一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，用于將物平面的圖像成像到像平面內(nèi)。該紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，沿其光軸方向包括透射組1、透射組2、透射組3、透射組4、透射組5、透射組6和透射組7，從光束入射方向依次排布透射組1具有正光焦度，透射組2具有負(fù)光焦度，透射組3具有正光焦度，透射組4具有負(fù)光焦度，透射組5具有負(fù)光焦度，透射組6具有正光焦度，透射組7具有正光焦度，本發(fā)明的紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)具有高像質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，可將將物平面的圖像縮小0.25倍成像到像平面內(nèi)。
【專利說明】一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于投影光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其為用于微影工藝、半導(dǎo)體元件制作裝置中的非球面紫外光刻物鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]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(jìn)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(jìn)掃描光刻(scanner)的發(fā)展過程。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類半導(dǎo)體芯片廣泛應(yīng)用于航空航天軍事領(lǐng)域和計算機等民用領(lǐng)域，隨著對設(shè)備性能要求的不斷提高，對半導(dǎo)體芯片的分辨率要求越來越高。目前國際上光刻機的制造幾乎處于壟斷地位，最大的3家生產(chǎn)商為荷ASML，Nikon和Canon。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。
[0003]由瑞利衍射定理可得到光刻機分辨力的公式如下:
[0004]R = Ic1 λ /NA
[0005]上式中R為光刻機的分辨力，kl為工藝系數(shù)因子，λ為工作波長，NA為投影光刻物鏡的數(shù)值孔徑。
[0006]由以上公式可知，為了獲得更高的分辨率，可以通過縮短光源的波長，或者增大投影光刻物鏡的數(shù)值孔徑來實現(xiàn)，但是光源波長縮短時，由于光學(xué)玻璃對光的吸收而用于投影光刻物鏡的材料種類會受到很大限制。本發(fā)明提出了一種數(shù)值孔徑為0.75的紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，對于高端光刻機中的投影曝光光學(xué)系統(tǒng)有一定的參考價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決現(xiàn)有光刻物鏡像質(zhì)較差的不足，提出了一種工作波長為193nm，數(shù)值孔徑為0.75的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，該鏡頭具有高像質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，可將將物平面的圖像縮小0.25倍成像到像平面內(nèi)。
[0008]一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，沿其光軸方向依次包括透射組1、透射組
2、透射組3、透射組4、透射組5、透射組6和透射組7，所有透射組均處于同一光軸，其特征在于，透射組I具有正光焦度，透射組2具有負(fù)光焦度，透射組3具有正光焦度，透射組4具有負(fù)光焦度，透射組5具有負(fù)光焦度，透射組6具有正光焦度，透射組7具有正光焦度。
[0009]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，透射組I包括第一平板保護(hù)窗口 1、第一正透鏡2、第一負(fù)透鏡3。
[0010]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，透射組2包括第二負(fù)透鏡4、第三負(fù)透鏡5。
[0011]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，透射組3包括第二正透鏡6、第三正透鏡7、第四正透鏡8。
[0012]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，透射組4包括第五正透鏡9、第四負(fù)透鏡10。
[0013]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，透射組5包括第五負(fù)透鏡11、第六負(fù)透鏡12、第六正透鏡13、第七正透鏡14、第八正透鏡15。
[0014]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，透射組6包括第七負(fù)透鏡16、第九正透鏡17。 [0015]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，透射組7包括第十正透鏡18、第十一正透鏡19、第八負(fù)透鏡20、第十二正透鏡21、第十三正透鏡22、第二平板保護(hù)窗口 23和像面24。
[0016]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)透射鏡使用的光學(xué)材料都是熔石英。
[0017]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌設(shè)置在透射組5和透射組6之間。
[0018]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的束腰(通光口徑最小的鏡片)設(shè)置在透射組5中。
[0019]所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)含有八個非球面，分別在第一負(fù)透鏡3、第二負(fù)透鏡4、第三負(fù)透鏡5、第四負(fù)透鏡10、第五負(fù)透鏡11、第八負(fù)透鏡20、第十二正透鏡21上。
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021]1、本發(fā)明的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0.75，工作波長為193納米，像方視場為26mmX10.5mm，物鏡數(shù)值孔徑較大，提高了光刻分辨率。
[0022]2、本發(fā)明的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)由透射組1、透射組2、透射組3、透射組4、透射組
5、透射組6和透射組7構(gòu)成，七個透射組同軸，減小了裝調(diào)集成難度。
[0023]3、本發(fā)明的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)中透射組I包含3片透鏡，透射組2包含2片透鏡，透射組3包含3片透鏡，透射組4包含2片透鏡，透射組5包含5片透鏡，透射組6包含2片透鏡，透射組7包含6片透鏡，所有透射組內(nèi)的鏡子均為單片鏡，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
[0024]4、本發(fā)明的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)具有良好的成像特性。
