CN102401980A - 大曝光视场投影物镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大曝光视场投影物镜，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、第二、第三及第四透镜组，以及位于所述第二及第三透镜组之间的孔径光阑；所述各透镜组之间满足以下关系式：0.61＜f₂/f₁＜0.92(1)2.7＜f₃/f₄＜3.9 (2)其中：f₁：第一透镜组的焦距；f₂：第二透镜组的焦距；f₃：第三透镜组的焦距；f₄：第四透镜组的焦距。本发明使用较少的镜片完成1.6x放大倍率设计，半视场大小100mm，保证了足够的曝光光强，这些都满足了高产率光刻设备的需求。

Description

大曝光视场投影物镜

技术领域

本发明涉及一种半导体光刻装置投影光学系统，特别是涉及一种大曝光视场投影物镜。

背景技术

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，通常采用大的曝光视场，同时为了配合掩模尺寸，部分光学系统采用了1.6x放大倍率。

日本专利JP2000199850介绍了一种1.6x放大倍率的光刻投影物镜。曝光波长使用GH线波段，硅片面视场大小117.6mm，硅片面数值孔径为0.1。此物镜为38片的多透镜结构，且包含一片非球面。

目前有很多I线增强型汞灯，可以以有限的带宽满足大视场高产率的需求，而且单独I线设计，对提高分辨率和校正色差都有利。综上所述，可以设计一种具有一定带宽的I线大视场光刻投影物镜，以相对简单的结构实现微米极的分辨率，同时还要能够校正大视场范围内畸变、场曲、像散、色差。

发明内容

鉴于上述先前技术的种种缺失，本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。

为达上述及其他目的，本发明提供一种大曝光视场投影物镜，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、第二、第三及第四透镜组，以及位于所述第二及第三透镜组之间的孔径光阑；所述各透镜组之间满足以下关系式：

