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自问世以来的半个多世纪,微电子和集成电路技术可谓发展神速,其中光刻技术的发展起到了重要推动作用。而作为光刻技术发展的重要指标,不断缩小的关键尺寸则对如何改善产品线宽均匀度(Critical Dimension Uniformity,CDU)等关键参数提出了更高的要求。光刻机焦平面偏差(Total Focus Deviation,TFD)精度就与产品线宽均匀度CDU的好坏有着紧密联系,甚至会影响到产品的最小线宽。因此通过提高光刻机镜头的TFD精度,可以达到改善产品线宽均匀度CDU,提高良率的目的。本文首先对光刻机曝光镜头焦平面偏差(TFD)精度的作用原理进行研究,通过学习焦平面偏差(TFD)精度与有效焦深(Depth of Focus,DOF)之间的相互关系,探索改善焦平面偏差精度的方法,并加以实施。TFD精度直接影响曝光镜头的有效焦深(Depth of Focus,DOF),是实现最小单元尺寸的前提条件。在实际应用中,如果光刻工艺中的焦平面偏差精度超过误差容忍度,很可能会造成偏离焦平面(Defocus)曝光使CDU无法保证,进而影响产品良率。焦平面偏差产生的原因有多种形式,其中包括光源均匀度、镜头透光均匀性、折射率变化等,而不同的误差形式都会对曝光时焦平面偏差精度造成不同的影响。其次基于光刻工艺基本原理,研究了影响光刻机焦平面偏差精度的主要因素。通过对传统方法与利用调整曝光镜头改善CDU这一方法的比较,分析阐述了它们各自的优缺点,论证了本课题所述方法的可行性与必要性。几种常见的改善措施如:一、可以提高视场尺寸(Field Size,Shot)之内的光线均匀度,这个可以通过调整光源位置实现,情况比较严重的必须更换光学补偿镜片才能改善。当然费用会很昂贵。二、给曝光镜头做物理清洁,甚至更换镜头组件。同样费用也非常昂贵,难以实施。本课题所探讨的方法(方法三)是在不更换光学部件的前提下,优化镜片间的相对高度和镜面倾角,调整光线折射角度,补偿图像扭曲、图像失真。论文最后通过分析特定实验产品的测试数据,得到的CDU结果提高约36.4%,符合方案预期,达到了提高CDU,降低工艺成本,增加工艺产能的目的。