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高精度面形检测中环境扰动因素分析

陈华  
【摘要】:半导体光刻机的发展一直是推动精密光学元件加工和检测水平不断提高的动力。目前193nm光刻机投影物镜的光学元件面形精度要求达到了1~2nm rms,部分元件的要求更高。为了达到这么高的元件面形加工精度,首先需要解决的是面形检测问题,因为元件加工的去除量是以测试结果为参考的。高精度面形检测首先要保证的是测试的重复性和复现性,在此基础上才能实现较小的测试不确定度。而环境扰动却会引入较大的、不稳定的测试误差。为此,本论文针对环境条件对面形检测的影响展开研究,分析环境条件如何作用于面形检测过程,从而为精密环境控制设定合适的目标,并研究如何评价环境条件引入的测量不确定度,从而了解不同环境条件引入的测试误差。论文的主要工作如下: (1)针对环境温度引起的机械结构变形,采用仿真分析的办法研究环境温度的空间分布不均匀性、时间上的不稳定性及镜子内外温度不一致导致的镜面面形变化,并设计相应实验验证,从保证机械结构稳定性的方面提出环境控制的目标; (2)针对环境条件对参考面和测试面间光腔折射率的影响,建立流体仿真分析模型,分析存在空间热源/热沉时不同气流状态下光腔温度、压强的分布情况,并建立光线追迹模型计算由此引入的波前面形偏差。分析了在不引起湍流情况下提高送风速度以减小光腔温度分布不均匀性、降低光腔的引入的面形偏差的可行性。 (3)在已有的环境条件下,针对实际测试过程,引入不确定度矩阵和波前重复性的指标来衡量单次测量中环境扰动引入的面形误差,并分析了多次测量均值的误差范围。对比分析了不同环境条件引入的测量不确定度大小,为环境条件建设的进一步完善提供参考。 (4)建立了高精度的温度测量系统,分析了温度测量系统及温度传感器的误差来源,设计试验测试了Fluke 5611珠状热敏电阻温度传感器在小温区范围内的测温误差特点,以验证提高其在小温区范围测温准确度的可行性,从而保证了高精度环控实验室温度测量的正确性。


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