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一種全球面投影物鏡的制作方法

文檔序號:2793226閱讀:201來源:國知局
專利名稱:一種全球面投影物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種全球面投影物鏡,尤其涉及一種高分辨力投影光刻物鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)
光學(xué)投影光刻是利用光學(xué)投影成像的原理,將掩模版上IC圖形以分步重復(fù)或步進掃描曝光的方式將高分辨力圖形轉(zhuǎn)移到涂膠硅片上的光學(xué)曝光過程。光學(xué)投影光刻技術(shù)是在接觸式和接近式光刻技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。采用投影光刻,可以延長掩模使用壽命,如果采用縮小倍率的投影物鏡,還便于掩模制作。光學(xué)投影光刻經(jīng)歷了分步重復(fù)光刻 (stepper)和步進掃描光刻(scanner)的發(fā)展過程。光刻分辨力可以通過縮短波長、降低工藝常數(shù)和提高投影光刻物鏡的數(shù)值孔徑來提高。實踐證明,縮短曝光波長是最為有效的途徑。光學(xué)投影光刻技術(shù)自1978年誕生以來, 先后經(jīng)歷了 436nm(g線)、365nm(i線)、248nm (KrF準分子激光)U93Iim (ArF準分子激光) 等幾個技術(shù)階段。除了縮短曝光波長外,不斷減小工藝系數(shù)kl也是進一步提高分辨力的十分重要的因素。降低kl值的途徑包括改善照明條件、提高抗蝕劑性能、采用光學(xué)鄰近效應(yīng)校正和相移掩模等幾個方面。經(jīng)過近10年的努力,已經(jīng)使工藝系數(shù)因子kl值在大生產(chǎn)環(huán)境中從0. 7減小到0. 4。上述因素更佳的組合將使kl值減小到0. 3乃至更小,這將成為今后一個時期光學(xué)光刻發(fā)展的一項戰(zhàn)略措施。當(dāng)kl = 0. 25時,便接近光學(xué)光刻的物理極限。 增大數(shù)值孔徑也是提高光刻分辨力的重要途徑,鏡頭的數(shù)值孔徑已由最初的0. 28,0. 4,0. 6 逐漸增大到0. 82,甚至0. 85,幾乎到了極限。工作波長193納米投影光刻物鏡是制作超微細圖形的投影光刻裝置的核心部件。日本尼康(Nikon)、佳能(Canon)和德國蔡司(kiss) 等公司公開的工作波長193納米投影光刻物鏡,分辨率較高,但這些物鏡結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難,價格昂貴。數(shù)值孔徑達到0.75的系統(tǒng)大多具有高階非球面,共軛距較長,系統(tǒng)體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種全球面投影物鏡裝置,以提高投影光刻物鏡分辨力,同時降低透鏡加工難度。本發(fā)明的全球面投影物鏡,沿其光軸方向包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組和第五透鏡組,所述透鏡均處于同一光軸,其特征在于從光束入射方向順序第一透鏡組具有正光焦度,第二透鏡組具有負光焦度,第三透鏡組具有正光焦度,第四透鏡組具有負光焦度,第五透鏡組具有正光焦度。且所述的全球面投影鏡組中所有鏡片就是球面。所述第一透鏡組包括第一正透鏡、第二正透鏡、第一負透鏡和第一彎月透鏡。所述第二透鏡組包括第二負透鏡、第三負透鏡和第四負透鏡。所述第三透鏡組包括第二彎月透鏡、第三彎月透鏡、第四彎月透鏡、第三正透鏡、 第四正透鏡、第五彎月透鏡、第六彎月透鏡和第七彎月透鏡。
所述第四透鏡組包括第五負透鏡和第六負透鏡。所述第五透鏡組包括第八彎月透鏡、第九彎月透鏡、第五正透鏡、第六正透鏡、第七負透鏡、第七正透鏡、第十彎月透鏡、第十一彎月透鏡、第十二彎月透鏡、第八負透鏡和第八正透鏡。所述第九彎月透鏡和第五正透鏡之間設(shè)置孔徑光闌。所述透鏡為熔石英玻璃,其折射率是1. 5603沈。本發(fā)明提出的全球面投影物鏡為適用深紫外照明系統(tǒng),其數(shù)值孔徑達到0. 75的投影光刻物鏡,該物鏡結(jié)構(gòu)緊湊、大視場、成像質(zhì)量優(yōu)良,各鏡片全部使用球面,不包含非球面,大大降低了加工難度,便于制造,且結(jié)構(gòu)緊湊。其物鏡系統(tǒng)雙方遠心,各個透鏡元件的半徑、厚度間距在優(yōu)化中都有所改變,可以更好的補償像差并得到良好的結(jié)構(gòu)參數(shù),最終像質(zhì)畸變小于lnm,波像差小于lnm。