【光刻】投影透镜热效应

　　较大的激光功率有利于实现较高的产能，然而，其带来的问题是在透镜中产生的热效应。特别是在20nm技术节点以下，负显影技术被广泛采用。负显影工艺所使用的掩模基本上都是亮场，其透光率可以高达90%以上。这些光线透过掩模后，由投影光学系统收集，汇聚在晶圆表面。透镜对光通量的吸收取决于透镜及其表面的涂层材料和透镜的安装方式。透镜吸收的光转化成热量使透镜局部的温度升高，导致两个后果：一是透镜材料膨胀，改变了透镜的局部几何形状，取决于照明方式、掩模上图形的结构以及投影光学系统的设计，这是因为来自掩模的衍射光束照射在透镜上的具体位置由这几个因素决定，如图1所示（P110，图3.44）[1]。

图1 曝光导致的透镜加热是不均匀的，其分布与光照条件、掩模图形、透镜的位置有关

　 　透镜热效应导致附加的相差，使得曝光时的成像对比度和对准精度进一步下降，损失光刻工艺窗口。而且，透镜的热效应还会逐步积累，使得工艺参数随时间变化，导致第一片晶圆与第n片晶圆之间线宽的差别。在32nm技术节点之前，透镜的热效应并不明显，因为掩模的透射率还不够大，尚不需要使用负显影工艺。从20nm/14nm技术节点开始，像素式的光照和高透射率的掩模相继投入使用，透镜的热效应就必须考虑了[1]。

　 　通过测量波前的变化对透镜的热效应做修正，这种修正是与曝光图形相关联的，又被称为ASCAL（Application Specific Calibration，ASCAL）。使用光刻机上的波前测量装置（ILIAS）监测透镜的行为随时间的变化，该监测过程必须从冷的透镜开始一直到透镜达到稳定为止。根据监测的结果产生一个修正子程序供正式曝光时使用。该监测过程大约需要占用光刻机2个小时左右，而且对每一台光刻机上的掩模都必须做这种测量。因此，整个测量过程会占用光刻机大量的时间[1]。而基于计算的ASCAL可以避免大量占用光刻机的时间[2]。

参考文献：

[1] 韦亚一. 超大规模集成电路先进光刻理论与应用. 科学出版社. 2016：109-110

[2] Halle S. 自由光源下负显影透镜热效应挑战：经验与仿真结果对比学习. SPIE文章. 2012： 4-4