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针对极大规模集成电路的发展,国内极大规模集成电路产业化需要,满足极大规模集成电路制造装备研发技术需求,开展了面向高数值孔径工作波长193nm光刻投影物镜像质的分析方法与补偿方法研究。针对光刻投影物镜开展以下主要研究内容:一、波像差分析与补偿:提出利用勒让德(Legendre)多项式表示泽尼克(Zernike)各项波像差随视场的变化,从而建立了波像差与视场之间的关系,为波像差分析与补偿研究提供了一种方法。研究了高数值孔径光刻投影物镜波像差与成像位置关系,推导出了波像差与成像位置转换系数,提高了通过波像差转换成像位置的精度。针对光刻投影物镜工作环境(如温度、压强、波长、振动等),研究了光刻投影物镜多种工作环境的特点,分析了多种环境因素对像质影响规律并制定了有效的像质补偿措施,利用环境因素对像质影响规律,通过对各别环境参数的控制实现像质补偿。二、畸变分析与补偿:提出将畸变在笛卡尔坐标下正交分解和在视场范围内Legendre多项式正交分解,从而建立了畸变与视场之间的关系,构建了具有完备正交的畸变基底函数,为畸变分析与补偿研究提供了一种方法。研究了远心度对畸变的影响,并提出应用曲面光阑对光刻投影物镜远心度进行控制,减小离焦对畸变的影响。研究了掩模面安装误差对畸变的影响,推导了掩模面安装误差引入的畸变类型,并分析了彗差在典型工况下引入的畸变。三、杂散光分析与控制:研究了光学表面中频误差等对杂散光的影响规律,提出使用功率谱密度函数描述光学元件表面中频误差,通过该描述方法进行杂散光分析,利用等效光瞳空间频率对光学元件表面中频误差进行公差分析。同时,分析了数值孔径一致性,提出使用副光阑提高数值孔径一致性的方法。本文对光刻投影物镜的核心指标进行了分析方法研究及补偿方法研究,像质分析方法可以用来评价光刻投影物镜的指标满足度,补偿方法的应用可以降低多方面的公差要求,提高光刻投影物镜实现的可行性,降低光刻投影物镜研发成本。本文的研究成果为光刻投影物镜的相关工作人员提供了一定的参考。