高精度光刻物镜的变形研究

　　引 言

　　现代光学仪器的发展对光学镜头的设计、加工、装配调校提出了越来越高的要求，尤其是微电子光刻技术中深紫外短波长光刻的发展与应用，对现有光学系统设计、加工、装校与检测提出了很高的要求，其中高精度光刻物镜的装配与调校是整套光学系统的核心技术，成为大型微电子光刻专用设备的技术瓶颈之一。本文重点介绍装校过程中的镜面变形及控制[1-4]。

　　1 建模样本参数的确定

　　使用Algor 有限元分析软件对光学元件受重力引起的变形进行建模分析，根据光刻物镜的使用材料与大致结构，从以下几个方面考虑确定建模样本参数[5,6]。

　　1.1 结构形式

　　光学系统中大多数是圆形光学元件，高精度高分辨力的光刻物镜中全部都是圆形光学镜片，结构尺寸以 193nm 光刻物镜中常用的光学零件结构尺寸φ150×20~φ300×40 的平面镜进行分析。

　　1.2 材料的选择

　　因为深紫外光刻物镜所用的材料只有两种：一种是 SyntheticFused Silica(熔石英)，另一种是 Caleium Fluoride(CaF2)，它们的性能参数列于表1。

　　其结构尺寸缩放与变形关系示于图1。从图 1 我们可以看到结构尺寸大于φ200mm 时变形量增加较快，在φ150mm 以下时，两点支撑变形量为 0.07μm，支撑点数大于六点时，变形量为0.015μm，但随着结构尺寸放大，当口径增形量为 0.35 μm，是φ150mm 的5 倍，支撑点数为六点时，其最大变形量为变形量的四倍。两点支撑和多点支撑的变形都数倍地增加，因此，我们定义在φ300mm。

　　2 样本变形分析图

　　1) 支撑状态的变形关系分析

　　首先我们对不同支撑状态进行分析，确定以何种定位方式的约束条件进行分析，图2 和图3 分别示出四点底面支撑和六点侧面粘结的变形图。

　　2) 支撑点数与变形的关系分析

　　通过上述分析，我们确定以侧面粘接支撑为定位方式进行分析。看看侧面粘接支撑点数与最大变形量和变形分布情况的关系。图 3 示出平-平光学件侧面六点粘接变形图。由图3 显示的支撑点数和变形关系图可以看出，最大变形随均匀支撑点数的增加而迅速减小，变形也变得均匀对称了。

　　3 多种变形曲线对比分析

　　为了分析问题方便，我们以支撑点数为横坐标，以其对应的变形量为纵坐标，建立坐标系。将各个支撑点数对应的变形量值绘于坐标系中,再将各个点连成曲线，为了对比 Synthetic Fused Silica 和 Calcium Fluoride，我们将两个曲线绘于同一坐标系中，如图4。图4、图5 分别是两种不同材料在平-平、平-凸透镜结构形式下的最大变形随支撑点变化的曲线。图6表示熔石英在三种不同的透镜结构形式下的最大变形随支撑点数变化的曲线。