CN102279459B - 一种投影物镜 - Google Patents
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Abstract
一种投影物镜，用于把位于所述投影物镜的物平面内的图案投射到所述投影物镜像平面内，从所述物平面开始沿光轴依次设置：具有正光焦度的第一透镜组；具有正光焦度的第二透镜组；光焦度接近零的第三透镜组；具有正光焦度的第四透镜组。本发明使用较少的镜片完成1.25x放大倍率设计，同时实现了i线+/-5nm的光谱带宽，半视场大小100mm，保证了足够的曝光光强，这些都是为了满足高产率光刻设备需求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是一种用于光刻机的投影物镜。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用于工件上的装置。通常是将所需图案应用于工件上的目标部分上的装置。光刻装置能够被用于例如集成电路(IC)的制造。通常，光刻设备的范围包括但不限于：集成电路制造光刻装置、平板显示面板光刻装置、MEMS/MOEMS光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置、印刷电路板加工装置以及印刷电路板器件贴装装置等。
目前在半导体加工领域，微米级分辨率，高产率的投影光学系统需求日益增加。步进式光刻设备为了获得高产率，必须使用宽光谱光源如汞灯，具有大的成像范围，同时为了配合掩模尺寸，部分采用了1.25x放大倍率系统。
日本专利JP2006267383公开了一种1.25x放大倍率光刻投影物镜。使用曝光波长为I线，带宽为+/-3nm，半视场为93.5mm。
日本专利JP2007079015公开了另一种1.25x放大倍率投影物镜，该物镜使用曝光波长也为I线，带宽为+/-1.5nm，半视场也为93.5mm。
发明内容
发明的目的在于提供一种大曝光视场投影物镜，能校正多种像差，特别是畸变、场曲、像散、轴向色差、倍率色差，并实现物像空间的双远心。
一种投影物镜，用于把位于所述投影物镜的物平面内的图案投射到所述投影物镜像平面内，其特征在于从所述物平面沿光轴依次设置：具有正光焦度的第一透镜组；具有正光焦度的第二透镜组；光焦度接近零的第三透镜组；具有正光焦度的第四透镜组。其中，所述各透镜组满足以下关系式：
0.42＜f2/f1＜0.58 (1)
1.94＜f4/f1＜1.53 (2)
f1：第一透镜组的焦距；f2：第二透镜组的焦距；f4：第四透镜组的焦距。
其中，所述第一透镜组由五片透镜构成，光焦度依次为负、正、正、负、负；第一透镜组包含一子透镜组，所述子透镜组包括第一透镜组的第二、第三透镜；
所述第二透镜组由六片透镜构成，光焦度依次为负、正、正、正、正、负；所述第二透镜组包含第一和第二子透镜组，第一子透镜组包括第二透镜组的第一、第二、第三透镜，第二子透镜组包括第二透镜组的第四、第五、第六透镜；
所述第三透镜组由四片透镜构成，四片透镜的光焦度依次为负、负、正、正；所述第三透镜组包含第一和第二子透镜组，第一子透镜组光焦度为负，包括第三透镜组的第一、第二透镜，第二子透镜组光焦度为正，包括第三透镜组的第三、第四透镜；所述第三透镜组的光焦度接近于零；
所述第四透镜组由两片透镜构成，光焦度依次为正、负；
其中，各所述透镜满足以下关系式：
0.36＜f1-1n/f1＜0.47 (3)
0.7＜|f2-1n/f2-2n|＜1.4 (4)
-0.77＜f3-1n/f3-2n＜-0.45 (5)
-0.62＜f4-1/f4-2＜-0.35 (6)
其中：f1：第一透镜组的焦距；f1-1n：第一透镜组的子透镜组的焦距；f2-1n：第二透镜组的第一子透镜组的焦距；f2-2n：第二透镜组的第二子透镜组的焦距；f3-1n：第三透镜组的第一子透镜组的焦距；f3-2n：第三透镜组的第二子透镜组的焦距；f4-1：第四透镜组第一透镜的焦距；f4-2：第四透镜组第二透镜的焦距。
