投影光刻物镜作为光刻机中最精密的光学系统，在设计、制造、集成等各环节都有严苛的指标约束。目前国外光刻物镜已经产业化，技术相对成熟，而我国起步较晚，并且国际上对中国限制进口高端光刻机，因此自主研制投影光刻物镜对我国半导体加工等高端制造业具有重要的战略意义。

本文针对亚微米投影光刻物镜产业化的需求，开展面向700 nm曝光节点的投影光刻物镜光学设计与像质补偿方法研究。即综合考虑照明光源、光学材料、光学加工检测能力等，完成700 nm节点的投影光刻物镜光学设计，对各个环节中出现的误差进行公差分析，在确保成像质量的基础上实现合理的公差分配。同时对物镜加工、装配过程中检测仪器等可能出现的不确定性误差，研究了投影光刻物镜的像差补偿措施，并通过实验验证了动镜补偿技术能有效的校正低阶像差，使本文最终研制的物镜波像差达到要求。本文工作主要分以下三点：

1.像质评价。首先从标量成像理论的基本原理出发，研究了部分相干照明下的光刻成像特性，以及影响分辨率和套刻精度的因素，通过仿真分析了波像差对成像质量的影响，最后得出适用于投影光刻物镜的像质评价方法。

2.光学设计。针对700 nm节点的投影光刻物镜，根据像质评价方法计算光学设计指标。然后以汞灯作为光源，结合国际上该节点投影光刻物镜的实现方式，最终设计的投影光刻物镜在像方视场44×44 mm范围内主光线波像差RMS＜5 nm，最大畸变小于20 nm，色差对比度小于3.5%。仿真表明该系统在不使用分辨率增强技术的辅助下可以实现2 μm焦深内700 nm的成像分辨率，满足设计要求。

3.公差分析和像质补偿技术研究。对影响成像质量的各元件误差进行了分析，给出满足设计指标和加工能力的公差范围。针对物镜实现过程中不确定性误差引起的像质劣化，分析了动镜像质补偿技术所能补偿的像差类型，并进行了相应的补偿仿真。

制造集成后的物镜性能测试结果及动镜像质补偿实验结果表明，本文采用的像质评价方法，光学设计方案及像质补偿措施，能为更小节点的投影光刻物镜产业化制造提供有益的理论依据和指导。

投影光刻物镜作为光刻机中最精密的光学系统，在设计、制造、集成等各环节都有严苛的指标约束。目前国外光刻物镜已经产业化，技术相对成熟，而我国起步较晚，并且国际上对中国限制进口高端光刻机，因此自主研制投影光刻物镜对我国半导体加工等高端制造业具有重要的战略意义。

本文针对亚微米投影光刻物镜产业化的需求，开展面向700 nm曝光节点的投影光刻物镜光学设计与像质补偿方法研究。即综合考虑照明光源、光学材料、光学加工检测能力等，完成700 nm节点的投影光刻物镜光学设计，对各个环节中出现的误差进行公差分析，在确保成像质量的基础上实现合理的公差分配。同时对物镜加工、装配过程中检测仪器等可能出现的不确定性误差，研究了投影光刻物镜的像差补偿措施，并通过实验验证了动镜补偿技术能有效的校正低阶像差，使本文最终研制的物镜波像差达到要求。本文工作主要分以下三点：

1.像质评价。首先从标量成像理论的基本原理出发，研究了部分相干照明下的光刻成像特性，以及影响分辨率和套刻精度的因素，通过仿真分析了波像差对成像质量的影响，最后得出适用于投影光刻物镜的像质评价方法。

2.光学设计。针对700 nm节点的投影光刻物镜，根据像质评价方法计算光学设计指标。然后以汞灯作为光源，结合国际上该节点投影光刻物镜的实现方式，最终设计的投影光刻物镜在像方视场44×44 mm范围内主光线波像差RMS＜5 nm，最大畸变小于20 nm，色差对比度小于3.5%。仿真表明该系统在不使用分辨率增强技术的辅助下可以实现2 μm焦深内700 nm的成像分辨率，满足设计要求。

3.公差分析和像质补偿技术研究。对影响成像质量的各元件误差进行了分析，给出满足设计指标和加工能力的公差范围。针对物镜实现过程中不确定性误差引起的像质劣化，分析了动镜像质补偿技术所能补偿的像差类型，并进行了相应的补偿仿真。

制造集成后的物镜性能测试结果及动镜像质补偿实验结果表明，本文采用的像质评价方法，光学设计方案及像质补偿措施，能为更小节点的投影光刻物镜产业化制造提供有益的理论依据和指导。