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Ronchi剪切干涉仪高精度相位提取及误差分析

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中国激光 2024年第11期 545-557页

作者：常春超李中梁卢云君王向朝中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室中国科学院大学材料与光电研究中心浙江大学光电科学与工程学院浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室

双光栅Ronchi剪切干涉是一种基于瞳面测量的波像差检测技术，该技术具有无需参考面、共光路测量以及结构简单、易于集成等优点，适用于光刻投影物镜波像差的在线检测。相位提取是采用该技术进行波像差检测的重要步骤，直接影响最终的测... 详细信息

双光栅Ronchi剪切干涉是一种基于瞳面测量的波像差检测技术，该技术具有无需参考面、共光路测量以及结构简单、易于集成等优点，适用于光刻投影物镜波像差的在线检测。相位提取是采用该技术进行波像差检测的重要步骤，直接影响最终的测量精度。针对双光栅Ronchi剪切干涉仪高阶衍射光影响相位提取精度的问题，提出了一种高精度的相位提取算法，可消除剪切干涉场中±1级衍射光重叠区域内高阶衍射光的干扰，提高剪切相位提取精度。仿真结果表明，该算法的剪切相位提取误差仅存在高频拟合残差，验证了该算法可有效抑制高阶衍射光的干扰。利用剪切率为0.058的双光栅Ronchi剪切干涉系统进行了实验，并与基于双光纤的点衍射干涉仪的测量结果进行对比，两种方法的测量结果具有相同的波像差分布，验证了所提剪切相位提取算法的有效性。

关键词：干涉测量 Ronchi剪切干涉相位提取波像差检测光刻投影物镜剪切率

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光刻投影物镜整体式XY微调整机构设计

电子测量与仪器学报 2014年第7期28卷 787-794页

作者：张德福孙振中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室长春130033

针对光刻投影物镜XY补偿镜调整量程小、调整精度高的特点,设计了一种XY微位移并联调整机构。首先,分析圆弧形铰链切口厚度、切口半径和高度对柔度系数的影响,以指导铰链结构设计。接着,基于柔度矩阵法分析了机构各个支链的柔度和整体柔... 详细信息

针对光刻投影物镜XY补偿镜调整量程小、调整精度高的特点,设计了一种XY微位移并联调整机构。首先,分析圆弧形铰链切口厚度、切口半径和高度对柔度系数的影响,以指导铰链结构设计。接着,基于柔度矩阵法分析了机构各个支链的柔度和整体柔度。最后,计算了机构的输出耦合误差,并将柔度矩阵法得到的理论值和有限元法得到的结果对比。结果表明:机构在±50 N的驱动力范围内,可以实现运动行程±40.997μm,X向调整引入的Y向耦合误差小1%,机构完全解耦。由柔度矩阵法和有限元法得到的机构柔度分别为2.537μm/N和2.934μm/N,偏差为13.531%。50 N调整力作用后的镜片上表面面形未去除power前PV值为2.684 nm,RMS为0.524 nm;去除power后PV值为2.433 Nm,RMS值为0.476 nm,并且面形主要为像散。该机构满足设计指标,符合光刻投影物镜高精度XY补偿要求。

关键词：光刻投影物镜位移缩小机构完全解耦波像差

光刻投影物镜中柔性多弹片支撑方式的性能分析

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光电工程 2013年第2期40卷 71-75页

作者：彭海峰巩岩赵磊中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室长春130033

大口径光学元件的支撑技术是精密光学仪器的关键技术之一,在精密光学仪器的光学元件支撑中,多弹片支撑因其能使光学元件均匀受力且能够较好的消除热像差而得到很多应用。本文针对一种L形多弹片光学元件支撑结构做了结构设计,并对通过相... 详细信息

大口径光学元件的支撑技术是精密光学仪器的关键技术之一,在精密光学仪器的光学元件支撑中,多弹片支撑因其能使光学元件均匀受力且能够较好的消除热像差而得到很多应用。本文针对一种L形多弹片光学元件支撑结构做了结构设计,并对通过相应的理论推导,得到其力学性能与主要几何参数的关系;以一种典型镜片为例,对镜片在三十六点支撑方式下发生的轴向位移和镜片面形的变化做了分析,得到了轴向位移和镜片面形与弹片的三个主要几何参数的关系。结果表明,在通光口径允许情况下,可以使支撑点距离中心的距离和弹片的宽度缩短以使镜片的面型变好。本文的研究结果为这种支撑结构的实际应用提供了支持和参考。

