CN102298196A - 一种大视场宽谱线光刻投影物镜 - Google Patents

一种大视场宽谱线光刻投影物镜 Download PDF

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CN102298196A CN2010102055829A CN201010205582A CN102298196A CN 102298196 A CN102298196 A CN 102298196A CN 2010102055829 A CN2010102055829 A CN 2010102055829A CN 201010205582 A CN201010205582 A CN 201010205582A CN 102298196 A CN102298196 A CN 102298196A
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Abstract

一种大视场宽谱线光刻投影物镜，把掩模的图像聚焦成像在硅片上，从掩模开始沿光轴依次设置前组透镜组，孔径光阑，后组透镜组。前组透镜组由三组透镜组组成，后组透镜组相对孔径光阑与前组透镜组对称。本发明提出的大视场宽波段光刻镜头，像方半视场为100mm，适用g线，h线和i线波段，能够收集到足够的汞灯光谱能量，便于达到较高的产率，并且数值孔径达到0.1，能够用于曝光微细线条，同时结构较简单，只包含16-18片镜片。

Description

一种大视场宽谱线光刻投影物镜
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种可以应用在步进曝光设备中的光刻投影物镜。
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。通常是利用辐射束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。
中国专利CN 101063743公开了一种光刻镜头，适用于g线和i线，数值孔径为0.13，像方视场仅为31.466mm，包含12个镜片。该结构视场较小，且使用的光谱仅为g线和i线，无法满足产率需求。
日本专利JP2000199850公开了一种光刻镜头，适用于g线和h线，数值孔径为0.1，像方半视场为117mm。包含38个镜片。该物镜结构较复杂，并且光谱仅为g线和h线。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种光刻镜头，可以提供足够大的视场，并且适用于更宽的谱线波段，同时结构比较简单。
一种大视场宽谱线光刻投影物镜，把掩模的图像聚焦成像在硅片上，从掩模开始沿光轴依次设置：
具有正光焦度的第一透镜组；
具有负光焦度的第二透镜组；
具有正光焦度的第三透镜组；
孔径光阑；
具有正光焦度的第四透镜组，；所述第四透镜组与第三透镜组关于孔径光阑对称；
具有负光焦度的第五透镜组；所述第五透镜组与第二透镜组关于孔径光阑对称；以及
具有正光焦度的第六透镜组；所述第六透镜组与第一透镜组关于孔径光阑对称；
其中，所述第一透镜组满足以下关系式：
1.2＜f1/f＜4.0
55＜V1-1＜82
0.370＜P1-1＜0.373
26＜V1-2＜33
0.354＜P1-2＜0.360
其中：f为第一第二第三透镜组的总焦距；f1为第一透镜组的焦距；
V1-1为第一透镜组中第一个透镜材料的阿贝数，定义为V＝(Nh-1)/(Ni-Ng)；
P1-1为第一透镜组中第一个透镜材料的相对色散，P＝(Nh-Ng)/(Ni-Ng)；
V1-2为第一透镜组中第二个透镜材料的阿贝数，定义同上；
P1-2为第一透镜组中第二个透镜材料的相对色散，定义同上；
所述第二透镜组满足以下关系式：
f2/f＜-0.8
30＜V2n＜55
0.358＜P2n＜0.371
其中：f为第一第二第三透镜组的总焦距；f2为第二透镜组的焦距；
V2n为第二透镜组中负透镜材料的阿贝数，定义为V＝(Nh-1)/(Ni-Ng)；
P2n为第二透镜组中负透镜材料的相对色散，P＝(Nh-Ng)/(Ni-Ng)；
所述第三透镜组满足以下关系式：
0.4＜f3/f＜3
55＜V3-1，2＜82
0.370＜P3-1，2＜0.373
30＜V3-3＜55
0.358＜P3-3＜0.371
其中：f为第一第二第三透镜组的总焦距；f3为第三透镜组的焦距；
V3-1，2为第三透镜组中第一和第二透镜材料的阿贝数，定义为V＝(Nh-1)/(Ni-Ng)；
P3-1，2为第三透镜组中第一和第二透镜材料的相对色散，定义为P＝(Nh-Ng)/(Ni-Ng)；
V3-3为第三透镜组中第三透镜材料的阿贝数，定义同上；
P3-3为第三透镜组中第三透镜材料的相对色散，定义同上。
优选的，第一透镜组由负透镜，正透镜组成；负透镜为双凹透镜，正透镜为双凸透镜。
