專利名稱：一種浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微影工藝、半導(dǎo)體元件制作裝置中的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，屬于投影光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光刻是一種集成電路制造技術(shù)，它利用光學(xué)投影影像的原理將掩模板上的IC圖形以曝光的方式將高分辨率圖形轉(zhuǎn)移到涂膠硅片上的光學(xué)曝光過程，幾乎所有集成電路的制造都是采用光學(xué)投影光刻技術(shù)。最初，半導(dǎo)體器件制造，采用的是掩模與硅片貼在一起的接觸式光刻技術(shù)。1957年，接觸式光刻技術(shù)實現(xiàn)了特征尺寸(Feature Size)為20微米的動態(tài)隨機存儲器(DRAM, Dynamic Random Access Memory)的制造。之后，半導(dǎo)體行業(yè)引入掩模與硅片間具有一定間隙的接近式光刻技術(shù)，并分別于1971年和1974年制造出特征尺寸為10微米和6微米的DRAM。1978年，美國GCA公司研發(fā)了世界上第一臺分布重復(fù)投影光刻機，分辨率可達(dá)2微米，分布重復(fù)投影光刻機迅速成為半導(dǎo)體制造技術(shù)中的主流。分布重復(fù)投影光刻機的對準(zhǔn)精度可達(dá)±0.5 ym，與此前的光刻機相比，分步光刻機極大地改善了系統(tǒng)的分辨率和掩模/硅片套刻時的對準(zhǔn)精度。光刻技術(shù)是我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支持型技術(shù)之一，投影光刻裝置是大規(guī)模集成電路制造工藝的關(guān)鍵設(shè)備，高分辨率高精度投影光學(xué)系統(tǒng)是高尖端光刻機的核心部件，它的性能直接決定著光刻機的精度。目前國內(nèi)剛剛開始工作波長193nm的投影光學(xué)系統(tǒng)實用化研究，以往設(shè)計數(shù)值孔徑也都不很高，最高分辨力為0.35-0.5微米。由于分辨率低，不能制作出高精度高分辨率的圖形，已不能滿足大規(guī)模集成電路制造和研究的需求。由瑞利衍射定理可得到光刻機分辨力的公式如下:R = Ic1 入 /NA上式中R為光刻機的分辨力，k:為工藝系數(shù)因子，入為工作波長，NA為投影光刻物鏡的數(shù)值孔徑。因此，為了滿足更高的分辨率，需要將光源的波長縮短并增大投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑來實現(xiàn)，但是光源的波長縮短時，因為光學(xué)玻璃對光的吸收而用于投影光學(xué)系統(tǒng)的材料種類會受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題:為解決現(xiàn)有投影光學(xué)系統(tǒng)分辨率低的不足，提供一種可實現(xiàn)超高分辨率的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，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。本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，沿其光軸方向依次包括第一單元L1、第二單元L2、第三單元L3、第四單元L4和第五單元L5，其中第一單元L1、第二單元L2、第四單元L4和第五單元L5處于同一光軸；第一單元組LI具有正折光力，第二單元組L2具有正折光力，第三單元組L3具有正折光力，第四單元組L4具有負(fù)折光力，第五單元組L5具有負(fù)折光力。
所述第一單元LI包括第一正透鏡1、第二正透鏡2、第三正透鏡3和第四正透鏡4。所述第二單元L2包括第五正透鏡5、第一負(fù)透鏡6、第六正透鏡7、第七正透鏡8和第八正透鏡9。所述第三單元L3包括第一反射鏡10、第二負(fù)透鏡11、第九正透鏡12、第十正透鏡13、第二反射鏡14、第三反射鏡18。所述第四單元L4包括第三負(fù)透鏡19、第四負(fù)透鏡20、第五負(fù)透鏡21、第十一正透鏡22、第十二正透鏡23。所述第五單元L5包括第六負(fù)透鏡24、第七負(fù)透鏡25、第八負(fù)透鏡26、第九負(fù)透鏡27、第十負(fù)透鏡28、第^^一負(fù)透鏡29、第十二負(fù)透鏡30、第十三負(fù)透鏡31、第十四負(fù)透鏡32、像面33。所述第一單元L1、第二單元L2、第三單元L3、第四單元L4和第五單元L5內(nèi)的光學(xué)元件都是單片鏡，用光學(xué)元件外框上的機械組件固定各個光學(xué)元件之間的相對位置。