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的全球面投影物鏡具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明五個鏡組光焦度采用正、負、正、負、正的布局,能很好地校正系統(tǒng)像差, 提高成像質(zhì)量;2、本發(fā)明所有透鏡均用球面,不使用非球面,無膠合件,且所有透鏡使用同一種材料,因此結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,簡化了物鏡制作工藝,降低了制作成本,同時提高了物鏡質(zhì)量。3、本發(fā)明的物鏡系統(tǒng),其數(shù)值孔徑很大,可達到0. 75,0. 8,工作波長在深紫外,物鏡視場較大,其物鏡系統(tǒng)分辨力較高,光刻效率較高。4、本發(fā)明的物鏡系統(tǒng)為雙遠心系統(tǒng),物方遠心度和像方遠心度高,即使掩模圖形和硅片偏離與傾斜,也不會改變投影光刻的倍率。


圖1為本發(fā)明的全球面投影物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為全球面投影物鏡在全場范圍內(nèi)光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)示意圖;圖3為全球面投影物鏡場曲與畸變示意圖。圖中1-第一正透鏡、2-第二正透鏡、3-第一負透鏡,4-第一彎月透鏡、5-第二負透鏡、6-第三負透鏡、7-第四負透鏡、8-第二彎月透鏡、9-第三彎月透鏡、10-第四彎月透鏡、11-第三正透鏡、12-第四正透鏡、13-第五彎月透鏡、14-第六彎月透鏡,15-第七彎月透鏡、16-第五負透鏡、17-第六負透鏡、18-第八彎月透鏡、19-第九彎月透鏡、20-第五正透鏡、21-第六正透鏡、22-第七負透鏡、23-第七正透鏡、24-第十彎月透鏡、25-第十一彎月透鏡、26-第十二彎月透鏡、27-第八負透鏡、28-第八正透鏡、29-像面。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細地描述。圖1為本發(fā)明全球面投影物鏡布局示意圖二8片全球面透鏡形成第一透鏡組G1、 第二透鏡組G2、第三透鏡組G3、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5,依次從光束入射方向設(shè)置, 整體形成雙腰結(jié)構(gòu)。第一透鏡組Gl包括第一正透鏡1、第二正透鏡2、第一負透鏡3和第一彎月透鏡 4。,第一透鏡組Gl具有正光焦度,將入射光束會聚。其中,第一正透鏡1將光線會聚到第二正透鏡2上,第二正透鏡2繼續(xù)將光線會聚,光線到第一負透鏡3和第一彎月透鏡4上,第一負透鏡3和第一彎月透鏡4的光焦度為負,從而保證了平衡像差。第二透鏡組G2包括第二負透鏡5、第三負透鏡6、第四負透鏡7 ;第二透鏡組位于物鏡雙腰結(jié)構(gòu)的第一個腰部,因此光焦度為負,使第一透鏡組Gl的光線發(fā)散。第二透鏡組 G2所有透鏡的光焦度均為負,以增強光線發(fā)散的效果。第三透鏡組G3包括第二彎月透鏡8、第三彎月透鏡9、第四彎月透鏡10、第三正透鏡11、第四正透鏡12、第五彎月透鏡13、第六彎月透鏡14和第七彎月透鏡15 ;第三透鏡組的前半部分彎向物方,各透鏡的第一面均為凹面,以減小光線的入射角,從而減小系統(tǒng)的高級像差,以保證光線會聚在物鏡雙腰結(jié)構(gòu)的第二個腰部。第四透鏡組G4包括第五負透鏡16、第六負透鏡17 ;第四透鏡組G4位于物鏡雙腰結(jié)構(gòu)的第二個腰部,光焦度為負,使光線發(fā)散。第四透鏡組G4所有透鏡的光焦度均為負,以增強光線發(fā)散的效果。第五透鏡組G5包括第八彎月透鏡18、第九彎月透鏡19、第五正透鏡20、第六正透鏡21、第七負透鏡22、第七正透鏡23、第十彎月透鏡對、第十一彎月透鏡25、第十二彎月透鏡沈、第八負透鏡27和第八正透鏡觀,其中第九彎月透鏡19和第五正透鏡20之間設(shè)置孔徑光闌。第五透鏡組將發(fā)散的光束會聚在像面上。上述透鏡均處于同一光軸。第一透鏡組Gl具有正光焦度;第二透鏡組G2具有負光焦度;第三透鏡組G3具有正光焦度;第四透鏡組G4具有負光焦度;第五透鏡組G5具有正光焦度。像面四是硅片所在表面。本發(fā)明的全球面投影物鏡具有的觀片透鏡且均處于同一光軸,利用透鏡外框的機械組件固定它們之間的相對位置。本發(fā)明使用了熔石英作為透鏡材料,(系統(tǒng)中心波長時折射率為1. 560326)作為透鏡材料。本發(fā)明的全球面投影物鏡的工作過程為將物面即掩膜置于第一正透鏡1前92 毫米處,各視場中心光線垂直入射第一正透鏡1,光線依次經(jīng)過第一透鏡組G1、第二透鏡組 G2、第三透鏡組G3、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5,最后將掩模所成的像縮小至四分之一成像在第八正透鏡觀后的像面即硅片上。各視場中心光線垂直入射像面,該投影系統(tǒng)為物方和像方雙遠心結(jié)構(gòu)。