双光路成像干涉定心系统设计

在光刻投影物镜镜片加工和装配时,为了满足磨边定心和装配定心阶段对镜片测量的量程、灵敏度和准确度不同的需求,本文提出了一种双光路准直成像复合干涉的定心方法,采用同一光路实现准直和干涉两种不同的测量方法,分别针对磨边定心和装配定心的测量需要.根据实际需要设计了测量系统的参量,根据该参量对系统的测量范围、灵敏度和准确度进行了理论分析.结果表明:该系统在准直测量阶段的测量范围从1μm到500μm,测量灵敏度最高为0.2％,测量准确度为1.02 μm;在干涉测量阶段的测量范围从0.01 μm到1.9 μm,测量灵敏度最低为0.1％,测量准确度达到0.2 μm,可以满足在磨边定心阶段大量程、低灵敏度、低准确度以及装配定心阶段小量程、高灵敏度、高准确度的定心要求.采用双光路成像干涉原理的定心系统满足了设计需求,可指导光刻投影物镜等高准确度物镜的生产和装调.     

数字灰度光刻成像物镜设计

为了研究数字灰度光刻成像系统中栅格效应对像质的影响.在成像系统优化参量已有的研究基础上,综合考虑工作效率、光刻准确度、加工制造成本等因素,设计了一种能够有效消除数字灰度光刻成像栅格效应的光刻物镜.此光刻物镜技术指标为,数值孔径NA＝0.3,工作波长λ＝442 nm,倍率10×,分辨率R≤1.2 μm,焦深4 μm,且镜片数量少,光学加工、光学校装公差要求低.结果表明,该镜头完全满足数字灰度光刻高质量成像的需要.     

0.7微米i线投影曝光系统光刻物镜的设计与试制

介绍了微电子专用关键设备０．７μｍｉ线投影曝光系统光刻物镜的主要技术指标，及设计试制中解决的关键单元技术和试制结果。结果表明，数值孔径ＮＡ＝０．４２，光刻工作分辨力０．６μｍ，像场尺寸１４．６ｍｍ×１４．６ｍｍ，畸变＜±０．１μｍ的５倍精缩投影光刻物镜已试制成功。物镜具有双远心和有温度气压控制补偿，在满足高精度成像的同时，又能同时满足暗场同轴对准的特点。     

一种同时测量平行偏差、倾斜偏差的方法

提出了一种仅由接收物镜和CCD构成的接收器,通过物镜位置的调整,可以同时完成平行偏差（平偏）和倾斜偏差（角偏）这两个参量的测量.通过对系统像差的分析,提出了可显著降低物镜像差对测量结果影响的算法.理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10 mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50 mm、CCD尺寸为1/1.6 inch的系统,平偏测量准确度可达0.02 mm,角偏测量准确度可达9.5″.     

亚10 μm线宽的投影光刻物镜设计及其成像性能的实验测定

 采用Zemax软件设计出6镜片、数值孔径为0.06、2倍缩小、以405 nm半导体激光器为光源、分辨精度达5 μm、视场12 mm×12 mm 内波像差小于1/4波长、畸变小于0.005%的双远心投影光刻物镜的设计方法。将设计的物镜实物化,并对其光学传递函数(MTF)作精确的实验测定,利用所提出的MTF标准实验测量法,得到该投影物镜的成像性能达亚10 μm线宽。     

大视场投影光刻物镜的畸变特性检测

畸变特性是光刻物镜的关键指标,目前少有报道,提出了一种大视场投影光刻物镜畸变测量原理,测量系统和测量数据的处理方法. 利用该装置对研制的口径6英寸,分辨率3 μm的物镜进行了测量,得出该物镜在全视场的畸变值小于2.0 μm.     

超高数值孔径Schwarzschild投影光刻物镜的光学设计

针对45nm及以下节点光刻相关技术的研究需求,确定了实验型投影光刻物镜的结构型式及设计指标。依据像差理论在非同心小遮拦的Schwarzschild反射系统中添加折射补偿镜组来进一步减小系统的中心遮拦,扩大像方数值孔径。设计了一套小中心遮拦,数值孔径为1.20的Schwarzschild折反式投影光刻物镜。设计结果表明,该投影光刻物镜工作带宽为100pm,像方视场为50μm,线中心遮拦比为13%,光学分辨力为80nm时(6240lp/mm)的系统调制传递函数大于0.45,全视场最大畸变为6.5nm,满足了45nm深紫外(DUV)浸没光刻实验平台对投影光刻物镜的需求。     

