极紫外光刻聚光镜冷却优化及光机热分析

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1、硕士学位论文极紫外光刻聚光镜冷却优化及光机热分析OPTICAL-STRUCTURAL-THERMALANALYSISANDCOOLINGOPTIMIZATIONOFEXTREMEULTRAVIOLETLITHOGRAPHYCOLLECTOR朱亮哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535.2密级：公开工学硕士学位论文极紫外光刻聚光镜冷却优化及光机热分析硕士研究生：朱亮导师：张树青讲师申请学位：工学硕士学科：光学工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:O439U.D.C:535.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringOPTICAL-STRUCTURAL-THERMALANALYSISANDCOOLINGOPTIMIZATIONOFEXTREMEULTRAVIOLETLITHOGRAPHYCOLLECTORCandidate：ZhuLiangSupervisor：Lect.ZhangShuqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineer

3、ingSpeciality：OpticalEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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

4、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。为减小极紫外光刻聚光镜由于镜体温度差异引起的热形变，提高聚焦光斑的照明质量，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。

5、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，本文采用了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

6、变形对聚焦光斑质量的影响，实现了光机集成分析。关键词：极紫外/X射线光刻；光源聚光镜；传热模型；冷却管布局优化；形变拟合；光机集成I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThecollectorforextremeultraviolet(EUV)sourceisoneofthemostimportantpartsinEUVlithographysystem.Themirrorwillbesubjectedtoseriousdeformationresultingfromthehighthermalloadabso

7、rbedbythecollectorwhentheEUVsourcepowerissignificantlyenhanced,whichcauseslargerfocalshiftandspotsize,furthermakestheenergydistributionofthebrightspotformedbyconvergentraysatintermediatefocusnonuniformbadly.allabovedisadvantagesbringmanydifficultiesindesignofthen

8、extsystemsand,eventually,degradethequalityandthroughoutoflithographyprocess.InordertominimizethethermaldistortionofEUVlithographysourcecollectorcausedbynonunif