优选地，物镜材料阿贝数满足以下关系：
1.61＜V1-1/V1-2＜2.4 (7)
0.52＜V2-1/V2-2＜0.84 (8)
0.83＜V4-1/V4-2＜1.15 (9)
V1-1和V1-2：第一透镜组第一透镜和第二透镜的阿贝数；V2-1和V2-2：第二透镜组第一透镜和第二透镜的阿贝数；V4-1和V4-2：第四透镜组第一透镜和第二透镜的阿贝数。
其中，投影物镜的放大倍率为1.25倍。
其中，第一透镜组第一透镜为双凹透镜，由低色散材料构成；第一透镜组第二透镜为近似平凸透镜，近似平面面向物平面，由高色散材料构成；第一透镜组第三透镜为双凸透镜，由低色散材料构成；第一透镜组第四透镜为弯月式透镜，前后表面近似同心，凹面面向像平面，由高色散材料构成；第一透镜组第五透镜为面向物平面的弯月透镜，由低色散材料构成。
其中，第二透镜组第一透镜为双凹透镜，由低色散材料构成；第二透镜组第二透镜为双凸透镜，由低色散材料构成；第二透镜组第二透镜阿贝色散系数大于第二透镜组第一透镜的阿贝色散系数；第二透镜组第三透镜为双凸透镜，由低色散材料构成；第二透镜组第四透镜为双凸透镜，由低色散材料构成；第二透镜组第五透镜为近似平凸透镜，近似平面面向像平面，由低色散材料构成；第二透镜组第六透镜为双凹透镜，由高色散材料构成。
其中，第三透镜组第一透镜为双凹透镜，由高色散材料构成；第三透镜组第二透镜为弯月式透镜，凹面面向物平面，由低色散材料构成；第三透镜组第三透镜为近似平凸透镜，近似平面面向物平面，由高色散材料构成；第三透镜组第四透镜为弯月透镜，凹面弯向像平面，由低色散材料构成。
其中，第四透镜组第一透镜为近似平凸透镜，近似平面面向像平面，由高色散材料构成；第四透镜组第二透镜为双凹透镜，由高色散材料构成。
其中，光学系统至少包含两个弯月式透镜，且两个弯月式透镜凹面相对，弯月式透镜厚度与口径比大于1∶5。
其中低色散材料选自SFPL51Y_OHARA、BSM51Y_OHARA、SFSL5Y_OHARA、BSL7Y_OHARA。
高色散材料选自PBM18Y_OHARA、PBL6Y_OHARA、PBL25Y_OHARA。
所述投影物镜的半视场大小100mm。
本发明使用较少的镜片完成1.25x放大倍率设计，同时实现了i线+/-5nm的光谱带宽，半视场大小100mm，保证了足够的曝光光强，这些都是为了满足高产率光刻设备需求。
附图说明
图1所示为本发明投影物镜光学系统结构示意图；
图2所示为本发明投影物镜光学系统畸变曲线图；
图3所示为本发明投影物镜光学系统物方及像方远心曲线图；
图4所示为本发明投影物镜光学系统光线像差曲线。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
在本发明的一个实施例中，镜片数量为17片，各参数要求如表1所示。
表1
| 工作波长 | 365nm±5nm |
| 像方数值孔径NA | 0.1 |
| 放大倍率 | -1.25 |
| 像方视场(直径) | 200mm |
| 物像距离 | 1500mm |
如图1所示，为本发明投影物镜光学系统结构示意图。图中，物镜50为17片结构，全部为球面。分为四个透镜组G51、G52、G53、G54，光焦度分布为正、正、负、正。其中第三透镜组G53的光焦度在本实施例中为很小的负值，如果第三透镜组G53的光焦度变为很小的正值，也不会对设计造成太大影响，那种情况下四个透镜组G51、G52、G53、G54均为正透镜组。
第一透镜组G51由五片透镜构成，光焦度依次为负、正、正、负、负。第一透镜组G51包含一子透镜组G51-1n，子透镜组G51-1n包含第一透镜组G51的第二、第三透镜。
第二透镜组G52由六片透镜构成，光焦度依次为负、正、正、正、正、负。第二透镜组G52包含两子透镜组G52-1n和G52-2n，子透镜组G52-1n包含第二透镜组G51的第一、第二透镜、第三，子透镜组G52-2n包含第二透镜组G52的第四、第五、第六透镜。