Mirau相移干涉法测量微透镜阵列面形

基于Mirau相移干涉法，在实验室环境下对微透镜阵列的微表面形貌进行了轮廓测量.实验使用He-Ne激光器作为光源，干涉成像系统由Mirau干涉物镜和其他光学元件组成.在实验中使用压电陶瓷执行器作为相移器，通过5步相移法计算待测表面形貌.实验结果表明，基于Mirau相移干涉法对微透镜阵列面形的测量，水平分辨率达到1.1 μm，垂直测量准确度达到6.33 nm，垂直测量范围为5 μm.对于微透镜阵列的面形测量，通过将微透镜阵列划分为若干微小区域以保证局部面形最大高度小于5 μm，然后辅以精密平移机构进行若干次5步相移法测量局部面形，再利用相位重建所得的数据进行拼接和3D轮廓重建，最终得到整个微透镜阵列的精确微表面形貌.     

光路自动准直快速调整数学模型研究

推演了用于计算机快速调整的巨型激光器光路自动准直控制数学模型,分析了ICF准直光路的光学特性及光路调整特点,据此求解出了准直控制的输入偏差量和输出控制量之间的数学模型.该模型在某大型激光装置的光路自动准直中得以实际应用,八路主放大级1～2程光路的准直时间＜3 min,3～4程光路的准直时间＜8 min,主放大级输出光束近场准直准确度优于0.3%,远场指向的准确度优于0.3″ RMS（均方根准确度）.     

极紫外光刻物镜补偿器的选择及定位精度分析

极紫外(EUV)光刻物镜设计不仅要在系统优化阶段尽可能减小残余像差,还必须选择像质补偿器合理分配各项公差,从而在保证系统可制造性的前提下实现预期性能。针对一套数值孔径0.33的极紫外光刻物镜,进行了补偿器的优选和定位精度分析。根据结构参量对系统波像差的灵敏度并结合各结构参量之间的相关性选择了6个像质补偿器,并分析了非补偿器结构参量的公差。在此基础上,提出了基于蒙特卡罗法的补偿器定位精度分析方法。利用蒙特卡罗法模拟实际装调过程,通过分析补偿器定位精度对像质的影响,确定满足统计像质要求的补偿器定位精度。结果显示,当物镜系统最严间隔公差、偏心公差、倾斜公差分别在±2μm、±3μm、±5μrad范围内,间隔和偏心补偿器的定位精度为±0.1μm时,系统波像差均方根(RMS)值在97.7%的置信概率下小于1 nm。     

一种基于结构光条纹投影的微小物体测量系统

为了通过结构光投影的方法测量微小物体,构建了一套微小物体三维形貌测量系统,视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像的特性。先利用立体显微镜对Light Crafter 4500投影的相移条纹图进行低畸变缩小,再投影到待测物体表面,采用配有远心镜头的相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹,利用三步相移法计算出条纹对应的截断相位图,再根据可靠路径跟踪相位展开算法求取连续的相位分布,重建被测物体的三维表面形貌。实验成功重建了以BGA芯片为代表的微小物体表面三维形貌。实验结果表明,系统测量精度达到11 μm,系统的有效深度测量范围为700 μm。     

高分辨率长焦广角低畸变光学成像系统设计

鉴于全视角高精度三维测量仪中现有光学成像系统无法同时满足大视角、高分辨率和低畸变等技术指标,为此设计了一种能够同时克服上述缺陷的光学成像和畸变校正系统。采用复杂化双高斯结构形式进行f-θ镜头设计,引入非球面提高系统成像质量。实验结果表明,设计的光学系统为长焦广角低畸变高分辨率光学系统,在环境温度-10 ℃~70 ℃下,视场角达到90°,畸变小于-0.001 67%,传递函数达到0.4@100 lp/mm,可实现工作距离3 m~100 m成像清晰。同时,光学系统中非球面镜片的面型精度会对成像质量产生很大的影响,根据公差分析,非球面的面型精度PV值小于0.17 μm时系统成像质量满足要求,实际加工过程中非球面面型PV值达到0.158 μm,传递函数达到设计指标要求,提高了系统的成像质量。     

大尺寸空间角测量技术进展及其分析

随着大型装备制造工业飞速发展,其制造与装配等过程对大尺寸空间几何量的测量技术要求越来越高。为了分析大尺寸空间几何量测量中的空间角测量技术的发展,在综述5种传统大尺寸空间角测量方法的基础上,介绍了大尺寸空间角测量方面国内外相关研究的3种新的代表性成果。着重阐述了一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法,该方法将光电自准直跟踪技术与惯性测量技术有机结合,测量范围更大、便携性更强,特别适合外场条件下大尺寸空间角的快速测量。测试结果表明,目前其有效测量范围可达10 m,测量精度为0.5,同时还针对系统测量范围与测量精度的进一步提高提出了改进方案。     

