一種用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于微納加工設備中的光學系統(tǒng)設計的技術領域，特別涉及一種用于光刻 系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡。
【背景技術】
[0002] 光刻設備是一種將所需圖案應用于工件上的裝置。通常是將所需圖案應用于工件 上目標部分上的裝置。光刻裝置能夠被用于許多微納加工領域，如集成電路的制造。通常光 刻設備的應用包括但不限于集成電路制造光刻裝置、平板顯示面板光刻裝置、MEMS/M0EMS 光刻裝置、先進封裝光刻裝置等。雖然微納加工領域，微米級分辨率，高產率的投影光學系 統(tǒng)需求日益增加，但成熟生產線都十分依賴進口設備，致使成本較高。所以投影光刻是微納 加工生產線國產化需要攻克的核心設備之一。
[0003] 國內現(xiàn)有光刻機主要存在圖像傳輸能力差和生產效率低兩個問題。而造成這兩個 問題的主要原因就是國內缺乏一種成像質量好，成本低，易于加工的光刻投影物鏡。隨著各 行各業(yè)對微納加工的需求不斷擴大，急需降低生產成本，提高生產效率。光刻系統(tǒng)為了獲得 高產率，同時為了簡化設計，傾向于采用單倍放大倍率的系統(tǒng)。
[0004] 日本專利JP2002072080A介紹了另一種單倍放大倍率的投影物鏡，該物鏡同樣采 用多個透鏡結構，包括32個鏡片，包含多個非球面鏡，致使成本較高，且非球面鏡加工難度 較大。
[0005] 中國專利CN102279457A所介紹的單倍放大倍率的投影物鏡，該物鏡同樣采取多 個透鏡結構，包括16片透鏡，其物象共輒總長為1650mm。雖然鏡片數(shù)目減少，且全部為球面 鏡，但其共輒總長較長，在實際的光刻系統(tǒng)中，不利于整機裝配。
[0006]目前國內外成熟的光刻物鏡和現(xiàn)有的一些相關專利中大多采用20枚以上的鏡 片，光學結構十分復雜，成本較高。同時，目前大多光刻物鏡的共輒距較長，大部分約1500mm 左右，結構不緊湊，體積大，不易于光刻系統(tǒng)整機裝配。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于設計一種用于光刻系統(tǒng)的雙遠心光刻投影物鏡，該物鏡能平衡 好各類像差，達到較高的圖像傳輸能力，并且保證物方和像方雙遠心特性，可達到較高的成 像質量。同時，要求盡可能使用較少的鏡片數(shù)，使成本較低，共輒距短，結構較為緊湊，體積 小，質量輕，易于裝配。
[0008] 本發(fā)明采用的技術方案為：一種用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，用于 將光刻圖案投射到所述投影物鏡像平面內，沿光軸方向從物面一側依次設置有前后兩透鏡 組共12片透鏡，以及中心孔徑光闌，其中前組包括Ll~L6六片透鏡，后組包括L7~L12 六片透鏡，且均為球面鏡，其中第1枚即Ll和第12枚即L12為負透鏡，其余為正透鏡；中心 孔徑光闌置于前組第六片透鏡后19. 33mm處，距后組第一面透鏡距離為17. 74mm。
[0009] 該光刻投影物鏡12片鏡片構成一個物方遠心和像方遠心的雙遠心光路，物方和 像方遠心度均保持在±0. 5度以內，這樣設計可以保證物面、像面有一定偏離的情況下，依 然保證鏡頭有良好的成像質量以及相同的放大倍率。
[0010] 該光刻投影物鏡該光學系統(tǒng)共輒總長（即物方到像方）為L = 419mm，物方工作距 為80mm，像方工作距為71. 74mm，放大倍率為M = - Ix倍。
[0011] 該光刻投影物鏡的中心孔徑光闌位于前組的像方焦平面上，同時也是后組的物方 焦面，這使得其放大倍率恒定，不隨景深變化而變化，無視差，且其前組與后組關于孔徑光 闌前后使用相同的鏡片材料和結構，只是細微調整空氣間隔，形成為類似對稱結構，便于平 衡校正各類像差，保證良好的成像質量，同時給加工制作帶來便利。
[0012] 該光刻投影物鏡的各鏡片材料牌號分別為H-K9L，H-QK3以及QF5的玻璃，經過實 際測試，該三種國產玻璃材料對常見波長光源的成像性能較好，且都為普通常見玻璃，生產 廠家為成都光明光電有限公司。
[0013] 該光刻物鏡采用國產玻璃優(yōu)化設計之后，本發(fā)明分辨率σ約為5um，畸變控制在 全視場的0.0003%以下。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：
[0015] (1)、本發(fā)明的光刻投影物鏡結構具有雙遠心特性，其放大倍率恒定，不隨景深變 化而變化，無視差。
[0016] (2)、本發(fā)明其前組與后組關于孔徑光闌前后使用相同的鏡片材料和結構，只是細 微調整空氣間隔，形成為類似對稱結構，便于平衡校正各類像差，保證良好的成像質量，同 時給加工制作帶來便利。
[0017] (3)、本發(fā)明的光刻投影物鏡使用較少的鏡片，且都是易于加工的球面鏡，其材料 為較為常見的國產玻璃，成本較低，結構緊湊，共輒總長較短，易于裝配。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡結構示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡MTF曲線。
[0020] 圖3為本發(fā)明用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡像差曲線。
[0021] 圖4為本發(fā)明用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡點擴散斑圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖以及具體實施例對本
【發(fā)明內容】
作進一步的說明。