第三透镜组G53由四片透镜构成，光焦度依次为负、负、正、正。第三透镜组G53包含两个子透镜组G53-1n，子透镜组G53-1n光焦度为负，包含第三透镜组G51的第一、第二透镜，子透镜组G53-2n光焦度为正，包含第三透镜组G53的第三、第四透镜。
第四透镜组G54由两片透镜构成，光焦度依次为正、负。
第一透镜组G51由五片透镜51、52、53、54、55构成。透镜51为双凹的负透镜，透镜52、53为正透镜。透镜54为弯月形透镜，前后表面近似同心，凹面542面向硅片面W。透镜55为弯向掩模面R的负透镜。透镜51、53、55由低色散材料构成，透镜52、54由高色散材料构成。
第二透镜组G52由六片透镜56、57、58、59、60、61构成。透镜56、57为负正光焦组合，透镜58、59、60全部为低色散材料构成的正透镜，透镜61为高色散材料构成的负透镜。
第三透镜组G53由四片透镜62、63、64、65构成，透镜62为高色散材料构成的双凹负透镜，透镜63为弯月式负透镜，其凹面631面向掩模面R，透镜63由低色散材料构成。透镜64、65为正透镜分别由高、低色散材料构成。
第四透镜组G54由两片透镜66、67构成，二者为正负透镜组合，全部由高色散材料构成。
以下透镜组G51、G52、G54、G54、及其子透镜组透镜间的关系式进一步确立了物镜像质优化的基础。
0.42＜f2/f1＜0.58 (1)
1.94＜f4/f1＜1.53 (2)
0.36＜f1-1n/f1＜0.47 (3)
0.7＜|f2-1n/f2_2n|＜1.4 (4)
-0.77＜f3-1n/f3-2n＜-0.45 (5)
-0.62＜f4-1/f4-2＜-0.35 (6)
1.61＜V1-1/V1-2＜2.4 (7)
0.52＜V2-1/V2-2＜0.84 (8)
0.83＜V4-1/V4-2＜1.15 (9)
其中：f1：透镜组G51的焦距；f2：透镜组G52的焦距；f4：透镜组G54的焦距；f1-1n：透镜组G51的子透镜组G51-1n的焦距；f2-1n：透镜组G52的第一子透镜组G52-1n的焦距；f2-2n：透镜组G52的第二子透镜组G52-2n的焦距；f3-1n：透镜组G53的第一子透镜组G53-1n的焦距；f3-2n：透镜组G53的第二子透镜组G53-2n的焦距；f4-1：透镜组G54第一透镜66的焦距；f4-2：透镜组G54第二透镜67的焦距；V1-1和V1-2：透镜组G51第一透镜51和第二透镜52的阿贝数；V2-1和V2-2：透镜组G52第一透镜56和第二透镜57的阿贝数；V4-1和V4-2：透镜组G54第一透镜66和第二透镜67的阿贝数。
关系式(1)-(9)定义了透镜组G51、G52、G53、G54及其子透镜组、透镜校正像差的结构关系。
本实施例中，孔径光阑AS位于第二透镜组G52的中间。
表2给出了本实例的投影物镜的具体设计值，正的半径值表示曲率中心在表面的右边，负的半径值代表曲率中心在表面的左边。光学元件厚度或两个光学元件之间的间隔是到下一个表面的轴上距离。所有尺寸单位都是毫米。
表2中，“S#”表示表面编号，“STOP”表示孔径光阑AS，半径项中，“INF”表示无穷大。
表2
| S# | 半径 | 厚度与间距 | 材料 | 备注 |
| 0 | INF | 66.8140 | 物方工作距离 | |
| 1 | -688.515 | 49.5718 | SFSL5Y_OHARA | L1 |
| 2 | 407.581 | 24.3827 | ||
| 3 | -1521.410 | 51.5665 | PBM18Y_OHARA | L2 |
| 4 | -267.996 | 23.6827 | ||
| 5 | 686.172 | 54.5531 | SFSL5Y_OHARA | L3 |
| 6 | -254.331 | 3.5713 | ||
| 7 | 186.521 | 52.1353 | PBL6Y_OHARA | L4 |