优选的，第一透镜组由负透镜，第一正透镜，第二正透镜组成；负透镜为双凹透镜，第一正透镜为弯月透镜，弯月透镜凹面朝向掩模；第二正透镜为弯月透镜，弯月透镜凹面朝向掩模。
优选的，第二透镜组由第一正透镜，负透镜，第二正透镜组成；第一正透镜为弯月型，凹面朝向掩模；负透镜为双凹透镜；第二正透镜为双凸透镜。
优选的，第二透镜组由负透镜，正透镜组成；负透镜为双凹透镜；正透镜为双凸透镜。
优选的，第三透镜组由第一正透镜，第二正透镜，负透镜，第三正透镜组成；第一正透镜为双凸透镜；第二正透镜为双凸透镜；负透镜为双凹透镜；第三正透镜为弯月型透镜，凹面朝向硅片面。
优选的，第三透镜组由第一正透镜，第二正透镜，第一负透镜，第二负透镜组成；第一正透镜为双凸透镜；第二正透镜为双凸透镜；第一负透镜为双凹透镜；第二负透镜为弯月型透镜，凹面朝向硅片面。
其中，所述第一透镜组由两种不同色散的玻璃构成。
本发明提出的大视场宽波段光刻镜头，像方半视场为100mm，适用g线，h线和i线波段，能够收集到足够的汞灯光谱能量，便于达到较高的产率，并且数值孔径达到0.1，能够用于曝光微细线条，同时结构较简单，只包含16-18片镜片。
附图说明
图1所示为本发明光刻投影物镜第一实施例光学系统结构图；
图2所示为本发明光刻投影物镜第一实施例光学结构对应的畸变图；
图3所示为本发明光刻投影物镜第一实施例光学结构对应的各视场点像差图；
图4所示为本发明光刻投影物镜第二实施例光学系统结构图；
图5所示为本发明光刻投影物镜第二实施例光学结构对应的畸变图；
图6所示为本发明光刻投影物镜第二实施例光学结构对应的各视场点像差图；
图7所示为本发明光刻投影物镜第三实施例光学系统结构图；
图8所示为本发明光刻投影物镜第三实施例光学结构对应的畸变图；
图9所示为本发明光刻投影物镜第三实施例光学结构对应的各视场点像差图。
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。
实施例1
图1为本发明光刻投影物镜第一实施例的结构图，包含18个镜片，全部为球面透镜。适用光谱为包含g线，h线和i线的宽光谱波段，提供视场为200mm，放大倍率为-1倍。
如图所示，光阑前的第一第二第三透镜组组成前组透镜Gf。第一透镜组Gf1由一个双凹透镜和一个双凸透镜组成。第二透镜组Gf2由一个弯月透镜，一个双凹透镜和一个双凸透镜组成，且弯月透镜弯向掩模方向。第三透镜组Gf3由一个双凸透镜，一个双凸透镜，一个双凹透镜，一个弯月透镜。
后组相对前组关于光阑对称。
前组Gf中第一透镜组Gf1的焦距为正，且焦距较大，主要利于形成远心，满足光刻物镜特有的远心需求；此外，该组离光阑较远，对于球差的影响较小，主要用于校正像散，场曲等像差，该组由两种不同色散的玻璃构成，利于消除轴上色差；第二组透镜Gf2主要与第三组结合起到主要的校正像差的作用，同时起到减小光线夹角的作用，便于第三组透镜Gf3校正像差。第三透镜组Gf3光焦度为正，由三个正透镜和一个负透镜组成，主要作用在于校正大部分的像差，该组采用的大部分玻璃的色散都较小，相对色散系数在0.37左右，便于控制二级光谱。
以下为实施例1的各透镜的半径r，透镜厚度或空气间隔d等数据，以及玻璃对应三个工作波长的折射率ng、nh及ni。
Y＝100mm；NA＝0.1；M＝-1；
注：Y为半视场高度；NA为数值孔径；M为放大倍率。
Figure BSA00000161476100041
Figure BSA00000161476100051
上述结构中参数分别为以下数值：
(1)f1/f＝1.8
(2)V1-1＝69.49
(3)P1-1＝0.372
(4)V1-2＝26.8
(5)P1-2＝0.356
(6)f2/f＝-1.12
(7)V2n＝49.22
(8)P2n＝0.369
(9)f3/f＝0.7
(10)V3-1，2＝69.49
(11)P3-1，2＝0.372
(12)V3-3＝38.80
(13)P3-3＝0.363
图2为本发明光刻投影物镜光学结构对应的畸变图，图3是对应的各视场点像差图。如图可知，像差已得到良好校正，满足曝光需求。
实施例2
图4为本发明光刻投影物镜第二实施例的结构图。如图所示，系统包含18个镜片，全部为球面透镜。适用光谱为包含g线，h线和i线的宽光谱波段，提供视场为200mm，放大倍率为-1倍。
如图所示，前组Gf中的第一透镜组Gf1由一个双凹透镜，一个弯月透镜和一个弯月透镜组成，且弯月透镜弯向掩模方向；前组Gf中的第二透镜组Gf2由一个双凹透镜和一个双凸透镜组成，前组Gf中的第三透镜组Gf3由一个双凸透镜，一个双凸透镜，一个双凹透镜，一个弯月透镜，且弯月透镜凹面朝向光阑；
后组Gr相对前组Gf关于光阑对称。
前组Gf中第一透镜组Gf1的焦距为正，且焦距较大，主要利于形成远心，满足光刻物镜特有的远心需求。此外，该组离光阑较远，对于球差的影响较小，主要用于校正像散，场曲等像差。该组由两种不同色散的玻璃构成，利于消除轴上色差。第二组透镜Gf2主要与第三组结合起到主要的校正像差的作用，同时起到减小光线夹角的作用，便于第三组透镜Gf3校正像差。第三透镜组Gf3光焦度为正，由三个正透镜和一个负透镜组成，主要作用在于校正大部分的像差，该组采用的大部分玻璃的色散都较小，相对色散系数在0.37左右，便于控制二级光谱。