為滿足結(jié)構(gòu)參數(shù)要求,并進一步提高像質(zhì),對系統(tǒng)進行持續(xù)優(yōu)化,經(jīng)過優(yōu)化后各個表面的半徑與厚度間隔發(fā)生變化,本實施例的具體優(yōu)化措施為應(yīng)用光學(xué)設(shè)計軟件構(gòu)造優(yōu)化函數(shù),并加入像差與結(jié)構(gòu)限制參量,逐步優(yōu)化為現(xiàn)有結(jié)果。本實施例通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)照明光源為ArF激光器,投影光刻物鏡的數(shù)值孔徑NA = 0. 75,畸變小于lnm,均方根波像差小于lnm,光學(xué)系統(tǒng)縮小倍率為4倍。下表中的“序號”是從光線入射端開始排列,第一正透鏡1的光束入射面為序號 Si,光束出射面為序號S2,其它鏡面序號以此類推;“半徑”分別給出每個波面所對應(yīng)的球面半徑;“間距”給出相鄰兩個表面之間沿光軸的中心距離,如果兩個表面屬于同一塊鏡片, 則間距表示該鏡片的厚度。透鏡組的具體參數(shù)如下
序號半徑間距材料物面OO92. 00
權(quán)利要求
1.一種全球面投影物鏡,沿其光軸方向包括第一透鏡組(Gl)、第二透鏡組(G2)、第三透鏡組(G!3)、第四透鏡組(G4)和第五透鏡組(G5),所述透鏡均處于同一光軸,其特征在于 從光束入射方向順序第一透鏡組(Gl)具有正光焦度,第二透鏡組(6 具有負光焦度,第三透鏡組(G!3)具有正光焦度,第四透鏡組(G4)具有負光焦度,第五透鏡組(GO具有正光焦度,且所述透鏡均為球面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球面投影物鏡,其特征在于,第一透鏡組(Gl)包括第一正透鏡(1)、第二正透鏡O)、第一負透鏡C3)和第一彎月透鏡G)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球面投影物鏡,其特征在于,第二透鏡組(6 包括第二負透鏡(5)、第三負透鏡(6)和第四負透鏡(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球面投影物鏡,其特征在于,第三透鏡組(G!3)包括第二彎月透鏡(8)、第三彎月透鏡(9)、第四彎月透鏡(10)、第三正透鏡(11)、第四正透鏡 (12)、第五彎月透鏡(13)、第六彎月透鏡(14)和第七彎月透鏡(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球面投影物鏡,其特征在于,第四透鏡組(G4)包括第五負透鏡(16)和第六負透鏡(17)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球面投影物鏡,其特征在于,第五透鏡組(GO包括第八彎月透鏡(18)、第九彎月透鏡(19)、第五正透鏡(20)、第六正透鏡(21)、第七負透鏡 (22)、第七正透鏡(23)、第十彎月透鏡(M)、第十一彎月透鏡(25)、第十二彎月透鏡(沈)、 第八負透鏡、2 )和第八正透鏡08)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全球面投影物鏡,其特征在于,所述的第九彎月透鏡 (19)和第五正透鏡00)之間設(shè)置孔徑光闌。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球面投影物鏡,其特征在于,所述透鏡為熔石英玻璃, 其折射率是1.5603 。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種全球面投影物鏡,用于將物平面的圖像成像到像平面內(nèi)。該全球面投影物鏡系統(tǒng),沿其光軸方向包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組和第五透鏡組。從光束入射方向順序第一透鏡組G1具有正光焦度,第二透鏡組G2具有負光焦度,第三透鏡組G3具有正光焦度,第四透鏡組G4具有負光焦度,第五透鏡組G5具有正光焦度。且所述的全球面投影鏡組中所有鏡片都是球面,不含非球面。本發(fā)明的全球面投影鏡組能更好地補償像差,提升成像質(zhì)量,并提升了系統(tǒng)分辨力,提高光刻效率。
文檔編號G03F7/20GK102331616SQ20111018703
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者廖志杰, 廖志遠, 張海波, 朱紅偉, 林嫵媚, 邢廷文 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
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