极紫外光刻聚光镜冷却优化及光机热分析

摘要

光源聚光系统是极紫外光刻机的重要组成部分。随着光源功率的提高，聚光系统吸收的热量也越大。高温使聚光反射镜膜层使用寿命降低，镜体严重热变形，造成极紫外光线在后续中间焦点处大幅离焦，会聚光斑尺寸增大且能量分布非均匀性进一步加大。照明质量的下降最终会影响光刻质量和产量。
　　本文以激光等离子光源(LPP)与Wolter型聚光系统为研究实例,对镜体背侧冷却管布局的优化进行了研究。分析并建立辐射源与镜体的热辐射模型，详细计算了镜体表面的非均匀热流分布，拟定冷却管总体布局方案；建立镜体热传导计算模型，采用冷却水热对流经验模型，再利用能量守恒关系式将三者统一到优化程序中，以各相邻冷却管间距为最终循环变量，以镜面温差范围最小为优化目标，完成了冷却管最优轴向间距的计算。结果表明，针对具有40kw功率的极紫外光源，聚光系统外层聚光镜仅在4根回路单管的布局下，利用上述冷却管间距优化方法，可将整个镜体温差控制在1℃范围内。分析过程及优化方法可为其他具有非均匀边界热流分布的光学系统反射镜的主动热控设计提供一定参考。为了进一步研究镜体残余温差对聚焦光斑质量的影响，采用Zernike环多项式拟合镜面变形的方法。根据ANSYS有限元分析软件获得的镜体变形数据，拟合得到的Zemike环多项式系数，用自定义的INT文件将Zernike环多项式拟合的镜面变形导入到光学设计软件CODEV中，得到了镜面变形对聚焦光斑质量的影响，实现了光机集成分析。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 极紫外光刻光源及聚光系统的发展概况

1.3 本文的主要研究内容

第2章 镜体表面非均匀热流密度的求解

2.1 引言

2.2 镜体热环境分析

2.3 辐射源—镜体表面间的热辐射计算

2.4 本章小结

第3章 镜体冷却管排列布局优化设计

3.1 引言

3.2 镜体冷却管总体布局设计

3.3 冷却管轴向非均匀分布的理论分析及数值计算

3.4 镜体残余温差引起的形变求解

3.5 本章小结

第4章 镜体残余形变对聚焦光斑质量的影响

4.1 引言

4.2 有限元分析数据的转换

4.3 Zernike环多项式系数的拟合求解

4.4 镜体形变对聚焦光斑的影响

4.5 验证传热模型及冷却方法的实验方案

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