以下为实施例2的各透镜的半径r，透镜厚度或空气间隔d等数据，以及玻璃对应三个工作波长的折射率ng、nh及ni。
Y＝100mm；NA＝0.1；M＝-1。
注：Y为半视场高度；NA为数值孔径；M为放大倍率。
r d ng nh ni
  object   infinite   99.4741
  1   -817.8047   8.7883   1.504541   1.507236   1.511856
  2   468.9656   45.4920
  3   -2660.9669   64.0189   1.642032   1.650601   1.666358
  4   -235.3336   71.3063
  5   -350.4561   54.7598   1.563330   1.569105   1.579306
  6   -216.4628   212.2507
  7   -284.4270   11.4129   1.568459   1.57272   1.580119
  8   212.4007   10.9996
  9   319.7694   51.8326   1.642032   1.650601   1.666358
  10   -789.4650   63.7927
  11   303.2067   54.4290   1.504541   1.507236   1.511856
  12   -283.7518   24.1416
  13   245.5230   33.5997   1.504541   1.507236   1.511856
  14   -219.0954   0.1000
  15   -238.2439   54.6358   1.545379   1.550491   1.559597
  16   91.9893   8.1586
  17   95.3894   30.8663   1.584183   1.590654   1.602169
  18   110.3647   10.0000
  19   infinite   10.0000
  20   -110.3647   30.8663   1.584183   1.590654   1.602169
  21   -95.3894   8.1586
  22   -91.9893   54.6358   1.545379   1.550491   1.559597
  23   238.2439   0.1000
  24   219.0954   33.5997   1.504541   1.507236   1.511856
  25   -245.5230   24.1416
  26   283.7518   54.4290   1.504541   1.507236   1.511856
  27   -303.2067   63.7927
  28   789.4650   51.8326   1.642032   1.650601   1.666358
  29   -319.7694   10.9996
  30   -212.4007   11.4129   1.568459   1.57272   1.580119
  31   284.4270   212.2507
  32   216.4628   54.7598   1.563330   1.569105   1.579306
  33   350.4561   71.3063
  34   235.3336   64.0189   1.642032   1.650601   1.666358
  35   2660.9669   45.4920
  36   -468.9656   8.7883   1.504541   1.507236   1.511856
  37   817.8047   99.4741
  image   infinite   0.0000
上述结构中的参数分别为以下数值：
(14)f1/f＝2
(15)V1-1＝69.49
(16)P1-1＝0.372
(17)V1-2＝26.8
(18)P1-2＝0.356
(19)F2/f＝-1.6
(20)V2n＝49.22
(21)P2n＝0.369
(22)f3/f＝0.96
(23)V3-1，2＝69.49
(24)P3-1，2＝0.372
(25)V3-3＝38.80
(26)P3-3＝0.363
图5为本发明光学系统结构对应的畸变图，图6是对应的各视场点像差图。如图可知，像差已得到良好校正，满足曝光需求。
实施例3