激光测头用二元准直透镜的研究

通过分析现用激光测头光学系统中所存在的制约测量范围与测量精度的问题，本文提出用二元长焦深、高分辨率器件取代传统准直透镜以提高测头技术性能，并详细推导了此二元器件的设计方法，给出了相位函数表达式。通过对一个设计实例的轴上光斑变化和光能分布情况的模拟计算，并与传统透镜相比较，说明这种二元器件用作准直透镜能够提高激光测头的技术性能。表明二元光学器件用于不接触测量系统具有巨大优势。     

基于套刻误差测试标记的彗差检测技术

为了满足光刻机投影物镜彗差测量精度的要求,提出一种基于套刻误差测试标记的彗差检测技术,分析了彗差对套刻误差测试标记空间像的影响,详细叙述了该技术的测量原理,并利用PROLITH光刻仿真软件对不同数值孔径与部分相干因子设置下套刻误差相对于彗差的灵敏度系数进行了仿真实验。结果表明,与目前国际上通常使用的投影物镜彗差检测技术相比,该技术在传统照明条件下灵敏度系数Kz7与Kz14的变化范围分别增加了27.5%和34.3%,而在环形照明条件下则分别增加了20.4%和22.1%,因此彗差的测量精度可提高20%以上。     

基于多特征波长光谱分析的天然气泄漏遥测系统

为快速地、 大范围地对天然气管道进行泄漏监测,设计了基于静态傅里叶变换干涉系统的甲烷气体浓度遥测系统。 采用对准甲烷分子吸收峰的红外光源照射被测区域,再由聚光准直系统和干涉模块完成干涉条纹的获取。 最后,通过多特征波长光谱分析算法计算被测区域的浓度程长积,进而反演相应的甲烷浓度。 通过HITRAN光谱数据库选择了1.65 μm的主特征吸收峰,从而光源使用1.65 μm的DFB激光器。 为了在不增加系统硬件结构的基础上提高检测精度及稳定性,引入辅助波长求解吸光度比值,进而通过多特征波长比例运算的方法获得被测气体的浓度程长积。 实验针对泄漏速度恒定的标准甲烷液化气罐检测,采用PN1000型便携式甲烷检测仪的检测数据作为标准数据与本系统的测试数据进行对比,测试距离分别为100,200和500 m。 实验结果显示,甲烷浓度检测值在泄漏一段时间稳定后,系统检测值也基本保持稳定。 对100 m的检测距离而言,浓度程长积的检测误差小于1.0%。 随着测试距离的增大,检测误差也相应的增大,距离500 m的检测误差小于4.5%。 总之,在气体泄露稳定后系统检测误差均小于5.0%,满足野外天然气泄漏遥测要求,该方法采用差分思想,在求解吸光度比率的过程中将误差消除,降低了外界干扰造成的误差,从而提高系统的检测精度及稳定性。     

星敏感器光学系统弥散斑测试方法

提出了一种星敏感器光学系统弥散斑尺寸的测试方法,主要是利用平行光管、转台和CCD显微摄像系统组成弥散斑测量系统,采集图像后,采用双三次插值像元细分,提取图像中灰度值,依据瑞利判据计算弥散斑尺寸。通过实际测量和试验验证,光学系统0.8视场弥散斑测量精度可以达到0.5μm,重复测量精度可达0.2μm。     

衍射极限非球面准直透镜

介绍了一种新的非球面透镜设计方法。通过非球面方程中二次曲面常数和非球面系数对光学系统像差的贡献来设计非球面透镜,并详细分析了非球面设计过程。设计了数值孔径NA=0.37, 纤芯Φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光器的非球面准直透镜,其焦距f=50mm。从像质评定可以看出, 非球面准直镜几乎接近衍射极限, 整个系统的波像差小于0.3λ。实验表明： 采用非球面准直系统能最大限度地利用光能率和提高光束准直性, 证明了设计方法基本正确。     

特大非球面度离轴非球面补偿器结构设计与装调

针对快焦比特大非球面度离轴非球面反射镜,设计了3片式Offner补偿器。为应对3片式补偿器对中心偏差及镜间隔严格的公差要求,设计了相应的补偿器镜筒结构。该结构使透镜中心倾斜及平移调整相分离,实现补偿器的高精度装调。根据中心偏差测量仪的测量结果,2片补偿镜之间倾斜误差4.4″,平移误差3.5 μm, 镜间隔误差3.8 μm;补偿镜组与场镜之间倾斜误差5.3″,平移误差4.2 μm, 镜间隔误差7.2 μm,满足检测使用要求。利用该补偿器及4D动态干涉仪对精抛光阶段的离轴非球面进行检测,面形结果PVq值达到0.135λ,RMS值达到0.019 5λ,优于设计要求。