| 8 | 132.928 | 46.2610 | ||
| 9 | -359.942 | 25.0681 | SFSL5Y_OHARA | L5 |
| 10 | -2304.680 | 193.2250 | ||
| 11 | -167.303 | 25.0092 | BSM51Y_OHARA | L6 |
| 12 | 411.741 | 6.0650 | ||
| 13 | 536.326 | 29.6782 | SFPL51Y_OHARA | L7 |
| 14 | -195.888 | 38.3671 | ||
| 15 | 605.737 | 25.0162 | SFPL51Y_OHARA | L8 |
| 16 | -379.401 | 1.0000 | ||
| 17 | INF | 1.0000 | (Stop) | |
| 18 | 237.129 | 27.8987 | SFPL51Y_OHARA | L9 |
| 19 | -512.670 | 1.0000 | ||
| 20 | 197.540 | 42.5737 | BSL7Y_OHARA | L10 |
| 21 | 5258.507 | 8.3732 | ||
| 22 | -635.290 | 30.9906 | PBL25Y_OHARA | L11 |
| 23 | 126.506 | 121.9526 | ||
| 24 | -283.461 | 25.0000 | PBL25Y_OHARA | L12 |
| 25 | 1046.932 | 38.0477 | ||
| 26 | -107.757 | 54.2137 | BSM51Y_OHARA | L13 |
| 27 | -168.875 | 1.0000 | ||
| 28 | 7513.538 | 32.2245 | PBM18Y_OHARA | L14 |
| 29 | -322.163 | 1.0000 | ||
| 30 | 260.242 | 40.2051 | SFSL5Y_OHARA | L15 |
| 31 | 331.304 | 147.1265 | ||
| 32 | 327.580 | 32.9777 | PBM18Y_OHARA | L16 |
| 33 | 3918.626 | 38.9866 | ||
| 34 | -825.027 | 25.0843 | PBL25Y_OHARA | L17 |
| 35 | 5058.701 | 100.1005 | 像方工作距离 |
图2表明本实施例畸变良好；
图3表明本实施例的物方及像方远心均校正在10mrad左右；
图4中的光线像差曲线表明本实施例的像质校正情况较好，实现了i线+/-5nm内的良好像质。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (11)
1.一种投影物镜，用于把位于所述投影物镜的物平面内的图案投射到所述投影物镜像平面内，其特征在于从所述物平面开始沿光轴依次设置：
具有正光焦度的第一透镜组；
具有正光焦度的第二透镜组；
光焦度接近零的第三透镜组；
具有正光焦度的第四透镜组；
其中：所述各透镜组满足以下关系式：
0.42＜f2/f1＜0.58 (1)
1.94＜f4/f1＜1.53 (2)
f1：第一透镜组的焦距；f2：第二透镜组的焦距；f4：第四透镜组的焦距；
所述第一透镜组由五片透镜构成，光焦度依次为负、正、正、负、负；第一透镜组包含一子透镜组，所述子透镜组包括第一透镜组的第二、第三透镜；
所述第二透镜组由六片透镜构成，光焦度依次为负、正、正、正、正、负；所述第二透镜组包含第一和第二子透镜组，第一子透镜组包括第二透镜组的第一、第二、第三透镜，第二子透镜组包括第二透镜组的第四、第五、第六透镜；