关键词：光刻投影物镜多弹片支撑结构自重变形面形分析

Ronchi剪切干涉光刻投影物镜波像差检测技术研究

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中国激光 2015年第3期42卷 283-290页

作者：吴飞斌唐锋王向朝李杰李思坤中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

Ronchi剪切干涉采用扩展光源调制光场空间相干性,具有干涉仪结构简单、共光路、零条纹检测等优点,适合用于光刻机投影物镜波像差原位检测。基于Ronchi剪切干涉的投影物镜波像差检测技术及系统,根据光栅衍射和空间相干性理论推导了Ronch... 详细信息

Ronchi剪切干涉采用扩展光源调制光场空间相干性,具有干涉仪结构简单、共光路、零条纹检测等优点,适合用于光刻机投影物镜波像差原位检测。基于Ronchi剪切干涉的投影物镜波像差检测技术及系统,根据光栅衍射和空间相干性理论推导了Ronchi剪切干涉场的表达式。针对Ronchi剪切干涉仪多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响,提出了一种十步相移算法,有效地消除±9级以内多级衍射的影响,理论上相位提取误差峰谷(PV)值为0.0046λ,均方根(RMS)值为0.0019λ,实验数据验证了理论推导的正确性和相位提取算法的有效性。

关键词：测量 Ronchi剪切干涉相位提取波像差检测光刻投影物镜

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深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差

红外与激光工程 2018年第8期47卷 237-244页

作者：贺文俊贾文涛冯文田郑阳刘智颖付跃刚长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 中国人民解放军32142部队72分队河北保定071000

深紫外光刻投影物镜是光刻机的核心部件,然而无论是照明光场偏振态的空间分布,还是光刻投影物镜自身的偏振像差都将改变光束的紧聚焦特性,对成像质量造成不可忽略的影响。基于三维琼斯矩阵,把偏振像差函数推广到三维空间,建立了三维相... 详细信息

深紫外光刻投影物镜是光刻机的核心部件,然而无论是照明光场偏振态的空间分布,还是光刻投影物镜自身的偏振像差都将改变光束的紧聚焦特性,对成像质量造成不可忽略的影响。基于三维琼斯矩阵,把偏振像差函数推广到三维空间,建立了三维相干光场中偏振像差的评价方法,并分析了典型的偏振敏感光学系统——深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差,详细阐述了其物理意义。研究发现:三维偏振像差函数的光瞳分布与视场、光学薄膜以及光学系统的自身结构密切相关。深入讨论了光学薄膜及偏振效应对光刻投影物镜成像质量的影响,进一步研究了照明光场的偏振态分布与光学系统波像差的关系,研究表明:光学薄膜引入的附加位相将导致光刻投影物镜的像质明显下降,而采用径向矢量光场照明可以改善成像质量。

关键词：偏振光刻投影物镜偏振像差像质评价波像差

一种基于线性模型的光刻投影物镜偏振像差补偿方法

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光学学报 2013年第6期33卷 260-267页

作者：涂远莹王向朝中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

提出一种基于线性模型的光刻投影物镜偏振像差补偿方法。根据Hopkins矢量部分相干成像理论,推导了投影物镜含有偏振像差时交替型相移掩模(Alt-PSM)光栅图形的空间像光强分布以及偏振像差引起的光栅图形成像位置偏移(IPE)与最佳焦面偏移(... 详细信息

提出一种基于线性模型的光刻投影物镜偏振像差补偿方法。根据Hopkins矢量部分相干成像理论,推导了投影物镜含有偏振像差时交替型相移掩模(Alt-PSM)光栅图形的空间像光强分布以及偏振像差引起的光栅图形成像位置偏移(IPE)与最佳焦面偏移(BFS)的解析表达式。利用该解析表达式建立了偏振像差与光栅图形成像质量(IPE、BFS)的线性模型。通过该线性模型能快速计算偏振像差线性灵敏度,调整控制相应的标量像差补偿量,从而减小偏振像差对光栅图形成像质量的不利影响,实现偏振像差补偿。该方法的补偿效果主要与标量像差调整精度以及光栅图形对标量像差的灵敏度有关。仿真结果表明,该补偿方法能有效地减小偏振像差引起的IPE以及不同栅距的光栅图形的BFS差值,从而提高光栅图形成像质量。