所述的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)的折射鏡使用的光學(xué)材料都是熔石英。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:(I)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成能更好地補償像差，提升了成像質(zhì)量，并提升了系統(tǒng)分辨力，提高了光刻效率。(2)本發(fā)明的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA為1.35，工作波長為193納米，像方視場較大，為26_X5.5mm,由于物鏡數(shù)值孔徑很大，克服了現(xiàn)有投影光學(xué)系統(tǒng)分辨率低的不足，提高了光刻分辨率。(3)本發(fā)明的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)整體由32片透鏡構(gòu)成，全部為單片鏡，沒有采用膠合光學(xué)元件，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。(4)本發(fā)明的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)中的32片光學(xué)元件，由五個單元構(gòu)成，使用兩個反射鏡對光路進行了折轉(zhuǎn)，有效減小了系統(tǒng)長度。(5)本發(fā)明的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)采用了雙遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，能夠保證投影曝光光學(xué)系統(tǒng)的縮小倍率，且遠(yuǎn)心度高，物方為絕對遠(yuǎn)心，像方遠(yuǎn)心達(dá)到1.53mrad。(6)本發(fā)明所提出的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，可以應(yīng)用于照明光源波長為193nm的深紫外投影光刻裝置中。


圖1為本發(fā)明的一種浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)象散和場曲、畸變示意圖，其中左圖為象散和場曲圖，右圖為畸變圖。標(biāo)號說明:1-第一正透鏡、2-第二正透鏡、3-第三正透鏡、4-第四正透鏡、5-第五正透鏡、6-第一負(fù)透鏡、7-第六正透鏡、8第七正透鏡、9-第八正透鏡、10-第一反射鏡、11-第二負(fù)透鏡、12-第九正透鏡、13-第十正透鏡、14-第二反射鏡、18-第二反射鏡、19-第三負(fù)透鏡、20-第四負(fù)透鏡、21-第五負(fù)透鏡、22-第^^一正透鏡、23-第十二正透鏡、24-第六負(fù)透鏡、25-第七負(fù)透鏡、26-第八負(fù)透鏡、 27-第九負(fù)透鏡、28-第十負(fù)透鏡、29-第^^一負(fù)透鏡、30-第十二負(fù)透鏡、31-第十二負(fù)透鏡、32-第十四負(fù)透鏡、33-像面。
具體實施例方式如圖1所示，為本發(fā)明浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)布局示意圖，32片光學(xué)元件形成第一單元L1、第二單元L2、第三單元L3、第四單元L4和第五單元L5，依次從光束入射方向設(shè)置。第一單元LI為具有正折光力的單元組，包括第一正透鏡1、第二正透鏡2、第三正透鏡3和第四正透鏡4。光線投射到第一正透鏡I后經(jīng)第一正透鏡I會聚，再經(jīng)過第二正透鏡2會聚后到達(dá)第三正透鏡3，經(jīng)第一負(fù)透鏡3會聚后入射到第四正透鏡4。第二單元L2為具有正折光力的單元組，包括第五正透鏡5、第一負(fù)透鏡6、第六正透鏡7、第七正透鏡8和第八正透鏡9。光線從第一單元LI的第四正透鏡4會聚后經(jīng)過第五正透鏡5會聚進入第一負(fù)透鏡6，經(jīng)第一負(fù)透鏡6發(fā)散后到達(dá)第六正透鏡7，經(jīng)第六正透鏡7、第七正透鏡8和第八正透鏡9三次連續(xù)會聚后離開第二單元L2。第三單元L3為具有正折光力的單元組，包括第一反射鏡10、第二負(fù)透鏡11、第九正透鏡12、第十正透鏡13、第二反射鏡14、第三反射鏡18。該單元中位于第一反射鏡10和第二反射鏡14之間的透鏡因為光線反射使用了兩次，光線經(jīng)第一反射鏡10反射后到達(dá)第二負(fù)透鏡11，經(jīng)第二負(fù)透鏡11發(fā)散后進入第九正透鏡12，經(jīng)第九正透鏡12、第十正透鏡13連續(xù)會聚后到達(dá)第二反射鏡14，而后經(jīng)第三反射鏡18后離開第三單元L3。