投影透鏡熱效應

在投影光學系統中，當光線透過掩模後，由投影光學系統收集，匯聚在晶圓表面。透鏡吸收的光轉化成熱量使透鏡局部的溫度升高，進而會產生投影透鏡熱效應。

基本介紹

• 中文名：投影透鏡熱效應
• 外文名：Thermal effect of projection lens

透鏡對光通量的吸收取決於透鏡及其表面的塗層材料和透鏡的安裝方式。較大的雷射功率有利於實現較高的產能，然而，其帶來的問題是在透鏡中產生的熱效應。特別是在20nm技術節點以下，負顯影技術被廣泛採用。負顯影工藝所使用的掩模基本上都是亮場，其透光率可以高達90%以上。投影透鏡熱效應會導致兩個後果：一是透鏡材料膨脹，改變了透鏡的局部幾何形狀，取決於照明方式、掩模上圖形的結構以及投影光學系統的設計，這是因為來自掩模的衍射光束照射在透鏡上的具體位置由這幾個因素決定，如圖1所示。

圖1 曝光導致的透鏡加熱是不均勻的，其分布與光照條件、掩模圖形、透鏡的位置有關

透鏡熱效應導致附加的相差，使得曝光時的成像對比度和對準精度進一步下降，損失光刻工藝視窗。而且，透鏡的熱效應還會逐步積累，使得工藝參數隨時間變化，導致第一片晶圓與第n片晶圓之間線寬的差別。在32nm技術節點之前，透鏡的熱效應並不明顯，因為掩模的透射率還不夠大，尚不需要使用負顯影工藝。從20nm/14nm技術節點開始，像素式的光照和高透射率的掩模相繼投入使用，透鏡的熱效應就必須考慮了。

通過測量波前的變化對透鏡的熱效應做修正，這種修正是與曝光圖形相關聯的。使用光刻機上的波前測量裝置監測透鏡的行為隨時間的變化，該監測過程必須從冷的透鏡開始一直到透鏡達到穩定為止。根據監測的結果產生一個修正子程式供正式曝光時使用。該監測過程大約需要占用光刻機2個小時左右，而且對每一台光刻機上的掩模都必須做這種測量。