[0023] 本發(fā)明的結構如圖1所示，一種用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，該物 鏡的物像共輒總長為L = 419mm ;工作波長為365nm ;其物方半視場高度為36mm，像方掩模 板尺寸為36mmX 36mm，物方工作距為80. 8mm，像方工作距為74. 14mm ;光學結構為雙遠心結 構；沿光軸方向從物面一側依次設置有前后兩透鏡組共12片透鏡，鏡片編號Ll~L12,其 中Ll~L6為前組，L7~L12為后組，且均為球面鏡；并將中心孔徑光闌位于前組的像方焦 平面上，同時也是后組的物方焦面，也即是置于前組第六片透鏡后19. 33mm處，距后組第一 面透鏡距離為17. 74_。其具體的系統(tǒng)結構參數(shù)如下表1所示，其中，鏡片Ll的離物面近的 表面的表面序號為1，另一表面的表面序號為2,然后依次編號，鏡片L7的離物面近的表面 的表面序號為14,另一表面的表面序號為15,然后依次編號。

[0027] 以汞燈作為光源，出射光線經濾光準直勻光后，均勻照明到掩膜圖像，該圖像經過 本發(fā)明設計的光刻投影物鏡，成一一 Ix倍像于像面上（勻好膠的硅片上）。本物鏡前后兩組 12片鏡片構成一個物方遠心和像方遠心的雙遠心光路，物方和像方遠心度均保持在±0. 5 度以內，這樣設計可以保證物面、像面有一定偏離的情況下，依然保證鏡頭有良好的成像質 量以及相同的放大倍率。
[0028] 本設計中前組與后組透鏡關于孔徑光闌前后使用相同的鏡片材料和結構，只是細 微調整空氣間隔，形成為類似對稱結構，便于平衡校正各類像差，保證良好的成像質量，同 時給加工制作帶來便利。各鏡片材料牌號分別為H-K9L，H-QK3以及QF5的玻璃，經過實際 測試，該三種國產玻璃材料在i線成像中性能較好，透過率較高，且都為普通常見玻璃，生 產廠家為成都光明光電有限公司。牌號為H-K9L，H-QK3以及QF5三種玻璃材料在365nm下 的參數(shù)如下表2所示：
[0029] 表2三種玻璃材料折射率（n365)及阿貝數(shù)（V )表
[0031] 上述表2阿貝數(shù)的計算公式為
分別為曝光中心 波長和波段上下線所對應的折射率。阿貝數(shù)主要用來衡量某一玻璃材料或介質在對應波段 內的色散程度。其值與玻璃色散能力成反比。
【主權項】
1. 一種用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，用于將光刻圖案投射到所述投影物 鏡像平面內，其特征在于：沿光軸方向從物面一側依次設置有前后兩透鏡組共12片透鏡， 以及中心孔徑光闌，其中前組包括L1~L6六片透鏡，后組包括L7~L12六片透鏡，且均為 球面鏡，其中第1枚即L1和第12枚即L12為負透鏡，其余為正透鏡；中心孔徑光闌置于前 組第六片透鏡后19. 33mm處，距后組第一面透鏡距離為17. 74mm。2. 根據(jù)權利要求1所述的用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，其特征在于：12 片鏡片構成一個物方遠心和像方遠心的雙遠心光路，物方和像方遠心度均保持在±0. 5度 以內，這樣設計可以保證物面、像面有一定偏離的情況下，依然保證鏡頭有良好的成像質量 以及相同的放大倍率。3. 根據(jù)權利要求1所述的用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，其特征在于： 該光學系統(tǒng)共輒總長（即物方到像方）為L= 419mm，物方工作距為80mm，像方工作距為 71. 74mm，放大倍率為Μ= -lx倍。4. 根據(jù)權利要求1所述的用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，其特征在于：中 心孔徑光闌位于前組的像方焦平面上，同時也是后組的物方焦面，這使得其放大倍率恒定， 不隨景深變化而變化，無視差，該物鏡前組與后組關于孔徑光闌前后使用相同的鏡片材料 和結構，細微調整空氣間隔，形成為類似對稱結構，便于平衡校正各類像差，保證良好的成 像質量，同時給加工制作帶來便利。5. 根據(jù)權利要求1、2或3所述的用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，其特征在 于：其鏡片材料牌號分別為H-K9L，H-QK3以及QF5的玻璃，生產廠家為成都光明光電有限公 司。6. 根據(jù)權利要求5所述的用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，其特征在于：采 用國產玻璃優(yōu)化設計之后，該物鏡分辨率〇接近5μπι，畸變控制在全視場的0.0003%以 下。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于光刻系統(tǒng)的單倍雙遠心光刻投影物鏡，其采用了雙遠心結構，主要用于將光刻圖案投射到所述投影物鏡像平面內。該單倍雙遠心物鏡包括從所述物平面沿光軸依次設置了共12片透鏡，其中第1枚和第12枚透鏡為負透鏡，其余均為正透鏡。該物鏡前組與后組關于孔徑光闌前后使用相同的鏡片材料和結構，細微調整空氣間隔，形成為類似對稱結構。該物鏡共軛總長(物方到像方)為L＝419mm，像方工作距為71.74mm。物方、像方遠心度均控制在±0.5度以內，放大倍率為-1倍。本發(fā)明能夠良好的校正多種像差、畸變。該物鏡共軛總長較短，鏡片較少，結構緊湊，并保證物方和像方雙遠心特性，可以滿足高像質光刻設備要求。
【IPC分類】G03F7/20
【公開號】CN105259740
【申請?zhí)枴緾N201510862320
【發(fā)明人】鄧茜, 劉俊伯, 趙立新, 胡松, 司新春, 鄧欽元, 周毅, 程依光
【申請人】中國科學院光電技術研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年12月1日