基于ZEMAX的扫描干涉光刻误差分析及虚拟样机建模与控制

发布时间：2020-08-13 16:30

【摘要】：大口径高精度平面光栅在高端光刻机工件台、大型天文望远镜以及激光脉冲压缩器等重大民生及国防科学中均有重要应用。扫描干涉光刻机即为制造这类光栅的关键设备。而提高曝光精度的关键在于如何抑制曝光图形漂移带来的误差。本论文提出了一种基于ZEMAX的移相锁定系统的仿真方法,对整机集成装调误差以及扰动引起的干涉图形相位漂移误差进行了仿真分析,该方法具有易建模、通用性强、可进行动态信号仿真等优点,最后完成了整机集成装调工作并进行了移相锁定控制实验。具体研究工作如下:首先围绕基于外差移相锁定系统的扫描干涉光刻技术原理方案,阐述了外差干涉测量原理、移频式相位调节原理以及实验中所采用的相位测量干涉仪方案;分析了影响曝光精度的主要误差来源,对整机集成装调误差以及空气折射率波动、光学元件振动引起的相位漂移误差进行了综述分析。其次为确定各光学器件装调精度指标,为整机集成装调提供了指导,使用ZEMAX软件对扫描干涉光刻光学系统进行了建模,分析了各光学元件和模块的装调误差对干涉曝光图形的影响,确定了粗装和精调误差指标,并进行了验证;在此基础上进行了整机集成装调实验,分工完成了整机的装调工作,其主要指标达到了设计需求。然后为分析空气折射率波动和光学元件振动引起的条纹相位漂移误差,建立了相位测量干涉仪光学仿真模型,并提出了一种基于MATLAB和ZEMAX的仿真空气折射率和光学元件振动影响条纹相位的方法,并验证了该仿真方法的可行性,为后续的控制系统虚拟样机搭建提供了随机扰动仿真输入。最后为了抑制扰动带来的条纹漂移误差,对条纹锁定控制系统进行了模型辨识和控制器的设计,并进行了条纹锁定控制实验,锁定精度达到设计预期;以前面的仿真分析为基础,提出了一种基于ZEMAX的控制系统虚拟样机搭建方法并搭建成功,并验证了虚拟样机仿真的可行性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.9;TH69
【图文】：

扫描干涉光刻原理

光栅图,脉冲压缩,光栅,扫描干涉

图 1-2 扫描干涉光刻原理[9]涉技术，MIT 的学者们于 2005 年成功研名为“Nanoruler”，机器的重复精度可以样机在 20 分钟内完成了 300mm 尺寸光光栅实验室（Plymouth Grating Laboratory，业生产的第二代机器“Nanoruler II”[13]，密度为 5000lines/mm、衍射效率高达 96 1-3 所示。目前 PGL 和和 MIT 的研究人.5m 尺寸光栅的制造能力[16]。

光学软件,仿真模型,装调

误差分析方法综述涉光刻整机集成装调的过程中，光学加工误差和致光学系统中光学元件位置和角度的偏移，从而，这个误差始终存在，不可避免。为了确保曝光其机械结构的加工装调精度进行合理的分配，以干涉光刻光学系统装调误差的分析具有重要的意装调误差的影响，理论上可以直接利用立体解析立坐标系，确定入射光束的直线方程，然后对各误差的情况下在参考坐标系中建模，最后根据光学系统的激光光路，通过计算最终发生干涉的两终干涉条纹的质量。但是这种计算方法过于复杂统装调误差的分析，最常用的方法是通过光学软结构进行实验验证。

【参考文献】