[0025]本發(fā)明所提出的高像質(zhì)投影光學(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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]標(biāo)號說明:1-保護(hù)窗口、2-第一正透鏡、3-第一負(fù)透鏡、4-第二負(fù)透鏡、5-第三負(fù)透鏡、6-第二正透鏡、7-第三正透鏡、8第四正透鏡、9-第五正透鏡、10-第四負(fù)透鏡、11-第五負(fù)透鏡、12-第六負(fù)透鏡、13-第六正透鏡、14-第七正透鏡、15-第八正透鏡、16-第七負(fù)透鏡、17-第九正透鏡、18-第十正透鏡、19-第十一正透鏡、20-第八負(fù)透鏡、21-第十二正透鏡、22-第十三正透鏡、23-第二平板保護(hù)窗口、24-像面。
【具體實施方式】
[0028]為了更好地說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)
一步說明。
[0029]圖1為本發(fā)明紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)布局示意圖，23片光學(xué)元件形成透射組1、透射組2、透射組3、透射組4、透射組5、透射組6、透射組7，依次從光束入射方向設(shè)置。
[0030]透射組I為具有正光焦度的透射組，包括第一平板保護(hù)窗口 1、第一正透鏡2、第一負(fù)透鏡3，光線由物面投射經(jīng)過透射組I會聚后進(jìn)入透射組2。
[0031]透射組2為具有負(fù)光焦度的透射組，包括第二負(fù)透鏡4、第三負(fù)透鏡5。光線由透射組I進(jìn)入透射組2后，經(jīng)過透射組2發(fā)散后離開透射組2。
[0032]透射組3為具有正光焦度的透射組，包括第二正透鏡6、第三正透鏡7、第四正透鏡
8。光線由透射組2進(jìn)入透射組3后，經(jīng)過透射組3會聚后離開透射組3。
[0033]透射組4為具有負(fù)光焦度的透射組，包括第五正透鏡9、第四負(fù)透鏡10。光線由透射組3進(jìn)入透射組4后，經(jīng)過透射組4發(fā)散后離開透射組4。
[0034]透射組5為具有負(fù)光焦度的透射組,包括第五負(fù)透鏡11、第六負(fù)透鏡12、第六正透鏡13、第七正透鏡14、第八正透鏡15。光線由透射組4進(jìn)入透射組5后，經(jīng)過透射組5發(fā)散后離開透射組5。
[0035]透射組6為具有正光焦度的透射組，包括第七負(fù)透鏡16、第九正透鏡17。光線由透射組5進(jìn)入透射組6后，經(jīng)過透射組6會聚后離開透射組6。
[0036]透射組7為具有正光焦度的透射組，包括第十正透鏡18、第^^一正透鏡19、第八負(fù)透鏡20、第十二正透鏡21、第十三正透鏡22、第二平板保護(hù)窗口 23和像面24。光線由透射組6進(jìn)入透射組7后，經(jīng)過透射組7會聚后到達(dá)像面。
[0037]該紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)中所有透射鏡使用的都是熔石英材料，在中心波長193nm處時熔石英玻璃的透射率為1.560219。
[0038]為提高紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)，以物鏡各個表面的半徑、厚度、間隔、非球面系數(shù)作為變量，應(yīng)用光學(xué)設(shè)計軟件Code-v構(gòu)造特定的優(yōu)化函數(shù)，對系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，逐步優(yōu)化為現(xiàn)有結(jié)果。
[0039]本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26mmX 10.5mm,光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(NA) =0.75，光學(xué)系統(tǒng)縮小倍率為4倍，高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)第一鏡子距離物面60_，光線由物面處發(fā)出經(jīng)透射組1、透射組2、透射組3、透射組
4、透射組5、透射組6和透射組7后成縮小四倍的像到達(dá)像面即硅片上。
[0040]本發(fā)明的紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)從掩膜面到硅片面的距離為1250mm，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。通過優(yōu)化各透鏡的曲率半徑、厚度、非球面系數(shù)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。
[0041]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。表2列出了本實施例所設(shè)計的紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)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H、f2、f3、f4、f5表示5個視場，λ表示波長，可知，該系統(tǒng)最大波像差為0.56nm。
[0042]表1紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的波像差
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，沿其光軸方向依次包括透射組1、透射組2、透射組3、透射組4、透射組5、透射組6和透射組7，所有透射組均處于同一光軸，其特征在于，透射組I具有正光焦度，透射組2具有負(fù)光焦度，透射組3具有正光焦度，透射組4具有負(fù)光焦度，透射組5具有負(fù)光焦度，透射組6具有正光焦度，透射組7具有正光焦度； 透射組I包括第一平板保護(hù)窗口(I)、第一正透鏡(2)、第一負(fù)透鏡(3)； 透射組2包括第二負(fù)透鏡(4)、第三負(fù)透鏡(5)； 透射組3包括第二正透鏡(6 )、第三正透鏡(7 )、第四正透鏡(8 ); 透射組4包括第五正透鏡(9)、第四負(fù)透鏡(10)； 透射組5包括第五負(fù)透鏡(11)、第六負(fù)透鏡(12)、第六正透鏡(13)、第七正透鏡(14)、第八正透鏡(15)； 透射組6包括第七負(fù)透鏡(16)、第九正透鏡(17); 透射組7包括第十正透鏡(18)、第十一正透鏡(19)、第八負(fù)透鏡(20)、第十二正透鏡(21)、第十三正透鏡(22)、第二平板保護(hù)窗口(23)和像面(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)透射鏡使用的光學(xué)材料都是熔石英。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌設(shè)置在透射組5和透射組6之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)的束腰(`通光口徑最小的鏡片)設(shè)置在透射組5中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:紫外波段的高像質(zhì)投影光學(xué)系統(tǒng)含有八個非球面，分別在第一負(fù)透鏡(3)、第二負(fù)透鏡(4)、第三負(fù)透鏡(5)、第四負(fù)透鏡(10)、第五負(fù)透鏡(11)、第八負(fù)透鏡(20)、第十二正透鏡(21)上。
【文檔編號】G03F7/20GK103698885SQ201410004957
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】白瑜, 邢廷文, 林嫵媚, 朱紅偉, 呂保斌, 鄧超, 廖志遠(yuǎn) 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所