0.61＜f₂/f₁＜0.92

2.7＜f₃/f₄＜3.9

其中：f₁：第一透镜组的焦距；f₂：第二透镜组的焦距；

f₃：第三透镜组的焦距；f₄：第四透镜组的焦距。

其中，所述投影物镜的工作波长是I线波段。

其中，所述第一透镜组由至少四片透镜构成，所述第一透镜组包含一第一子透镜组；所述第一子透镜组光焦度为正，包含所述第一透镜组的二个透镜；

所述第二透镜组由至少六片透镜构成，所述第二透镜组包含一第二子透镜组，所述第二子透镜组光焦度为正，包含所述第二透镜组的三个透镜；

所述第三透镜组由至少四片透镜构成，所述第三透镜组包含一第三子透镜组，所述第三子透镜组光焦度为正，包含所述第三透镜组的三个透镜；

所述第四透镜组由至少三片透镜构成，所述第四透镜组包含一第四子透镜组，所述第四子透镜组光焦度为正，包含所述第四透镜组的二个透镜；

所述透镜组与子透镜组之间满足以下关系式：

0.22＜f_1-1/f₁＜0.45

0.42＜f_2-1/f₂＜0.67

0.14＜f_3-1/f₃＜0.2

0.25＜f_4-1/f₄＜0.41

其中：

f_1-1：第一透镜组第一子透镜组的焦距；f_2-1：第二透镜组第二子透镜组的焦距；

f_3-1：第三透镜组第三子透镜组的焦距；f_4-1：第四透镜组第四子透镜组的焦距。

其中，所述投影物镜的放大倍率为1.6倍。

其中，所述第一透镜组包含凹面面向所述物面的弯月式透镜。

所述第一透镜组包含至少一个凹面面向所述像面的负透镜。

所述第二透镜组包含凹面面向所述物面的弯月式透镜。

所述第二透镜组包含正光焦度透镜与负光焦度透镜组合；且所述正光焦度透镜由低色散材料构成，负光焦度透镜由高色散材料构成。

所述第三透镜组包含凹面弯向所述像面弯月式透镜。

所述第四透镜组包含凹面面向所述物面的弯月式透镜。

其中，所述各透镜材料阿贝数满足以下关系：

1.13＜V_1-3/V_1-4＜1.67

0.42＜V_2-2/V_2-3＜0.66

0.73＜V_2-5/V_2-6＜0.98

V_1-3和V_1-4：第一透镜组第三透镜和第四透镜的阿贝数；

V_2-2和V_2-3：第二透镜组第二透镜和第三透镜的阿贝数；

V_2-5和V_2-6：第二透镜组第五透镜和第六透镜的阿贝数。

其中，所述第一透镜组的邻近所述物面的透镜及第四透镜组的邻近所述像面的透镜，均由高色散材料构成，且阿贝数小于45。

本发明使用较少的镜片完成1.6x放大倍率设计，半视场大小100mm，保证了足够的曝光光强，这些都满足了高产率光刻设备的需求。

附图说明

图1所示为本发明大曝光视场投影物镜结构示意图；

图2所示为本发明大曝光视场投影物镜畸变曲线图；

图3所示为本发明大曝光视场投影物镜物方及像方远心曲线图；

图4所示为本发明大曝光视场投影物镜光线像差曲线。

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。

本发明之投影物镜主要包括第一、第二、第三、第四透镜组，且各透镜组焦距满足以下关系式：

0.61＜f₂/f₁＜0.92  (1)

2.7＜f₃/f₄＜3.9    (2)

其中：f₁：第一透镜组G11的焦距；f₂：第二透镜组G12的焦距；

f₃：第三透镜组G13的焦距；      f₄：第四透镜组G14的焦距。

本发明投影物镜中，所述第一透镜组包括至少四片透镜，第二透镜组包括至少六片透镜，第三透镜组包括至少四片透镜，第四透镜组包括至少三片透镜，所使用的透镜镜片数至少为17片，为简化说明本发明，以下仅以本发明的投影物镜中第一透镜组包括四片透镜，第二透镜组包括六片透镜，第三透镜组包括四片透镜，第四透镜组包括三片透镜，共使用17片透镜为例进行图示说明。

如图1所示，本发明投影物镜透镜片数量为17片，各参数要求如表1所示：

表1

工作波长(I线)	365nm±3nm
		像方数值孔径NA	0.1
放大倍率	-1.6
		像方视场(直径)	200mm
物像距离	1500mm

投影物镜光学系统10为17片结构，全部为球面。分为四个透镜组G11、G12、G13、G14，光焦度均为正。

第一透镜组G11由四片透镜构成，光焦度分别为正、正、正、负。第一透镜组G11包含一第一子透镜组G11-1n，第一子透镜组G11-1n光焦度为正，包含第一透镜组G11的第二透镜12、第三透镜13；

第二透镜组G12由六片透镜构成，光焦度依次为负、负、正、正、负、正。第二透镜组G12包含一第二子透镜组G12-1n，第二子透镜组G12-1n光焦度为正，包含第二透镜组G12的第二透镜16、第三透镜17、第四透镜18。

第三透镜组G13由四片透镜构成，光焦度依次为正、正、负、负。第三透镜组G13包含一第三子透镜组G13-1n，第三子透镜组G13-1n光焦度为正，包含第三透镜组G13的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23。

第四透镜组G14由三片透镜构成，光焦度依次为负、正、正。第四透镜组G14包含一第四子透镜组G14-1n，第四子透镜组G14-1n光焦度为正，包含第四透镜组G14的第二透镜26、第三透镜27。

第一透镜组G11由四片透镜11、12、13、14构成。透镜11为凹面面向掩模面R的弯月式的正透镜，透镜12为双凸式正透镜，透镜13、14组成正负光焦组合，透镜14的凹面142面向像面W。透镜11由高色散材料构成，透镜12、13、14由低色散材料构成。

第二透镜组G12由六片透镜15、16、17、18、19、20构成。透镜15的凹面151面向物面R。透镜16至20为多个正负光焦组合。透镜17、18、19、20全部由低色散材料构成，透镜15、16由高色散材料构成。

第三透镜组G13由四片透镜21、22、23、24构成，透镜21、22为正光焦度，透镜23、24为负光焦度。透镜22弯月式正透镜，其凹面222弯向像面W。透镜23为弯月式负透镜，其凹面232也弯向像面W。透镜21、22由低色散材料构成，透镜23、24由高色散材料构成。

第四透镜组G14由三片透镜25、26、27构成，透镜25为弯月式负透镜，其凹面251面向物面R，透镜25、27由高色散材料构成，透镜26由低色散材料构成。

以下透镜组G11、G12、G13、G14、及其子透镜组透镜间的关系式及上述关系式(1)、(2)进一步确立了物镜像质优化的基础。

0.22＜f_1-1/f₁＜0.45  (3)

0.42＜f_2-1/f₂＜0.67  (4)

0.14＜f_3-1/f₃＜0.2   (5)

0.25＜f_4-1/f₄＜0.41  (6)

1.13＜V_1-3/V_1-4＜1.67(7)

0.42＜V_2-2/V_2-3＜0.66(8)

0.73＜V_2-5/V_2-6＜0.98(9)