第四單元L4為具有負(fù)折光力的單元組，包括第三負(fù)透鏡19、第四負(fù)透鏡20、第五負(fù)透鏡21、第i^一正透鏡22、第十二正透鏡23。光線進入第四單元L4經(jīng)第三負(fù)透鏡19、第四負(fù)透鏡20、第五負(fù)透鏡21的連續(xù)發(fā)散后進入第i^一正透鏡22，經(jīng)第十一正透鏡22會聚后到達(dá)第十二正透鏡23，第十二正透鏡23對光線進行會聚后到達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的光闌。第五單元L5為具有負(fù)折光力的單元組，包括第六負(fù)透鏡24、第七負(fù)透鏡25、第八負(fù)透鏡26、第九負(fù)透鏡27、第十負(fù)透鏡28、第^^一負(fù)透鏡29、第十二負(fù)透鏡30、第十三負(fù)透鏡31、第十四負(fù)透鏡32、像面33。光線進入第四單元L4經(jīng)第六負(fù)透鏡24、第七負(fù)透鏡25、第八負(fù)透鏡26、第九負(fù) 透鏡27、第十負(fù)透鏡28、第^^一負(fù)透鏡29、第十二負(fù)透鏡30、第十三負(fù)透鏡31、第十四負(fù)透鏡32的連續(xù)發(fā)散后到達(dá)像面33。該光學(xué)系統(tǒng)通過三個反射鏡巧妙的將光學(xué)系統(tǒng)折疊，有效縮短了系統(tǒng)總長。本發(fā)明中所有透射鏡使用的都是熔石英材料，在中心波長193nm處時熔石英玻璃的折射率為1.560491。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。本發(fā)明實施例通過以下技術(shù)措施實現(xiàn):照明光源工作波長193納米，像方視場26mmX5.5mm，光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(NA)=L 35，光刻分辨力(R) =40納米，光學(xué)系統(tǒng)縮小倍率為4倍，投影曝光光學(xué)系統(tǒng)第一鏡子距離掩模42.10mm。本發(fā)明的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)的將物面即掩膜置于物鏡系統(tǒng)的第一正透鏡前42.10毫米處,各視場中心光線垂直入射第一正透鏡,該浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)在物方為物方遠(yuǎn)心，光線經(jīng)過LI單元組、L2單元組和L3單元組的連續(xù)會聚后進入L4單元組，然后經(jīng)過L4單元組和L5單元組的兩次發(fā)散，縮小四倍成像在像面即硅片上。浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)九個視場的主光線垂直入射像面,系統(tǒng)為像方遠(yuǎn)心光路。本發(fā)明的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)從掩膜面到硅片面的距離為1480mm，結(jié)構(gòu)緊湊。該系統(tǒng)的物方為絕對遠(yuǎn)心，像方遠(yuǎn)心度為1.53mrad,物方像方的遠(yuǎn)心度都很高，通過優(yōu)化各透鏡的曲率半徑、厚度以及改變各透鏡之間的間隔減小光學(xué)系統(tǒng)的各種像差，系統(tǒng)最終的畸變?yōu)樾∮贗nm,波像差小于lnm。在實際操作中，以上各透鏡的具體參數(shù)(如曲率半徑，透鏡厚度，透鏡間隔)可做一定的調(diào)整來滿足不同的系統(tǒng)參數(shù)要求。對本實施例制作的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)采用以下幾種評價手段進行測評:1、均方根波像差波像差是成像質(zhì)量很高的光學(xué)系統(tǒng)的都要用到的光學(xué)評價指標(biāo)，它可以直觀反應(yīng)低階像差和高階像差的情況。本實施例所設(shè)計的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，表I列出了各個視場以質(zhì)心為參考的各個視場的均方根波像差，其中《表示全視場，A表示波長，可知，該系統(tǒng)最大波像差為0.75納米。 表I各視場的均方根波像差
權(quán)利要求