图7为本发明光刻投影物镜第三实施例的结构图，包含16个镜片，全部为球面透镜。适用光谱为包含g线，h线和i线的宽光谱波段，提供视场为200mm，放大倍率为-1倍。
如图所示，第一透镜组Gf1由一个双凹透镜和一个双凸透镜组成。此外，前组Gf中的第二透镜组Gf2由一个双凹透镜，和一个双凸透镜组成。前组Gf中的第三透镜组Gf3由一个双凸透镜，一个双凸透镜，一个双凹透镜，一个弯月透镜，且弯月透镜弯向光阑。
后组Gr相对前组Gf关于光阑对称。
前组Gf中第一透镜组Gf1的焦距为正，且焦距较大，主要利于形成远心，满足光刻物镜特有的远心需求。此外，该组离光阑较远，对于球差的影响较小，主要用于校正像散，场曲等像差。该组由两种不同色散的玻璃构成，利于消除轴上色差。第二组透镜Gf2主要与第三组结合起到主要的校正像差的作用，同时起到减小光线夹角的作用，便于第三透镜组Gf3校正像差。第三透镜组Gf3光焦度为正，由两个正透镜和两个负透镜组成，主要作用在于校正大部分的像差，该组采用的大部分玻璃的色散都较小，相对色散系数在0.37左右，便于控制二级光谱。
以下为实施例3的各透镜的半径r，透镜厚度或空气间隔d等数据，以及玻璃对应三个工作波长的折射率ng、nh及ni。
Y＝100mm；NA＝0.1；M＝-1。
注：Y为半视场高度；NA为数值孔径；M为放大倍率。
  r   d   ng   nh   Ni
  object   infinite   100.0000
  1   -954.7351   21.6981   1.504541   1.507236   1.511856
  2   454.4802   72.9827
  3   1195.2817   48.6023   1.642032   1.650601   1.666358
  4   -301.6706   376.8469
  5   -199.3626   18.4338   1.568459   1.57272   1.580119
  6   293.0637   4.3562
  7   309.9474   55.6870   1.563330   1.569105   1.579306
  8   -197.4551   1.0000
  9   190.7100   41.5955   1.504541   1.507236   1.511856
  10   -1043.9580   5.7712
  11   189.8322   32.4982   1.439456   1.441462   1.444893
  12   -2260.3700   6.1007
  13   -801.2026   14.7984   1.568459   1.57272   1.580119
  14   113.6861   15.4092
  15   188.3833   65.0000   1.504554   1.507270   1.511854
  16   146.0828   20.2176
  17   infinite   20.2176
  18   -146.0828   65.0000   1.504554   1.507270   1.511854
  19   -188.3833   15.4092
  20   -113.6861   14.7984   1.568459   1.57272   1.580119
  21   801.2026   6.1007
  22   2260.3700   32.4982   1.439456   1.441462   1.444893
  23   -189.8322   5.7712
  24   1043.9580   41.5955   1.504541   1.507236   1.511856
  25   -190.7100   1.0000
  26   197.4551   55.6870   1.563330   1.569105   1.579306
  27   -309.9474   4.3562
  28   -293.0637   18.4338   1.568459   1.57272   1.580119
  29   199.3626   376.8469
  30   301.6706   48.6023   1.642032   1.650601   1.666358
  31   -1195.2817   72.9827
  32   -454.4802   21.6981   1.504541   1.507236   1.511856
  33   954.7351   100.0000
  image   infinite   0.0039
上述结构中对应于权利要求中提到的参数分别为以下数值：
(27)f1/f＝1.9
(28)V1-1＝69.49
(29)P1-1＝0.372
(30)V1-2＝26.8
(31)P1-2＝0.356
(32)F2/f＝-17.7
