采用三片式结构,视场取0.02°,口径为30~40 mm。每个镜片的半径中等,便于加工、检测和装调且整个检测系统较易实现[1-2]。文中给出了公差分析。

　　2　非球面面形检测

　　2.1　检测基本光路图

　　根据项目要求,采用了分波面且不需要参考面的点衍射干涉仪进行光刻透镜的检测。

　　图1为采用针孔获得高质量的参考球面波的点衍射干涉仪相干原理图[3]。该补偿器置于照明系统和小孔之后的被测光路中[4]。经过照明光路聚焦后的光经过小孔衍射后形成了一个良好的衍射波面[5-6],对于图1中波面的上半部分通过补偿器入射到被检非球面上,再由被检面返回再次通过补偿器形成检测光束。设计的补偿器能够产生等量轴向球差补偿非球面各阶系数引入的法线光线偏差,使反射回的检测波接近球面波,与衍射波面的下半部分波面发生干涉,由成像镜组成像到CCD上[7]。参考光和被测光的光程差OPD=nd,其中d为参考面和被测面的厚度间隔。如果补偿镜产生了与光轴夹角为θ的非平行光。则光程差表达式为

　　式(1)中s为光源尺寸或由补偿镜横向球差引起的轴向偏差。可见,光程差越大,要求透镜的质量越高,要求基本干涉成像轴向偏差越小。在光刻投影镜头系统中采用的非球面都是含有等于或高于四阶的非球面系数,属于高次非球面且有很大偏离量,这对检测精度要求很高,检测光学系统的成像质量已远高于传统衍射极限,属于超小像差系统[8],用传递函数(MTF)和斯特列尔比(Strehl Ratio)已不能满足像质评价要求。国际上主要采用的是系统剩余波像(RMS wave-front error)来评价光刻检测系统中设计透镜的成像性能好坏。

　　2.2　待检非球面特点

　　在绝大多数情况下,光学系统均采用旋转对称型的非球面,在子午面内确定其表面形式的关系式如式(2)所示。