1.一種浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:沿其光軸方向依次包括第一單元(LI)、第二單元(L2)、第三單元(L3)、第四單元(L4)和第五單元(L5)，其中第一單元(LI)、第二單元(L2)、第四單元(L4)和第五單元(L5)處于同一光軸； 第一單元(LI為具有正折光力的單元組，包括第一正透鏡(I )、第二正透鏡(2)、第三正透鏡(3)和第四正透鏡(4);光線投射到第一正透鏡(I)后經(jīng)第一正透鏡(I)會聚，再經(jīng)過第二正透鏡(2)會聚后到達(dá)第三正透鏡(3)，經(jīng)第一負(fù)透鏡(3)會聚后入射到第四正透鏡(4); 第二單元(L2)為具有正折光力的單元組，包括第五正透鏡(5)、第一負(fù)透鏡(6)、第六正透鏡(7)、第七正透鏡(8)和第八正透鏡(9);光線從第一單元(LI)的第四正透鏡(4)會聚后經(jīng)過第五正透鏡(5)會聚進入第一負(fù)透鏡(6)，經(jīng)第一負(fù)透鏡(6)發(fā)散后到達(dá)第六正透鏡(7)，經(jīng)第六正透鏡(7)、第七正透鏡(8)和第八正透鏡(9)三次連續(xù)會聚后離開第二單元(L2)； 第三單元(L3)為具有正折光力的單元組，包括第一反射鏡(10)、第二負(fù)透鏡(11)、第九正透鏡(12)、第十正透鏡(13)、第二反射鏡(14)、第三反射鏡(18);該單元中位于第一反射鏡(10)和第二反射鏡(14)之間的透鏡因為光線反射使用了兩次，光線經(jīng)第一反射鏡(10)反射后到達(dá)第二負(fù)透鏡(11)，經(jīng)第二負(fù)透鏡(11)發(fā)散后進入第九正透鏡(12)，經(jīng)第九正透鏡(12)、第十正透鏡(13)連續(xù)會聚后到達(dá)第二反射鏡(14)，而后經(jīng)第三反射鏡(18)后離開第三單元(L3)； 第四單元(L4)為具有負(fù)折光力的單元組，包括第三負(fù)透鏡(19)、第四負(fù)透鏡(20)、第五負(fù)透鏡(21)、第i^一正透鏡(22)、第十二正透鏡(23);光線進入第四單元(L4)經(jīng)第三負(fù)透鏡(19)、第四負(fù)透鏡(20)、第五負(fù)透鏡(21)的連續(xù)發(fā)散后進入第i^一正透鏡(22)，經(jīng)第十一正透鏡(22)會聚后到達(dá)第十二正透鏡(23)，第十二正透鏡(23)對光線進行會聚后到達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的光闌； 第五單元(L5)為具有負(fù)折光力的單元組,包括第六負(fù)透鏡(24)、第七負(fù)透鏡(25)、第八負(fù)透鏡(26)、第九負(fù) 透鏡(27)、第十負(fù)透鏡(28、第^^一負(fù)透鏡(29)、第十二負(fù)透鏡(30)、第十三負(fù)透鏡(31)、第十四負(fù)透鏡(32)、像面(33);光線進入第四單元(L4)經(jīng)第六負(fù)透鏡(24)、第七負(fù)透鏡(25)、第八負(fù)透鏡(26)、第九負(fù)透鏡(27)、第十負(fù)透鏡(28)、第i^一負(fù)透鏡(29)、第十二負(fù)透鏡(30)、第十三負(fù)透鏡(31)、第十四負(fù)透鏡(32)的連續(xù)發(fā)散后到達(dá)像面(33)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一單元(LI)、第二單元(L2)、第三單元(L3)、第四單元(L4)和第五單元(L5)內(nèi)的透鏡均是單片鏡，用光學(xué)元件外框上的機械組件固定各個光學(xué)元件之間的相對位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一單元(LI)、第二單元(L2)、第三單元(L3)、第四單元(L4)和第五單元(L5)內(nèi)的透鏡均使用的光學(xué)材料是熔石英。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA為1.35，工作波長為193納米，像方視場為26mmX5.5mm。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，用于將物平面的圖像成像到像平面內(nèi)。該浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)，沿其光軸方向包括第一單元、第二單元、第三單元、第四單元和第五單元。從光束入射方向依次排布第一單元組L1具有正折光力，第二單元組L2具有正折光力，第三單元組L3具有正折光力，第四單元組L4具有負(fù)折光力，第五單元組L5具有負(fù)折光力。本發(fā)明的浸沒式紫外光學(xué)系統(tǒng)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G02B1/00GK103149808SQ201310062008
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者白瑜, 邢廷文, 朱紅偉, 呂保斌, 鄧超, 廖志遠(yuǎn), 冉英華 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所