(33)V2n＝49.22
(34)P2n＝0.369
(35)f3/f＝1.78
(36)V3-1，2＝69.49
(37)P3-1，2＝0.372
(38)V3-3＝49.22
(39)P3-3＝0.369
图8为本发明光学系统结构对应的畸变图，图9是对应的各视场点像差图。如图可知，像差已得到良好校正，满足曝光需求。
本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，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 (10)

1.一种光刻投影物镜，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；
具有负光焦度的第二透镜组；
具有正光焦度的第三透镜组；
孔径光阑；
具有正光焦度的第四透镜组，；所述第四透镜组与第三透镜组关于孔径光阑对称；
具有负光焦度的第五透镜组；所述第五透镜组与第二透镜组关于孔径光阑对称；以及
具有正光焦度的第六透镜组；所述第六透镜组与第一透镜组关于孔径光阑对称；
其中，所述第一透镜组满足以下关系式：
1.2＜f1/f＜4.0
55＜V1-1＜82
0.370＜P1-1＜0.373
26＜V1-2＜33
0.354＜P1-2＜0.360
其中：f为第一第二第三透镜组的总焦距；f1为第一透镜组的焦距；
V1-1为第一透镜组中第一个透镜材料的阿贝数，定义为V＝(Nh-1)/(Ni-Ng)；
P1-1为第一透镜组中第一个透镜材料的相对色散，P＝(Nh-Ng)/(Ni-Ng)；
V1-2为第一透镜组中第二个透镜材料的阿贝数，定义同上；
P1-2为第一透镜组中第二个透镜材料的相对色散，定义同上；
所述第二透镜组满足以下关系式：
f2/f＜-0.8
30＜V2n＜55
0.358＜P2n＜0.371
其中：f为第一第二第三透镜组的总焦距；f2为第二透镜组的焦距；
V2n为第二透镜组中负透镜材料的阿贝数，定义为V＝(Nh-1)/(Ni-Ng)；
P2n为第二透镜组中负透镜材料的相对色散，P＝(Nh-Ng)/(Ni-Ng)；
所述第三透镜组满足以下关系式：
0.4＜f3/f＜3
55＜V3-1，2＜82
0.370＜P3-1，2＜0.373
30＜V3-3＜55
0.358＜P3-3＜0.371
其中：f为第一第二第三透镜组的总焦距；f3为第三透镜组的焦距；
V3-1，2为第三透镜组中第一和第二透镜材料的阿贝数，定义为V＝(Nh-1)/(Ni-Ng)；
P3-1，2为第三透镜组中第一和第二透镜材料的相对色散，定义为P＝(Nh-Ng)/(Ni-Ng)；
V3-3为第三透镜组中第三透镜材料的阿贝数，定义同上；
P3-3为第三透镜组中第三透镜材料的相对色散，定义同上。
2.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于第一透镜组由负透镜，正透镜组成；负透镜为双凹透镜，正透镜为双凸透镜。
3.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于第一透镜组由负透镜，第一正透镜，第二正透镜组成；负透镜为双凹透镜，第一正透镜为弯月透镜，弯月透镜凹面朝向掩模；第二正透镜为弯月透镜，弯月透镜凹面朝向掩模。
4.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于第二透镜组由第一正透镜，负透镜，第二正透镜组成；第一正透镜为弯月型，凹面朝向掩模；负透镜为双凹透镜；第二正透镜为双凸透镜。
5.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于第二透镜组由负透镜，正透镜组成；负透镜为双凹透镜；正透镜为双凸透镜。
6.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于第三透镜组由第一正透镜，第二正透镜，负透镜，第三正透镜组成；第一正透镜为双凸透镜；第二正透镜为双凸透镜；负透镜为双凹透镜；第三正透镜为弯月型透镜，凹面朝向硅片面。
7.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于第三透镜组由第一正透镜，第二正透镜，第一负透镜，第二负透镜组成；第一正透镜为双凸透镜；第二正透镜为双凸透镜；第一负透镜为双凹透镜；第二负透镜为弯月型透镜，凹面朝向硅片面。
8.根据权利要求2或3所述的光刻投影物镜，其特征在于所述第一透镜组由两种不同色散的玻璃构成。
9.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于所述光刻投影物镜的视场为200mm。
10.根据权利要求1所述的光刻投影物镜，其特征在于光刻投影物镜所适用的波段为G线、H线、I线。
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