深紫外光刻投影物镜热像差仿真研究

【摘要】：随着集成电路芯片线宽的持续减小,光刻工艺对投影物镜分辨率的要求不断提高,而分辨率的提高则意味着投影物镜像差的减小。对于一台工作中的深紫外光刻投影物镜,它的像差由两部分构成:物镜装调完成后的残余像差和物镜工作时产生的热像差,其中热像差对光刻效果的影响更为显著。而且由于热像差出现于工作过程中,且随着曝光时间的延长逐渐变化,导致被动补偿的方式无法消除热像差,只能在投影物镜工作时对其进行实时补偿。为了研究投影物镜的热像差特性,本论文建立了深紫外光刻投影物镜的热分析模型,并完成了对系统热像差的求解,根据求解结果设计了一种像差补偿方案。论文的主要工作内容及创新点如下:1.建立了深紫外光刻投影物镜热分析模型;根据现有投影物镜的光学/机械设计方案,建立了深紫外光刻投影物镜热像差求解模型,模型包括了光强度计算模块、热/结构有限元计算模块以及光学系统像差求解模块,且在模型中考虑了照明形式与工作时序等因素对热像差求解的影响。2.分析了光刻投影物镜在不同照明条件下的热像差特性;光刻投影物镜的传统照明方式为Top-Hat型,但是为了实现更高的分辨率和更大的焦深,投影物镜工作时经常采用偶极照明、四极照明和环形照明等离轴照明方式,本文利用建立的热像差分析模型计算了四种照明方式下投影物镜的热像差特性。3.建立了投影物镜热像差快速计算模型;对单个透镜的热传递过程进行了理论推导,证明温度变化、面形变化与透镜中的光强分布之间存在线性变换关系,根据这一关系建立了基于光强分解的透镜温度/应变快速计算方法;然后利用灵敏度矩阵在透镜L20中心面温度分布与投影物镜热像差之间建立了线性变换关系;最后将上述两个线性变换关系结合,实现了投影物镜热像差的快速计算。4.设计了投影物镜热像差补偿方案,并进行了仿真验证;以分析得到的热像差特性为依据设计了投影物镜的热像差补偿方案。此方案利用了透镜材料(Si O2)对CO2激光的高吸收特性,采用CO2激光器、振镜和反射镜组实现了在孔径光阑处对系统像差进行补偿的设计要求。经仿真验证,所设计方案可以实现对各类像差的补偿,其补偿范围可以达到补偿热像差所要求的1.5λ,但是补偿精度与扫描算法尚需改进。