其中：

f_1-1：第一透镜组G11第一子透镜组G11-1n的焦距；

f_2-1：第二透镜组G12第二子透镜组G12-1n的焦距；

f_3-1：第三透镜组G13第三子透镜组G13-1n的焦距；

f_4-1：第四透镜组G14第四子透镜组G14-1n的焦距；

V_1-3和V_1-4：第一透镜组G11第三透镜13和第四透镜14的阿贝数；

V_2-2和V_2-3：第二透镜组G12第二透镜16和第三透镜17的阿贝数；

V_2-5和V_2-6：第二透镜组G12第五透镜19和第六透镜20的阿贝数。

关系式(1)-(9)定义了透镜组G11、G12、G13、G14及其子透镜组、透镜校正像差的结构关系。

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

此处需特别说明的是，本发明仅以投影物镜镜片数为17为例进行说明，但并非以此限制本发明，但凡投影物镜采用包括本发明第一、第二、第三、第四透镜组，且各透镜组的焦距满足上述关系式(1)、(2)，均应为本发明所涵盖。

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 (12)

1.一种大曝光视场投影物镜，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、第二、第三及第四透镜组，以及位于所述第二及第三透镜组之间的孔径光阑；所述各透镜组之间满足以下关系式：

0.61＜f₂/f₁＜0.92

2.7＜f₃/f₄＜3.9

其中：f₁：第一透镜组的焦距；f₂：第二透镜组的焦距；

f₃：第三透镜组的焦距；      f₄：第四透镜组的焦距。

2.如权利要求1所述的投影物镜，其特征在于所述投影物镜的工作波长是I线波段。

3.如权利要求1所述的投影物镜，其特征在于所述第一透镜组由至少四片透镜构成，所述第一透镜组包含一第一子透镜组；所述第一子透镜组光焦度为正，包含所述第一透镜组的二个透镜；

所述第二透镜组由至少六片透镜构成，所述第二透镜组包含一第二子透镜组，所述第二子透镜组光焦度为正，包含所述第二透镜组的三个透镜；

所述第三透镜组由至少四片透镜构成，所述第三透镜组包含一第三子透镜组，所述第三子透镜组光焦度为正，包含所述第三透镜组的三个透镜；

所述第四透镜组由至少三片透镜构成，所述第四透镜组包含一第四子透镜组，所述第四子透镜组光焦度为正，包含所述第四透镜组的二个透镜；

所述透镜组与子透镜组之间满足以下关系式：

0.22＜f_1-1/f₁＜0.45

0.42＜f_2-1/f₂＜0.67

0.14＜f_3-1/f₃＜0.2

0.25＜f_4-1/f₄＜0.41

其中：

f_1-1：第一透镜组第一子透镜组的焦距；f_2-1：第二透镜组第二子透镜组的焦距；

f_3-1：第三透镜组第三子透镜组的焦距；f_4-1：第四透镜组第四子透镜组的焦距。

4.如权利要求1所述的投影物镜，其特征在于所述投影物镜的放大倍率为1.6倍。

5.如权利要求1所述的投影物镜，其特征在于所述第一透镜组包含凹面面向所述物面的弯月式透镜。

6.如权利要求1所述投影物镜，其特征在于所述第一透镜组包含至少一个凹面面向所述像面的负透镜。

7.如权利要求1所述投影物镜，其特征在于所述第二透镜组包含凹面面向所述物面的弯月式透镜。

8.如权利要求1所述投影物镜，其特征在于所述第二透镜组包含正光焦度透镜与负光焦度透镜组合；且所述正光焦度透镜由低色散材料构成，负光焦度透镜由高色散材料构成。

9.如权利要求1所述投影物镜，其特征在于所述第三透镜组包含凹面弯向所述像面弯月式透镜。

10.如权利要求1所述投影物镜，其特征在于所述第四透镜组包含凹面面向所述物面的弯月式透镜。

11.如权利要求3所述投影物镜，其特征在于所述各透镜材料阿贝数满足以下关系：

1.13＜V_1-3/V_1-4＜1.67

0.42＜V_2-2/V_2-3＜0.66

0.73＜V_2-5/V_2-6＜0.98

V_1-3和V_1-4：第一透镜组第三透镜和第四透镜的阿贝数；

V_2-2和V_2-3：第二透镜组第二透镜和第三透镜的阿贝数；

V_2-5和V_2-6：第二透镜组第五透镜和第六透镜的阿贝数。

12.根据权利要求1所述投影物镜，其特征在于所述第一透镜组的邻近所述物面的透镜及第四透镜组的邻近所述像面的透镜，均由高色散材料构成，且阿贝数小于45。

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