深紫外光刻机是现阶段极大规模集成电路制造业的主流关键设备,国内正开展工作波段193nm的90nm分辨率光刻机的自主研制。对于193nm波段的激光,所有材料都具有不可忽视的吸收率。作为光刻机核心部件的投影物镜在曝光过程中吸收热量,导致折射率变化、热变形和热应力,产生热像差,降低系统分辨率,影响系统曝光成像质量。离轴照明等分辨率增强技术的使用,导致光刻投影物镜受热不均,局部温度升高,系统热像差非旋转对称且随时间变化。快速预测、实时补偿此类像差对于保证系统分辨率至关重要。热像差的实时补偿需要提供准确可靠的前馈信息,仿真模拟是热像差预测的有效手段。针对NA0.75的折射式光刻投影物镜,论文采用有限元仿真的方法,获得了四种照明模式下系统的温度分布,并构建了温度分布的数学函数模型,结合CODE V获得热像差分,与商业软件相比,仿真效率更高。根据热像差特点,提出了在透镜上采用主动光学的方法进行补偿。分析了优化的透镜支撑方案下主动透镜的像差补偿能力,并通过实验验证了方案的可行性。具体如下:(1)构建光刻投影物镜温度分布数学模型并基于模型仿真了热像差分布。根据偶极照明模式下的系统温度分布特点,提出采用组合二维高斯函数拟合温度场,并将模型推广,得到常规照明、环形照明和四极照明模式下的温度分布模型。结果表明温度拟合平均误差约10-3°C量级,误差RMS达到10-4°C。结合CODE V仿真的热像差与基于SigFit的仿真结果相比,热像差分布一致,同时耗时减小了3个量级,热像差仿真效率提高了3倍。相比于折射率变化对于系统像差的影响,热变形和热应力引起的热像差可忽略不计。(2)针对偶极和四极照明模式下的热像散和四叶像差,提出采用主动光学的办法进行补偿。分析了各透镜的透射波前对系统像差的影响,确立了将L20作为主动补偿透镜的方案,同时分析了像差补偿原理并给出了透射波前的求解方程。通过研究各因素对简化的平板透镜像差特性的影响,提出了优化的透镜支撑和促动方案,并将其移植到L20上。仿真结果表明,方案对于初阶热像散的补偿可达1λ,同时高阶像差有轻微增加。(3)采用干涉仪检测促动力施加前后平板透镜的波前变化,进行原理验证实验。探测到的波前成分中像散最显著,量级上与模拟结果一致,像散随促动力成近似的线性正比关系。结果表明本文方案对于热像散的补偿可行,基于有限元仿真的结果可靠。本文的成果对光刻投影物镜的温度分布特性、热像差快速仿真及补偿具有重要的借鉴意义和实用价值。