关键词：光学制造光刻投影物镜偏振像差补偿泡利-泽尼克系数线性模型

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深紫外光刻投影物镜温度特性研究

中国激光 2016年第5期43卷 270-279页

作者：姚长呈巩岩中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

透镜材料对激光能量的吸收导致深紫外光刻投影物镜温度升高,产生热像差。离轴照明模式下,温度呈非对称分布,研究温度场对热像差的仿真预测和补偿具有十分重要的意义。提出了温度分布函数模型描述4种照明模式下物镜的三维温度分布;研究... 详细信息

透镜材料对激光能量的吸收导致深紫外光刻投影物镜温度升高,产生热像差。离轴照明模式下,温度呈非对称分布,研究温度场对热像差的仿真预测和补偿具有十分重要的意义。提出了温度分布函数模型描述4种照明模式下物镜的三维温度分布;研究了温度的时间特性,并通过计算预测了光刻物镜的热稳态温度值以及达到稳态所需的时间。结果表明,利用该温度分布模型描述多种常见照明模式下投影物镜的空间温度分布,平均拟合误差约为10-3℃量级;通过温度时间关系函数预测热稳态温度的误差约为10-4℃,时间误差不超过3min。通过该温度分布模型计算得到的热像差结果与基于SigFit的仿真结果一致,但计算效率提升了三个数量级。

关键词：光学制造光刻投影物镜温度分布模型仿真分析热像差

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掩模位置误差对光刻投影物镜畸变的影响

光学精密工程 2016年第3期24卷 469-476页

作者：杨旺黄玮尚红波中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为使光刻投影物镜满足光刻工艺的要求,研究了掩模位置误差对光刻投影物镜引入的畸变。采用勒让德多项式描述光刻投影物镜的畸变,并应用勒让德多项式对光刻投影物镜进行了畸变分析及畸变补偿。利用以上方法,对一台工作波长为193 nm,数值... 详细信息

为使光刻投影物镜满足光刻工艺的要求,研究了掩模位置误差对光刻投影物镜引入的畸变。采用勒让德多项式描述光刻投影物镜的畸变,并应用勒让德多项式对光刻投影物镜进行了畸变分析及畸变补偿。利用以上方法,对一台工作波长为193 nm,数值孔径(NA)为0.75的光刻投影物镜进行了畸变分析。结果显示:当掩模面3个方向的平移公差为1.0μm,绕3个轴的转动公差为0.1 mrad时,光刻投影物镜标定前后的畸变分别为2 113.2 nm和10.0 nm。利用勒让德多项式进行了畸变拟合,获得了多项式中各项系数,并给出掩模面位置误差的畸变敏感度系数;然后利用畸变敏感度系数对掩模面的随机位置误差进行了公差分析和补偿。结果表明,将光刻投影物镜畸变控制在2 nm以内时,掩模面z方向的位置公差为±2.0μm,掩模面与x轴与y轴的倾斜公差分别为±22.3μmad和±55.3μmad。实验结果证明提出的方法适用于对掩模面引入的光刻投影物镜畸变进行有效分析及补偿。

关键词：光刻光学设计光刻投影物镜畸变勒让德多项式公差分析

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共轭距可变的光刻投影物镜光学设计

中国激光 2014年第4期41卷 277-282页

作者：蔡燕民王向朝黄惠杰中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800

一种用于印刷电路板（PCB）的激光直接成像（LDI）光刻设备，需要加工高密度互连（HDI）基板的厚度变化范围为0．025～3mm，为此设计了一种共轭距可变的光刻投影物镜。采用双远心光路结构，通过压缩物方和像方远心度误差的办法，可以有... 详细信息

一种用于印刷电路板（PCB）的激光直接成像（LDI）光刻设备，需要加工高密度互连（HDI）基板的厚度变化范围为0．025～3mm，为此设计了一种共轭距可变的光刻投影物镜。采用双远心光路结构，通过压缩物方和像方远心度误差的办法，可以有效地实现共轭距变化范围达3mm。采用正负光焦度合理匹配，可以有效地在共轭距变化范围内很好地校正波像差、畸变等像差，实现良好的成像质量。以光刻投影物镜光学设计的具体实例，证实了通过压缩物方和像方远心度误差的办法，可以有效地获得共轭距变化一定范围的光刻投影物镜，并在该变化范围内保证实际光刻设备所要求投影物镜的成像质量。

关键词：光学设计成像系统光刻投影物镜远心光路共轭距