所述第三透镜组由四片透镜构成，四片透镜的光焦度依次为负、负、正、正；所述第三透镜组包含第一和第二子透镜组，第一子透镜组光焦度为负，包括第三透镜组的第一、第二透镜，第二子透镜组光焦度为正，包括第三透镜组的第三、第四透镜；所述第三透镜组的光焦度接近于零；
所述第四透镜组由两片透镜构成，光焦度依次为正、负；
其中，各所述透镜满足以下关系式：
0.36＜f1-1n/f1＜0.47 (3)
0.7＜|f2-1n/f2-2n|＜1.4 (4)
-0.77＜f3-1n/f3-2n＜-0.45 (5)
-0.62＜f4-1/f4-2＜-0.35 (6)
其中：f1：第一透镜组的焦距；f1-1n：第一透镜组的子透镜组的焦距；f2-1n：第二透 镜组的第一子透镜组的焦距；f2-2n：第二透镜组的第二子透镜组的焦距；f3-1n：第三透镜组的第一子透镜组的焦距；f3-2n：第三透镜组的第二子透镜组的焦距；f4-1：第四透镜组第一透镜的焦距；f4-2：第四透镜组第二透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的投影物镜，其特征在于物镜材料阿贝色散系数满足以下关系：
1.61＜V1-1/V1-2＜2.4 (7)
0.52＜V2-1/V2-2＜0.84 (8)
0.83＜V4-1/V4-2＜1.15 (9)
V1-1和V1-2：第一透镜组第一透镜和第二透镜的阿贝色散系数；V2-1和V2-2：第二透镜组第一透镜和第二透镜的阿贝色散系数；V4-1和V4-2：第四透镜组第一透镜和第二透镜的阿贝色散系数。
3.根据权利要求2所述投影物镜，其特征在于所述投影物镜的放大倍率为1.25倍。
4.根据权利要求2所述投影物镜，其特征在于第一透镜组第一透镜为双凹透镜，由低色散材料构成；第一透镜组第二透镜为近似平凸透镜，近似平面面向物平面，由高色散材料构成；第一透镜组第三透镜为双凸透镜，由低色散材料构成；第一透镜组第四透镜为弯月式透镜，前后表面近似同心，凹面面向像平面，由高色散材料构成；第一透镜组第五透镜为弯向掩模面的弯月透镜，由低色散材料构成，掩模面与物平面位于所述投影物镜同一侧。
5.根据权利要求2所述投影物镜，其特征在于第二透镜组第一透镜为双凹透镜，由低色散材料构成；第二透镜组第二透镜为双凸透镜，由低色散材料构成；第二透镜组第二透镜阿贝色散系数大于第二透镜组第一透镜的阿贝色散系数；第二透镜组第三透镜为双凸透镜，由低色散材料构成；第二透镜组第四透镜为双凸透镜，由低色散材料构成；第二透镜组第五透镜为近似平凸透镜，近似平面面向像平面，由低色散材料构成；第二透镜组第六透镜为双凹透镜，由高色散材料构成。
6.根据权利要求2所述投影物镜，其特征在于第三透镜组第一透镜为双凹透镜，由高色散材料构成；第三透镜组第二透镜为弯月式透镜，凹面面向物平面，由低色散材料构成；第三透镜组第三透镜为近似平凸透镜，近似平面面向物平面，由高色散材料构成；第三透镜组第四透镜为弯月透镜，凹面弯向像平面，由低色散材料构成。
7.根据权利要求2所述投影物镜，其特征在于第四透镜组第一透镜为近似平凸透镜，近似平面面向像平面，由高色散材料构成；第四透镜组第二透镜为双凹透镜，由高色散材料构成。
8.根据权利要求2所述投影物镜，其特征在于光学系统至少包含两个弯月式透镜，且两个弯月式透镜凹面相对，弯月式透镜厚度与口径比大于1∶5。
9.根据权利要求4或5或6或7所述投影物镜，其中低色散材料选自SFPL51Y_OHARA、BSM51Y_OHARA、SFSL5Y_OHARA、BSL7Y_OHARA。
10.根据权利要求4或5或6或7所述投影物镜，其中高色散材料选自PBM18Y_OHARA、PBL6Y_OHARA、PBL25Y_OHARA。
11.根据权利要求1所述投影物镜，其特征在于所述投影物镜的半视场大小100mm。
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| JP特表2007-531024A 2007.11.01 |
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